CN1349687A - 用户站频率误差校正 - Google Patents

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Abstract

在本发明的用于无线电通信系统的用户站频率同步的方法中,用户站经无线电接口与一基站连接。用户站接收基站的至少两个分离的测量序列并且对其分析,其中,用户站知道两测量序列的时间间隔。决定两个测量序列之间的相位差,并且由相位差求出频率偏差。因此可以根据频率偏差再调整频率标准。

Description

用户站频率误差校正
本发明涉及用于无线电通信系统用户站频率同步的一种方法和涉及一种如此形成的用户站。
在无线电通信系统内，数据(例如语音，图像信息或其它数据)借助电磁波经无线电接口传输。无线电接口涉及在基站和用户站之间的通信连接，其中用户站可以是移动站或固定无线站。这时电磁波的幅射用载频进行，该载频处于为有关系统提供的频带内。对于未来的无线电通信系统，例如UMTS(通用移动通信系统)或其它第3代系统提供在频带约2000MHz的频率。
在无线电通信系统内，在基站和用户站之间只允许很小的频率偏移，为了保持检测故障的概率极微小。当基站可以相对简单地达到极高的频率精确度时，对于用户站由于价格、大小和耗电的原因频率偏移是不可避免的。该频率偏移应该通过用户站对基站的频率同步降低到足够小的剩余偏差。
在GSM移动无线电系统中(GSM：全球移动通信系统)已知频率校正通过基站自身的无线电信息块的评估用于确定通过移动站的频率误差。根据J.Eberspcher，H.-J.Vogel“GSM全球移动通信系统”Teubner Verlag，1997，83-84页，该无线电信息块相当于具有对载频固定间隔的未调制的载波。以此预先确定了测量范围，并且测量精度只可以通过在移动站内相应的高开销的分析电路来提高。
本发明的任务是提供一种用户站频率同步的方法，该方法充分利用无线电接口的资源，并且使准确的频率同步成为可能。本任务通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求13的特征的用户站解决。本发明的有益的扩展引用从属权利要求。
在本发明的无线通信系统用户站频率同步的方法中，用户站经无线电接口与一基站连接。用户站接收基站的至少两个分离的测量序列，并且对其分析，其中，用户站知道两个测量序列的时间间隔。决定在两个测量序列之间的相位差，并且由相位差求出频率偏差。因此可以根据频率偏差再调整频率标准。
这种测量序列可以短，也可以极频繁发射，因此几乎不约束无线电技术的资源，并且为了求差值有多种可能的途径，它们导至快速和很准确的频率同步。
根据本发明的有益的扩展，测量序列相当于在无线电信息块内的中间码(Mittambel)或领示信号或其一部分，其中，提供中间码或领示信号用于信道评估。另可选择地，除中间码或领示信号外还发送测量序列。两者也可以彼此组合。为了信道评估有规律地发送中间码或领示信号并且使用户站熟悉其信号形状。对频率同步的分析利用意味着没有附加的资源要求。附加的测量序列也可以在正常方式不发射中间码或领示信号的位置上通过较大数目的测量点补充或代替频率同步。
根据本发明的另外的有益扩展，测定在彼此相继的测量序列或非彼此相继的测量序列之间的相位差。测量序列的间隔越大，则相位差的测量准确度越高。间距越小，则测量范围越大。
因此，当首先用大测量范围测量，接着在另一步骤中用较高测量准确度进行测量，对用户站频率同步具有优点。一种迭代法单意地并且较高准确度求出正确的频率。在用户站运行期间，频率同步可以以有利方式周期地重复。
在基站信号内测量序列的安排可以与对测量范围和准确度的要求相适应。有益的可能途径是：
对于无线电信号块类的传输，在无线电信号块开始和结束处安排测量序列，
对于连续的传输，在数据传输段开始和结束处安排测量序列。
在移动无线电应用中，必须考虑到信号的多径传播。因此，在用户站接收信号内，在接收测量序列开始，前面过去的信号部分的影响还起作用，并且叠加在测量序列上。为了提高测量准确性，为确定相位差不考虑测量序列的开始，而首先考虑在一个迂回传播时间运行后到达的部分测量序列。
在本发明的另一扩展中，在求出频率偏差前将测出的相位差求均值。在确定平均值和方差时人们额外地得到测量值可靠性的一种量度。
本发明的方法可以有利地在具有CDMA用户分离的无线电通信系统内(CDMA码分多址)无论在FDD或在TDD模式(FDD频分双工，TDD时分双工)内使用。根据具有TD-CDMA(时分CDMA)用户分离TDD传输法和必要时根据天线的方向选择性幅射图，在具有无线电接口的无线电通信系统内应用是尤为有益的。为了通过附加码的分配或扩展因子的改变充分利用软容量增加的优点，频带是宽带的并且数据部分是用用户或信道专用的扩展码扩展的。
本发明的实施例依靠附图详细说明如下，即：
图1示出移动无线电网的方框图，
图2示出TDD和FDD传输法的信道结构的简图，
图3示出依靠TDD传输法的下行方向的相位差测量，
图4示出在无线电信号块传输时的测量序列，
图5示出在连续传输时的测量序列，
图6示出用户站的方框图。
