CN100397792C - 一种将umts移动无线系统连到网络的方法 - Google Patents
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Abstract
在使用将UMTS移动无线系统连接到网络的方法时，为了能够缩短初始同步时间，并/或延长待机时间，UMTS移动无线系统在一个或多个有限的RF接收窗口中接收并保存信号，随即在HF接收机关闭后开始处理信号。
Description
本发明涉及一种将UMTS移动无线系统连接到网络的方法，具体地涉及缩短UMTS移动无线系统的初始同步时间，和/或能够延长其待机时间。当UMTS移动无线系统的HF接收机打开时，会通过UMTS(全球移动通信系统)的各种各样的物理信道接收到周围基站的信号，特别是那些用于初始同步、附近服务小区测定、寻呼接收的特定帧信号。
这种方法可见于技术规范3 GPPTS 25.214 V3.10.0(2002至2003)，特别是附录C第49页，标题为“用于UMTS的WCDMA，第3代移动通信的无线接入。Harri Holma，Antti Toskala，John Wiley&Sons公司，Chichester，NewYork，Weinheim，Brisbane，Signapore，Toroto”。
相比GSM系统，UMTS具有CDMA(码分多址)接入技术，这样信息就总是可以在各类物理信道上同时存在。这些物理信道主要用于初始同步、附近基站的测定以及寻呼接收功能。这些信道包括：PSCH主同步信道、SSCH辅助同步信道、CPICH公用导频信道、PICH寻呼指示信道、PCH寻呼信道。另外，还可以加入一些其它的信道来完成相应的功能，但本文不涉及这些信道。
移动无线系统的待机时间是指到达电池必须重新充电的时间周期，是一个非常重要的使用特性。如果没有激活的语音或数据连接，则系统通常切换到节能的模式。然而，移动无线系统需要周期性地从网络中接收信息，以便获知来电呼叫及改变环境周围的基站。为此，移动无线系统的高频(HF)接收机必须打开。
待机时间取决于HF接收机的功耗。相比于移动无线系统的其它部件而言，HF接收机的功耗则相对较高。HF接收窗口越短，则使用时间将越长。
移动无线系统只需要很短的必要初始同步时间，因此一旦移动无线系统改变了位置，它就能够以最短的时间寻找到网络连接，然后处于待机模式。
在UMTS移动无线系统中，大量的信号处理功能通常都由实时硬件实现。因为UMTS移动无线系统的数字基带接收机的输入端的高数据速率，所以只要数据一进入就立即被处理完。只有最终的处理结果被以各种形式保存起来。所有那些需要以前的信息才能处理的步骤都顺序地执行。在此期间，HF接收机需要接通。由于顺序执行需要较长的时间，RF接收窗口就相应地变长。因为当HF接收机打开后会有很高的功耗，于是待机时间就相应地减少了。这样的情况出现在初始同步、附近基站测定以及待机期间寻呼接收系统的执行。
而在本文开始描述的用来缩短初始同步时间、和/或延迟待机时间的方法正是本发明的目标。
上述目标体现在权利要求1描述的各个特征中。
在有限时段的接收窗口中，来自所有有关信道中的信号都被同时接收并保存起来。在接收窗口的开始，HF接收机被打开；在接收窗口的结束，HF接收机被关闭。当HF接收机关闭后，再开始处理被保存的信号，因此，此时移动无线系统的功耗就相对较低。总之，该方法会导致待机时间延长。数字信号处理发生在脱机状态。
除了能够缩短初始同步时间并延长待机时间外，还可获得下列好处：a)因为相同的接收数据被用于不同的处理步骤中，所以该方法能便于保留中间结果的一致性，但对于实时硬件方法而言则会有问题，这是因为不同处理步骤间的信道条件可能发生了显著改变；b)因为脱机处理和数据缓冲，数字信号处理会比常规的UMTS移动无线系统方式更加灵活，并能够及时地计划调度和执行。该方法能够依照不同的条件而进行高效地处理。
RF接收窗口通常为UMTS一帧的时间长度，即10ms。然而，RF接收窗口还可以依赖不同的接收条件而拥有可变的时间长度。
所有这些以及本发明其它方面的内容将会在下面的内容中进行清楚地阐述。
在图中：
图1显示了在通常的UMTS初始同步时段的理想的时间比率；
图2显示了按照本发明实现的初始同步时段的时间比率；
图3显示了在待机期间UMTS的寻呼信号和附近基站测量时所发生的周期性的常见时间比率；
图4显示了在待机期间按照本发明的方法所发生的比率；
