CN100426689C - 在无线通信系统中同步上行方向的信号传输的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的在无线通信系统的上行方向中同步信号传输的方法，所述的无线通信系统支持CDMA用户分离方法，以在基站和至少一个用户台之间的无线接口上传输信号，在所述的用户台内，利用一个由多个码片组成的专用扩展码而在数字基带内把需要传输的信号扩展成相应的传输块，以及借助一个是码片速率的多倍的时钟速率来控制基于所述时钟速率的相对时间偏移，以产生所述的传输块。

Description

在无线通信系统中同步上行方向的信号传输的方法

技术领域

本发明涉及一种在从无线通信系统的至少一个用户台到基站的上行方向中同步信号传输的方法。本发明尤其适用于移动无线系统。

背景技术

在无线通信系统、譬如第二代GSM(全球移动通信系统)欧洲移动无线系统中，信息(譬如语音、图像信息和其它数据)是借助电磁波经无线接口传输的。所述的无线接口涉及基站和用户台之间的连接，其中用户台可以是移动台或地点固定的无线电台。在此，电磁波是利用位于为相应系统所规定的频带内的载频来发射的。对于未来的无线通信系统，譬如UMTS(通用移动电信系统)或第三代的其它系统，频率被设定位于约2000MHz的频带内。为第三代移动无线电设立了两种模式，其中一种模式是FDD工作(频分双工)，另一种模式是TDD(时分双工)。所述的模式分别应用于不同的频带。该两种模式均支持所谓的CDMA用户分离方法(码分多址)。

对于在“用于IMT-2000的TD-SCDMA无线传输技术”、草案V.0.4、CATT、1998年9月中所建议的第三代移动无线系统，它是基于所述支持CDMA用户分离方法的TDD模式。通过使用CDMA用户分离方法，基站可以并行地处理由多个用户在一个时隙内发送的传输块，该传输块通常由一个数据部分和一个已知的训练序列组成。但是，为此必须保证所述的传输块和尤其确保相应的训练序列在一个确定的时窗内到达基站，以确保可靠地检测和分离不同的信号。在已知的基于CDMA的无线通信系统中，同样会在上行方向中出现信号传输的这种同步问题。

因此，正如从GSM移动无线系统已知的一样，用户台各个时基的同步按照现有技术通常是在连接建立过程中实现的，其中，在从用户台接收信号之后，基站通过发送校正值信令来调节相应用户台的时间基准。由于所述的时间校准可能譬如因用户台的移动而不断地变化，所以必须周期性地校准所述用户台的时间校准，以遵守时间同步。为此，为第三代移动无线系统建议：以某个周期性发送一个特殊的同步信息。在此，所述的同步信息(SS-同步偏移)对应于码片中的具有正负符号的某个步距。

为了获得时间基准的准确控制，需要在用户台内根据小于码片速率的时标来改变所述的时间基准。因此本发明的任务在于提供一种方法和用户台，它们能简单地利用子码片速率实现同步。

WO 97/31429公开过一种用于同步从CDMA通信系统的用户台至基站的传输的方法，其中，由用户台发送的多个无线块是利用扩展码的以1/2个码片进行区分的时间匹配来发送的。

在US 5,943,331和US 5,446,727中分别公开过基于CDMA的通信系统，其中，正交码的相位或发送的时间匹配是以码片的几分之一进行匹配的。

发明内容

本发明所基于的任务在于简化地实现所述的时间匹配控制。该任务由以下技术方案来解决。

根据本发明的一种在无线通信系统的上行方向中同步信号传输的方法，其中，所述无线通信系统支持CDMA用户分离方法，以在基站和至少一个用户台之间的无线接口上传输信号，在所述方法中：在所述用户台内，利用一个由多个码片组成的专用扩展码而在数字基带内把需要传输的信号扩展成相应的传输块；在对所述传输块的码片进行脉冲整形时存储相应的脉冲响应；借助滤波器系数组来实现对所存储的脉冲响应进行采样，其中所述滤波器系数组相互之间具有一个与多倍于码片速率的时钟速率相对应的时间偏移；以及，通过选择采样时间点和/或滤波器系数组来控制所述传输块的时间偏移。

