下行链路同步化信道和蜂窝系统的方法

专利名称：下行链路同步化信道和蜂窝系统的方法
技术领域：
本发明一般地旨在无线通信，而且更具体地旨在发射机和接收机， 操作发射机和接收机的方法，以及采用该发射机、接收机以及该方法 的蜂窝通信系统。
背景技术：
在蜂窝网络中，诸如采用正交频分复用(OFDM)或正交频分多 址(OFDMA)的网络，每个小区采用基站，该基站与动态地位于该小 区内的用户设备(如蜂窝电话、膝上型笔记本或PDA)通信。当用户 设备首次打开时必须执行初始小区搜索，以便连接到蜂窝网络。这涉 及基站与用户设备间的下行链路同步化过程，其中基站发送同步化信 号到用户设备。同歩化信号通常在IEEE 802.i6e中称为同步化前导或在 3GPP WCDMA/HSDPA中称为同步化信道(SCH)。
在初始小区搜索中，用户设备建立时序和频率偏移参数。时序涉 及了解何处对同步化帧和关联符号的开始采样。频率偏移涉及判断控 制基站振荡器和用户设备中本地振荡器间的失配。
根据本地振荡器的质量，频率偏移可能较大并要求相当多的搜索 时间以及额外的算法来适应。如果用户设备以汽车或列车速度移动， 则该影响会加剧。除了时序和频率考虑，还必须获取某些对初始小区 特定的信息，如物理小区身份(小区ID)。因为下行链路同步化涉及 几个操作，下行链路同步化的设计和过程应试图最小化接收机复杂度 和小区搜索所需的时间。为了辅助减小复杂度，同步化信号可由两个 部分组成主同步化(primary synchronization)信号和次同步化 (secondary synchronization)信号。主信号通常是用于时序和频率采集， 而次同步化信号通常用于采集小区ID和其他小区特定信息。与次同步 化信号不同，主同步化信号通常对所有小区都是相同的。主同步化信 号携带主同步化信号序列。为了确保优异性能，主同步信号用于经相干检测而获得解码次同步化信号中小区特定信息必须的信道估计。
随着移动用户设备接近两个邻接小区间的小区边界，该用户移动 设备执行近邻小区搜索以便准备将其活动从初始小区切换到近邻小 区。此时，用户设备从两个或多个基站接收信息。当基站采用共用主 信号序列时，该共用信号会使小区特定传输所经历的信道和为用户设 备发射的主信号间产生失配。该失配对在小区边缘的终端特别严重， 在小区边缘处，每个终端从两个重要基站接收两个同等强且交叠的信 道。与共用主同步化序列关联的另一个问题是主序列经历的信道和小 区特定数据传输间的时序失配。在该情形中，从主序列获得的时序可 在用来解调小区特定数据传输时导致性能衰退。该现象特别在严格同 步化网络中发生，如美国和日本采用的网络，对于大小区半径的介质，
该现象已经越来越常见。此外，先进蜂窝OFDM系统，如3GPPE-UTRA (增强UMTS地面无线接入)或长期演进(Long-term Evolution (LTE))
适应为增强的多媒体广播和多播系统(E-MBMS)使用的单频网络 (SFN)，这些系统高度依赖于网络同步化。但该现象也与初始小区搜
索相关，且对于近邻小区搜索特别成问题，这是因为对于近邻小区搜
索，操作信噪比(SNR)相当低。该性能降低导致更长的小区搜索时
间，这可在切换时导致更高的信号中断几率。
因此，本领域需要增强的方式实现初始和近邻小区搜索。

发明内容
为了解决上述本领域缺陷，本发明提供基站发射机以便与OFDM 和OFDMA通信系统一起使用。基站发射机包括同步化单元，其经配置 来提供具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号，其中主部分 采用分配给不同发射小区的多个不同同步化信号(或主同步化序列) 中相应的一个，而次部分提供小区专用信息。基站发射机也包括经配 置以发射小区下行链路同步化信号的发射单元。在一个实施例中，主 同步化代码组用于表示部分小区ID信息，因而减小需要由次部分携带 的小区ID信息量。在另一个实施例中，该组主同步化代码不携带任何 小区ID信息。
