CN101064950B - 一种获取用户终端收发通道传输时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取用户终端收发通道传输时间的方法，设置两个用户终端的物理层支持回环测试，并设置能够生成TDD帧结构信号的信号源，该方法包含：两个用户终端接收来自信号源的下行信号，建立与信号源的同步；发射信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为发射状态，并在预先设定的时隙发送IQ信号，记录相对于信号源时间基准的发送IQ信号的时间；接收信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为接收状态，并对来自发射信号的用户终端的信号进行接收，记录相对于信号源时间基准的收到IQ信号的时间；将所述发送IQ信号的时间与接收IQ信号的时间进行比较，得到用户终端收发通道的传输时间。

Description

一种获取用户终端收发通道传输时间的方法

技术领域

本发明涉及通信领域的时间延迟技术，特别是指一种获取用户终端收发通道传输时间的方法。

背景技术

在时分的时分双工(TDD，Time Division Duplex)移动通信系统中，对上、下行链路均要求严格的同步。用户终端从开机到进入空闲模式的过程中，仅与基站建立了下行同步，此时用户终端并不知道与基站的距离。在随机接入过程中，用户终端与基站建立了上行同步，即基站要求不同距离的不同用户终端发送的上行信号能够同步到达。对于TDD移动通信系统而言，上行同步能够为通信系统带来极大的好处：由于移动通信系统是工作在具有严重干扰、多径传播和多普勒效应的实际环境中，几乎不可能实现理想的同步，让每个上行信号的主径达到同步，能够保证上行信号的不相关，降低码间的相互干扰，改善通信系统的性能，使得通信系统的容量由于码间干扰的降低而大大提高，同时基站接收机的复杂度也大为降低，简化了基站接收机的设计。

在TDD移动通信系统中，由于基站和用户终端之间存在传播时延，使得用户终端实际接收下行信号的时间总是滞后于没有传播时延情况下基站发射下行信号的时间，为了补偿传播时延实现上行同步，用户终端会以收到的下行数字基带信号作为定时基准，采取时间提前的方式发射上行信号。

例如，在时分同步的码分多址接入(TD-SCDMA，TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access)移动通信系统中，用户终端在接入网络的开环阶段，其物理层测量到本小区的主公共控制物理信道(P-CCPCH，Primary Common Control Physical Channel)接收信号码功率(RSCP，Received Signal Code Power)后上报给高层，用户终端的高层根据收到的P-CCPCH RSCP和收到的基站广播的系统消息中所配置的P-CCPCH发射功率，计算出路径损耗，然后根据路径损耗和传播损耗公式大致估算出用户终端与基站之间的距离，这样，根据估算出的距离就能够大致得到时间提前量。用户终端得到时间提前量后，以估计的时间提前量开始进行随机接入尝试，在前向物理接入信道(FPACH，Front Physical Access Channel)中，基站会根据收到的来自用户终端的上行同步码(SYNC_UL)的位置对用户终端的时间提前量进行修正，当用户终端进入闭环阶段后，基站可利用命令字控制用户终端对时间提前量进行调整，实现上行同步的保持。

图1示出了时间提前量与收发通道时间延迟的关系示意图，如图1所示，用户终端获得发射时间提前量的过程均是以天线口为基准，但是，采用时间提前方式发射上行信号时是以基带为基准的，该时间提前量中却没有包含信号经过射频(RF)通道而产生的时间延迟。

这样，在实现上行同步的过程中，是以用户终端收到的下行数字基带信号作为定时基准的，而不是以用户终端天线口的射频信号作为定时基准，这样，如果以这个时间基准得到的时间量去折算传播时延或初步定位用户终端与基站之间的距离，由于用户终端没有考虑信号从天线口到数字基带这一收发通道时间延迟的影响，导致其结果是不准确的，存在比较大的偏差。根据以上描述可见，为了准确获知用户终端与基站之间的传播时间，必须首先准确得到收发通道的传输时间。