根据本发明的一种无线通信系统的用户台，具有：用于求出时间偏移以在无线接口上把信号发送给基站的装置；用于利用一个由多个码片组成的扩展码在数字基带内对需要传输的信号进行扩展的装置；用于存储在对码片进行脉冲整形时所产生的脉冲响应的装置；用于利用多个滤波器系数组对所存储的脉冲响应进行采样的装置，所述的滤波器系数组相互之间具有一个与多倍于码片速率的时钟速率相对应的时间偏移；以及，用于通过选择采样时间点和/或滤波器系数组来控制所述的时间偏移以发送信号的装置。

本发明还包括基于上述技术方案的优选改进方案。

根据本发明，为了在上行方向同步信号传输，在用户台内利用一个由多个码片组成的专用扩展码而在数字基带内把需要按CDMA方法传输的信号扩展成相应的传输块。借助一个是码片速率的多倍的时钟速率来控制基于所述时钟速率的相对时间偏移，以产生所述的传输块。

本发明的该方案有利地实现了：通过根据一个是码片速率的多倍的时钟速率来产生所述的传输块，可以实现一个与至少一个时钟周期相对应的最小时间偏移(定时超前)。

根据第一改进方案，所述的时钟速率被选择为所述码片速率的整数倍。在此，2ⁿ倍的多倍码片速率是非常有利的，因为通过采用级联的时钟速率分频器，所述的时钟速率还可以被用来生成所述的码片速率。

根据本发明的替换和补充的改进方案，可以用不同的方式来产生所述的传输块。

根据第一种替换的改进方案，利用所述的时钟速率来执行数字基带内的所有信号处理。该解决方案可以简单地把基于码片速率的已知实现的信号处理转变成本发明的实现，而本发明的实现对在上行方向内按时间发送信号具有较高的控制精度。

根据第二种替换的改进方案，所述的时钟速率仅被用来根据过采样进行基于码片速率的脉冲整形。这种实现有个优点，即与所述的第一种替换解决方案相比，再也不必在用户台的发射支路中基于时钟速率执行所有的信号处理。在此，可以跳过过采样的一个或多个时钟周期，以便实现脉冲整形的延迟。所述的脉冲整形譬如根据已知的RRC(根升余弦)滤波来实现，正如其被应用在本文所引用的TD-SCDMA系统中一样。

按照所述第二种替换改进方案的改进方案，另外还利用脉冲整形的开始的变化来控制所述的时间偏移，由此可以根据所述的时钟速率来实现所述脉冲整形在时间上的负偏移。

根据第三种替换改进方案，在生成下一传输块时，通过加入或取消至少一个时钟周期来改变所述在生成两个相继传输块之间的时间偏移。这譬如可以通过计数器来实现，由该计数器在脉冲整形时针对传输块的生成而分别计数若干个时钟周期。在上述改变时间偏移的情况下，需计数的时钟周期的数量根据所述时间偏移的相对变化而被增加或减少。

根据第四种替换改进方案，在所述的脉冲整形时所生成的脉冲响应。在此，该临时存储譬如可以独立于所述的脉冲整形而借助一种后接的且由时钟速率控制的存储器来实现，或被综合在所述的脉冲整形内。

按照一种基于所述第四种替换改进方案的改进方案，另外还借助多个滤波器系数组来实现对所存储的脉冲响应进行采样。同时，所述的滤波器系数组相互之间具有时间偏移。因此，如果利用一个比所述滤波器系数组的各采样时间点之间的时差更低的时钟速率来执行所述的采样，则可以优选地调节一个更大的时间偏移宽度。

根据另一改进方案，所述的滤波器系数组譬如可以优选地被存储在一个存储装置中，并根据所要求的时间偏移被选出或被自适应地求出。

附图说明

下面借助附图来详细讲述本发明的实施例。其中：

图1示出了无线通信系统的框图，

图2简要地示出了利用TD/CDMA用户分离方法的无线接口的帧结构，

图3示出了用于对上行方向的信号传输进行同步控制的流程图，

图4示出了用户台的发射支路的电路框图，

图5示出了用于对图3的发射支路中的信号进行扩展和调制的电路框图，以及

图6示出了多个滤波器系数组的生成。

具体实施方式

图1示出了移动无线系统的一部分，以作为无线通信系统结构的实施例。移动无线系统总是包括许多移动交换局MSC，它们属于一个交换网(SSS交换子系统)，并且相互连接成网以及建立进入固定网的入口，还各自包括一个或多个与这些移动交换局MSC连接的基站系统BSS(BSS基站子系统)。基站系统BSS又具有至少一个用于分配无线技术资源的装置RNC(RNC无线网络控制器)以及至少一个分别与之相连接的基站NB(NB节点B)。

