Способ поиска широкополосного сигнала и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам и устройствам поиска широкополосного сигнала. Технический результат - уменьшение времени поиска широкополосного сигнала и увеличение вероятности правильного обнаружения сигнала на заданное время работы устройства. Сущность способа поиска широкополосного сигнала заключается в том, что на мобильной станции входной поток разбивают на фреймы по k слотов в каждом текущем фрейме, каждый слот содержит n символов, поиск осуществляют последовательно в три этапа, используя первичный, вторичный синхроканалы и общий контрольный физический канал (СССРН) таким образом, что на первом этапе осуществляют слотовую синхронизацию, при этом используют первичный синхроканал. На этапе слотовой синхронизации поиск осуществляют в h циклов. На втором этапе осуществляют фреймовую синхронизацию и определяют номер кодовой группы базовой станции, обнаруженной на этапе слотовой синхронизации, причем поиск осуществляют в m циклов. На третьем этапе определяют скремблирующий код, который используется базовой станцией, и поиск осуществляют в q циклов. На каждом этапе введена процедура сравнения с порогом. Длительность каждого этапа не является фиксированной. Этап завершается, как только будет достигнута требуемая достоверность результатов. Это обстоятельство позволяет существенно сократить время поиска. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и устройствам поиска широкополосного сигнала, и направлено на уменьшение времени поиска широкополосного сигнала и увеличение вероятности правильного обнаружения сигнала за заданное время работы устройства.

В системах радиосвязи вследствие относительного перемещения базовой станции и мобильной станции возникает нестационарность параметров входного сигнала за счет изменяющихся комбинаций лучей, принимаемых мобильной и базовой станциями, имеющих разные по каждому лучу допплеровские сдвиги частоты широкополосных сигналов, а также вследствие нестационарных свойств самого радиоканала.

Проблемам распространения широкополосных сигналов и их применению в городских системах цифровой связи посвящена статья Дж. Л.Турина [1, Введение в широкополосные методы борьбы с многолучевостью распространения радиосигналов и их применение в городских системах цифровой связи. Дж. Л.Турин. ТИИЭР. Т. 68, N 3, март 1980 г.].

В такой сложной динамической интерференционной картине уменьшение времени поиска широкополосного сигнала и точность обнаружения сигнала за заданное время работы является важной задачей, на решение которой направлены различные технические решения.

Известно изобретение [2, авторское свидетельство N 1356229 "Устройство поиска шумоподобного сигнала" авторы: В.Н.Осьмак, С.Н. Смирнов и А.Н. Ступин, МПК⁴ H 04 В 1/10, H 04 L 7/00], направленное на уменьшение времени поиска сигнала.

Устройство поиска по этому техническому решению содержит cмеситель, широкополосный усилитель, демодулятор, узкополосный усилитель, детектор с фильтром нижних частот, управляемый гетеродин, дискриминатор, корректирующий усилитель, управляемый тактовый генератор, генераторы псевдослучайной последовательности, коммутаторные вентили, элемент ИЛИ, m корреляторов, m пороговых вентилей, m пороговых элементов, m формирователей временных интервалов, m ключей, m блоков запрета, блок фазирования, многоканальный узел сканирования.

Это устройство поиска работает следующим образом. После задания величины начальной задержки тактовых импульсов для каждого генератора область поиска шумоподобного сигнала по задержке разбивается на m участков по N/m ячеек, где N - длина псевдослучайной последовательности, m - число корреляторов. При этом поиск на каждом участке осуществляется одним каналом поиска. Если за время анализа ячейки не происходит превышения "низкого" порогового уровня в соответствующем канале, то в многоканальном узле сканирования подсчитывается число исследованных ячеек области неопределенности сигнала для каждого из m участков. Если за время анализа наблюдается превышение "низкого" порогового уровня без превышения "высокого", то время анализа данной ячейки увеличивается до значения, необходимого для более достоверного принятия решения о наличии или отсутствии сигнала в этом канале. Если за время проверки не происходит превышения "высокого" порогового уровня в проверяемом канале, то этот канал переходит к анализу следующей ячейки. При этом поиск в остальных каналах не прекращается.

Данное техническое решение невозможно реализовать в рамках перспективных проектов и стандартов, отрабатываемых в настоящее время ведущими зарубежными фирмами в данной области техники (например, такими как Qualcomm, Motorola, Erricson и другими ведущими фирмами мира) и направленных на создание устройств 2000 года, так оно не обладает достаточной оперативностью и точностью обнаружения сигнала.

