专利名称：在无线通信系统中同步上行方向的信号传输的方法
技术领域：
本发明涉及一种在从无线通信系统的至少一个用户台到基站的上行方向中同步信号传输的方法。本发明尤其适用于移动无线系统。
在无线通信系统、譬如第二代GSM(全球移动通信系统)欧洲移动无线系统中，信息(譬如语音、图像信息和其它数据)是借助电磁波经无线接口传输的。所述的无线接口涉及基站和用户台之间的连接，其中用户台可以是移动台或地点固定的无线电台。在此，电磁波是利用位于为相应系统所规定的频带内的载频来发射的。对于未来的无线通信系统，譬如UMTS(通用移动电信系统)或第三代的其它系统，频率被设定位于约2000MHz的频带内。为第三代移动无线电设立了两种模式，其中一种模式是FDD工作(频分双工)，另一种模式是TDD(时分双工)。所述的模式分别应用于不同的频带。该两种模式均支持所谓的CDMA用户分离方法(码分多址)。
对于在“用于IMT-2000的TD-SCDMA无线传输技术”、草案V.0.4、CATT、1998年9月中所建议的第三代移动无线系统，它是基于所述支持CDMA用户分离方法的TDD模式。通过使用CDMA用户分离方法，基站可以并行地处理由多个用户在一个时隙内发送的传输块，该传输块通常由一个数据部分和一个已知的训练序列组成。但是，为此必须保证所述的传输块和尤其确保相应的训练序列在一个确定的时窗内到达基站，以确保可靠地检测和分离不同的信号。在已知的基于CDMA的无线通信系统中，同样会在上行方向中出现信号传输的这种同步问题。
因此，正如从GSM移动无线系统已知的一样，用户台各个时基的同步按照现有技术通常是在连接建立过程中实现的，其中，在从用户台接收信号之后，基站通过发送校正值信令来调节相应用户台的时间基准。由于所述的时间校准可能譬如因用户台的移动而不断地变化，所以必须周期性地校准所述用户台的时间校准，以遵守时间同步。
所述的已知实现在如下方面是不利的，即不能灵活地匹配不同的情况-譬如无线小区的大小或用户台的运动特征-，由此不能实现最佳的功能方式。
本发明所基于的任务在于提供一种能实现同步过程的灵活化的方法。该任务由独立权利要求的特征所述的方法、基站、用户台及无线通信系统来解决。本发明的优选改进方案由从属权利要求给出。
根据本发明，由无线通信系统的基站用信令向用户台发送一个在下行方向内发送的信令信息的步距因子和/或周期性。如上文所述，由所述的用户台利用所述的信令信息来在时间上控制通往所述基站的上行方向中的信号传输。
本发明的这种方案优选地实现了通过用信令发送同步信息的参数，可以专门地根据无线接口的相应状况或用户台的运动特征来为上行方向的信号传输调谐时间上的同步。
根据本发明的两种可选的改进方案，发送同步信息的所述步距因子和/或周期性是在公共信令信道内或在连接专用的信令信道内发送到一个或多个用户台的。
在诸如BCH(广播信道)等公共信令信道内发送参数足以实现无线小区专用的匹配。在此，譬如可以根据无线小区的大小或无线小区的地理特性而专门地针对无线通信系统的每个无线小区来实现所述的匹配。此处的BCH譬如是全向地辐射的，而连接专用的无线信道是定向地辐射的。
对于附加地考虑各个用户的运动特征，在一个连接专用的信令信道内发送所述的参数是比较有利的，该信令信道譬如是被用来确认用户台的连接建立请求的FACH(前向接入信道)。于是在用户台快速运动的情况下，譬如可以提高所述的周期性和步距，因为传输条件也在快速地变化。相反，在准静态的用户台情况下，具有小步距的低周期性是有利的，因为所述的条件变化较慢，而且利用较大的步骤进行控制将会导致不足的同步。
