CN1094704C - 异、准同步码分多址系统中用双导频信道接入小区的方法 - Google Patents

Abstract

一种接入小区的方法，即在异步或准同步模式的CDMA通信系统中用两个导频信道获得初始同步的方法。其中对于准同步模式的CDMA系统：使移动站与群集导频同步，根据由群集导频建立的群集同步信道搜索小区导频，使移动站与最大灵敏度的小区导频同步，使移动站通过群集导频和小区导频与基站同步。对于异步模式的CDMA系统：使移动站与群集导频同步，搜索同步已由群集导频建立的群集中的所有小区导频，使移动站与最大灵敏度的小区导频同步，通过群集导频和小区导频使移动站与基站同步。

Description

异、准同步码分多址系统中用 双导频信道接入小区的方法

本发明涉及接入小区的方法，并更特别涉及利用异步或准同步模式的CDMA(码分多址)通信系统中的两个导频信道(pilot channel)来获得初始同步的方法。

一般地，在具有多个基站的微蜂窝(microcell)环境中，因为在每个基站中要求诸如GPS(全球定位系统)的昂贵设备，所以费用相当高。在基站是在地下空间与房间中建立的情况中，GPS设备的使用有许多技术困难。

还有，在根据受限制区域之外的定时信息使用的CDMA通信系统中，可能要求能够独立操作的系统，因为没有处理GPS中的故障与由系统操作者引起的有意的信息窃听的方法。例如，在欧洲与日本的一些公司已开发了不利用GPS而能够进行操作的CDMA通信系统。但是，仍有许多尚未解决的问题。图1是表示利用传统的时间偏移鉴别接收频率的基站的方法示意图。

在传统的CDMA通信系统(IS-95^TM)或宽带CDMA通信系统中，每个基站从GPS中获得准确的定时信息，然后所有的基站以同步模式工作。在这种情况下，如图1所示，可以由同一个PN(伪噪声)序列的时间偏移来识别每个基站，因此，这样做可以分别利用时间偏移62.5μs(微秒)与52.1μs识别320与512个基站。

例如，具有32678PN序列长度与1.2288Mcps芯片速率(chip rate)的每个IS-95^TM基站是利用64芯片(64×1/1.2288M＝52.1μs)的时间偏移鉴别的，和具有81920PN序列长度与4.096Mcps芯片速率的“OKI”公司的每个基站是利用256(256×1/4.096M＝62.5μs)的时间偏移鉴别的。

如上所述，因为有可能识别数百个基站，所以CDMA通信系统具有设计者能减轻系统设计上负担的优点。

图2是表示根据传统通信系统重用7个频带情况下的模拟蜂窝系统与时分多址(TDMA)系统的一个小区结构的示意图。

在模拟蜂窝系统与TDMA系统中，只有几个基站可以被鉴别，因为基站是由频率鉴别的。因此，如图2所示，一些频带必须再次被使用。在这种情况中，设计者应设计能减少利用同一频率的基站之间的干扰的方案。但是，这个方案可能给设计者加上沉重负担，因为传播环境与地形对通信中的无线电波有影响。

对于每个基站使用相互不同的时间偏移来说，所有基站必须具有它们之间准确的定时信息。特别地，如果定时信息的不准确度大于时间偏移，就不可能鉴别每个基站。因此，在IS-95与OKI中，基站之间的准确同步是通过GPS获得的。以GPS为基础的通信系统在其系统稳定性与费用上有许多问题。

因而，在各基站之间要求不利用准确的外部定时信息操作的同步模式。本发明提供用由常规的有线或无线网络发射的定时信息而不利用GPS中的准确的外部定时信息的方法。

由传统的有线或无线网络发射的定时信息是非常不准确的。因而，在利用这种定时信息识别基站的情况下，基站之间的时间偏移必定比定时信息的不准确率大很多。但是，这有一个问题，即鉴别基站的时间偏移在数量上减少。在另一方面，如果时间偏移在数量上增加，就要求很多时间进行初始同步。

