CN1555143A - 一种测量无线通信系统传播延迟的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量无线通信系统传播延迟的方法，应用于通信系统，所涉及的通信系统至少由一个基站和一个终端组成，本发明有如下步骤：估测或者拟合得到基站的无线传播损耗模型；基站向其覆盖区内的终端广播发送传播损耗模型；终端通过解调，得到基站的无线传播损耗模型；终端测量接收功率，根据接收功率、基站的传播损耗模型，计算其与基站的距离和空中信号的传播延迟。本方法提高终端计算传输延迟时间的精确度，从而可以通过提前发射的方法增加基站的覆盖半径，精确定位终端。

Description

一种测量无线通信系统传播延迟的方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其是移动通信系统中测量无线传播延迟的方法。

背景技术

本发明所涉及的移动通信系统结构如附图1所示，至少包括一个CN(核心网)，一个RNC(无线接入网控制器)，一个Node B(节点B)，也就是一般所说的基站，和一个UE(终端)。

在Node B和UE之间，存在传播延迟，而且该传播延迟随着UE与Node B的距离增加而增加。由于存在该传播延迟，UE的信号到达Node B时，就产生了2倍的传播延迟。

中国专利局已公开的名称为“在窄带时分双工码分多址移动通信系统中测量传播延迟的设备和方法”，公开号为1404668的专利，公开了一种常用的传播延迟估计的方法。该方法是UE根据Node B的发射功率与UE的接收功率相比较，估计往返的延迟。由于不同的Node B所处的无线环境不同，在城市、郊区、乡村等无线环境下，Node B信号的衰减随着距离的变化速度并不相同，城市衰减的速度快，而乡村衰减慢，所以该专利的方法仅仅根据Node B的发射功率和UE的接收功率相比较来估计延迟，是不够准确的，需要根据不同的无线环境，让移动台采用不同的估计方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种测量无线通信系统传播延迟的方法，解决了UE对不同无线环境传播延迟估计不准的技术问题，提高了传播延迟估计的准确度。

本发明所涉及的通信系统至少由一个Node B和一个UE组成，所述Node B至少包括一个发射机和一个接收机，所述发射信号至少包括一个开销信道；所述开销信道完成公共信息的发送；所述UE至少包括一个发射机和一个接收机，所述UE通过解调系统的开销信道获取所述通信系统的状态，如Node B所处无线环境的传播特征等，所述UE通过解调系统的开销信道获取当前系统的状态。

本发明所述测量无线系统传播延迟的方法包括如下步骤：

步骤1估测或者拟合得到基站的无线传播损耗模型；

步骤2基站向其覆盖区内的终端广播发送传播损耗模型；

步骤3终端通过解调，得到基站的无线传播损耗模型；

步骤4终端测量接收到的功率；

步骤5终端根据接收功率、基站的传播损耗模型计算其与基站的距离；

步骤6终端计算空中信号的传播延迟。

所述的步骤1中，可以是直接利用现有的模型，也可以是用户重新测试和拟合得到模型。

所述步骤2中，所述基站通过广播同步信道或者公共控制信道把传播损耗模型向小区覆盖区内的终端广播发送。

采用本发明所述方法，与现有技术相比，通过考虑不同的Node B所处环境的不同，提高了传输延迟时间的精确度，从而可以进一步通过提前发射增加NodeB的覆盖半径，或精确定位UE等。

附图说明

图1是本发明所涉及的现有技术移动通信系统结构图；

图2是本发明方法流程图；

图3是现有技术TD-SCDMA系统的上行和下行链路的时隙结构示意图；

图4是现有技术TD-SCDMA系统传播延迟时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施例。

图1是本发明所说的通常的移动通信系统图，无线网络控制器RNC在核心网CN的控制下工作，而Node B则在RNC的控制下与UE通信。由于不同的Node B其所处的无线环境不同，其传播模型也不同，也就是说相同的距离下，UE接收到的Node B的信号功率随着Node B所处的无线环境而不同。

