CN1322692C - 无线通信系统中均衡传播时延和优化功率电平的方法 - Google Patents

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Abstract

在基于码多路复用(码分多址或CDMA)以及TDD-TDMA类型的时分(时分双工—时分多址)接入技术、并包括至少一个基站(BS)和至少一个移动站(MS)的第三代移动蜂窝系统中，一种用于在公用信道上的移动站接入网络服务中均衡传播时延和优化功率电平的方法。该方法的特征在于包括在移动站(MS)接入网络服务的处理过程期间、用于优化“帧同步”和“功率电平”参数的多个临时分开的步骤。

Description

无线通信系统中均衡传播时延和优化功率电平的方法
技术领域
本发明涉及无线移动电话领域，更具体地说，涉及一种在接入移动站的网络服务过程期间优化“帧同步”和“功率电平”参数的方法。
背景技术
在最近十年中，无线移动电话系统经历了持续的技术革新，逐渐放弃了以模拟调制所发射的载波为特征的第一代系统，并用以数字调制、将基带信号转换为数字信号的大量数字信号处理(DSP)为特征的第二代系统替代。现在对于无线移动系统来说，采用更为先进设计的无线移动系统的时机已经成熟，即所谓的第三代系统，其与前两代的区别主要是所服务的用户以不同的方式接入物理信道。具体地说，该不同的接入模式基于码分技术，即码分多址(CDMA)技术。这些系统的设计使得在军事领域已经成熟的对保全发送信息的安全的传输可行性研究得以应用，并确保了对进行破坏目的而生成的噪声(干扰)具有一定的抗扰能力。这些目的的实现得益于相对于基带频谱人为地扩展传输载波的调制频谱。因此该技术称为扩频，并且其特征在于多路复用与具有高速率(码片速率)的伪噪声类型的码序列(码片)一起被发送的信号的每一个具有低码元速率的码元(symbol)，其目的是扩展在较宽的频谱上发送的信息，从而仅让那些适时授权接收的人接入。为了达到该效果，扩频接收器解调所收到的信号，并通过在解调的信号和在调制器中使用的码序列的局部拷贝之间施加暂时的相关来重构初始数据。从解调信号的码元和准确的码序列之间的数学相关中，在接收器中获得以峰值输出的初始信号，从而与噪声和干扰区分开来。在民用环境下，更准确地说，在无线移动电话区段，应该在某种程度上正视与前面的军事目标相比对扩频调制的不同应用。具体的应用在于，允许在由不同的扩展码区分的各个用户之间同时共享单个物理信道。公知为缩写CDMA(码分多址)的相关技术采用互逆正交扩展码序列，即忽略互逆相关。这就是得以区分进入传输带的各个用户的原因在于，在以其自身的码序列作为特征的信道上，作为相关结果的其它信道的信号将呈现为噪声。相对于传统的窄带系统，扩频技术提供了对于瑞利选择性衰减(Rayleigh selective fading)更大的不灵敏性的额外优点，瑞利选择性衰减是一种由于沿着所发送信号的空中路径多次反射造成的现象，这是因为涉及强烈衰减的频谱比例只是有效信号所占据的总频谱的很小一部分。
发明目的
在上述的第三代蜂窝系统中，一个基本的参数是移动站(MS)接入基站(BS)的功率电平。优化该参数的原因在于使移动站以满足期望的质量所需的最小功率到达网络，从而可以优化系统的容量并节省移动站的功率。对于那些同样基于诸如时分双工(TDD)—时分多址(TDMA)之类的接入技术的模式，比如3GPP(第三代合作计划)框架中规定的TDD UTRAN模式(UMTS地面无线接入网络)、或CWTS(中国无线电通信标准)提出的模式TD-SCDMA，另一个基本的参数是MS和BS之间的帧同步。优化该参数的原因在于恢复由于MS和BS之间的距离引起的传播时延，从而减少属于相同时隙(TS)的用户之间、以及邻近的TS的用户之间相互干扰。
在网络接入处理过程中以及在专用信道上第一次发送时，“功率电平”和“帧同步”参数的优化特别严格，这是由于不存在闭环控制机制这一事实，使用点对点连接的另一情况就存在闭环控制机制。另外，在接入期间，使用共享的无线电资源存在冲突的问题，即，那些不同的用户同时接入相同的无线电资源的事件。优化该参数在于使发生概率最小，同样也得以优化系统的容量和质量。
