CN101154984B - 一种保持上行同步的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在长期演进系统中保持上行同步的方法及系统，在TDDLTE系统中使UE同Node B保持上行同步并尽可能的减少系统资源的开销。本发明中Node B接收UE发送的上行信息；Node B根据接收到的上行信息确定时间提前量TA，并且仅在该TA大于阈值时向UE下发TA调整消息；UE根据所述TA调整消息对本地的上行发送TA进行更新以保持上行同步。另外，处于无数据流量交互状态的UE通过已有的上行资源在指定的时频资源中向所述Node B发送上行导频信号。该系统包括UE和与UE连接的Node B，其中Node B包括接收单元、测量单元和发送单元。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是保持上行同步的方法及系统。
背景技术
在第3代移动通信系统的长期演进方案中(LTE)，由于用户设备(UE)的移动或突然的强大干扰会使UE与基站(Node B)出现不同步的现象。然而，上行同步状态的维持是UE能够同Node B正常通信的基本条件。
目前已有不少公司提出了相应的解决方案，一种基于竞争的解决方案，设计了一个上行同步随机接入信道，主要用于上行共享信道资源的申请。当UE有上行信令时，使用上行信令作为上行同步保持的测量信号；当UE不发送上行信令的时候，触发一个上行同步随机接入信号，作为上行同步保持的测量信号。这种方法的问题在于，当UE不发送上行信令的时候，作为上行同步保持的测量信号是基于竞争的。基于竞争的方式的缺点是：竞争会带来碰撞，导致检测性能下降；发射的UE为获得更好的接入性能一般使用开环功率控制，以尽量高的功率发射信号，在占用子载波时容易对相邻小区带来干扰。
一种基于调度的解决方案，设计了新的基于调度的物理信道，在指定的时频资源上发送UE的参考信号。这种方法的问题在于增加了系统资源开销，并且在每一个子帧中只发射参考信号，导致资源利用率很低。
发明内容
本发明提供一种保持上行同步的方法及系统，在TDD LTE系统中使UE同Node B保持上行同步并尽可能的减少系统资源的开销。
本发明提供以下技术方案：
一种在长期演进系统中保持上行同步的方法，包括步骤：
处于无数据传输状态的UE利用已有的上行资源在指定的时频位置向 Node B发送上行导频信号；
Node B根据接收到的上行导频信号确定时间提前量TA，以及依据该TA指示所述UE保持上行同步。
在无数据流量交互状态下，所述Node B通过控制信令或广播消息通知所述UE在指定的时频资源中定期发送上行导频信号。
Node B确定TA包括步骤：
Node B依据原TA在指定的时刻附近截取部分时域序列，并利用该时域序列解调出上行导频序列；
将所述上行导频序列与已知的频域序列进行线性相关计算，并根据计算值确定上行定时信息；
根据所述上行定时信息与Node B指示UE发送导频信号的时间点确定TA。
从所述指定时刻附近的采样点开始移动起始采样点，并且在每个起始采样点从所述部分时域序列中获取一个完整信号长度的信号序列，以及从每个所述信号序列中解调出上行导频序列并得到多个所述计算值，依据其中最大的计算值确定上行定时信息。
在数据流量交互状态下只有下行数据传输时，Node B根据UE发送的上行信令确定上行定时信息。
在数据流量交互状态下只有上行数据传输时，Node B根据UE发送的上行信息确定上行定时信息。
Node B进一步将所述TA与阈值比较，并且仅在所述TA大于阈值时向UE发送TA调整消息，UE根据该TA调整消息更新上行发送TA。
一种基站，包括：
用于接收处于无数据交互状态的用户终端UE利用已有的上行资源在指定的时频位置发送的上行导频信号的单元；
用于根据接收到的上行导频信号确定时间提前量TA的单元；
用于依据所述TA下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
还包括：
用于将TA与阈值比较，并且仅在TA大于所述阈值时下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
