一种上行同步的方法、装置及网络设备转让专利
申请号 : CN200910048915.9
文献号 : CN101854205B
文献日 : 2013-03-20
发明人 : 马继鹏 , 刘洪波
申请人 : 联芯科技有限公司
摘要 :
本发明公开一种上行同步的方法、装置及网络设备。其中所述方法包括：接收终端发起的随机接入请求；根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；以设定的检测窗长度在所述上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；若搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则继续随机接入过程。本发明对上行同步过程进行优化，能够降低上行同步检测的运算量，以便于使用处理能力较低的廉价基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。
权利要求 :
1.一种上行同步的方法，其特征在于，包括：
根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
以设定的检测窗长度在所述上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；
若搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则继续随机接入过程。
2.根据权利要求1所述的上行同步的方法，其特征在于：所述检测窗长度是根据终端和基站的定时误差设定的。
3.根据权利要求1所述的上行同步的方法，其特征在于，所述搜索上行同步信号是以设定的检测窗长度在所述上行同步信号的到达时间范围内通过滑动相关运算的方法进行的。
4.根据权利要求1所述的上行同步的方法，其特征在于：所述特定的TA值的选取范围是0～96之间。
5.根据权利要求4所述的上行同步的方法，其特征在于：所述特定的TA值为48。
6.根据权利要求1所述的上行同步的方法，其特征在于：所述设定的检测窗长度为3码片。
7.一种上行同步的装置，其特征在于，包括：
确定单元，用于根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
设定单元，用于设定检测窗长度；
搜索单元，用于以所述设定单元设定的检测窗长度在所述确定单元确定的上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；
处理单元，用于若所述搜索单元搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则按照随机接入过程进行处理。
8.根据权利要求7所述的上行同步的装置，其特征在于：所述确定单元用于根据终端和基站的定时误差设定检测窗长度。
9.根据权利要求7所述的上行同步的装置，其特征在于，所述搜索单元具体通过滑动相关运算的方法搜索上行同步信号。
10.根据权利要求7所述的上行同步的装置，其特征在于：所述特定的TA值的选取范围是0～96之间。
11.根据权利要求10所述的上行同步的装置，其特征在于：所述特定的TA值为48。
12.根据权利要求7所述的上行同步的装置，其特征在于：所述设定的检测窗长为3码片。
13.一种家庭基站，其特征在于，包括如权利要求7至12任意一项所述的上行同步的装置。
说明书 :
一种上行同步的方法、装置及网络设备
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种上行同步的方法、装置及网络设备。
背景技术
[0002] 家庭基站（Home NodeB）是一种小型蜂窝基站，相比一般的基站来说具有低功率、小覆盖的特点，可在家庭或办公场景等指定位置为客户提供小范围的覆盖服务。
[0003] 家庭基站通常是一种低价格的室内覆盖产品，为了降低成本通常会采用出货量较大、价格较低的基带处理芯片来实现其空中接口上行链路的接收算法和下行链路的发送算法。对于时分-同步码分多址（TD-SCDMA,Time-Division Synchronization Code Division-Multiple-Access）家庭基站而言，采用成熟而廉价的TD-SCDMA终端基带处理芯片是一个较好的选择。
[0004] 由于一般的TD-SCDMA终端基带处理芯片是为终端而设计的，而用于家庭基站的时候必须要考虑实现部分基站特有的基带处理算法，其中上行同步检测（即检测终端上行同步码（SYNC_UL，Synchronous Uplink））功能是终端所不具备而基站必须具备的。
