专利名称：Td－scdma移动通信系统中扩大上行同步范围的方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术，特别涉及一种无线接入(Radio Access)技术，具体的说涉及一种TD-SCDMA(时分-同步码分多址)移动通信系统中扩大上行同步范围的方法。
背景技术：
目前，全球有代表性的第三代移动通信系统无线接口(Radio Interface)标准有WCDMA(宽带码分多址接入)、CDMA2000(码分多址接入2000)和TD-SCDMA三种，它们都是被国际电联(ITU)写入第三代移动通信技术指导性文件的。三大标准各具优势，并已形成了独自的产业联盟。
WCDMA与cdma2000都是采用FDD(频分双工)模式，TD-SCDMA采用TDD(时分双工)模式。FDD是将上行(发送)和下行(接收)的传输使用分离的两个对称频带的双工模式，需要成对的频率，通过频率来区分上、下行，对于对称业务(如语音)能充分利用上下行的频谱，但对于非对称的分组交换数据业务(如互联网)时，由于上行负载低，频谱利用率则大大降低。TDD是将上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上、下行并进行切换，物理层的时隙被分为上、下行两部分，不需要成对的频率，上下行链路业务共享同一信道，可以不平均分配，特别适用于非对称的分组交换数据业务(如互联网)。TDD的频谱利用率高，而且成本低廉。
TD-SCDMA系统的帧采用3层结构无线帧(Radio Frame)、子帧(Sub-frame)、时隙(Slot)，如图1所示。一个无线帧长10ms，它又分为两个5ms的子帧。每个子帧由7个主时隙(长度675us)和3个特殊时隙构成，7个主时隙中包括上行时隙和下行时隙，分别用图中的上箭头和下箭头表示；3个特殊时隙为下行导引时隙(DwPTS)、上行导引时隙(UpPTS)和保护间隔(GP)，其中下行导引时隙和上行导引时隙也可分别称为下行同步时隙和上行同步时隙。在7个主时隙中，时隙0(TS0)一般用于下行，作为小区广播使用；时隙1(TS1)一般用于上行。
在TD-SCDMA系统中，一个完整的接入过程可分为下行同步捕获、系统信息读取、建立上行同步、随机接入四个过程。分别概述如下1.下行同步捕获用户设备(UE)接入系统的第一步是获得与当前小区的下行同步。该过程是通过捕获小区下行同步时隙DwPTS中的SYNC_DL(下行同步码)来实现的。在DwPTS时隙中，SYNC_DL码每5ms发送一次，TD-SCDMA系统中共有32组SYNC_DL，该码字彼此具有较好的正交性。用户设备可以通过接收该码字获取相关峰值，以此确定当前小区的下行定时。
2.系统信息读取系统信息周期性地在BCH(广播信道)上向用户设备进行广播，BCH是一个传输信道(Transport Channel)，它映射到P-CCPCH(主要公共控制物理信道)物理信道。P-CCPCH在TS0中进行传输。下行同步捕获以后就可以得到当前小区使用的扰码(Scrambling code)信息。有了上述信息，UE就可以完成对P-CCPCH中传输的系统消息的检测和译码，从而解读系统信息，获取UE在系统中进一步操作所需要的相关信息。例如物理随机接入信道(P-RACH)和快速物理接入信道(F-PACH)资源等信息。
3.上行链路同步在下行链路上UE和当前小区取得同步后，当UE需要向当前小区节点B(Node B)发送信号时，由于现在UE还并不知道其与当前小区节点B之间的距离，为了避免UE在不恰当的时间发送信号，UE首先要进行和Node B之间的上行同步。上行同步的建立在随机接入(Random Access)过程中完成。
UE首先在UpPTS时隙中向Node B发送SYNC_UL(上行同步码)。Node B收到UE发送的SYNC_UL后，就可得到SYNC_UL的定时和功率信息，并由此决定UE应该使用的发送功率和时间调整值，并在接下来的4个子帧中的某一子帧通过F-PACH信道发送给UE。UE在F-PACH上接收到这些调整值信息后，对其发送时间和发送功率进行调整，进而建立和Node B之间的上行同步。
4.随机接入过程UE在收到F-PACH信道后，根据其中所述的发送时间和功率调整值，设定其P-RACH信道的发送时间和发送功率；在P-RACH信道中向Node B发送RRC(无线资源控制)连接建立请求消息，请求与系统建立RRC连接，进而完成随机接入过程。
然后，UE与系统之间逐步完成鉴权、加密、呼叫建立请求(Setup)等过程。
有关所述传输信道、物理信道和接入过程的详细描述请参见第三代移动通信系统标准文件3GPP TS 25.221和3GPP TS 25.224。
