CN101347031B

CN101347031B - 无线通信系统中与上行链路信道同步的方法及确定传播延迟的方法

Info

Publication number: CN101347031B
Application number: CN200680049338.XA
Authority: CN
Inventors: P·博世; E·N·法拉格; S·J·穆伦德; A·纳蒂斯; L·G·萨米尔
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: US20070147337A1; EP1967033B1; JP5039711B2; KR101407453B1; EP1967033A1; CN101347031A; JP2009522862A; WO2007078872A1; KR20080086459A; US8089938B2

Abstract

提供了在无线通信系统(100)中与上行链路信道同步的方法及确定传播延迟的方法。在同步的方法例中，计算了目标基站(122)与移动台(105)之间的传播延迟。然后，计算出的传播延迟发送到目标基站(122)。在确定传播延迟的方法例中，接收了第一信号，第一信号表示第一测量出的服务基站(120)的下行链路信道与目标基站(122)的导频信号之间的码片偏移。然后接收了第二信号，第二信号表示第二测量出的移动台(105)的上行链路信道和目标基站(122)的导频信号之间的码片偏移。基于至少部分的第一测量的码片偏移和第二测量的码片偏移计算出目标基站(122和移动台(105)之间的传播延迟。

Description

无线通信系统中与上行链路信道同步的方法及确定传播延迟的方法

技术领域

本发明通常涉及在无线通信系统中与上行链路信道同步的方法及确定传播延迟的方法。

背景技术

蜂窝通信网络通常包括由无线连接或有线连接耦合并经由不同类型的通信信道访问的多个通信节点。各个通信节点包括各自的协议栈，协议栈处理分别通过通信信道发送和接收的数据。依赖于通信系统的类型，不同通信节点的操作和配置可以不同并且经常通过不同的名称引用。这种通信系统包括，例如，码分复用多址技术2000(CDMA2000)系统和通用移动通信系统(UMTS)。

UMTS是描述了一组协议标准的无线数据通信和电话标准。UMTS提出了用于在基站(BS)或者节点B和移动设备或者用户设备(UE)之间传输语音数据的协议标准。UMTS系统通常包括多个无线网络控制器(RNC)。UMTS网络中的RNC提供的功能相当于GSM/GPRS网络中的基站控制器(BSC)功能。然而，RNC还可以具有以下能力，包括，例如，自主地管理切换而不涉及移动交换中心(MSC)和服务通用分组无线业务(GPRS)支持节点(SGSN)。节点B负责空中接口处理和一些无线资源管理功能。在UMTS网络中的节点B提供了相当于GSM/GPRS网络中的基收发信机站(BTS)的功能。节点B通常在物理上与已有GSM基收发信机站(BTS)协同定位以降低UMTS的实施成本并最小化计划认同限制。

图1说明了传统的按照UMTS协议运行的通信系统100。参照图1，通信系统100可以包括许多节点B，比如节点B120、B122和B124，每一个节点都服务于其相应覆盖区域中的UE(比如UE105和UE110)的通信需求。节点B被连接到RNC，比如RNC130和RNC132，而RNC被连接到MSC/SGSN140。RNC处理特定呼叫和数据处理功能，比如如上所述，自主的管理切换而不涉及MSC和SGSN。MSC/SGSN140处理到网络中其它部件(例如，RNC130/132和节点B120/122/124)或者到外部网络的路由呼叫和/或数据。图1中还说明了这些部件之间的传统的接口Uu、Iub、Iur和Iu。

传统的通信系统100可以采用节点B120/122/124之间移动性的两种机制；即，软切换方式和硬切换方式。在软切换中，多条线路(multiple leg)或者无线信道(例如，在移动台和多个节点B之间的通信链路)用于将数字消息从通信系统100传送到UE(例如，UE105)。在尝试对消息解码之前UE105将从多线路(线路)接收的模拟数据加到单一模拟波形。相反的，当向通信系统100发送时，UE105以软切换模式发送到多个基站，各个基站对消息独立解码并将解码了的消息转发到RNC(例如，RNC130)。RNC130选择了转发消息其中之一作为由UE105发送的数据消息的代表。

只要特定基站的导频(pilot)强度由UE105接收为其信噪比(SNR)超出门限值，那么线路就加到UE105的活动集(active set)。即便信道本身还没有足够强以能够支持数据传输，线路也可以加到活动集。然而，在信道可以用于数据传输之前要执行耗时长的同步过程。即，在软切换中，活动集中的各个基站之间的定时相互同步，这种同步造成了传输等待时间。