图2是本发明方法流程图，具体步骤如下：

步骤1估测或者拟合得到Node B的无线传播损耗模型。

运营商在设计一个移动通信网络时，首先要进行网络规划，确定各个基站发射天线的位置。一旦确定了基站发射天线的位置，就可以估测该基站的无线传播模型。这种估测的方法很多，是业已成熟的技术。可以直接使用现有的模型，比如有名的Hata模型，就是在Okumura测量的结果上，进行拟合得到了800MHz电波在城市、郊区以及农村等地形下的传播模型。但是直接使用这种Hata模型，对于一个具体的基站来说，还不够精确。所以，为了提高精确度，用户还可以自行测试和拟合。

用户自行测试的方法是使用一个固定功率的发射机发出标准的测试信号，然后利用场强仪测量基站覆盖区内的各点的信号功率，再用一个对数表示的功率和距离的关系进行线形拟合，得到一个属于该站点特有的传播模型。设发射机的发射功率是Pt，使用全向天线，设场强仪在距离r上接收到的功率是Pr，那么有：

$\mathrm{Pr}=A\frac{\mathrm{Pt}}{r^{\mathrm{\μ}}}---\left(1\right)$

这里A是一个常数，μ是代表路径损耗随着距离变化的指数因子，

把(1)式取对数表示，有：

         10logPr＝10logPt+10logA-10μlogr                (2)

如果功率用对数表示，那么就有：

         p_r＝p_t+a-10μlogr                              (3)

令r＝1，用p_r1表示1公里处移动台接收到的信号功率，有：

         p_r1＝p_t+a                                      (4)

把(4)式代入(3)式，得到：

         p_r＝p_r1-10μlogr                                (5)

其中，μ具体的表示移动台接收功率信号随着距离变化的指数幂。

从(5)式可以看出，移动台的接收功率与p_r1、μ和移动台与基站的距离r有关。

利用测量，可以得到一组p_r1、μ随着r变化的值，这样通过最小二乘原理可以拟合得到μ和p_r1，就得到了用μ和p_r1表示的Node B的传播模型(5)。

需要注意的是，虽然本文介绍了最简约的传播损耗表示公式(5)，也可以采用其他表示Node B传播损耗模型的参数和公式。

步骤2，要把μ和p_r1表示的基站的传播模型(5)发送给移动台，具体的实现依赖于不同的通信系统，一般通过基站的广播信道或者公共控制信道发送。

步骤3，移动台经过解调，接收公共控制信道中包含的μ和p_r1，然后步骤4，测量自身的接收功率p_r，步骤5，利用(5)求出r，

$r={10}^{\frac{p_{r1}-p_r}{10\mathrm{\μ}}}-----\left(6\right)$

(6)中r的单位是公里。设光速是c，则有

             r＝cΔt                            (7)

步骤6，根据(6)和(7)，得到移动台到基站的传播路径延迟为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{{10}^{\frac{p_{r1}-p_r}{10\mathrm{\μ}}}}{c}---\left(8\right)$

知道Δt，移动台就可以提前2Δt发射，消除由于传播延迟造成的移动台信号可能落在搜索窗之外的情况。

实施例一：

采用TDD(Time Division Duplex)方式作为双工通信方式的移动通信系统，如TD-SCDMA，PHS(Personal Handset System)等，下行链路和上行链路在同一频段上工作，但是按照某种方式上下行之间分时使用这一频段。图3是TD-SCDMA系统的一个子帧上下行之间分时使用的模式，子帧是一次突发传输最小的时间间隔。时隙0一般是公共信道，下行导频是Node B向UE发出的，以让UE根据接收到的下行导频与系统同步。保护带GP是保护期，以防止上行导频与下行导频重叠。时隙1--时隙6是用户时隙，用于传输话音或者数据业务。当系统传输发生上行和下行之间切换的时候，叫做转换点，在一个子帧有2次上行和下行之间的转换，所以有2个转换点。

系统一般在一个公共信道上发送广播消息，说明系统的当前配置情况，如TD-SCDMA在TSO的基本公共控制信道P-CCPCH和辅助公共控制信道S-CCPCH上，发送系统配置信息。在TD-SCDMA系统中，移动台接收下行链路导频时隙信道，获得与系统的同步，然后在上行链路导频时隙中向Node B发出上行同步信号，试图接入系统。Node B将在保护带GP和上行导频中搜索UE发出的上行同步信号。

