CN1121297A - 码分多址***中的反向信道同步方法 - Google Patents

Abstract

一种反向信道同步方法，用在包括多网孔的移动无线通信网，每一网孔包括一基站及多个移动站，其中执行用于反向信道及正向信道的闭环同步控制。在基站将正向同步信号送到与之相关连的所有移动站时，移动站以与所接收的正向同步信号相同步的方式分别地将反向同步信号送到基站。一旦收到反向同步信号，基站则计算对于这些移动站的延时并将有关同步的信息送到各自的移动站。以该信息为基础，移动站分别控制送到该基站的信道信号的同步。

Description

码分多址***中的反 向信道同步方法

本发明涉及在移动无线网的码分多址***中的反向信道同步方法，它可以减少信道间的干扰，从而增加从移动站自由移向固定基站传送的信号信道的容量。

在移动无线通信网领域中，已经作出共用码分多址***的努力，从而有效地利用有限的频率资源。码分多址***是这样一个***，其中经同一传输线传输的多个信息是以具有最小相关性编码所调制，以使该传输线能够以多信道操作。因此，这种码间的相关性，即在多个信道之间的相干扰的程度对于使用经一条传输线传送而确定该信道容量时将是一个重要因素。

参考图1，它示出了一种移动无线通信网。其中的“网孔”表示一个单元区域，其中的无线通信是在一个基站和一个移动站之间进行。这种“移动站”表示一个可以由人便携的终端，当其自由移动时启动这种通信。另一方面，这种“基站”是为同一网孔所提供的固定单元，且用来实现这种移动通信。同一网孔中包括有多个移动站，它们分别享用独立的、不同的信道并同时与基站进行通信。由于基站与有线通信网相连，因而基站用来实现与该相关网孔的移动站间与其它网孔或有线通信网络的终端之间的通信。如图1所示，从基站流向移动站的信号称作“正向信号”，而从移动站流向基站的信号称作“反向信号”。

同时，在有众多用户共用频率及时间的条件下，这种码分多址***是一个能够在多信道间以采用不同编码的形式实现同时的独立信息交换的通信***。在这种移动无线通信网络中，这种***被用于每一个基站与多个移动站之间的同时的通信。

在同一网孔中的移动站分别享用不与其它信道相干扰的码。利用此种编码，移动站调制所要传送的信号并从而分别独立地执行与其它相关基站的通信。换句话说，利用由发射机所采用的用于信号调制的码，用各自的信道的接收机将已调制的信号恢复成原始信号的形式。

在此种情况下，由于信道信号是借助所采用的不同的码而相互加以区别，因而这种码间的相关性是十分是重要的。换句话说，这种信道间的独立性是在仅当分配给各自的信道的码间彼此不相关而获得保证的。当接收机利用给定信号恢复其相关信号时，这些接收机应该不受采用了其它编码信道信号的影响。

在采用了上述传统码分多址***的移动无线通信网络中，这些信道信号是由具有最小相关值和最大自相关值的伪噪声码序列时所产生的。作为这种伪噪声码序列，已经知道的最长的码序列有Kasami码序列、Gold码序列等等。这种码序列具有比自相关值要小得多的交叉相关性。但这种相关值还不是零。随着所使用的信道信号数量的增加，由其它信道信号所引起的相关值被不断地累加。这就导致了增加的相互干扰。这样的一个增加的相互干扰将会起到限制使用在同一网孔中的信道数量的作用，即限制在同一网孔中所容的信道容纳量。

为了消除上述的这种信道间的干扰，要求使用具有零值相关性的编码，即正交码。

如果***组具有周期为N的码序列，其最具有正交特性，即在同一码序列中的相关值是“N”而在不同码序列中的码间相关性值是“0”，这种码组称作“正交码组”。

假设具有N周期的M码序列{Ci(n)；i＝1，……M}是彼此同步化的，则它们的相关函数R(m)由下式而定：

对于i，j＝1，......M， $R\left(m\right)=\underset{n=k}{\overset{K+N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ci}\left(n\right)\mathrm{Cj}\left(n\right)$

