移动无线通信设备和相关操作方法

专利名称：移动无线通信设备和相关操作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动无线通信设备，例如任何形式的移动无线通信网络的用户设 备(UE)，和操作该设备的方法，本发明尤其寻求改善其操作特性。
背景技术：
对于诸如工作在移动无线通信网络中的UE手持设备之类的移动无线通信设备来 说，在优化网络内手持设备性能的尝试中，控制各种操作特性显得尤为重要。例如，UE与网 络基站(BS)的同步和/或UE内发射功率的控制包括了决定UE的整体工作效率的重要特 性。当前，有尝试维持UE所需的同步和/或合适发射功率级的已知技术，并通常涉及 到UE和BS之间的信令交互。然而，这对于电量要求和网络内的信令负载具有不利的影响。 尤其是，UE所增加的电量需求和对于诸如“睡眠模式”之类的省电特征的可能配置的限制进 一步导致了操作效率低。

发明内容
本发明目的在于提供一种移动无线通信设备和相关的操作方法，与已知的设备和 方法相比具有优点。根据本发明的一个方面，提供了一种在无线通信网络的移动台中控制UL同步的 方法，其包括监控下行链路信令内的定时偏移，并响应于超过阈值的所述定时偏移而更新 上行链路同步值的步骤。因此，无需UL信令，就可以有利地维持所需的同步。前述的阈值可以通过下行链 路信道描述符(D⑶)消息信令来发射。进一步，所述阈值可以由无线通信网络内的基站响应于至少小区大小、循环前缀 长度和测量精度来确定。尤其地，可以基于当前同步值与两倍于DL信令中的所述定时偏移幅度之和，来确 定所述更新上行链路同步值。根据本发明的另一个方面，提供了一种在移动无线通信网络中用于确定UL同步 并与当前同步值相关的更新值的方法，该方法包括确定下行链路信令内的定时偏移的步 骤，其中所述更新同步值包括所述当前同步值和两倍于所述定时偏移的幅度之和。有利地，所述定时偏移是基于DL前同步测量而确定的。 应当理解，上面所概述的方法可以应用在WiMAX系统中。此外，所述方法尤其适用 于工作在时分双工模式的通信系统中。现在转向本发明的另一个方面，提供了一种在无线通信网络中控制移动台内的Tx 功率的方法，该方法包括如上面概述的那样确定上行链路同步的步骤，其中所述更新的Tx 功率值包括前一功率值与所述同步函数之和。应当理解，Tx功率控制方法可以包括上述的控制UL同步的方法，以便无论何时上行链路同步值被更新，都会产生Tx更新值。还进一步，本发明可以提供一种在移动无线通信网络内使用并配置为用于控制上 行链路同步值的移动无线通信设备，其包括用于监控下行链路定时偏移值的装置，以及用 于响应于超过阈值的下行链路定时偏移值的幅度，更新所述上行链路同步值的装置。所述设备优选地包括用于基于前一值和所述下行链路定时偏移的幅度的两倍之 和而确定更新的上行链路同步值的装置。再进一步，本发明可以提供一种在移动无线通信网络中使用并配置为用于确定下 行链路同步更新值的移动无线通信设备，该移动无线通信设备包括用于确定下行链路定时 偏移的幅度的装置，其中所述更新同步值是基于前一上行链路同步值与所述定时偏移幅度 的两倍之和来确定的。前述设备可以包括用于将更新的Tx功率值确定为所述更新的上行链路同步值的 函数的装置。而且，所述设备可以配置为用于在上行链路同步值更新时，更新Tx功率值。当然可以将所述设备配置为基于下行链路前同步测量来确定所述定时偏移。如所理解的那样，本发明提供了在MS内自动维护ULTiming_0ffSet值，因此有利 地消除了对于周期测距程序的需求，并可以减少信令开销和无线资源的使用。


下面将参考附图，以示例性的方式，进一步描述本发明，在附图中图1是在网络基站和移动台之间的信令中发生的下行链路前同步发射的定时图；图2是显示与实施本发明操作的移动台相关的本发明的操作的流程图；和图3是包括根据本发明的一个实施例配置的UE手持设备的移动台的示意图。实施本发明的最佳模式对本发明实施例的下面的讨论是基于与WiMAX系统相关的IEEE标准(IEEE 802. 16-2004和IEEE 802. 16e2005)，该系统尤其需要UE (例如，与网络BS保持连接的移动 台(MS))保持上行链路(UL)同步并更新UL发射功率，以便适当地弥补其在网络内的移动 性。