基于信号预处理技术的上行接入信号捕获方法

摘要

本发明公开了一种基于信号预处理技术的上行接入信号捕获方法，针对上行接入信号所受干扰来源于固定干扰和随机干扰的特征，提出了选择性信号清零和选择性信号饱和两种针对性的方法，先通过滤波处理确定固定干扰位置，对当前上行信号进行清零处理，消除固定干扰，在对清零处理后的上行接入信号通过自动增益控制估值，利用固定偏移值对其进行饱和处理消除随机干扰。本发明通过减少甚至消除干扰对系统设备上行接入信号捕获的影响，提高了上行接入信号的捕获性能，并最终提高系统的接入成功率和硬切换成功率。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信系统，特别涉及时分双工码分多址(TD-SCDMA)移动通信系统中上行接入信号的捕获方法。

背景技术

在移动通信系统中，接收方获取接收信号的定时信息是交互的基础。一般而言，在前向链路方向，手持设备可以通过导频信号获取定时信息，并通过监控导频信号或者专用信号予以维护；在反向链路方向，手持设备需要发送接入信号以便系统设备侧获取反向链路信号的定时信息，随后系统设备通过监控专用信号对定时信息进行维护。

在WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址接入)系统中，手持设备发送前缀以便系统设备获取定时信息，而在TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址接入)系统中，手持设备则通过在UpPCH(Uplink pilotchannel，上行同步信道)上发送SYNC-UL(上行同步码)以便系统设备获取定时信息。专利号为97118934.X的“同步码分多址通信链路的建立和保持方法”的中国专利提出了TD-SCDMA系统中的特殊帧结构(如图1所示)，并建立了上行同步的框架。专利号为03119174.6的“一种用于检测用户终端随机接入的方法”的中国专利则以TD-SCDMA协议为基础提出了一种上行同步建立的方法。

由于TDD(Time Division Duplexing，时分双工)移动通信系统是以时分双工为基础的，即下行链路和上行链路使用了相同的频率，这就使得下行链路和上行链路具有相同的无线传播环境，在实际的TD-SCDMA系统中，本小区和邻小区的DwPTS(Downlink Piloting Time Slot，下行导频时隙)就会对Gp(保护时隙)和UpPTS(Uplink Piloting Time Slot，上行导频时隙)时隙产生干扰(如图2所示)，这一干扰电平甚至可以达到-80dBm左右，而上行同步码本身的检测信号在大多数器情况下仅能够达到-100dBm以下，这样上行接入信号的信噪比难以达到要求。TD-SCDMA系统的UpPCH Shifting协议提出的主要目的之一就是为了解决上述问题，以降低干扰电平，但需要牺牲系统的容量，并加大网络规划和优化的复杂性，而如果直接采用专利号为03119174.6的中国专利提供的方法，则上行同步码的检测概率很低，最终导致接入成功率以及硬切换成功率低。

因此，提高包括TD-SCDMA在内的移动通信系统的上行接入信号检测概率将极大地推动有关系统的发展和成熟。为此，本专利提出了选择性信号清零和选择性信号饱和两种方法，以提高上行接入信号的获取性能，并最终提高系统的接入成功率和硬切换成功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，对上行接入信号受到固定干扰和随机干扰的影响，针对性地提供一种基于信号预处理技术的上行接入信号捕获方法，使得上行同步和上行准同步的TDD移动通信系统中的系统设备可以精确地指导用户设备完成上行同步的建立过程，从根本上解决上行同步建立过程的低成功率问题。

本发明提供一种基于信号预处理技术的上行接入信号捕获方法，包括如下步骤：

基站对获取的上行接入时隙每个采样点的信号功率进行滤波，根据滤波后的包络特征确定固定干扰的位置，对当前瞬时信号中固定干扰的位置进行选择性清零处理；对清零处理后的信号进行自动增益控制并加上一个固定偏移后，对清零处理后的信号进行选择性饱和处理，再回退相同固定偏移后进行匹配滤波处理得到上行接入信号。