更近一些，已采用了基站路由器(BSR)或者集成基站。在其它功能中，BSR将RNC和基站(或节点B)的功能压缩进单个处理实体，因而减少了等待时间(例如，因为去除了Iu接口)。例如，BSR正如在2005年3月31提交的美国专利申请No.11,094,436和美国专利申请No.11,094,430中所述。因为BSR结构的等待时间大大减少了，BSR经常采用硬切换而不是上述的软切换方式。

就UE使用的无线信道而言，硬切换过程是先断开后连接的移动性过程。在硬切换中，当移动台或UE在整个通信系统100中和不同节点B的服务区内移动时，任一特定时间在UE和各个节点B之间只有一个连接是激活的，这是因为建立新信道之前要舍弃当前信道。然而，从舍弃当前信道开始直到建立新信道的这段时间期间会发生无线电传送中断(radio outages)。

在通信系统100中，硬切换过程通常涉及将指示新信道的信道参数的层3控制消息发送到UE。层3控制消息可以包含一个或多个下行链路信道化码、下行链路扰码、上行链路信道化码和上行链路扰码。当UE(例如，UE105)接收层3的控制消息时，UE105终止在原来信道上的通信并开始搜寻与新节点B(例如，节点B122)关联的新下行链路信道。一旦UE105找到新下行链路信道，UE105就根据由层3的控制消息指示的信道化参数发送到新节点B122。

在UMTS标准中，通过从基站的导频信道去引用(de-referencing)码片偏移(chip offset)，执行了用于将UE定准到新下行链路的同步过程。到UE的层3控制消息指示依照到新基站的导频信道的码片的新无线信道的码片偏移。每个码片代表了模拟波形部分，并且UMTS可以使用，例如，3.84百万码片每秒(Mcps)。在此，通信系统100告知移动台或UE在哪个偏移处应该寻找或搜寻新下行链路。如果新信道能够去引用到已知导频信道，该已知导频信道已经被移动台测量，那么使用偏移信息，移动台能够更快的(例如，在40ms之内)锁定到新下行链路上。一旦锁定到新下行链路，就可以讲UE同步了。

在UMTS中，上行链路码片偏移与上述下行链路码片偏移相关。通常地，各个无线信道划分为定长时间间隔；例如，传输时间间隔(TTI)具有15时隙，各时隙有2560码片。各个TTI可以具有固定的持续时间(例如，10毫秒(ms))。在下行链路信道TTI的由移动台接收的1024码片之后，开始上行链路信道的TTI。另外地，上行链路TTI直到由移动台同步下行链路后才开始。因此，上行链路TTI在下行链路同步之后开始。

基站或节点B分析或者″搜寻″UE发送的上行链路传输，从而与上行链路同步。新基站或节点B和移动台或UE(或者相反)之间的传播延迟，通常不是已知的。在基站尝试对从移动台发送的消息解码之前，基站在接收到的上行链路码片空间中进行搜寻，直至已经找到上行链路导频和TTI边界。

在UMTS系统中，码片搜寻范围是相当大的，且在UMTS系统中的基站通常不包括足够快以执行实时搜寻的处理器。换而言之，较大的码片搜寻空间产生较大的滞后，该滞后增加了节点B用于与上行链路TTI同步所需的处理时间，且增加了无线电传送中断长度。

同样，移动台不知道何时基站与上行链路TTI同步。相反，移动台只要有能力就会开始发送数据而不考虑基站的同步。因此，如果数据分组在基站同步之前到达基站，由移动台发送的数据分组可能会丢失。然后，在上述搜寻过程期间丢失的被发送的数据分组在更高的协议层重新发送。重新传输丢失的数据分组会引起上行链路中延迟效应(例如，在120ms到340ms之间)。

发明内容

本发明的一个实施例旨在提供无线通信系统中目标基站与移动台的同步方法，包括计算目标基站与移动台之间的传播延迟并将计算出的传播延迟发送到目标基站。

本发明的另一实施例旨在提供在无线通信系统中目标基站与移动台之间的传播延迟的计算方法，包括第一，接收第一信号，第一信号指示在服务基站的下行链路信道和目标基站导频信号之间的第一测量码片偏移，第二，接收第二信号，第二信号指示在移动台的上行链路信道和目标基站的导频信号之间的第二测量码片偏移，并至少部分地基于第一测量码片偏移和第二测量码片偏移而计算目标基站与移动台之间的传播延迟。

