專利名稱：用于無線電通信系統(tǒng)中移動臺時間同步的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于無線電通信系統(tǒng)中移動臺時間同步的方法，并涉及以這種方式構造的一移動臺和一基站。
數字無線電通信系統(tǒng)的設計在J.Oudelaar，“面向UMTS的進展”(Evolution towards UMTS)，PIMRC 94，第5屆IEEE國際個人、室內及移動無線電通信會議論文集(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移動電信專題討論會(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)有的移動無線電系統(tǒng)GSM(全球移動通信系統(tǒng))是具有用于用戶分隔(時分多址)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構在時隙內傳輸。傳輸是以塊方式進行的。此外，由GSM移動無線電系統(tǒng)已知下行方向中與幀結構的時幀相匹配的用于移動臺時間同步的頻率信道(SCH同步信道)。在該頻率信道中，移動臺可以對傳輸數據求值用于自同步。
DE 195 49 148.3公開了一種使用TDMA/CDMA用戶分隔(CDMA碼分多址)的移動通信系統(tǒng)，并且在接收側使用JD方法(接合檢測joint detection)，以便用許多用戶的擴展碼的知識改善被傳輸的有用信息的檢測。許多可用其擴展碼區(qū)分的有用數據連接的信息在一個頻率信道(TCH業(yè)務信道traffic channel)中同時傳輸。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致容量的大量損失。
本發(fā)明基于這樣的任務，給出一種方法和裝置，它使得在TDMA無線電通信系統(tǒng)中在無線電技術資源的低消耗的情況下的時間同步成為可能。本任務通過具有權利要求1的特征的方法，具有權利要求10的特征的移動臺和具有權利要求11的特征的基站得以實現(xiàn)。本發(fā)明的其它擴展在從屬權利要求中獲得。
無線電通信系統(tǒng)，例如TDMA/CDMA無線電通信系統(tǒng)，提供由時隙和寬帶頻率范圍形成的頻率信道，其中一個或多個連接的信息同時在移動臺和基站間傳輸，可以根據特定連接的精細結構區(qū)分不同連接的信息。然而，同樣可以將許多在接收側被重組的不同的精細結構分配給一個連接。
根據本發(fā)明，除了其它連接的信息一已知信號形式也在其間傳輸的頻率信道被時間上重復地提供給下行方向中的移動臺用于時間調整。已知的信號形式由第一基站發(fā)射，而其它連接由其它基站提供。作為另一可選擇的方案，單個基站也可以在一個頻率信道中發(fā)射用于同步的已知信號形式和其它連接的信息。由將被同步的移動臺從接收信號確定信號形式到達的至少一個時刻，隨后它被移動臺用于時間同步。
借助除了其它連接的信息信號形式也被傳輸的事實，基站和移動臺間無線電接口的無線電技術資源可被較好地利用。由于信息可以根據外加的精細結構加以區(qū)分，時隙不單獨通過同步鎖定，但可以多方面利用。在這種情況下，其它連接可為有用數據連接或信令連接。在共用波無線電網絡中，即相鄰基站使用同一頻率范圍，其它連接例如由相鄰基站提供。
按照本發(fā)明的改進，信號形式被構成為具有將被傳輸的數據的無線電塊的訓練序列。因此，傳輸用于不同目的的信息的無線電塊可通過結構化用于時間同步的特定的訓練序列使用。于是無線電接口的容量被進一步增加。訓練序列可被另外用于信道評估。