从图4可以看到，由于Node B和UE存在传输延迟，图中以Td标示，如果UE不加任何处理补偿该传输延迟，把接收到Node B信号的时刻作为自己的参考时间，作为反向发射信号的起始时间，那么UE信号到达Node B的时间总共会延迟2Td。Node B一般在“保护带GP+上行导频”的时间间隔内检测UE发送的上行接入信号，如果2Td＞上行导频，那么就落在了Node B的检测窗口之外，不能被Node B检测到。这也就限制了Node B的覆盖范围。

为了克服现有技术的不足，我们希望UE能够估计出Td，那么UE就可以提前2Td发射，这样UE信号就正好落在了上行导频的起始位置，弥补由于空中延迟可能导致的信号不能被Node B检测到情况。具体实现步骤如下：

第一步，在TD-SCDMA系统的网络规划中，利用现有的传播模型，或者经过测量，得到每个Node B的形如公式(5)的传播模型。需要注意的是，为了测量的准确，这里使用下行导频信道的功率，因为下行导频的功率连续发射，而且功率恒定，这样可以方便UE进行测量；

第二步，把得到的传播模型参数pr1和u，通过公共控制信道CCCH广播发送到Node B覆盖区域内的每个UE；

第三步，UE解调CCCH信道，得到pr1和u，从而得到Node B的无线传播损耗模型；

第四步，UE测量下行导频信道的功率，得到pr；

第五步，UE根据公式(6)计算其与Node B的距离r；

第六步，UE根据公式(8)计算其与Node B的传播延迟Td；

最后，利用上述步骤得到得传播延迟Td，UE提前2Td发射，最终消除传播延迟的影响。

实施例二：

在IS95A系统中，往往通过一个固定的窗口搜索移动台的接入信号。有时候，由于移动台距离基站太远，其接入信号落在了基站的搜索窗口之外，这样就不能被基站所发现，导致无法接入系统。

通过在基站的同步信道中发射当前基站导频信道的形如(5)的传播模型，移动台通过测量导频信道的功率，计算出与基站的距离和传播延迟，通过提前一定时间发射，可以让远距离的移动台信号落在基站的搜索窗口之内。实现步骤如下：

第一步，在IS95A系统的网络规划中，利用现有的传播模型，或者经过测量，得到每个Node B的形如公式(5)的传播模型。需要注意的是，为了测量的准确，这里使用下行导频信道的功率，因为下行导频信道功率保持恒定，而且高于一般的业务信道，这样可以方便UE进行测量；

第二步，把得到的传播模型参数pr1和u，通过同步信道广播发送到Node B覆盖区域内的每个UE；

第三步，UE解调同步信道，得到pr1和u，从而得到Node B的无线传播损耗模型；

第四步，UE测量下行导频信道的功率，得到pr；

第五步，UE根据公式(6)计算其与Node B的距离r；

第六步，UE根据公式(8)计算其与Node B的传播延迟Td；

最后，利用上述步骤得到得传播延迟Td，UE提前2Td发射，解决空中传播延迟导致UE的接入信号落在Node B搜索窗口之外的问题，消除传播延迟的影响。

Claims (3)

1、一种测量无线通信系统传播延迟的方法，所涉及的通信系统至少由一个基站和一个终端组成，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1估测或者拟合得到基站的无线传播损耗模型；

步骤2基站向其覆盖区内的终端广播发送传播损耗模型；

步骤3终端通过解调，得到基站的无线传播损耗模型；

步骤4终端测量接收到的功率；

步骤5终端根据接收功率、基站的传播损耗模型计算其与基站的距离；

步骤6终端计算空中信号的传播延迟。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1估测或者拟合得到基站的无线传播损耗模型，可以是直接利用现有的模型，也可以是用户重新测试和拟合得到模型。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述基站通过广播同步信道或者公共控制信道把传播损耗模型向小区覆盖区内的终端广播发送。