專利名稱：用于無線電通信系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)頻率同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線電通信系統(tǒng)，特別是TDMA/CDMA無線電通信系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)頻率同步的方法，并涉及以這種方式構(gòu)造的一移動(dòng)臺(tái)和一基站。
數(shù)字無線電通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在J.Oudelaar，“面向UMTS的進(jìn)展”(Evolution towards UMTS)，PIMRC 94，第5屆IEEE國(guó)際個(gè)人、室內(nèi)及移動(dòng)無線電通信會(huì)議論文集(5th IEEE International Symp.on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications)，Hague，NL，1994，9月，18-22日，第852-856頁，以及M.Lenti，H.Hageman，“UMTS中的尋呼”(Paging in UMTS)，RACE移動(dòng)電信專題討論會(huì)(RACE Mobile Telecommunications Workshop)，第1卷，Amsterdam，NL，1994，5月，17-19日，第405-410頁中有所描述。
現(xiàn)有的移動(dòng)無線電系統(tǒng)GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))是具有用于用戶分隔(時(shí)分多址)的TDMA部件的無線電通信系統(tǒng)。用戶連接的有用信息用幀結(jié)構(gòu)在時(shí)隙內(nèi)傳輸。傳輸是以塊方式進(jìn)行的。此外，由GSM移動(dòng)無線電系統(tǒng)已知下行方向中與幀結(jié)構(gòu)的時(shí)幀相匹配的用于移動(dòng)臺(tái)頻率同步的頻率信道(FCCH頻率校正信道frequencycorrection channel)。在該頻率信道中，移動(dòng)臺(tái)可以對(duì)正弦載波求值用于自同步。
DE 195 49 148.3公開了一種使用TDMA/CDMA用戶分隔(CDMA碼分多址)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，并且在接收側(cè)使用JD方法(接合檢測(cè)joint detection)，以便用許多用戶的擴(kuò)展碼的知識(shí)改善被傳輸?shù)挠杏眯畔⒌臋z測(cè)。許多可用其擴(kuò)展碼區(qū)分的有用數(shù)據(jù)連接的信息在一個(gè)頻率信道(TCH業(yè)務(wù)信道traffic channel)中同時(shí)傳輸。但是，由于用于頻率信道的頻率范圍具有較寬的帶寬，與GSM系統(tǒng)相比用于同步目的的特定頻率信道的劃分將導(dǎo)致容量的大量損失。
本發(fā)明基于這樣的任務(wù)，給出一種方法和裝置，它使得在無線電通信系統(tǒng)中在無線電技術(shù)資源的低消耗情況下的頻率同步成為可能。本任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法，具有權(quán)利要求9的特征的移動(dòng)臺(tái)和具有權(quán)利要求10的特征的基站得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求中獲得。
無線電通信系統(tǒng)提供由時(shí)隙和寬帶頻率范圍形成的頻率信道，其中多個(gè)連接的信息同時(shí)在移動(dòng)臺(tái)和基站間傳輸，可以根據(jù)特定連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)區(qū)分不同連接的信息。不同的連接同樣可由分配給單個(gè)移動(dòng)臺(tái)的許多代碼形成。
根據(jù)本發(fā)明，在其間傳輸符號(hào)序列的頻率信道被時(shí)間上重復(fù)地提供給下行方向中的移動(dòng)臺(tái)用于頻率同步。由接收信號(hào)，將被同步的移動(dòng)臺(tái)確定符號(hào)序列的估計(jì)值，并將這些估計(jì)值與參考序列比較。由此可以計(jì)算出估計(jì)值相對(duì)于參考序列的相移。由相移確定用于頻率同步的頻率偏移。
借助根據(jù)比較可以計(jì)算相移的事實(shí)，產(chǎn)生了簡(jiǎn)單確定相對(duì)于頻率信道的載波的將被同步的移動(dòng)臺(tái)的頻率偏移的可能性。足夠大的且適當(dāng)分布的采樣值足夠用于比較。因此頻率同步可以與其它同步移動(dòng)臺(tái)的措施相結(jié)合，使得無線電技術(shù)資源的利用保持低。
除了其它連接的信息，符號(hào)序列被傳輸是有利的。這同樣意味著基站和移動(dòng)臺(tái)間無線電接口的無線電技術(shù)資源可被較好地利用。由于信息可以根據(jù)外加的精細(xì)結(jié)構(gòu)加以區(qū)分，時(shí)隙不單獨(dú)通過同步鎖定，但可以多方面利用。在這種情況下，其它連接為有用數(shù)據(jù)連接或信令連接。
