专利名称：无线发射机中发送同步信道的方法
技术领域：
本发明涉及一种在无线发射机中发送同步信道的方法，其中，以常规无线信道异步发送常规无线脉冲串。
蜂窝无线网包括这样一些应用它们要求用户终端或其他一些相应的无线接收机接收来自各个基站的同步无线信号。这类应用包括各种定位用户终端的方法。这类定位方法的一个例子是基于信号接收中检测到的时间差的OTD(观测的时间差)方法。在这种方法中，终端设备测量基站所发送信号到达的时间差。这种方法要求基站同时(即同步地)发送信号，相反，如果这些基站不同步，则需要有关基站之间同步的差的数据(实时差，RTD)。根据这一数据进行定位。这种方法详见芬兰专利申请954，705。
诸如GSM系统等多种系统都不是同步的，或者说不是足够精确地同步，因此要根据OTD方法用信号来定位。在GSM系统中，常规信道根据时分(TDMA，时分多址)和频分(FDMA，频分多址)来划分。因此，无线发射机利用预定频率上的特定时隙来发送常规物理信道。在GSM系统中，基站异步地发送常规信道的无线脉冲串，这意味着基站之间的发送不是一致的，因此，各基站应同时发送无线脉冲串。再者，前面提到的基站之间的同步差总是在变化。因此，如果不连续测量同步差，OTD方法就无法用于定位。同步差的测量产生更多的信令并导致定位精度的附加差错。
一种建议的方案是，利用基于卫星的定位系统(全球定位系统，GPS)来使所有无线发射机互相同步，这样，要在各基站处都安装GPS接收机。这种配置在GSM系统中会出现问题，因为该系统采用了分级时钟。这意味着管理基站的基站控制器要从更高层网络单元得到定时再将该定时传送到基站。如果将GPS接收机用于基站传输的定时，那么会使GSM系统的整个定时混乱。
本发明的目的在于，提供一种方法和一种能实现解决上述问题的方法的装置。采用引言中所描述的那种方法可以达到这一目的，该方法其特征在于，获得同步定时；形成同步无线脉冲串，该脉冲串的长度至多为常规无线脉冲串长度的一半；在常规无线脉冲串的位置发送同步无线脉冲串，从而使同步无线脉冲串的发送与所得到的同步定时同步。
本发明还涉及一种无线发射机，该无线发射机包括一个用于形成常规信道的信道编解码器；一个用于形成常规无线脉冲串的脉冲串形成器；一个用于规定各脉冲串的发送时刻的复用器。
根据本发明的无线发射机，其特征在于它还包括一个用于获得同步定时的时钟；信道编解码器用来形成同步信道；脉冲串形成器用来形成同步无线脉冲串，其长度至多为常规无线脉冲串长度的一半；复用器用来在常规无线脉冲串的位置上插入一个同步无线脉冲串，从而使同步无线脉冲串的发送与所得到的同步定时同步。
在附属权利要求书中，公开了本发明的这些优选实施方式。
本发明的基本思想是无线发射机通常所用的无线脉冲串至少被对分，因此所得到的同步无线脉冲串总是可以灵活地插在常规无线脉冲串的位置上。“在xx位置”是指常规无线脉冲串原则上被替代，换言之，实际要发送的脉冲串不必被替代，而同步脉冲串原则上在可发送常规无线脉冲串的时隙期间被发送。
根据本发明的方法和无线发射机具有多个优点。在总的定时结构中不必做任何改动，就可以将同步信号发送到接收机。例如，GSM系统不要求改变TDMA帧结构。同步信号的结构可以按预期用途的需要进行优化，例如定位方法。
下面将结合优选实施方式并参照附图来详述本发明，其中
图1示出了利用本发明的蜂窝无线网的结构的一个例子，图2示出了收发信机的结构，图3示出了根据本发明的同步无线脉冲串以及它们在四个不同的基站中发送的时刻，图4示出了在常规无线脉冲串的位置上发送同步无线脉冲串的两种不同的选择方案，图5示出了同步无线脉冲串的结构，图6和7示出了实现根据本发明的方法的流程图，图8示出了在常规无线脉冲串的位置上利用填充比特来插入同步无线脉冲串。
本发明可以应用于不同的无线发射机中。这些例子描述了本发明在蜂窝无线网中的应用。下面将参照图1，描述常规蜂窝无线网的结构。图1只包含了说明本发明所必须的块，显然，对熟练技术人员而言，常规蜂窝无线网还包括其他一些功能和结构，这些功能和结构在此不必详述。这些例子描述了采用时分多址(TDMA)的蜂窝无线网，不过，本发明并不局限于此。
蜂窝无线网络通常包括一个固定网络基础设施即网络部分128，和一些用户终端150，这些用户终端可以是固定式的、车载式的或便携手持式的终端设备。网络部分128包括一些基站100。与多个基站100通信的基站控制器102以集中方式控制这些基站。基站100包括一些收发信机114。基站100通常包括1至16个收发信机114。例如在TDMA无线系统中，一个收发信机114一般提供一个TDMA帧即8个时隙的无线容量。
基站100包括一个控制单元118，它控制收发信机114和复用器116的操作。复用器116将多个收发信机114所用的业务和控制信道安排在单个传输链路160上。
