CN102244875B - 一种于td-scdma系统中测量gsm邻区的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,其特征在于,直接搜索SCH信道获得GSM邻区的时钟同步,进行BSIC验证测量,所述BSIC验证测量包括初始BSIC识别过程和BSIC重确认过程。所述搜索SCH信道是接收SCH的训练序列,在每个TD-SCDMA子帧中的固定位置设置SCH训练序列观察时间窗口及长度。使用第一频率合成器接收GSM邻区信号,使用第二频率合成器收发TD-SCDMA信号。本发明采用单接收机的低成本方案,且不需要修改现有标准或者网络侧的实现,能够很好地支持在TD-SCDMA模高速数据业务下对GSM邻区的测量。

Description

一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域,尤其涉及一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法。
背景技术
GSM(全球移动通信系统,Global System for Mobile communication)是第二代移动通信系统(2G),该系统支持语言和低速数据业务,网络覆盖范围已经非常广泛。TD-SCDMA(时分同步码分多址,Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access)是第三代移动通信系统(3G),相对于GSM系统,能够提供更高数据传输速率,目前国内正在进行大规模建设,但是其网络覆盖还远未达到GSM系统的水平。鉴于此,利用GSM网络拓展TD-SCDMA网络覆盖,来保持3G用户体验的连续性成为移动运营商的必选方案。它要求网络和终端支持空闲模式下TD-SCDMA与GSM系统之间的小区重选和连接模式下TD-SCDMA与GSM系统之间的切换。在目前3GPP国际规范和国内行业标准中,均比较完善地定义了TD-SCDMA/GSM双模技术规范。TD-SCDMA/GSM双模终端的特点是可以在TD-SCDMA和GSM这两个通信系统中工作,而且终端在一个系统的待机(空闲模式)或业务状态(连接模式)下,能够监测/监听另一个系统的信息。在满足一定的条件下,终端能够自主地进行小区重选或切换到另一个系统中。为了有条件进行判断,终端必须对另外一个系统进行异系统测量。
TD-SCDMA/GSM双模终端在TD-SCDMA空闲或连接模式下对GSM邻区进行测量的类型均分为RSSI(接收信号强度指示,Received Signal Strength Indicator)测量和BSIC(基站识别码,Base Station Identity Code)验证测量两种。BSIC验证测量分为初始BSIC识别和BSIC重确认两个过程。在GSM系统中,BSIC是通过同步信道SCH来传输的。初始BSIC识别过程是终端在TD-SCDMA网络下对某个GSM邻区的SCH的初次捕获,可以获得该GSM邻区的帧同步和复帧同步信息,此前终端并没有GSM邻区的任何定时同步信息。终端一旦通过BSIC的初始识别过程确认存在该GSM邻区,终端将在内部保存该GSM邻区的定时同步信息。然后,终端通过BSIC重确认过程,在一定的时间间隔内重新确认该GSM邻区的BSIC,为小区重选或切换做好准备。
TD-SCDMA系统采用时分、码分多址技术,其无线帧结构分为无线帧、子帧和时隙三个层次。一个无线帧长度为10ms,由两个长度为5ms的子帧构成,一个子帧包含7个普通时隙(TS0-TS6)及3个特殊时隙,一个普通时隙长度为0.675ms,三个特殊时隙的长度分别为0.075ms、0.075ms和0.125ms,如图1所示。其中,TS0固定为下行时隙(DL),一般用来传输小区公共信道;TS1固定为上行时隙(UL);D/G/U分别表示DwPTS、GP、UpPTS等三个特殊时隙。
GSM系统采用时分多址(TDMA)技术,其无线帧结构分为超高帧、超帧、复帧、帧和时隙五个层次。其中的帧又称为TDMA帧,一个TDMA帧长约为4.615ms,一个TDMA帧包含8个时隙,一个时隙长度约为0.577ms,一个包含51个TDMA帧的控制复帧结构如图2所示,图中只画出了每个TDMA帧的时隙0(TS0),其中F表示TS0为频率校正信道FCCH的TDMA帧,S表示TS0为SCH的TDMA帧,B表示TS0用于传广播控制信道BCCH的TDMA帧,C表示TS0用于传公共控制信息CCCH的TDMA帧,I表示该TDMA帧为空闲帧(IDLE帧)。
根据TD-SCDMA系统和GSM系统的特性及帧结构,GSM的RSSI测量实现非常简单,此处不再赘述,仅涉及BSIC验证测量。TD-SCDMA/GSM双模终端在TD-SCDMA空闲或连接模式下对GSM邻区进行BSIC验证测量的一般过程描述如下:
首先,在GSM邻区的主载波上搜索FCCH,计算并调整终端与基站之间的频偏,确定FCCH帧定时。
然后,根据GSM控制复帧结构中FCCH和SCH定时的相对关系,接收SCH,对SCH信道进行译码,获取该GSM邻区的同步信息及BSIC信息。
