专利名称：在移动通信环境中获得小占空因数基准信号的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线电信领域，特别涉及用于移动通信终端捕获和同步小占空因数信标信号的方法和装置。
移动的无线电系统基站比如用于宽域蜂窝电话系统或者用于室内的无绳电话的基站，在信标或者控制通道上传送一个固定频率控制信号。信标信道用于下列目的(1)它为移动终端提供时间，频率和信号功率基准；(2)它提供网络广播信息；和(3)它用于便于接入控制。对于将一个移动终端锁定到用于它们之间通信的一个固定基站信道而言，该信标信道的基准功能(reference function)是特别重要的。
典型地，当移动终端首先打开时，它无有关任何无线电基站的频率或者定时的先有知识的情况下进行加电。因此，要求该移动终端搜索用于该终端能锁定到的适当的基准信号模式的频率和时间。在先的模拟通信系统中，在加电时这些时间和频率不确定，是从该基站传送一个连续波(CW)载波来分离开的。移动终端能够从该等幅波信号导出一个频率基准。当前，在更高级数字无线电系统中，比如欧洲的全球移动通信系统(GSM)，日本的个人数字通信(PDC)系统，在北美的高级数字移动电话系统(D-AMPS)，数字的欧洲无绳电话(DECT)系统，和新的个人通信系统(PCS)，定时和频率基准信号组合在单个基准突发中，周期性地在单个载波频率上广播。移动终端必须在时间和频率两者中找到这个突发，以便与它同步(锁定)。
通常，在现有的数字系统中使用两个技术以捕获基准突发并与它同步。利用第一技术，移动终端使用多个联机相关器连续地为固定引用模式而搜索收到的信号。各个相关器用于以不同的频率偏移进行搜索。利用第二技术，移动终端取样收到信号的合理的部分，然后脱机处理样值数据，以便以不同的频率偏移寻找固定的引用模式。
上述第一捕捉技术在技术上是简捷的，但是存在大的频率不确定性的情况下，它要求相当数量的硬件实现，因为使用的各个相关器可能仅仅覆盖有限的频率不确定范围。另外，第一技术是相对地不灵活的，因为不论何时使用一个新的基站基准信号时，它需要改变在该终端的主要硬件。
第二捕获技术比第一技术更加灵活，主要地因为第二技术可以以软件实现。因此，一旦终端取样收到的信号，在该终端的数字处理器可以在存储器中储存样值和在相对地大的时间和频率窗口测试它们。然而，第二技术该降低基准信号的占空度意义上仍然是有限的，信号抽样时间延长了。加长抽样时间对终端硬件提出了更大的存储和处理要求。即，对于适度地快的信号捕获时间，取样的数据应该包括至少一个完整的基准突发。为了保证取样完整的基准突发，取样信号的持续时间应该比两个连续的基准突发之间的时段加上该基准突发本身的时段更长。
美国专利5,428,668和5,535,259描述近来开发的适合于与蜂窝移动电话一起使用的专用无线电系统。从专用无线电系统的基站传送的基准信号有非常小的占空因数和可以有一个非常大的频率不确定。因此，相当大量的数据可以在连续的基准突发之间的相对地长的期间被取样。在这方面，现有的终端存储器和处理约束使得现有的时间和频率同步技术是难以置信的。
本发明的一个目的是使移动终端能用有限的存储容量捕获一个小占空因数基准信号。
本发明的又一个目的是使移动终端能脱机和在大的频率范围中捕获小占空因数基准信号。
根据本发明的一个方面，本发明的上述和其它目的通过用于以频率和时间两者捕获小占空因数基准信号的移动终端的一种方法和装置实现，脱机进行在大频率范围中交替地取样和处理信号数据的操作，但是取样的数量仍然足够小，足够储存在终端的存储器中。
根据本发明的另一方面，本发明的上述和其它目的通过用于在频率和时间中获得小占空因数基准信号的移动终端的一种方法和装置实现，以在大频率范围内交替地取样和处理信号数据的脱机操作，其中取样和处理周期选定得使在脱机期间不会丢失一个以上的基准突发。
当结合附图参阅下列详细的描述后，将更完整的理解本发明的方法和装置，其中