基站100的收发信机114与天线单元112连接，该天线单元实现到用户终端150的双向无线链路170。双向无线链路170上所发送的帧的结构是严格规定的，并称之为空中接口。
图2详细示出了收发信机114的结构。首先来描述接收端的功能。接收机200含有一个滤波器，滤除所需频带之外的频率。然后，将信号变频到中频或直接变频到基带，在A/D转换器202中对变换后的信号进行抽样和量化。
均衡器204对例如多径传播造成的干扰进行补偿。解调器206从均衡信号中提取比特流，比特流被传送到去复用器208。去复用器208从接收到的比特流中分离出所需部分到逻辑信道中。这一功能取决于所接收比特流的结构，该比特流由置于时隙中的无线脉冲串构成，从而形成物理信道。
信道编解码器216将不同逻辑信道的比特流解码，即它判断比特流包括要发送到控制单元214的信令数据，还是要发送到基站控制器102中的语音编解码器122的语音240。信道解码器216对可能的诸如分组编码和卷积编码的信道编码进行解码，对可能的交错进行去交错，并对无线通路上所用的加密进行解密。
控制单元214主要根据从基站控制器102接收到的控制，通过控制不同的单元来执行内部控制任务。
下面将描述发射端的功能。所要发送的数据在信道编解码器216中被信道编码、交错和加密。脉冲串形成器228将一个训练序列和一个尾端加到来自信道编解码器216的数据中。复用器226将每个脉冲串分配到其物理信道上。调制器224将数字信号调制到射频载波上。这一功能是模拟的，因此它需要D/A转换器222。
发射机220包括一个限制带宽的滤波器。发射机220还控制输出发射功率。合成器212为各单元提供所需的频率。合成器212包括一个时钟，它可以本地控制或者由别的单元如基站控制器102集中控制。合成器212例如利用压控振荡器来形成这些必要的频率。
如图2中所示，收发信机的结构还可以划分为射频部分230和具有软件的数字信号处理器232。射频部分230包括接收机200、发射机220和合成器212。具有软件的数字信号处理器232包括均衡器204、解调器206、去复用器208、信道编解码器216、控制单元214、脉冲串形成器228、复用器226和调制器224。将模拟无线信号转换成数字信号需要一个A/D转换器202，相应地，将数字信号转换成模拟信号需要一个D/A转换器222。
基站控制器102包括一个群交换区120和一个控制单元124。群交换区120用来交换语音和数据并用来连接信令电路。基站100和基站控制器102构成基站系统126，该系统还包括一个变码器122。基站控制器102与基站100之间功能的分配以及它们的物理结构可以随实施方式的不同而不同。基站100通常管理上述无线路径的实现。基站控制器102通常管理以下任务业务信道配置，跳频控制，用户终端寻呼，功率控制，有效信道质量控制，和越区切换控制。
变码器122通常尽可能靠近移动业务交换中心132，因为，这样在变码器122与基站控制器102之间可按蜂窝无线网方式来发送语音，从而节省传输容量。变码器122变换公用交换电话网与无线电话网之间所用的各种数字语音编码方式，从而使它们兼容，例如从64 kbit/s的固定网方式变换为蜂窝无线网的另一方式(比如13kbit/s)，反之亦然。控制单元124执行呼叫控制、活动性管理、统计数据收集和信令。
如图1中所示，可以通过移动业务交换中心132建立从用户终端150到与公用交换电话网(PSTN)134连接的电话136的电路交换连接。蜂窝无线网也可以采用分组交换连接，例如GSM系统的2+phase的分组传输，即GPRS(通用分组无线业务)。
用户终端150的结构可以用图2中所示的收发信机114的结构的描述方法来描述。用户终端150的构造单元功能上与收发信机114的构造单元相同。用户终端150还包括天线112与接收机200和天线与发射机220之间一个双工滤波器，一些用户接口部件以及一个语音编解码器。语音编解码器通过总线240与信道编解码器216连接。
图3示出了四个不同的基站BTS1、BTS2、BTS3、BTS4的发送彼此是怎么不同步的情况。各基站在随机地彼此不同的时刻发送其脉冲串NB。根据本发明，各基站接收图3中以序列脉冲串SYNCHRONIZED BURSTS所描述的定时。定时从时钟中接收到，该时钟例如是图1中所示的与基站100的控制单元118连接的GPS接收机180。控制单元118将接收到的定时转发到收发信机114。
