专利名称：时分－同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统中的物理层(Physical Layer或Layer 1)控制方法，更具体地说涉及时分-同步码分多址接入(Time Division-Synchronous Code Division MultipleAccess)系统中的上行闭环同步控制(Uplink Close Loop Synchronization Control)方法，可以根据无线信道传输特性的变化，自适应的对闭环同步控制方法进行调整，从而改进上行闭环同步控制过程的性能。
背景技术：
在TD-SCDMA第三代移动通信系统中，上行链路(Uplink)与下行链路(Downlink)采用时分双工(Time Division Duplex)的方式加以分隔，即为上行链路与下行链路分别配置时间上互不重叠的上行时隙(Uplink timeslot)与下行时隙(Downlink timeslot)，使节点B(Node B)与用户设备(User Equipment)的发送与接收在互不相同的时间上进行。时分双工方式与频分双工(Frequency Division Duplex)方式相比，由于在时分双工方式下，上、下行链路使用相同的频段，节点B和用户设备均只需一套射频电路，因而系统的成本可被大大降低，并且由于在时分双工方式下，供上、下行链路使用的时隙数目可以灵活配置，从而实现上、下行链路不同速率的传输，因而可以方便的实现上、下行链路的对称或非对称传输。
在时分双工方式具有上述优点的同时，时分双工方式对于TD-SCDMA第三代移动通信系统也产生一些特有的需求，其中，在所述系统的一个小区中，为使小区内各用户设备的发送和接收之间互不干扰，需在小区内各用户设备与小区节点B之间建立上行链路同步，使小区内各用户设备的发送信号在设定的时间内同时到达小区节点B在所述小区内的一个用户设备开机(Power on)后，所述用户设备通过检测下行导频时隙(DwPTS)中的下行同步物理信道(DwPCH)，搜索其所在的小区，并建立与其所在小区节点B间的下行链路同步；然后，所述用户设备通过其接收到的下行同步物理信道，估计上行同步物理信道(UpPCH)大致的发送时间以及所需的发送功率，在上行导频时隙(UpPTS)中向所述节点B发送上行同步物理信道，所述节点B根据上行导频时隙中上行同步物理信道的接收时间，生成对所述用户设备发送时间的调整指令，并使用快速接入物理信道(FPACH)发送给所述用户设备，控制所述用户设备对上行同步物理信道的发送时间进行调整；在所述用户设备向所述节点B发送了随机接入物理信道(PRACH)后，所述用户设备与所述节点B间的上行链路同步建立。
在所述用户设备与所述节点B间的上行链路同步建立之后，所述节点B通过上行闭环同步控制过程，周期性的控制所述用户设备对其上行信号的发送时间进行调整，以保持所述用户设备与所述节点B间的上行链路同步例如，在所述节点B和所述用户设备之间建立了上行及下行专用物理信道(Dedicated Physical Channel)时，所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间经上行闭环同步控制过程，由所述节点B周期性进行控制；在每个上行闭环同步控制周期中，所述节点B在接收到上行专用物理信道的无线信号之后，利用所述上行专用物理信道中的训列序列部分(Midamble part)，对当前无线信道的信道冲激响应(ChannelImpulse Response)进行检测，并将信道冲激响应的最大峰值位置与其设定的目标位置(Targetposition)进行比较，当所述的最大峰值位置早于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整(Synchronization Shift)命令“减小”，控制所述用户设备减小上行专用物理信道的发送时间提前量(Timing Advance)，当所述的最大峰值位置晚于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整命令“增大”，控制所述用户设备增大上行专用物理信道的发送时间提前量，当所述的最大峰值位置等于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整命令“不变”，控制所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间提前量保持不变，所述的同步调整命令通过下行专用物理信道发送；每个上行闭环同步控制周期中，所述发送时间提前量的同步调整步长可为 …或1码片(Chip)。(请参见TD-SCDMA第三代移动通信系统标准文档3GPP TS25.221、25.224和25.225，3GPP网站www.3gpp.org中提供文档的下载)。