根据本发明的另一扩展方案，其中无线通信系统的无线接口是按照TDD方法组织的，由基站在与所述周期性相对应的时帧数量内重复地发送所述的同步信息。由此可以有利地确保更可靠地检测所述的同步信息，因为该信息通常只是很少或甚至根本就没有防错。通过这种重复发送，大大地降低了错误检测的概率和由此所带来的错误同步。
通过如下方式来优选地实现以所述的周期性交替地发送同步信息，即未被用于信令信息的时帧可以被用来传输其它数据或信令，而且由此可以更有效地使用无线接口的有限资源。
下面借助附图来详细讲述本发明的实施例。其中
图1示出了无线通信系统的框图，图2简要地示出了具有TD/CDMA用户分离方法的无线接口的帧结构，图3示出了信令信道在图2的无线接口的帧结构中的布置，以及图4示出了本发明方法的流程图。
图1示出了移动无线系统的一部分，以作为无线通信系统结构的实施例。移动无线系统总是包括许多移动交换局MSC，它们属于一个交换网(SSS交换子系统)，并且相互连接成网以及建立进入固定网的入口，还各自包括一个或多个与这些移动交换局MSC连接的基站系统BSS(BSS基站子系统)。基站系统BSS又具有至少一个用于分配无线技术资源的装置RNC(RNC无线网络控制器)以及至少一个分别与之相连接的基站NB(NB节点B)。
基站NB可以经无线接口建立和保持通向用户台UE(UE-用户设备)的连接。每个基站NB构成至少一个无线小区Z。无线小区Z的大小一般取决于由基站NB以恒定的发射功率所发射的公共信令信道(BCCH广播信道)的作用距离。在分成扇区的或在分层的小区结构中，每个基站NB也可以供给多个无线小区Z。这种结构的功能性可以被转用到在其中可以应用本发明的其它无线通信系统上。
上文所引用的TD-SCDMA移动无线系统的基站NB具有一些方向特性可变的天线，使得在针对接收和某些发射而确定方向之后，能有目的地根据用户台UE调准方向特性。公共信令信道BCH被全向地发送，而且用户台UE在随机接入信道RACH内的首次接入也是全向地被接收的。否则所述基站NB的其余发送和接收便是选向地执行的。这还涉及紧接于所述成功的首次接入之后的、在RACH和确认信道FACH(前向接入信道)内的发送。
图1的实施例示出了位于基站NB的无线小区Z内的用户台UE。用户台UE已向基站NB建立通信连接，在该通信连接的上行方向UL和下行方向DL上进行所选择的业务的信号传输。通信连接通过一个或多个分配给用户台UE的扩展码而从在无线小区Z内并行构造的多个通信连接中分离出来，其中，用户台UE总是使用当前在无线小区Z内分配的所有扩展码，以根据已知的联合检测方法来接收自己的通信连接的信号。
TD-SCDMA移动无线系统的无线传输的帧结构如图2所示。该无线接口被构造为宽带的无线接口，它具有B＝1.6MHz的频带(因此每5MHz为3个频带)、5ms的时帧时延(因此每UTRA时帧为两个时帧fr)、相应长度为675μs的用于通信信道的7个时隙ts、以及通过使用16个不同扩展码c0～c15(参见图3)的CDMA用户分离法。
在所示的TDD传输方法中，用于上行方向UL的频带B与用于下行方向DL的频带B是一致的。其它的载频也是同样重复的。通过为上行或下行方向UL、DL变化地分配时隙ts，可以进行各种不对称的资源分配。一部分时隙td0...tdn被相应地用于下行方向DL(下行链路)的信号传输，而其余的时隙tu0...tum被用于上行方向UL(上行链路)的信号传输。参数n、m以及由此还有切换点SP可以专门地同当前的需要相匹配，其中总是适合关系式n+m+2＝7。在时间上紧接于下行方向DL的第一时隙td0之后有一个表现为切换点SP的、用于分隔传输方向DL和UL的保护时间。
