CN1260923A - 用于无线电通信***中移动台时间同步的方法 - Google Patents

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Abstract

无线电通信***提供由时隙和宽带频率范围形成的频率信道,信道中许多连接的信息在移动台和基站间被同时传输,其中按照特定连接的精细结构可区分不同连接的信息。根据本发明,频率信道被重复地提供用于下行方向中移动台的时间调整,除了其它连接的信息信号形式也在其中传输。将被同步的移动台从接收信号确定信号形式到达的至少一个时刻,随后由移动台用于时间同步。本发明被有利地应用在,例如,第三代移动通信的TDD模式中,该模式组合了TDMA和CDMA用户分隔方法。

Description

用于无线电通信***中移动台时间同步的方法
本发明涉及一种用于无线电通信***中移动台时间同步的方法，并涉及以这种方式构造的一移动台和一基站。
数字无线电通信***的设计在J.Oudelaar，“面向UMTS的进展”(Evolution towards UMTS)，PIMRC 94，第5届IEEE国际个人、室内及移动无线电通信会议论文集(5th IEEE International Symp.on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications)，Hague，NL，1994，9月，18-22日，第852-856页，以及M.Lenti，H.Hageman，“UMTS中的寻呼”(Paging in UMTS)，RACE移动电信专题讨论会(RACE Mobile Telecommunications Workshop)，第1卷，Amsterdam，NL，1994，5月，17-19日，第405-410页中有所描述。
现有的移动无线电***GSM(全球移动通信***)是具有用于用户分隔(时分多址)的TDMA部件的无线电通信***。用户连接的有用信息用帧结构在时隙内传输。传输是以块方式进行的。此外，由GSM移动无线电***已知下行方向中与帧结构的时帧相匹配的用于移动台时间同步的频率信道(SCH同步信道)。在该频率信道中，移动台可以对传输数据求值用于自同步。
DE 195 49 148.3公开了一种使用TDMA/CDMA用户分隔(CDMA码分多址)的移动通信***，并且在接收侧使用JD方法(接合检测joint detection)，以便用许多用户的扩展码的知识改善被传输的有用信息的检测。许多可用其扩展码区分的有用数据连接的信息在一个频率信道(TCH业务信道traffic channel)中同时传输。但是，由于用于频率信道的频率范围具有较宽的带宽，与GSM***相比用于同步目的的特定频率信道的划分将导致容量的大量损失。
本发明基于这样的任务，给出一种方法和装置，它使得在TDMA无线电通信***中在无线电技术资源的低消耗的情况下的时间同步成为可能。本任务通过具有权利要求1的特征的方法，具有权利要求10的特征的移动台和具有权利要求11的特征的基站得以实现。本发明的其它扩展在从属权利要求中获得。
无线电通信***，例如TDMA/CDMA无线电通信***，提供由时隙和宽带频率范围形成的频率信道，其中一个或多个连接的信息同时在移动台和基站间传输，可以根据特定连接的精细结构区分不同连接的信息。然而，同样可以将许多在接收侧被重组的不同的精细结构分配给一个连接。
根据本发明，除了其它连接的信息一已知信号形式也在其间传输的频率信道被时间上重复地提供给下行方向中的移动台用于时间调整。已知的信号形式由第一基站发射，而其它连接由其它基站提供。作为另一可选择的方案，单个基站也可以在一个频率信道中发射用于同步的已知信号形式和其它连接的信息。由将被同步的移动台从接收信号确定信号形式到达的至少一个时刻，随后它被移动台用于时间同步。
借助除了其它连接的信息信号形式也被传输的事实，基站和移动台间无线电接口的无线电技术资源可被较好地利用。由于信息可以根据外加的精细结构加以区分，时隙不单独通过同步锁定，但可以多方面利用。在这种情况下，其它连接可为有用数据连接或信令连接。在共用波无线电网络中，即相邻基站使用同一频率范围，其它连接例如由相邻基站提供。
按照本发明的改进，信号形式被构成为具有将被传输的数据的无线电块的训练序列。因此，传输用于不同目的的信息的无线电块可通过结构化用于时间同步的特定的训练序列使用。于是无线电接口的容量被进一步增加。训练序列可被另外用于信道评估。
借助单个扩展码信号形式被有利地扩展，其中关于信号形式存在的信息有可能被包含在用于时间同步的扩展码中。信号形式同样可被看作产生填满频率范围的带宽的码片的序列。借助具有用于时间同步的数据的无线电块可与去扩展(Entspreizung)的其余无线电块的共同处理，省去在接收机中附加的处理费用。
根据本发明的一方案，至少一个时刻通过确定接收信号和在接收机中已知的参考序列间的相关性确定。在这种情况下确定的相关峰给出了例如时隙的时间平均值，并由此可用于相对于无线电接口的帧结构的另外取向。另一种可能的方法是，至少一个时刻可由接收信号的与信号匹配的滤波确定。
为了提高时间同步的准确性，有利地多次确定信号形式的到达时刻并对这些时刻进行平均用于频率同步。这种平均可减少单个误差的影响。
对于移动台的帧同步，例如表示为数字符号序列的信号形式在特定时隙中包括关于频率信道的帧结构的数据。因此信号形式同样可被用于没有其它容量损耗地传输这些信息。特超帧和/或超帧在特定时刻的符号序列有利地与用于时间同步的频率信道的其余时隙中的符号序列不同。但作为另一选择，为了帧识别也可以将附加符号在特定的时刻，例如在特超帧和/或超帧的开始，补充符号序列。
下面参照附图中的实施例更为详细地说明本发明，其中：
图1示出移动无线电通信网的方框图，
图2示出无线电传输帧结构的示意图，
图3示出用于时间同步的频率信道结构的示意图，
图4示出移动台和基站和下行方向中无线电传输的方框图。