从前述TD-SCDMA系统的帧结构可以看出，在下行同步时隙和上行同步时隙之间具有一段保护间隔。在现有的TD-SCDMA系统标准中，这段保护间隔的长度为96码片(chip)。由于TD-SCDMA系统的载波速率为1.28MHz，电磁波的传输速度V为3×108米/秒，则96码片所对应的电磁波传播距离L为L＝V×96/(1.28×106)＝22.5公里。考虑到无线信号的往返传播时延(Round trip delay)，也就是说当UE与Node B的距离在11.25公里以内时，UE才可以与Node B建立上行同步。如果UE与Node B的距离大于11.25公里，UE就无法正常接入。
因此，现有TD-SCDMA系统中的帧结构限制了TD-SCDMA系统最大的接入范围为11.25公里。这也是TD-SCDMA与其他两种标准相比的严重不足之处。制约了TD-SCDMA系统的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于克服TD-SCDMA系统接入范围只有11.25公里的限制。
为了实现上述目的，本发明提供一种TD-SCDMA移动通信系统中扩大上行同步同步范围的方法，在所述系统内的一个多载波小区中，在所述小区的至少一个辅载波上，将下行导频时隙与其后的保护间隔合并，形成新的保护间隔；基于合并后的新的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
根据本发明的方法，在所述小区的至少一个辅载波上，在将下行导频时隙与其后的保护间隔合并后，进一步将时隙0与之合并，形成新的保护间隔；基于合并后的新的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
根据本发明的方法，在小区的主载波上，基于原有的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
根据本发明的方法，下行同步捕获和系统信息读取在主载波上完成。
根据本发明的方法，上行同步和下行同步分别通过不同的载波完成。
根据本发明的方法，在所述的多载波小区中，系统信息中包括小区载波的相关信息。
本发明的技术方案主要技术特点在于，对辅载波上的TD-SCDMA帧结构进行改进，通过扩大后的GP使得系统上行可同步的范围扩大。其中，仅仅通过将辅载波上的下行同步时隙与其后的保护间隔合并，形成新的保护间隔，而未增加系统的无线资源的消耗情况下就使得整个系统的接入范围扩大了一倍，使得TD-SCDMA系统的正常接入范围从11.25公里扩大到22.5公里，并且辅载波的TS0时隙的资源可以正常使用。进一步的，在将辅载波上的下行同步时隙与其后的保护间隔合并后，将TS0再与之合并，形成新的保护间隔，将TD-SCDMA系统的可正常的接入范围扩大了9倍，使得TD-SCDMA系统的可接入范围从11.25公里扩大到101.25公里。彻底的突破了长期一直困扰TD-SCDMA可接入范围小的技术瓶颈。
本发明的技术方案简单，容易实现，意义重大。充分利用了TD-SCDMA系统的资源。尤其是多载波情况下，辅载波未充分利用的资源。
图1是TD-SCDMA帧结构示意图；图2是根据本发明的具体实施例一中的辅载波上的TD-SCDMA帧结构示意图；图3是根据本发明的具体实施例二中的辅载波上的TD-SCDMA帧结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明的基本思路是基于近来提出的TD-SCDMA系统的多载波小区概念，利用为小区配置的主载波和辅载波，共同完成接入过程。通过将辅助载波上的帧结构加以调整，扩大上行同步时隙之前的GP长度，从而使上行同步的范围扩大。克服TD-SCDMA原有的技术瓶颈。
在进来提出的多载波TD-SCDMA系统概念中，一个小区将不再仅被配置以一个单载波，而是能够被配置以多个载波，如两个或两个以上的载波。其中，携带BCH信道的载波被称为主载波，其余载波被称为辅载波。在这样的多载波系统概念下，一个多载波小区可以提供大约N倍于单载波小区的峰值数据速率，其中N为小区可支持的载波的数目，从而可显著提高小区中的数据吞吐量和频谱效率。
根据本发明的方法，在本发明具体实施例一中，调整后辅载波上的帧结构如图2所示。
在此实施例中，辅载波上的下行导频时隙和其后原有的保护间隔合并，形成新的保护间隔。
新的GP长度是192个码片，比原有的GP增加了96个码片，整个的接入过程与前述接入过程相似，下行同步捕获和系统信息读取在主载波上完成。
下行同步捕获通过在主载波上的DwPTS时隙中发送下行同步码进行，具体同步过程如前所述。
下行同步捕获后，UE通过接收主载波上的BCH信道获取系统消息，并进而获得相关的接入所需的信息。需要注意的是，此时系统信息中将包括小区载波的相关信息，如为小区所配置的载波的频点信息。相应的，与接入有关的F-PACH、P-RACH和S-CCPCH的资源等系统信息中也将含有辅载波的相关信息。