图5进一步显示了在假设各个移动无线系统没有被寻呼信号所呼叫，以及附近基站的测量时段要长于寻呼时段时所发生的情形。
在图1至图4中，为了简化图形的表示仅仅画出了3个相关的附近基站的情形。实际上，能够捕获的附近基站数可以达到32个。
在常规的UMTS移动无线系统中，用于初始同步的基本方法如下(参见图1)：
1、用户在任意时刻t0打开移动无线系统。第1步，主同步信道(PSCH)首先被测定并发现周围所有相关基站或服务小区的所有传播路径。这1步在持续10ms的任何预定UMTS帧内完成。通过在PSCH上发送的数据信息，还不能区分各类基站以及确定UMTS帧的起点。
2、因此，从第1步发现的那些传播路径中挑选出功率将是有效的那些路径。在此选择的基础上，在辅助同步信道中识别扰码组和帧时间，即属于选定路径的基站的时序。SSCH测定大概在第1帧之后的时刻t1开始，并持续1帧直到时刻t2。
3、第3步，就可以确定出所选路径的时序，以及经由公用控制信道(称之为公共导频信道CPICH)的相应基站(图1中的基站1)的扰码组。
4、第4步，从时刻t3开始，借助于CPICH检测出某一时间间隔内发生的所有路径。这些路径被从路径表中勾去并做上标识。然后，对应其它附近基站(基站2，基站3，基站4)的路径再执行所述步骤，一直持续到时刻t4。在时刻t4，初始同步功能就已经执行完毕。在时刻t0至t4期间的时段中，移动无线系统的HF接收机被打开。理想地，该时段至少持续7帧，即70ms。实际上，该过程还可能持续几分钟，假如处于关机状态地移动无线系统处于远程基站的范围内。
与之相反，按照本发明建议方法的初始同步过程如下执行：
用户在任意时刻打开UMTS移动无线系统。在时刻t0后的某个建立时间，移动无线系统的内存中接收了可接受的四个服务小区(参见图2中的帧缓冲)的PSCH、SSCH、CPICH的单个帧的所有信息。这些就发生在t0到t1即10ms的时段内。在时刻t1，HF接收机关闭。而t0至t1的时段就是接收窗口。在时刻t1之后，移动无线系统的HF接收机关闲，被保存的信息被处理。
通过比较图1和图2，可以看出图2中的方法所需要的接收窗口要比图1中的方法缩小7倍。
1.在待机模式下，UMTS移动无线系统的大多数部件通常为了省电而处于关机状态。为了接收寻呼，即关于附近服务小区的呼叫宣告以及系统测量，这些部件被周期性地激活。商业UMTS接收机的基本方法本质上都是如下所述(参见图3)：
1、在待机模式下，移动无线系统与以前初始同步期间确定的当前网络中的基站或小区周期性地进行重新同步。在下面的例子中指服务小区1。一般说来，并非总是需要执行完整的初始同步操作，因为这确实没有什么必要，仅对CPICH进行路径搜索(参见图3，对于服务小区的CPICH传播路径检测)，该操作持续1帧即10ms。
2、接着，执行寻呼接收(参见图3中的寻呼接收)，该操作发生在高阶寻呼信道、寻呼指示信道(PICH)和特定寻呼信道上，被称之为寻呼信道(PCH)。PICH涉及一组移动无线系统而PCH则只寻呼该组中的单个移动无线系统。PCH完整地包含了要被寻呼的移动无线系统的具体标识号码。
附近服务小区2、3、4的测量以PICH、PCH信道上的寻呼信号处理开始同时进行。寻呼时段至少持续8帧(图3中没有标明)。在图3所示的方法中，HF接收机在包含8帧的寻呼时段内至少要打开并持续4帧。
另一方面，按照本发明提供的方法，其过程如下(如图4)：
1、HF接收机在确定的时刻t0’，即紧邻由基站发送必要的PCH信息前打开。
2、接收机建立时间之后，接收到一帧UMTS信号的全部信息并将其保存到移动无线系统中。此过程发生在时刻t0’至时刻t1’之间(参见图4中的帧缓冲)。
3、HF接收机在一帧的末端t1’处再次关闭，位于t0’和t1’之间的帧就被保存下来。当HF接收机关闭后(参见图4中的处理时间窗口)，帧中包含的及与各个信道相关的信息就能够被进一步处理。
4、包含在PICH中的信息可以忽略掉，因为必要的信息也可从PCH中获得。
所接收的数据用于与网络中的服务小区进行重新同步。而t0’和t1’时段内接收的数据，还可以用来对附近小区的UMTS系统进行测量。
通过对具体例子的比较分析(参见图3、4)，可以看出按照图4显示的本发明方法，RF接收窗口要比图3显示的方法缩短4倍，这就意味着能够获得相当长的待机时间。该建议方法允许RF接收窗口按照附近小区的个数进行缩短。另外，如果忽略PICH信号和PCH信号间的间隙，则能够进一步减少HF接收机的开机时间，假如UMTS对于附近小区的探测时间长于寻呼时间(参见图5)。