发明内容
在此叙述的本发明提出一种基于在TD-SCDMA中已经限定的物理信道和控制包(分组，burst)的网络接入处理过程，其允许获得在接入处理过程中和在专用信道上第一次发送时使用的“帧同步”和“功率电平”参数值，与此同时使共享无线电资源发生冲突的可能性最小化。
为了实现所述目的，本发明使用适于将网络接入处理过程划分为不同的临时分开的步骤的方法。
帧周期(frame timing)和功率电平按照下述方式获得。
在第一步中，MS使用签名分组(signature burst)，在TD-SCDMA中称作上行链路引导同步(UpPTS)，以便获取正确的帧周期和正确的功率电平，使用它们接入公用信道或随机接入信道(RACH)，以便向网络发送其接入请求；
在第二步中，MS证实并设置帧周期和功率电平参数，在已经由网络指定的专用信道上发送之前再次发送签名分组。
使冲突最小化以下述方式实现。
在第一步中，将时隙限定在移动站能够预期从网络接收对其签名分组的应答的时隙之内；该措施得以优化在由位于同一基站的电磁覆盖区域中的移动站共享的签名分组层面上的冲突。此外，如果应答消息包含MS向网络发送其接入请求的RACH物理信道的指示，则可以极大地降低在该共享的无线电资源上发生冲突的可能性。
可能碰巧在特别强的干扰的情况下，MS不能解码来自网络的应答消息，并由此不能知道已经为其指定了特定的RACH信道。在这种情况下，网络将为实际上处于没有接入网络状态的用户保留一共享的、即宝贵的资源。该状态可以通过固定时间瞬间或最大时间来解除，在该时间内网络等待所预定的资源被占用，在此时间之外该资源对于小区(cell)内的用户将变得再次可用。
作为该构思的扩展，如果为某些服务(例如紧急呼叫和/或越区请求)确立可以仅在多帧的某些帧(例如，偶数帧)内发送签名分组，从而对于其它所有的服务允许使用增补帧，那么则可以进一步降低使用签名分组时发生冲突的可能性，并相应地改善所提供服务的质量(例如，改善成功越区的可能性)。
如果如下所述，则可以获得在此描述的构思的进一步的优点。
在更新“帧同步”和“功率电平”参数的处理过程的第一步期间，网络在其对接入请求的应答中发出记录在将由移动站使用的RACH接入信道上的干扰电平(或者适宜发送的功率电平)的信号。MS将使用该值限定在RACH信道上发送的功率电平；
在“帧同步”和“功率电平”参数更新处理过程的第二步期间，网络在其对签名分组的应答中发出记录在指定给移动站的专用信道上的干扰电平(或者适宜发送的功率电平)的信号。MS将使用该参数限定第一次接入专用信道的功率电平。
本发明特别，但不是唯一地，适用于TD-SCDMA模式。
具体地，本发明提供一种用于对在基于其中由基站和移动站根据时分多址或TDMA技术以及时分双工或TDD技术发送码分多址或CDMA信号的码分多址技术的网络构成的移动蜂窝系统中的接入基站BS的移动站MS的发送功率电平进行优化并对均衡传播时延进行均衡的方法，以包括移动站随机接入的公共信道的序列帧的多帧来组织所述信号，以便获取专用信道上的网络服务，并且移动站发送用于使网络计算移动站发送的功率电平和帧周期的相关性的相关字，其特征在于所述方法包括下列连续的步骤：
a)移动站MS向网络发送具有根据开环处理过程计算的功率的相关字；接着在发送相关字后，移动站MS等待第一时间间隔以从包含下列参数值的网络中接收确认消息：
·正确的帧周期，以及
·在所配置公共信道上记录的干扰电平或可替换地适于在其上进行发送的功率电平；
b)在移动站MS接收到确认消息时，它根据所接收的所述参数值调整其帧周期和发送功率，并在该配置的公共信道上发送所述请求消息，接着它等待第二时间间隔以从网络接收专用信道的指定。
附图说明
图1示出包括至少一个基站BS和至少一个移动站MS的蜂窝系统。
具体实施方式