其中，m＝i－j

k是一个任意整数。

图2表示出在一个同步的条件下在M个正交码序列中的相关特性。

如图所示，在同一码序列中的码之间的相关值R(0)是N，而在不同的码序列中的码之间的相关值是零。

由于使用了正交码，使得信道码间的相关值成为零，从而消除了信道间的干扰。因此，信道数目的增加不再会引起信道之间的干扰的增加。结果是，在同一网孔中不会有由于信道间干扰的问题而采用限制信道数量的方法。采用在同一网孔中的信道数目，即网孔的容量将仅由在所用的正交码组中的码序列的数目所决定。

正交码序列之间的这种正交特性是由这样一种假设来保证的，即，在码序列之间实现同步。如果在这些码序列之间没有获得同步，则就不能确立码序列间的正交特性，因为确实存在的相关值不是零。

图3示出了当在码序列之间没有获得同步时正交码间的相关特性。

如上所述，这种相关值的存在导致出现在信道之间的干扰现象，从而使在同一网孔中所能容纳的信道容量大为受损。同步信道码是绝对必须要求的，以便能够减小干扰以便增加所能容纳的信道容量。

在利用传统的码分多址***的移动无线通信网的情况中，要在所接收的信号中实现同步化。以若干移动站的接收机所接收的各自的信号，即正向信号，可被容易地同步，因为它们是从单一基站输出的信号。

然而，在反向信道信号情况时，即信号从移动站发送出再达到基站的情况时，则由于这些移动站距基站有不同的距离且由于它们的移动，因而会有不同的延时。为此原因，在反向信道信号之间将不会有同步接收。此时，由于反向信道之间的相互干扰则会对网孔容量构成限制。在图4中“a”表示每一个码的初始值，而“b”表示每一个码的延时时间。

为减小反向信道信号之间的干扰，曾经采用过在移动站控制其发射功率的方法。然而，此种情况中的源于信号非同步接收的信道信号间的干扰在其对若干信道信号功率控制不能完好实现时将会变得更严重。这将致使同一网孔中所容信道的更大的下降。

本发明的目的是消除在现有技术中所遇到的上述问题从而提供用在码分多址***的移动无线通信网络中的反向信道同步方法，它不仅能够实现传统方式的正向信道信号之间同步接收，而且还能够实现传统方式所不能实现的反向信道信号之间的同步接收，从而减小信道间的干扰，增加在同一网孔中的信道容纳量，并增加在该移动无线通信网络中同时发送信息的用户数量。

本发明的目的可以通过提供应用于包含多个网孔移动无线通信网的反向信道同步方法来实现，每一个网孔都有一个基站和一个与该基站通信的多个移动站，该方法包括有步骤：(a)、当作为同步基准信号的一个正向同步信号从基站送到各移动站时，所述移动站利用所接收的同步信号再次分别将反向同步信号从所述移动站送到该基站；(b)、当该基站分别接收来自所述移动站的同步信号时，从该基站中的基准时间开始分别计算关于所述移动站的延时时间的信息，并且，以所计算的移动站的延时为基础并利用正向传送信道分别把为实现与该基准时间同步的同步控制信号发送到所述移动站；(c)，以从基站所接收的同步控制信号的信息为基础，在所述移动站的同步信号与基准时间相同步的条件下，从所述移动站分别将反向同步信号送到基站；(d)、在完成了步骤(c)之后把一个信息发送起始命令从基站送到所述移动站，并从而开始在基站和每一个移动站之间的呼叫；以及(e)、在完成步骤(d)之后，利用传送信道一部分在基站中执行一个闭环同步控制以保持同步，并分别利用关于周期从移动站所接收的同步保持信息来保持所述移动站的同步条件。

从下面结合附图对实施例进行的描述中，本发明的其它目的、特征及优点将变得显见，

附图简要说明

图1是移动无线通信网的示意图；

图2表示在同步条件下M个正交码之间的相关特性的示意图；

图3表示码序列间在非同步条件下正交码之间的相关特性；

图4是由于一个延时所造成的码之间非同步条件示意图；

图5是流程图，表示在依照本发明的码分多址存取***的移动无线网络中的反向信道同步方法；

图6是一个示意图，表示按照本发明为在移动站中消除信道干扰而采用的三种方法的信号传输过程。

参考图5，其中示出了根据本发明的在码分多址***中移动无线网中的反向信道同步方法。

在根据本发明的这一方法中，采用同步信号作为基准信号，用以获得反向信道以及正向信道的同步。换句话说，本发明是利用反向同步信号来执行闭路同步控制。当基站把正向同步信号送到与之相关的所有移动站时，这些移动站则分别地以与所接收的正向同步信号相同步地方式将反向同步信号送到基站。一旦收到来自移动站的这些反向同步信号，则基站以所接收的信号为基础来计算移动站的延时时间，并随后将有关的同步信息送到分别的移动站。以这些信息为基础，移动站分别地对于所要发送到基站的信道信号的同步进行控制。