一种通信系统，包括：
用户设备UE，该UE处于无数据流量交互状态时通过已有的上行信道在指定的时频资源中发送上行导频信号；
基站Node B，用于根据接收到的上行导频信号确定时间提前量TA，以及依据该TA指示所述UE保持上行同步。
所述Node B包括：
用于接收处于无数据流量交互状态的UE发送的上行导频信号的单元；
用于根据接收到的上行导频信号确定时间提前量TA的单元；
用于依据所述TA下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
所述Node B还包括：
用于将TA与阈值比较，并且仅在TA大于所述阈值时下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
在无数据流量交互状态下，所述Node B通过控制信令或广播消息通知所述UE在指定的时频资源中定期发送上行导频信号。
所述Node B依据原TA在指定的时刻附近截取部分时域序列，并从该时域序列中解调出上行导频序列；将所述上行导频序列与已知的频域序列进行线性相关计算，并根据计算值确定上行定时信息；根据所述上行定时信息与NodeB指示UE发送导频信号的时间点确定TA。
从所述指定时刻附近的采样点开始移动起始采样点，并且在每个起始采样点从所述部分时域序列中获取一个完整信号长度的信号序列，以及从每个所述信号序列中解调出上行导频序列并得到多个所述计算值，依据其中最大的计算值确定上行定时信息。
在数据流量交互状态下只有下行数据传输时，Node B根据UE发送的上行信令确定上行定时信息。
在数据流量交互状态下只有上行数据传输时，Node B根据UE发送的上行信息确定上行定时信息。
本发明有益效果如下：
本发明基于调度的方式保持上行同步，避免了基于竞争方式所带来的碰撞，从而检测性能较好；本发明在Exchanged Traffic状态下根据上行数据或上行导频信号实时或定期对TA进行检测，避免了占用额外资源，并且为TA设定门限，只有在TA大于门限时才下发同步指令，减少了由于大量UE需要NodeB下发同步指令而占用过多的资源；本发明在No Traffic状态下Node B动态指定UE发射的时频资源，Node B测量相应的时频资源就可以获得UE上行同步定时信息，避免了占用额外的网络资源，并且本发明为TA设定门限，只有在TA大于门限时才下发同步指令，减少了由于Node B下发过多的同步指令而占用的资源。
附图说明
图1为本发明实施例中状态转换示意图；
图2为本发明实施例中保持上行同步的系统结构图；
图3为本发明实施例中保持上行同步的装置结构图；
图4为本发明实施例中单天线下导频信号分配示意图；
图5为本发明实施例中双天线下导频信号分配示意图；
图6为本发明实施例中保持上行同步方法的基本流程图；
图7为本发明实施例中上行传输时保持上行同步方法的流程图；
图8为本发明实施例中下行传输时保持上行同步方法的流程图；
图9为本发明实施例中无数据传输时保持上行同步方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供在三种情形下保持UE与Node B的同步的方法，一是存在上 行数据传输时利用上行数据或上行导频信号保持同步；二是存在下行数据传输时利用反馈信息的上行信令保持同步；三是没有信息交互时触发上行导频信号保持同步。
在LTE中，根据标准协议25.813中的规定，UE状态分为LTE_ACTIVE(激活)和LTE_IDLE(空闲)状态。在LTE_ACTIVE状态中，又可以分为Exchange Traffic(数据流量交互)和No Traffic(无数据流量交互)两个状态，在Exchange Traffic状态中UE和Node B之间进行数据交互，数据交互之后，UE还要将LTE_ACTIVE状态保持一段时间，即处于No Traffic状态，如果在此时间内有数据交互的需要，UE会在同步状态发起请求，进入到数据交互状态，即重新回到Exchange Traffic状态；否则RRC(无线资源控制)连接释放，上行同步不再保持，UE进入到LTE_IDLE状态。参见图1所示。
