CN1714526A - 一种上行链路同步获得方法及其装置 - Google Patents

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CN1714526A CN03825533.2A CN03825533A CN1714526A CN 1714526 A CN1714526 A CN 1714526A CN 03825533 A CN03825533 A CN 03825533A CN 1714526 A CN1714526 A CN 1714526A
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Abstract

本发明提供一种上行链路同步获得方法及其装置。本发明包括如下步骤：在每一用户站设置同步信道发射机；发射机产生同步脉冲，并根据从BS接收的信息，发射机在任意位置发送同步脉冲；BS接收同步脉冲，计算与标准位置的偏差，并发送USC到MS；BS和MS的相互作用一直发生到接收的同步脉冲与BS的标准位置的偏差在一个界限内；在基站设置同步信道的接收机。本发明保证了所有用户信号在相同时间内到达基站或在无干扰窗中，并可以保证所有的用户获得同步。本发明消除了多址干扰。

Description

一种上行链路同步获得方法及其装置
技术领域
本发明涉及TD-LAS系统的物理层基准设计。特别地，本发明涉及一种上行链路同步获得方法及其装置。
背景技术
LAS-CDMA TDD系统，或者TD-LAS系统，被设计为基于专用的LAS-CDMA技术的无线分组系统。通过TD-LAS，考虑到LAS-CDMA TDD模式，后面我们将利用可交替的LAS-CDMA或TD-LAS。在TD-LAS系统中，上行同步信道的作用是保证所有活动的MS(Mobile Station移动站)及其扩频码的初始同步。
LAS-CDMA是具有特殊的无干扰窗(IFW)特性的同步CDMA系统。既然在IFW中完全没有MAI和ISI(符号间干扰)，所以如果所有用户的信号同时到达基站，或在无干扰窗内，我们就可以消除多址接入干扰。为了保证所有用户的信号能同时到达基站，所有的用户需要获得同步。既然所有的用户在小区中随机分布，用户与基站之间的距离就彼此不相同，是他们的传播延迟。所以所有用户的信号到达基站是不同步的。上行同步信号的设计是为了确保用户同步，即，信号同时到达基站。
发明内容
本发明的目的是提供一种上行链路同步获得方法及其装置，其保证所有用户的信号同时到达基站或在无干扰窗中，并能保证所有的用户获得同步，从而可以消除多址干扰。
一种上行链路的获得方法包括如下步骤：
在每一个用户站设置同步信道的发送机；
发送机产生同步脉冲，并根据从BS(基站)接收的信息，在空闲同步时隙发送。
发送机在任意位置发送同步脉冲；BS接收同步脉冲，计算与标准位置的偏差，并发送USC(uplink sync control：上行链路同步控制)到MS(移动站)；
MS根据USC调节同步脉冲的发送位置；BS与MS的相互作用一直发生到接收的同步脉冲与在BS的标准位置的偏差减小到某一个界限内；在这样的条件下，MS被认为是成功同步；
在基站设置同步信道接收机；
LAS-CDMA/TDD系统中，下行物理信道和上行物理信道在相同的载波中发送；
LAS-CDMA/TDD帧的持续时间为24ms；24ms的帧被分为14个子帧；
第一个子帧，称为下行同步子帧，长度为874码片；它被分配到D-SYNCH(下行同步信道)；
第二个子帧，称为上行同步子帧，长度为962码片；它被分配到U-SYNCH(上行同步信道)；
剩余的12个子帧为话务子帧；每一话务子帧的持续时间至少为2359码片；每一个上行物理信道或下行物理信道都可以利用话务子帧。
其中所述的同步脉冲是长度为60个码片的压缩码，它是由20个码片长的C码跟着20码片的间隙和长度为20码片的S码组成。
其中所述的USC从接收到的信号检索延迟控制命令，并相应地调整同步脉冲的发送时间；
调节范围为0～42Tc，调节单位为Tc/16，所以延迟控制命令为10比特。
其中所述的在基站执行的获得函数是用于找出同步脉冲的位置，产生USC，并存储用于寻找多径的程序的数据。接收器会在标准位置附近存储6*16个数据；
标准接入码片前的范围实际上是±3Tc；
成功接入脉冲的数据应用于寻找多径；
一种上行链路同步获得装置包括：
上行同步信道发送机和上行同步信道接收机；
其中所述的上行同步信道发送机包括：U-SYNCH码生成器，帧同步装置，调制器装置；
