CN1470146A - 在同步越区切换时适配定时超前 - Google Patents

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Abstract

在从无线电通信系统的第一基站向第二基站(BS1、BS2)同步越区切换时适配移动终端(MS)的定时超前(TA1、TA2)的方法，其中，测量终端装置(MS)从两个基站(BS1、BS2)接收的时间标准(N1、N2、N2a、N2d)之间的时间推移，并且借助于测量的时间推移(Δt、Δta、Δtd)校正终端装置(MS)在越区切换前向第一基站BS发送所采用的定时超前值(TA1)，其特征在于，校正了的定时超前值减少一个由两个基站(BS1、BS2)的同步精度(Gsync)推导出的值，并且用作向第二基站(BS2)发送的定时超前值。

Description

在同步越区切换时适配定时超前
本发明涉及在无线电通信系统的两个基站之间进行同步越区切换时适配移动终端装置的定时超前的方法，以及可采用所述方法的无线电通信系统。
在时分复用的无线电通信系统中为每个与基站通信的终端装置划分一个时隙，也就是应当在其中向基站发送数据的周期性重复的时间间期。这种时隙的长度短到对之不可忽略无线电信号从终端装置传输到基站的路径所需要的时间。为了确保终端装置的无线电信号实际上在划分给该终端装置的时隙内到达基站，基站定时地对每个终端装置估计其信号传送时间，并且向终端装置发送由该测量导出的所谓定时超前值，所述的定时超前值向终端装置指出，为了确保信号在为之设置的时窗内抵达基站，终端装置应当对于基站发出的时标提前多少时间。
由于在终端装置和基站之间的无线电信号往往同时在可能有不同长度的多个路径上传播，因此有不同的信号传送时间，从而划分给不同终端装置的时隙各通过一个所谓的防护期分隔开。在此防护期内终端装置的较为该终端装置的定时超前所测量的主导传送路径的传送路径长的信号还可能抵达基站，而不与其它装置信号重叠。从而可能附加于主导信号分量地在基站利用这种信号分量，以提高符号测定的质量。
然而，如果被分配有防护期后的时隙的终端装置防护期后的终端装置的信号过早地到达，并且部分地与防护期重叠，基站就不能够在其窗口中正确地识别信号的位置。这种情况下基站就不能够把所述信号分配到连接或者传输位置。所述信号丢失。
在诸如GSM系统之类的第二代移动无线电系统中相邻小区的时标一般不是同步的。这意味着当终端装置从第一小区向第二小区越区切换时必须为第二小区完全重新地测量终端装置的定时超前，然后与该终端装置进行的通信才能正确地同步在接收窗口上。在过渡时间内，用户站有时必须用0的定时超前值发送。这样尽管可以排除信号过早地抵达基站，但是与终端装置到基站的距离成比例地可能会有显著地延迟。
诸如UTRA TDD之类的较新的无线电通信系统设有相邻小区同步，就是说在两个小区中在同一时间点进行时标及无线电帧发射。正要在两个同步的小区之间越区切换的终端装置，进行所谓的同步越区切换，因而所述终端装置接收在期间进行越区切换的两个基站的时标，分别具有其与两个基站的距离相对应的延迟。在两个基站完美地同步的理想状态下，终端装置可以根据两个时标在其所处位置的相对时间推移的测量，由对其旧的基站的定时超前值直接地导出对新基站的定时超前值。所述终端装置从而可以立即以正确的定时超前向新基站发送，无须事先通过新基站和转交测量结果而等待定时超前测量。
显然，第二基站的时标同步很少每次完全没有误差。如果同步误差导致终端装置对于新的基站计算出过大的定时超前值并且相应地过早发送，从而使其信号的一部分在前一个时隙的防护期就抵达新基站因此而丢失。由于不知道同步误差的符号和大小，终端装置在新确定其定时超前值时也可能注意不到同步误差，以利用分配给所述终端装置的时窗把其信号与新基站同步。
本发明的任务是，提出一种在从无线电通信系统的第一基站向第二基站同步越区切换时适配移动终端的定时超前的方法，其中，可以在很大程度上避免由第二基站重新地测量定时超前值，并且其中还不会有由于终端装置错误地确定定时超前值而丢失数据。
本发明基于这样的认识：尽管不能够在特定的越区切换的个例中指出两个基站之间的实际同步误差，但是一般地能够指出两个基站的同步精度，就是说，估计出按预定的概率不会超出的，同步误差量的上限。
依据已知的同步精度，通过由终端装置借助于两个基站之间的时间推移减少测定的定时超前值，也就是延迟用户站的发送，可以达到尽管终端装置以减小的定时超前值发射的无线电信号并非刚好在分配给的时隙的开始时抵达第二基站，但是绝不会在该时隙开始前抵达。相反地可以容忍无线电信号在该时隙后的防护期抵达。