参见图2，本实施例中通信系统包括UE和Node B，其中
UE与Node B进行数据交互，并接收Node B发送的指令，更改本地的上行发送TA(Timing Advance，时间提前量)，以保持与Node B的同步；Node B接收或下发数据，并测量TA，发现TA超过一定的门限时，向UE下发指令，指示UE进行更新以保持同步。
参见图3，本实施例通信系统中的Node B包括接收单元301、测量单元302和发送单元303。
接收单元301从UE处接收数据。测量单元302根据接收单元301接收到的数据，在Exchanged Traffic状态下实时或定期的对UE的TA进行测量，在No Traffic的状态下定期的对UE的TA进行测量，当发现TA超过一定的门限时启动发送单元303。发送单元303生成同步指令，指示UE根据Node B的TA进行同步，并将指令下发到UE；在No Traffic状态下需要生成回复指令，并下发到UE，指示UE周期性发送上行导频信号以便测量TA。
在TDD LTE中根据标准协议25.814中的规定，上行信道的导频信号被设计为短块(SB，Short Block)，即时间长度为一般OFDM(正交频分复用)信 号的一半，子载波间隔为一般OFDM信号的2倍。SB中包含有两类导频信号，一个是用于数据解调的参考信号，称之为解调导频(DM pilot，Demodulation pilot)；另一个是用于上行信道质量检测的参考信号，称之为信道质量指示导频(CQI pilot，Channel Quantity Indication pilot)。DM导频和UE的数据发射带宽相对应，而CQI导频和UE的调度带宽相对应，数据发射带宽包含在上行调度带宽之内，是上行调度带宽的一个子集，Node B通过对某个UE发射的CQI导频进行测量，在该UE的整个上行调度带宽内选择一个最佳的子带，在下行信令中指示此UE用此子带发射上行数据，子带的频域范围为数据发射带宽。本实施例可以通过对CQI导频进行测量以达到确定TA的目的。
图4示出本实施例中UE为单天线发射时，SB中导频信号的分配情况，SB中共有3组CQI导频，每组导频通过码分复用(CDM)方式可以支持3个UE。可以最多支持9个UE的CQI导频。图5示出本实施例中UE为2天线发射时，SB中导频信号的分配情况，与图4相比，DM导频数量增加了，CQI导频变为2组。本实施例以CQI导频为例，根据上行信道中的CQI导频对TA进行测量。
参见图6，本实施例中UE与Node B保持上行同步的基本流程图下：
步骤601：UE与Node B进行数据交互。
步骤602：Node B实时或定期的对TA进行测量，发现TA大于一定的门限时，执行步骤603。
步骤603：Node B向UE发送同步指令，指示UE根据TA进行同步。
步骤604：UE根据同步指令中的TA进行同步，以保持与Node B的上行同步，继续步骤601，循环往复，直到UE进入到LTE_IDLE状态。
参见图7，本实施例中UE处于Exchanged Traffic状态，且进行上行数据传输时，保持上行同步的方法流程如下：
步骤701：UE向Node B上传数据，进行上行信息交互。
步骤702：Node B实时的根据上行数据或上行信令中的导频信号对TA进行检测，判断TA是否大于门限值a，本实施例中预先设定a为0.5μs，若是， 则执行步骤703，否则继续检测，执行步骤702，直到上行数据传输结束。
步骤703：Node B生成同步指令并发送到UE，同步指令中包含TA信息。
步骤704：UE接收到同步指令后，根据同步指令中的TA信息调整本地的上行发送TA，在下次上传信息时提前一个TA，以保持与Node B的上行同步。
参见图8，本实施例中UE处于Exchanged Traffic状态，且进行下行数据传输时，保持上行同步的方法流程如下：
步骤801：Node B向UE下发数据，进行下行信息交互。
步骤802：UE接收数据并定期发送上行信令以提供反馈信息。