从已知的标准可以理解到，初始地，UL同步(也称作“Time_0ffSet” )和MS发射 功率(通常标识为Tx功率)由MS获得，并且在网络接入和初始化期间通过初始测距信令 而从BS发送而来。基于来自MS的测距信号的到达，BS可以测量信号的往返传播延时，该延时被认为 与MS需要应用合适UL发射的Timing_0ffset相等。另外，基于所接收到的测距信号的信 号强度，BS可以计算MS进行合适UL发射所需应用的Tx功率调整。一旦这样确定，BS可以将Timing_0ffSet和1Tx功率的这些值在其测距响应信令 中发送给MS。还应当注意，所述测距信号在UL信道中可能经历多径衰落，因此在其在BS的到达 时间可能遭受延时扩展，并且其在BS的接收信号强度可能产生波动。进一步，已知在正交频分多路复用(OFDMA)中，循环前缀(CP)被添加到每一个 OFDM码中以收集衰落延时扩展，以便于防止码间干扰。还保留了额外的链路预算裕度，以满足由于这种衰落所导致的接收信号强度波动。如后面所提到的那样，尤其是由于衰落延时 扩展，在OFDMA系统内所需的Timing_0ffset精确度可以被规定为CP (循环前缀)周期的 四分之一或者至少一半。在初始测距信令之后，通过周期测距维持合适的Timing_0ffSet和Tx功率电平， 直到MS从BS断开。除了这种周期测距之外，也可以采用正常的UL数据发射来更新Timing_ Offset和Tx功率调整，只要该发射发生在下一规定的周期测距信号之前即可。通常需要对Timing_0ffSet和Tx功率的持续调整，以便MS发射使用BS内的定时 分配(例如接收帧)与BS保持一致，并在合适的接收功率阈值之内接收该发射。为了维持 合适Timing_0ffset和Tx功率值所当前采用的周期测距通常是通过周期测距定时器来控 制的。例如，在WiMAX系统中，在MS中设置周期测距定时器，并且，一旦定时器周期到期，将 周期测距定时器配置为指示还没有给MS机会在规定的时间周期内向BS进行发射，以便调 整周期测距。前述预定时间周期包括这样一个时间周期，若超出了该时间周期，则假设用于 UL发射的先前Timing_0ffset和Tx功率值不再有效并且必须被重置。作为例子，从 WiMAX 论坛上已知 Mobile System Profile Releasel. OApproved Specification, Revision 1. 4. 0，2007-05-02，，出现了下面的参数或者可以使用帧周期=5ms带宽=IOMHz采样速率=28/25循环前缀=1/8快速傅立叶变换(FFT)大小=1024根据上面的参数，并通过CP周期为11. 4 μ s量级的计算，通常设置为CP周期的四 分之一的Timing_0ffset精度可以被认为在2. 85 μ s的量级上，这相应于427m的单向传播 距离。然后，考虑MS潜在的移动，例如如果在车内以最大70mph的车速行进，那么MS将在 13. 7s的时间内移动超过传播距离。因此，为了考虑到这种情况，在WiMAXMS内的周期测距 定时器的超时值(time-out value)不应当超过13. 7s。的确，如果WiMAX系统与以甚至更 高速度移动的MS —起使用，那么当然不得不在周期测距定时器内将超时值设置为更小的 值。如下面所澄清的那样，这种由定时器触发的周期测距信令的频率的增加强化了使用这 种已知的程序来维持UL同步和Tx功率值而产生的不利因素。尤其地，用于更新UL Timing_0ffset和Tx功率值的周期测距的使用通常以介质 接入控制(MAC)管理消息交换的形式引入了控制信令开销。进一步，也将不得不为周期测 距信令而保留码分多址(CDMA)码的子集，从而在例如初始测距内移除了否则将由系统内 的用途而使用的这些码，以便进一步减少信令冲突的可能性。这种已知的周期测距由于将 需要MS从其睡眠模式唤醒，所以也减少了例如“睡眠模式”操作这种功率节省特征的效果。 尤其地，基于CDMA的周期测距还会不期望地延长MS可用间隔，从而等待接收测距响应消 息，以便识别用于发送/重新发送基于CDMA测距请求的合适测距机会。如上所述，如果周期测距超时值被减少以便补偿网络内的MS潜在的高速移动，那 么尤其强化了这种不利因素。