CN1330109C

CN1330109C - 在无线通信系统中同步基站的方法

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Publication number: CN1330109C
Application number: CNB028147987A
Authority: CN
Inventors: S·巴伦博格; A·赫伊恩克; C·董
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: EP1393473A1; ATE374467T1; CN1535512A; DE10125013A1; ES2296946T3; PT1393473E; EP1393473B1; DE50210980D1; WO2002095985A1

Abstract

本发明涉及在无线通信系统中同步基站的方法，其中根据TDMA方法构造无线通信系统的无线接口，由相邻基站分别在相同的时隙中发射同步序列。由基站之一在该时隙中发射同步序列，由相邻基站接收该序列并且考虑用于同步。

Description

在无线通信系统中同步基站的方法

本发明涉及一种在无线通信系统中、特别是在移动无线系统中同步基站的方法。

在UMTS移动无线系统(Universal Mobile TelecommunicationSystem)的标准化范围内定义的所谓1.28Mcps TDD选择(TDD-TimeDivision Duplex时分双工)的发布令4中，通过在各个基站上的同步接口(Synchronisation Port)实现基站(NoteB)的同步，这些基站或者与GPS接收机(Global Positioning System环球定位系统)连接、也就是说与世界范围内有效的实时连接、或与所分配的无线网络控制器RNC(Radio Network Controller)的同步接口连接，该无线网络控制器为所有与其连接的基站提供参考时间。按照在发布令4中对于UMTS移动无线系统的所谓3.84Mcps TDD选择通过无线接口同步基站的方法的最后定义，力求实现1.28Mcps TDD选择的相应方法。这个1.28Mcps TDD选择一般也称为TD-SCDMA(Time Division-Synchronized Code Division Multiple Access时分同步码分多址)，因为其作为一种特性力求在基站的位置上不仅从公共使用的信道(RACH-Random Access Channel随机访问信道)而且也从各个分配的信道(DCH-Dedicated Channel专用信道)同步接收信号。

从下面的文献中可以得出上述方法、为此必需的信道和同步序列的安排以及对同步基站的方法提出的要求：

[1]3GPP TS 25.221 v4.0.0，“Physical channels and mappingof transport channels onto Physical channels(TDD)(Release4)”

[2]3GPP TS 25.223 v4.0.0，“Spreading and modulation(TDD)(Release4)”

[3]3GPP TS25.224 v4.0.0，“Physical Layer Procedures(TDD)(release4)”

[4]TSGR1#13(00)0381，TSG-RAN Working Group 1 Meeting#13，Tokyo，Japan，22.-25.May 2000，“Criteriafor TDD cellSynchronization methods”，Source：Siemens

[5]TSGR1#13(00)0770，TSG-RAN Working Group 1 Meeting#13，Tokyo，Japan，22.-25.May 2000，“Criteria for TDD cellsynchronization methods”，Source：Siemens，Interdigital

因此本发明的目的是提供一种方法，该方法在考虑1.28Mcps-TDD选择的的结构情况下能够通过无线接口高效同步基站。该目的是通过具有独立权利要求的特征的方法解决的。从属权利要求可给出本发明的改进。

根据第一方法，由基站在时隙中发送同步序列，基站在用于同步用户站的下行链路上使用该时隙以发送同步序列。该同步序列由相邻基站接收并且考虑用于同步。

通过该方法有利地保证，绝对不存在由于可能的干扰而在通过标准定义的界限范围内限制同步序列发射的发射功率，因为在1.28McpsTDD选择内该时隙仅仅用于在下行链路上同步。此外保留的资源即不用于通信信道也不用于通过用户站的访问。因此访问控制有利地保持不受该方法的影响。该方法不同于3.84Mcps TDD选择的解决方案，在该方案中在本来对于访问信道RACH预先规定的时隙中传输特殊的同步序列用于同步相邻基站。此外在1.28Mcps TDD选择的时间帧的DwPTS(Downlink Pilot Timeslot下行链路先导时隙)中DwPCH(DownlinkPilot Channel下行链路先导信道)的使用保证了用于同步基站的同步序列在UpPTS(Uplink Pilot Timeslot上行链路先导时隙)内不叠加用户站在UpPCH(Uplink Pilot Channel上行链路先导信道)内发射的同步序列，因为在先导时隙之间预先规定较大的保护时间(Guard Period)。