所述的U-SYNCH码生成器产生同步脉冲；所述的帧同步装置将同步脉冲输入空闲同步时隙，并将信号传送到所述的调制器，然后已调制的信号被发送出去；
其中所述的上行信道接收机包括：匹配滤波器，限幅器，MRC模块，2合1模块，产生USC的装置，寻找多径的装置；
接收的基带信号输入到所述的匹配滤波器；所述的匹配滤波器的输出在所述的MRC模块内合并；所述的MRC模块的输出再输入到所述的2合1模块；所述的2合1模块的输出输入到所述的限幅器；所述的限幅器的输出被分别输入到所述的产生USC的装置和寻找多径的装置。
其中，所述的U-SYNCH码生成器生成长度为60码片的同步脉冲；假设发送符号为(A+jB)，同步脉冲为(Re+jIm)；发送的信号应当为：(A+jB)(Re+jIm)；在USCH，发送符号是确定的：A＝1，B=0；所以I路由应为Re：同步脉冲的实部，Q路由应当为Im：同步脉冲的虚部。
其中，所述的调制器由基带滤波器(BF)和载波调制器组成；
此处实现的BF为根升余弦滤波器；
载波频率(中频：IF)为4fc，采样频率16fc；
然后，发送调制信号。
其中，所述的匹配滤波器包括：
接收的基带信号首先被送入一个16个试样长度的滑行窗；
所述的16个试样长度的滑行窗的输出被输入到所述的匹配滤波器；
其中所述的限幅器包括：
限幅器1具有一个固定的阈值-TI；如果输入信号都小于T1，说明在此时隙中没有同步脉冲；限幅器1的阈值设定为在测试过程中的可变的参数。
其中，所述的MRC模块包括：
每一条天线的匹配滤波器的输出都经过MRC算法合并；FMV模块在匹配滤波器的一个同步时间的输出数据中找出最大值，将其作为加权值。
其中，所述的2合1模块将一个U-SYNCH子信道的两个接入时隙的两个连续MF输出合并。
其中所述的产生USC的装置包括：限幅器2，滑行窗，估值器；
所述的限幅器2除去其值小于阈值T2与FMV模块输出的乘积的输入信号；其功能是去除一些噪音；T2为配置参数；
然后将所述的限幅器2模块的输出送入由两个延迟电路和一个累加器组成的滑行窗块(block)；
所述的滑行窗对几个连续路径的能量求和，并将点的能量数据转化为块的能量数据；
所述的估值器模块接收来自所述的滑行窗的信号；
其中所述的估值器包括FPLM-T(Find Position of Last Max value withTolerance)，一个减法器和一个判决块(JUDGE block)；
FPLM-T用于实现下面的功能。首先，它在110*16个信号的块(block)中找出最大值；其次，它找出最后一个与最大值相差一个小量的值的位置；
所述小量等于阈值T3与最大值的乘积；T3为一个配置参数；最后，用这个位置减去标准位置得到USC；USC的值再与在判决块中的一个小量(同步精度)相比较，来判断是否成功同步。
本发明提供了一种上行链路同步获得方法及其装置，保证了所有用户的信号在同一时间或在IFW内到达基站，并确保了所有用户获得同步。本发明消除了多址干扰。
附图说明
图1为在基站的帧结构；
图2为上行链路信道的结构图；
图3为同步脉冲；
图4为4扇区相格；
图5为在同步时隙中同步脉冲的位置；
图6为上行链路初始同步过程中，MS的活动图；
图7为上行链路初始同步过程中，BS的活动图；
图8为与MS中其它单元的接口(interface)示意图；
图9为上行链路同步信道发送机；
图10为与BS中其它单元的接口(interface)示意图；
图11为上行链路同步信道接收机；
图12为上行链路同步信道匹配滤波器；
图13为MRC算法；
图14为生成USC的算法；
具体实施方式
LAS-CDMA为具有特殊的无干扰窗(IFW)特性的CDMA系统。既然在无干扰窗中，完全没有MAI和ISI，因而所有的用户信号在相同的时间到达基站，或者在无干扰窗内，于是我们可以消除多址干扰。为了保证用户信号在相同的时间到达基站，需要所有的用户获得同步。既然所有的用户在小区中是随机分布的，每一用户到基站的距离是不同的，因而传播延迟。因此，所有用户信号到达基站是不同步的。上行链路同步信道的分配是用于支持用户初始同步。在开始通信以前，每一用户发送一固定序列的同步脉冲，在基站，接收到的信号经处理以得到用户位置距标准位置的距离。然后，上行链路同步信道接收机将产生上行链路同步控制(USC)命令。USC被发送到用户站以调节其发送位置。当USC在一定限度(精度)内，则认为用户获得了同步，并开始通信。