图5显示了一个包含8至512帧的寻呼时段PP，以及一个用于测量附近基站并持续8个寻呼时段的测量时段MP。
PICH和PCH信号发生在每个寻呼时段内。HF接收时间窗口(RF接收窗口)在每个PICH信号中都能发现，但只在测量时段MP的一个PCH信号中。对RF接收窗口而言，还可以存在这些发现情形：图4中、同步服务基站后(参见图5中对服务基站的CPICH传播路径探测)、寻呼处理(参见图5中的寻呼处理)以及附近服务小区的测量(参见图5中对附近基站的CPICH系统测量)。RF接收窗口在PICH中至多有533us，在PCH中RF接收窗有一帧的时间。在保存后，正如以前描述的那样，信号可被脱机处理。总的RF接收时间＝10ms+7×533us，即13.73ms。与完整的PCH接收所需的时间8帧(80ms)相比，能够节约80/13.73＝5.82倍。
也就是说，在一个测量时段中，如果对附近小区进行测定的时间要比寻呼时间长，那么PCH的信息仅在每个测量时段中被接收、保存和评估一次，否则在每个寻呼时段中仅有PICH的信息被保存和评估。
RF接收窗口并不需要一帧的时间。实际上，RF接收窗口可短、可长、可变。例如，为了完整保存这个信息用于下次处理，RF接收窗口可选择为与最长的单个处理步骤持续时间一样长。
Claims (10)
1.一种将全球移动通信系统UMTS移动无线系统连接到网络的方法，当UMTS移动无线系统的HF接收机打开时，会在UMTS的各种各样的物理信道接收到来自周围基站的信号，其特征是位于一个或多个RF接收窗口的信号由UMTS移动无线系统接收并被保存，在RF接收窗口的信号被保存后，HF接收机关闭，随后，保存的信号在HF接收机关闭后在UMTS移动无线系统中被进行评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在UMTS的各种各样的物理信道接收到来自周围基站的所述信号用于初始同步、附近服务小区测定、寻呼接收及出现在UMTS特定帧中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是RF接收窗口至多仅有最长的单个处理步骤持续时间的长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是RF接收窗口至多仅有UMTS一帧的时间长度。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征是RF接收窗口根据不同的接收条件会有不同的时间长度。
6.根据权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征是HF接收机可以在任意时刻打开进行初始同步，在建立时间之后，收到来自基站的一帧UMTS信号并进行保存。
7.根据权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征是在UMTS移动无线系统处于待机模式下，HF接收机在确定的时刻周期性地接通，用来接收寻呼信号和实现与附近服务小区的同步，所谓确定的时刻是指紧邻必要的寻呼信道PCH信息接收前的时间。
8.根据权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征是如果寻呼信道PCH的信息在相应的接收帧内被收到并进行了保存，那么寻呼指示信道PICH的信息就不被接收和进行保存。
9.根据权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征是在一个测量时段中，如果对附近小区进行测定的时间要比寻呼时间长，那么PCH的信息仅在每个测量时段中被接收、保存和评估一次，否则在每个寻呼时段中仅有PICH的信息被保存和评估。
10.一种移动无线系统，当该移动无线系统的HF接收机打开时，该系统开始接收来自附近基站的发生在特定帧内的信号，其特征是，移动无线系统接收并保存处于一个或多个RF接收窗口中的信号，在一个或多个RF接收窗口中的信号被保存后HF接收机关闭，随后所保存的信号在移动无线系统中在HF接收机关闭的同时被进行评估。
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