CN1192531C - 一种宽带码分多址***同步的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带码分多址***同步的实现方法，将全球定位***(GPS)时间作为整个宽带码分多址无线蜂窝通信***所有基站发射时刻的标准参照时刻；关键是：将GPS偶秒时刻作为所有基站时刻的标准参照时刻，该方法还包括：基站根据所确定的标准参照时刻分别从基站控制器获取每个小区公共导频信道帧起始时刻滞后于GPS偶秒时刻的最小值作为各自小区的小区时间偏置；然后，每个小区通过基站将自身的小区时间偏置和与自身相邻的小区的小区时间偏置下发给小区内的用户设备(UE)。该方法降低了UE的设计难度，提高了待机时间，同时简化了切换的信令流程、提高了切换的成功率和可靠性，并进一步提高***的容量和服务的质量，保证用户的利益。

Description

一种宽带码分多址***同步的实现方法
技术领域
本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)中的***同步技术，特别是指一种引入一个全球同步***时间作为全***所有基站发射标准参照时刻的宽带码分多址中引入***同步的实现方法。
发明背景
自80年代末期以来，人们将码分多址(CDMA)技术应用于数字移动通信领域，由于其频率利用率高、抗干扰能力强等特点，因此成为一种富有生命力和应用前景的移动通信制式。目前，世界范围内的焦点都集中到第三代移动通信***上，如未来公众陆地移动通信***(FPLMTS)，即：国际电联(ITU)的2000年国际移动通信***(IMT-2000)或欧洲的通用移动通信***(UMTS)。在第三代移动通信***中采用CDMA技术，也已成为一种共识，其中，宽带CDMA(WCDMA)作为空中接口的重要方案之一，也受到极大的关注。
在目前的WCDMA协议中，每个小区内都有各自的参照时间，而小区之间没有统一的时间参考标准，因此，同一小区内不同信道间的相互时间关系是明确的，而小区之间的时间关系却是未知的，即：每个基站NodeB内各个信道之间是同步的，但是各基站NodeB之间是异步的。换句话说就是：用户设备(UE)只清楚本小区信号的时序，而对其他不同基站NodeB下属小区的时间信息一无所知。由此可能会带来若干问题：
1)基站NodeB之间由于长期的时间漂移，可能致使下行同步信道重叠而无法分辨，这样UE就无法搜索到相邻其他NodeB的下属小区，更不用谈进行切换了；由于不知其他NodeB下属小区的时间信息，UE必须在所有的相位上搜索相邻小区，如此，不仅消耗资源，设计难度较大，同时耗电量大，导致待机时间变短。
2)在软切换过程中，为保证活动集中的小区间下行业务信道相互时延最小以利于合并，UE必须测量相邻小区的到达时延差。但由于小区间异步，使得UE的复杂度变高，而且由于传播环境的影响，多径到达的时间不易测准且变化较大。在UE上报不同小区信号到达时延差以后，软切换目标小区还必须调整下行业务信道的发射时刻，以求得业务信道时延差最小。同时，为支持软切换过程，必须引入繁琐的信令流程以支持测量时延差以及调整下行发射时间，如此，不仅增加了无线网络控制器(RNC)与NodeB之间的负担，更重要的是，降低了切换速度、成功率和可靠性，进而影响***容量和服务质量。
根据目前WCDMA***的网络规划发现，在网络侧的RNC以及大部分小区基站中，都包括一个全球定位***(GPS)接收机，用于接收GPS卫星的授时信号，从GPS卫星实时获取当前的GPS时间信息。不具备GPS接收机的小区基站能够从网络侧获得GPS时间，也就是说，所有小区基站都能得到GPS时间。
其中，所述的GPS时间是一直递增的，也有年月日时分秒，该GPS时间又称GPS***时，是一个纸上的时间标度，该GPS***时与世界时(UTC)在1980年1月6日0时是重合的，而GPS***时中的秒数和星期数是以这个时刻为起点的，因此称这个时刻为GPS零时。所谓GPS偶秒时刻是指GPS时间偶数秒的时刻，也就是从1980年1月6日0时开始的偶数秒的时刻，一般将GPS偶秒时刻作为时间参考的统一标志，可见，GPS时间是一个很规律的标准时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽带码分多址***同步的实现方法，使各基站间保持同步，从而降低UE的设计难度，提高待机时间，同时简化切换的信令流程、提高切换的成功率和可靠性，并进一步提高***的容量和服务的质量，保证用户的利益。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种宽带码分多址***同步的实现方法，将全球定位***GPS时间作为整个宽带码分多址WCDMA无线蜂窝通信***所有基站发射时刻的标准参照时刻；关键在于，将GPS偶秒时刻作为所有基站时刻的标准参照时刻，该方法还包括：