本发明也提供了用户设备接收机与OFDM或OFDMA通信系统一
5起使用。在一个实施例中，用户设备接收机包括经配置以接收蜂窝下 行链路同步化信号的接收单元，该蜂窝下行链路同步化信号具有主部 分和次部分，其中次部分提供特定小区参数。此外，用户设备接收机 也包括处理单元，其经配置以识别并提取次部分。
在另一个实施例中，该方法包括提供具有主同步化信号和次同步 化信号的蜂窝下行链路同步化信号，其中主部分采用分配给邻近发射 小区的多个不同主同步化信号(或主同步化序列)中相应的一个。该 方法也包括在次部分中进一步提供特定小区信息并发射蜂窝下行链路 同步化信号。
本发明也提供操作与OFDM或OFDMA通信系统一起使用的用户 设备接收机的方法。该方法包括接收蜂窝下行链路同步化信号，其具 有主部分和次部分，其中次部分提供特定小区参数，识别并提取次部 分。
在另一个方面中，本发明也提供蜂窝通信系统。蜂窝通信系统包 括分配一组主同步化序列给多个小区的管理器和提供采用一个主同步 化序列的蜂窝下行链路同步化信号的中心蜂窝发射机(centric cellular transmitter)。蜂窝通信系统也包括多个邻近蜂窝发射机，其提供具有 相应的(多个)主同步化序列的(多个)蜂窝下行链路同步化信号， 该相应的(多个)主同步化序列可与所述一个主同步化序列区分。
前面概括了本发明优选和可替换特征，以便本领域技术人员可更 好地理解下面本发明的详细说明。本发明的额外特征将在下面说明， 其构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员将理解他们可易于使 用这里公开的概念和特定实施例作为设计或修改用于执行与本发明相 同目的的其他结构的基础。本领域技术人员也将认识到这类等效构造 不偏离本发明的精神和范畴。


为了更完整理解本发明，参考下面结合附图的说明，其中 图l示出按照本发明原理构造的蜂窝网络的实施例的示图； 图2示出含3个小区(扇区)的小区点的多个小区(3个主序列)的 示例性主同步化序列分配；
6图3示出含3个小区(扇区)的小区点的多个小区(7个主序列)的 示例性主同步化序列分配；
图4示出含6个小区(扇区)的小区点的多个小区(3个主序列)的 示例性主同步化序列分配；
图5示出假定采用3个主同步化序列的时序和主同步化信号检测的 接收机操作；
图6示出利用多个主同步化序列的示例性2步小区搜索过程； 图7示出通过采用副帧层(sub-frame-level)迁移增加主同步化信号
实现数目的示例性时域方法；
图8示出通过采用符号层迁移增加主同步化信号实现数目的示例 性时域方法；
图9示出按照本发明原理执行操作基站发射机的方法的实施例的 流程图10示出按照本发明原理执行操作基站发射机的方法的可替换实 施例的流程图ll示出按照本发明原理执行操作用户设备接收机的方法实施例 的流程图；以及
图12示出按照本发明原理执行用户设备接收机的方法的可替换实 施例的流程图。
具体实施例方式
现在参考图l，其中示出一般表示为100并按照本发明原理构造的
蜂窝网络实施例的示图。蜂窝网络ioo包括具有中心蜂窝点和六个周边
第一层蜂窝点的蜂窝网。中心点采用一个中心基站BS1，而周边第一层 点采用第一层基站BS2-BS7，如图所示。蜂窝网络100也包括用户设备 UE，其位于中心点。注意一个蜂窝点可由一个和多个小区组成。 一个 小区通常与扇区关联。因此，我们使用的术语"小区"和"扇区"可 互换。 一个"点"表示与同一基站关联的小区/扇区集合。
中心基站BS1包括基站发射机105，其具有同步化单元106和发射单 元107。在一个实施例中，同步化单元106经配置以提供蜂窝下行链路 同步化信号，其具有主部分和次部分。次部分提供针对中心小区或点的信息(即，"小区特定")。发射单元107经配置以发射小区下行链 路同步化信号给用户设备UE。同步化单元106也经配置以提供蜂窝下行 链路同步化信号，其具有主部分和次部分。主部分采用N (N>1)个不 同主同步化信号(主同步化序列)中的一个，这些同步化序列分别分 配给图l所示的小区。如前面一样，次部分提供中心小区特定的信息， 发射单元107发射蜂窝下行链路同步化信号给用户设备UE。