由于TD-SCDMA基站和GSM基站之间不同步,帧长也不相同,在TD-SCDMA模式下进行BSIC验证测量的首要任务是捕获FCCH/SCH(即获得FCCH/SCH的接收定时)。可以参考文献[1]3GPP规范25.225及文献[2]“An efficientmonitoring strategy for intersystem handover from TD-SCDMA to GSMNetwork”(出自2002年的IEEE PIMRC会议论文集)。如果采用双接收机架构,即双模终端可以同时接收TD-SCDMA系统和GSM系统的信号,则实现相对简单,但终端的成本相对较高。为了降低成本,一般更倾向于使用单接收机架构,即同时只能接收一个无线系统的信号,双模终端需要利用TD-SCDMA帧结构中的空闲时隙来接收GSM信号。根据TD-SCDMA和GSM的帧结构,12个TD-SCDMA子帧恰好和13个GSM TDMA帧的时间长度相同,因此,在5ms长的TD-SCDMA子帧内来观察GSM帧定时,GSM帧定时会且只会出现在5ms内13个离散的固定位置上,其中第一个位置和TD-SCDMA子帧头之间的时间间隔就是两个系统的初始定时偏差,这13个位置之间的距离固定为5/13ms。可见,两个系统间的初始定时偏差必然为0至5/13ms之间。当在TD-SCDMA子帧中的一个固定位置上来观察GSM信号,则有如下的公式:
T min , guaranteed = T Data + 5 ms 13
其中,TData表示需要观察的GSM信号时间长度,Tmin,guaranteed表示确保能够观察到该长度GSM信号所需要的最短时间窗口长度,该时间窗口长度未包含实际系统中模拟器件稳定所需要的提前打开时间、频点切换所需要的频率合成器稳定时间等时间余量。
如果要确保接收一个完整的FCCH或者SCH时隙,考虑到最大5/13ms的初始定时偏差,需要的时间窗口长度至少是0.577+5/13即0.962ms。如果有两个或更长的连续空闲普通时隙(时间长度为1.35ms)可用,则可以确保能够测量到GSM邻区。参考图1,图中假设双模终端处于TD-SCDMA系统的低速业务状态下,及上、下行各只占用一个普通时隙,剩下的空闲时隙都可以用来进行GSM邻区测量。而当双模终端处于TD-SCDMA模式下的HSDPA(高速下行分组接入)或HSUPA(高速上行分组接入)等高速数据业务下,如TD-SCDMA子帧中的TS1-TS6都被占用,则测量窗口小于两个连续普通时隙的长度,5ms子帧只剩下TS0加上三个特殊时隙的时间(共0.95ms),它已经无法满足最短长度的需求,现有双模终端不一定能够保障对GSM邻区的测量。上述文献[1]和文献[2],这两篇参考文献也给出了同样的结论。
另外还有两个必须考虑的实际问题:其一,TS1作为上行时隙,总是需要一定的发射时间提前量以克服传播延迟的影响,因此,连续的空闲时间窗口长度就会变得更短;其二,在初始BSIC识别的时候,由于不知道该GSM邻区的任何定时信息,终端需要持续地在每个子帧的固定时间窗口中接收GSM信号以便搜索TDMA帧定时,如果要保证这个时间窗口长度不变化,则整个搜索期间终端不能在UpPTS时隙中发送UpPCH信号,这对HSUPA业务造成很大影响和限制。
有专利申请“TD-SCDMA系统中终端测量GSM邻区的方法”,申请号为200710041000.6,提出由网络侧来调度终端使用的TD-SCDMA业务时隙数量以便留出足够的时间进行GSM邻区测量,这样会给网络的实现带来较大影响,且使得系统的数据吞吐量下降。
发明内容
本发明的目的是提出一种在TD-SCDMA系统中用户终端使用少于两个连续空闲时隙的时间来测量GSM邻区的方法。
本发明的技术方案是,一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,直接搜索SCH信道获得GSM邻区的时钟同步(而不是先搜索FCCH信道来获得同步),进行BSIC验证测量,所述BSIC验证测量包括初始BSIC识别过程和BSIC重确认过程。
进一步的,所述搜索SCH信道是接收SCH信道的训练序列部分,在每个TD-SCDMA子帧中的固定位置设置SCH训练序列观察时间窗口及长度。
进一步的,使用第一频率合成器接收GSM邻区信号,使用第二频率合成器接收或发送TD-SCDMA信号,所述第一频率合成器在开始接收GSM邻区信号前完成频点设置并处于稳定状态,所述第二频率合成器在开始收发TD-SCDMA信号前完成频点设置并处于稳定状态。
一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,包括以下步骤:
设置时隙TS0为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收包含SCH信道训练序列的数据;
若接收到SCH信道的训练序列,则完成对所述GSM邻区的时钟同步;
设置时隙TS0加上D/G/U三个特殊时隙为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收缩短的SCH信道数据后译码;