图1所示的无线电通信系统，在其结构上，相当于已知的GSM移动无线电网它由许多彼此联网以及建立到固定网络PSTN入口的移动中继站MSC构成。此外，该移动中继站MSC与各自至少一台基站控制器BSC相连。每一台基站控制器BSC又使连接到至少一台基站BS成为可能。这样一种基站BS是一无线电站，它经无线电接口可以建立对用户站，例如移动站MS，的无线电连接。
在图1示例示出为了在三台移动站MS和一台基站BS之间传输有用信息和信令信息的三条无线电连接，其中给一台移动站MS分配两条数据信道DK1和DK2，给另外的移动站MS各自分配一数据信道DK3或DK4。每一数据信道DK1…DK4代表一用户信号。
运行中心和维护中心OMC对移动无线电网络或其部分网络实现控制和维护功能。该结构的功能性根据本发明被无线电通信系统利用；然而，它在其内可利用本发明的其它无线电通信系统上是可用的。
传输信道以码片序列，扩展码为特征。一定的扩展码用于一传输信道，并因此是信道专用的。此外，传输信道通过载频，并在TDD模式情况下，另外通过时隙表示其特征。假设移动站MS的第1部分传输语音信息，而移动站MS的第2部分传输分组数据。
图2示出按两种传输方法在基站BS和移动站MS之间的无线电接口。在不同频带FB1，FB2，FB3的传输彼此同步。这时利用具有例如B＝1.6或5MHz的宽频带。
对两种传输方法和两个传输方向，多个用户站MS的信号同时在一个频带FB1，FB2，FB3内传输，其中，辨别依靠专用的扩展码进行。因此CDMA(码分多址)使用用户分离法，该方法通过一个或多个扩展码的分配或扩展码因子的改变使在基站BS和用户站BS之间通信连接的数据率的简单匹配成为可能。
在TDD传输法中，在转换点之后是时间间隔，它被用户站MS随意地作为要求资源分配的访问信道利用。在上行方向UL在时隙内使用突发脉冲式传输，其中，由用户站MS发送的无线电信息块，各自在两个数据部分da中间包含一个信道测量序列(Mittambel)ma。在无线电信息块之间提供传输间歇作为用于接收信号的更佳的可分离性的保护间隔。在下行方向DL存在连续传输。
在FDD传输法中，上行和下行方向UL，DL是同柱类型地，并相应于TDD传输法的下行方向DL结构化的。在连续传输期间周期性地更换信道测量序列(领示信号)ma和数据部分da。
本发明的方法可以无论在FDD或TDD模式内使用。对频率同步的前提是测量两测量序列的相位差，其时间间隔在用户站MS内是已知的。从Δf＝Δ/Δt可以求出用于再调整用户站MS频率标准的频率偏差。
然而，对于测量范围和测量准确性则应考虑在测量序列之间的间隔dt(相当于上式中的Δt)。在GSM移动无线电系统中，作为信道测量序列的中间码的间隔约为577μs。因此，频率偏差的测量范围约为±887Hz。这相当于在约900MHz载频情况下允许约±10-6的频率误差。在更大的偏差情况下出现多义性。
即使在另外的无线电通信系统，信道测量序列的间隔通常也在400和700μs之间(例如在UMTS为625μs)。在625μs时，测量范围约为±800Hz。对于约2GHz的载频，对单义的测量允许的频率误差约为±0.4×10-6。
通过频繁地发射信道测量序列，每秒很多次数的测量是可能的。因此可以达到相当高的测量准确性。对一用户站MS，从迭代意义而言，有起始同步即先分析相继的测量序列是有益的，以便达到具有单义测量的大的测量范围，随后分析非相继的测量序列，以便在较小的测量范围达到较高的测量准确性。在稍后的周期重复同步情况下，可以立刻以较小的测量范围开始。
为了测定基于两测量序列的相位差，迄今把测量序列看作与信道测量序列(中间码或领示信号)一样。然而，单独使用自身的相位测量序列或与信道测量序列组合使用也是可以的。图4和5示出其例。
例如，当提供对频率偏差较大的测量范围时，这可能是有利的。此外，在一个信道内为了相位差测量，插入测量序列。在图4示出一无线电信息块，它在两数据传输部分da内示出嵌入的中间码ma。在无线电信息块开始和终止处安排了附加的测量序列。取决于对测量范围和分辨率的要求，测量序列的位置和数目也可以与其偏离。
为了测量相位差，根据图3只应用插入的测量序列。另一扩展规定，为了测量相位差利用信道测量序列的部分序列。在信道测量序列和附加的测量序列之间相位差的测量也是可能的。
在图5示出将测量序列插入连续传输的信号内。在信道测量序列ma之间安排没有发送间歇的数据传输段da，其中，在该数据传输段da开始和结束处安排附加的测量序列。
在图6的用户站MS接收信号经一天线接收，并在接收装置内放大，并转入基带和数字化。带有正交分量的数字化的基带信号其一直接，其二经延迟元件DD引入到差值形成器D，其延迟为测量序列的时间间隔dt。
在差值形成器D内形成两信号的复杂的差值，其中恰在多经传播的影响衰减时在测量序列内确定差值。该相位差在控制设备SE内再处理并借助低通滤波器平滑化。
由通过平滑得到的相位差的平均值通过一个表格决定频率偏差，并根据调谐曲线斜率决定时钟和频率发生器MC的再控制电压。由此再调整时钟和频率发生器MC的频率标准。时钟和频率发生器MC相当于一个调整装置。也可以使用直接决定相位差的装置代替以相减电路D形式的差值形成器D。