用户设备UE包括具有接收单元111和处理单元112的用户设备接收 机110。接收单元111经配置以从基站发射机105接收蜂窝下行链路信号 的主部分和次部分。处理单元112经配置以识别并提取次部分，这可为 中心小区提供小区特定参数。
提供下行链路同步化信号的主部分和次部分允许在确定小区特定 信息之前解决时序和频率偏移问题。这减小了初始小区搜索和用户设 备UE切换模式的复杂性。除了小区ID，小区特定信息也可包括其他参 数，如帧时序信息和天线配置指示符。嵌入到次部分中的小区特定信 息可为部分或全部信息。例如，小区ID相关信息可以为完整的物理小 区ID或小区ID组指示符。另一个例子是基站发射天线的精确数目或l位 指示符，该指示符指示基站是否采用一个或多个发射天线。当仅部分 信息在次部分传输时，完整信息应用某些其他方法解析。例如，这些 发射天线的数目可以在广播信道中发送信号，该宽带信道是在小区搜 索过程完成后由用户设备解调的。这些发射天线的数目的部分指示符 也可用作广播信道的发射多样性指示符(diversity indicator)。
N个不同主同步化序列的一个可能应用是携带某些部分小区特定 信息，如部分小区ID。在该情形中，网络应采用固定数量的主同步化 序列(n=N)。物理小区ID信息然后被分割为主同步化信号和次同步 化信号。注意，如果物理小区ID是未完全编码的同步化信号(主同步 化信号和次同步化信号结合)，完整小区ID应通过某些其他方法采集， 如小区特定下行链路导频或基准信号。显然，如果物理小区ID为完全 编码的同步化信号，完整小区ID可经同步化信号采集。也就是，如果 有M个不同小区ID划分到小区ID的M/L组，次同步化信号指示小区ID 组(M/L个可能性中的一种)，同时主同步化信号规定小区ID组中的小 区ID (L个可能性中的一个)。在该情形中，下行链路基准信号可用于
8效验所采集的小区ID。
可替换地，无论何时只要需要，N个不同主同步化序列的集合可用 来简易地避免主同步化信号和次同步化信号经历的信道间失配。也就
是，网络被分配来利用可变数目的主同步化序列(l二n二N)。例如， 在异步网络中，可使用从N个序列集合中选择的一个小区公共主同步化 序列。在严格同步的网络中，根据小区结构可使用N个序列的全部或其 子集。在该情形中，主同步化信号不用来携带任何小区特定信息，如 部分小区ID，但该小区特定信息可以是也可以不是小区ID的函数。因 此，次同步化信号可携带全部或部分小区ID。如果次同步化信号携带 部分小区ID，这意味着同步化信号以外的装置应用来采集剩余小区ID
信息。 一个例子是经小区特定下行链路基准信号或导频的检测。否则， 下行链路基准信号可用来效验采集的小区ID。
在任一实施例中，主同步化序列规划可用来改善同步网络的性能。 这类规划是有益的因为N要小从而最小化终端复杂度增长以及潜在的 时序估计精度的衰退。跨小区的N个主同步化序列的分配可根据物理小 区ID如何在主同步化信号和次同步化信号间分配而不同。然而，对于 第二实施例，不排除N个主序列的随机分配。
3扇区六角形点的N个主同步化序列的示例性规划/分配在图2的实 施例201中示出，其中N二3。这里，在3扇区点内，同一点内每个小区 分配以3个可用序列中的1个。然后在多个点上重复该过程。在主同步 化信号携带部分小区ID信息时，其中L二3 (每个小区ID组内3个小区 ID)，该实施例特别适当。具体地，在次同步化信号中传输的小区ID 组内3个小区ID间存在1对1关系。虽然该实施例在携带小区ID信息中减 小次同步化信号的负载，信道失配出现在同一点内扇区边界。这是因 为次同步化信号携带的小区ID组信息是点特定的，然而，主同步化信 号是小区特定的。然而，注意，由于跨基站的多径组合影响的失配已 经得到缓和。此外，当主同步化序列/信号与次同步化信号传输的小区 ID信息关联时，该实施例是适当的。无论主同步化信号将携带小区ID 信息(该情形中部分小区ID信息是多余的)或不携带，这一点都成立。 图2的201中的说明表明仅3个蜂窝点。该分配方式对整个网络重复，如 由大量蜂窝点组成的典型网络一样。对于3扇区六角形点的N个主同步化序列的另一个示例性规划/分