附图说明

借助于以下给出的详细描述及仅以描述的方式给出的所附附图，可以更深入的理解本发明，其中类似的附图标记指示在各附图中的相应的部分，及其中：

图1说明了根据UMTS协议运行的传统的通信系统。

图2是说明了根据本发明实施例将目标节点B与移动台的上行链路信道同步的过程的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，以下将提供参照图1的UMTS通信系统100的例子。首先描述了基于计算出的传播延迟的同步过程，然后是计算传播延迟的例子。

图2是说明了根据本发明实施例将目标节点B与移动台的上行链路信道同步的过程的流程图。在图2的以下描述中，参照图1，UE105假定为通过从节点B120(例如，当前服务节点B或基站)到节点B122(例如，目标节点B)的硬切换来传送的移动台。如图1所述，各个节点B120和122通过Iub接口与RNC130通信。

在步骤S200中，RNC130确定是否发起移动台的硬切换。例如，RNC130可以监听UE105和当前服务节点B120之间的连接强度(connection strength)。如果UE105和当前服务节点B120之间的连接强度下降到低于连接强度门限值(例如，目标节点B122具有较强的连接强度而可使用)，该过程转到步骤S203。否则，如果决定不切换，图2的过程仍保持在步骤S200中且UE105维持与当前服务节点B120的连接。

在步骤S203中，RNC130计算UE105和目标节点B122之间的传播延迟。关于执行该传播延迟计算的例子以下将给出更多细节。

在步骤S203中计算传播延迟之后，RNC130在步骤S205中将计算出的传播延迟向目标节点B122发送。目标节点B122然后使用接收到的传播延迟从而在步骤S207与UE105同步。正如在背景技术部分所述，在传统的同步过程中，节点B122不知道节点B122和UE105之间的传播延迟，并且为了建立同步，同样必须″搜寻″或分析大量码片。节点B122之后在新TTI开始时与UE105同步。相反地，在步骤S207中，目标节点B122可以配置它的多径接收接收机(rakereceiver)以使其使用计算出的传播延迟确定下一个TTI的预期的第一码片。在对UE105与目标节点B122之间传播延迟的计算作详细描述之后，将在下文对同步过程作更详细的描述。正如以下针对步骤S207的讨论，多路多径接收接收机可以在预期的第一码邻域的给定范围内扩展(spread)，以弥补计算出的传播延迟和实际的传播延迟之间的波动。

一旦目标节点B122与UE105同步，节点B122就准备好了硬切换。当接收到来自于RNC130用以发起UE105从当前服务节点B120硬切换到目标节点B122的指令时，节点B122在步骤S209中就开始对来自UE105的上行链路传输解码。因为目标节点B122已经与上行链路同步，不需要执行传统的搜寻过程并且可以很少甚至没有等待时间之后就开始解码。

传播延迟计算例子

如上文参照图2的步骤S203所述的，计算UE105和目标节点B122之间传播延迟的例子，现将作更详细的描述。

在UMTS协议中，UE105定期向RNC130发送作为层3控制消息一部分的测量报告。层3控制消息指示了UE105能够解码的各个导频信号、与UE105可访问的各导频信号相关的信号强度、和指示了与可访问的导频信号相关的UE105的数据下行链路的码片偏移的码片偏移指示符。此外，通过测量上行链路何时到达节点B120(节点B120与节点B120发送到UE105的下行链路传输相关)，当前服务节点B120能够计算出节点B120和UE105之间的传播延迟。

当RNC130告知目标节点B122UE105与当前服务节点B120之间″原来的″上行链路的层1参数时，UE105通常会执行到邻近基站的硬切换(例如，当UE105与当前服务节点B120之间的连接强度下降到低于连接门限值)。因此，目标节点B122可以对原来的上行链路解码并确定原来的上行链路TTI边界和码片偏移。目标节点B122就能够测量原来的上行链路和目标节点B122的导频之间的码片差值。测量出的码片差值发送到RNC130。

正如现将描述的，基于由UE105发送的定期测量报告和由目标节点B122发送的原有的上行链路和目标节点B122的导频之间测量出的码片差值，RNC130之后可以计算目标节点B和UE105之间的传播延迟。为了解释这些计算，将使用表1(以下)中所示的变量。