目前在寻呼系统中，基站之间的同步是利用经由一网络的定时信息建立的，因为所有基站必须在同一时间发射信号。在这个时间上，因为基站之间的距离、网络传输线中的时间延迟和发射与接收信号的调制解调器中的处理时间，基站之间同步的不准确率在时间上增加到多达数百微秒。

如果利用同一PN码的时间偏移鉴别多个基站并且这些基站之间的同步是由有线或无网络建立的，就利用比具有最大不准确度值更大的时间偏移在考虑诸如每个基站中的传输线的延迟单元中的时间延迟的基础上对基站进行鉴别。而且因为这个值不是固定值，所以要求大量的测量数据。还有，在系统同步突然不稳定的情况下，不能鉴别基站。

在不用准确的定时信息的情况中，就很难通过同一序列的时间偏移鉴别基站。因此，在欧洲，CODIT系统推行基站之间的异步模式，即通过给每个基站分配不同序列而不是同一序列的时间偏移来获得基站之间的鉴别。虽然各基站相互不同步，但可以通过利用相互不同的序列识别基站的方法来识别基站。

然而，在这种情况中，用户花费很多时间来获得基站代码。在IS-95或OKI的情况中，因为所有基站使用同一序列，所以可以通过只对一个序列执行初始同步就能获得基站序列，但因为必须对所有序列执行初始同步，实际上不可能通过不同序列识别基站。

解决这个问题的方法是对序列数量设置一个限制和再用图3所示的序列，图3是表示根据传统通信系统重用7个频带情况中的CDMA系统的一个小区结构的示意图。但是，这个方法有一个问题，即不可能容易地安排各小区配置(scheme)。

另一方面，如上所述，利用GPS获得准确同步的系统在系统稳定性与费用方面有相当大的问题。

因此，在基站之间要求不利用准确的外部定时信息操作的同步模式。

欧洲的CODIT系统或日本的NTT DoCoMo系统研究能在没有基站之间准确的同步信息和不利用外部定时信息进行操作的方法。为了达到这个目的，只有一个方法是给每个基站分配不同序列，因为不知道各基站之间的定时信息，并且随后基站不能鉴别同一序列的时间偏移。

然而，当移动站尝试一个初始同步时，在一个移动站使用同一序列的时间偏移情况中，该移动站只搜索一个序列，而如果该时间偏移被分成不同序列，移动站就搜索所有序列。在当前的数字蜂窝通信系统中，在几秒中进行初始同步，而如果由不同序列鉴别移动站，就会进行长时间的初始同步。这意味着用户在拔号之后等待数十秒，是不可能把这个方法应用到实际的通信服务中。

解决这个问题的方法也是对序列数量设置限制和再用图3所示的序列。但是，这个方法有一个问题，即如上所述，不可能容易地安排小区配置。

本发明的目的是提供利用两个导频信道来接入小区的方法，以便获得快速初始同步。

本发明的另一目的是提供利用鉴别基站的多个序列能够容易地安排小区配置的接入小区的方法。

根据本发明，在包含基站、一基站控制器与移动站、和利用不同序列鉴别基站的CDMA通信系统中，其中基站从基站控制器中接收一个同步信号，提供接入一个小区的方法，包括步骤：使移动站与一个群集(cluster)导频同步；和根据由此群集导频设置的群集同步信道搜索小区导频，和使移动站与具有最大灵敏度的小区导频同步，从而使移动站与基站通过该群集导频和该小区导频而同步。

而且，根据本发明，在包括基站、一基站控制器与移动站、和利用不同序列鉴别各基站的CDMA通信系统中，提供接入小区的方法，该方法包括步骤：使移动站与群集导频同步；和在已由群集导频建立同步的一个群集中搜索所有小区导频，并使移动站与具有最大灵敏度的小区导频同步，从而使移动站与基站通过该群集导频和该小区导频而同步。