图2示出了收发通道结构示意图，如图2所示，收发通道包括发射通道和接收通道，其中，发射通道包括射频传送单元(RF_TxU)、传送过滤器(Tx Filter)、功率放大器(PA，Power Amplifier)和天线，接收通道包括射频接收单元(RF_RxU)、接收过滤器(Rx Filter)和天线。虽然目前可通过网络分析仪测量被测模块的传输时间，但采用网络分析仪测量传输时间的局限是被测模块的输入输出频率必须是相同的，然而由于用户终端的集成度高，为降低用户终端各器件的设计指标，接收通道采用的是零中频方案，即接收通道将收到的信号变为零赫兹的信号，这样，由于用户终端整个收发通道中传输的信号的频率发生了变化，根本无法采用网络分析仪测量整个收发通道的传输时间。由于用户终端的集成度非常高，也无法采用网络分析仪单独测量发射通道的传输时间，即模拟基带信号或数模转换器(DAC)后的数字基带信号到射频信号之间的传输时间，以及无法采用网络分析仪单独测量接收通道的传输时间，即射频信号到模拟基带信号或模数转换器(ADC)后的数字基带信号之间的传输时间。

另外，虽然可以通过器件资料给出的传输时间指标来估算用户终端收发通道的传输时间，但通过这种方式得到的传输时间是非常粗略的，估算时只能采用折中的方法，而且得到的传输时间并不是各器件实际工作时的传输时间。如果再引入各元器件间印制线路引起的传输时间，估算就变得异常困难了。

综上所述，如何准确得到收发通道的传输时间成为目前迫切需要解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种获取用户终端收发通道传输时间的方法，准确获取用户终端收发通道的传输时间，并可进一步将获取的收发通道传输时间用于校准用户终端向基站发射上行信号的时间提前量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种获取用户终端收发通道传输时间的方法，设置两个用户终端的物理层支持回环测试，并设置能够生成时分双工TDD帧结构信号的信号源，该方法包含以下步骤：

A、两个用户终端通过辅助单元接收来自信号源的下行信号，建立与信号源的同步，该辅助单元起到了分路、合路和转发信号的作用；

B、发射信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为发射状态，并在预先设定的时隙发送同相-正交IQ信号，记录相对于信号源时间基准的发送IQ信号的时间；

C、接收信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为接收状态，并通过辅助单元对来自发射信号的用户终端的信号进行接收，记录相对于信号源时间基准的收到IQ信号的时间；

D、将所述发送IQ信号的时间与接收IQ信号的时间进行比较，并扣除测量到的辅助单元的传输时间，得到用户终端收发通道的传输时间。

所述设置用户终端的物理层支持回环测试为：将用户终端的物理层烧录成支持回环测试的物理层；或在用户终端中设置测试模块，启动测试模块后，测试模块将物理层设置成支持回环测试的物理层。

所述步骤A之前进一步包括：用户终端收到测试命令；或当前条件满足设定条件。

所述将开关设置为发射或接收状态为：根据预先设定的开关时序控制开关进行收发切换，发射信号的用户终端的开关设置为发射状态时，接收信号的用户终端的开关设置为接收状态。

设置测试机，用户终端与测试机相连，所述步骤D之前进一步包括：发射信号的用户终端向测试机输出所述发送IQ信号的时间，接收信号的用户终端向测试机输出所述接收IQ信号的时间；所述步骤D由测试机完成。

所述步骤D之后进一步包括：设置用户终端的物理层为正常使用状态的物理层。

所述设置用户终端的物理层为正常使用状态的物理层为：将用户终端的物理层烧录成为正常使用状态的物理层；或在用户终端中设置测试模块，关闭测试模块后，物理层进入正常使用状态。