步骤803：Node B根据接收到的上行信令对TA进行检测，判断TA是否大于门限值a，若是，则执行步骤804，否则继续检测，执行步骤803，直到下行数据传输结束。
步骤804：Node B生成同步指令并发送到UE，同步指令中包含TA信息。
步骤805：UE接收到同步指令后，根据同步指令中的TA信息调整本地的上行发送TA，在下次上传信息时提前一个TA，以保持与Node B的上行同步。
参见图9，本实施例中UE处于No Traffic状态时，保持上行同步的方法流程如下：
步骤901：Node B通过控制信令和广播信息向UE下发回复指令，命令UE在指定的时刻点B开始周期性的使用已有信道发送上行导频信号。
步骤902：UE根据接收到的回复指令在指定的时刻点B发送上行信令(可根据本地原TA调整发送时间)。
步骤903：Node B在相应的时刻点A上开始接收上行导频信号。时刻点A在时刻点B之前。
步骤904：在位置A截取部分时域序列，在该时域序列中针对时刻点A进一步截取部分时域序列(一个信号的长度)，将部分时域序列通过FFT(快速傅立叶变换)进行时频变换，解出上行导频序列(X1、X2、...Xn，n表示序号)，并采用对应的频域序列(Y1、Y2、...Yn)与解出的上行导频序列进行线 性相关计算，公式为： 
记录计算结果。再针对下一个时刻点B、时刻点C和时刻点D截取部分时域序列并进行线性相关计算。(时刻点A、B、C和D为顺序依次排列的采样点。)
步骤905：将在三个时刻点处的计算结果进行比较，发现在时刻点C的计算结果最大，则时刻点C即为当前的上行定时信息。
若时刻点D处的计算结果最大则需要进一步对时刻点E进行计算，若时刻点A处的结果大于时刻点B处的结果，则说明时刻点A即为当前的上行定时信息，不需要再对时刻点C进行计算。
步骤906：判断时刻点B(指定点)与时刻点C(结果最大值点)的时间差是否大于a，即TA是否大于a，若是，则执行步骤907；否则继续步骤902，直到UE退出No Traffic状态。
步骤907：Node B生成同步指令并发送到UE，同步指令中包含TA信息。
步骤908：UE接收到同步指令后，根据同步指令中的TA信息调整本地的上行发送TA，在下次上传信息时提前一个TA，以保持与Node B的上行同步。
这种情况会占用一定的上行导频资源，但是考虑到上行同步保持信号发射周期较长，对资源占用的影响可以忽略。例如，5M带宽的系统支持200个ACTIVE状态的UE，假设上行调度带宽为5M，根据上行导频的设计，一个上行时隙可以支持9个CQI导频(在单天线的情况下)，即使全部UE需要保持上行同步，保持上行同步周期保守的估计一般等于1s，即每1个子帧需要发射一个UE的上行同步保持信号，仅占用1/9的CQI导频资源。处于No Traffic状态是小概率的，不可能全部UE都处在No Traffic状态，实际占用的CQI导频资源会更少，如果上行调度带宽小于5M，会进一步减少资源的占用率。也可利用其它导频信号进行检测，方法相同。
本发明基于调度方式保持上行同步，避免了因为竞争而带来性能的下降，不会有竞争带来的碰撞，检测性能较好。从接入时延的角度来看，对于TDD系统，上行时隙本身就是基于调度的，同时，上行同步保持需要的周期较长， 对于时延并不敏感，所以由于信号只会在预定的时频资源上发射，因而时延较大的问题不会带来较大的影响，故使用基于调度的方式可以获得更高的可靠性。
本发明在Exchanged Traffic状态下根据上行数据或上行导频信号实时或定期对TA进行检测，避免了占用额外资源，并且为TA设定门限，只有在TA大于门限时才下发同步指令，减少了由于大量UE需要Node B下发同步指令而占用过多的资源；本发明在No Traffic状态下Node B动态指定UE发射CQI导频信号的时频资源，NodeB测量相应的CQI导频信号就可以获得UE上行同步定时信息，避免了占用额外的网络资源，并且UE移动速度很大(＞300Km/h)是不常见的情况，所以本发明为TA设定门限，只有在TA大于门限时才下发同步指令，减少了由于Node B下发过多的同步指令而占用的资源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种上行同步保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