现在转向图1，提供了在MS处的下行链路信令的发送和接收的定时图，尤其示出 了由于MS移动性而产生的DL前同步中的潜在漂移。根据本发明的优选实施例，该漂移被有利地确定和使用。将理解到，在MS继续移动的同时，前同步漂移的幅度不断变化。在图1所示中，显 示了在BS中发射的下行链路信令10，和在MS中接收的相同信令12。将理解到，信号10、12的每一个都采用了一系列的交织DL子帧A和UL子帧B，其 中每个DL子帧包括前同步部分14和主体部分16。将理解到，在时刻、，存在表示前同步 14的发射定时和在MS中接收该前同步14之间的差的Timing_0ffset的特定值。然而，由 于MS的移动性，在Timing_0ffset中存在漂移，以致于对于后来的子帧，例如在时刻t2，在 延时中存在变化；MS以该延时接收DL子帧的前同步；该差值，即，在时刻、和、两点之间 产生的前同步漂移被标识为Atp。根据本发明的该实施例，MS被有利地配置用于监控前同步漂移Δ tp的幅度并将其 与一阈值进行比较。该阈值相应于BS和MS进行正确操作可以容忍的最大变化。如果该阈 值被大于Atp的阈值的幅度所超过，那么将不得不在MS内更新Timing_0ffset。同样，也 可更新与DL前同步相对的MS定时参考。在MS的通常操作中，例如在进入WiMAX网络时接收在图1中指示为12的信令，MS 将执行初始测距程序以获取正确的初始Timing_0ffset和Tx功率调整值。如果WiMAX系统工作于时分双工(TDD)模式，那么本发明的优点将尤其明显，这是 因为UL和DL信道共享相同的频带，并且在BS和MS之间的多径传播环境的效果将在任何 特定时刻都以相同的方式影响UL和DL信道。即，由于UL和DL信道使用相同的频带，UL 或DL信道中的信号传播将经历相同的多径衰落和延时扩展外形，而且对于UL和DL发射来 说，路径损耗模式也是相同的。应当理解到，MS的UL Timing_0ffset可以基于从BS到MS的距离来确定，并且通 常等于在MS和BS之间的往返传播延时。还应注意到，有效的MS频繁地测量DL前同步以进行信道估计和其他用途，并且即 使MS处于“睡眠模式”期间，也配置为在侦听窗口期间规则地测量DL前同步，无论何时其 醒来都是如此。通过初始测距程序，MS也将获取随后如下面可以使用的初始ULTiming_0ffSet和 初始iTx功率电平。基于MS内的DL前同步的规则测量，MS可以容易地察觉如在图1中所示的DL前 同步定时漂移Atp，尤其是检测到在时间周期上积累的DL定时漂移Atp的幅度。新的用于更新目的的Timing_0ffSet值可以从下面确定Timing_0ffsetnew = Timing_0ffssetprevious+2 -A- Δ tp如此，如上所述，当Atp的幅度超过前述阈值时，可以容易地确定所需的新的 Timing_0ffset值，并且随后用于MS和BS之间的通信。可以有利地通过D⑶消息来广播前同步漂移Δ tp所对应的阈值。在BS中通过至 少考虑小区大小、循环前缀长度和测量精度可以确定实际值。除了在MS内基于DL前同步测量可以容易地确定更新的Timing_0ffSet值的实施 方式之外，本发明还可以有利地允许UL Tx功率调整更新，以便补偿路径损耗变化。即，MS再次通过上面讨论的初始测距程序读取初始Tx功率指令BS，并且可以容 易地基于如上所述确定的更新的Timing_0ffset值的函数来确定更新的Tx功率值。因此，Timing_0ffset值需要被更新，并且基于例如可以容易地表示为更新的Timing_0ffset值 的函数的特定传播损耗公式，Tx功率值同样地可以被更新，例如Tx_powernew (dB) = fx (Timing_0ffsetnew)如果采用广泛使用的COST 231-Hata传播模型，那么函数fx可以如下得出Tx_powernew (dB) = 46. 3+33. 9 * log (f)-13. 82 * log (Hb)-a * (Hm)+[44. 9-6. 55 * Iog(Hb)] * log (Timing_0ffsetnew * c/2)其中a(Hm) = [1. l*log(f)_0. 7]*Hm-[l. 56*log(f)_0. 