所述步骤D之后进一步包括步骤E：用户终端存储收发通道的传输时间。

所述步骤E之后进一步包括：用户终端向基站发送上行信号时，将用户终端收发通道传输时间与以天线口为基准得到的时间提前量的和作为修正后的时间提前量，根据修正后的时间提前量对上行信号进行处理，并向基站发送上行信号。

根据本发明提出的方法，通过对用户终端进行回环测试来准确得到收发通道的传输时间，例如在TD-SCDMA系统中，传输时间的测试准确度可以达到1/8码片(chip)(1chip＝0.78125微秒)，并可进一步通过该传输时间对用户终端以天线口为基准得到的时间提前量进行修正，用户终端根据修正后的时间提前量向基站发送上行信号，可使基站对用户终端进行准确定位，大大地降低了基站对终端进行定位的误差。

另外，本发明中提出的获取用户终端收发通道传输时间的方法不但适用于TDD移动通信系统中DAC/ADC全双工工作模式的用户终端收发通道，也适用于TDD移动通信系统中DAC/ADC半双工或单工工作模式的用户终端收发通道。

附图说明

图1示出了时间提前量与收发通道时间延迟的关系示意图；

图2示出了收发通道结构示意图；

图3示出了本发明中两个用户终端回环测试示意图；

图4示出了本发明中两个用户终端回环测试信号方向示意图；

图5示出了本发明中测量辅助单元传输时间示意图；

图6示出了本发明中回环测试中用户终端与生产测试平台连接关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明中，通过对用户终端进行回环测试来得到收发通道的传输时间，下面结合图3和图4对本发明的具体实现步骤进行详细描述。

步骤一：设置待测试的两个用户终端的物理层支持回环测试，例如，将两个用户终端的物理层烧录成支持回环测试的物理层，一个用户终端作为发射信号的用户终端，另一个用户终端作为接收信号的用户终端，或在用户终端中增加测试模块，启动测试模块后，用户终端中的测试模块将该用户终端的物理层设置成回环测试的物理层，一个用户终端作为发射信号的用户终端，另一个用户终端作为接收信号的用户终端，测试程序均能够与支持回环测试的物理层进行通信。这两个终端的收发通道采用相同的元器件。回环测试是指发射信号的用户终端的开关处于发射状态时，接收信号的用户终端的开关处于接收状态，即作为接收信号的用户终端接收来自作为发射信号的用户终端发送的信号。

步骤二：设置能够仿真生成基站下行信号的信号源，信号源生成的下行信号满足TDD移动通信系统信号帧的结构。以TD-SCDMA系统为例，信号源生成的信号应该至少包括DwPTS时隙的信号，以便于处于测试状态下的终端能够和在实际网络环境中一样，通过对DwPTS时隙信号的检测而获得准确的时序定时关系。另外，还设置辅助单元，该辅助单元包括分路器、环形器和合路器，其中，分路器分别与信号源、环形器和合路器相连，用于将信号源生成的下行信号分成两路，一路经环形器发送至发射信号的用户终端，另一路经合路器发送至接收信号的用户终端；环形器分别与发射信号的用户终端、分路器和合路器相连，用于控制信号的传送方向，使得来自分路器的信号源生成的下行信号能够到达发射信号的用户终端，并能够将发射信号的用户终端发送的信号发送至合路器；合路器分别与接收信号的用户终端、合路器和环形器相连，用于将来自分路器的信号源生成的信号及来自环形器的发射信号的用户终端发送的信号合成一路，然后发送至接收信号的用户终端。

步骤三：两个用户终端进入回环测试阶段，可通过外部如测试平台、测试机等向用户终端发送测试命令，以使用户终端进入回环测试阶段；也可设置用户终端在接入网络后，立即或经过设定时间长度后进入回环测试阶段。

步骤四：两个用户终端通过辅助单元接收信号源生成的下行同步信号，建立与信号源的同步，该同步建立机制与现有用户终端位于实际网络中接收下行信号建立同步的机制是相同的，因此不再赘述，这样，发射信号的用户终端和接收信号的用户终端之间就通过信号源的下行信号间接地建立了同步，具有相同的时间基准。