本发明包括在移动站接入网络服务的处理过程期间、用于优化“帧同步”和“功率电平”参数的两个步骤。
第一步主要是，恢复BS和MS之间良好的帧同步，以及由BS指示MS能够以较低概率与小区的其它用户冲突或干扰来发送其接入请求的物理公用接入信道。
第二步是，在MS开始使用更新的周期和功率值在网络所指定的专用资源上发送之前，更新上述参数。
应注意，签名分组与相关字(correlation word)类似，除了携载允许网络计算收到的信号的周期和功率电平并相应地进行校正的信号之外，不携载任何信息或高等级的消息。在CDMA系统中，特别是在TD-SCDMA模式中，具有极好的自动和交叉相关特性的签名分组可以由多个移动站并行发送，并被网络正确地解码。其次，网络可以通过使用例如码分类型的多个物理信道、或者通过使用容纳多个应答消息的单一资源同时应答多个请求。
所提出的本方法的主要步骤如下。
A：MS使用根据CDMA系统中公知的开环处理过程计算的功率电平，向网络发送签名分组(根据CWTS采纳的用于TD-SCDMA模式的码元，为UpPTS)；帧周期取自小区同步处理过程。MS在发送签名分组的N帧内等待接收来自网络的确认消息。
可能会出现下述三种情况。
B.1网络在收到签名分组的N帧内应答确认消息，其中包含与移动站使用的签名相同的签名、帧周期的校正、下次向网络发送时使用的功率电平、和/或在将被使用的物理信道上的干扰电平、以及用于发送网络服务接入请求消息的RACH物理信道的结构(以时隙/频率/编码的形式)，这是在为此目的在小区中已经配置多个物理信道的情况下。RACH结构参数可以明确地通过信令发送，或者从移动站中隐含提取，例如由于将被使用的RACH信道和经由其移动站已经从网络收到对签名分组的确认消息的信道之间的关联是事先知道的。
B.2网络在收到签名分组的N帧内应答拒绝消息，其中包含与移动站使用的签名相同的签名，以及在某些情况下，表明在小区中配置的公用接入信道的占用程度的指示，从中MS可以在尝试新接入之前获取延迟时间。
B.3在预期的时间间隔内，没有来自网络的涉及移动站所使用的签名的应答。
C.在B.1的情况下，MS尽快或者在从网络收到应答消息之后正好M帧的时候(所选的策略取决于在系统中建立的规则，这必须使移动站事先知道)在指示给其的RACH物理信道上、使用从网络配置的参数中获得的同步和功率值来发送其接入请求。然后等待(一直到预定的最大时间)从网络接收专用信道的指定。此时，可能存在两种情况。
C.1网络通过指定专用的物理信道对接入请求肯定地进行应答。
C.2MS在预定的最大延迟时间内没有收到对其请求的应答。
D.1在C.1的情况下，MS立即将自己设置为在专用信道上的接收模式，并尽快地、也就是说在指定专用信道之后的K帧在专用资源上发送之前再次发送签名分组，以便更新无线电参数。MS在X帧内等待来自网络的应答，并且在该时间间隔之后立即将其自己设置为在专用信道上的发送模式：发送将以任意速率进行，即使在没有出现来自网络的应答的情况下。参数“K”和“X”由网络配置以便优化冲突几率。为了使该“帧同步”和“功率电平”参数更新处理过程更为有效，参数K和X的值必须要低。
D.2在C.2的情况下，MS再次从点A开始。
E.如果在B.2的情况下，则MS再次从点A开始，使用可利用的由网络所发令的接入信道的占用值，以获取在下次接入尝试之前的延迟时间。
F.如果在B.3的情况下，则MS再次从点A开始。

Claims (12)

1.用于对在基于其中由基站和移动站根据时分多址以及时分双工技术发送码分多址信号的码分多址技术的网络构成的移动蜂窝系统中的接入基站(BS)的移动站(MS)的发送功率电平进行优化并对均衡传播时延进行均衡的方法，以包括移动站随机接入的公共信道的序列帧的多帧来组织所述信号，以便获取专用信道上的网络服务，并且移动站发送用于使网络计算移动站发送的功率电平和帧周期的相关性的相关字，其特征在于所述方法包括下列连续的步骤：
a)移动站(MS)向网络发送具有根据开环处理过程计算的功率的相关字；接着在发送相关字后，移动站(MS)等待第一时间间隔以从包含下列参数值的网络中接收确认消息：