基站NB可以经无线接口建立和保持通向用户台UE(UE-用户设备)的连接。每个基站NB构成至少一个无线小区Z。无线小区Z的大小一般取决于由基站NB分别以最大而恒定的发射功率所发射的公共信令信道(BCCH广播信道)的作用距离。在分成扇区的或在分层的小区结构中，每个基站NB也可以供给多个无线小区Z。这种结构的功能性可以被转用到可应用本发明的其它无线通信系统上。

上文所引用的TD-SCDMA移动无线系统的基站NB具有一些方向特性可变的天线，使得在针对接收和某些发射而确定方向之后，能有目的地根据用户台UE调准方向特性。公共信令信道BCH被全向地发送，而且用户台UE在随机接入信道RACH内的首次接入也是全向地被接收的。否则所述基站NB的其余发送和接收便是选向地执行的。这还涉及紧接于所述成功的首次接入之后的、在RACH和确认信道EACH(前向接入信道)内的发送。

图1的实施例示出了位于基站NB的无线小区Z内的用户台UE。用户台UE已向基站NB建立通信连接，在该通信连接的上行方向UL和下行方向DL上进行所选择的业务的信号传输。通信连接通过一个或多个分配给用户台UE的扩展码而从在无线小区Z内并行构造的多个通信连接中分离出来，其中，用户台UE总是使用当前在无线小区Z内分配的所有扩展码，以根据已知的联合检测方法来接收自己的通信连接的信号。

TD-SCDMA移动无线系统的无线传输的帧结构如图2所示。该无线接口被构造为宽带的无线接口，它具有B＝1.6MHz的频带(因此每5MHz为3个频带)、5ms的时帧时延(因此每UTRA时帧为两个时帧fr)、相应长度为675μs的用于通信信道的7个时隙ts、以及通过使用16个不同扩展码c0～c15(参见图3)的CDMA用户分离法。

在所示的TDD传输方法中，用于上行方向UL的频带B与用于下行方向DL的频带B是一致的。其它的载频也是同样重复的。通过为上行或下行方向UL、DL变化地分配时隙ts，可以进行各种不对称的资源分配。一部分时隙td0...tdn被相应地用于下行方向DL(下行链路)的信号传输，而其余的时隙tu0...tum被用于上行方向UL(上行链路)的信号传输。参数n、m以及由此还有切换点SP可以专门地同当前的需要相匹配，其中总是适合关系式n+m+2＝7。在时间上紧接于下行方向DL的第一时隙td0之后有一个表现为切换点SP的、用于分隔传输方向DL和UL的保护时间。

所述的保护时间由一个长度为75μs的下行导频时隙DPTS、一个长度为75μs的防护时间GP、以及一个长度为125μs的上行导频时隙UPTS组成，其中，所述的上行导频时隙用于发送一组用所谓的黄金码进行区分的同步序列，所述的防护时间用于基站NB内的位于发送和接收之间的切换过程，以及所述的下行导频时隙用于在通过用户台UE利用随后的信令在随机接入信道RACH上尝试建立连接时发送一个同步序列。为在该接入过程中区分多个用户台UE而再次使用了一组黄金码。

在时隙ts内，多个通信连接的信息是在无线块内传输的。数据d按照连接专门地利用一种精细结构、也即扩展码c进行扩展，以便在接收侧譬如通过这种CDMA分量分离出n个连接。对数据d的各个符号进行扩展的作用在于，在符号时延T_sym内传输Q个时延为Tc的码片。在此，所述的Q个码片构成了连接专用的扩展码c。另外，在无线块内还嵌入了一个信道测试序列tseq，以用于接收侧的信道估测。一个无线块总是以保护时间gp结束。

为所述TD-SCDMA系统所采用的无线接口参数优选地为：

码片速率：  1.28M码片/秒

帧时延：    5ms

时隙数量：  7(通信信道)

