CN1201509C - 移动通信系统及基站间同步的方法 - Google Patents

Abstract

多个基站中每一个通过在其自身的接收器中对移动台发出的上行信号进行检测来计算与移动台有关的距离函数值，并将计算数值发送给基站控制器。当作为参考基站的基站从移动台接收到基站下行信号接收的时间差时，它将把此接收时间差发送给控制器。控制器利用从目标基站发出的数据计算出参考基站与目标基站中的上行信号接收时间之间的差异，并将此差异报告给除参考基站以外的其它基站，从而完成对下行信号发送定时的更新。

Description

移动通信系统及基站间同步的方法

本专利申请要求日本专利申请No.11-363686(1999年12月22日提交)的权益，并将其内容引入以作为参考。

本发明涉及移动通信系统及其经简化的基站间同步化方法。更具体地讲，本发明涉及一种在采用CDMA(码分多址)系统的蜂窝通信中使用的基站间同步的方法。

在采用CDMA系统的蜂窝通信中，为了保持恒定的通信质量，基站和移动台的频率及定时同步技术通常是十分重要的。例如，在采用IS-95(为北美洲使用)的情况下，基站间同步是通过在码片时钟级上利用GPS(全球定位系统)而得到的。在这种情况下，一旦移动台与一个基站建立定时同步，它就可以利用这个已经建立的定时同步而相对容易地建立与其它不同基站的定时同步，尽管其容易程度会随信号传播信道的变化而变化。

与此同时，在有可能作为具有前景的第三代数字蜂窝系统而在将来得到采用的W-CDMA(宽带CDMA)系统中，并不保证码片时钟级上的基站间同步。因此，在这种系统中，移动台应重复执行与初始同步获取过程相同的过程以得到和其它不同基站的定时同步。也就是说，该系统会在这种情况下产生一个问题，即，在获取同步之前需要有一定的时间。

采用CDMA系统的蜂窝通信的另一种技术趋势是分集切换(hand-over)。在这种分集切换技术中，不同基站或同一基站不同扇区的下行传输信号中带有相同的数据，而移动台可以同时接收并合并这些下行信号。这种技术可以提高信号传输的质量。该技术的另一个优点在于，在移动台从由一个基站或扇区覆盖的区域移动到另一个区域期间，它可以实现没有瞬时中断的无线传输。

但是，如上所述，由于W-CDMA系统并不保证码片时钟级上的基站间同步，所以移动台就不能够直接并有效地接收及合并信号。所以，必需采用一些措施以解决这个问题。

举一个例子，ARIB(工业和商用无线组织)提供了一些方案(它们尚未被标准化)，这些方案在“关于3G移动系统第三卷(第1.0版)的空中接口的说明”中提出了以下过程。

在“3.2.6.6切换”中的“3.2.6.6.1.分集切换”(信元内或信元间)中，移动台测量通信信元与切换目标栖木(perch)信道之间的时间差，并将测得的时间差通过基站报告给BSC(基站控制器)。BSC根据所得到的时间差对切换目标基站的下行传输定时进行控制，从而使其与移动台中的切换目标定时基本相同。

在如上所述的现有技术W-CDMA系统中，移动台应采用上述ARIB的方案步骤以有效地进行信号接收及合并。尽管在非同步基站之间进行同步化是必需的，但这种过程是有缺点的，因为随着下行信号定时同步化的普及，它在本质上是多余的，而且还会增加不必要的信号发送。

因此，本发明的一个目的就是提供一种移动通信系统及其经简化的基站间同步方法，它们能够解决上述问题，能够缩短搜索时间并能抑制切换场合下不必要的信号发送。

根据本发明的一个方面，提供了一种移动通信系统，该系统包括：多个相互不同步的基站，用于对多个基站的每一个进行控制的控制器，以及用于接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号的移动台；所述移动台检测从所述多个基站发出的下行信号的接收时间差，并将检测到的接收时间差发送给一参考基站；所述多个基站中的每一个通过检测从下行信号的传输时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔以确定自身相对于移动台的距离函数，将已确定的自身距离函数发送给控制器，以及在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时，将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至控制器；所述控制器根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差，并将计算出来的传输时间差发送给其它目标基站从而使下行信号发送定时得到更新。