所述的保护时间由一个长度为75μs的下行导频时隙DPTS、一个长度为75μs的防护时间GP、以及一个长度为125μs的上行导频时隙UPTS组成，其中，所述的上行导频时隙用于发送一组用所谓的黄金码进行区分的同步序列，所述的防护时间用于基站NB内的位于发送和接收之间的切换过程，以及所述的下行导频时隙用于在通过用户台UE利用随后的信令在随机接入信道RACH上尝试建立连接时发送一个同步序列。为在该接入过程中区分多个用户台UE而再次使用了一组黄金码。
在时隙ts内，多个通信连接的信息是在无线块内传输的。数据d按照连接专门地利用一种精细结构、也即扩展码c进行扩展，以便在接收侧譬如通过这种CDMA分量分离出n个连接。对数据d的各个符号进行扩展的作用在于，在符号时延Tsym内传输Q个时延为Tc的码片。在此，所述的Q个码片构成了连接专用的扩展码c。另外，在无线块内还嵌入了一个信道测试序列tseq，以用于接收侧的信道估测。紧接于信道测试序列之后发送本发明的同步信息SS。同步信息SS在无线块内的这种布置有个优点，即能够由接收台以较大的可靠性检测其中所包含的信息。这在防错较少或根本没有防错的同步信息SS的情况下是非常重要的。一个无线块总是以保护时间gp结束。
为所述TD-SCDMA系统所采用的无线接口参数优选地为码片速率 1.28M码片/秒帧时延 5ms时隙数量 7(通信信道)时隙时延 675μs扩展因子 1～16带宽 1.6MHz这些参数能够与UTRA及TDD模式(FDD频分双工)和已知的GSM移动无线系统实现尽可能最好的协调。
在图3中放大地示出了下行方向DL的时隙td1、td0、切换点SP以及上行方向UL的第一时隙tu0。在按照扩展码c0...c15进行区分的传输信道内、也即传输单元(RU资源单元)内传输多个信令信道，其中，在通信业务量较高的情况下，括弧内所给出的信令信道还可以被分配给相应的传输信道。在下行方向的第二时隙td1中，在正常情况下可以给所述的确认信道FACH分配最多4个扩展码c12...c15，在负荷较高的情况下最多可以分配下行方向DL的第一时隙td0内的其它四个扩展码c12...c15。所述的FACH被用来确认用户台UE在RACH内的连接建立请求、发送同步信息SS以为上行方向的信号传输使相应的用户台UE同步、以及传输小的数据包。所述FACH的发射可以根据方向特性来实现。当前所分配的FACH的位置及数量是在所述的公共信令信道BCH内给出的。
所述的公共信令信道BCH被布置在下行方向DL的第一时隙td0内。通常给它分配扩展码c0，但在较高的通信负荷下也可以另外给该BCH分配扩展码c1。所述的BCH被全向或扇形地利用比平均发射功率更高的发射功率进行发送。
在上行方向UL的第一时隙tu0中，给随机接入信道RACH提供四个用扩展码c0...c3进行区分的传输单元。通过用多个代码进行区分，可以在基站NB内并行地处理多个接入。当前所分配的RACH的位置和数量是在所述的公共信令信道BCH内给出的。
图4示出了在本发明同步方法的支持下在基站和用户台之间发送信令的流程图。
由基站NB周期性地在公共信令信道BCH内经移动无线系统而在该基站NB的无线服务区内发送一些组织信息(步骤1)。当用户台UE被接通时，由它首先求出合适的频带，并随后借助在下行导频时隙DPTS内所发送的最强同步序列来选择出合适的基站NB。在对所选择的基站NB的BCH的组织信息进行分析之后，用户台UE借助BCH的接收强度确定出一个相应的发射功率，并借助所述的同步序列确定一个接收时间点(步骤2)，以便随后在上行导频时隙UPTS内发送一个同步序列，其中，它还为所述的同步序列选择一个合适的黄金码。该过程被称为下行方向内的同步(下行链路同步)。