按照第一个根据本发明方法的改进，相邻基站在接收由基站之一发送的同步序列期间抑制自身的、用于同步用户站的同步序列的发射。

依据另一种安排，由基站控制器或者无线网络控制器控制用于同步基站的同步序列的发射与接收。该发射和接收的中央控制与在3.84Mcps TDD选择中应用的方法一致。

依照另外的安排将对用户站的同步所确定的序列用作同步序列。由此有利的是不需要新的无线数组类型，这降低了在系统中实现该方法的复杂性。此外用户站也可以在该方法期间使用该同步序列用于在无线通信系统中的同步。为此另外可以使用一种特殊的、用户站不已知的同步序列，由此从用户站方面有利地不会发生错误判读。依据另一种安排也可以使用与用于用户站同步的序列相比经加长的序列。对此与同步序列的正常长度相比有利地可以提高处理增益。这反映在较大的作用范围的和安全的可检测性。

依据第二个本发明的方法，由基站之一在时隙中传输同步序列，该基站时隙预先规定该序列用于接收用户站的同步序列。该同步序列再度用于同步相邻的基站。

相应于第一个本发明的方法，通过第二方法保证，绝对不存在基于可能的干扰而在通过标准定义的界限范围内限制用于发射同步序列的发射功率，因为在1.28Mcps TDD选择内该时隙仅仅用于在上行链路上的初始访问。

按照第二个本发明方法的第一改进，相邻基站在接收由基站之一发送的同步序列期间抑制在初始访问时用户站的同步序列的接收，由此有利地提高检测可靠性。

依据第二个本发明方法的另一个安排，由基站控制器或者无线网络控制器控制同步基站的同步序列的发射与接收。对此发射和接收的中央控制可以与在3.84Mcps TDD选择中使用的方法一致。

依照第二个本发明方法的另一个安排，将为用户站在无线通信系统上的初次访问确定的序列用作同步序列。对此有利地不需要新的无线数组类型，这降低了在系统中实现该方法的复杂性。为此，另外可以使用特殊的同步序列，由此在接收的基站中可以有利地不发生错误判读和明显区分用户站的发射。依据另一个安排，也可以使用与用于用户站的初始访问的序列相比经加长的序列。对此与同步序列的正常长度相比可以有利地提高处理增益。这反映在较大作用范围的和安全可检测性。可以通过使用定向天线或者射束整形在发射和/或接收基站中进一步提高该处理增益。

依据第三个本发明的方法，相邻基站分别预先规定相同的第一时隙用于发射第一同步序列用以同步用户站并预先规定相同的第二时隙用于接收由用户站发射的第二同步序列。根据本发明由基站之一在第一和第二时隙中发射第三同步序列，由相邻基站接收该序列并且考虑用于同步。

象在第一个和第二个本发明的方法中一样，在第三个根据本发明的方法中也有利地不存在由于还可能有的不利的、另外信号传输的干扰而限制发射功率，因为这些时隙特别是在1.28Mcps TDD选择中专门预先规定用于同步。

根据第三方法的第一改进附加于第一和第二时隙一个处于中间的保护时间同样用于发射同步序列。该安排有利地使用特别是1.28McpsTDD选择的时间帧结构，因为对此可以使用特殊的、叠加时隙和保护时间的同步序列，其保证相对高的处理增益。

为了进一步提高检测可靠性，依据第三方法的另一个安排，发送基站在发射第三同步序列期间抑制用户站的第二同步序列的接收，接收机站在接收第三同步序列期间抑制第一同步序列的发射。

依据本发明方法的另一个改进，用户站接收由一个基站供给该用户站的用步序列和由另一个基站发射的同步序列。接下来从分别查明的接收时刻中确定用户站的位置。这有利地可以以与在描述的基站同步中相同的方式实现。如果通过无线网络控制器控制基站在下行链路上交替发射同步序列，则用户站可以明确接收这些同步序列。依据另一种改进，用户站把接收时刻和/或接收时刻的各自差值信令发送给网络，该网络之后实施位置确定。