借助單個擴展碼信號形式被有利地擴展，其中關于信號形式存在的信息有可能被包含在用于時間同步的擴展碼中。信號形式同樣可被看作產生填滿頻率范圍的帶寬的碼片的序列。借助具有用于時間同步的數據的無線電塊可與去擴展(Entspreizung)的其余無線電塊的共同處理，省去在接收機中附加的處理費用。
根據本發(fā)明的一方案，至少一個時刻通過確定接收信號和在接收機中已知的參考序列間的相關性確定。在這種情況下確定的相關峰給出了例如時隙的時間平均值，并由此可用于相對于無線電接口的幀結構的另外取向。另一種可能的方法是，至少一個時刻可由接收信號的與信號匹配的濾波確定。
為了提高時間同步的準確性，有利地多次確定信號形式的到達時刻并對這些時刻進行平均用于頻率同步。這種平均可減少單個誤差的影響。
對于移動臺的幀同步，例如表示為數字符號序列的信號形式在特定時隙中包括關于頻率信道的幀結構的數據。因此信號形式同樣可被用于沒有其它容量損耗地傳輸這些信息。特超幀和/或超幀在特定時刻的符號序列有利地與用于時間同步的頻率信道的其余時隙中的符號序列不同。但作為另一選擇，為了幀識別也可以將附加符號在特定的時刻，例如在特超幀和/或超幀的開始，補充符號序列。
下面參照附圖中的實施例更為詳細地說明本發(fā)明，其中

圖1示出移動無線電通信網的方框圖，圖2示出無線電傳輸幀結構的示意圖，圖3示出用于時間同步的頻率信道結構的示意圖，圖4示出移動臺和基站和下行方向中無線電傳輸的方框圖。
圖1所示無線電通信系統(tǒng)在結構上對應于已知的GSM移動無線電網的結構，GSM移動無線電網包括許多的移動交換中心MSC，MSC相互聯(lián)網并且提供對固定網PSTN的接入。此外，這些移動交換中心MSC各自與至少一個基站控制器BSC連接。每個基站控制器BSC又使與至少一個基站BS的連接成為可能。這樣的基站BS是可以經無線電接口與移動臺MS建立消息連接的無線電站。
作為舉例，圖1示出三個移動臺MS和一個基站BS間傳輸有用信息和信令信息的三個連接。運行和維護中心OMC實現(xiàn)對移動無線電網或對其中部分的控制和維護功能。該結構的功能性可被轉用于可以使用本發(fā)明的其它無線電通信系統(tǒng)。
圖2示出無線電傳輸的幀結構。按照TDMA部件將寬帶頻率范圍，例如帶寬B＝1.6MHz或B＝5MHz分為許多時隙ts，例如提供有8個時隙ts1至ts8或(未示出)16個時隙。頻率范圍B內的每個時隙ts形成一個頻率信道FK。在為僅用于傳輸有用數據而設置的頻率信道TCH內，許多連接的信息在無線電塊中傳輸。
這些用于傳輸有用數據的無線電塊包含具有數據d的字段，其中嵌入具有在接收側已知的訓練序列tseq1至tseqK的字段。數據d用精細結構，用戶代碼c以特定連接的方式擴展，其結果是，例如在接收側K個連接可用這些CDMA部件分隔。
數據d的各個符號的擴展具有這樣的效果，時長Tchip的Q個碼片在符號時長Tsym內傳輸。在此這些Q個碼片形成特定連接的用戶代碼c。此外，在時隙ts內提供有補償不同連接的信號渡越時間的保護時間gp。
在寬帶頻率范圍B內，依次排列的時隙ts按照一種幀結構分開。這樣，八個時隙ts組合形成一個幀，其中例如幀的時隙ts4形成用于有用數據傳輸的頻率信道TCH，并被一組連接重復使用。用于移動臺MS時間同步的頻率信道SCH不被插入每個幀中，但在一個復幀中在規(guī)定的時刻插入。移動無線電網由此可以提供使用的容量決定了用于時間同步的頻率信道SCH間的間隔。