本发明中，在信道编解码器216中，形成一个特殊的同步信道。原则上，该同步信道被安排在常规物理信道上。可用的物理信道数是一个折衷数。例如，在OTD定位方法中，发送同步信号越频繁，用户终端150可以越经常接收这些信号，并且进行越多的测量，这提高了定位的精度。另一方面，这消耗了系统更多的业务容量。图3中所示的例子采用一个频率，即一个TDMA帧的所有8个时隙，即8个物理业务信道。如果要尽可能少地占用业务容量，那么只能用一个时隙来发送同步脉冲串，例如广播控制信道(BCCH)的时隙“1”，这样，用户终端150在接收到一个常规同步信道脉冲串(SCH)后总是知道同步脉冲串的位置。为了不浪费与下行链路同步信道相应的上行链路物理信道的容量，可利用该容量将信令数据(如用户终端150的测量结果)转发到基站100。
一种优选实施方式利用通常不用的容量来发送同步无线脉冲串。例如，当无线发射机处于不连续发送(DTX)状态并且在发送非常规无线脉冲串时，可代之以发送同步无线脉冲串，据此，用户终端150例如可以确定其位置。
另一种使操作更有效的方法是，只利用物理信道的部分容量来发送同步无线脉冲串。在这种情况下，根据预定的序列例如以物理信道的每隔两个时隙来重复同步脉冲串。
通过控制信道例如广播控制信道(BCCH)，可以向用户终端150指明发送同步信道所用的物理信道。
脉冲串形成器228用来形成同步无线脉冲串SB。同步无线脉冲串SB的长度至多为常规脉冲串NB的长度的一半，以便同步脉冲串SB总是可以插在常规脉冲串NB的位置上。复用器226通过使同步脉冲串SB的发送与从时钟180得到的定时同步的方式，用来将同步无线脉冲串SB插在常规无线脉冲串NB的位置上。
图3示出了可能的同步脉冲串SYNCHRONIZED BURSTS形式的定时。每个这种脉冲串的起止点都画出了竖线，用以描述在各基站的BTS 1 TIMING、BTS 2 TIMING、BTS 3 TIMING、BTS 4TIMING中可发送同步脉冲串SB的时刻。每个基站所发送的同步脉冲串SB都以完全相同的时刻开始和结束。
从图3中可以看出，在该优选实施方式中，在基站BTS 1处该定时正好吻合，据此，可以在常规脉冲串NB的位置上发送两个同步脉冲串SB。脉冲串形成器228用来形成连续的同步脉冲串SB，复用器226将该同步脉冲串SB插在常规脉冲串NB的位置上，这是因为这些同步脉冲串SB在那里正好吻合。另一方面，如果在一个时隙期间接收到两个同步脉冲串而使用户终端150中带来问题，那么，还可以避免这一实施方式，在这种情况下，只发送同步脉冲串之一。
在基站BTS 2处，这些定时彼此相差正好半个时隙，因此，在常规脉冲串NB的位置上能发送两个同步脉冲串SB。
然而，在大多数普通情况下，基站100从网络得到的定时与从时钟180得到的定时不吻合。在这种情况下，在常规脉冲串NB的位置上只能发送一个同步脉冲串SB，如图3中基站BTS 3和BTS 4的情况所示。正如图中所示，每隔一个同步脉冲串SB都会延伸到两个常规脉冲串NB，这并非所希望的。
图5示出了同步脉冲串SB的结构。按照与常规脉冲串相同的方式，同步脉冲串在脉冲串的始末端也都必须包括尾端比特TB。在发射机将功度提高到所需发射功率再将功率降到空闲状态的保护期间，使用这些比特。这些尾端比特通常置为0。
如图4中所示，同步脉冲串SB能以两种不同的方式插在常规脉冲串NB的位置上。第一种方式如图中的中间所示。其中所示的同步脉冲串SB是图5中的一个特定脉冲串，其长度至多为常规脉冲串NB的一半。在这一时隙中，除了同步脉冲串SB之外什么也不发送。
第二种方式如图4中的下方所示。脉冲串形成器228用来形成一个与常规无线脉冲串NB一样长的脉冲串，然后在其中插入一个同步脉冲串SB。所形成的脉冲串除了同步脉冲串SB之外的部分填满预定的填充比特PAD。这种实施方式的好处在于，该脉冲串的发射时间不必改变，而只要改变其中的内容。
正如图5中所示，同步脉冲串SB至少包括一个预定的比特模式TS。通常，该比特模式是接收机也知道的并且可以在均衡器204中找到的一个训练序列。通过将这一已知的训练序列与实际接收到的信号进行比较，可以估算出通过无线通路在信号中积累了何种失真。当接收机接收到同步脉冲串SB时，它还可以得到精确的定时，这是因为，在不同的基站处，将脉冲串的发射时刻确定在相同的时刻，这与常规脉冲串NB的情况不同。为了定位方法，可以适当地将已知比特模式的结构优化。
在一种优选实施方式中，同步脉冲串还包括如图5中所示的其他信息INFO。该信息可以包括基站100的位置坐标(coordinate)COORD。定时偏移OFFSET也可以在信息字段INFO中发送。这里，偏移是指理想同步无线脉冲串与实际同步无线脉冲串的发送时刻之间的时间差。实际上，同步脉冲串SB的发送时刻可以以大概只有一比特或四分之一比特的精度来调整，这样，偏移表示与真正的发送时刻的差。该信息也可以包括其他信息OTHER INFO，并且该信息也可以是按所需方式组合的COORD+OFFSET。