步骤五：发射信号的用户终端继续接收信号源生成的下行信号，以同步于信号源的时间作为时间基准点，根据预先设定的开关时序控制开关进行收发切换，将开关设置为发射状态，并在预先设定的时隙发送同相-正交(IQ，In-phase Quadrature)信号，该IQ信号的幅度为A_{IQ_Tx}，并记录相对于信号源时间基准的发送IQ信号的时间。

步骤六：接收信号的用户终端同时接收信号源生成的下行信号，并以同步于信号源的时间作为时间基准，根据预先设定的开关时序控制开关进行收发切换，将开关设置为接收状态，对来自发射信号的用户终端的信号进行接收，该IQ信号的幅度为A_{IQ_Rx}，并记录相对于信号源时间基准的收到IQ信号的时间。

发射信号的用户终端和接收信号的用户终端根据预先设定的开关时序控制开关进行收发切换是：在同一时刻，如果发射信号的用户终端的开关设置为发射状态，则接收信号的用户终端的开关设置为接收状态。

如图4所示，回环测试过程中，两个用户终端的信号流向为：发射信号的用户终端通过发射通道将信号发射出去，该信号到达辅助单元，然后辅助单元将该信号发送至接收信号的用户终端，该用户终端的接收通道对信号进行接收。

步骤七：由于发射信号的用户终端和接收信号的用户终端一直在接收来自信号源的下行同步信号，因此，发射信号的用户终端发送的IQ信号和接收信号的用户终端收到的IQ信号的时间基准相同，这样，将接收IQ信号的时间与发送IQ信号的时间进行比较，就能够得到用户终端收发通道的传输时间τ_Tx-Rx。用户终端可向外部如测试机上报记录的时间，通过测试机即可得到用户终端收发通道的传输时间τ_Tx-Rx，用户终端也可对记录的时间进行输出如显示，然后由操作人员得到用户终端收发通道的传输时间。这里，发送端所发送的IQ信号应该有利于接收端从接收到的信号中识别其准确的接收时间，例如，该IQ信号可以设计成一个特定的序列，在接收端通过该特定的序列与接收到的信号进行移位相关运算而获得其准确的接收时间。或者，该IQ信号可以设计为具有确定长度的恒定功率包络特性的信号，而在该长度之外则使发射功率为零，这样在接收端则可以通过采用同样长度的功率窗方法而获得该IQ信号准确的接收时间。

步骤八：回环测试完成后，重新设置两个用户终端的物理层为正常使用状态的物理层，例如，将用户终端的物理层烧录成正常使用的物理层版本，或关闭用户终端中的测试模块，用户终端的物理层进入正常使用状态。

另外，可在图3所示的基础上增加测试机，具体参见图5，如果用户终端与测试机之间无法直接通信，则需要测试板将用户终端与测试机连接起来，如果用户终端能够直接通信，则不需要测试板。如果回环测试过程中增加了测试机，则步骤五中发射信号的用户终端需向测试机上报相对于信号源时间基准的发送IQ信号的时间，该用户终端可不再对相应时间进行记录；步骤六中接收信号的用户终端需向测试机上报相对于信号源时间基准的收到IQ信号的时间，该用户终端可不再对相应时间进行记录；步骤七中由测试机得到用户终端收发通道的传输时间τ_Tx-Rx。

根据以上描述可见，在回环测试过程中设置了辅助单元，信号在传输过程中会经过辅助单元，这样，为使用户终端收发通道的传输时间更为精确，需要将信号经过辅助单元的传输时间扣除，因此，采用网络分析仪对辅助单元的传输时间进行测量，如图5所示，通过测量得到辅助单元的传输时间为τ₀。用户终端收发通道的实际传输时间为测试得到的用户终端收发通道传输时间τ_Tx-Rx与辅助单元的传输时间τ₀的差。