圖3示出用于時間同步的頻率信道SCH的結構。移動無線電網相應小區(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包括用于時間同步的頻率信道SCH(但其中，同樣可以處理其它信令和有用數據連接)以及，在后續(xù)時隙中，只包括用于有用數據傳輸或信令數據傳輸的頻率信道TCH。
該幀R0又為超幀(Superrahmen)S0的一部分，超幀S0除了幀R0還包含一個有具有其它與小區(qū)有關的信息的頻率信道FK的幀R1，和具有有用數據的幀R2。特超幀(Hyperrahmen)又包括許多超幀S0，S1，至少超幀之一包含用于時間同步的頻率信道SCH。
在用于時間同步的頻率信道SCH的時隙ts中在下行方向傳輸同步塊sb，它包含作為訓練序列的并在移動臺MS中已知的信號形式f1。信號形式f1被嵌入在將被傳輸的其它信息有用或信令信息中。同步塊sb用單個代碼c1擴展。帶有有用或信令信息的其它連接由在同一頻率范圍B內的其它基站BS發(fā)送，它與發(fā)送信號形式f1的基站BS幀同步。作為另一選擇或附加地，發(fā)送信號形式f1的基站BS同樣可以使用時隙ts用于其它連接。許多信號的這種重疊，這可以通過形成特定連接精細結構的用戶代碼c區(qū)分，仍可以用下述方法分解。
同步塊sb的另一可選擇的實施結構除了被設計為符號序列的信號形式，附加給出用于幀同步的符號f1a。借助這些附加符號f1a，它們在超幀S0的第一幀R0中發(fā)送，正在接收的移動臺MS可以進行幀結構中時隙ts當前位置的識別。基站BS以發(fā)射功率發(fā)射同步塊sb，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。
通過對信號形式f1求值在接收側確定時刻t1用于時間同步。時刻t1近似地給出信號形式的中點。由于同步塊sb的傳輸同樣發(fā)生在，例如，相應時隙ts的中點，在正確求值的情況下，在接收側可以確定時隙ts的中點。為此，移動臺MS在相應頻率信道SCH中通過將接收信號與對應于信號形式f1的參考序列f2相互關聯(lián)，連續(xù)嘗試確定信號形式f1到達的時刻t1。在這種情況下相關峰表示隨后被采納為時隙ts中點的時刻t1。
圖4示出由基站BS到移動臺MS1至MSK的下行方向的無線電傳輸。移動臺MS首先確定一個或多個具有足夠高或最大接收功率的頻率范圍B。這些是這樣的最近的基站BS的頻率范圍B，在基站小區(qū)內移動臺MS是暫時逗留的。
移動臺MS1至MSK對這些頻率范圍B內的接收信號求值，并進行接收信號的值與參考序列f2的連續(xù)相互關聯(lián)。在足夠大的相關峰的情況下，所確定的信號形式f1到達的時刻t1被選擇作為時間同步的參考點，并且移動臺MS的內部時間基準被調諧。同時，相應的頻率信道SCH可被用于隨后的頻率同步。
基站BS包括一發(fā)射接收裝置SE/EE，該裝置將應發(fā)射的發(fā)射信號數/模轉換，從基帶轉換為發(fā)射的頻率范圍B，調制并放大發(fā)射信號。信號發(fā)生裝置SA預先組合發(fā)射信號，例如同步塊sb，并將其分配給相應的頻率信道FCCH，TCH。
移動臺MS包含操作區(qū)T，信號處理裝置SP，控制裝置SE和發(fā)射接收裝置SE/EE。在操作區(qū)T上，用戶可進行輸入，包括用于激活移動臺MS的輸入，隨即移動臺必須首先進行與其周圍移動無線電網的同步。
控制裝置SE接收該請求并立刻使信號處理裝置SP對經發(fā)射接收裝置SE/EE接收的接收信號求值以便，如前所述，選擇合適的頻率范圍B并進行相互關聯(lián)，直到成功找到信號形式f1。
為了信號處理，接收信號被轉換為具有分立數值存儲的符號，例如被數字化。信號處理裝置SP，作為數字信號處理器包含按照JD-CDMA法(接合檢測)檢測有用信息和信令信息的JD處理器，也對同步塊sb求值。