为了得到最可能精确的定时，训练序列TS应当尽可能长。因此，一些甚至所有信息INFO都传送到填充比特PAD中，以便训练序列TS可以延至信息INFO的位置。由于，同步脉冲串SB位置变化，因此，信息INFO有时置于同步脉冲串SB之前，有时置于同步脉冲串SB之后。在这种情况下，用户终端150必须能选择正确的位置，据此将信息INFO解码。
图8示出了在常规无线脉冲串NB的位置上如何利用填充比特PAD来插入同步无线脉冲串SB。该图说明了图4中最下方所示的方案的实现。尾端比特TB实际上置于该脉冲串的始末端。紧随它们的是填充比特PAD，填充比特PAD之间是训练序列TS和信息INFO。
本发明最好用软件来实现，并且它要求在基站100的收发信机114中的数字信号处理器232的软件的严格限定的范围内变化。本发明还要求无线发射机例如从时钟180中得到同步定时。
还可以参照图6和7的流程图来说明无线发射机中根据本发明的方法的执行过程。该方法从块600开始。在块602中，本方法进至下一时隙。在块604中，检查在该时隙中发送的逻辑信道是常规的还是同步的。在块606中，以常规信道异步发送常规无线脉冲串。在块608中，发送根据本发明形成的同步脉冲串。在块610中，检查该方法是否继续进行。如果不继续进行，则在块612中终止该方法的执行。如果继续进行，则过程进至块602，在此进行下一时隙的处理过程。
图7中将详述块608。该执行过程从块700开始。在块702中，得到同步定时。接着，在块704中，检查是否是该发送同步脉冲串的时刻。如果不是，则过程返回到块702，在此检验时钟。重复这一过程，直至是该发送同步脉冲串的时刻。当在块704中进行检查之后检测到是该发送同步脉冲串的时刻时，该方法进至块706。在块706中，检查是否还有足够部分的时隙用于发送同步脉冲串。如果没有，则方法进至块712。如果还有足够部分的时隙，则过程进至块708，在此形成同步无线脉冲串SB，脉冲串的长度至多为常规无线脉冲串长度的一半。然后，在块710中，在常规无线脉冲串的位置发送同步无线脉冲串，从而使同步脉冲串的发送与所得到的同步定时同步。最后一个步骤是块712，在此终止块608的执行。
尽管以上参照附图中的例子描述了本发明，显然本发明并不局限于此，而可以在附属权利要求书中所公开的本发明思想的范围内以不同的方式进行修改。
权利要求
1．一种在无线发射机中发送同步信道的方法，其中，以常规信道异步发送常规无线脉冲串(606)，其特征在于(702)得到同步定时；(708)形成同步无线脉冲串(SB)，其长度至多为常规无线脉冲串长度的一半；(710)在常规无线脉冲串的位置发送同步无线脉冲串，从而使同步无线脉冲串的发送与所得到的同步定时同步。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成至少两个连续的同步无线脉冲串(SB)，其中至少一个被发送。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有常规无线脉冲串长度的脉冲串上插入至少一个同步无线脉冲串(SB)。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，不属于同步无线脉冲串(SB)的脉冲串部分由预定的填充比特(PAD)构成。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，同步无线脉冲串(SB)包括一个预定的比特模式(TS)。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，该比特模式是训练序列。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，同步无线脉冲串(SB)包括信息(INFO)，诸如无线发射的位置坐标(COORD)和/或偏移(OFFSET)即理想同步无线脉冲串与实际同步无线脉冲串的发送时刻之间的时间差。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，将无线脉冲串置于时隙中。
9．如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个常规物理信道来发送同步信道。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过控制信道指明发送同步信道所用的物理信道。