Известно другое техническое решение, направленное на увеличение вероятности правильного обнаружения сигнала за заданное время работы устройства [3, авторское свидетельство N 1561204 "Устройство обнаружения шумоподобных сигналов" авторы: М.Д.Петров, В.В. Калмыков, С.И.Наумкин, В.Г.Поплавский и В.А.Васин, МПК H 04 В 1/10].

Устройство поиска в соответствии с этим техническим решением содержит согласованный фильтр, пороговый блок, блок управления, состоящий из линии задержки, счетчика адреса записи, управляемого коммутатора и счетчика адреса считывания, коррелятор, генератор опорных сигналов, состоящий из генератора тактовых импульсов, кольцевого счетчика адреса и блока памяти, а также счетчик времени, блок памяти и вычитатель.

Данное устройство поиска осуществляет двухэтапную процедуру поиска широкополосного сигнала. Первый этап поиска производится с помощью фильтра, настроенного на оконечный сегмент используемого широкополосного сигнала. Второй этап - это этап проверки обнаружения фильтром широкополосного сигнала, осуществляется на корреляторе с помощью генератора опорных сигналов. При этом проверка точек обнаружения сигналов фильтра производится параллельно с продолжающимся поиском сигнала фильтром.

Данное техническое решение, так же как и предыдущее устройство, невозможно реализовать в рамках перспективных проектов и стандартов, отрабатываемых в настоящее время ведущими зарубежными фирмами в данной области техники, так как оно не обладает достаточной оперативностью и точностью обнаружения сигнала.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является поиск широкополосного сигнала и алгоритм его реализации, описанный в проекте стандарта UMTS-2000 "Широкополосные системы передачи-приема радиосигнала", разработанный Европейским институтом стандартизации [4, проект стандарта UMTS-2000, стр. 46 - 47].

Это известное техническое решение предполагает проводить последовательную трехэтапную процедуру поиска, используя первичный, вторичный синхроканалы и общий контрольный физический канал ССРСН (проект стандарта UMTS п. 5.1.2.3.1, 5.1.2.3.2. и 5.1.2.3.2.2., стр.26-29).

На первом этапе поиска осуществляют слотовую (подпакетную) синхронизацию, на втором этапе - фреймовую (пакетную) синхронизацию и определяют номер кодовой группы базовой станции, на третьем этапе - определяют номер скремблирующего кода базовой станции.

Исходя из описания, данного в разделе, касающемся этой процедуры поиска, можно предположить, что устройство для реализации поиска широкополосного сигнала должно содержать, по меньшей мере, блок слотовой (подпакетной) синхронизации, блок фреймовой (пакетной) синхронизации, блок идентификации скремблирующего кода базовой станции и генератор псевдослучайной последовательности (см. фиг. 1).

На первом этапе слотовой (подпакетной) синхронизации поисковое устройство мобильной станции использует блок слотовой синхронизации таким образом, чтобы самая сильная базовая станция могла войти в слотовую синхронизацию. Блок слотовой синхронизации может быть выполнен различным образом. Например, это может быть согласованный фильтр или какое-нибудь иное аналогичное устройство, согласованное с идентичным для всех базовых станций кодом первичного синхроканала. Выход согласованного фильтра будет иметь пики для каждого луча каждой базовой станции, находящейся в зоне действия мобильной станции. Для большей надежности выход согласованного фильтра должен быть некогерентно аккумулирован в течение нескольких подпакетов (слотов).

Способ поиска широкополосного сигнала на этом этапе сводится к тому, что он осуществляет последовательный просмотр области неопределенности, состоящей из нескольких временных позиций, и выносит решение о том, соответствует ли синхронизация проверяемой позиции или нет.

На втором этапе проведения поиска используют блок фреймовой (пакетной) синхронизации и определения номера кодовой группы базовой станции, обнаруженной блоком слотовой синхронизации. Это осуществляется посредством корреляции входного сигнала со всеми 17 возможными кодами вторичного синхроканала. Результаты корреляции со всех 17 корреляторов в 16 последовательных временных позициях запоминают и используют с целью формирования решающих величин. Решающие величины получаются в результате некогерентного суммирования выходов корреляторов в соответствии с 16-символьной последовательностью из 32 возможных последовательностей и 16-ти циклических сдвигов, получая в результате 512 решающих величин. Следует заметить, что циклические сдвиги последовательностей являются уникальными. Таким образом, посредством идентификации пар последовательность/сдвиг (что дает максимальную корреляционную величину) определяется номер кодовой группы базовой станции, а также фреймовая синхронизация. На третьем этапе поиска - идентификации скремблирующего кода, определяют точную форму скремблирующего кода найденной базовой станции, который принадлежит ансамблю из 16 кодов. Скремблирующий код идентифицируется посредством посимвольной корреляции общего контрольного канала.