按照本發(fā)明的改進(jìn)，符號(hào)序列以這種方式傳輸，在足夠大的用于相移計(jì)算的時(shí)間間隔內(nèi)獲得至少兩個(gè)估計(jì)值。因此符號(hào)序列沒有必要為連續(xù)序列。在另外將被傳輸?shù)囊阎蛭粗?hào)中可以有單個(gè)符號(hào)或符號(hào)組。這些符號(hào)可持續(xù)時(shí)隙的整個(gè)時(shí)間周期，或除了訓(xùn)練序列或用于其它調(diào)諧目的的符號(hào)被發(fā)送。
借助單個(gè)擴(kuò)展碼符號(hào)序列被有利地?cái)U(kuò)展，其中關(guān)于符號(hào)序列存在的信息有可能被包含在用于時(shí)間同步的擴(kuò)展碼中。符號(hào)序列同樣可被看作產(chǎn)生填滿頻率范圍的帶寬的碼片的序列。借助具有用于時(shí)間同步的數(shù)據(jù)的無線電塊可與去擴(kuò)展(Entspreizung)的其余無線電塊的共同處理，省去在接收機(jī)中附加的處理費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，按照由估計(jì)值與參考序列的比較用最小誤差均方法計(jì)算作為比例因數(shù)的相移。假設(shè)估計(jì)值與參考序列間為線性關(guān)系，即近似為恒定頻率偏移。這在移動(dòng)臺(tái)中標(biāo)準(zhǔn)頻率高精度的情況下獲得。
將至少部分符號(hào)序列用于時(shí)間同步和頻率同步兩種情況是有利的。因此，借助符號(hào)序列，例如通過相關(guān)性，有可能產(chǎn)生在時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)間基準(zhǔn)，以及通過確定相移產(chǎn)生頻率基準(zhǔn)。因此為了同步只需關(guān)閉低的網(wǎng)絡(luò)容量。
下面參照附圖中的實(shí)施例更為詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中

圖1示出移動(dòng)無線電通信網(wǎng)的方框圖，圖2示出無線電傳輸幀結(jié)構(gòu)的示意圖，圖3示出用于頻率同步的頻率信道的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖4示出移動(dòng)臺(tái)和基站和下行方向中無線電傳輸?shù)姆娇驁D。
圖1所示無線電通信系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)于已知的GSM移動(dòng)無線電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，GSM移動(dòng)無線電網(wǎng)包括許多的移動(dòng)交換中心MSC，MSC相互聯(lián)網(wǎng)并且提供對(duì)固定網(wǎng)PSTN的接入。此外，這些移動(dòng)交換中心MSC各自與至少一個(gè)基站控制器BSC連接。每個(gè)基站控制器BSC又使與至少一個(gè)基站BS的連接成為可能。這樣的基站BS是可以經(jīng)無線電接口與移動(dòng)臺(tái)MS建立消息連接的無線電站。
作為舉例，圖1示出三個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS和一個(gè)基站BS間傳輸有用信息和信令信息的三個(gè)連接。運(yùn)行和維護(hù)中心OMC實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)無線電網(wǎng)或?qū)ζ渲胁糠值目刂坪途S護(hù)功能。該結(jié)構(gòu)的功能性可被轉(zhuǎn)用于可以使用本發(fā)明的其它無線電通信系統(tǒng)。
圖2示出無線電傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)。按照TDMA部件將寬帶頻率范圍，例如帶寬B＝1.6MHz分為許多時(shí)隙ts，例如提供有8個(gè)時(shí)隙ts1至ts8。頻率范圍B內(nèi)的每個(gè)時(shí)隙ts形成一個(gè)頻率信道FK。在為僅用于傳輸有用數(shù)據(jù)而設(shè)置的頻率信道TCH內(nèi)，許多連接的信息在無線電塊中傳輸。
這些用于傳輸有用數(shù)據(jù)的無線電塊包含具有數(shù)據(jù)d的字段，其中嵌入具有在接收側(cè)已知的訓(xùn)練序列tseq1至tseqK的字段。數(shù)據(jù)d用精細(xì)結(jié)構(gòu)，用戶代碼c以特定連接的方式擴(kuò)展，其結(jié)果是，例如在接收側(cè)K個(gè)連接可用這些CDMA部件分隔。
數(shù)據(jù)d的各個(gè)符號(hào)的擴(kuò)展具有這樣的效果，時(shí)長(zhǎng)Tchip的Q個(gè)碼片在符號(hào)時(shí)長(zhǎng)Tsym內(nèi)傳輸。在此這些Q個(gè)碼片形成特定連接的用戶代碼c。此外，在時(shí)隙ts內(nèi)提供有補(bǔ)償不同連接的信號(hào)渡越時(shí)間的保護(hù)時(shí)間gp。