换句话说，基站观测分别从移动站接收的同步信号并以此观测为基础，随之以连续的方式把有关同步的信息送到移动站，以便使来自移动站的信号以同步的方式到达基站。因此，按照采用的这种双向同步信道的闭环同步控制***实现了反向信道同步。

采用这种闭环同步控制***的实际同步包括两个步骤，即一个初始同步处理和一个同步保持过程。图5示出了依照本发明的反向信道同步方法的流程图。

先来描述初始同步过程。

首先，基站将作为基准信号的正向同步信号送出以实现对移动站的同步(步骤10)。一旦收到来自基站的同步信号，这些移动站则分别与接收同步信号同步地送出作为同步信号的反向同步信号(步骤11)。当基站接收到分别从这些移动站送出的这些同步信号时，它将计算不同移动站的相对于基准时间的延时信息。利用这些信息，基站还必须分别地将有关与基准时间同步的信息送到移动站。这种有关同步的信息不是别的，就是同步控制信号。这些同步控制信号利用正向传送信道分别从基站送到移动站(步骤12)。

一开始，在初始状态下由于不可能知道同步状况而需求大量同步信息。结果是全部正向传送信道都要被用来传送携带如此之多信息的同步控制信号。

一旦从基站收到这些同步控制信号，这些移动站就利用所接收的信息把各自的同步信号与基准时间相同步，并随之再次把反向同步信号送到基站(步骤13)。如果基站所接收的反向同步信号与基准信号不同步，该基站就再次把同步控制信号送到与该非同步信号相关的移动站。使基站再次接收一新的反向同步信号。一旦收到了新的反向同步信号，基站则查验所接收信号的同步条件。基站将重复上述的过程直到获得初始同步为止(步骤14)。

在实现了初始同步以及当全部反向同步信号与基准时间同步之后，基站把信息传输起始命令送到移动站(步骤16)。开始执行基站与每个移动站之间的通信。

因此，经上述过程完成了初始同步的步骤。

可是，由于移动站是连续移动的，所以，起因于频率及距离之改变，每一个移动站相对于基准时间的延时也是被连续地变化的。为了以连续的方式使得同步跟随着在延时时间方面的连续改变，从而使之总保持同步，则要求有连续的闭环同步控制。由于相对于基准时间的延迟时间变化并不大，所以可以通过只是以跟随该变化量的一个量值来提供信息就能够实现连续的闭环控制。因此，在此情况中的同步保持信息连同呼叫信号一起被连续地送出，与占用整个正向同步信道的同步控制信号相比，这种送出只占用传送信道的一部分。同步保持信息单位量及周期是由每一个移动站的移动速率所决定的。换句话说，同步保持信息的单位量及周期是如此控制，即该基站是在足以跟随由每个移动站的移动所引起的延迟时间的变化的一个量值中送出信息。

以这样的方式，即便是已经实现了同步，该基站也利用信道的一部分来执行用于同步保持的闭环同步控制(步骤17)。移动站从基站周期地接收有关同步保持的信息，并分别地保持它们的同步状况(步骤18)。

因此，通过上述的初始同步过程及同步保持过程就实现了利用码分多址***移动无线通信网的反向信道同步。

同时，通过把同步信道加到现存的传送信道作为每一个移动站的反向信道的方式，该闭环同步控制***实现了同步保持。可是，这种新信道的添加导致了信道之间的干扰。在这种连接中，本发明还提供了用于消除由反向同步信道所引起的信道干扰的一种方法。

在多种用于消除由所加的同步信道所引起的信道干扰的方法中，其中有一种是针对反向同步信道采用正交码，作为传送信道。就是说，这种方法不仅消除了移动站同步信道之间的干扰，而且消除了由于采用正交码而在同步信道和传送信道之间的干扰。当同步信号由不同的正交码所分别调制的时候，有可能将不同移动站的同步信号彼此区分开并消除这些信号间的干扰。结果是，可以利用这种正交码将所加同步信道引起的同步信道干扰消除掉。