本发明的其他目的和方面将从下面结合附图的实施例的描述中变得明显，其中：

图1是表示利用常规时间偏移鉴别接收频率的基站的方法的示意图；

图2是表示根据常规通信系统重用(reuse)7个频带情况中的模拟蜂窝系统和时分多址(TDMA)系统的一个小区结构的示意图；

图3是表示根据常规通信系统重用7个频带情况中的CDMA通信系统的一个小区结构的示意图；

图4是表示根据本发明的CDMA通信系统中的基站结构的示意图；

图5是表示根据本发明使用两个导频的CDMA通信系统的一个小区结构的示意图；

图6是表示在根据本发明的一个实施例的多层结构中的一个小区接入的流程图；

图7是表示根据本发明的一个实施例一个小区接入的流程图，其中群集导频是从该群集中心的一个小区中发射的；

图8是表示根据本发明的一个实施例小区接入的流程图，其中所有小区发射一个群集导频和一个小区导频；

图9是表示在根据本发明的另一实施例的多层结构中的小区接入的流程图；

图10是表示根据本发明的另一实施例小区接入的流程图，其中群集导频是在群集中心发射的；和

图11是表示根据本发明的另一实施例小区接入的流程图，其中所有小区发射一个群集导频和一个小区群集。

下面，将结合图4至11详细描述根据本发明的一个实施例。

首先，图4是表示根据本发明的CDMA通信系统中的基站结构示意图，其中标号41、42与43分别表示基站控制器、基站与移动站。

如图4所示，多个移动站43接入基站42和基站42接入一基站控制器41。根据本发明，一个群集是由接入一个基站控制器41的各小区组成。

在准同步模式的CDMA通信系统中，基站控制器41是通过有线或无线网络接入基站42，和基站控制器41给每个基站42发射一个同步信号。此时，因为基站控制器41与每个基站42间的距离和其传输线路上的特征各不相同，所以通过许多测量连续执行同步校正。

图5是表示根据本发明使用两个导频的CDMA通信系统的一个小区结构的示意图。如图5所示，一些小区可能形成一个群集。在这个情况中，与同一群集有关的所有小区使用同一个导频信道，和在该群集中的每个小区划分为一个小区导频。当移动站建立一个呼叫时，移动站在接入该小区导频(常规方法中的导频)之前接入该群集导频。

移动站接入该群集导频的原因是它不利用当前基站的序列的时间偏移或与序列有关的信息来在给定时间内搜索所有类型的序列要花费很多时间，而且事实上也是不可能。

因此，在移动站不搜索所有小区的序列之后，并且，首先搜索其中有一些序列被重用的群集导频和随后获得该群集导频，移动站通过一个群集同步信道读出当前群集中的小区类型和只搜索这些小区。因为该群集导频重用一些序列，所以移动站搜索的序列数量可能大量减少。

在准同步模式的CDMA通信系统中，一旦移动站接入该群集导频，它只在网络保证的时间中搜索小区导频，因为各小区通过网络彼此同步。

例如，在能鉴别512个小区的IS-95中，如果重用16个序列和在每个群集中的小区数量是相同的，则在每个群集中的小区数量为32。因此，移动站搜索16个序列，找到它自己的群集，和搜索对应32个小区的序列。结果，移动站只搜索48个序列，而不是512个序列。

在准同步模式的CDMA通信系统中，如果移动站在搜索群集导频之后搜索小区导频，就不必搜索每个序列的整个长度，因为由无线或有线网络发射的同步信息存在于小区之间。结果，因为移动站使用这个同步信息，所以可能在初始同步中不需要很多时间。

因为在该群集中重用一些序列，所以在安排群集时可能要求精心的配置。但是，通过扩大群集的大小可减少群集之间的干扰。还有，在新小区的小区安排与建立情况中，有可能容易地安排小区配置，因为只有该序列被加到群集同步信道。

根据本发明的多小区和单小区结构将详细地描述。

首先，将详细描述多层结构。

多层结构是当前数字蜂窝系统的宏蜂窝(macrocell)和个人通信系统的微小区共同存在的一种结构。也就是说，具有小的小区半径的微蜂窝(microcell)适于低速行走的行人和户内环境，而对于以高速移动的用户，因为频率转换(hand-over)，具有大的小区半径的宏蜂窝是适合的。因此，为了提供不同业务，将要求其中几种小区共存的多层结构和在将来的移动通信业务中将考虑多层结构。在多层结构中，因为在微蜂窝与宏蜂窝之间产生干扰，所以一般使用不同的频带。