图1所示无线电通信***在结构上对应于已知的GSM移动无线电网的结构，GSM移动无线电网包括许多的移动交换中心MSC，MSC相互联网并且提供对固定网PSTN的接入。此外，这些移动交换中心MSC各自与至少一个基站控制器BSC连接。每个基站控制器BSC又使与至少一个基站BS的连接成为可能。这样的基站BS是可以经无线电接口与移动台MS建立消息连接的无线电站。
作为举例，图1示出三个移动台MS和一个基站BS间传输有用信息和信令信息的三个连接。运行和维护中心OMC实现对移动无线电网或对其中部分的控制和维护功能。该结构的功能性可被转用于可以使用本发明的其它无线电通信***。
图2示出无线电传输的帧结构。按照TDMA部件将宽带频率范围，例如带宽B＝1.6MHz或B＝5MHz分为许多时隙ts，例如提供有8个时隙ts1至ts8或(未示出)16个时隙。频率范围B内的每个时隙ts形成一个频率信道FK。在为仅用于传输有用数据而设置的频率信道TCH内，许多连接的信息在无线电块中传输。
这些用于传输有用数据的无线电块包含具有数据d的字段，其中嵌入具有在接收侧已知的训练序列tseq1至tseqK的字段。数据d用精细结构，用户代码c以特定连接的方式扩展，其结果是，例如在接收侧K个连接可用这些CDMA部件分隔。
数据d的各个符号的扩展具有这样的效果，时长Tchip的Q个码片在符号时长Tsym内传输。在此这些Q个码片形成特定连接的用户代码c。此外，在时隙ts内提供有补偿不同连接的信号渡越时间的保护时间gp。
在宽带频率范围B内，依次排列的时隙ts按照一种帧结构分开。这样，八个时隙ts组合形成一个帧，其中例如帧的时隙ts4形成用于有用数据传输的频率信道TCH，并被一组连接重复使用。用于移动台MS时间同步的频率信道SCH不被***每个帧中，但在一个复帧中在规定的时刻***。移动无线电网由此可以提供使用的容量决定了用于时间同步的频率信道SCH间的间隔。
图3示出用于时间同步的频率信道SCH的结构。移动无线电网相应小区的组织信道频带中的宽带频率范围B是帧R0的一部分，帧R0包括用于时间同步的频率信道SCH(但其中，同样可以处理其它信令和有用数据连接)以及，在后续时隙中，只包括用于有用数据传输或信令数据传输的频率信道TCH。
该帧R0又为超帧(Superrahmen)S0的一部分，超帧S0除了帧R0还包含一个有具有其它与小区有关的信息的频率信道FK的帧R1，和具有有用数据的帧R2。特超帧(Hyperrahmen)又包括许多超帧S0，S1，至少超帧之一包含用于时间同步的频率信道SCH。
在用于时间同步的频率信道SCH的时隙ts中在下行方向传输同步块sb，它包含作为训练序列的并在移动台MS中已知的信号形式f1。信号形式f1被嵌入在将被传输的其它信息有用或信令信息中。同步块sb用单个代码c1扩展。带有有用或信令信息的其它连接由在同一频率范围B内的其它基站BS发送，它与发送信号形式f1的基站BS帧同步。作为另一选择或附加地，发送信号形式f1的基站BS同样可以使用时隙ts用于其它连接。许多信号的这种重叠，这可以通过形成特定连接精细结构的用户代码c区分，仍可以用下述方法分解。
同步块sb的另一可选择的实施结构除了被设计为符号序列的信号形式，附加给出用于帧同步的符号f1a。借助这些附加符号f1a，它们在超帧S0的第一帧R0中发送，正在接收的移动台MS可以进行帧结构中时隙ts当前位置的识别。基站BS以发射功率发射同步块sb，发射功率从功率控制的角度与其余存在连接的接收功率相匹配。
通过对信号形式f1求值在接收侧确定时刻t1用于时间同步。时刻t1近似地给出信号形式的中点。由于同步块sb的传输同样发生在，例如，相应时隙ts的中点，在正确求值的情况下，在接收侧可以确定时隙ts的中点。为此，移动台MS在相应频率信道SCH中通过将接收信号与对应于信号形式f1的参考序列f2相互关联，连续尝试确定信号形式f1到达的时刻t1。在这种情况下相关峰表示随后被采纳为时隙ts中点的时刻t1。
图4示出由基站BS到移动台MS1至MSK的下行方向的无线电传输。移动台MS首先确定一个或多个具有足够高或最大接收功率的频率范围B。这些是这样的最近的基站BS的频率范围B，在基站小区内移动台MS是暂时逗留的。
移动台MS1至MSK对这些频率范围B内的接收信号求值，并进行接收信号的值与参考序列f2的连续相互关联。在足够大的相关峰的情况下，所确定的信号形式f1到达的时刻t1被选择作为时间同步的参考点，并且移动台MS的内部时间基准被调谐。同时，相应的频率信道SCH可被用于随后的频率同步。
基站BS包括一发射接收装置SE/EE，该装置将应发射的发射信号数/模转换，从基带转换为发射的频率范围B，调制并放大发射信号。信号发生装置SA预先组合发射信号，例如同步块sb，并将其分配给相应的频率信道FCCH，TCH。
移动台MS包含操作区T，信号处理装置SP，控制装置SE和发射接收装置SE/EE。在操作区T上，用户可进行输入，包括用于激活移动台MS的输入，随即移动台必须首先进行与其周围移动无线电网的同步。
控制装置SE接收该请求并立刻使信号处理装置SP对经发射接收装置SE/EE接收的接收信号求值以便，如前所述，选择合适的频率范围B并进行相互关联，直到成功找到信号形式f1。
为了信号处理，接收信号被转换为具有分立数值存储的符号，例如被数字化。信号处理装置SP，作为数字信号处理器包含按照JD-CDMA法(接合检测)检测有用信息和信令信息的JD处理器，也对同步块sb求值。
通过确定接收信号和在移动台MS中已知的参考序列f2间的相关性进行求值。在这种情况下，随后被用于时间同步的最大相关性时刻t1也被确定。另一种选择，同样可以应用与信号匹配的滤波或另一线性算法(例如迫零或最小误差均方准则)。为了提高时间同步的准确性，移动台MS重复同步块sb到达的时刻t1的确定并对这些值平均。
此外，替代单个相关器或与信号匹配的过滤器，同样可以在用于各种频率偏移或多普勒漂移的滤波器组中进行求值。