Как видно, по сравнению с предыдущими изобретениями, предложения по ускоренному поиску по проекту стандарта UMTS являются наиболее перспективными и обладающими лучшими техническими характеристиками.

Однако, перечисленные этапы ускоренного поиска предполагают некогерентное накопление сигнала, что приводит к снижению качества сигнала, так как известно, что когерентное накопление по сравнению с некогерентным дает энергетический выигрыш.

Поэтому задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - это сокращение времени поиска, увеличение вероятности правильного обнаружения широкополосного сигнала и получение дополнительного энергетического выигрыша, что в совокупности приводит к улучшению характеристик системы связи.

Для достижения поставленной задачи в способ поиска широкополосного сигнала, заключающийся в том, что на мобильной станции входной поток разбивают на фреймы по k слотов в каждом текущем фрейме, каждый слот содержит n символов, поиск осуществляют последовательно в три этапа, используя первичный, вторичный синхроканалы и общий контрольный физический канал (СССРН), таким образом, что на первом этапе осуществляют слотовую синхронизацию, при этом используют первичный синхроканал таким образом, чтобы самая сильная базовая станция могла войти в слотовую синхронизацию, для этого формируют код первичного синхроканала, идентичный для всех базовых станций, вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала на интервале длительности слота, полученные значения последовательностей корреляции детектируют и некогерентно накапливают на интервале длительности нескольких слотов, осуществляют выборку максимальной величины, которую используют на последующих этапах поиска, на втором этапе поиска осуществляют фреймовую синхронизацию и определяют номер кодовой группы базовой станции, обнаруженной на этапе слотовой синхронизации по максимальному значению полученной величины, при этом используют вторичный синхроканал, для этого формируют i кодов вторичного синхроканала, осуществляют корреляцию входного сигнала со всеми возможными кодами вторичного синхроканала на интервале длительности k слотов, образуя i последовательностей корреляции вторичного синхроканала, параллельно вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала, полученные величины перемножают с i последовательностями корреляции вторичного синхроканала, образуя таким образом i комплексных последовательностей величин корреляции на интервале длительности фрейма, формируют матрицу X величин корреляции (последовательно- параллельный пакет двоичных символов), где X = i · k, формируют матрицу Y решающих величин (последовательно-параллельный пакет двоичных символов), где Y= j · k, j - все возможные последовательности, k - циклические сдвиги, осуществляют идентификацию пар последовательность/сдвиг таким образом, чтобы получить максимальную корреляционную величину, которую используют для принятия решения о группе базовой станции и фреймовой синхронизации, на третьем этапе поиска определяют скремблирующий код, который используется базовой станцией, путем вычисления корреляции входного сигнала со всеми возможными скремблирующими кодами группы базовой станции на интервале длительности символа, полученные значения корреляции детектируют, некогерентно накапливают, осуществляют выборку максимальной величины, которую используют для принятия решения, дополнительно вводят следующую последовательность существенных операций: на этапе слотовой синхронизации поиск осуществляют в h этапов, при этом на каждом этапе полученную величину некогерентного накопления на интервале длительности нескольких слотов сравнивают с заданным уровнем порога, при этом, если порог превышен на текущем этапе поиска, то переходят к фреймовой синхронизации, если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе слотовой синхронизации, полностью повторяя весь цикл, при этом для этапа слотовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более h, если на h-м этапе установленный порог не превышен, то поиск осуществляют сначала, на втором этапе поиск осуществляют в m этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога, причем, если порог превышен на текущем этапе поиска, то переходят к третьему этапу поиска, если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе фреймовой синхронизации, полностью повторяя весь цикл, при этом для этапа фреймовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более m, если на m-м этапе установленный порог не превышен, поиск начинают сначала с этапа слотовой синхронизации, на третьем этапе то, что поиск осуществляют в q этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога для третьего этапа, причем, если установленный порог не превышен, осуществляют следующий этап поиска, полностью повторяя весь цикл, если порог превышен на текущем этапе поиска, то принимают решение о том, какой скремблирующий код использовался базовой станцией, при этом для этапа определения скремблирующего кода базовой станции также устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также при этом осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более q, если на q-м этапе установленный порог не превышен, поиск осуществляют сначала с этапа слотовой синхронизации.