所述方法进一步分为如下步骤：

(1)获取上行接入时隙每一采样点信号的功率；

(2)对采样点历史和当前的信号功率进行滤波处理，根据滤波后的功率包络特征判决出固定干扰的位置，利用清零门限在当前的采样信号中将固定干扰位置的信号清零；

(3)对信号清零处理后的上行信号进行自动增益控制取值的估计，为自动增益控制得到的信号加上一个固定偏移的自动增益控制值后，再对清零后的上行信号进行饱和处理，并将饱和处理后的当前采样信号回退相同固定偏移的自动增益控制值，得到预处理后的上行接入信号；

(4)将预处理后上行接入信号与预定接入码进行匹配滤波处理，找出匹配滤波结果最大值的位置从而得到上行接入的有关信息。

所述步骤(2)中，通过对功率包络的估计求出信号清零门限，确定大于信号清零门限的信号点为固定位置的干扰。

所述步骤(2)中，在根据滤波后的功率包络特征判决固定干扰的位置步骤中：

预先设定固定干扰位置数N，通过排序的方法将滤波后信号强度最大N个点的位置，确定为固定干扰的位置。

所述步骤(2)中，利用清零门限在当前的采样信号中将固定干扰位置的信号清零时，是将选择出固定位置处的当前信号置为0。

所述步骤(3)中，所述固定偏移的自动增益控制值是采用2的M次方。

所述步骤(2)中进行滤波处理时，采用Alpha滤波器对历史的和当前的采样点信号进行功率滤波处理。所述步骤(2)中进行滤波处理时，在滤波的最初几帧采用变Alpha滤波器系数的方法。

本发明针对上行接入信号所受干扰来源于固定干扰和随机干扰的特征，提出了选择性信号清零和选择性信号饱和两种针对性的方法，先通过滤波处理确定固定干扰位置，对当前上行信号进行清零处理，消除固定干扰，在对清零处理后的上行接入信号通过自动增益控制估值，利用固定偏移值对其进行饱和处理消除随机干扰。应用本发明，可以减少甚至消除干扰对系统设备上行接入信号捕获的影响，提高了上行接入信号的捕获性能，并最终提高系统的接入成功率和硬切换成功率。并将提高包括TD-SCDMA在内的移动通信系统的上行接入信号检测概率将极大地推动有关系统的发展和成熟。

附图说明

图1是TD-SCDMA系统的子帧结构示意图；

图2是TD-SCDMA系统中接入时隙所受干扰的示意图；

图3是本发明的简要实施流程图；

图4是本发明的具体实施方式的一种流程图；

图5是选择性信号清零前后的对比示意图；

图6是选择性信号饱和前后的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

对以TDD为基础的系统而言，下行链路和上行链路使用了相同的频率，邻小区的下行时隙都可能会影响到本小区的上行时隙信号，而用户设备接入系统设备之前必须通过上行时隙发送上行接入信号，以便系统设备获取用户设备的有关信息。如图2中所示的接入时隙所受干扰的示意图中，下行时隙的干扰可能与上行时隙存在交叠，下行DwPTS甚至TS0(时隙0)会因为时延而对上行GP、UpPTS发生干扰。

由于网络的延续性，这些干扰信号具备一定的分布特征和包络的相对稳定性，因此，通过滤波技术，可以得到这些干扰信号的分布，并可通过一定的手段予以清除；而对于包络不稳定的干扰信号，则可以通过饱和处理，将其对上行接入信号捕获的影响降低到最低限度。

本发明为了去除上述干扰，提出了选择性信号清零和选择性信号饱和两种方法，并运用这两项技术到TDD移动通信系统中系统设备的上行接入信号捕获过程中。

本发明利用了移动通信系统中上行接入信号自身的功率平稳特征，采用选择性信号清零去除长期功率平稳的强干扰信号，而采用选择性信号饱和处理去除短期的强干扰信号，上述两种可独立实施的方法结合起来使用将干扰信号对于上行接入的影响降低到最低限度。

