WCDMA的小区搜索及其实现算法

1、欢迎访问Freekaoyan论文站WCDMA的小区搜索及其实现算法欢迎访问Freekaoyan论文站    欢迎访问Freekaoyan论文站    摘要：对WCDMA三步小区搜索各步的实现算法进行了研究，充分考虑了频差对初始小区搜索的影响，给出了各步优化的实现算法。     关键词：小区搜索；算法；频差；分段匹配滤波器；分段相关 CellSearch in WCDMAand ItsAlgorithm WANG Hongbo1，ZHOU Changzhu1，SONG Xiangyang

2、2 (1Information Engineering Institute，Information Engineering University，Zhengzhou，450002，China；2Zhengzhou Sino-french Water Supply Ltd，Zhengzhou，450002，China)Abstract：Algorithm for each step of WCDMAs three step cellsearch is studied in this paperThe effect offrequency error oninitialcellsearch is

3、fully consideredOptimalalgorithm for each step is introduced Keywords：cellsearch；algorithm；frequency error；partialmatched filter；partialcorrelation    WCDMA是第三代陆地移动通信系统(3G)主要的无线接口标准之一。与另一个3G标准CDMA2000不同的是WCDMA各基站之间没有统一的同步参考时钟，移动台要通过通常称为三步小区搜索的过程实现与基站的同步。第一步实现时隙与码片同步，由主同步信道(P-SCH)辅 助完成

4、。第二步实现帧同步与码组识别，由辅助同步信道(S-SCH)辅助完成。第三步为扰码识别与小区识别，由主导频信道P-CPICH辅助完成扰码识别，然后通过CCPCH信道读出小区的BCH信息。移动台在刚开机时、空闲时以及处于激活状态时都要进行小区搜索，把刚开机时的小区搜索称之为初始小区搜索，把后两个状态下进行的小区搜索称之为目标小区搜索。在初始小区搜索时，要考虑到晶振频率偏差所带来的影响，其实现方法与目标小区搜索有所差异。如果晶振的误差为313 PPM，那么当工作在2 GHz时，频率的不确定性就会达到626 kHz。本文综合考虑了频差和信道衰落对小区搜索的影响给出了节省硬件资源的实现算法。1WCDMA

5、的同步信道与主导频信道    WCDMA作为异步移动通信系统，在下行链路上发送两个专用的同步信道P-SCH和S-SCH辅助完成小区 搜索。图1为在一个无线帧里的同步信道的帧结构。    对于P-SCH，每个时隙发 内容都是相同的。主同步码Cpsc的定义为：    16个辅同步码为：    共有64组辅SCH序列，他们具有如下的特点：64组序列的循环移位是惟一的，也就是说其中的任何一个序列的大于0小于15次的循环移位与其他的任何一个序列都不相同，并且也与他自己不同。64组辅SC

6、H序列由以上定义16个辅同步码Cssc，k组合而成。64组序列分别对应于64个扰码组，每个扰码组包含8个主扰码。主导频信道P-CPICH扩频码，扩频增益以及导频符号对移动台都是已知的，采样用主扰码进行加扰，是其他信道的缺省相位参考。在小区搜索时信道辅助完成第三步小区搜索。2三步小区搜索21第一步小区搜索    第一步小区搜索的实现框图如图2所示。由匹配于主同步信道的匹配滤波器对主同步信道进行检测，得到时隙同步信息。为便于说明问题，先假定采样速率为1倍码片速率。主同步信道的匹配滤波器通常采用图3的方式实现。在移动通讯系统里，信号在无线信道里传输要面临2个方面的衰落，

7、即多径与多普勒频移，多径效应主要与地表的情况有关，表现为信号在时域上的弥散，而多普勒频移则与移动台的移动速度有关，表现为频域上的弥散。对匹配滤波器的输出进行多时隙累加可以平滑衰落带来的影响，以提高匹配滤波器输出峰值的检测概率。由于对基带信号的相位偏移是未知的，所以多时隙累加为非相干累 加。对时隙累加的输出进行择大判决，确立时隙和码片同步。在进行初始小区搜索时，由于频差的存在，采用分段匹配滤波来克服其带来的影响。分段一方面可以克服频差带来的影响，一方面又降级了处理增益，所以不宜分段太多，通常不宜多于4段。    如果分作4段，即把v分作4段：如果分成4段分别匹配滤波