根据本发明，使用两个导频的系统适于多层结构。即，如果该群集是作为一个宏蜂窝考虑和该群集中的每个小区作为微蜂窝考虑，移动站首先找到宏蜂窝导频，和读出微蜂窝序列的类型，随后接入微蜂窝。

图6是表示在根据本发明的一个实施例的多层结构中的小区接入的流程图。如图6所示，在接通移动站的电源(在步骤61)和移动站搜索群集导频序列(在步骤62)之后，移动站确定相关器的输出是否大于一个给定阈值(在步骤63)。如果相关器输出小于阈值，移动站继续搜索群集导频序列。另一方面，如果相关器输出大于阈值，移动站就在当前同步信息的基础上搜索其他的群集导频序列(在步骤64)。此时，因为通过有线或无线网络在群集之间建立同步，所以移动站在搜索其它群集导频序列时可能只搜索在当前同步时间点之前与之后的一个不准确的范围。

在搜索群集导频序列之后，群集同步被建立至表示最大输出的导频序列(在步骤65)。

包括在群集中的小区的序列类型和有关其中管理导频信息的频带的信息的小区导频信息发射到群集同步信道。在多层结构中，因为群集导频和小区导频在相互不同的频带上操作，所以要求有关分配给小区导频的频带的信息。

因此，移动站通过群集同步信息读出有关小区导频序列的类型和分配给小区导频的频带的信息(在步骤66)。

移动站利用这个小区导频信息根据当前同步搜索属于此群集的小区导频序列(在步骤67)。同样地，因为通过有线或无线网络在小区之间建立同步，所以移动站可能仅搜索在当前同步时间点之前与之后的一个不准确的范围。

移动站通过根据当前同步搜索群集中的小区序列和建立与表示最大输出的小区序列的小区同步来接入小区(在步骤68)。

接下来，将详细描述单小区结构。在使用两个导频的本发明的单小区结构中有两种方法，其中一种方法是建立发射在群集中心的群集导频的系统或是为在群集中心的小区发射群集导频，和另一方法是为每个小区同时发射群集导频与小区导频。

第一种方法的优点在于每个小区不发射群集导频，而第二种方法虽然每个小区发射群集导频，但因为群集导频及小区导频与基站准确同步，所以其优点在于减轻初始同步的负担。

图7是表示根据本发明的一个实施例小区接入的流程图，其中在群集中心发射一个群集导频。

为了在群集中心发射群集导频，建立在群集中心发射群集导频的系统或在群集中心的小区发射群集导频。

如图7所示，在接通移动站电源(在步骤71)和在移动站搜索群集导频序列(在步骤72)之后，移动站确定相关器的输出是否大于一给定阈值(在步骤73)。如果相关器输出小于阈值，移动站继续搜索群集导频序列。另一方面，如果相关器输出大于阈值，移动站就根据当前同步信息搜索其他群集导频序列(在步骤74)。此时，因为通过有线或无线网络在群集之间建立同步，所以移动站在搜索其他群集导频序列时，可能只搜索在当前同步时间点之前与之后的一个不准确范围。

在搜索群集导频序列之后，建立与表示最大输出的导频序列的群集同步(在步骤75)。

包含在群集中的小区的序列类型的小区导频信息发射到群集同步信道。

因此，移动站通过此群集同步信道读出有关小区导频序列类型的信息(在步骤76)。

移动站利用此小区导频根据当前同步搜索小区导频序列(在步骤77)。同样地，因为通过有线或无线网络在小区之间建立同步，所以移动站仅搜索在当前同步时间点之前与之后的一个不准确范围。