优选地，定时超前的减少量为以时间单位给出的同步精度的两倍。
如果同步精度过差，借助于测量的时间推移校正的减少可能导致无线电信号的相当部分会在基站落入防护期，甚至随后的另一个站的时隙。在这样的情况下，如果完全地放弃校正定时超前值而用0定时超前值向第二基站发送是有利的。在这种情况下不可避免由第二基站重新测量定时超前。
优选地在越区切换进行过程中向终端装置发送两个参与越区切换的基站的同步精度的信号。这使得可能参与越区切换的每对基站的网络驱动器能够在具体情况下计算或者测量同步精度，并且向在所说明的两个基站之间须进行越区切换的所有的终端装置提供所得到的精度值。
变通地，还可以提出启发式地估计同步精度。从而例如可以假定同步精度与对两个基站之间的距离成比例。与第一基站的距离对终端装置可根据其越区切换前的定时超前得知。如果从与第二基站的距离是与第一基站的距离相近的数量级着眼，终端装置可以直接地根据定时超前值推导出同步精度的估值。
如果无线电通信系统的基站对各按其同步精度分为多个级，向从属于进行越区切换的基站对的终端装置相应地发出该分级的信令，在技术处理上是有利的。从而可以把同步精度的信令发送局限到小的比特数。如果终端装置把这样的分级的上限作为同步精度的值，就可以不依赖于精度的实际值可靠地避免信号过早地抵达基站。
优选地分级的数量至少有三个。同步精度好到可以完全地放弃减少借助于测量的时间推移进行校正的定时超前的情况，优选地属于所述的分级。这样的分级含有同步精度的极限值不超过100-500纳秒的基站对是适当的。
另一个分级适当地界定那些根据同步精度推导的值减少定时超前量有意义的站对，与之相对的是同步精度差到由第二基站完全重新测量定时超前的站对。这种分级的极限值在500纳秒到2.5微秒之间的范围是适当的。
本发明的其它特征和优点由以下参照附图对一个实施例的说明给出。
图1是可以采用本发明的无线电通信系统的示意方框图；
图2是用于在越区切换的情况下通过终端装置确定定时超前值的时序图；
图3+4是同步误差对测定定时超前值的影响；
图5是通过终端装置确定定时超前值的同步精度考虑。
图1示出可以采用本发明的无线电通信系统的结构。所述的无线电通信系统含有多个相互连接成网络，并且产生通向固定网络PSTN的通路的移动交换局MSC。此外这些移动交换局各自至少连接一个基站控制器BSC，每一个基站控制器又可以使与至少一个基站的连接成为可能，其中为基站BS1、BS2。每个这样的基站可以经无线电接口与逗留在相应的小区Z1及Z2中的终端装置信息连接，譬如终端装置MS。
在此以及下文中采用GSM系统中出现的术语叙述无线电通信系统的功能单元。由本发明解决的问题，却是其中相邻的小区的基站相互同步的所述时分复用无线电通信系统中共同的问题。在以下使用中“基站”概念决不应当理解为限定在GSM及相近的系统，而是包括任意的其它时分复用无线电通信系统。
图2示出在两个基站完美地同步的理想情况下从第一基站BS1向第二基站越区切换时终端装置MS的定时超前适配。在图2中每个基站和终端装置都通过表示为箭头的时间轴，按照时间顺序表示在它们中进行的事件。这里完美的同步指的是，两个基站BS1、BS2准确地在相同的时间发送一个帧开始之类的时标，这在图中通过两个直线N1和N2表示，它们在时间点t＝0从基站BS1及BS2发出。时间标准N1在时间点t＝d1/c抵达终端装置MS，其中d1为基站BS1与终端装置MS之间的路径长度。这种延迟d1/c也是终端装置MS向基站BS1发送时所采用的定时超前TA1的值。
为了进行时间上控制其任务用户站MS在越区切换前使用依据于基站BS1传送的时间标准的当地时间刻度。可以把时间标准N1抵达用户站MS的时间点定义为其相对于基站BS1的时间刻度t｀的零点t｀＝0。
划分给终端装置MS一个时间期间以向基站BS1发送，所述的时间期间从时间点t＝t1开始并且由沿基站BS1的时间轴画的阴影代表。为了从终端装置MS1发射的信号在此时窗内抵达基站，必须在时间点t＝t1-TA1就开始发射。由于终端装置的当地时间刻度对基站BS1落后TA1，所以这在终端装置的时间刻度t｀上相应于t｀＝t1-2xTA1。
基站BS2的时间标准N2较时间标准N1晚Δt＝(d2-d1)/c抵达终端装置MS，其中d2为基站BS2与终端装置MS之间的路径长度。时间标准N2的抵达为终端装置MS定义了其当地时间刻度的新的零点t｀｀＝0，由之确定向基站BS2发送的时间点。