尽管接收了基站NB的同步序列以便在下行方向进行同步，但用户台UE到基站NB的距离仍是未知的，这将会不利地导致上行方向内的非同步的信号传输。如果此时由基站NB在某个接收窗口内接收所述由用户台UE在上行导频时隙UPTS内发送的同步序列，那么它便可以求出接收强度和相对于其时间结构的时间偏移。基站NB根据该求出的参数确定出所述同步信息SS的内容(步骤4)，随后在确认信道FACH内把它发送给用户台UE(步骤5)。在接收到FACH内的同步信息SS之后，由用户台UE控制发射功率和所需的时间偏移以同步上行方向的信号传输(步骤6)。接着便可以继续所述的连接过程，或在所分配的传输信道内进行数据传输(步骤7)。
由于多个激活的用户台的信道测试序列在相同的时隙内只是基准测试序列的时间偏移版本，所以基站NB能够顺序地检测出所述的信道测试序列。因此，根据用户台的用于同步上行方向信号传输的某个容差，基站NB可以周期性地、譬如按照时帧求出相应的同步信息SS(步骤8)，并在FACH内将其发送给用户台UE(步骤5)。
所述的同步信息SS譬如由层1信令的发射功率PC(功率控制)和时间偏移TA(定时超前)组成。譬如为所述的时基参数采取固定的值，也就是说利用固定的步距来控制所述的时间偏移TA(定时超前)。于是譬如基于码片来控制所述的时间偏移，也即在每次发送同步信息SS时把上行方向的信号传输所采用的时基提前或延迟一个码片。这种控制在用户台UE快速移动的情况下是非常不利的，因为不能足够快地跟踪所述的同步。
根据本发明的方法，该问题优选通过附加地用信令发送步距因子k和/或同步信息SS的传输周期性M来解决。在此，所述的步距因子k确定了利用哪部分码片周期Tc来改变所述的时间偏移TA。这可以根据如下表格来实现
其中k＝(1...8)。
作为替换方案，也可以根据下表来控制所述的时间偏移TA
其中k＝(1...8)。
所述的周期性M给出了发送同步信息SS的周期。在此，所述的同步信息SS被交替地重复发送一个与所述周期性M相对应的数量，由此确保了用户台UE检测的高度可靠性，因为同步信息SS通常都不是防错地进行编码的，或者譬如只是每M个时帧才发送所述的同步信息SS，由此有利地把传输容量提供给其它的信令或用于传输小的数据包。
可选地，所述的步距因子k和周期性M等参数还可以在公共信令信道BCH内或在确认信道FACH内发送。对此，在BCH内发送信令有个优点，就是可以按照无线小区专门地调整所述的参数，而不会产生较大的传输资源负荷。在此，譬如根据无线小区的类型-宏小区或微小区-并按照特殊的地理情况或按照用户台的特殊运动特征来调整所述的参数选择。因此，譬如在无线小区给一段高速公路提供无线技术资源的情况下，可以根据用户台的高速度而优选地采取较大的步距因子k和周期性M，而当无线小区给步行区域提供服务时，由于用户台的速度很小，所以采取较小的步距因子k和周期性M就足够了。同样也可以设想根据所述特征的变化来自适应地调整所述的参数。因此，在所述供给高速公路段的例子中，当交通阻塞时可以根据所述供给步行区域的例子来选择所述的参数。
如果无线小区针对该无线小区内的用户台运动特征而呈现出一种宽带，则在该无线小区的确认信道FACH内用信令发送参数k和M是非常有意义的。在该情形下可以按照连接专门地选择所述的参数，以便一方面在上行方向内确保信号传输的足够同步，另一方面又使信令信道FACH内的信令负荷保持尽可能地低。优选地，FACH内的这种连接专用的信令不仅可以根据以用户台的运动特征进行使用，而且还可以譬如根据在通信连接内所传输的业务来进行使用，因为譬如在数据速率较高的实时业务时，它将需要比非实时业务更准确的同步。在此，基站已经可以在用户台的连接请求时根据需传输的业务来选择合适的参数k、M，并用信令将其发送给相应的用户台。