U_n	到基站n的上行链路
		D_n	从基站n的下行链路
P_n	从基站n的导频
		T(1)	链路1的传输时间
R(1)	链路1的接收时间
		R_n(1)	由基站n接收链路1的时间
∏n	到/从基站n的传播延迟
		C_n	下行链路相对于基站n使用的导频的码片偏移

表1

在下面的例子中，基站(n＝1)或者B₁可以参照当前服务节点B120及基站(n＝2)或者B₂可以参照目标节点B122。RNC130假定上行链路传播延迟和下行链路传播延迟是相同的，其可以表示为

∏n＝R(Dn)-T(Dn) 方程式1

∏n＝R(Pn)-T(Pn) 方程式2

∏n＝R(Un)-T(Un) 方程式3

UE105维持与相关于P1、D1和U1的当前服务节点B120或者B₁的连接。传播延迟值∏₁由当前服务节点B120或者B₁处的基带编码器(base-band coder)计算。当前服务节点B120的码片偏移C1表示为：

C₁＝T(P₁)-T(D₁) 方程式4

出于举此例的目的，假定上行链路传输从下行链路传输接收偏移开固定的1024个码片，以使在接收B₁的下行链路后UE105发送1024码片，其可以表示为：

T(U₁)-R(D₁)＝1024 方程式5

可以进一步假设下行链路中的传播延迟等于上行链路中的传播延迟，其从当前服务节点B120的角度，可以表示为：

R(U₁)-T(D₁)＝2∏₁+1024 方程式6

UE105定期报告下行链路和目标节点B122的导频之间的码片偏移的差值，其可以表示为：

R(P₂)-R(D₁)＝z 方程式7

因而

R(P₂)-R(P₁)＝z-C₁ 方程式8

上面方程式7和8中表示的测量由UE105执行。从目标节点B122的角度而言，测量表示为：

T(P₂)-T(P₁)＝z-C₁+∏₁-∏₂ 方程式9

运行D₁和U₁的当前服务节点B120或B₂，通过执行方程式6的计算，获知当前服务节点B120和UE105之间的传播延迟。在此，目标节点B122可以测量当前服务节点B120的上行链路U1与目标节点B122的导频信道P2之间的码片差值，如下面一组方程式所示：

T(P₂)-R2(U₁)＝y 方程式10

T(P₂)-T(U₁)＝y+∏2 方程式11

T(P₂)＝y+∏₂+T(U₁) 方程式12

T(P₂)＝y-C₁+∏₁-∏₂+T(P₁) 方程式13

z-C₁+∏₁-∏₂+T(P₁)＝y+∏₂+T(U₁) 方程式14

其中R₂(U₁)代表目标节点B122对当前服务节点B120的上行链路的测量。

然后，从方程式1和5，推导出下面表达式：

T(U₁)＝∏₁+1024+T(D₁) 方程式15

它给出：

z-C₁+∏₁-∏2+T(P₁)＝y+∏₂+∏₁+1024+T(D₁)

方程式16

并且，可以另外表示为：

z-C₁+T(P₁)＝y+2∏₂+1024+T(D₁) 方程式17

然后，方程式4代进方程式17得出：

z-C₁+C₁+T(D₁)＝y+2∏₂+1024+T(D₁) 方程式18

它给出：

Z＝y+2∏₂+1024 方程式19

并且，可以另外表示为：

Π_{2} = \frac{Z - y - 1024}{2}

方程式20

正如上面这组方程式所示，目标节点B122和UE105之间的传播延迟等于(i)测量的下行链路D₂和目标节点B122的导频信道P2之间的码片偏移中的增值(delta)(例如，方程式7中的z)与(ii)测量的当前服务节点B120的上行链路U1与目标节点B122的导频信道P2之间的码片差值(例如，方程式10中的y)之间的差值(1)的减去(2)固定的偏移(例如，等待时间(例如，1024个码片))，结果表达除以2(2)。因此，通过减去码片偏移并调整上行链路与下行链路TTI之间的差值，在硬切换期间转换到目标节点B122之前可以确定UE105和目标节点B122之间的传播延迟。在此，传播延迟值∏2由RNC130按照方程式20在步骤S203计算出。在步骤S205中RNC130向目标节点B122发送传播延迟值∏₂从而在建立与UE105的连接之前启动使用多径接收路径(rake finger)和节点B122的搜寻器。