8、，则4个匹配滤波器冲击响应的z变换分别为：在进行分段匹配滤波时，对4段匹配滤波器的输出进行非相干累加，图4为实现框图。图4中1代表线路增益，a，b，c，d分别代表4段匹配滤波器的输出。分成4段的输出为abcd，如果分成2段，则输出为abcd，不分段时的输84出为abcd，由此可以看出，只要对4段匹配滤波器的输出进行适当的组合就可以实现分段。所以图4是一种灵活的实现结构，并且与图3的实现方法相比，其使用的运算抽头数大大减少。在进行第一步小区搜索时采样率往往是码片率的好几倍，如果单倍采样率下的匹配滤波器的z变换是h(z)，则m倍采样率下的z变化就为h(zm)·,所以对于图4的匹配滤波器，

9、在m倍采样率下，只需在滤波器的前面再加上一级，且把其他部分延时寄存器的延时变为原来的m倍即可，抽头数并没有随采样率的增大而增加很多。如果采用图3的方法，抽头数就变成了原来的m倍。22第二步小区搜索在第一步小区搜索已实现在时隙与码片同步的基础上进行第二步小区搜索，其通常的实现框图如图5所示。16个相关器分别与16个基本辅助同步码相关。第二步小区搜索也可进行算法优化。由式(12)可知16个基本辅同步码由(1j)×(ub)与从256×256 Hadamard矩阵里选取的16列分别按位相乘得到。如果输入是256×256 Hadamard矩阵的任何一列，则通过快速Hadam

10、ard变换(FHT)可以识别。把从256级Hadamard矩阵里选取的16个序列记为hj(i)，(j0，1，15；i0，1，255)，由于16列是按照16j，(j0，1，15)的顺序选取的，根据Hadamard矩阵的性质，如果把其中任一列长为256的序列分为16段，则每段里的内容要么是全1，要么全为 1，所以把序列进行如下合并：则得到16个长为16的序列，其也为16×16的Hadamard矩阵，对于该Hadamard矩阵里的任何一列也可通过对其作快速Hadamard变化(FHT)得到。所以如果把(1j)×(ub)称作包络，对于16个基本辅助码，在去掉包络之后的Hadamar

11、d序列就可以通过16级的FHT进行识别。所以对图5的实现方法可以进行优化，其实现框图如图6所示。    FHT的实现框图如图7所示。    首先把包络(1j)×(ub)去掉，然后把256长 的序列分为16段，把每段内部的16个元素进行累加，从而得到长为16的序列，把长为16的序列作FHT，同样为了克服衰落以及提高信噪比，要把FHT的输出进行累加。对于图7的每个运算蝶，蝶的上部的输出等于上部输入与下部输入相加，下部输出等于上部输入减去下部输入。图6判决的结果为两部分，一个是码组号，一个是帧的起始位置，由此实现了码组识别与帧同步

12、。在第二步小区搜索时可以利用第一步匹配滤波器的输出作为第二步的相位参考，进行相干检测，在初始同步搜索时，可以利用分段匹配滤波器的输出作为第二步的相位参考，在FHT变化前，对长为16的序列根据分段的情况利用匹配滤波器提供的相位参考。相干检测的效果优于非相干检测，并且在进行按帧累加时，只需考虑实部的输出，所以在实现上也相对简单。图6的实现方法是一种较优的实现方法。23第三步小区搜索第三步小区搜索用于确定主扰码，在初始小区搜索时，要对8个可能的扰码进行判决。其可按图8的框图实现，在目标小区搜索时，待确定的扰码只有2个。    符号判决对去扰和解扩的符号的模进行比较，最大

13、的判为1，其他的判为0。统计模块可以在1帧的范围内对符号判决模块的各路输出的1的个数进行统计，扰码判决模块对各路的统计输出进行择大判决，然后将此最大值与一门限做比较，以验证扰码。对去扰和解扩模块，在初始小区搜索时为克服频差带来的影响，也可采用分段解扩，然后对各段进行非相干累加。当扰码确定后就可以检测基本CCPCH用以读出系统和小区的特定BCH信息，从而完成了小区搜索。3性能分析与结语第一步采用改进的匹配滤波器以及第二步应用FHT算法均有效的降低了运算量，节约了硬件资源。在初始小区搜索时采用分段匹配滤波以及分段相干的方法可以克服偏差带来的影响。第一步小区搜索时对匹配滤波器的输出进行时隙间累加，第

14、二步小区搜索进行帧间累加，均有效克服了衰落带来的影响。本文针对各步小区搜索给出的实现算法具有很好的实用性。参考文献13GPP TS 25214，V530：3rd generationpartnership project，physical layer procedures(FDD)23GPPTS25211，V530：3rd generation partnership projectphysicalchannels and mapping of transportchannels onto physicalchannels(FDD)33GPPTS25213，V520：3rd generation partnership project，spreading and modulation(FDD)43GPPTS25101，V550：3rd generation partnership project，UE radio transmission and reception5Yi-Pin Eric Wang.Cell seach in W-CDMA.IEEE J Select Areas Commun,2000，