基站根据所确定的标准参照时刻分别从基站控制器获取每个小区公共导频信道CPICH帧起始时刻滞后于GPS偶秒时刻的最小值作为各自小区的小区时间偏置；然后，每个小区通过基站将自身的小区时间偏置和与自身相邻的小区的小区时间偏置下发给小区内的用户设备UE；收到小区时间偏置的UE计算相邻小区CPICH帧头的到达时刻，并根据计算出的到达时刻搜索当前所属小区的相邻小区。
其中，所述每个小区通过基站向小区内UE下发小区时间偏置具体为：每个小区基站将所述小区时间偏置放置于公共参数消息中发送给小区内UE，则每个UE根据公共参数消息中的公共参数计算相邻小区CPICH帧头的到达时刻。所述公共参数消息中进一步包括有CPICH上的主扰码。
所述小区时间偏置为256码片的整数倍，该整数为0至149之间的一个整数。
当前小区有一个以上相邻小区时，基站向UE发送的一条公共参数消息中携带有所有相邻小区分别对应的小区时间偏置以及CPICH上的主扰码。或者，当前小区有一个以上相邻小区时，基站向UE发送一条以上公共参数消息，每条公共参数消息对应一个相邻小区的小区时间偏置以及CPICH上的主扰码，该公共参数消息个数与相邻小区个数相等。
该方法进一步包括：在建立用户专用物理信道DPCH时，当前小区基站向当前UE发送携带有DPCH时间偏置的消息，该UE根据消息中的参数计算出用户DPCH帧头到达时刻，并根据到达时刻处搜索用户DPCH。所述的DPCH时间偏置为DPCH帧起始时刻滞后于标准参照时刻的最短时间间隔，由基站控制器分配给基站，是256码片的整数倍。该整数为0至149之间的一个整数。
相邻小区为异频小区时，该方法进一步包括：基站在当前小区的下行公共信道上增加一条异频公共参数消息发送给UE。所述异频公共参数消息至少包括异频小区的小区时间偏置、CPICH上的主扰码以及该小区频率。
UE进行软切换时，该方法进一步包括：在目标小区中设定当前用户的DPCH帧起始位置为源小区中该用户的DPCH帧起始位置。
因此，本发明所提供的宽带码分多址中引入***同步的实现方法，具有以下的优点和特点：
1)在WCDMA***中引入了一个标准参考时刻，相邻小区基站都与全球定位***(GPS)时间同步，通过网络规划，即综合考虑无线蜂窝通信***中涉及小区构成的各种影响因素后规划时间偏移值，从而保证了该***中所有小区基站发射时刻的同步，避免了同步控制信道(SCH)、公共导频信道(CPICH)发射时刻重叠。
2)UE可以通过小区下发的消息得知当前基站、相邻基站或异频基站的时序关系和主扰码信息，使UE在搜索相邻小区时，只需在一个确定时刻附近一小段区域进行搜索，而且只需要在CPICH上直接用主扰码搜索，从而简化了相邻小区或异频小区的搜索过程，大大缩短了搜索时间，进而降低了UE设计的复杂度，减少了耗电量，增加了终端的待机时间，保证了服务质量。
3)在软切换过程中，目标小区指定下行专用物理信道(DPCH)发射时刻时，可以直接利用源小区中某用户DPCH相对GPS的DPCH时间偏置，而无需UE再测量不同基站的下行传播时延差；在硬切换过程中，由于可以知道源小区及目标小区的大致发射时刻关系和扰码信息，可大大加快切换速度，从而提高切换的成功率、可靠性和***服务质量。
4)由于两个小区CPICH帧头的发射时刻已知，其间的时间差也已知，则UE可测量它们到达移动台的时间差，这两个时间差之差就是两个小区基站到UE的传播时延之差，也就可以推算出两个小区基站到UE的距离差。同理，如果有三个小区基站，UE就可以通过相同的方法知道相互两个基站间的距离之差，从而较精确地对其进行定位。可见，基站间的同步对移动台定位具有很大的优势。
附图说明
图1为本发明同步WCDMA***中不同小区各信道的时序示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
基于GPS时间的特点，本发明是在WCDMA***中，引入GPS时间或类似的全球同步***时间作为标准参照时间，以使WCDMA中小区的所有基站同步。在本实施例中，该标准参照时间为GPS偶秒时刻。