处于无数据传输状态的用户终端(UE)利用已有的上行资源在指定的时频位置向基站(Node B)发送上行导频信号；
基站根据接收到的上行导频信号确定时间提前量(TA)，以及依据该TA指示所述用户终端保持上行同步。
2.如权利要求1所述的上行同步保持方法，其特征在于，在无数据流量交互状态下，所述Node B通过控制信令或广播消息通知所述UE在指定的时频资源中定期发送上行导频信号。
3.如权利要求2所述的上行同步保持方法，其特征在于，Node B确定TA包括步骤：
Node B依据原TA在指定的时刻附近截取部分时域序列，并利用该时域序列解调出上行导频序列；
将所述上行导频序列与已知的频域序列进行线性相关计算，并根据计算值确定上行定时信息；
根据所述上行定时信息与Node B指示UE发送导频信号的时间点确定TA。
4.如权利要求3所述的上行同步保持方法，其特征在于，从所述指定时刻附近的采样点开始移动起始采样点，并且在每个起始采样点从所述部分时域序列中获取一个完整信号长度的信号序列，以及从每个所述信号序列中解调出上行导频序列并得到多个所述计算值，依据其中最大的计算值确定上行定时信息。
5.如权利要求1至4中任一项所述的上行同步保持方法，其特征在于，Node B进一步将所述TA与阈值比较，并且仅在所述TA大于阈值时向UE发送TA调整消息，UE根据该TA调整消息更新上行发送TA。
6.一种基站，其特征在于，包括：
用于接收处于无数据交互状态的用户终端(UE)利用已有的上行资源在指定的时频位置发送的上行导频信号的单元；
用于根据接收到的上行导频信号确定时间提前量(TA)的单元；
用于依据所述TA下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
7.如权利要求6所述的基站，其特征在于，还包括：
用于将TA与阈值比较，并且仅在TA大于所述阈值时下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
8.一种通信系统，其特征在于，包括：
用户设备(UE)，该UE处于无数据流量交互状态时通过已有的上行信道在指定的时频资源中发送上行导频信号；
基站(Node B)，用于根据接收到的上行导频信号确定时间提前量(TA)，以及依据该TA指示所述UE保持上行同步。
9.如权利要求8所述的通信系统，其特征在于，所述Node B包括：
用于接收处于无数据流量交互状态的UE发送的上行导频信号的单元；
用于根据接收到的上行导频信号确定TA的单元；
用于依据所述TA下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
10.如权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述Node B还包括：
用于将TA与阈值比较，并且仅在TA大于所述阈值时下发TA调整消息指示所述UE保持上行同步的单元。
11.如权利要求8所述的通信系统，其特征在于，在无数据流量交互状态下，所述Node B通过控制信令或广播消息通知所述UE在指定的时频资源中定期发送上行导频信号。
12.如权利要求11所述的通信系统，其特征在于，所述Node B依据原TA在指定的时刻附近截取部分时域序列，并从该时域序列中解调出上行导频序列；将所述上行导频序列与已知的频域序列进行线性相关计算，并根据计算值确定上行定时信息；根据所述上行定时信息与Node B指示UE发送导频信号的时间点确定TA。
13.如权利要求12所述的通信系统，其特征在于，从所述指定时刻附近的采样点开始移动起始采样点，并且在每个起始采样点从所述部分时域序列中获取一个完整信号长度的信号序列，以及从每个所述信号序列中解调出上行导频序列并得到多个所述计算值，依据其中最大的计算值确定上行定时信息。
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