配在图2的实施例202中示出，其中N二3。该实施例描述了使用点特定主同步化序列，其中同一序列用于同一点内不同扇区。这在主同步化信号不携带任何小区ID信息，且次同步化信号是点特定(即小区ID组是点特定的)，以及剩余小区ID假设应通过小区特定下行链路基准信号或导频解析时特别合适。在该情形中，主同步化信号和次同步化信号看到的多径信道是相同的。图2中202的说明示出仅有3个蜂窝点。该分配方式在整个网络上重复，如同由大量蜂窝点组成的典型网络。
前面实施例示例性的扩展到N二7的情形在图3中示出。虽然由于跨主同步化信号的第一层点的多径组合导致的信道失配可在N二3是避免，但发生跨第二层点的多径组合。跨第一和第二层点的多径组合可在N二7时避免。图3中示出仅7个蜂窝点。该分配方式在整个网络上重复，如同由大量蜂窝点组成的典型网络。
对于6扇区六角形点的N个主同步化序列的一个示例性规划/分配在图4中示出，其中N二3。该情形中，3个主同步化序列简单地跨扇区/小区分配，从而避免与不同基站关联的任何邻近小区使用同一主同步化序列。图4中201的说明示出仅有3个蜂窝点。该分配方式在整个网络上重复，如同由大量蜂窝点组成的典型网络。
上面实施例作为多个主同步化序列如何用来促进更快小区搜索的例子。对于本领域技术人员来说，其他变化也是可能的。
所提出的解决方案建议采用图5中示出的接收机实现，这里时序和主序列索引是联合检测的。这里，"索引"仅是序列指示(索引n表示第n个主序列，其中n二l， 2，…，N)。也就是，所接收的信号与N个候选序列(为了说明的目的，图5中N二3)中的每个关联。在比较N个关联概况(correlationprofiles)后，峰值指示正确的时序以及主同步化序列索引。为了减少接收机复杂性，接收机操作的进一步优化仍然是可能的。通过利用序列的固有结构，可更有效地执行相关。例如，当序列在时域中是二元值{+1， -1}时，仅要求实加法(real addition)。在接收的信号与序列符号相关时也可执行符号相关。而且，N个序列的子集可共享某些公共项或结构，它们可用来进一步减小复杂度。
与主序列设计相关，N个主同步化序列可在时域或频域中定义。虽然在频域中定义序列对基于OFDM/OFDMA的系统更自然，在时域中定义序列可提供更好的相关特性和接收机复杂度降低。通常序列被选择成具有良好的自相关和交叉相关特性。某些例子是恒幅零自相关(CAZAC)，如Zadoff-Chu序列，Golay序列，和Walsh-Hadamard序列。利用多个主同步化序列的示例性小区搜索过程在图6中说明。假定次同步化信号携带小区ID组，且主同步化信号指示组内小区ID。第一步601利用主同步化信号并由符号时序和主序列索引检测构成，如前面段落中的说明。主序列索引相应于小区ID组内的小区ID。对于初始小区搜索，也估计了频率偏移。频率偏移估计对于近邻小区搜索不是必须的，因为网络内基站通常是频率同步化的。为了判断步骤l是否成功，要使用测试标准。如果步骤l是成功的，则接收机进入到步骤2。否则，步骤l重复且对多个事件的平均/累加可用来改善成功的概率。第二步602利用次同步化信号并打算采集小区ID组。在该例子中，帧时序和发
射多样性指示符也在第二步小区搜索中检测。注意，根据精确结构和同步化信号携带的信息类型，小区搜索过程不同。