延迟当前子帧中的UpPCH至下一个子帧发射;
当包括时隙TS1定时提前量的定时提前量超过R,则丢弃时隙TS1前部部分发送数据,其中,包含所述缩短SCH信道的观察窗口长度为W=ΔT+X,ΔT是所述TD-SCDMA系统和GSM系统间的初始定时偏差,当获得该GSM邻区定时同步后即为已知信息,有0≤ΔT≤5/13毫秒,所述R为可用时间跨度去掉所述观察时间窗口W后的剩余时间,实际接收信号长度为X。
进一步的,设置时隙TS0为观察时间窗口的步骤时,也可以在时隙TS0的基础再加上DwPTS和部分GP作为观察时间窗口,即使用可能的更长窗口也是本发明的技术方案内容。
本发明中的TD-SCDMA/GSM双模终端在TD-SCDMA模式下测量GSM邻区的方法,可以保证在实际网络中,当终端处于TD-SCDMA模式下的HSDPA或HSUPA等高速数据业务下连续空闲时隙少于两个,还能够对GSM邻区进行测量,而不影响终端用户体验。
前述背景技术中两篇参考文献均考虑了使用单频率合成器时切换频率所需要的稳定时间。由于TD-SCDMA/GSM双模终端的GSM模式已经存在两个频率合成器,本发明在进行GSM邻区测量时借用GSM模的一个频率合成器。在开始接收GSM邻区信号之前,提前利用GSM模的一个频率合成器设置所需频点,保证开始接收信号时,该频率合成器已经处于稳定状态;接收GSM信号时,使用该频率合成器;在结束接收GSM邻区信号之前,提前利用原TD-SCDMA模的频率合成器设置所需频点,保证结束接收信号后,该频率合成器已经处于稳定状态。这样,可以在计算接收时间窗口时不用考虑频率切换所需要的频率合成器稳定时间。
考虑到进行GSM邻区测量时,双模终端的频率稳定度已经锁定在0.1ppm范围内,而GSM基站和TD-SCDMA基站的频率稳定度都在0.05ppm以内,因此双模终端在测量GSM邻区时无需再搜索和接收FCCH信道来做大频偏估计和调整。本发明采用直接搜索SCH信道的方法来获得和GSM邻区的时钟同步。
搜索SCH信道和搜索FCCH信道需要的时间长度是一样的,为了降低对HSUPA业务的影响,仅考虑完整接收SCH信道的训练序列部分(而非整个SCH信道时隙),这样,首先获取与GSM邻区的时钟同步,再进行BSIC的读取。参考图3,该训练序列全系统唯一且长度为64比特(即0.236ms),因此,可以确保完整接收该训练序列的最短窗口长度为0.236+5/13即0.621ms,这样,只需大于等于这个长度的观察时间窗口就能够满足要求。
当搜索到SCH的训练序列,即获得的该GSM邻区的定时同步后,可以开始BSIC验证测量。在获得GSM邻区的定时同步的基础上,BSIC验证测量中的初始BSIC识别和BSIC重确认两个过程都按照同样的方法来处理,即接收并译码SCH信道。
进行BSIC验证测量需要接收整个SCH信道时隙的数据。考虑到TS1存在发射时间提前量和实际中的其它定时余量,利用SCH信道的时隙结构特点,去掉一些冗余比特,本发明将SCH信道完整接收长度缩短为X(而非原来的156.25比特),只要能够保证SCH信道译码性能即可,这样,确保完整包含该缩短SCH信道的观察窗口长度为
W=ΔT+X
其中,ΔT是两系统间的初始定时偏差,当获得该GSM邻区定时同步后即为已知信息,有
0≤ΔT≤5/13ms
如图4所示,图中R为可用时间跨度去掉观察时间窗口W后的剩余时间,实际接收信号长度为X。
与现有技术相比,本发明可以采用单接收机的低成本方案,且不需要修改现有标准或者网络侧的实现,能够很好地支持在TD-SCDMA模高速数据业务下对GSM邻区的测量。由于本发明将BSIC验证测量分为同步和测量两个阶段,而且在这个需要持续侦听的同步阶段,本发明不影响UpPCH的发射,因此可以很好地支持HSUPA业务的开展。在有两个或更多连续空闲时隙可用的情况下,使用本发明也可以因为减少接收信号窗口长度而获得更省电的好处。
附图说明
图1是TD-SCDMA子帧结构及空闲时间窗口示意图
图2是GSM控制复帧结构示意图
图3是SCH信道的时隙结构图
图4是本发明中接收GSM邻区信号的时间窗口
图5是本发明实施例中定时同步获取过程流程示意图
图6是本发明实施例中SCH信道译码过程流程示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明提供的一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,直接搜索SCH信道获得GSM邻区的时钟同步(而不是先搜索FCCH信道来获得同步),进行BSIC验证测量,所述BSIC验证测量包括初始BSIC识别过程和BSIC重确认过程。搜索SCH信道即是接收SCH信道的训练序列部分,在每个TD-SCDMA子帧中的固定位置设置SCH训练序列观察时间窗口及长度。
使用第一频率合成器(一般就是GSM模的频率合成器)接收GSM邻区信号,使用第二频率合成器(一般就是TD-SCMDA模的频率合成器)接收或发送TD-SCDMA信号,所述第一频率合成器在开始接收GSM邻区信号前完成频点设置并处于稳定状态,所述第二频率合成器在开始收发TD-SCDMA信号前完成频点设置并处于稳定状态。