在寬帶頻率范圍B內(nèi)，依次排列的時(shí)隙ts按照一種幀結(jié)構(gòu)分開。這樣，八個(gè)時(shí)隙ts組合形成一個(gè)幀，其中例如幀的時(shí)隙形成用于有用數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率信道TCH，并被一組連接重復(fù)使用。用于移動(dòng)臺(tái)MS頻率同步的頻率信道FCCH不被插入每個(gè)幀中，但在一個(gè)復(fù)幀中在規(guī)定的時(shí)刻插入。用于頻率同步的頻率信道FCCH間的間隔決定了提供給移動(dòng)無線電網(wǎng)為此可以應(yīng)用的容量。
圖3示出用于頻率同步的頻率信道FCCH的結(jié)構(gòu)。移動(dòng)無線電網(wǎng)相應(yīng)小區(qū)的組織信道頻帶中的寬帶頻率范圍B是幀R0的一部分，幀R0包括用于頻率同步的頻率信道FCCH(但其中，同樣也處理其它信令和有用數(shù)據(jù)連接)以及，在后續(xù)時(shí)隙中，只包括用于有用數(shù)據(jù)傳輸或信令傳輸?shù)念l率信道TCH。
該幀R0又為超幀(Superrahmen)S0的一部分，超幀S0除了幀R0還包含一個(gè)有具有其它與小區(qū)有關(guān)的信息的頻率信道FK的幀R1，和具有有用數(shù)據(jù)的幀R2。特超幀(Hyperrahmen)又包括許多超幀S0，S1，至少超幀之一包含用于頻率同步的頻率信道FCCH。
在用于頻率同步的頻率信道FCCH的時(shí)隙ts中，在下行方向傳輸?shù)氖欠?hào)序列f1，它已知在移動(dòng)臺(tái)MS中作為參考序列f2。符號(hào)序列f1用專用代碼c1擴(kuò)展。
符號(hào)序列f1的另一可選擇的實(shí)施結(jié)構(gòu)給出符號(hào)序列f1的一些部分被用作用于時(shí)間同步的同步塊sb。該同步塊sb被設(shè)置在時(shí)隙ts的中間。基站BS以發(fā)射功率發(fā)射符號(hào)序列f1，發(fā)射功率從功率控制的角度與其余存在連接的接收功率相匹配。
在接收側(cè)，對(duì)在下行方向傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行求值用于頻率同步。圖4示出由基站BS到移動(dòng)臺(tái)MS1至MSK的下行方向的無線電傳輸。移動(dòng)臺(tái)MS首先確定一個(gè)或多個(gè)具有足夠高或最大接收功率的頻率范圍B。這些通常為這樣的最近的基站BS的頻率范圍B，在基站小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)MS是暫時(shí)逗留的。
移動(dòng)臺(tái)MS1至MSK對(duì)這些頻率范圍B內(nèi)的接收信號(hào)求值，并進(jìn)行接收信號(hào)的值與參考序列f2的連續(xù)的相互關(guān)聯(lián)。在足夠大的相關(guān)性的情況下，符號(hào)序列f1到達(dá)的特定時(shí)刻t1被選擇作為時(shí)間同步的參考點(diǎn)，并且移動(dòng)臺(tái)MS的內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)被調(diào)諧。
同時(shí)由接收信號(hào)確定符號(hào)序列f1的估計(jì)值f1’。于是，建立這樣的公式系統(tǒng)，它將估計(jì)值f1’與對(duì)應(yīng)于符號(hào)序列f1的參考序列f2的值相比較。表示相對(duì)于參考序列f2的估計(jì)值f1’的相移dp的比例因數(shù)用最小誤差均方法或另一解決方法通過計(jì)算確定。
頻率偏移df由相移dp按照關(guān)系式dp＝ej2π·df·t推出，其中t表示時(shí)間。
與用于頻率同步的頻率信道FCCH的頻率范圍B的載波頻率有關(guān)的對(duì)內(nèi)部頻率標(biāo)準(zhǔn)的該頻率偏移df被符號(hào)正確地施加給內(nèi)部頻率標(biāo)準(zhǔn)，由此實(shí)現(xiàn)頻率同步。
基站BS包括一發(fā)射接收裝置SE/EE，該裝置將應(yīng)發(fā)射的發(fā)射信號(hào)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，從基帶轉(zhuǎn)換為發(fā)射的頻率范圍B，調(diào)制并放大發(fā)射信號(hào)。信號(hào)發(fā)生裝置SA預(yù)先組合發(fā)射信號(hào)，例如符號(hào)序列f1，并將其分配給相應(yīng)的頻率信道FCCH，TCH。
移動(dòng)臺(tái)MS包含操作區(qū)T，信號(hào)處理裝置SP，控制裝置SE和發(fā)射接收裝置SE/EE。在操作區(qū)T上，用戶可進(jìn)行輸入，包括用于激活移動(dòng)臺(tái)MS的輸入，隨即移動(dòng)臺(tái)必須首先進(jìn)行與其周圍移動(dòng)無線電網(wǎng)的同步。
控制裝置SE接收該請(qǐng)求并立刻使信號(hào)處理裝置SP對(duì)經(jīng)發(fā)射接收裝置SE/EE接收的接收信號(hào)求值以便，如前所述，選擇合適的頻率范圍B并進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，直到成功找到符號(hào)序列f1。隨后進(jìn)行所述的時(shí)間和頻率同步。