移动台在适当的下行信号接收定时之后发送一段预定时间的上行信号。多个基站中的每一个都能通过对预定的固定时间段中从移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。多个基站中的每一个都通过对从多个移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。多个基站中的每一个都能在所述基站之间的下行信号传输时间差处于一个预定时间段之内时使下行信号发送定时得到更新。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于移动通信系统的经简化的基站间同步方法，该移动通信系统包括：多个相互不同步的基站；用于对多个基站的每一个进行控制的控制器；以及用于接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号的移动台，在该方法中：

所述移动台包括：用于检测从所述多个基站发出的下行信号的接收时间差的步骤；以及用于将检测到的接收时间差发送给一参考基站的步骤；

所述多个基站中的每一个都包括：用于通过检测从下行信号的发送时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔来确定自身相对于移动台的距离函数的步骤；用于将已确定的自身距离函数发送给所述控制器的步骤；以及用于在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至所述控制器的步骤；

所述控制器包括：用于根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差的步骤；以及用于将计算出来的传输时间差发送给其它目标基站从而使下行信号发送时序得到更新的步骤。

移动台在适当的下行信号接收定时起一段预定时间之后对上行信号进行发送。多个基站中的每一个都能通过对预定的固定时间段中从移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。多个基站中的每一个都通过对从多个移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。多个基站中的每一个都能在所述基站之间的下行信号传输时间差处于一个预定时间段之内时使下行信号发送定时得到更新。

根据本发明的另一个方面，它提供了一种移动通信系统，其中各个基站相互不同步，而且移动台通过控制器的控制来接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号，其特征在于：

所述移动台可在所述多个基站内检测出从一参考基站以及其它目标基站发出的下行信号的接收时间差，并将检测到的接收时间差发送给该参考基站；所述多个基站中的每一个都可以通过检测从下行信号的发送时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔来确定自身相对于所述移动台的距离函数，将已确定的自身距离函数发送给所述控制器、并在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至所述控制器；而所述控制器则可根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差，并将计算出来的传输时间差发送给其它基站，从而使下行信号传输得到更新。

更具体地讲，这种根据本发明所述的经简化的基站间同步方法允许使不同步的W-CDMA系统基站之间简单地获得同步。作为一种用于确定基站间定时误差的方法，它被假定为是一个如“关于3G移动系统第三卷(第1.0版)的空中接口的说明”的“3.2.6.6.1.分集切换”(信元内或信元间)中所提到的那种ARIB过程。

这个过程允许BSC测量各移动台中的基站间码片定时误差以作为各移动台所发出报告。但是，这种测量会因移动台与基站之间的距离、信号传播信道的状态(例如当在多通路状态下执行测量时所引入的环境误差)、移动台中的测量精确度等因素而产生误差。因此，这种测量误差不能作为基站间误差而被直接处理。

为了消除由距离引发的误差，可以采用能够在基站中得到测量的数值。移动台被用于在一段时间延迟(例如，用于在所有时间上都满足上行与下行信号定时之间的确定时间关系的下行信号接收时隙的一半)之后发送上行信号。这就意味着实际接收定时与和从移动台发出的信号有关的基站的额定信号接收定时(待被接收的接收定时)之间的误差被认为是成与基站和移动台间距的两倍相对应的。因此，通过测量该误差并在一足够的循环间隔上将测得的误差报告给BSC，BSC就能利用计算来消除该误差带来的影响。

可以在统计过程中利用通过距离消除而获得的数值来对其它误差进行校正，并且还可以获取可能出现的数值以用于确定的范围。因此，通过对基站下行信号定时进行逐次更新，就可使BSC控制下的基站的定时得到容易地同步。

尽管在前面提到，对于不同步的基站需要有很长的搜索时间，但是，通过利用由移动台获得的对基站间时间差的测量来容易地实现基站间的同步，就可以减少搜索时间，而且还可减少基站间的信号发送。也就是说，一旦在一定程度上建立基站间同步，移动台就可以在缩短的搜索时间内搜索到一个新的基站，而且它还可以消除切换场合下不必要的信号发送。