本发明提出的基于信号预处理技术的上行接入信号捕获方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤301，求出上行接入时隙每个采样点信号的功率；

步骤302，对历史和当前的采样点信号功率进行滤波处理，以得到滤波后的功率包络；

步骤303，根据滤波的包络特征判决出固定干扰的位置，并确定后续信号处理中清零的信号区域；

在判决固定干扰位置时，可根据采样点的历史采样滤波功率来获得，也可以根据采样点的当前采样滤波功率来获得。判决时，需要设定一个固定功率门限，对于滤波后的历史采样滤波功率和/或当前采样滤波功率，若功率包络中某一位置的功率高于固定功率门限，则可判定该位置为固定干扰的位置。

步骤304，在当前的采样信号中将固定干扰位置的信号清零，即将选择出固定位置处的当前信号置为0；

步骤305，利用步骤304获得的剩余信号进行自动增益控制(AGC)取值的估计；

步骤306，利用步骤305获得的AGC取值加上一个固定偏移AGC值，对步骤304中清零后得到的采样信号进行AGC及饱和处理；

步骤307，将步骤306得到的信号回退固定偏移AGC值的影响，从而将后续处理信号集中在预置的电平区域，考虑到数字信号处理的特殊性，这个固定偏移的AGC值可以采用2的M次方；

步骤308，采用步骤307提取出的信号与预定接入码进行匹配滤波处理，找出匹配滤波结果最大值的位置从而得到上行接入的有关信息。

如图4所示，显示了本发明的一个应用实例，具体包括以下步骤：

步骤401，系统设备获取接收信号，如果捕获区域由多天线组成，则需要获取多天线的接收信号。

步骤402，对于每一个单独求上行接入信号捕获的区域，求出上行同步区域每个采样点信号的I、Q平方和，如果是捕获区域由多天线组成，则可以将这些天线对应的采样点进行功率叠加。

步骤403，利用滤波器对历史的采样点信号进行功率滤波处理。利用滤波器对接收信号的信道冲击响应的能量进行滤波，假定上一次滤波器的输出序列为：

Z₁(n-1)，Z₂(n-1)，Z₃(n-1)，...，Z_i(n-1)，...，Z_I(n-1)

其中I为滤波器输出序列的长度，一般为上行接入信号捕获窗的大小；n为第n次滤波的序号，对于第1次滤波，滤波器的输出可直接设置为与接收信号功率序列相关的值甚至接收信号功率序列本身。定义输入的接收信号功率序列为X(n)，则在采用Alpha滤波器的情况下有：

Z_i(n)＝β*Z_i(n-1)+(1-β)*X_i(n)  i＝1，2，…，I

其中β为Alpha滤波器的系数，可取值区间为[0，1]，在滤波的最初几帧还可以采用变Alpha滤波器系数的方法，以提高收敛性。

上述用于滤波处理的滤波方法还有很多，此处只列举了一个常用示例，还可以采用如递归平均等滤波方法。

步骤404，获取滤波后信号强度最大N个点的位置，可以通过排序的方法获得，其中N为配置参数，如配置N为40；也可以通过对功率包络的估计求出信号清零门限，对于大于信号清零门限的信号点记录下来，如图5所示。

步骤405，将经过步骤404选择的点所接收信号在当前帧信号序列中清零，其清零后的效果如图5所示。

步骤406，利用剩余的信号进行自动增益控制估计。

步骤407，基于增益取值，对接收信号进行自动增益处理。

步骤408，对上行信号进行左移M位的饱和处理。

步骤409，将饱和处理后的剩余采样信号右移M位，结合步骤408，其效果如图6所示。

步骤410，匹配滤波处理得到上行接入的有关信息。

在步骤408、409中处于简化的考虑，可将固定偏移AGC值人为设置为乘以2＾M方，这样在数字信号处理中就是左移M位和右移M位。

本文所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进以及更新等等，均应包含在本发明的保护范围之内。