為了信號(hào)處理，接收信號(hào)被轉(zhuǎn)換為具有分立數(shù)值存儲(chǔ)的符號(hào)，例如被數(shù)字化。信號(hào)處理裝置SP，作為數(shù)字信號(hào)處理器包含按照J(rèn)D-CDMA法(接合檢測(cè))檢測(cè)有用信息和信令信息的JD處理器，也對(duì)符號(hào)序列f1求值。
權(quán)利要求
1.用于無線電通信系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)(MS)頻率同步的方法，其中無線電通信系統(tǒng)提供由時(shí)隙(ts)和寬帶頻率范圍(B)形成的頻率信道(FK)，在頻率信道中一個(gè)或多個(gè)連接的信息在移動(dòng)臺(tái)(MS)和基站(BS)間同時(shí)傳輸，并且其中按照特定連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)可區(qū)分不同連接的信息，其中-頻率信道(FCCH)被重復(fù)提供用于下行方向中移動(dòng)臺(tái)(MS)的頻率同步，-符號(hào)序列(f1)在頻率信道(FCCH)中傳輸，-用于符號(hào)序列(f1)的估計(jì)值(f1’)由將被同步的移動(dòng)臺(tái)(MS)從接收信號(hào)確定，-估計(jì)值(f1’)的相移(dp)從估計(jì)值(f1’)與參考序列(f2)的一個(gè)比較計(jì)算出，-頻率偏移(df)從相移(dp)確定，以及-頻率偏移由移動(dòng)臺(tái)(MS)用于頻率同步。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中，符號(hào)序列(f1)與將被傳輸?shù)挠杏脭?shù)據(jù)連接或信令連接的信息同時(shí)傳輸。
3.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，符號(hào)序列(f1)以這種方式傳輸，至少兩個(gè)估計(jì)值(f1’)可在足夠大的用于相移計(jì)算的時(shí)間間隔內(nèi)獲得。
4.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，借助單個(gè)擴(kuò)展碼(c1)擴(kuò)展符號(hào)序列(f1)。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，由估計(jì)值(f1’)與參考序列(f2)的比較按照最小誤差均方法計(jì)算作為比例因數(shù)的相移(dp)。
6.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，至少符號(hào)序列(f1)的一些部分被用于時(shí)間同步和頻率同步。
7.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，用JD-CDMA法進(jìn)行頻率信道(FK)中信號(hào)的分隔。
8.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其中，具有用于頻率同步的頻率信道(FCCH)的頻率范圍(B)由移動(dòng)臺(tái)(MS)按照接收功率測(cè)量選擇。
9.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的移動(dòng)臺(tái)(MS)，含有信號(hào)處理裝置(SP)-用于從接收信號(hào)確定符號(hào)序列(f1)的估計(jì)值(f1’)，-用于將估計(jì)值(f1’)與參考序列(f2)比較，-用于從比較計(jì)算頻率漂移(df)，以及含有控制裝置(SE)用于考慮到頻率漂移(df)的頻率同步。
10.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的基站(BS)，含有信號(hào)發(fā)生裝置(SA)用于產(chǎn)生預(yù)定的符號(hào)序列(f1)，以及含有發(fā)射裝置(EE)用于發(fā)射用于頻率同步的頻率信道(FCCH)中的符號(hào)序列(f1)。
全文摘要
TDMA/CDMA無線電通信系統(tǒng)提供由時(shí)隙和寬帶頻率范圍形成的頻率信道,信道中許多連接的信息在移動(dòng)臺(tái)和基站間可以同時(shí)傳輸,其中按照特定連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)可區(qū)分不同連接的信息。根據(jù)本發(fā)明,頻率信道被重復(fù)地提供用于下行方向中移動(dòng)臺(tái)的頻率同步,符號(hào)序列在其中傳輸。將被同步的移動(dòng)臺(tái)由接收信號(hào)確定符號(hào)序列的估計(jì)值并且將這些估計(jì)值與參考序列比較。因此可以計(jì)算相對(duì)于參考序列的估計(jì)值的相移。用于頻率同步的頻率偏移由相移確定。
文檔編號(hào)H04L7/00GK1260922SQ98806309
公開日2000年7月19日 申請(qǐng)日期1998年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月17日
發(fā)明者G·里特, A·克萊恩 申請(qǐng)人:西門子公司