Claims (11)

1.用于无线电通信***移动台(MS)时间同步的方法，
其中无线电通信***提供由时隙(ts)和宽带频率范围(B)形成的频率信道(FK)，在频率信道中一个或多个连接的信息在移动台(MS)和基站(BS)间同时传输，并且
其中按照特定连接的精细结构可区分不同连接的信息，
其中
-频率信道(SCH)被重复提供用于下行方向中移动台(MS)的时间同步，
-在频率信道(SCH)内除了其它连接的信息外，还传输已知的信号形式(f1)，
-将被同步的移动台(MS)从接收信号确定信号形式(f1)到达的至少一个时刻(t1)，以及
-至少一个时刻(t1)由移动台(MS)用于时间同步。
2.按照权利要求1的方法，其中，信号形式(f1)被构成为具有将被传输数据的无线电块的训练序列。
3.按照上述权利要求之一的方法，其中，借助单个扩展码(c1)扩展信号形式(f1)。
4.按照上述权利要求之一的方法，其中，通过确定接收信号与接收机中已知的参考序列(f2)间的相关性确定至少一个时刻(t1)。
5.按照权利要求1至3之一的方法，其中，通过接收信号的与信号匹配的过滤确定至少一个时刻(t1)。
6.按照上述权利要求之一的方法，其中，确定多个到达的时刻(t1，t2)，并且进行时刻(t1，t2)的平均用于频率同步。
7.按照上述权利要求之一的方法，其中，信号形式(f1)在特定时隙(ts)中包括关于频率信道(FK)的帧结构的数据。
8.按照权利要求7的方法，其中，在特超帧和/或超帧的特定时刻的信号形式(f1a)与用于时间同步的频率信道(SCH)的其余时隙(ts)中的信号形式(f1)不同。
9.按照权利要求7的方法，其中，附加符号在特超帧和/或超帧的开始补充信号形式(f1)。
10.用于实现权利要求1的方法的移动台(MS)，
含有信号处理装置(SP)
-用于确定信号形式(f1)到达的至少一个时刻(t1)，
含有控制装置(SE)
-用于考虑到至少一个所确定时刻(t1)的时间同步。
11.用于实现权利要求1的方法的基站(BS)，
含有信号发生装置(SA)用于产生预定的信号形式(f1)，以及
含有发射装置(EE)用于发射用于时间同步的频率信道(SCH)中的信号形式(f1)。
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