首先，以图1所示说明引入同步机制后WCDMA小区的时序关系，这些时间的测量点都是定义在基站天线连接器上的。同一小区内各个信道的时序关系不变，与WCDMA协议定义的一致，每个小区的发射时刻都以所引入的标准参照时间为参照标准。每个小区的CPICH帧都是相对该时间偏移的，可将小区下行CPICH帧起始时刻滞后于GPS偶秒时刻的最小值定义为该小区的小区时间偏置，小区时间偏置是通过网络规划得到，并由基站控制器分配给基站的，为256码片的整数倍。比如：图1中小区1的时间偏置为256*n码片，表示该小区CPICH帧偏移GPS偶秒时刻的最小值为256*n码片，其中，n为位于[0..149]间的整数；图中小区2的时间偏置为256*m码片，表示该小区CPICH帧偏移GPS偶秒时刻的最小值为256*m码片，m为位于[0.149]间的整数。为避免相邻基站SCH的重叠，相邻小区最好选择间隔较大的时间偏置，即m不等于n且间隔较大，一般建议相邻小区的间隔大于2*256码片。所谓的网络规划是指无线蜂窝通信***在综合各种参数信息的基础上，比如：地理位置、小区大小、小区形状、重叠范围等等，按照一定的规律规划时间偏移值。
同样，DPCH帧起始位置滞后于GPS偶秒时刻最短的时间间隔被定义为DPCH时间偏置，也由高层设置，为256码片的整数倍，如图1，小区1中和某UE通信的下行DPCH信道时间偏置为256*i码片，表示该DPCH帧偏移GPS偶秒时刻的最小值为256*i码片，i是位于[0..149]间的整数。小区时间偏置和DPCH时间偏置都必须保持在一定误差容限之内，以防止长期的时间漂移。一般，该误差容限要小于3微秒，其他各信道的时序关系与WCDMA协议中定义的一致。
当小区时间偏置确定后，每个小区在下行公共信道上下发公共参数消息，基站通过该消息发送公共参数给UE，该参数主要包括当前小区的小区时间偏置、相邻小区的小区时间偏置和CPICH上的主扰码。该公共参数消息是循环发送的，循环间隔可由厂家自行设定。该消息中所提到的相邻小区是指对当前小区信号有影响的周围所有小区，不一定只是地理位置上的相邻，那么，对于每个相邻小区，都必须在本小区的消息中下发其消息。这种情况下，基站可通过一条消息将所有相邻小区的小区时间偏置和CPICH上的主扰码一起发给UE，也可以通过多条消息分别发送每一个相邻小区的小区时间偏置和CPICH上的主扰码。
UE收到公共参数消息后，可根据上述参数进行相邻小区的搜索过程。参见图1所示，如果小区1是UE的服务小区，UE可通过小区1的下行公共参数消息得到当前小区的小区时间偏置n、相邻小区2的小区时间偏置m和CPICH上的主扰码。如果不考虑小区基站信号到达UE的传播时延，UE根据当前小区1信号到达时刻t1以及小区时间偏置256*n码片，即可反推出基准的GPS时间T，再由T加上相邻小区2的小区时间偏置256*m码片，便可知道相邻小区2CPICH帧头的到达时刻t2。如果考虑到小区基站到达UE的传播时间影响，该到达时刻t2只是大致准确，因为不同基站到UE的信号传播时延未必相同，这样，当UE搜索相邻小区时，需要在t2时刻附近的一小段区域进行搜索，但不需搜索全部相位。而且，由于通过下行公共消息已知相邻小区CPICH上的主扰码，UE也可以直接在CPICH上做搜索，以大大简化相邻小区的搜索过程。
如果相邻小区中有异频小区，当前小区在下行公共信道上还可以增加一条异频公共参数消息，将异频小区的频率、小区时间偏置和CPICH上的主扰码发送给UE。这样，UE在进行异频搜索时，就不用在全部的相位上搜索，也不必完成初始接入的复杂步骤；只需要在已知的大致相位周围，在CPICH上直接用主扰码匹配就可以了。UE进行异频小区搜索的过程和上述同频相邻小区搜索的过程一致，只不过异频搜索是在压缩模式的间隙，在不同频率上进行的。如此，可大大提高硬切换的速度，从而提高***质量。
在建立当前用户DPCH时，当前小区基站给当前UE分配用户DPCH的时间偏置i，并给UE发送消息，该UE根据消息中的参数计算出用户DPCH帧头到达时刻，并在该时刻附近搜索用户DPCH。