Поставленная задача решается также за счет того, что разработано устройство поиска широкополосного сигнала, которое позволяет в полном объеме реализовать алгоритм заявляемого способа.

В устройство поиска широкополосного сигнала, содержащее блок слотовой синхронизации, блок фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, содержащий i корреляторов, i детекторов огибающей сигнала и узел принятия решения, блок определения скремблирующего кода базовой станции и генератор псевдослучайной последовательности, при этом вход блока слотовой синхронизации, первый вход i корреляторов блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции и первый вход блока определения скремблирующего кода базовой станции являются входами устройства поиска, выход блока слотовой синхронизации соединен со вторым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции и первым входом генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен с выходом блока фреймовой синхронизации, первые выходы генератора псевдослучайной последовательности соединены со вторыми входами i корреляторов блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, вторые выходы генератора псевдослучайной последовательности соединены с третьими входами блока определения скремблирующего кода базовой станции, дополнительно введены блок сравнения с порогом и блок управления, причем первый выход блока управления соединен со вторым входом блока слотовой синхронизации, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, второй выход блока управления соединен со вторым входом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, второй выход которой соединен со вторым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с четвертым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции, первый выход которого соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с первым входом блока сравнения с порогом, выход которого соединен с четвертым входом блока управления, выход которого является выходом устройства, первый выход блока слотовой синхронизации соединен со вторым входом блока сравнения с порогом и с третьим входом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, первый выход которого соединен с третьим входом блока сравнения с порогом и пятым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции, первый выход которого соединен с четвертым входом блока сравнения с порогом, пятый выход блока управления соединен с третьим входом генератора ПСП.

Кроме того, для практической реализации заявляемых способа приема широкополосного сигнала и устройства для его реализации предложены частные варианты исполнения блок-схемы блока слотовой синхронизации и блока определения скремблирующего кода базовой станции (фиг. 3 и 4).

Сопоставительный анализ первого заявляемого технического решения, способа поиска широкополосного сигнала, с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа, так как введена новая последовательность операций, которая позволяет восстановить фазу на втором этапе поиска пакетной синхронизации и появляется возможность копить энергию когерентно.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения. Следовательно заявляемый способ широкополосного сигнала отвечает критериям "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает неочевидностью решения.

Сопоставительный анализ второго заявляемого технического решения, устройства поиска широкополосного сигнала, с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа, так введены следующие конструктивные признаки: введены дополнительно блок сравнения с порогом и блок управления, а также соответственно введены новые связи, которые в совокупности позволили решить поставленную задачу - это сокращение времени поиска, увеличение вероятности правильного обнаружения широкополосного сигнала и получение дополнительного энергетического выигрыша, что в совокупности приводит к улучшению характеристик системы.

Сравнение заявляемого устройства поиска широкополосного сигнала с другими известными техническими решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения, следовательно предлагаемое изобретение отвечает критериям изобретения: "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает неочевидностью.

Изобретение поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства поиска широкополосного сигнала (прототип). На фиг. 2 изображена блок-схема устройства поиска широкополосного сигнала (заявляемое изобретение). На фиг. 3 представлен пример исполнения блока слотовой синхронизации. На фиг. 4 представлен пример исполнения блока определения скремблирующего кода базовой станции. На фиг. 5 раскрыт пример выполнения узла принятия решения.

Устройство поиска широкополосного сигнала (прототип, фиг. 1) содержит: блок пакетной (слотовой) синхронизации 1, блок пакетной (фреймовой) синхронизации и определения группы кода базовой станции 2, состоящий из i цепочек последовательно соединенных коррелятора 3, детектора 4, выходы детекторов 4 всех i цепочек соединены с i входами узла принятия решения 5, блок определения скремблирующего кода базовой станции 6 и генератор ПСП 7. Входы блока слотовой синхронизации 1, блока фреймовой синхронизации 2 и блока определения скремблирующего кода базовой станции 6 объединены и являются входом устройства, выходы же этих блоков являются выходами устройства. Выход блока слотовой синхронизации 1 соединен со входом блока определения скремблирующего кода базовой станции 6 и входом генератора ПСП 7. Выходы генератора ПСП 7 соединены со входами корреляторов 3 блока фреймовой синхронизации 2 и со входами блока определения скремблирующего кода 6.