移动站通过根据当前同步搜索在群集中的小区序列和建立与表示最大输出的小区序列的小区同步来接入小区(在步骤78)。

图8是表示根据本发明的一个实施例小区接入的流程图，其中所有小区发射一个群集导频与一个小区导频。

如图8所示，接通移动站的电源(在步骤81)和移动站搜索群集导频序列(在步骤82)。此时，如果相关器输出(相关器的输出)大于一个给定阈值，移动站不立即搜索其他群集序列，而是它必须仅搜索根据同一群集导频序列的网络同步的一个不准确范围。因为群集中的所有小区发射一个群集导频和多个输出可能大于一个给定的阈值，所以建立与相关器最大输出的当前同步的时间点(在步骤83)。移动站根据当前同步信息搜索其他群集导频序列(在步骤84)。此时，因为通过有线或无线网络在群集之间建立同步，所以移动站在搜索其他群集导频序列时可能仅搜索在当前同步时间点之前与之后的一个不准确的范围。

在搜索群集导频序列之后，建立与表示最大输出的导频序列的群集同步(在步骤85)。

包含在群集中的小区的序列类型的小区导频信息发射到群集同步信道。

因此，移动站通过群集同步信道读出有关的小区导频序列的类型的信息(在步骤86)。

移动站利用此小区导频根据当前同步搜索小区导频序列(在步骤87)。在这种情况中，因为每个小区发射群集导频和小区导频，所以群集导频同步时间点与小区导频同步时间点一样，以致根据群集同步时间点搜索小区导频。

通过根据当前同步搜索群集中的小区序列和建立与表示最大输出的小区序列的小区同步使移动站接入小区(在步骤88)。

图9是表示根据本发明的另一实施例的多层结构中的小区接入的流程图。如图9所示，接通移动站的电源(在步骤91)和移动站搜索所有群集导频序列的所有时间偏移(在步骤92)，以便建立与表示最大输出的序列的当前同步时间点(在步骤93)。

包含在群集中的小区的序列类型和有关在其中管理导频信息的频带的信息的小区导频信息发射到群集同步信道。在多层结构中，因为群集导频和小区导频在相互不同的频带上操作，所以要求有关分配给小区导频的频带的信息。

因此，移动站通过群集同步信道读出有关小区导频序列类型和有关分配给小区导频的频带的信息(在步骤94)。

接下来，移动站利用此小区导频信息搜索在其中建立同步的群集中的所有群集导频序列的所有时间偏移(在步骤95)，然后建立与表示最大输出序列的小区的同步(在步骤96)。

图10表示根据本发明的另一实施例小区接入的流程图，其中在群集中心发射一个群集导频。

为了发射在群集中心的群集导频，建立发射群集中心的群集导频的系统或由群集中心的小区发射群集导频。

如图10所示，接通移动站电源(在步骤101)，和移动站搜索群集导频序列的所有时间偏移(在步骤102)，以便建立与表示最大输出的序列的当前同步时间点(在步骤103)。

包含有关在群集中的序列类型的信息的小区导频信息发射到同步信道。

因此，移动站通过群集同步信道读出有关小区导频序列类型的信息(在步骤104)。

移动站利用此小区导频信息搜索在其中已建立同不的群集的所有群集导频序列的所有时间偏移(在步骤105)，然后建立与表示最大输出的序列的小区同步(在步骤106)。

另一方面，在单小区结构的第二种方法中，当移动站搜索群集导频时，在一个群集中的所有小区在相互不同的时间偏移上产生群集导频与小区导频，以便在不同的时间点上发射群集导频与小区导频。因此，如果几次获得多个路径，就通过最大路径建立同步且移动站读出群集同步信道。在群集中的所有小区具有同样的同步信道信息。

图11是表示根据本发明的另一实施例小区接入的流程图，其中所有小区发射一个群集导频和一个小区群集。

如图11所示，接通移动站电源(在步骤111)和移动站搜索群集导频序列的所有时间偏移(在步骤112)，以便建立与表示最大输出的序列的当前同步的时间点(在步骤113)。即，因为所有小区发射此群集导频，所以由于某些时间偏移，输出可能超过相对于一个群集序列的预定值。因此，移动站必须根据每个群集序列搜索所有时间偏移。