如果满足软切换条件，就可以由RNC指派进行软切换。由于源小区某用户的DPCH帧相对于GPS***时间，其起始位置是已知的，一般只要在目标小区中设置相同的帧起始位置就可以了。如图1所示，假设小区1的某用户DPCH时间偏置是256*i码片，将要和小区2进行软切换，在小区2建立下行DPCH链路时，只需要分配相同的时间偏置256*i码片，此时，软切换中两个小区的下行DPCH在基站端是同步发射的，分别经历各自的传播时间到达UE，其达到UE的时间差等于两个基站与UE的传播时延之差。由于软切换一般发生在相邻小区间，相邻小区的时延差一般是在合并允许的范围内的，比如128个码片以内，不需要做任何调整，即可保证软切换中不同基站的下行链路进行正确的合并。即使相差较远，也可以通过网络规划得到相应的差值，在分配目标小区用户DPCH时间偏置时加以补偿。所以，同步***不需要UE精确测量小区间到达的时间差，如此，大大简化了切换程序，同时也省去了大量的高层信令，减轻了***负担，提高了切换的成功率和可靠性。
在硬切换中，也可以采用上述相似的同步机制降低切换的复杂度，从而提高硬切换的成功率和可靠性。

Claims (13)

1、一种宽带码分多址***同步的实现方法，将全球定位***GPS时间作为整个宽带码分多址WCDMA无线蜂窝通信***所有基站发射时刻的标准参照时刻；其特征在于，将GPS偶秒时刻作为所有基站时刻的标准参照时刻，该方法还包括：
基站根据所确定的标准参照时刻分别从基站控制器获取每个小区公共导频信道CPICH帧起始时刻滞后于GPS偶秒时刻的最小值作为各自小区的小区时间偏置；然后，每个小区通过基站将自身的小区时间偏置和与自身相邻的小区的小区时间偏置下发给小区内的用户设备UE；收到小区时间偏置的UE计算相邻小区CPICH帧头的到达时刻，并根据计算出的到达时刻搜索当前所属小区的相邻小区。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个小区通过基站向小区内UE下发小区时间偏置具体为：每个小区基站将所述小区时间偏置放置于公共参数消息中发送给小区内UE，则每个UE根据公共参数消息中的公共参数计算相邻小区CPICH帧头的到达时刻。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述公共参数消息中进一步包括有CPICH上的主扰码。
4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述小区时间偏置为256码片的整数倍。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的整数为0至149之间的一个整数。
6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当前小区有一个以上相邻小区时，基站向UE发送的一条公共参数消息中携带有所有相邻小区分别对应的小区时间偏置以及CPICH上的主扰码。
7、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当前小区有一个以上相邻小区时，基站向UE发送一条以上公共参数消息，每条公共参数消息对应一个相邻小区的小区时间偏置以及CPICH上的主扰码，该公共参数消息个数与相邻小区个数相等。
8、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在建立用户专用物理信道DPCH时，当前小区基站向当前UE发送携带有DPCH时间偏置的消息，该UE根据消息中的参数计算出用户DPCH帧头到达时刻，并根据到达时刻处搜索用户DPCH。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的DPCH时间偏置为DPCH帧起始时刻滞后于标准参照时刻的最短时间间隔，由基站控制器分配给基站，是256码片的整数倍。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的整数为0至149之间的一个整数。
11、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相邻小区为异频小区时，该方法进一步包括：基站在当前小区的下行公共信道上增加一条异频公共参数消息发送给UE。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述的异频公共参数消息至少包括异频小区的小区时间偏置、CPICH上的主扰码以及该小区频率。
13、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，UE进行软切换时，该方法进一步包括：在目标小区中设定当前用户的DPCH帧起始位置为源小区中该用户的DPCH帧起始位置。
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