根据相关的系统信息，UE可利用辅载波上的上行同步时隙发送SYNC_UL与Node B进行上行同步。上行同步码的发送时间将与现有上行同步过程中的不同。在现有技术中的上行同步过程中，UE在收到Node B的下行同步码后，UE才发送上行同步码。根据UE离Node B的远近距离不同，上行同步码可被Node B正常接收的变化范围是96个码片，即上行同步时隙前的GP长度。而在根据本发明的具体实施例中，由于使用了辅载波上改进后的帧结构进行上行同步，上行同步码可被Node B正常接收的变化范围达到了192个码片，即新的GP长度。由此，所对应的电磁波传播距离L将扩大为L＝V×192/(1.28×106)＝45公里。考虑到无线信号的往返传播时延，也就是说当UE与Node B的距离在22.5公里以内时，UE都可以与Node B建立上行同步。
上行同步建立后继而完成整个接入过程。
在根据本发明的具体实施例一中，仅仅改变了辅载波上闲置下行同步时隙的用途，将其与上行同步时隙之前的GP合并，充分的利用了系统的无线资源，接入流程基本未变，但UE可正常接入的距离相比与现有TD-SCDMA系统中的接入范围被扩大了一倍，方案简单易行。具有重要意义。
根据本发明的方法，在本发明具体实施例二中，调整后辅载波上的帧结构如图3所示。
在此实施例中，辅载波上的TS0、下行导频时隙和GP合并，形成新的GP。
新的GP长度是864个码片，比原有的GP增加了768个码片，整个的接入过程与前述接入过程相似，下行同步捕获和系统信息读取在主载波上完成。
下行同步捕获通过在主载波上的DwPTS时隙中发送下行同步码进行，具体同步过程如前所述。
下行同步捕获后，UE通过接收主载波上的BCH信道获取系统消息，并进而获得相关的接入所需的信息。此时系统信息中将包括小区载波的相关信息，如频点信息。相应的，与接入有关的F-PACH、P-RACH和S-CCPCH的资源等系统信息中也将含有辅载波的相关信息。
根据相关的系统信息，UE可利用辅载波上的上行同步时隙发送SYNC_UL与Node B进行上行同步。由于使用了辅载波上改进后的帧结构进行上行同步，上行同步码可被Node B正常接收的变化范围可达到864个码片，即新的GP长度。由此，所对应的电磁波传播距离L将扩大为L＝V×864/(1.28×106)＝202.5公里。考虑到无线信号的往返传播时延，也就是说当UE与Node B的距离在101.25公里以内时，UE都可以与Node B建立上行同步。
上行同步建立后继而完成整个接入过程。
在根据本发明的具体实施例二中，UE可正常接入系统的范围被进一步扩大到101.25公里，大大增加了TD-SCDMA系统的正常接入范围，为TD-SCDMA系统实现广覆盖奠定了基础。
在根据本发明的具体实施例中，小区主载波上的帧结构并未受到任何改动，UE仍旧可以利用主载波上的上行同步时隙进行与Node B之间的上行同步，因此，根据本发明的方法也可支持现有TD-SCDMA系统中的UE，使实施了根据本发明方法的TD-SCDMA系统对现有TD-SCDMA系统中的UE具有兼容性。
权利要求
1.TD-SCDMA移动通信系统中扩大上行同步范围的方法，其特征在于在所述系统内的一个多载波小区中，在所述小区的至少一个辅载波上，将下行导频时隙与其后的保护间隔合并，形成新的保护间隔；基于合并后的新的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述小区的至少一个辅载波上，在将下行导频时隙与其后的保护间隔合并后，进一步将时隙0与之合并，形成新的保护间隔；基于合并后的新的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在小区的主载波上，基于原有的保护间隔和上行同步时隙，用户设备建立与节点B间的上行同步。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于下行同步捕获和系统信息读取分别通过主载波完成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上行同步和下行同步分别通过不同的载波完成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的多载波小区中，系统信息中包括小区载波的相关信息。
全文摘要
本发明涉及TD－SCDMA移动通信系统，公开了一种TD－SCDMA移动通信系统中扩大上行同步范围的方法，使得TD－SCDMA系统接入范围小的产业瓶颈得以解决。根据本发明，在TD－SCDMA多载波系统中，对辅载波的帧格式进行简单的调整，并基于辅载波上改进后的帧结构进行UE上行同步，使原有的保护间隔由原来的96bit扩大到192bit，上行同步范围即可扩大一倍；或者进一步的，使保护间隔扩大到864bit，进而使得TD－SCDMA的最大上行同步范围扩大了9倍，对TD－SCDMA的产业发展具有重大意义。
文档编号H04B1/707GK101056136SQ200610072899
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者羊俊 申请人:鼎桥通信技术有限公司