通过以下的文字说明并参考附图，本发明的其它目的和特征将获得更加清楚的理解。

图1的框图显示了体现出本发明思想的移动通信系统的结构组成。

图2的时序图显示了图1所示各基站2和3与移动台4之间的发送/接收定时；

图3至5的流程图分别显示了图1所示基站控制器1、各基站2和3以及移动台4的操作过程。

以下将参考附图对本发明的优选实施例进行说明。

首先参考附图对本发明的一个实施例进行说明。图1的框图显示了体现出本发明思想的移动通信系统的结构组成。参考图1，对该实施例的描绘是按照定时关系的形式画出的。也就是说，它是按照各基站(即，基站(BS_A，BS_B)2和3与移动台(MS)4之间的定时关系以及基站2和3、移动台4与基站控制器(BSC)1之间的信号传送来画出的。

一般来说，基站2和3通过电缆线路与基站控制器连接、通过无线通信与移动台4连接。在图1中，基站2和3相对于移动台4来说正处于或将要进入相互切换的场合。

图2的时序图显示了图1所示各基站2和3与移动台4之间的发送/接收定时。图3至5的流程图分别显示了图1所示基站控制器1、各基站2和3以及移动台4的操作过程。

以下将参考图1至图5对一种在根据本发明的移动通信系统的实施例中用于使基站2和3相互实现简单同步化的方法进行说明。此处，单位时间段被称为时隙。图3至5所示的操作流程是分别根据基站控制器1、基站2和3以及移动台4中所配备的控制存储器程序(未示出)而被执行的。可以采用ROM(只读存储器)、IC(集成电路)等来作为控制存储器。

在正常处理过程期间，基站2和3按预定的时间间隔向移动台4发送它们的下行信号(图4中的步骤S11至S13)。移动台4按照这样的定时接收来自基站2的下行信号，即该定时是通过在基站2的下行信号发送的定时之后延时一段时间而获得的。该延时是距离的函数，因而在图中被显示为D(A)。

一旦移动台4在正常处理过程期间从基站2接收到下行信号(图5中的步骤S21至S23)，它将按照这样的定时向基站发送上行信号，即该定时是通过在下行信号接收定时之后延迟一段预定时间、例如半个时隙而获得的(图5中的步骤S24)。

基站2按照被延迟D(A)的定时接收来自移动台4的上行信号(图4中的步骤S14)。到目前为止所说明都是通信期间基站2与移动台4之间的定时关系。

现在假设基站3在与基站2不同的定时上发送下行信号，并且将与移动台4建立新的通信连接。移动台4在基站3发送下行信号起的D(B)之后接收到从基站3发出的下行信号。D(B)与基站3和移动台4之间的距离有关。

移动台4已从基站2上获知基站2是一个参考基站。通过接收基站2和3所发出的下行信号(步骤S22至S25)，移动台4就可检测出从基站2和3发出的下行信号的接收定时之间的差异(图5中的步骤S26)。

可以看到，D(A)与D(B)之间的差等于从基站2和3发出的下行信号的接收定时之间的差。移动台4通过发送由符号MS→BS_A所代表的信号从而将此差异报告给作为参考基站的基站2(图5中的步骤S27)。

基站2和3可以通过在它们自身的接收器中对移动台4所发出的上行信号进行检测以确定D(A)和D(B)的数值(图4中的步骤S15)。在本实施例中，D(A)和D(B)的数值都是通过从各基站2和3之中的下行信号发送与上行信号接收定时之间的差中减去1/2时隙(即，到移动台4发送上行信号为止的延迟时间)、并将各差异分成一半而获得的。

基站2和3分别通过发送由符号BS_A→BSC和BS_B→BSC所代表的信号从而将D(A)和D(B)数值传输给基站控制器1(图4中的步骤S16)。基站2被控制器1报告为参考基站(图4中的步骤S17)，当基站2从移动台4接收到基站2与基站3中的下行信号接收时间差时(图4中的步骤S18)，它会通过发送由符号BS_A→BSC所代表的信号以将接收时间差报告给控制器1(图4中的步骤S19)。