依据另一个改进，在实现基站的同步之后实现位置确定，由此可以有利地保障位置确定时较高的准确性。

下面根据实施例详细描述本发明。图中表明

图1 一部分无线通信系统的方框图，

图2 1.28Mcps TDD模式的时间帧结构，

图3 DwPTS的结构，

图4 UpPTS的结构，和

图5 DwPTS、GP以及UpPTS的组合结构。

图1示出了无线通信系统、特别是UMTS移动无线系统的方框图。可是该结构可以以简单的方式转移到另外的系统，在这些系统中同样可以实现本发明。

UMTS移动无线系统包括多个移动交换中心MSC(Mobile SwitchingCenter)，其能够过渡到线路束缚的固定网PSTN。每个移动交换中心MSC与多个无线网络控制器RNC连接，无线网络控制器分别对一个或多个基站NB(NodeB)的无线资源实施中央管理。基站NB通过无线接口根据特殊的用户分离方法再度连接多个用户站UE(User Equipment用户设备)。对此根据在从用户站UE到基站NB的上行链路UL上的传输或者在从基站NB到用户站UE的下行链路DL上的传输进行区分。通过每个基站NB至少形成一个具备无线资源的无线小区。用户站UE例如作为移动无线站或作为例如无线用户接入系统(Access Network接入网)的位置固定的无线网络终端装置实现。此外，移动交换中心MSC和操作与维护中心OMC连接，在该中心中管理系统的重要参数，并且该中心是人-机接口点。

在基站NB和用户站UE之间的无线接口处传输不同业务的信令信息和有用数据。所谓的同步序列Sync-DL也属于信令信息，由基站NB在下行链路上发送该同步序列，并借助于同步序列使用户站UE同步于各个基站NB的参考时间。在下面描述的根据本发明的方法中，这些序列或者相应的特殊序列用于基站NB的同步。

在图2中描述了1.28Mcps TDD选择的时间帧或者无线帧的结构。这不同于3.84Mcps TDD选择的时间帧结构，以便能够实现在物理层上的特殊过程。具有10ms长度的时间帧划分为具有各5ms长度的二个子时间帧1和2。每个子时间帧具有二个转换点，即所谓的交换点(Switching Points)，其中一个转换点始终定位在各自子时间帧的第一时隙TS0之后，该第一时隙在P-CCPCH(Primary Common ControlPhysical Channel主公共控制物理信道)中具有公共的信令信道BCH(Broadcast Channel广播信道)，第二个转换点依赖于在处于上行链路UK和下行链路DL上的传输之间所要求的非对称性可变地定位在剩余的时隙TS1至TS6内部。

在每个子时间帧中的DwPTS用于接收用户站UE的第一同步。接下来借助于P-CCPCH的中间部分(Mittambel)保持同步。该同步类似于在3.84Mcos TDD选择中借助于SCH(Synchronisation Channel-同步信道)的同步。为了支持具有信号的相应长的运行时间的较大小区在DwPTS和UpPTS之间要求额外的长保护时间GP(Guard Period)。UpPTS用于用户站UE对网络随机访问，即所谓的随机访问的第一步骤。在UpPTS中提供八个可能的Sync-UL代码，用户站UE从中随机选出一个代码，以便与另外的用户站竞争访问无线小区的网络，或重新建立在上行链路上的同步，即所谓的上行链路同步。该信道在1.28McpsTDD选择中是唯一的在基站NB的位置上未达较高程度上同步的信道。

依据该方法的第一实施例，通过利用DwPTS来发射并接收同步序列以达到基站的同步。按照技术标准，DwPTS目前仅仅用于在下行链路上用户站的同步。在1.28Mcps TDD选择中存在32个小区组(Cellgroups)，这些小区组分别使用不同的Sync-DL代码用于在DwPTS中的发射。正如在图3中所示，DwPCH包括具有32个码片长度的保护时间GP和具有64个码片长度的Sync-DL序列。关于始终在时隙TS0中传输的P-CCPCH的中间部分，调制Sync-DL序列。该调制表明在交织周期(Interleaving Period)中的位置，也就是说是偶数时间帧还是奇数时间帧，是第一子时间帧还是第二子时间帧。为此详情参考[2]。