[0005] 上行同步检测算法的核心是在一定的时间窗口中对接收信号与本地保存的SYNC_UL码进行相关运算，根据相关结果判断接收信号中是否存在SYNC_UL码，从而得知是否有终端试图发起上行随机接入过程。如图1所示，为TD_SCDMA系统的帧结构示意图。其中，下行导频时隙（DwPTS，Downlink Pilot Time Slot）、保护间隔（GP，General Protect）、上行导频时隙（UpPTS，Uplink Pilot Time Slot）三个特殊时隙的结构如图2所示。传统的基站会以GP+UpPTS为Sync_UL的接收窗口，或者GP+UpPTS+部分TS1时间为Sync_UL的窗口，通过相关运算来检测接收信号中是否存在终端发送的Sync_UL码。假定从长度为96chip的GP起始位置开始的基带接收信号是S(n)，n=0,1，…N-1，分别代表第0到第(N-1)个chip的复数接收信号；假定本地保存的128个Sync_UL码是L(m,n)，其中m=0…127，代表Sync_UL的码组序列号，n=0…127，L(m,n)代表第m组Sync_UL码的第n个码片的复数值。则基站检测Sync_ULSync_UL码的相关运算结果是：
[0006] 公式1
[0007] 公式1中L*(m,n)是L(m,n)的共轭；其中，(l+1)的最大取值可称为检测窗的长度，基站需要计算出(l+1)*128个相关结果来进行上行同步检测。当以GP+UpPTS为接收窗口时，(l+1)为128。此时基站需要计算出16384个相关结果，即C(0,0)至C(127,127)，并从中选出模值最大的一个或多个与门限相比作为判断接收信号中是否存在Sync_UL的依据。如果接收窗口进一步扩大，公式1中检测窗将随之扩大，则相关结果的数目会相应增加。从公式1中可以看出其中每个相关结果需要128个复数乘法和127个复数加法。虽然使用一些快速的相关运算（如基于FFT的运算）可以大幅缩小运算量，但对于普通的终端基带处理芯片来说仍然是很可观的。
[0008] 在实践过程中，发明人经过研究发现：单纯将传统基站的上行同步检测算法移植到普通终端基带处理芯片中并不妥当，普通终端基带处理芯片可能会因为不具备足够的处理能力而无法实现此功能；或者普通终端基带处理芯片因耗费大量资源用于上行同步检测而导致其没有足够资源从事高速数据传输的基带处理，从而导致家庭基站的数据处理能力出现较大下降。因此，对于使用普通终端基带处理芯片的家庭基站来说，简单沿用传统基站的现有同步检测方法则会带来较大的开销，甚至无法实现。
发明内容
[0009] 本发明实施例提供一种上行同步的方法、装置及网络设备，对上行同步过程进行优化，能够降低上行同步检测的运算量，以便使用普通终端基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。
[0010] 本发明实施例提供以下技术方案：
[0011] 根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
[0012] 以设定的检测窗长度在所述上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；
[0013] 若搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则继续随机接入过程。
[0014] 本发明实施例提供一种上行同步的装置，包括：
[0015] 确定单元，用于根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
[0016] 设定单元，用于设定检测窗长度；
[0017] 搜索单元，用于以所述设定单元设定的检测窗长度在所述确定单元确定的上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；
[0018] 处理单元，用于若所述搜索单元搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则按照随机接入过程进行处理。
[0019] 本发明实施例还提供一种家庭基站，包括上行同步的装置，其中，所述装置包括：
[0020] 确定单元，用于根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
[0021] 设定单元，用于设定检测窗长度；
[0022] 搜索单元，用于以所述设定单元设定的检测窗长度在所述确定单元确定的上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；
[0023] 处理单元，用于若所述搜索单元搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则按照随机接入过程进行处理。
[0024] 本发明实施例提供的上行同步的方法、装置及网络设备对上行同步过程进行优化，能够降低上行同步检测的运算量，以便使用普通终端基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1是现有技术中TD_SCDMA系统的帧结构示意图；
[0027] 图2是现有技术中DwPTS、GP、UpPTS三个特殊时隙的结构示意图；
[0028] 图3是现有技术中Sync_DL与Sync_UL的信号收发定时的关系示意图；
[0029] 图4是本发明实施例一上行同步的方法流程图；
[0030] 图5是本发明实施例二传输时延为0并且Sync_UL的TA固定为48时的信号收发定时示意图；
[0031] 图6是本发明实施例三上行同步的装置结构图；
[0032] 图7是本发明实施例四传输时延为0并且Sync_UL的TA固定为46时的信号收发定时示意图。
具体实施方式