作为替换方案，用信令发送参数k、M也可以通过如下方式来实现，即在所述的公共信令信道BCH内发送一些为基站的相应无线小区而选定的基本参数，由具有正常运动特征的用户台利用该基本参数来进行上行方向的信号传输同步。对于具有特殊运动特征的用户台、譬如速度较高的移动台，可以在确认信道FACH内向其发送一些不同于所述基本参数的特殊参数k、M，然后由该用户台考虑所述的特殊参数而不是所述的基本参数来进行上行方向的同步。由此也可以为这种用户台确保一直很好的同步，而不会在确认信道FACH内产生较高的信令负荷。在此，也可以在时间上限制所述确认信道FACH的附加使用，譬如只有当相应用户台UE的运动特征超出某个正常的运动特征时才使用它。
权利要求
1.在从无线通信系统的至少一个用户台(UE)到基站(NB)的上行方向(UL)中同步信号传输的方法，其特征在于由所述的基站(NB)用信令向所述的用户台(UE)发送一个在下行方向(DL)内发送的同步信息(SS)的步距因子(k)和/或周期性(M)，而且，所述的用户台(UE)利用所述的同步信息(SS)来控制通往所述基站(NB)的上行方向(UL)中的信号传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据所述基站(NB)和用户台(UE)之间的无线接口的传输状况来确定所述的步距因子(k)和/或周期性(M)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于发送同步信息(SS)的所述步距因子(k)和/或周期性(M)是在公共信令信道(BCH)内从基站(NB)发送到用户台(UE)的。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于发送同步信息(SS)的所述步距因子(k)和/或周期性(M)是在连接专用的信令信道(FACH)内从基站(NB)发送到用户台(UE)的。
5.如上一权利要求所述的方法，其特征在于在无线块的训练序列(tseq)之前或之后传输所述的同步信息(SS)。
6.如上一权利要求所述的方法，其特征在于在无线通信系统中按照CDMA用户分离方法执行所述的信号传输。
7.如上一权利要求所述的方法，其特征在于根据TDD方法组织所述无线通信系统的无线接口。
8.如上一权利要求所述的方法，其特征在于在与所述周期性(M)相对应的时帧(fr)数量内重复地发送所述的同步信息(SS)。
9.无线通信系统的基站(NB)，其特征在于一种装置，用于以信令发送一个在下行方向(DL)内被发送给用户台(UE)的同步信息(SS)的步距因子(k)和/或周期性。
10.具有至少一个用户台(UE)和至少一个基站(NB)的无线通信系统，其特征在于所述的基站(NB)具有一种装置，用于以信令发送一个在下行方向(DL)内被发送给用户台(UE)的同步信息(SS)的步距因子(k)和/或周期性，以及所述的用户台(UE)具有一种装置，用于根据所接收的同步信息(SS)来控制通往所述基站(NB)的上行方向(UL)中的信号传输。
11.如上一权利要求所述的无线通信系统，其中它被实施为移动无线系统。
全文摘要
根据本发明,由基站用信令向所述的用户台发送一个在下行方向内发送的信令信息的步距因子和/或周期性。所述的用户台利用所述的信令信息来在时间上控制通往所述基站的上行方向中的信号传输。
文档编号H04J13/00GK1385012SQ00815089
公开日2002年12月11日 申请日期2000年10月31日 优先权日1999年11月1日
发明者S·巴伦博格, V·弗兰茨, R·德贝尼迪蒂斯 申请人:西门子公司