包含有关群集中的序列类型的信息的小区导频信息发射到群集同步信道。

因此，移动站通过群集同不信道读出有关小区导频序列类型的信息(在步骤114)。

移动站利用这个小区导频信息搜索在其中同步被建立的群集导频序列的所有时间偏移(在步骤115)，然后建立与表示最大输出的序列的小区的同步(在步骤116)。此时，如果所有小区发射群集导频和小区导频，移动站可能只搜索在已与移动站同步的群集中的小区导频。

从以上可看出，因为不使用昂贵的GPS设备，所以本发明具有削减建立基站费用的效果，也因为不使用昂贵的GPS设备，有可能在地下空间与房间建立基站。还有，根据本发明的基站能独立于诸如GPS的外部系统进行管理。

以上公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将懂得不同的修改、增加与替换是可能的，而不脱离如在所附的权利要求书中所公开的本发明的范围与精神。

Claims (6)

1.一种在包括基站、基站控制器与移动站，并通过用不同序列鉴别各基站的CDMA通信系统中，用于接入小区的方法，其中所述基站从所述基站控制器接收一个同步信号，该方法包括步骤：

使所述移动站与一个表示作为小区群的群集的群集导频同步；和

根据从由群集导频建立的群集同步信道读出的小区导频序列和分配给一个小区导频的频带搜索其每个表示小区的小区导频，并且使所述移动站与具有最大信号强度输出的小区导频同步，

从而通过所述群集导频和小区导频使所述移动站与所述基站同步。

2.一种在具有多层结构的CDMA通信系统中，用于在移动站中接入小区的方法，其中该系统包括基站、一基站控制器和移动站，并利用不同序列鉴别各基站，和其中所述基站从所述基站控制器接收一个同步信号，该方法包括步骤：

搜索其每个表示作为小区群的群集的群集导频序列直到相关器的输出大于一个预定值，和根据当前同步搜索其余群集导频序列，以便所述移动站建立与具有最大信号强度输出的群集导频序列的群集同步；

读出由表示最大信号强度输出的群集导频序列建立的一个群集同步信道，和随后读出所包含的其每个表示小区的小区导频序列和分配给一个小区导频的频带；和

根据所述群集同步信道搜索小区导频序列以便所述移动站建立与具有最大信号强度输出的小区导频序列的小区同步。

3.一种在包括基站、基站控制器与移动站，并利用不同序列鉴别基站的CDMA通信系统中，用于在移动站中接入小区的方法，其中所述基站从所述基站控制器接收同步信号，和其中基站的所有小区发射群集导频与小区导频，用于接入小区的移动站，该方法包括步骤：

搜索其每个表示作为小区群的群集的群集导频序列，以便所述移动站建立与具有最大信号强度输出的群集导频序列的同步时间点，和根据当前同步搜索其余群集导频序列，以便所述移动站建立与具有最大信号强度输出的群集导频序列的群集同步；

读出由表示最大信号强度输出的群集导频序列建立的群集同步信道，和随后读出小区导频序列；和

根据所述群集同步搜索其每个表示小区的小区导频序列，以便所述移动站建立与具有最大信号强度输出的小区导频序列的小区同步。

4.一种在包括基站、基站控制器和移动站，并通过用不同序列鉴别各基站的CDMA通信系统中，用于接入小区的方法，该方法包括步骤：

发送两个导频，其中第一导频表示作为小区群的群集，第二导频表示一小区。

5.一种在包括基站、基站控制器和移动站，并通过用不同序列鉴别各基站的CDMA通信系统中，用于接入小区的方法，该方法包括步骤：

分组至少两个小区作为一群集；

使移动站与表示作为小区群的群集的群集导频同步；和

搜索其每个表示由群集导频建立同步的群集中所包含的小区的所有小区导频，并且使移动站与具有最大信号强度输出的小区导频同步。

6.一种在包括基站、基站控制器和移动站，并通过用不同序列鉴别各基站的CDMA通信系统中，用于接入小区的方法，该方法包括步骤：

在基站上发送群集导频信道和小区导频信道，其中，群集导频信道表示作为小区群的群集，小区导频信道表示一小区；

使移动站与所述群集导频同步；和

搜索由所述群集导频建立同步的所述群集中所包含的所有小区导频，并且使移动站与具有最大信号强度输出的小区导频同步。

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