如上所述，主同步化序列的数目应保持最小主要是为了最小化终端复杂度的影响。然而，通常需要增加主同步化信号实现的可能数目，因为其提供了规划和部署的灵活性从而避免异步网络中信道失配影响。为了倍增主同步化信号实现的数目，可使用频域或时域方法。频域方法分配部分同步化信号带宽给类似于频率再利用的特定主同步化信号实现。然而，这也导致复杂度的增加。另一方面，时域方法相当于跨越不同小区改变一个无线帧内的主同步化信号的位置。不同小区可能是同一点内的(多个)小区(点内小区)与不同点关联(点间小区)。对于N'个不同时间迁移和N个序列，总共NxN'个同步化信号实现可用。这些实现的子集或全部可用在网络中。时域方法不增加终端复杂性，因为其对终端是透明的。
关于时域方法，两个不同实施例是可能的。第一个实施例在图7中示出，其中副帧层(sub-frame-level)迁移被用来增加主同步化信号实现的数目。作为例子，假定1个无线电帧由10个副帧组成，且2个副帧被用来携带同步化信号。N， 二2， 3和5在图中示出。第二实施例在图8中示出，其中符号层迁移被用来增加主同步化信号实现的数目。在该
ii情形中，携带同步化信号的副帧固定，但所述副帧内同步化信号的位置被改变。总共5个迁移的示例性情形在图8中给出，其中主同步化信号和次同步化信号彼此邻近。然而另一个可能的实施例是应用主同步
化序列的循环迁移(circular shift)。
现在参考图9，其中示出按照本发明原理操作基站发射机方法的一个实施例的流程图，通常表示为900。该方法从步骤901开始。然后在步骤902中，提供具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号。主部分采用分配给邻近发射小区的多个不同主同步化信号中相应的一个。在步骤903，蜂窝特定信息进一步提供在次部分中。小区特定参数至少包括小区身份信息。其他小区特定参数可包括无线电帧时序和天线配置指示符。蜂窝下行链路同步化信号在步骤904中发射，且方法900在步骤905结束。
现在参考图IO，其中示出按照本发明原理操作基站发射机方法的可替换实施例的流程图，通常表示为IOOO。该方法1000从步骤1001开始。然后在步骤1002，提供具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号。主部分采用分配给邻近发射小区的多个不同主同步化信号中相应的一个。此外，主同步化信号的选择指示部分蜂窝身份信息。在步骤1003，剩余小区身份信息和某些其他小区特定参数，如无线电帧时序和天线配置指示符进一步提供在次部分中。蜂窝下行链路同步化信号在步骤1004中发射，且方法1000在步骤1005中结束。
现在参考ll，其中示出按照本发明原理执行的操作用户设备接收机的方法的实施例流程图， 一般表示为IIOO。方法110从步骤1101开始，然后在步骤1102接收具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号。主部分采用分配给邻近发射小区的多个不同主同步化信号中的一个。该蜂窝下行链路同步化信号的主部分被用来执行时序采集，并在步骤1103中检测主同步化序列的索引。此外，频率偏移估计和校正也被执行。时序采集是通过关联主部分和多个不同主同步化信号的多个副本中相应一个而执行的。 一旦时序和频率锁定在步骤1103中建立，则次部分被识别并在步骤1104中提取。在步骤1105中，次部分然后被用来提供小区特定参数。小区特定的参数是通过解调和解码小区下行链路同步化信号的次部分判断的。小区特定参数至少包括小区身份信
12息。该方法110在步骤1106结束。
现在参考图12，其中示出按照本发明原理执行的操作用户设备接收机的方法的另一个实施例的流程图，通常表示为1200。步骤1201，1202， 1203， 1204和1206与图11中给出的实施例1100的对应部分相同。唯一差别在于步骤1205，这里小区身份信息是从主部分和次部分判断的。部分小区身份信息是经检测的主同步化序列索引从主部分获得的。