根据本发明，基站例如根据图1的NB1在标准的DwPCH中发射sync-DL序列。相邻基站如在图1的实例中是基站NB2和NB3在DwPTS期间停止其自身发射Sync-DL序列，并接收基站NBl的Sync-DL序列。接下来对相邻基站实施相同的方法。由连接基站NB1至NB3的无线网络控制器RNC实施各个发射或者发射的各个中断的时间控制，并且代之实施Sync-DL序列接收的时间控制。

通过接收Sync-DL序列，接收的基站确定发射机站的时基，并且接下来匹配该时基的Sync-DL序列的自身发射。另外，根据参考[3]的第4.9章，在接收Sync-DL序列之后确定接收的基站的时间偏移，并且信令告知无线网络控制器。无线网络控制器紧接着在这些数据的基础上产生所谓的小区时序更新，将其传输给基站。因为根据基站时基偏移在时间上限制同步化，所以在确定需求的情况下重复和/或由无线网络控制器引起有规律的间隔的同步过程。

第一个本发明的方法可以附加用于支持用户站的定位。对此假设，在无线网络控制器中同步序列的发射在时间上的控制和测量的处理在时间上的控制类似于用于经过无线接口同步基站的、已知的3..84McpsTDD选择的方法。相应也可以类似实现在较高层中的信令。这例如也涉及为了用户站的位置确定在下行链路上空闲时间(IPDL-Idle Periodin Downlink)的信令，这在参考[3]的第4.10章中描述。

发射的基站NB1发射标准的DwPCH，也就是说其在DwPTS中发射Sync-DL序列。接收的相邻基站NB2、NB3在其各自的DwPTS中测量该序列，因此在相邻基站NB2、NB3中必需抑制在DwPTS中Sync-DL序列的相应发射，以便能够测量所发射的Sync-DL序列。通过无线网络控制器RNC实现同步序列Sync-DL通过基站NB1的发射的时间控制和在相邻基站NB2、NB3中发射的同时抑制的时间控制。

在基站实现同步之后，用户站UE连续地不仅接收当前管理的基站NB1的DwPCH，而且也接收相邻基站NB2、NB3的DwPCH。对此，根据基站的同步，实现发射的时间控制，其中用户站的DwPCHs作为IPDLs信令。相应地用于位置确定的IPDLs可以用于基站同步，如此必需仅仅一次地使用有限的无线资源。借助于接收从用户站UE经过管理基站NB1到网络UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network地面无线访问网)进行信令发送的DwPCHs的接收的时间差(OTDOA)，该网络可以确定用户站UE的位置。因此本发明的方法可以有利地同时用于基站的同步并用于用户站的位置确定，其中绝对不必定义新的信号。

根据本发明的第二方法，通过将UpPTS用于发射与接收同步序列达到基站的同步。按照1.28Mcps TDD选择的标准，UpPTS仅仅用于在上行链路上用户站的随机控制的初始访问，所谓的随机访问，以及用于在连接切换到当前无线小区之后的同步和发射功率控制的要求。

在1.28Mcps TDD选择中，为每个小区组提供8个各自的Sync-UL代码用于在UpPTS中。对于初始访问，用户站随机控制地选出这些Sync-UL代码之一，并且在UpPTS中发送给对其建立连接的基站。正如在图4中描述的，UpPTS包括具有128个码片长度的Sync-UL序列以及具有32个码片长度的保护时间GP。与Sync-DL序列相比，同步序列Sync-UL的较大长度能够有利地实现较大的处理增益；与在64个码片情况下的18dB相比，128个码片相当于21dB。

按照根据本发明的方法，基站例如根据图1的基站NB1以UpPCH的形式把随机访问过程的第一部分用于传输Sync-UL序列。由相邻基站即在图1的实例中是基站NB2和NB3接收该Sync-UL序列。之后相邻基站NB2、NB3也连续地在UpPCH中发送Sync-UL序列。按照第一个本发明方法的前述实例达到基站的同步化。