在无线通信系统中，由于无线传输环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对无线电波的遮蔽，无线信号在无线信道中传输时会发生慢速衰落，称为阴影衰落(Shading fading)；此外，又由于无线信号在无线信道传输中的多径传播(Multi-path transmission)及多普勒频移(Doppler shift)效应，无线信号经无线信道传输后还会发生时间域及频率域中的快速衰落(Fast fading)，分别称之为时间选择性衰落(Time selective fading)和频率选择性衰落(Frequency selective fading)；上述无线信道的慢速衰落和快速衰落特性使得无线信道的冲激响应随时间变化，具有时变的传输特性。
在上述TD-SCDMA第三代移动通信系统的上行闭环同步控制过程中，上行闭环同步控制的频率为每隔1、2、3、…、或8个子帧1次，即在25～200次/秒之间可变，上行闭环功率控制的最短周期为5ms；当无线信道的传输特性变化很快时，无线信道中传输的无线信号会经历所述的快速衰落，此时，所述节点B即使以最短的上行闭环同步控制周期，控制所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间进行调整，可能仍无法适应无线信道传输特性的变化，导致所述用户设备对上行专用物理信道发送时间的调整，滞后于无线信道传输特性的变化，不仅致使上行闭环同步控制过程的性能下降，而且所述节点B发送的同步调整命令甚至可能相悖于无线信道传输特性的变化，致使所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间进行错误的调整，使上行闭环同步控制过程失去其应有的功能，导致系统性能恶化。
当无线信道的传输特性变化很快时，对于上述TD-SCDMA第三代移动通信系统的上行闭环同步控制过程中，所述用户设备对上行专用物理信道发送时间的调整滞后于无线信道传输特性变化的问题，一种解决方法是在每个上行闭环同步控制周期中，将所述基于当前无线信道冲激响应最大峰值位置的闭环同步控制方法，改为基于无线信道冲激响应平均最大峰值位置的闭环同步控制方法，即在每个上行闭环同步控制周期中，所述节点B在接收到上行专用物理信道的信号之后，检测当前上行闭环同步控制周期以及之前数个上行闭环同步控制周期中无线信道冲激响应平均最大峰值的位置，例如，对连续的15个上行闭环同步控制周期中无线信道冲激响应的最大峰值位置进行检测，当上行闭环同步控制周期为5ms时，即是检测连续15个子帧中上行专用物理信道无线信道冲激响应的最大峰值位置(对于子帧结构的定义，请参见TD-SCDMA第三代移动通信系统标准文档3GPP TS 25.221，3GPP网站www.3gpp.org中提供文档的下载)，然后对所述检测结果进行滑动平均，将无线信道冲激响应平均最大峰值的位置与设定的目标位置进行比较，生成同步调整命令。
当采用最短的上行闭环同步控制周期，所述用户设备对上行专用物理信道发送时间的调整仍滞后于无线信道传输特性的变化时，通过上述基于无线信道冲激响应平均最大峰值位置的闭环同步控制方法，使上行闭环同步控制过程适应于无线信道的慢速衰落特性，而非无线信道的快速衰落特性，可以减少所述用户设备对上行专用物理信道发送时间错误调整的概率，相比于所述的基于当前无线信道冲激响应最大峰值位置的闭环同步控制方法，可使上行闭环同步控制过程获得较好的性能。
然而，当无线信道的传输特性变化较慢时，即采用所述的上行闭环同步控制周期，所述用户设备对上行专用物理信道发送时间的调整可适应于无线信道传输特性的变化，若仍使用基于无线信道冲激响应平均最大峰值位置的闭环同步控制方法，相比于所述的基于当前无线信道冲激响应最大峰值位置的闭环同步控制方法，又会降低上行闭环同步控制过程的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，可以根据无线信道传输特性的变化，自适应的调整闭环同步控制的方法，从而改进上行闭环同步控制过程在不同无线信道传输特性下的性能。
上述的发明目的是由本发明的以下方法实现的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于在上行闭环同步控制过程中，节点B接收到用户设备的上行信号后，首先检测或计算如下量值a.当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道传输特性的相关系数ρ，ρ=E{ht(n)-E[ht(n)]}{ht(n-1)-E[ht(n-1)]}D[ht(n)]·D[ht(n-1)];]]>其中ht(n)=hp(n)+xTA(n)-Tpos2;]]>hp(n)和hp(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道冲激响应的最大峰值位置，xTA(n)和xTA(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中上行信号的发送提前量，Tpos表示节点B设定的目标位置，n表示当前上行闭环同步控制周期的序号，E(·)表示随机变量的数学期望，D(·)表示随机变量的方差；b.所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 然后，计算监控位置 hp^(n)=[hp(n)-H‾p]ρ+Hp‾;]]>将所得的监控位置与设定的目标位置进行比较，生成同步调整命令。