Устройство поиска широкополосного сигнала (заявляемое изобретение) содержит (фиг.2): блок слотовой синхронизации 1, блок фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2, содержащий i корреляторов 3, i детекторов огибающей сигнала 4 и узел принятия решения 5, блок определения скремблирующего кода базовой станции 6 и генератор псевдослучайной последовательности 7. При этом вход блока слотовой синхронизации 1, первый вход i корреляторов 3 блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2 и первый вход блока определения скремблирующего кода базовой станции 6 являются входами устройства поиска. Выход блока слотовой синхронизации 1 соединен со вторым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции 6 и первым входом генератора псевдослучайной последовательности 7, второй вход которого соединен с выходом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2. Первые выходы генератора псевдослучайной последовательности 7 соединены со вторыми входами i корреляторов 3 блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2. Вторые выходы генератора псевдослучайной последовательности 7 соединены с третьими входами блока определения скремблирующего кода базовой станции 6. Первый выход блока управления 9 соединен со вторым входом блока слотовой синхронизации 1, второй выход которого соединен с первым входом блока управления 9. Второй выход блока управления 9 соединен со вторым входом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2, второй выход которой соединен со вторым входом блока управления 9. Третий выход блока управления 9 соединен с четвертым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции 6, первый выход которого соединен с третьим входом блока управления 9. Четвертый выход блока управления 9 соединен с первым входом блока сравнения с порогом 8, выход которого соединен с четвертым входом блока управления 9, выход которого является выходом устройства. Первый выход блока слотовой синхронизации 1 соединен со вторым входом блока сравнения с порогом 8, первый выход блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции 2 соединен с третьим входом блока сравнения с порогом 8 и пятым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции 6, первый выход которого соединен с четвертым входом блока сравнения с порогом 8. Пятый выход блока управления 9 соединен с третьим входом генератора ПСП 7.

Блок подпакетной (слотовой) синхронизации 1 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные: согласованный фильтр 10, детектор огибающей сигнала 11, узел некогерентного накопления 12, узел выбора максимума 13.

Блок определения скремблирующего кода базовой станции содержит 6 (фиг. 4): p корреляторов 14-1 - 14-р, p детекторов огибающей сигнала 15-1 - 15-р, p узлов некогерентного накопления 16-1 - 16-р, узел принятия решения 17.

Узел принятия решения 5 приведен в качестве примера выполнения и содержит (фиг.5): элемент формирования матрицы X 18 (величин корреляции), элемент пересчета всех возможных последовательностей корреляции 19, элемент формирования матрицы Y 20 (решающих величин), элемент выбора максимума 21.

Работает устройство следующим образом.

Входной широкополосный сигнал на видеочастоте поступает на вход устройства поиска.

Входной поток разбивают на фреймы по k слотов в каждом текущем фрейме, каждый слот содержит n символов, поиск осуществляют последовательно в три этапа, используя первичный, вторичный синхроканалы и общий контрольный физический канал (ССРН).

Первый этап поиска осуществляют в блоке подпакетной (слотовой) синхронизации 1. При этом формируют код первичного синхроканала, идентичный для всех базовых станций, вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала на интервале длительности слота, эти операции выполняют в согласованном фильтре 10 (фиг. 3).

Полученные значения последовательностей корреляции (выходной сигнал согласованного фильтра) детектируют в детекторе огибающей сигнала 11 (фиг. 3). Затем некогерентно накапливают на длительности нескольких подпакетов в узле некогерентного накопления 12 (фиг. 3).

Осуществляют выборку максимальной полученной величины в узле выбора максимума 13 (фиг. 3), которую используют на последующих этапах поиска.

Второй этап поиска осуществляют, используя блок фреймовой (пакетной) синхронизации и определения номера кодовой группы базовой станции 2 (фиг. 2).

Выходной информационный сигнал с блока подпакетной (слотовой) синхронизации 1 поступает на вход генератора псевдослучайной последовательности 7, который формирует соответствующий опорный сигнал ПСП и подает его на входы корреляторов. В момент поступления стробирующего сигнала (начала слота) начинают функционировать i корреляторов 3-1 - 3-i, согласованных с i кодами вторичного синхроканала.

Таким образом параллельно вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала и вычисляют корреляцию входного сигнала со всеми возможными кодами вторичного канала на интервале длительности k подпакетов, образуя i последовательностей корреляции вторичного синхроканала.

Последовательность корреляции первичного синхроканала перемножают с последовательностями корреляции вторичного синхроканала, образуя таким образом комплексную последовательность значений корреляции. Полученный результат записывается в узле принятия решения 5.