由于型号相同的用户终端采用的元器件是相同的，因此，只需选取两个终端进行测试即可；如果进一步考虑相同元器件之间的细微差异，可选取三个以上的用户终端进行测试，根据得到的各个τ_Tx-Rx最终得到经过校正的用户终端收发通道传输时间，而无需对所有终端都进行测试。

得到用户终端收发通道的传输时间后，可通过该传输时间对用户终端以天线口为基准得到的时间提前量进行修正，即用户终端中存储收发通道传输时间，用户终端向基站发送上行信号时，将用户终端收发通道传输时间与以天线口为基准得到的时间提前量的和作为修正后的时间提前量，发射通道根据修正后的时间提前量对上行信号进行处理，并向基站发送上行信号，即发射通道在以天线口为基准得到的时间提前量的基础上再提前用户终端收发通道传输时间τ_Tx-Rx对上行信号进行处理，然后可在对上行信号处理完毕时，直接打开发射通道，向基站发射该上行信号；也可在对上行信号处理完毕后，再根据以天线口为基准得到的时间提前量，提前该时间提前量打开发射通道，向基站发射该上行信号。

本发明中提出的获取用户终端收发通道传输时间的方法不但适用于TDD移动通信系统中DAC/ADC全双工工作模式的用户终端收发通道，DAC/ADC全双工工作模式的特点是DAC和ADC的数字总线是分开的；也适用于TDD移动通信系统中DAC/ADC半双工或单工工作模式的用户终端收发通道，DAC/ADC半双工或单工工作模式的特点是DAC和ADC的数字总线是共用的。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种获取用户终端收发通道传输时间的方法，其特征在于，设置两个用户终端的物理层支持回环测试，并设置能够生成时分双工TDD帧结构信号的信号源，该方法包含以下步骤：

A、两个用户终端通过辅助单元接收来自信号源的下行信号，建立与信号源的同步，该辅助单元起到了分路、合路和转发信号的作用；

B、发射信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为发射状态，并在预先设定的时隙发送同相-正交IQ信号，记录相对于信号源时间基准的发送IQ信号的时间；

C、接收信号的用户终端以同步于信号源的时间作为时间基准，将开关设置为接收状态，并通过辅助单元对来自发射信号的用户终端的信号进行接收，记录相对于信号源时间基准的收到IQ信号的时间；

D、将所述发送IQ信号的时间与接收IQ信号的时间进行比较，并扣除测量到的辅助单元的传输时间，得到用户终端收发通道的传输时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置用户终端的物理层支持回环测试为：将用户终端的物理层烧录成支持回环测试的物理层；或在用户终端中设置测试模块，启动测试模块后，测试模块将物理层设置成支持回环测试的物理层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：用户终端收到测试命令；或当前条件满足设定条件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将开关设置为发射或接收状态为：根据预先设定的开关时序控制开关进行收发切换，发射信号的用户终端的开关设置为发射状态时，接收信号的用户终端的开关设置为接收状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置测试机，用户终端与测试机相连，所述步骤D之前进一步包括：发射信号的用户终端向测试机输出所述发送IQ信号的时间，接收信号的用户终端向测试机输出所述接收IQ信号的时间；所述步骤D由测试机完成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D之后进一步包括：设置用户终端的物理层为正常使用状态的物理层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述设置用户终端的物理层为正常使用状态的物理层为：将用户终端的物理层烧录成为正常使用状态的物理层；或在用户终端中设置测试模块，关闭测试模块后，物理层进入正常使用状态。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D之后进一步包括：

E、用户终端存储收发通道的传输时间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤E之后进一步包括：用户终端向基站发送上行信号时，将用户终端收发通道传输时间与以天线口为基准得到的时间提前量的和作为修正后的时间提前量，根据修正后的时间提前量对上行信号进行处理，并向基站发送上行信号。

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