Claims (13)

1.无线电通信系统用户站(MS)频率同步方法，其中，用户站(MS)
—经无线电接口与基站(BS)连接，
—接收并分析基站(BS)的至少两个分离的测量序列，其中，用户站(MS)知道两测量序列的时间间隔，
—决定两测量序列之间的相位差，
—由相位差求出频率偏差，
—基于频率偏差再调整频率标准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
测量序列相当于无线电信号块内的中间码(Mittambeln)或部分中间码，其中，提供中间码用于信道评估。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，除了中间码外还发送测量序列。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，测定相继的测量序列之间的相位差。
5.根据前述权利要求1到3之一所述的方法，其中，测定在非相继的测量序列之间的相位差。
6.根据权利要求4和5所述的方法，其中，为了频率同步，首先实现根据权利要求45的方法，然后再实现根据权利要求5的方法。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，为了无线电信息块型的传输在无线电信息块开始和结束处安排测量序列。
8.根据权利1到6之一所述的方法，其中，为了连续传输，在数据传输段的开始和结束处安排测量序列。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，为了测定相位差不考虑测量序列的开始，而只考虑在一个迂回传播时间的运行后到达的部分测量序列。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在求出频率偏差之前对测定的相位差取平均值。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，频率同步按照迭代法进行。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，按照具有TD-CDMA用户分离的TDD传输法组织无线电接口。
13.用户站(MS)，
具有用于经无线电接口接收基站(BS)信号的接收装置(EE)，
具有用于分析两分离的，在基站(BS)的信号内传输的测量序列和用于求出两测量序列之间相位差的差值形成器(D)，
具有在了解两测量序列的时间间隔情况下，从相位差求频率偏差的控制设备(SE)，并
具有用于根据频率偏差再调整频率标准的调整设备。
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