Узел принятия решения 5 формирует матрицу X величин корреляции (последовательно-параллельный пакет двоичных символов), где X = i · k, формирует матрицу Y решающих величин (последовательно-параллельный пакет двоичных символов), где Y= j · k, j - все возможные последовательности, k - циклические сдвиги, осуществляют идентификацию пар последовательность/сдвиг таким образом, чтобы получить максимальную корреляционную величину, которая является выходной информационной величиной о номере кодовой группы базовой станции и пакетной синхронизации. Число циклических сдвигов k равно количеству слотов в фрейме.

Узел принятия решения 5 может быть выполнен различными способами (фиг. 5). Например, может содержать последовательно соединенные элемент формирования матрицы X величин корреляции 18, элемент пересчета всех возможных последовательностей корреляции 19, элемент формирования матрицы Y решающих величин 20 и блок выбора максимума 21.

Третий этап поиска осуществляют, используя блок определения скремблирующего кода базовой станции 7 (фиг. 2). Пример выполнения этого блока приведен на фиг. 4.

Корреляторы 13-1 - 13-р вычисляют корреляцию входного сигнала с z возможными скремблирующими кодами группы базовой станции на интервале длительности символа. Полученные значения корреляции детектируют в детекторах огибающей сигнала 14-1 - 14-р, некогерентно накапливают в узлах некогерентного накопления 15-1 - 15-р, осуществляют выборку максимальной величины в узле принятия решения 16, которая является номером скремблирующего кода базовой станции.

На этапе слотовой синхронизации поиск осуществляют в h этапов, при этом на каждом этапе полученную величину некогерентного накопления на интервале длительности нескольких слотов сравнивают с заданным уровнем порога в блоке сравнения с порогом 8. При этом если порог превышен на текущем этапе поиска, то переходят к фреймовой синхронизации, если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе слотовой синхронизации (полностью повторяя весь цикл). При этом для этапа слотовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, их должно быть не более h. Если на h-м этапе установленный порог не превышен, то поиск осуществляют сначала. На втором этапе поиска поиск осуществляют в m этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога в блоке сравнения с порогом 8, причем, если порог превышен на текущем этапе поиска, то переходят к третьему этапу поиска (определения скремблирующего кода, который используется базовой станцией), если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе фреймовой синхронизации (полностью повторяя весь цикл). При этом для этапа фреймовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, их должно быть не более m. Если на m-м этапе установленный порог не превышен, поиск начинают сначала с этапа слотовой синхронизации.

На третьем этапе определяют скремблирующий код, который используется базовой станцией, путем вычисления корреляции входного сигнала с кодами общего контрольного физического канала и со всеми возможными скремблирующими кодами группы базовой станции на интервале длительности символа. Полученные значения корреляции детектируют, некогерентно накапливают, осуществляют выборку максимальной величины, которую используют для принятия решения. Поиск осуществляют в q этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога для третьего этапа, причем, если установленный порог не превышен, осуществляют следующий этап поиска (полностью повторяя весь цикл), если порог превышен на текущем этапе поиска, то принимают решение о том, какой скремблирующий код использовался базовой станцией. При этом для этапа определения скремблирующего кода базовой станции также устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также при этом осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, их должно быть не более q. Если на q-м этапе установленный порог не превышен, поиск осуществляют сначала с этапа слотовой синхронизации.

Длительность каждого этапа не является фиксированной. Этап завершается, как только будет достигнута требуемая достоверность результатов. Это обстоятельство позволяет существенно сократить время поиска.

В процессе работы над предлагаемым изобретением был проанализирован прототип по стандарту UMTS [4] и было проведено компьютерное моделирование прототипа и заявляемого изобретения, поэтому более подробно рассмотрим процедуру поиска широкополосного сигнала.

Целью первого этапа поиска является нахождение временного положения самой мощной многолучевой компоненты.

Поскольку первичный синхроканал имеет периодическую структуру, т.е. повторяется каждый 2560 элементов ПСП, и многолучевые компоненты могут находиться в любой точке данного интервала, область неопределенности поиска равна 2560 элементам ПСП. Вместе с этим шаг поиска должен быть выбран таким, чтобы потери, обусловленные его величиной, были невелики. Другими словами от шага поиска будут зависеть характеристики поиска, такие как вероятность ошибки поиска и его среднее время при фиксированном уровне помех. Шаг поиска может быть равен элементу ПСП или менее элемента ПСП. Например, если шаг поиска равен элементу ПСП, то поисковая процедура в рамках первого шага предполагает последовательный просмотр области неопределенности, состоящей из 2560 элементов ПСП с одновременным последетекторным накоплением, если 0,5 - то соответственно 2·2560 элементов ПСП и т.д.