[0033] 本发明实施例提供一种上行同步的方法、装置及网络设备，对上行同步过程进行优化，能够降低上行同步检测的运算量，以便使用普通终端基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0034] 如图3所示，为Sync_DL与Sync_UL的信号收发定时的关系示意图。其中，所使用6
的基本时间单位是TD-SCDMA系统中1个码片（chip）持续的时间，即1/(1.28*10)秒。在图3中，基站在td0时刻开始发送Sync_DL的信号，按照td0时刻和TD-SCDMA的帧结构可以推算出Sync_UL的标准起始位置tu0，tu0与td0相差160个码片的时间，即tu0=td0+160。Sync_DL码经过Δt1的传输时延后在td1时刻到达终端。终端以td1时刻作为Sync_DL信号的起始时刻，并根据TD-SCDMA标准的帧结构可以推算出Sync_UL的标准起始位置tu1，tu1与td1相差160个码片的时间，即tu1=td1+160。而td1=td0+Δt1，显然，tu1=tu0+Δt1。终端在发送Sync_UL的信号时，会在Sync_UL的标准起始位置tu1之前的Δt2时刻发送，此发送时刻为tu2，显然tu2=tu1-Δt2。而SYNC_UL信号会经过Δt1的传输时延后在tu3时刻到达基站，显然tu3=tu2+Δt1。
的基本时间单位是TD-SCDMA系统中1个码片（chip）持续的时间，即1/(1.28*10)秒。在图3中，基站在td0时刻开始发送Sync_DL的信号，按照td0时刻和TD-SCDMA的帧结构可以推算出Sync_UL的标准起始位置tu0，tu0与td0相差160个码片的时间，即tu0=td0+160。Sync_DL码经过Δt1的传输时延后在td1时刻到达终端。终端以td1时刻作为Sync_DL信号的起始时刻，并根据TD-SCDMA标准的帧结构可以推算出Sync_UL的标准起始位置tu1，tu1与td1相差160个码片的时间，即tu1=td1+160。而td1=td0+Δt1，显然，tu1=tu0+Δt1。终端在发送Sync_UL的信号时，会在Sync_UL的标准起始位置tu1之前的Δt2时刻发送，此发送时刻为tu2，显然tu2=tu1-Δt2。而SYNC_UL信号会经过Δt1的传输时延后在tu3时刻到达基站，显然tu3=tu2+Δt1。
[0035] 再如图3所示，信号传播延时是Δt1，终端发送Sync_UL信号的发送提前量是Δt2（TA）。对于基站来说其收到的Sync_UL信号的起始时刻tu3与其按照自身定时和标准帧结构推算出来的Sync_UL的标准起始时刻tu0相比，两者存在以下关系：
[0036] tu3=tu0-Δt2＋2Δt1
[0037] 由于Δt1取决于信号的传输距离，Δt2（TA）取决于终端自身的选取，而这两个因素都是基站不能精确预知的，因此传统基站有必要在一个较大的窗口内通过滑动相关运算来搜索可能存在的Sync_UL信号。
[0038] 基站检测终端发送Sync_UL信号所使用的窗口大小与终端发送Sync_UL信号的时间点、及终端与基站的距离两个因素有关。一方面，基于现有的第三代合作项目系统（3GPP，rd3 Generation Partnership Project）规范，终端有权在一定范围内自行选取合适的发送时刻，即终端可以设定Δt2，本文中将Δt2称为Sync_UL的定时提前（TA，Timing Advanced）值，以1个chip对应的电磁波传输时间为基本时间单位时，TA的取值范围通常在0到96之间；另一方面，终端本身获取的信号定时是基站信号经过无线信道延时之后到达终端后获取的，对于码片速率为1.28M的TD-SCDMA系统而言，1个chip的时间对应大约234米的路经传播延时。
[0039] 然而，对于家庭基站而言，通常的覆盖半径为数米乃至数十米，传播延时Δt1非常小，可近似为0。因此只要把终端发送Sync_UL的TA值固定，基站就可以基本确定上行同步信号Sync_UL的位置，即公式1中l可能的取值会大幅缩小，从而降低同步检测的运算复杂度。比如当检测窗长度设为3chip时，只需计算如下相关结果
[0040]
[0041] （公式2）
[0042] 此时只需计算出128*3个相关结果即可进行同步检测，其远小于现有技术中的16384个相关结果的数量。
[0043] 如图4所示，为本发明实施例一上行同步的方法流程图，其中终端以特定TA值发送上行同步信号，则家庭基站的处理过程如下：
[0044] 步骤401、家庭基站根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围，亦即检测窗位置；
[0045] 步骤402、家庭基站以设定的检测窗长度在所述上行同步信号的到达时间范围内搜索上行同步信号；优选的，家庭基站可以通过滑动相关运算的方法进行搜索。
[0046] 步骤403、家庭基站若搜索到终端以特定TA值发送的上行同步信号，则继续随机接入过程。
[0047] 需要说明的是，所述的TA值可以是0～96之间的任何值，例如TA值固定为48、46、52等；所述检测窗长度是根据终端和基站的定时误差设定的上行信号到达时刻的偏差范围，其可以根据实际情况进行设定，例如设定为3chip、5chip等。
[0048] 下面通过一个具体的应用实例，对本发明上述方案做进一步阐述。