当基站控制器1接收到从基站2和3所发出的同步控制请求时(图3中的步骤S1和S2)，它会向基站2和基站3中的作为目标基站的基站2发出报告，以说明基站2将被作为参考基站使用(图3中的步骤S3)。

当基站控制器1接收到从目标基站2和基站3发出的上述数据时(图3中的步骤S4)，它会根据从作为当前目标基站的基站2和基站3所发出的数据，分别计算出作为参考和作为目标基站的基站2和基站3的发送定时的差(图3中的步骤S5)。

从目标基站2和基站3发出的数据是一些通过不稳定无线信道传输的测量数值，并且因传播的影响以及基站4中接收精确度的影响而不一定是完全正确的。因此，移动台4将执行一个诸如对在预定时间段内接收到的数值进行平均的统计过程，以用于实际误差估计，并且可将估计出来的误差发送给基站3以便进行下行信号发送定时的更新(图3中的步骤S6)。这样，基站2和基站3的下行信号发送定时就可被容易地更新成正确的定时。

上述统计处理产生的概率越高，就需要获得更多的采样。因此，通过用从多个移动台发出的数值来执行处理，就可得到更好的结果。实际上，移动台工作于其中出现有多个多通路的衰减环境之中，而且接收定时是以第一到达通路或与其参考具有最大相关值的通路为根据的。因此，通过利用从多个移动台发出的数据，就可提高估计的精确度。该系统需要采用一个标准化的方法来执行移动台接收定时的估计。

对下行信号发送定时的更新来说，突然将定时更新至一个正在进行通信的大范围的移动台有可能会出现超时情况。因此，就应当对更新的定时和范围进行仔细的考虑。移动台通常能够在其移动期间建立通信，因而可以保持多通路衰减环境中的定时。更新操作最好在移动台的定时保持能力之内被执行。

虽然对上述实施例的说明是在这样一个假设下进行的，即，移动台是通过信号信道来接收信号的，但是，显然可以在存在业务信道和同步信道以作为分立的物理信道、并且在这些信道间有信道间定时偏移的情况下，利用相同的过程来获得相同的效果。

另外，由于基站间的频率偏差，所以曾经设定的定时会随时间的变化而产生偏移。但是，通过在一个适当的期间内重复执行上述过程，就可以在所有时间都保持简单的同步。

利用在上述过程中被基本保持的基站间同步，移动台就可以在搜索一个新基站时减少用于指定定时的时间。因此，搜索时间就被减少，而且由此获得的多余时间可被用于扩展通信或节省功率的等待时间，或者用于一个单独的过程。还有，搜索时间的缩减将允许更加适当的设计以用于提供更加小型的系统。

此外，还可以提供这样一种结构，即，使基站2与基站3之间的下行信号传输时间差处于一个预定时间段之内。在这种情况下，移动台4可在不对该差异进行发送或作出报告的情况下实现切换。进而减少了通信网络中的信号发送。

还有，虽然与基站2和移动台4的定时有关的上述实施例是处于基站控制器1的控制之下，但本发明也可被实际应用于更高级别系统的操作。因此就可以利用类似的同步化方法来实现基站控制器1与其它设备的切换。

另外，尽管在上述举例说明的方法中，距离测量是在基站2和3中被执行的。但是，如果在移动台4中安装有能够检测自身位置数据的装置，则它也可从这种位置数据中估计出基站2与基站3之间的时间差。

还有，由于移动台是在移动期间与基站进行信号交换的，如果在移动台中安装有利用移动台与基站的距离的变化通过多普勒效应测量速度的装置，则移动台就可以通过将测得的速度数据发送给参考基站，从而精确地测得多个基站中的两个目标基站的下行信号的发送定时。