图1是说明在移动通信网络覆盖范围里专用无线电归属基站操作的例子的最高级的概略的方框图；图2是说明在GSM广播信道传送的超帧顺序的图；图3是说明在GSM移动终端中使用的典型的高占空因数FCCH和SCH捕顺序的图；图4是可用于说明根据本发明的优选的实施例在移动终端获得小占空因数信标信号的一种方法的图；图5是说明根据本发明的优选的实施例由专用无线电系统基站传送的小占空因数基准信标如何通过蜂窝移动终端捕获的图；和图6是说明有关图5描述的参数K,N1和N2的值的例子的表。
本发明的优选的实施例和它的优点通过参阅图1-6将更好理解相似的数字被用于各个图的相似的和对应的部分。
图1是说明在移动通信网络覆盖范围中操作的专用无线电″归属基站″(HBS)的例子的最高级的概略方框图。表示一个专用无线电系统HBS 10，它定义相对小的覆盖范围20。位于覆盖范围20内部的蜂窝移动终端30通过空中接口链接到HBS10。移动终端30如果位于HBS覆盖范围20的外部，则与HBS 10一起操作，但是在覆盖范围50内，则移动终端30将与基站60以蜂窝模式操作。HBS 10经有线连接到PSTN 40。移动终端30和HBS 10是位于相对地大蜂窝状的覆盖范围50内，它由基站60定义。基站60包括一个发射机/接收机部分，并且是公共陆地移动网络(PLMN)70的一个成分。在这个说明的例子中，假定PLMN 70是GSM。专用无线电HBS和在无绳模型操作的蜂窝移动电话机的结构与操作详细地在美国专利5,428,668和5,535,259中描述。
通常，从无线电基站的基准信号广播形成移动网络的骨干。基准信号给移动终端提供时间和频率基准以便与最后用于该终端访问该网络的一个装置同步或者锁定到改装置。数字蜂窝通信系统比如GSM,PDC,D-AMPS,DECT和PCS，它们是时分多址(TDMA)系统，周期性地广播基准信号作为固定信息的突发。这个基准突发是在单个载波频率上传送，和形成用于该终端锁定的基准信标。在下文，使用GSM作为说明的例子，以便帮助描述本发明，但是应该理解，本发明不只是限制为GSM。利用用于同步的脉冲的信标传输的任何无线电系统都可以在本发明的范围内。
在GSM中，基站(例如基站60)的基站频率校正信道(FCCH)广播用于提供精细的频率同步和用于移动终端(例如移动终端30)的粗略时间同步的信标。基站是用于该终端的同步信道(SCH)广播信标。图2是说明在GSM广播信道(BCH)中传送的超帧顺序的图。如图所示，每10个TDMA帧出现该FCCH和SCH突发，由四个广播控制信道(BCCH)帧和四个公用控制器信道(CCCH)帧分开。在每个超帧顺序的末尾传送一次空闲帧。
当移动终端(30)加电时，它(使用内部的处理器)开始寻找FCCH突发。一旦该终端找到FCCH，它能作粗略的时间和频率同步。在此之后，可以快速找到SCH突发并且由该终端用于精细时间和频率同步。
可以使用许多的知道技术的任何技术找到FCCH突发。例如，GSM使用高斯的最小移位键控(GMSK)调制方法。因此，由于FCCH突发仅仅包括零，它产生一个恒定的相位斜坡，在移动终端收到GMSK调制信号中可以容易地检测到。移动终端利用检测FCCH作为粗略时间和频率基准。基于该FCCH的帧位置，移动终端可以确定SCH位于收到信号的位置(例如，其次的TDMA帧位置)。图3是说明在GSM移动终端中使用的典型的大占空因数FCCH和SCH获得顺序的图。显然在GSM中，两个连续的FCCH信标之间的距离是10 TDMA帧，除了在一个超帧中的最后的FCCH突发和下一个超帧中的第一FCCH突发之间之外，在这种情况下，距离是11 TDMA帧(由于额外空闲帧的存在)。
蜂窝系统中的基准源相对地精确(例如在GSM基站中基准精密度好于0.05ppm)，由于移动终端中使用不准确的晶体，在基站和移动终端之间产生最大的相对偏移量大约+25ppm(考虑整个温度范围)。然而，为了费用有效性，在专用基站使用的晶体的精密度比蜂窝基站中使用的晶体的精密度低得多。典型地，专用基站使用的晶体的精密度类似于在移动终端的精密度。这导致在专用基站和移动终端之间最大的相对偏移量+50ppm(最坏情况)。因此，在移动终端和专用基站之间频率不确定是在移动终端和蜂窝基站之间频率不确定的两倍大。