根据本发明的一个方面，在计算所述的相关系数ρ时，所述的数学期望和方差以随机变量的时间平均值代替，所述的时间平均值为连续的15个上行闭环同步控制周期中随机变量的滑动平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期。
根据本发明的另一个方面，所述的无线信道冲激响应由所述节点B利用所述上行专用物理信道中的训列序列部分进行检测。
根据本发明的另一个方面，所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置为连续15个上行闭环同步控制周期中所述无线信道冲激响应最大峰值位置的滑动平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期。
根据本发明的又一个方面，所述的目标位置由所述节点B的物理层进行设定。
根据本发明的再一个方面，所述上行信号的发送提前量由所述用户设备周期性发送给所述节点B的测量报告中获得。
具体实施例将本发明的方法应用于TD-SCDMA第三代移动通信系统的上行闭环同步控制过程中。
在TD-SCDMA第三代移动通信系统的一个小区中，在节点B和小区内的一个用户设备之间建立了上行及下行专用物理信道，所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间经上行闭环同步控制过程由节点B进行控制，其中，根据本发明的方法，所述节点B接收到所述用户设备的上行专用物理信道信号后，首先检测或计算如下量值，以下n表示当前上行闭环同步控制周期的序号a.当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道传输特性的相关系数ρ；b.所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置
在计算所述相关系数ρ=E{ht(n)-E[ht(n)]}{ht(n-1)-E[ht(n-1)]}D[ht(n)]·D[ht(n-1)]]]>时，随机变量的数学期望和方差可用随机变量的时间平均值近似，例如，对连续15个上行闭环同步控制周期中的随机变量进行滑动平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期；ht(n)=hp(n)+xTA(n)-Tpos2,]]>ht(n-1)=hp(n-1)+xTA(n-1)-Tpos2,]]>hp(n)和hp(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道冲激响应的最大峰值位置，xTA(n)和XTA(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中上行信号的发送提前量，Tpos表示节点B设定的目标位置；所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 为连续15个上行闭环同步控制周期中所述无线信道冲激响应最大峰值位置的滑动时间平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期；所述无线信道的冲激响应利用所述上行物理信道中的训列序列部分进行检测；上述滑动平均窗口的长度可以根据信道传输特性的先验知识或者预测进行时时的调整。
然后，所述节点B利用上述的结果计算监控位置 hp^(n)=[hp(n)-Hp‾]ρ+Hp‾;]]>将所得的监控位置与设定的目标位置进行比较，生成同步调整命令当所述的监控位置早于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整命令“减小”，控制所述用户设备减小上行专用物理信道的发送时间提前量，当所述的监控位置晚于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整命令“增大”，控制所述用户设备增大上行专用物理信道的发送时间提前量，当所述的监控位置等于设定的目标位置时，所述节点B生成同步调整命令“不变”，控制所述用户设备对上行专用物理信道的发送时间提前量保持不变，所述的同步调整命令通过下行专用物理信道发送；每个上行闭环同步控制周期中，所述发送时间提前量的同步调整步长可为 …或1码片。
为了获得当前上行闭环同步控制周期中上行信号的发送提前量xTA(n)，所述节点B可以从所述用户设备周期性发送(Periodic measurement reporting)的测量报告中获得。