时隙时延：  675μs

扩展因子：  1～16

带宽：      1.6MHz

这些参数能够与UTRA及TDD模式(FDD：频分双工)和已知的GSM移动无线系统实现尽可能最好的协调。

图3示出了在基站NB和用户台UE之间发送信令的流程图。

由基站NB周期性地在公共信令信道BCH内经移动无线系统而在该基站NB的无线服务区内发送一些组织信息(步骤1)。当用户台UE被接通时，由它首先求出合适的频带，并随后借助在下行导频时隙DPTS内所发送的最强同步序列来选择出合适的相邻基站NB。在对所选择的基站NB的BCH的组织信息进行分析之后，用户台UE借助BCH的接收强度确定出一个相应的发射功率，并借助所述的同步序列确定一个接收时间点(步骤2)，以便随后在上行导频时隙UPTS内发送一个同步序列，其中，它还为所述的同步序列选择一个合适的黄金码。该过程被称为下行方向内的同步(下行链路同步)。

尽管接收了基站NB的同步序列以便在下行方向进行同步，但用户台UE到基站NB的距离仍是未知的，这将会不利地导致上行方向内的非同步的信号传输。如果此时由基站NB在某个接收窗口内接收所述由用户台UE在上行导频时隙UPTS内发送的同步序列，那么它便可以求出接收强度和时间偏移。基站NB根据该求出的参数确定出所述同步信息SS的内容(步骤4)，随后在确认信道FACH内把它发送给用户台UE(步骤5)。在接收到FACH内的同步信息SS之后，由用户台UE控制发射功率和所需的时间偏移以同步上行方向的信号传输(步骤6)。接着便可以继续所述的连接过程，或在所分配的传输信道内进行数据传输(步骤7)。

由于多个激活的用户台的训练序列在相同的时隙内只是单个周期性基本代码的时间偏移型式，所以基站NB能够顺序地检测出所述的训练序列。因此，根据用户台的用于同步上行方向信号传输的某个容差，基站NB可以周期性地、譬如按照时帧求出相应的同步信息SS(步骤8)，并在FACH内将其发送给用户台UE(步骤5)。

所述的同步信息SS譬如由层1信令PC(功率控制)和TA(定时超前)组成。根据上述现有技术，至少为所述的时基参数采取固定的值，也就是说利用固定的步距来控制所述的时间偏移。于是譬如基于码片来控制所述的时间偏移，也即在每次发送同步信息SS时把上行方向的信号传输所采用的时基提前或延迟一个码片，或按照本发明提前或延迟一个时钟周期。

在CDMA传输方法中，用户台譬如采用一种如图4所示的发射装置结构。需要在无线接口上传输消息源的数据流。为此执行源编码和信道编码，并随后对数据流执行交织。在把数据流转换成无线块之后，通过用专用的扩展码进行扩展来实现调制，所述的扩展码允许从无线接口上的混合信号中区分出用户信号。随后在一个码片脉冲滤波器内对被调制的信号进行滤波，以对传输块进行脉冲整形，然后执行数/模变换和放大，接着经用户台的发射天线把所述的信号发射出去。

在图5中详细地示出了在扩展和调制过程中的典型流程，这在所引用的现有技术CATT的章节4.5.1.2“扩展和调制”、第17页、图4.9中曾公开过，它被用于在下行方向中所采用的物理传输信道。该流程同样也可以在用户台中被用来对在上行方向中发射的物理传输信道进行扩展和调制。

根据图4和图5，本发明的用户台具有：用于求出时间偏移以在无线接口上把信号发送给基站的装置；用于利用一个由多个码片组成的扩展码在数字基带内对需要传输的信号进行扩展的装置；用于存储在对码片进行脉冲整形时所产生的脉冲响应的装置；用于利用多个滤波器系数组对所存储的脉冲响应进行采样的装置，所述的滤波器系数组相互之间具有一个与多倍于码片速率的时钟速率相对应的时间偏移；以及，用于通过选择采样时间点和/或滤波器系数组来控制所述的时间偏移以发送信号的装置。上述用户台还具有用于存储和/或自适应地求出所述滤波器系数组的装置。

对由两个比特组成的各个对实施一种串行/并行转换S/P，并将其映射到I或Q支路上。所述的I和Q支路随后利用相同的专用扩展码c被扩展成码片速率。在后接的低通滤波器LP中对每个码片进行脉冲整形滤波。在此，所述脉冲整形滤波器的脉冲响应h(t)譬如为一种RRC(根升余弦)，其中该脉冲响应h(t)被定义为：