Причем поиск лучше проводить с фиксированным временем, так как данный подход предполагает просмотр всей области неопределенности (всех возможных временных позиций) и выбор наиболее вероятной из всех просмотренных. Поскольку время просмотра области неопределенности является величиной, определенной заранее, то, следовательно, и время всего поиска является величиной неслучайной. В рамках данного подхода осуществление последетекторных накоплений реализовать значительно проще, нежели при поиске со случайным временем останова, поскольку нет порога.

По прошествии времени, отведенного на первый этап поиска, например 16 слотов (подпакетов), просмотр останавливают и осуществляют поиск максимального элемента. Индекс этого элемента однозначно связан с временной позицией многолучевой компоненты. Если найденный в ходе вышеописанных операций индекс не соответствует действительной позиции одной из многолучевых компонент сигнала, с погрешностью ±0,5 чипа, то процедура поиска считается ошибочной (ложный захват).

На втором этапе пакетной (фреймовой) синхронизации и определения группы кода базовой станции, 17 корреляторов (i=17), согласованных с 17 кодами вторичного синхроканала, начинают функционировать в момент поступления стробирующего сигнала с блока слотовой (подпакетной) синхронизации 1, таким образом вычисляют корреляцию входного сигнала со всеми возможными кодами вторичного синхроканала. Последовательность данных операций выполняют 16 раз на интервале длительности пакета (фрейма). Полученный результат записывается в массив.

Таким образом заполняется массив (матрица) X размером 17 x 16 величин корреляции. С помощью решающих величин, записанных в массиве X, производится вычисление массива Y размером 32 x 16 решающих величин, где j=32 - число возможных последовательностей, k=16 - число циклических сдвигов.

где С - матрица, содержащая номера кодов вторичного синхроканала, из которых формируют последовательности, идентифицирующие кодовую группу базовой станции.

Данные вычисления проводятся с целью суммирования результатов корреляции во всевозможных комбинациях. Комбинация, соответствующая правильному номеру группы базовой станции и пакетной (фреймовой) синхронизации, должна дать максимальную сумму.

В результате проведенного сравнительного анализа заявляемого способа приема широкополосных сигналов и устройства для его реализации очевидно, что заявляемое изобретение обладает лучшими техническими характеристиками и позволяет: - сократить время поиска широкополосного сигнала, - улучшить качество поиска, - восстанавливает фазу принимаемого сигнала, что дает возможность копить энергию когерентно и получить, таким образом, дополнительный энергетический выигрыш.

Формула изобретения

1. Способ поиска широкополосного сигнала, заключающийся в том, что на мобильной станции входной поток разбивают на фреймы по k слотов в каждом текущем фрейме, каждый слот подержит n символов, поиск осуществляют последовательно в три этапа, используя первичный, вторичный синхроканалы и общий контрольный физический канал (ССРСН), таким образом, что на первом этапе осуществляют сплотовую синхронизацию, при этом используют первичный синхроканал таким образом, чтобы самая сильная базовая станция могла войти в слотовую синхронизацию, для этого формируют код первичного синхроканала, идентичный для всех базовых станций, вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала на интервале длительности слота, полученные значения последовательностей корреляции детектируют и некогерентно накапливают на интервале длительности нескольких слотов, осуществляют выборку максимальной величины, которую используют на последующих этапах поиска, на втором этапе поиска осуществляют фреймовую синхронизацию и определяют номер кодовой группы базовой станции, обнаруженной на этапе слотовой синхронизации, при этом используют вторичный синхроканал, для этого формируют i кодов вторичного синхроканала, осуществляют корреляцию входного сигнала со всеми возможными кодами вторичного синхроканала на интервале длительности k слотов, образуя i последовательностей корреляции вторичного синхроканала, параллельно вычисляют корреляцию входного сигнала с кодом первичного синхроканала, полученные величины перемножают с i последовательностями корреляции вторичного синхроканала, образуя таким образом i комплексных последовательностей величин корреляции на интервале длительности фрейма, формируют матрицу Х величин корреляции, формируют матрицу Y решающих величин, осуществляют идентификацию пар последовательность/сдвиг таким образом, чтобы получить максимальную корреляционную величину, которую используют для принятия решения о группе базовой станции и фреймовой синхронизации, на третьем этапе поиска определяют скремблирующий код, который используется базовой станцией, путем вычисления корреляции входного сигнала со всеми возможными скремблирующими кодами группы базовой станции на интервале длительности символа, полученные значения корреляции детектируют, некогерентно накапливают, осуществляют выборку максимальной величины, которую используют для принятия решения, отличающийся тем, что на этапе слотовой синхронизации поиск осуществляют в h этапов, при этом на каждом этапе полученную величину некогерентного накопления на интервале длительности нескольких слотов сравнивают с заданным уровнем порога, при этом, если порог превышен на текущем этапе поиска, переходят к фреймовой синхронизации, если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе слотовой синхронизации, полностью повторяя весь цикл, при этом для этапа слотовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более h, если на h этапе установленный порог не превышен, то поиск осуществляют сначала, на втором этапе поиск осуществляют в m этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога, причем, если порог превышен на текущем этапе поиска, переходят к третьему этапу поиска, если нет - осуществляют следующий этап поиска на этапе фреймовой синхронизации, полностью повторяя весь цикл, при этом для этапа фреймовой синхронизации устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более m, если на m-ом этапе установленный порог не превышен, поиск начинают сначала с этапа слотовой синхронизации, на третьем этапе поиск осуществляют в q этапов, при этом на каждом этапе полученную максимальную корреляционную величину сравнивают с заданным уровнем порога для третьего этапа, причем, если установленный порог не превышен, осуществляют следующий этап поиска, полностью повторяя весь цикл, если порог превышен на текущем этапе поиска, принимают решение о том, какой скремблирующий код использовался базовой станцией, при этом для этапа определения скремблирующего кода базовой станции также устанавливают несколько уровней порога таким образом, что для каждого последующего этапа поиска постепенно увеличивают уровень порога, а также при этом осуществляют подсчет циклов поиска на этом этапе, которых должно быть не более q, если на q-том этапе установленный порог не превышен, поиск осуществляют сначала с этапа слотовой синхронизации.