·正确的帧周期，以及
·在所配置公共信道上记录的干扰电平或可替换地适于在其上进行发送的功率电平；
b)在移动站(MS)接收到确认消息时，它根据所接收的所述参数值调整其帧周期和发送功率，并在该配置的公共信道上发送接入请求消息，接着它等待第二时间间隔以从网络接收专用信道的指定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在分配一个专用信道给进行请求的移动站(MS)的情况下，移动站(MS)立即将自己设置为在专用信道上的接收模式以及发送模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)和b)所述的公共信道的配置参数是由所述确认消息告知的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)和b)所述的公共信道的配置参数是从移动站隐含地得到的，因为在将要使用的所述公共信道和通过已从网络接收到有关相关字的确认消息的移动站的信道之间的关系是预先知道的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，在移动站(MS)接收到确认消息时，移动站(MS)在该相同的帧处即刻发送所述接入请求消息或者在从网络接收到确认消息之后的M帧处准确地发送所述接入请求消息，根据移动站必须预先知道的系统中建立的规则而选择策略。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一时间间隔内，不管所述移动站(MS)是否从包含所述移动站使用的相关字相同的相关字的网络中接收拒绝消息，移动站(MS)仍继续其尝试新接入的操作程序。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述拒绝消息包括小区中配置的公共接入信道的占用程度的指示，根据该指示，在尝试新接入之前，移动站(MS)能获得延迟时间。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，移动站(MS)使用网络告知的、用于获得尝试新接入之前的延迟时间的公共接入信道占用值而继续其操作程序。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不管在所述第一时间间隔是否没有来自网络的、关于移动站使用的相关字的应答，移动站(MS)都尝试新接入。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不管所述第二时间间隔是否结束而移动站(MS)没有接收到对于其请求的应答，移动站都尝试新接入。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，还包括在专用信道被分配给进行请求的移动站(MS)的情况中执行的下列步骤：
c)移动站(MS)立即将自己设置为在专用信道上的接收模式，并在该相同的帧处即刻再次发送所述相关字到所述网络，或者准确地在分配所述专用信道之后的K帧处发送所述相关字；
d)移动站(MS)在发送相关字之后等待第三时间间隔以接收来自网络的应答消息，包括更新的正确的帧周期以及在分配给移动站的专用信道上记录的干扰电平或可替换地，适于它在所述专用信道上进行发送的功率电平；
e)在所述移动站接收到应答消息的情况下，移动站根据所述更新的参数调整时间同步和发送功率，并第一次接入所述专用信道。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，在所述第三时间间隔结束时，移动站(MS)立即也将自己设置为在专用信道上的发送模式，并且即使没有来自网络的应答也将进行发送。
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