图4是说明根据本发明的优选的实施例在移动终端获得小占空因数信标信号的一种方法的图。图4中表示由与GSM兼容的示例的专用无线电系统基站传送的信标信道。这样的小占空因数信标信道的详细描述在普通转让的未审查的美国专利申请序列号(代理人文件号27951-00102)中叙述，由于在两个连续的FCCH信标之间的时间周期相对地长(例如52 TDMA帧对GSM中的10 TDMA帧)，常规的脱机捕获技术是不可行的，因为大量的数据必须由用于这样的长时间期间的移动终端取样，和该终端必须分析大量脱机数据。
图5是说明根据本发明的优选的实施例由专用无线电系统基站传送的小占空因数基准信标如何可以由蜂窝移动终端捕获的图。在这个实施例中，专用系统的信标信道与GSM空中接口协议兼容。本质上，在基准信标捕获期间，和在适当的软件的支配下控制下，移动终端(例如终端30)交替地扫描专用无线电信标频谱和处理收到的信号直到找到基准信标为止。在各个扫描期间，仅仅允许有限数量的取样时间，以便保持该取样数据的易管理(例如在存储空间要求内)。处理时间选择为足够长，以便该终端完成取样数据的任何要求的(软件)分析。
在处理期间，没有新的数据可以被取样和收到，由于在足够存储区再次可用于接收该新的数据之前必须处理老数据。因此，在该处理期间可能丢失一个传送的基准突发。然而，选择扫描时间和处理时间，以致如果在该处理期间可能丢失一个传送的基准突发，将找到下一个连续的基准突发。因此，在加电时，该终端至少可以捕获由专用基站传送的第二连续的信标基准并且与它同步。更可取地，使得终端的处理时间尽可能短，将丢失传送信标的可能性减到最少。
特别地，参见图5所示的说明的例子，专用基站(例如基站10)传送在FCCH/SCH对之间具有2*26 TDMA帧的间隔的信标。该移动终端(例如终端30)取样第一预定时间N1的信标信道频率。然后终端处理并且分析第二预定时间N2的取样的数据。如果在两个连续的信标之间的时间(间隔)是P TDMA帧，并且信标(FCCH或者SCH)可能是在TDMA帧的任何时隙位置，则下列条件(A,B)应该同时地满足，使得该终端避免丢失连续的信标A:K*N1+(K-1)*N2≥P+1
BK*N2+(K-1)*N1≤P-1式中参数K,N1,N2并且P是整数，并且K是在一个信标间隔内型码扫描/处理周期的数量。例如，在普通转让的未审查的美国专利申请序列号(代理人文件号27951-00102)中描述的信标结构，P等于52。
图6是说明上面有关图5描述的为K,N1和N2选择的值的例子的表，因此可以同时地满足条件A和B。例如，在该表顶上第二列中，表示参数N1(11)的值代表扫描长度，它接近于在GSM中使用的值。因此，为了GSM移动终端获得由专用无线电基站传送的信标，(例如在图5中表示的)，该终端可以扫描和取样11个连续的TDMA帧(N1)的信标频率，和在4个连续的TDMA帧(N2)期间处理取样的数据。如果在处理周期期间一个信标到达该终端并且被丢失，通过满足以上所述条件(A,B)，该终端将找到到达的下一个连续的信标。
虽然在附图中并且在上面的详细描述中已经说明了本发明的方法的一个优选的实施例，必须懂得，本发明不限制为所公开的实施例，在不偏离由所附权利要求书提出和定义的本发明的精神下能够有很多的重新安排，修改和代替。
权利要求
1．一种使通信终端在大频率范围内能捕获小占空因数基准信号的方法，包括步骤接收多个基准信号频率；第一预定时段取样所说多个基准信号频率；和第二预定时段脱机处理所说多个基准信号频率的所说取样，所说第一预定时段与所说终端的存储设备的容量相关和所说第二预定时段与分析时间相关。
2．根据权利要求1的方法，其中所说第一预定时段等于11 TDMA帧。
3．根据权利要求2的方法，其中所说第二预定时段等于4 TDMA帧。
4．根据权利要求1的方法，其中所说移动通信终端包括一个GSM移动终端。