通過確定接收信號和在移動臺MS中已知的參考序列f2間的相關性進行求值。在這種情況下，隨后被用于時間同步的最大相關性時刻t1也被確定。另一種選擇，同樣可以應用與信號匹配的濾波或另一線性算法(例如迫零或最小誤差均方準則)。為了提高時間同步的準確性，移動臺MS重復同步塊sb到達的時刻t1的確定并對這些值平均。
此外，替代單個相關器或與信號匹配的過濾器，同樣可以在用于各種頻率偏移或多普勒漂移的濾波器組中進行求值。
權利要求
1.用于無線電通信系統(tǒng)移動臺(MS)時間同步的方法，其中無線電通信系統(tǒng)提供由時隙(ts)和寬帶頻率范圍(B)形成的頻率信道(FK)，在頻率信道中一個或多個連接的信息在移動臺(MS)和基站(BS)間同時傳輸，并且其中按照特定連接的精細結構可區(qū)分不同連接的信息，其中-頻率信道(SCH)被重復提供用于下行方向中移動臺(MS)的時間同步，-在頻率信道(SCH)內除了其它連接的信息外，還傳輸已知的信號形式(f1)，-將被同步的移動臺(MS)從接收信號確定信號形式(f1)到達的至少一個時刻(t1)，以及-至少一個時刻(t1)由移動臺(MS)用于時間同步。
2.按照權利要求1的方法，其中，信號形式(f1)被構成為具有將被傳輸數據的無線電塊的訓練序列。
3.按照上述權利要求之一的方法，其中，借助單個擴展碼(c1)擴展信號形式(f1)。
4.按照上述權利要求之一的方法，其中，通過確定接收信號與接收機中已知的參考序列(f2)間的相關性確定至少一個時刻(t1)。
5.按照權利要求1至3之一的方法，其中，通過接收信號的與信號匹配的過濾確定至少一個時刻(t1)。
6.按照上述權利要求之一的方法，其中，確定多個到達的時刻(t1，t2)，并且進行時刻(t1，t2)的平均用于頻率同步。
7.按照上述權利要求之一的方法，其中，信號形式(f1)在特定時隙(ts)中包括關于頻率信道(FK)的幀結構的數據。
8.按照權利要求7的方法，其中，在特超幀和/或超幀的特定時刻的信號形式(f1a)與用于時間同步的頻率信道(SCH)的其余時隙(ts)中的信號形式(f1)不同。
9.按照權利要求7的方法，其中，附加符號在特超幀和/或超幀的開始補充信號形式(f1)。
10.用于實現(xiàn)權利要求1的方法的移動臺(MS)，含有信號處理裝置(SP)-用于確定信號形式(f1)到達的至少一個時刻(t1)，含有控制裝置(SE)-用于考慮到至少一個所確定時刻(t1)的時間同步。
11.用于實現(xiàn)權利要求1的方法的基站(BS)，含有信號發(fā)生裝置(SA)用于產生預定的信號形式(f1)，以及含有發(fā)射裝置(EE)用于發(fā)射用于時間同步的頻率信道(SCH)中的信號形式(f1)。
全文摘要
無線電通信系統(tǒng)提供由時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臺和基站間被同時傳輸,其中按照特定連接的精細結構可區(qū)分不同連接的信息。根據本發(fā)明,頻率信道被重復地提供用于下行方向中移動臺的時間調整,除了其它連接的信息信號形式也在其中傳輸。將被同步的移動臺從接收信號確定信號形式到達的至少一個時刻,隨后由移動臺用于時間同步。本發(fā)明被有利地應用在,例如,第三代移動通信的TDD模式中,該模式組合了TDMA和CDMA用戶分隔方法。
文檔編號H04J13/00GK1260923SQ98806316
公開日2000年7月19日 申請日期1998年6月17日 優(yōu)先權日1997年6月17日
發(fā)明者G·里特, A·克萊恩, M·費伯 申請人:西門子公司