如上所述，在根据本发明所述的移动通信系统中，该系统包括：多个相互不同步的基站；用于对多个基站的每一个进行控制的控制器；以及用于接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号的移动台。其中，上述移动台被用于在多个基站内检测出从一参考基站以及其它目标基站发出的下行信号的接收时间差并将检测到的接收时间差发送给该参考基站；上述多个基站中的每一个都被用于通过检测从下行信号的发送时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔以确定自身相对于移动台的距离函数、将已确定的自身距离函数发送给控制器、并在当接收到控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时将所检测到的接收时间差从移动台发送至控制器；而上述控制器则被用于根据距离函数及已检测到的从移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差，并将计算出来的传输时间差发送给其它发出询问的基站从而使下行信号传输得到更新。因此利用该系统就可以减少搜索时间并且可以消除切换场合下不必要的信号发送。

对熟悉本领域的人员来说，结构的改变以及各种明显不同的修改和实施例都不会脱离本发明的范围。上述文字说明以及附图仅起到说明性的作用。因此上述说明的意图应被认为是说明性的而不是对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种移动通信系统，该系统包括：多个相互不同步的基站，用于对多个基站的每一个进行控制的控制器，以及用于接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号的移动台；

所述移动台检测从所述多个基站发出的下行信号的接收时间差，并将检测到的接收时间差发送给一参考基站；

所述多个基站中的每一个通过检测从下行信号的传输时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔以确定自身相对于移动台的距离函数，将已确定的自身距离函数发送给控制器，以及在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时，将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至控制器；

所述控制器根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差，并将计算出来的传输时间差发送给其它目标基站从而使下行信号发送定时得到更新。

2.如权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于上所移动台在从所述下行信号接收时间起经过一段预定时间之后，发送所述上行信号。

3.如权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于上所多个基站中的每一个都通过对在预定的固定时间段中从移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。

4.如权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于所述多个基站中的每一个都通过对从多个移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。

5.如权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于所述多个基站中的每一个都在所述基站之间的下行信号传输时间差处于一个预定时间段之内时使下行信号传输定时得到更新。

6.一种用于移动通信系统的经简化的基站间同步方法，该移动通信系统包括：多个相互不同步的基站；用于对多个基站的每一个进行控制的控制器；以及用于接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号的移动台，在该方法中：

所述移动台包括：用于检测从所述多个基站发出的下行信号的接收时间差的步骤；以及用于将检测到的接收时间差发送给一参考基站的步骤；

所述多个基站中的每一个都包括：用于通过检测从下行信号的发送时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔来确定自身相对于移动台的距离函数的步骤；用于将已确定的自身距离函数发送给所述控制器的步骤；以及用于在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至所述控制器的步骤；

所述控制器包括：用于根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差的步骤；以及用于将计算出来的传输时间差发送给其它目标基站从而使下行信号发送时序得到更新的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述移动台在所述下行信号接收时间起经过一段预定时间之后，发送所述上行信号。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述多个基站中的每一个都通过对在预定的固定时间段中对从所述移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述多个基站中的每一个通过对从所述多个移动台接收到的数值进行统计处理来确定自身距离函数。

10.如权利要求6所述的方法，其中所述多个基站中的每一个都在所述基站之间的下行信号传输时间差处于一个预定时间段之内时使下行信号发送时序得到更新。

11.一种移动通信系统，其中各个基站相互不同步，而且移动台通过控制器的控制来接收从多个基站发出的下行信号并向多个基站发送上行信号，其特征在于：

所述移动台可在所述多个基站内检测出从一参考基站以及其它目标基站发出的下行信号的接收时间差，并将检测到的接收时间差发送给该参考基站；所述多个基站中的每一个都可以通过检测从下行信号的发送时间到上行信号的接收时间之间的时间间隔来确定自身相对于所述移动台的距离函数，将已确定的自身距离函数发送给所述控制器、并在当接收到所述控制器发出的说明自身基站是参考基站的报告时将所检测到的接收时间差从所述移动台发送至所述控制器；而所述控制器则可根据距离函数及已检测到的从所述移动台发出的接收时间差计算从参考基站或其它基站发出的下行信号的传输时间差，并将计算出来的传输时间差发送给其它基站，从而使下行信号传输得到更新。

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