两个时间标准抵达时间点之间的差距Δt为终端装置MS为能够与基站BS正确地了解而校正其定时超前值指明了尺度：终端装置MS确定新的定时超前值TA2＝(d1/c)+Δt。从t｀｀＝t1-2xTA2开始向基站BS2发送脉冲串。所述的脉冲串在所希望的时间t＝t1抵达基站BS2。
图3示出基站BS1和BS2之间同步误差的情况：基站BS2较基站BS1早Esync发送其时间标准。其结果是，由终端MS测量的两个时间标准N1、N2抵达时间点之间的差没有给出基站向终端装置传播时间的实际差，而是少了Esync。由终端装置MS借助于该差值Δt计算的定时超前的新值TA2小了Esync。终端装置相对BS2的时间刻度的开始时间点t｀｀＝0较图2的情况早；由终端装置MS计算发送的时间点t｀｀＝t1-2xTA2迟Esync。由基站BS2时间轴上的阴影线代表的基站BS2对终端装置信号的接收窗口，比基站BS1的对终端装置的信号的接收窗口早Esync。因此终端装置MS的信号晚2x Esync抵达基站BS2。然而，只要基站BS2还能够在接收的脉冲串中识别其中置码并且能够在时间上足以在该中置码上估计接收的脉冲串的符号，这种延迟就不防碍基站BS2分析信号。
图4示出图3的相反情况。假定基站BS2较基站BS1推迟Esync发送其帧。因此终端装置MS测量过大的时间标准抵达时间点的时间差Δt。根据这个时间差Δt计算的定时超前TA2值过大，结果，终端MS过早地开始发送。其信号因此以2x Esync的推移开始于划分给它的时间窗之前，由基站BS2时间轴上的阴影线代表的到达基站BS2为所述时间窗。因此，基站BS2不再能够正确地识别其中置码，从而不能够对终端装置MS分配所接收的信号。还可能发生基站BS2错误地把信号分配给另一个终端装置，该终端装置被划分有上个接收时隙，结果不仅干扰了进行越区切换的终端装置MS的接收，还要干扰另一个，不参与切换的终端装置。这种情况无论如何也要避免。
现在参照图5说明如何通过本发明所述的方法避免这种风险。选择对基站对BS1、BS2测定同步精度Gsync，也就是同步误差Esync量对给定的时间点以预定的例如95％的概率不超出的值。这种同步精度Gsync可以通过测量确定也可以在一定的情况下由两个基站采用的装置的同步化以及其精确性计算。这种测定可以在真正的越区切换前的任意时间点进行，这在图5中没有示出。
由两个基站之一正要从基站BS1向基站BS2越区切换的终端装置MS发送所述的同步精度的信令。如参照图2进行的说明所述，现在终端装置MS测量两个基站的时间标准N1、N2的抵达时间之间的差值Δt。由此可以根据下式计算与第二基站BS2通信用的新的定时超前值TA2：
TA2＝TA1+Δt-2 Gsync
如果两个基站BS1、BS2完美地同步，这导致终端装置MS的信号在时间期间F0抵达基站BS2，所述时间期间F0较阴影所示的接收时间窗迟2x Gsync。
如果我们假定，基站BS2较基站BS1提前Gsync发送，在图5中与虚线的时间标准N2a相应，从而终端装置MS测量时差：
Δta＝((d2-d1)/c)-Gsync；
于是得出定时超前值
TA2a＝TA1+Δta-2 Gsync＝TA1+((d2-d1)/c)-3 Gsync。
这种情况下定时超前值也比图2所示的情况小3 Gsync；同时终端装置MS的信号在基站BS2上的接收窗口提前Gsync，从而终端装置MS的信号在时间期间Fa总共比其接收窗口延迟4 Gsync抵达基站BS2。
相反，假定基站BS2较基站BS1推迟Gsync，在图5中与虚线的时间标准N2d相应，从而得出标准之间的差为
Δtd＝((d2-d1)/c)+Gsync；
由此计算出定时超前值
TA2d＝TA1+Δtd-2 Gsync＝TA1+((d2-d1)/c)-Gsync。
也就是定时超前值较完美同步时小Gsync。另一方面，基站BS2的接收窗口也较基站BS1延迟Gsync，从而在基站BS2处的终端装置MS的信号正好符合划分给它的接收窗口Fd落在基站BS2。
因此不依赖于实际的同步误差Gsync的大小和方向排除了终端装置MS的信号过早抵达基站BS2的风险，以正确地进行分析。
如果基站BS1、BS2的同步差，也就是说假定Gsync是例如2.5微秒的较大值，采用上述方法可以导致显著地减少定时超前值，甚至可能得出定时超前值为负值。这样的值相应于终端装置MS与第二基站BS2之间的负距离，显然没有物理意义。因此如果上述的计算值得出TA2＜0，可以总是设定为TA2＝0。为了避免过量地减少定时超前值，定义对同步精度的上限值，并且把上述的方法仅限于应用在同步性优于此极限值的无线电通信系统内的基站对，这也是适当的。同步性差于该极限值的基站之间的越区切换时，与第二基站通信的终端装置采用定时超前值TA2＝0直到基站BS2传送指令调节到由它测量出的值。