8]Hm =移动台天线的高度Hb =基站天线的高度F =载波频率C =光速通常提供Tx功率调整以便补偿功率损耗值变化中的变化。因此，将理解到，本发明的所示实施例允许基于MS可以精确地测量和记录DL前同 步定时漂移的假设，有利地精确估计更新的Timing_0ffset和Tx功率值。因此，无需在现有技术中所产生的特定周期信令，就可以达到自动维持UL同步和 iTx功率值。因此，本发明允许有利地简单实现同步和功率控制方案，通过在图2中的定时图 显示了一个实施例。在此，显示了在例如WiMAX系统的UE手持设备18的MS和该系统的BS 20之间的 信令，该信令开始于从BS 20向MS 18DCD的消息22的初始广播，该消息22可以包含前同 步漂移阈值，所接收DL信号的所测量的前同步漂移幅度将与该阈值进行比较。初始测距响应信令M被从BS 20传送给MS 18，并包含初始Timing_0f f set和Tx 功率值等。正如所需要的那样，分别在26J8和30设置了初始前同步漂移、Timing_0ffset 和Tx功率值，并处于DL前同步测量程序32的重复执行之前。因此，在重复程序32内，测量来自BS 20的DL前同步，以便在34检测定时漂移 值；在36，根据需要更新定时漂移。然而，在38，确定前同步漂移的幅度是否大于包含在所 述DCD消息22中的阈值。如果不超过该阈值，那么重复程序32继续到其初始结论。然而，如果前同步漂移的幅度超过该阈值，那么就在40基于前一偏移值和定时漂 移Δ tp的幅度的两倍之和来确定新的Timing_0ffset值。同样，如上所述，Timing_0ffset值的初始更新40可以与在42的Tx功率更新一 起完成，并且例如可以在步骤44重置定时漂移自身。如所示的那样，在DL前同步的每次测量中重复程序32，并再次允许UL同步和Tx 功率值的控制，而无需来自MS 18信令的初始化。本发明所提出的技术可以有利地自动维持可用于MS和BS之间有效连接的整个周 期的Timing_0ffset值，作为可选，当然也可以提供T4定时器以便允许根据更大的超时值 进行周期测距，例如，以几分钟的数量级，而不是几秒，如在当前技术中所采用的那样。因此，参考图2，如果需要，可以提供定时触发周期测距46的优选方式。因此，将理解到，本发明有利地移除了对于周期测距的需要，或者大大减少对于周 期测距的依赖，从而可以移除或明显降低相关的信令开销。另外，现在也可以释放周期测距CDMA码以用于其他目的，并可以被用于增强通用的系统性能，从而可以简化MS及其相关BS 的实现。另外，可以提高例如功率节省“睡眠模式”等其他操作特性的效果。因此将理解到，本发明给出了一种用于MS的新技术，从而在通过初始测距程序从 BS获得初始UL Timing_0ffset和发射功率电平之后，MS自动维持UL同步和发射功率调整。 所提出的技术是基于这样的事实，即，当系统工作在TDD模式时，UL和DL信道中信号传播 将经历相同的多径衰落和延时扩展外形，其中UL和DL共用相同的频带。然后MS利用其常 规的DL前同步测量，并检测在时间上累积的DL定时漂移，其等于UL Timing_0ffset变化 的一半。TDD模式确保了 MS在UL Timing_0ffset和发射功率调整上的自动计算是适当地 精确的，以便MS可以维持更长时间的UL同步。该技术的采用可以移除对于在IEEE 802. 16 标准中定义的用于维持有效MS UL同步的周期测距的需要，从而消除了相关的信令开销，减 少了无线资源的使用，并提供了睡眠模式下功率节省性能。现在转向图3，提供了包括配置为实施本发明的UE手持设备48的MS的简化框图。如将理解的那样，手持设备48包括标准信号接收/发射电路50、处理器单元52和 装置M。处理器单元52包括元件52A，其配置用于确定接收器DL信令的前同步漂移，并将 其与阈值进行比较，以及用于根据本发明按照需要确定更新的Timing_0ffset和/或Tx功 率值的功能。本发明有利地提供了与现有技术的分离，只要DL前同步信号可以被用于测量在 一段时间上所累积的DL定时漂移并且在此期间没有发生UL发射。然后，MS可以自动计算由其自身在网络内的移动性而导致的ULTiming_0ff set变 化，并根据需要实现合适的Timing_0ffset更新。