11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，与发射方向上的同步信道相应的接收方向上的物理信道用来发送诸如测量结果的信令信息。
12．如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法应用于诸如OTD(观测的时间差)方法的定位方法中。
13．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当无线发射机处于不连续发送状态时发送同步无线脉冲串。
14．如权利要求1所述的方法，其特征在于，只利用常规信道的部分容量来发送同步无线脉冲串。
15．一种无线发射机，包括一个用于形成常规信道的信道编解码器(216)；一个用于形成常规无线脉冲串的脉冲串形成器(228)；一个用于规定各脉冲串的发送时刻的复用器(226)；其特征在于它还包括一个用于获得同步定时的时钟(180)；信道编解码器(216)用来形成同步信道；脉冲串形成器(228)用来形成同步无线脉冲串(SB)，其长度至多为常规无线脉冲串长度的一半；复用器(226)用来在常规无线脉冲串的位置上插入一个同步无线脉冲串，从而使同步无线脉冲串的发送与所得到的同步定时同步。
16．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，脉冲串形成器(228)用来形成至少两个连续的同步无线脉冲串(SB)，而复用器(226)用来在常规无线脉冲串上插入至少一个同步无线脉冲串。
17．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，脉冲串形成器(228)用来形成一个脉冲串，其长度等于一个常规无线脉冲串的长度并且它包括至少一个同步无线脉冲串(SB)。
18．如权利要求17所述的无线发射机，其特征在于，脉冲串形成器(228)用来将预定的填充比特(PAD)置于不属于同步无线脉冲串(SB)的脉冲串部分中。
19．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，脉冲串形成器(228)用来将一个预定的比特模式(TS)置于同步无线脉冲串(SB)中。
20．如权利要求19所述的无线发射机，其特征在于，该比特模式是训练序列。
21．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，信道编解码器(216)用来将一些信息置于同步无线脉冲串(SB)中，这些信息诸如无线发射机的位置坐标(COORD)和/或偏移(OFFSET)即理想同步无线脉冲串与实际同步无线脉冲串的发送时刻之间的时间差。
22．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，复用器(226)用来将无线脉冲串置于时隙中。
23．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，信道编解码器(216)用来将至少一个常规物理信道用于同步信道。
24．如权利要求23所述的无线发射机，其特征在于，无线发射机用来通过控制信道指明发送同步信道所用的物理信道。
25．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，无线发射机用来接收来自与发射方向上的同步信道相应的接收方向上的信道的诸如测量结果的信令数据。
26．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，时钟(180)是一个GPS接收机。
27．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，当无线发射机处于不连续发送状态时，发射机用来发送同步无线脉冲串。
28．如权利要求15所述的无线发射机，其特征在于，无线发射机用来只利用常规信道的部分容量来发送同步无线脉冲串。
全文摘要
本发明涉及一种在无线发射机中发送同步信道的方法并涉及一种无线发射机。该方法包括以常规信道异步发送常规无线脉冲串(606)。在本发明中,得到同步定时(702),形成同步无线脉冲串(SB)(708),在常规无线脉冲串(NB)的位置发送同步无线脉冲串(710)。同步无线脉冲串(SB)的长度至多为常规无线脉冲串(NB)长度的一半。同步无线脉冲串(SB)的发送与所得到的同步定时同步。
文档编号H04B7/26GK1295745SQ99804554
公开日2001年5月16日 申请日期1999年3月25日 优先权日1998年3月27日
发明者蒂莫·兰塔来南, 韦利·鲁图, 玛柯·阿兰恩, 固德尼·古纳森, 奥利·亥瓦林恩 申请人:诺基亚网络有限公司