2. Устройство поиска широкополосного сигнала, содержащее блок слотовой синхронизации, блок фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, содержащий i корреляторов, i детекторов огибающей сигнала и узел принятия решения, блок определения скремблирующего кода базовой станции и генератор псевдослучайной последовательности, при этом вход блока слотовой синхронизации, первый вход i корреляторов блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции и первый вход блока определения скремблирующего кода базовой станции являются входами устройства поиска, выход блока слотовой синхронизации соединен со вторым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции и первым входом генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен с выходом блока фреймовой синхронизации, первые выходы генератора псевдослучайной последовательности соединены со вторыми входами i корреляторов блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, вторые выходы генератора псевдослучайной последовательности соединены с третьими входами блока определения скремблирующего кода базовой станции, отличающееся тем, что введены блок сравнения с порогом и блок управления, причем первый выход блока управления соединен со вторым входом блока слотовой синхронизации, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, второй выход блока управления соединен со вторым входом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, второй выход которой соединен со вторым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с четвертым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции, первый выход которого соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с первым входом блока сравнения с порогом, выход которого соединен с четвертым входом блока управления, выход которого является выходом устройства, первый выход блока слотовой синхронизации соединен со вторым входом блока сравнения с порогом и с третьим входом блока фреймовой синхронизации и определения группы кода базовой станции, первый выход которого соединен с третьим входом блока сравнения с порогом и пятым входом блока определения скремблирующего кода базовой станции, первый выход которого соединен с четвертым входом блока сравнения с порогом, пятый выход блока управления соединен с третьим входом генератора ПСП.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок слотовой синхронизации содержит последовательно соединенные согласованный фильтр, детектор огибающей сигнала, узел некогерентного накопления и узел выбора максимума, при этом вход согласованного фильтра и второй вход узла некогерентного накопления являются входами блока слотовой синхронизации, выходами являются два выхода узла выбора максимума.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок определения скремблирующего кода базовой станции содержит р корреляторов, р детекторов огибающей сигнала, р узлов некогерентного накопления и узел принятия решения, при этом первый, второй и третий входы р корреляторов соответственно являются первым, вторым и третьим входами блока определения скремблирующего кода базовой станции, выходы р корреляторов соединены с входами р детекторов огибающей сигнала, выходы которых соединены со входами р узлов некогерентного накопления, вторые входы которых являются четвертыми входами блока, а выходы подключены к входам узла принятия решения, выходы которого являются выходами блока определения скремблирующего кода базовой станции.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что узел принятия решения в блоке фреймовой синхронизации и определения кода базовой станции содержит последовательно соединенные элемент формирования матрицы Х величин корреляции, элемент пересчета всех возможных последовательностей корреляции, элемент формирования матрицы Y решающих величин и элемент выбора максимума, при этом входом узла принятия решения являются входы элемента формирования матрицы Х величин корреляции, а выходами - выходы элемента выбора максимума.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5