5．根据权利要求1的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从专用无线电系统基站发送的一个信标基准信号。
6．根据权利要求1的方法，其中所说小占空因数基准信号包括一个频率校正信道。
7．根据权利要求1的方法，其中所说小占空因数基准信号包括一个同步信道。
8．根据权利要求6的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从所说专用无线电系统基站传送的频率校正信道。
9．根据权利要求7的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从所说专用无线电系统基站传送的一个同步信道。
10．由移动通信终端用于捕获具有周期P的一个小占空因数基准信号的方法，包括步骤第一预定时段N1扫描基准信号频带；第二预定时段N2处理在所说第一预定时段捕获的信息；和在所说周期P期间重复各个所说扫描和处理步骤K次，因此同时地满足两个条件K*N1+(K-1)*N2≥P+1；和K*2+(K-1)*N1≤P-1。
11．根据权利要求10的方法，其中所说第一预定时段等于11TDMA帧。
12．根据权利要求10的方法，其中所说第二预定时段等于4 TDMA帧。
13．根据权利要求10的方法，其中所说移动通信终端包括一个GSM移动终端。
14．根据权利要求10的方法，其中所说移动通信终端包括一个PDC移动终端。
15．根据权利要求10的方法，其中所说移动通信终端包括一个D-AMPS移动终端。
16．根据权利要求10的方法，其中所说移动通信终端包括一个PCS移动终端。
17．根据权利要求10的方法，其中所说移动通信终端包括一个DECT移动终端。
18．根据权利要求10的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从专用无线电系统基站发送的一个信标基准信号。
19．根据权利要求10的方法，其中所说小占空因数基准信号包括一个频率校正信道。
20．根据权利要求10的方法，其中所说小占空因数基准信号包括一个同步信道。
21．根据权利要求19的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从所说专用无线电系统基站传送的一个频率校正信道。
22．根据权利要求20的方法，其中所说小占空因数基准信号包括从所说专用无线电系统基站传送的一个同步信道。
23．根据权利要求10的方法，其中所说周期P等于52 TDMA帧。
24．根据权利要求23的方法，其中K等于4。
25．用于获得具有一个周期P的小占空因数基准信号的移动通信终端，包括扫描装置，在第一预定时段N1扫描基准信号的频段；处理装置，在第二预定时段N2处理在所说第一预定时段获得的信息；和在所说周期P期间重复各个所说扫描和处理步骤K次，因此同时地满足两个条件K*N1+(K-1)*N2≥P+1；和K*N2+(K-1)*N1≤P-1。
26．根据权利要求25的移动通信终端，还包括一个GSM移动通信终端。
27．根据权利要求25的移动通信终端，其中所说小占空因数基准信号包括从专用无线电系统基站传送的一个信标信号。
全文摘要
提供一种方法,从而一个移动的蜂窝终端(30)能获得和锁定在从专用无线电系统基站(10)传送的小占空因数基准信标。终端(30)交替地扫描专用无线电信标频谱(在大频率范围内)和脱机处理该接收的信号,直到找到该基准信标。在各个扫描期间,仅仅允许有限的数量的取样时间,以便保持取样数据的数量可管理。选择该处理时间使得用于该终端(30)完成取样数据的任何需要的(软件)分析足够长。因此,即使该终端(30)丢失在处理期间到达的一个基准信标,将找到下一个连续的基准信标。
文档编号H04B1/16GK1234157SQ9719899
公开日1999年11月3日 申请日期1997年8月22日 优先权日1996年8月30日
发明者J·C·哈特森 申请人:艾利森电话股份有限公司