从理论上说，通过使用正交码确保得到完好的正交特性而完全消除掉信道间的干扰。然而在实际上总是或多或少地存在有信道间的干扰，尽管它是很弱。本发明提供了一种完全消除干扰效应的方法并从而实现了性能上的改进。根据此种方法，在初始同步过程中同步信号的发送和在同步保持过程中同步信号的发送是分别以不同方式实行的。在初始同步过程中，只有由正交信号所调制的同步信号利用各自的同步信道而被送出，而不送出传送信号。当这些移动站分别从基站收到同步控制信号而实现了初始同步之后，这些同步信号就经过载送这些同步信号的传输信道送出，而不采用任何附加的同步信道。

一旦实现了初始的同步，就有可能只通过基站中反向传输信道中所载送的同步信号来获得用于同步保持的信息。因此可以取消附加同步信道的使用。这使得由于附加同步信道的使用所引起的信道间的相互干扰大为减小。

在同步保持过程中，已经实现了一定程度的同步。而且这种同步保持过程并不使用任何同步信道。然而在初始同步过程中，由于在初始状态没获得同步，所以尽管使用正交码也会产生同步信道间的干扰。因此依照本发明在初始同步过程中有可能通过降低同步信道所用的功率来降低初始干扰。

换句话说，同步信号在功率上的大幅度的减小对于基站并无影响，基站是从同步信道获得有关同步的信息，因为初始同步信道信号的扩散(diffusion)增益，即信噪比是十分高的。因此，即使是在尚未完成初始同步的情况下，也可以通过降低在初始状态的功率来减小信道之间的干扰。

图6是说明利用上述消除信道干扰的三种方法在移动站中发送信号过程的示意图。

参考图6，可见在初始同步过程中，由正交码所调制的同步信号在一个功率放大器的放大功率减少的情况下而被发送的情况。还可以看到在一个同步保持过程中在一个传送信号上所载由正交码调制下的同步信号发送的情况。

以上描述可清楚见到，本发明所提供的效果极大地增大网孔容纳的容量并从而增加了在一个移动无线通信网中同时传送信息的用户数目。

虽然为对本发明进行说明而以本发明的最佳实施例作了描述，但本专业的技术人员很清楚，在不背离如所附权利要求的范围内可有各种修正、添加及替代。

Claims (4)

1、一种反向信道同步方法，应用于包括多个网孔的移动无线通信网中，每一网孔包括一个基站以及与该基站通信的多个移动站，其特征在于；包括以下步骤：

(a)当作为用于同步基准信号的一个正向同步信号从基站送到多个移动站时，利用在所述移动站所接收的同步信号再次分别地将反向同步信号从所述移动站送到该信基站；

(b)当该基站分别地接收来自所述移动站的同步信号时，从在该基站中的基准时间开始分别计算关于所述移动站的延时时间信息，并且，以所计算的所述移动站的延时为基础并利用正向传送信道分别将为实现与该基准时间同步的同步控制信号发送到所述移动站；

(c)以从基站所接收的同步控制信号的信息为基础，在所述移动站的同步信号与基准时间相同步的条件下，从所述移动站分别将反向同步信号送到基站；

(d)在完成了步骤(c)之后把一个信息发送起始命令从基站送到所述移动站，并从而开始在基站和每一个移动站之间的呼叫；以及

(e)在完成了步骤(d)之后，利用传输信道一部分在基站中执行一个闭环同步控制以保持同步，并分别利用有关周期地从所述移动站所收到的同步保持信息来保持所述移动站的同步条件。

2、根据权利要求1的反向信道同步方法，其特征在于：步骤(a)到步骤(c)中的在基站和每一个移动站之间的同步信号和反向同步信号是在这些同步信号由正交信号所调制的条件下而被分别发送的。

3、根据权利要求2的反向信道同步方法，其特征在于：同步信号和反向同步信号是在以降低它们的初始功率的条件下而被发送的。

4、根据权利要求1的反向信道同步方法，其特征在于：在步骤(e)中使用的同步信号是在这些信号运载在由正交码所调制的传送信号之上的条件下而被分别发送的。

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