该发明公开的方法可用于任何采用任意调制或多址技术的蜂窝通信系统，如OFDM/OFDMA， CDMA或TDMA。该解决方案也对任何复用方案，如频分复用(FDD)和时分复用(TDD)成立。
虽然这里公开的方法已经描述并参考以特定顺序执行的特定步骤示出，可以理解这些步骤可组合，细分，或重排从而形成等效方法，而不偏离本发明教导。因此，除非这里特别指出，否则步骤的顺序或分组不限制本发明。
虽然已经详细说明了本发明，本领域技术人员应该理解他们可以做出多种变化，替换和修改而不偏离本发明最宽泛的精神和范畴。
权利要求
1. 一种操作基站发射机的方法，其包括提供具有主部分和次部分的下行链路信号，其中所述主部分采用多个不同主信号中的相应一个；进一步在所述次部分中提供小区特定信息；以及发射所述蜂窝下行链路同步化信号。
2. 如权利要求1所述的方法， 主同步化序列关联。
3. 如权利要求l所述的方法， 身份信息和无线电帧时序指示符。
4. 如权利要求3所述的方法，置指示符。其中所述多个不同主信号与多个不同 其中所述小区特定参数至少包括小区 其中所述小区特定参数也包括天线配
5. 如权利要求l所述的方法，其中所述多个不同主信号相应于部分 小区身份信息，且所述次部分携带剩余小区身份信息。
6. 如权利要求l所述的方法，其中不同主信号的数目是三个。
7. —种基站发射机，其包括同步化单元，其经配置以提供具有主部分和次部分的下行链路同步化 信号，其中所述主部分采用多个不同主信号中相应的一个，且所述次部分提供小区特定信息；以及发射单元，其经配置以发射所述蜂窝下行链路同步化信号。
8. —种操作用户设备接收机的方法，其包括接收具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号，其中所述主部分采用多个不同主信号中的一个，且所述次部分提供小区特定参数；关联所述接收的信号和相应于所述多个不同主信号的多个波形中的 至少一个；以及识别并提取所述次部分。
9. 一种用户设备接收机，其包括接收单元，其经配置以接收具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步 化信号，其中所述主部分采用多个不同主信号中的一个，且所述次部分 提供小区特定参数；处理单元，其关联所述接收的信号和相应于所述多个不同主信号的多 个波形中的至少一个；处理单元，其经配置以识别并提取所述次部分。
10. —种操作蜂窝通信网络的方法，其包括 将一组可区分主同步化信号分配给多个小区； 将小区身份分配给所述网络中的小区；将采用所述主同步化信号之一的下行链路同步化信号提供给中央小 区发射机；以及进一步将可与所述主同步化信号之一区分的具有相应主同步化信号 的下行链路同步化信号提供给多个邻近蜂窝发射机。
全文摘要
本发明提供操作基站发射机的方法。该方法包括提供具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号，其中所述主部分采用分配给邻近发射小区的多个不同主信号中相应的一个。该方法还包括进一步在次部分中提供小区特定的信息，并发射蜂窝下行链路同步化信号。在一个实施例中，主部分明确指示部分小区身份信息，且剩余小区身份信息携带在次部分中。在另一个实施例中，多个不同主信号仅用于避免信道失配影响。本发明也提供操作用户设备的方法。该方法包括接收具有主部分和次部分的蜂窝下行链路同步化信号，其中时序采集是经主部分结合主同步化序列索引检测执行的。此外，次部分提供小区特定参数并识别和提取次部分。
文档编号H04B7/26GK101490978SQ200780014079
公开日2009年7月22日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者A·G·达巴克, B·N·瓦拉达拉贾, E·N·昂古塞努斯 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司