$h\left(t\right)=\frac{\sin \mathrm{\π}\frac{t}{\mathrm{Tc}}}{\mathrm{\π}\frac{t}{\mathrm{Tc}}}\·\frac{\cos \mathrm{\α\π}\frac{t}{\mathrm{Tc}}}{1-{4\mathrm{\α}}^2\frac{t^2}{{\mathrm{Tc}}^2}}$

其中滚降因子α＝0.22，码片时延Tc＝0.78125μs。

在所述的脉冲整形滤波器中，根据本发明以不同的方式来实现所需的时间偏移的控制，以同步上行方向的信号传输。下面参见图6和接下来的表格来详细阐述所述替换解决方案的一种示例的实现。

图6的实施例是基于两种可配置的参数的合作，以便在脉冲整形滤波器中进行脉冲整形时产生某个时间偏移。对此，在利用两倍的码片速率进行典型的过采样且另外还临时存储脉冲响应的情况下，所述的参数对应于选择某个滤波器系数组0...3。每个系数组0...3对应于所述脉冲整形滤波器的被分别偏移1/8个码片时延的脉冲响应的采样。于是，通过结合两倍的过采样和所述被时间偏移的系数组，可以得出1/8个码片时延的分辨率。因此，每个滤波器系数组对应于所存储脉冲响应的被偏移1/8个码片的型式的采样。在此，所述的滤波器系数组0...3譬如被存放在一个特殊的存储器内，并根据所需的时间偏移TA来进行选择。作为替换方案，也可以使用单个的滤波器系数组，它被分别偏移某个时间偏移和自适应地进行匹配。

下面的表格示出了所述两种参数的组合可能性和由此所实现的时间偏移TA。

码片中的TA	加上1/2个码片	滤波器系数组
			0	否	0
1/8	否	1
			1/4	否	2
3/8	否	3
			1/2	是	0
5/8	是	1
			...	...	...

图6所示的、且用滤波器系数组的号标明的各个采样点涉及所述的滤波器系数组0，其无需附加的临时存储或加上1/2个码片(否)。从图6可以看出，通过以对应于1/8个码片时延的步骤在采样时间点之间进行相对偏移，可以在时间变化较小的同时(1/8个码片时延)为时间偏移TA实现更大的控制宽度，并由此为上行方向的信号发送实现非常精确的时间控制。

Claims (7)

1.一种在无线通信系统的上行方向(UL)中同步信号传输的方法，其中，所述无线通信系统支持CDMA用户分离方法，以在基站(NB)和至少一个用户台(UE)之间的无线接口上传输信号，在所述方法中：

在所述用户台(UE)内，利用一个由多个码片组成的专用扩展码(c)而在数字基带内把需要传输的信号扩展成相应的传输块；

在对所述传输块的码片进行脉冲整形时存储相应的脉冲响应；

借助滤波器系数组(0，1，2，3)来实现对所存储的脉冲响应进行采样，其中所述滤波器系数组(0，1，2，3)相互之间具有一个与多倍于码片速率的时钟速率相对应的时间偏移；以及

通过选择采样时间点和/或滤波器系数组(0，1，2，3)来控制所述传输块的时间偏移。

2.如权利要求1所述的方法，其中，

所述时钟速率被选择为所述码片速率的整数倍。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

利用脉冲整形的开始的变化来控制所述时间偏移。

4.如权利要求1所述的方法，其中，

在生成下一传输块时，通过加入或取消至少一个时钟周期来改变所述在生成两个相继传输块之间的时间偏移。

5.如权利要求1所述的方法，其中，

所述滤波器系数组(0，1，2，3)被自适应地求出和/或存储。

6.一种无线通信系统的用户台(UE)，具有：

-用于求出时间偏移以在无线接口上把信号发送给基站(NB)的装置；

-用于利用一个由多个码片组成的扩展码(c)在数字基带内对需要传输的信号进行扩展的装置；

-用于存储在对码片进行脉冲整形时所产生的脉冲响应的装置；

-用于利用多个滤波器系数组(0，1，2，3)对所存储的脉冲响应进行采样的装置，所述的滤波器系数组(0，1，2，3)相互之间具有一个与多倍于码片速率的时钟速率相对应的时间偏移；以及

-用于通过选择采样时间点和/或滤波器系数组(0，1，2，3)来控制所述的时间偏移以发送信号的装置。

7.如权利要求6所述的用户台(UE)，具有：

用于存储和/或自适应地求出所述滤波器系数组(0，1，2，3)的装置。

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