虽然该技术被建议用于WiMAX TDD模式，但是这并不是本发明的限定特征，其也可 以应用在其他模式下，例如其中UL和DL信道使用不同频带的WiMAX FDD模式。由于在UL和 DL方向上频带被很好地分隔，所以在UL和DL信道中的信号传播可能具有略微不同的衰落 延时扩展外形，因此，就不能如在WiMAX TDD模式中那样精确地自动计算Timing_0ffset， 但是，无论如何，在本发明中仍然可以被容易地使用。所提出的技术也可以应用在基于OFDMA的系统中，尤其是3GPPLTE。将理解到，LTE 是被设计用于支持高移动性(最高350km/h)，并且CP周期短于在WiMAX中的，这会导致对 于自动计算Timing_0ffset和Tx功率的精确度要求更高。本申请基于并要求2008年7月2日提交的来自UK的专利申请号No. 0812089. 1 的优先权利益，其全部内容通过引用而包含于此。
权利要求
1.一种在无线通信网络的移动台中控制UL同步的方法，包括监控下行链路信令内的 定时偏移以及响应于所述定时偏移超过一阈值而更新上行链路同步值的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值是通过下行链路信道描述符(DCD)信令 进行发射的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阈值是在无线通信网络内的基站中确定的， 并且所述阈值至少响应于小区大小、循环前缀长度和测量精度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中更新上行链路同步值是基于前一同步值和 DL信令中的所述定时偏移的前述幅度的两倍之和确定的。
5.一种在移动无线通信网络中确定与当前同步值相关的上行链路同步的更新值的方 法，包括确定下行链路信令内的定时偏移的步骤，其中所述更新同步值包括所述当前同步 值和所述定时偏移的幅度的两倍之和。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述定时偏移是基于DL前同步测量而确定的。
7.一种在无线通信网络中控制移动台的Tx功率值的方法，包括如在权利要求5或6中 所述的确定上行链路同步更新的步骤，其中更新的Tx功率值包括所述更新同步值的函数。
8.根据权利要求7所述的方法，包括如在权利要求1中所限定的控制UL同步的方法， 并且其中只要上行链路同步值被更新，就确定Tx更新值。
9.根据权利要求1-8中任意一个所述的方法，该方法应用在WiMAX系统中。
10.根据权利要求1-9中任意一个所述的方法，其中所述网络信令以时分双工模式产生。
11.一种在移动无线通信网络内使用并配置为用于控制上行链路同步值的移动无线通 信设备，该移动无线通信设备包括用于监控下行链路定时偏移值的装置，和用于响应于该 下行链路定时偏移值的幅度超过阈值而更新所述上行链路同步值的装置。
12.根据权利要求11所述的移动无线通信设备，包括用于基于前一值和下行链路定时 偏移的所述幅度的两倍之和来确定所述更新的上行链路同步值的装置。
13.一种在移动无线通信网络内使用并配置为用于确定上行链路同步的更新值的移动 无线通信设备，该移动无线通信设备包括用于确定下行链路定时偏移的幅度的装置，其中 所述更新同步值是基于前一上行链路同步值与所述定时偏移的幅度的两倍之和来确定的。
14.根据权利要求11、12或者13所述的设备，包括用于将更新的Tx功率值确定为所述 更新的上行链路同步值的函数的装置。
15.根据权利要求14所述的设备，配置为用于在上行链路同步值更新时，更新Tx功率值。
16.根据权利要求11-15中任意一个所述的设备，配置为基于下行链路前同步测量来 确定所述定时偏移。
全文摘要
移动台通过使用下行链路前同步消息、通过监控下行链路信令内的定时偏移并通过响应于定时偏移幅度超过阈值更新UL同步值而建立UL同步。Tx功率值还可以被更新作为更新的同步值的函数。
文档编号H04W56/00GK102077660SQ20098012426
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年7月2日
发明者任伟利, 迈克尔·诺西利 申请人:日本电气株式会社