上述于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,包括以下步骤:
设置时隙TS0为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收包含SCH信道训练序列的数据;
若接收到SCH信道的训练序列,则完成对所述GSM邻区的时钟同步;
设置时隙TS0加上D/G/U三个特殊时隙为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收缩短的SCH信道数据后译码;
延迟当前子帧中的UpPCH至下一个子帧发射;
当包括时隙TS1定时提前量的定时提前量超过R,则丢弃时隙TS1前部部分发送数据,其中,包含所述缩短SCH信道的观察窗口长度为W=ΔT+X,ΔT是所述TD-SCDMA系统和GSM系统间的初始定时偏差,当获得该GSM邻区定时同步后即为已知信息,有0≤ΔT≤5/13毫秒,所述R为可用时间跨度去掉所述观察时间窗口W后的剩余时间,实际接收信号长度为X。设置时隙TS0为观察时间窗口的步骤时,也可以在时隙TS0的基础再加上DwPTS和部分GP作为观察时间窗口,即使用可能的更长窗口也符合本发明的思想。
如图5和图6所示,在TD-SCDMA/GSM双模移动终端中,采用本发明的BSIC验证测量方法,将测量分为定时同步获取和SCH信道译码两个阶段,可以有效地解决现有双模终端不能支持或者不能很好地支持在高速数据业务下连续空闲时隙数少于两个时GSM邻区测量的问题。
TD-SCDMA/GSM双模终端工作在TD-SCDMA模式高速数据业务下,连续空闲时隙数少于两个,当需要对GSM邻区进行测量,尤其是需要进行初始BSIC识别和BSIC重确认时,由于该终端已经获得与TD-SCDMA网络的时钟和频率同步,因此测量GSM邻区时无需先搜索FCCH来做频率和时钟同步,直接搜索SCH信道即可。为了降低对HSUPA业务的影响,通过先直接搜索SCH信道的训练序列部分以获取与GSM邻区的时钟同步,再接收整个SCH信道进行BSIC的读取。确保完整接收该训练序列的最短窗口长度为0.236+5/13即0.621ms,只要大于这个长度的观察时间窗口就能够满足要求,可以仅用TS0作为观察时间窗口,也可以再加上DwPTS及部分GP的时间。由于TD-SCDMA模式中的UpPCH发送一般都是采用固定发射提前量,因此该观察时间窗口最大的情况是从TS0的开始位置一直持续到UpPCH提前发射位置。
借用GSM模的一个频率合成器,每个子帧均在同样的位置接收该观察时间窗口内的信号,搜索SCH的训练序列,当搜索到这个唯一的训练序列,即获得该GSM邻区的定时同步后,阶段A结束,可以开始BSIC验证测量。
在获得GSM邻区定时同步的基础上,BSIC验证测量中的初始BSIC识别和BSIC重确认两个过程都按照同样的方法来处理,即接收并译码SCH信道。
在没有两个连续的空闲时隙可用的情况下,只能在TS0加上三个特殊时隙的时间跨度(0.95ms)中设置观察时间窗口来接收SCH信道。将SCH信道完整接收长度缩短,这里假定为148比特(即X=0.546ms,不包含所有保护比特),则能够确保完整包含该缩短SCH信道的窗口长度W变为0.546+ΔT,当初始定时偏差为最大(5/13ms)时,即观察窗口最长为0.931ms,如图4所示,实际需要接收的信号长度仍为X。借用GSM模的一个频率合成器,在TS0起始位置加上初始定时偏差的位置开始接收长度为X的信号,译码获得BSIC信息。
这里,TS0加三个特殊时隙的时间跨度0.95ms中的剩余时间为R,按前面假定的148bit缩短SCH信道计算并换算到TD-SCDMA系统的码片数为24chip,作为TS1的发送时间提前量(并考虑一些其它定时余量),可以支持超过2.5km的小区半径。这符合TD-SCDMA网络的实际情况,因为HSDPA或者HSUPA等高速数据业务的实际小区覆盖半径一般都小于2.5km。这是最恶劣的情况,当两系统的初始定时偏差小于5/13ms时,可以支持更大的小区半径。如果接收缩短SCH信道的那一个子帧中需要发送UpPCH且没有足够的空余时间供UpPCH发射,则推迟一个子帧再发射该UpPCH,如果两个系统间的初始定时偏差较小,则该UpPCH发射也可能不需要推迟。由于本发明的BSIC验证测量只是单帧接收而非持续接收,所以对HSUPA业务的UpPCH发射不会产生大的影响。为了终端系统更加稳定,假如TS1的发射提前量加上其它定时余量超过R(如24chip,该情况出现的概率非常小),则丢弃当前子帧TS1前部相应的部分发送数据,对TD-SCDMA基站实际接收性能影响很小。
本发明主要针对连接模式下执行高速数据业务是测量GSM邻区的问题,在待机状态下也可以利用本发明带来省电的好处。本发明的基本思想还可以用于在其它无线通信系统下测量GSM邻区信号,这些无线通信系统可以是WCDMA、CDMA、LTE等等,甚至可以是GSM系统自己的邻区测量。