[0049] 如图5所示，为本发明实施例二传输时延为0并且Sync_UL的TA固定为48时的信号收发定时示意图。由图中可以看出，基站可清楚地知道接收到的Sync_UL实际到达时间tu2比按照帧结构推算出来的Sync_UL的标准起始时间tu0提前了48个chip的时间。如果给终端实际发送定时与基站接收信号定时之间保留±1chip的误差，则考虑到器件定时精度误差的因素，基站可以将搜索窗长度置为3chip。假定从长度为96chip的GP起始位置开始的基带接收信号是S(n)，n=0,1,…N-1，分别代表第0到第(N-1)个chip的复数接收信号；假定本地保存的128个Sync_UL码是L(m,n)，其中m=0…127，代表Sync_UL的码组序列号，n=0…127，L(m,n)代表第m组Sync_UL码的第n个码片的复数值。则基站检测Sync_ULSync_UL码的相关运算是：
[0050]
[0051] 即基站需要计算出128×3＝384个相关结果，分别为C(0,47),C(1,47)…C(127,47)，C(0,48),C(1,48)…C(127,48)，C(0,49),C(1,49)…C(127,49)。
[0052] 本发明实施例一、二提供的上行同步的方法，对上行同步过程进行优化，例如，将传播延时Δt1忽略不计；将终端发送Sync_UL的TA值固定，使得基站可以基本确定上行同步信号Sync_UL的位置，即公式1中l可能的取值范围大幅缩小，从而能够降低上行同步检测的运算量，以便使用普通终端基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。
[0053] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0054] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0055] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0056] 如图6所示，为本发明实施例三提供的上行同步的装置结构图，包括：确定单元610、设定单元620、搜索单元630、及处理单元640；其中：
[0057] 所述确定单元610，用于根据特定的定时提前TA值和信号传播零延时确定上行同步信号的到达时间范围；
[0058] 所述设定单元620，用于设定检测窗长度；
[0059] 所述搜索单元630，用于以所述设定单元620设定的检测窗长度在所述确定单元610确定的上行同步信号的范围内搜索上行同步信号；
[0060] 所述处理单元640，用于若所述搜索单元630搜索到所述终端以特定TA值发送的上行同步信号，则按照随机接入过程进行处理。
[0061] 其中，所述确定单元610根据终端和基站的定时误差设定检测窗长度。优选的，所述检测窗长度设定为3码片。
[0062] 所述搜索单元630可以通过滑动相关运算的方法搜索上行同步信号。
[0063] 另外，所述特定的TA值的选取范围是0～96之间。优选的，所述特定的TA值为48。
[0064] 同时，本发明实施例还提供一种家庭基站，包括上行同步的装置，其结构如前述所示，此处不再赘述。
[0065] 下面通过一个具体的应用实例，对本发明上述方案做进一步阐述。
[0066] 如图7所示，为本发明实施例四传输时延为0并且Sync_UL的TA固定为46时的信号收发定时示意图。由图中可以看出，基站可清楚地知道接收到的Sync_UL实际到达时间tu2比按照帧结构推算出来的Sync_UL的标准起始时间tu0提前了46个chip的时间。如果给终端实际发送定时与基站接收信号定时之间保留±1chip的误差，则考虑到器件定时精度误差的因素，基站可以将搜索窗长度置为3chip。假定从长度为96chip的GP起始位置开始的基带接收信号是S(n)，n=0,1,…N-1，分别代表第0到第(N-1)个chip的复数接收信号；假定本地保存的128个Sync_UL码是L(m,n)，其中m=0…127，代表Sync_UL的码组序列号，n=0…127，L(m,n)代表第m组Sync_UL码的第n个码片的复数值。则基站检测Sync_ULSync_UL码的相关运算是：
[0067]
[0068] 即基站需要计算出128×3＝384个相关结果，分别为C(0,49),C(1,49)…C(127,49)，C(0,50),C(1,50)…C(127,50)，C(0,51),C(1,51)…C(127,51)。
[0069] 需要说明的是，上述实施例中的TA值不局限于文中的实例；所述检测窗长度可以在实际中根据终端和基站的定时误差进行设定，可以设定为3chip、5chip等，但并不局限于此。另外，给终端实际发送定时与基站接收信号定时之间保留的误差也可以根据实际情况进行设定，也就是说该误差并不局限于上述实施例的±1chip，还可以是±3chip等，当然也可以无误差，即为0chip。
[0070] 综上所述，本文提供了一种上行同步的方法、装置及网络设备，对上行同步过程进行优化，能够降低上行同步检测的运算量，以便使用普通终端基带处理芯片的家庭基站能够完成上行同步检测功能。
[0071] 以上对本发明所提供的上行同步的方法、装置及网络设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。