同步例子

在步骤S207中，目标节点B122基于传播延迟值∏₂确定了下一个TTI预期的到达时间。目标节点B122之后指示它的多径接收路径调到下一个TTI预期的到达时间。因而，在UE105开始向目标节点B122发送时，目标节点B122有能力对上行链路传输解码而不用大量搜寻与UE105的同步。

取代指定各个多径接收路径精确调节到下一个TTI预期开始处的码片的是，多径接收路径可以在下一个TTI预期到达时间的邻域扩展。在一个例子中，所述多径接收路径可以是下一个TTI预期到达时间之后和之前的半个码片间隔处的相互偏移。码片间隔和被指定扩展的多径接收路径的数目可以基于计算出的传播延迟值∏₂的精确度的期望(例如，基于经验研究)来确定。通常地，随着计算出的传播延迟值∏2精确度的期望减小，需要更多的扩展，反之亦然。

例如，可以理解的是一定量的漂移可能发生并且当由目标节点B采用时计算出的传播延迟值∏₂可能不准确。为了弥补这种漂移，目标节点B122的多径接收路径可以在上行链路的预期码片到达时间的给定漂移门限值内扩展。如果漂移超出由多径接收路径的扩展所弥补的漂移门限值，目标节点B122可以采用传统的遍历搜寻处理，并且在更高层协议中以传统的方式重新发送任何丢失的分组。因此，漂移是多径接收路径可以在下一个TTI预期的到达时间邻域扩展的原因。

对本发明实施例作了如上描述，显而易见的是，本发明可以以多种方式变化。例如，虽然上文就UMTS作了描述，但可以理解的是，本发明的其它实施例可以应用到根据任一无线通信协议运行的任一无线通信系统。同样地，虽然上述方程式使用了符合典型的UMTS规范的特定数值(例如，见方程式5、6，等等)，但可以理解的是以上面方程式中的常量表示的这些数值必要时可以按照其它通信协议来调整。

这种变型并不认为是背离了本发明的示例实施例，并且所以这些改进都包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种在无线通信系统中同步目标基站与移动台的方法，包括：

基于(i)服务基站的下行链路信道和所述目标基站的导频信道之间的第一码片偏移与(ii)移动台的上行链路信道和所述目标基站的所述导频信道之间的第二码片偏移，计算所述目标基站与所述移动台之间的传播延迟，其中所述下行链路信道是从所述服务基站到所述移动台，以及所述上行链路信道是从所述移动台到所述服务基站；以及

向所述目标基站发送所计算出的传播延迟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在无线网络控制器处分别从所述移动台和所述目标基站接收所述第一码片偏移和所述第二码片偏移。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送步骤是在终止所述服务基站和所述移动台之间的通信之前执行的。

4.一种在无线通信系统中同步目标基站与移动台的方法，包括：

接收信号，所述信号指示所述目标基站与所述移动台之间的传播延迟，所述传播延迟是基于(i)服务基站的下行链路信道和所述目标基站的导频信道之间的第一码片偏移与(ii)所述移动台的上行链路信道和所述目标基站的所述导频信道之间的第二码片偏移来计算的，其中所述下行链路信道是从所述服务基站到所述移动台，以及所述上行链路信道是从所述移动台到所述服务基站：及

基于所指示的传播延迟而与从所述移动台接收的上行链路信道同步。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

发送指示所述移动台的上行链路信道和所述目标基站的导频信道之间的第二码片偏移的信号，所接收的指示所述传播延迟的信号至少部分基于所述发送信号。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述同步步骤包括：

基于所述传播延迟而确定下一传输时间间隔的预期到达时间：及

在所预期到达时间的给定邻域内搜寻上行链路传输。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述给定邻域是基于所述传播延迟的精确度的期望而确定的。

8.一种在无线通信系统中计算目标基站和移动台之间传播延迟的方法，包括：

第一接收第一信号，所述第一信号指示服务基站的下行链路信道与所述目标基站的导频信号之间的第一测量码片偏移，所述下行链路信道是从所述服务基站到所述移动台；

第二接收第二信号，所述第二信号指示所述移动台的上行链路信道与所述目标基站的导频信号之间的第二测量码片偏移，所述上行链路信道是从所述移动台到所述服务基站；及

基于所述第一测量码片偏移和所述第二测量码片偏移而计算所述目标基站与所述移动台之间的所述传播延迟。

9.根据权利要求1或8中所述的方法，其中所述计算步骤通过如下方式计算出所述传播延迟：从所述第一码片偏移中减去所述第二码片偏移和常值，并将相减结果除以二。