Claims (4)

1.一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,其特征在于,搜索SCH信道获得GSM邻区的时钟同步,进行BSIC验证测量,所述BSIC验证测量包括初始BSIC识别过程和BSIC重确认过程,
在每个TD-SCDMA子帧中的固定位置设置SCH训练序列观察时间窗口及长度,搜索SCH信道的训练序列部分,从而获得GSM邻区的时钟同步,
设置SCH信道观察时间窗口及长度来接收SCH信道,及
对接收到的SCH信道进行译码。
2.如权利要求1所述于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,其特征在于,使用第一频率合成器接收GSM邻区信号,使用第二频率合成器收发TD-SCDMA信号,所述第一频率合成器在开始接收GSM邻区信号前完成频点设置并处于稳定状态,所述第二频率合成器在开始收发TD-SCDMA信号前完成频点设置并处于稳定状态。
3.一种于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,其特征在于,包括以下步骤:
设置时隙TS0为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收包含SCH信道训练序列的数据;
若接收到SCH信道的训练序列,则完成对所述GSM邻区的时钟同步;
设置时隙TS0加上D/G/U三个特殊时隙为观察时间窗口;
使用第一频率合成器接收缩短的SCH信道数据后译码;
延迟当前子帧中的UpPCH至下一个子帧发射;
当包括时隙TS1定时提前量的定时提前量超过R,则丢弃时隙TS1前部部分发送数据,其中,包含所述缩短SCH信道的观察窗口长度为W=ΔT+X,ΔT是所述TD-SCDMA系统和GSM系统间的初始定时偏差,当获得该GSM邻区定时同步后即为已知信息,有0≤ΔT≤5/13毫秒,所述R为可用时间跨度去掉所述观察时间窗口W后的剩余时间,实际接收信号长度为X。
4.如权利要求3所述的于TD-SCDMA系统中测量GSM邻区的方法,其特征在于,设置时隙TS0为观察时间窗口的步骤时,在时隙TS0基础上加上DwPTS和部分GP作为观察时间窗口。
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Owner name: TTP COMMUNICATIONS LTD.

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Effective date: 20130624

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Applicant after: MStar Semiconductor, Inc. (Cayman)

Applicant after: MStar Semiconductor Co., Ltd.

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Applicant before: Digimoc Telecom Technology (Shanghai) Co., Ltd.

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Granted publication date: 20150722

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