根据本方法的一个优选的扩展，在两个基站之间的越区切换不必要向终端装置发送对两个基站测量的同步精度的信令，而只需要传输有关基站对在多个精度分级之一的从属性方面的说明。以此方式把发送精度的信号所要求比特数减少到分级数的以2为底的对数。实践中是四个甚至于仅三个分级就足够了：第一级，属于具有典型地约±100纳秒同步精度的紧联接基站对。在两个这样的基站对之间的越区切换时上述的精度考虑于最不利情况下确定新的定时超前值TA2可导致信号延迟400纳秒，这例如在16的扩展系数的UMTS无线电通信系统中小于两个码片(chip)(1码片＝约250纳秒)的时长。在属于该分级精度的基站对之间越区交换时，因此在确定新的定时超前值时可以完全放弃对同步精度的考虑，因为由此产生的时间推移不影响在基站BS2识别中置码，从而不影响符号估计。
第二分级包含具有典型地为±500纳秒的同步精度Gsync基站对。在这样的Gsync值所述的考虑在最差的情况下确定TA2导致信号推迟2微秒抵达基站BS2。
第三精度分级包含在前面已加说明的基站对，其中同步精度差到所述的考虑在确定TA2时可导致不适当地过大延迟信号抵达基站BS2。
如果向终端装置MS发送基站对BS1和BS2属于性为第二分级的信号，把这个分级的精度上限值作为确定TA2根据的Gsync。
在采用三个分级时，例如可以把所有Gsync＜200纳秒的基站对划分到第一分级，200纳秒＜Gsync≤1微秒的基站对划分到第二分级，Gsync＞1微秒的基站对划分到第三分级。为了在各种情况下把通过考虑Gsync得到的信号延迟尽可能地保持到最小，值得把第二分级细分。例如还可以设想这样的细分：分级2a包含所有的200纳秒＜Gsync≤500纳秒的站对再划分为，而分级2b包含所有的500纳秒＜Gsync≤1.5微秒的站对。这种情况下，如果终端装置MS在分级2a的站间越区切换以精度＝500纳秒为确定TA2的根据，在分级2b的情况下以精度＝1.5微秒为确定TA2的根据。

Claims (9)

1.在从无线电通信系统的第一基站向第二基站(BS1、BS2)同步越区切换时适配移动终端(MS)的定时超前(TA1、TA2)的方法，其中，测量终端装置(MS)从两个基站(BS1、BS2)接收的时间标准(N1、N2、N2a、N2d)之间的时间推移，并且借助于测量的时间推移(Δt、Δta、Δtd)校正终端装置(MS)在越区切换前向第一基站(BS1)发送所采用的定时超前值(TA1)，
其特征在于，
使所校正的定时超前值减少一个由两个基站(BS1、BS2)的同步精度(Gsync)推导出的值，并且用作向第二基站(BS2)发送的定时超前值。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述推导出的值为以时间单位给出的同步精度(Gsync)的两倍。
3.如以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
如果同步精度(Gsync)超过预定的极限值，把向第二基站发送所采用的定时超前值(TA2)设为零。
4.如以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
向终端装置(MS)发送同步精度(Gsync)的信令。
5.如权利要求4所述的方法，
其特征在于，
把两个基站(BS1、BS2)的对分别按其同步精度划分为多个级，向该基站对所属的终端装置(MS)发出该分级的信令。
6.如权利要求5所述的方法，
其特征在于，
分级的数量至少有三个。
7.如权利要求5或6所述的方法，
其特征在于，
把第一和第二分级相互分开的第一同步精度极限值在100纳秒至500纳秒之间，并且如果同步精度优于第一极限值，则把由同步精度推导出的值设定为等于0。
8.如权利要求5至7之一所述的方法，
其特征在于，
把第二和第三分级相互分开的第二同步精度极限值在500纳秒至2.5微秒之间，并且如果同步精度落在低于第二极限值的第二分级中，则把由同步精度推导出的值设定为等于第二极限值的两倍。
9.具有多个以已知精度相互同步的小区(Z1、Z2)的无线电通信系统，其特征在于，
在终端装置(MS)在其两个小区(Z1、Z2)之间越区切换时，向终端装置(MS)发送说明这两个小区(Z1、Z2)同步性的信令。
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