通过上述的自适应上行闭环同步控制方法，可以看出当无线信道的传输特性变化较快时，在相邻的两个上行闭环同步控制周期中，无线信道传输特性的相关性较小，所述的相关系数ρ必然会较小，在所述的监控位置 中，所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 的权值大于所述当前无线信道冲激响应的最大峰值位置hp(n)，在极限情况下，当无线信道的传输特性变化很快时，相邻两个上行闭环同步控制周期中无线信道的传输特性相互独立，即相关性为0，此时所述的监控位置 即等于所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 而当无线信道的传输特性变化较慢时，在相邻的两个上行闭环同步控制周期中，无线信道传输特性的相关性较大，所述的相关系数ρ必然会较大，在所述的监控位置 中，所述当前无线信道冲激响应的最大峰值位置hp(n)的权值大于所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 在极限情况下，当无线信道的传输特性变化很慢时，相邻两个上行闭环同步控制周期中无线信道的传输特性完全相同，即相关性为1，此时所述的监控位置 即等于所述当前无线信道冲激响应的最大峰值位置hp(n)。
因此，通过引入所述的相关系数ρ，所述节点B可根据无线信道传输特性的变化，自适应的调整监控位置，在无线信道的传输特性变化较快时，更多的基于所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置，生成同步调整命令，而在无线信道的传输特性变化较慢时，更多的基于所述当前无线信道冲激响应的最大峰值位置，生成同步调整命令，从而可以自适应的调整闭环同步控制的方法，改进上行闭环同步控制过程在不同无线信道传输特性下的性能。
权利要求
1.时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于在上行闭环同步控制过程中，节点B接收到用户设备的上行信号后，首先检测或计算如下量值a.当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道传输特性的相关系数ρ，ρ=E{ht(n)-E[ht(n)]}{ht(n-1)-E[ht(n-1)]}D[ht(n)]·D[ht(n-1)];]]>其中ht(n)=hp(n)+xTA(n)-Tpos2;]]>hp(n)和hp(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中无线信道冲激响应的最大峰值位置，xTA(n)和xTA(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和之前一个上行闭环同步控制周期中上行信号的发送提前量，Tpos表示节点B设定的目标位置，n表示当前上行闭环同步控制周期的序号，E(·)表示随机变量的数学期望，D(·)表示随机变量的方差；b.所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置 然后，计算监控位置 hp^(n)=[hp(n)-Hp‾]ρ+Hp‾;]]>将所得的监控位置与设定的目标位置进行比较，生成同步调整命令。
2.如权利要求1所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于在计算所述的相关系数ρ时，所述的数学期望和方差以随机变量的时间平均值代替。
3.如权利要求2所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于所述的时间平均值为连续的15个上行闭环同步控制周期中随机变量的滑动平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期。
4.如权利要求1所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于所述的无线信道冲激响应由所述节点B利用所述上行专用物理信道中的训列序列部分进行检测。
5.如权利要求1所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于所述无线信道冲激响应的平均最大峰值位置为连续15个上行闭环同步控制周期中所述无线信道冲激响应最大峰值位置的滑动平均，所述的15个上行闭环同步控制周期包括当前上行闭环同步控制周期以及之前14个上行闭环同步控制周期。
6.如权利要求1所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于所述的目标位置由所述节点B的物理层进行设定。
7.如权利要求1所述的时分-同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，其特征在于所述上行信号的发送提前量由所述用户设备周期性发送给所述节点B的测量报告中获得。
全文摘要
本发明中提出了时分－同步码分多址接入系统中的上行闭环同步控制方法，在上行闭环同步控制过程中，节点B接收到用户设备的上行信号后，测量并计算监控位置
文档编号H04B7/26GK1744463SQ20041007537
公开日2006年3月8日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者肖磊, 白伦博, 黄浩学 申请人:西门子(中国)有限公司