对于发射Sync-UL序列的期间，闭锁发射的基站的UpPCH，也就是说在这个期间，发射的基站不可以接收用户站的访问请求。此外，只要保证基站NB1的Sync-UL序列的接收，还可以使用相邻基站NB2、NB3的UpPCH。这例如通过选择特殊的仅仅用于基站同步的Sync-UL序列和/或通过有高的发射功率的发射实现。

依据第三个本发明的方法，通过公共使用DwPTS、保护时间GP以及公共使用UpPTS用于发射与接收同步序列达到基站的同步。通过这三个特殊的时隙UpPTS、GP和DwPTS的组合能够利用非常长的同步序列。此外这些时隙具有共同的优点，即在这些时隙中除了同步序列之外绝对不传输另外的数据，因此可以以高的发射功率发射同步序列，而不会因此引起对另外的数据传输的干扰。

在图5中示例性地描述了这种加长的基站同步序列Sync-NB。直到288个码片的同步序列长度有利地导致与前述方法相比又再一次提高的直到24dB的处理增益。因此有利地提高这个信号的检测可靠性，并且在较大的无线小区作用半径的情况下，也就是说在基站之间较大间隔的情况下能够同步基站。此外可以有利地支持所谓的CEC(Cyclically Extended Codes循环扩充码)，该代码在3.84Mcps TDD选择中使用。

由无线控制器在时间上控制，基站分别连续发送加长的同步序列，其中各接收的相邻基站在接收加长的基站同步序列期间必需抑制为用户站的同步预先规定的Sync-DL的发射，并且发射的基站相应地必需抑制用户站的Sync-UL序列的接收。根据前面描述的方法实现基站同步序列的处理和基站的同步。

Claims

1.在无线通信系统中同步基站(NB)的方法，其中依据TDMA方法构造无线通信系统的无线接口，在该方法中

由相邻基站(NB)分别在一个时帧的一个相同的为传输用于同步用户站(UE)的同步序列(Sync-DL)而保留的第一时隙(DwPTS)中发射同步序列(Sync-DL)用于同步用户站(UE)，和

由一个第一基站(NB1)在第一时隙(DwPTS)中发射一个用于同步基站的同步序列(Sync-DL)，由相邻基站(NB2，NB3)接收该序列并且考虑用于同步，其中相邻基站(NB2，NB3)在用于同步第一基站(NB1)的基站接收同步序列(Sync-DL)期间抑制用于同步用户站(UE)的同步序列(Sync-DL)的发射。

2.按照权利要求1的方法，在该方法中，由无线网络控制器(RNC)控制用于同步基站的同步序列(Sync-DL)的发射与接收。

3.按照上述权利要求之一的方法，在该方法中，一个用于用户站(UE)的同步所确定的序列用作用于同步基站的同步序列(Sync-DL)。

4.按照权利要求1或2之一的方法，在该方法中，应用一个与一个用于用户站(UE)同步所应用的序列相比呈加长的序列作为同步序列(Sync-DL)。

5.在无线通信系统中同步基站(NB)的方法，其中根据TDMA方法构造无线通信系统的无线接口，在该方法中，

相邻基站(NB)分别预先规定一个相同的为传输用于同步用户站(UE)的同步序列(Sync-DL)而保留的第一时隙(DwPTS)用于发射第一同步序列(Sync-DL)以便同步用户站，并且预先规定一个相同的第二时隙(UpPTS)用于接收一个由用户站(UE)发射的第二同步序列(Sync-UL)，并且

由所述基站(NB)的第一基站在至少第一时隙(DwPTS)和第二时隙(UpPTS)中发射一个第三同步序列(Sync-NB)，由相邻基站(NB)接收该序列并考虑用于同步，其中，所述第一基站(NB)在发射第三同步序列(Sync-NB)期间抑制用户站对第二同步序列(Sync-UL)的接收，接收的基站(NB)在接收第三同步序列期间抑制第一同步序列(Sync-DL)以及第三同步序列(Sync-NB)的发射。

6.按照权利要求5的方法，在该方法中，一个处在第一时隙(DwPTS)和第二时隙(UpPTS)之间的保护时间(GP)同样用于发射同步序列(Sync-NB)。

7.按照权利要求5或6之一的方法，在该方法中，由无线网络控制器(RNC)控制第三同步序列(Sync-NB)的发射与接收。