LAS-CDMA/TDD系统中，下行链路物理信道和上行链路物理信道在相同的载波发送。LAS-CDMA/TDD帧的持续时间为24ms。24ms的帧被分为14个子帧。第一个子帧，被称为下行链路同步子帧，具有874码片的长度(1码片＝0.78125μs)。第一个子帧被分配到D-SYNCH。第二个子帧，被称为上行链路同步子帧，具有962码片长度。第二个子帧被分配在U-SYNCH。剩余的12个子帧称为话务子帧。每一话务子帧的持续时间至少为2359码片。上行链路物理信道或者下行链路物理信道都可以利用话务子帧。图1所示为帧结构。
上行链路同步信道的特性及结构：在上行链路同步信道，82个码片作为间隙分离上行链路同步信道与其它信道。U-SYNCH中，共具有8个时隙，每一时隙长度为110码片。图2显示了上行链路(反向)同步信道的子帧结构。
U-SYNCH由8个U-SYNCH子信道组成。每一个子信道为未调制的公共信道用于发送一个帧中的两个接入突发脉冲，一个突发脉冲在一个接入时隙中。表1所示为两个接入时隙与一个子信道的联合。
     表1.U-SYNCH子信道与接入时隙的联合
  Subchannelnumber            Uplink Sync Sub-frame
 TS0  TS1  TS2  TS3  TS4   TS5  TS6   TS7
  1.5   ×   ×
  2.6   ×   ×
  3.7   ×   ×
  4.8   ×   ×
对于每个U-SYNCH子信道，具有两个符号(a0，a1)的码在一个帧中被扩频，a0用于第一个时隙，a1用于第二个时隙。U-SYNCH子信道的码在表2中给出，用于区分不同类型的接入。要指出的是这些码是正交的。
          表2.U-SYNCH的正交码
Access type   Subchannelnumber   code
  a0   a1
  Random access   1，2，3，4   1   1
  Handoff access   5，6，7，8   -1   1
同步脉冲：同步脉冲如图3所示。同步脉冲是长度为60码片的压缩码，其由长度为20码片的C码紧接着20码片的间隙和一个20码片的S码构成。
如下所示为同步脉冲1：
扇区1
    C    +--+- +---+ +---- --++-
    S    +--+- +---+ -++++ ++--+
扇区2
  C    +--+- +---+ +---- --++-
  S    j  j  j j  j j  j  j  j j  j j j j j j j  j  j j
扇区3
  C    + j+ j+  j- j+ j  -j- j-  j+ j+ j
  S    + j+ j+  j- j+ j+ j+j+ j-j-j
扇区4
  C    + j+ j+j- j+ j-j- j-  j+ j+ j
  S    j+j+j- j+j+  j+j-j+ j- j-
其中，‘+  -’表示分别为“1+j”和“1-j”的码，‘j  j’表示分别为“-1+j”和“-1-j”的码。图5所示为同步时隙中同步脉冲的位置。
在每一上行链路同步过程的开始(定位一个小区或响应分页信道)，用户站得到所有的8个来自下行链路信道的上行链路信道同步时隙(TS)信息。用户站在两个空闲时隙(每个时隙110码片)发送同步脉冲(60码片)。用户可以分配在小区的任何地方，换句话说，开始并不知道用户到基站的距离。最初，假设所有的用户都处在小区的边缘，这样用户站在n×110和(n+4)*110位置开始发送同步脉冲，其中‘n’为时隙(TS)数。基站接收到用户站发送的同步脉冲，并计算距标准位置的距离，用以产生上行链路同步控制(USC)。然后再将USC发送到各自的用户站，用户站相应地调节其发送时间。这种用户站和基站之间的相互作用一直持续到基站接收到的同步脉冲的位置在一个确定的界限内。于是获得同步程序成功完成，并且系统可以转向以下程序。USC命令通过ACPCH中的字RPAB发送。成功的标识通过ACPCH中的ACK字来进行发送。MS的活动如图6所示。BS的活动如图7所示。
下面将对上行链路同步信道发送机进行描述：
1)MS中与其它单元的相互作用
MS中与上行链路同步信道其它单元的作用如图8所示。上层决定同步脉冲的发送时间，其取决于MS选择的U-SYNCH时隙，并且延迟来自BS的控制命令。
2)USCH发送机的功能模型(如图9所示)
同步信道的发送机置于每一个用户站。所述的发送机简单地产生同步脉冲，并依照从BS接收的信息在空闲同步时隙发送。首先，发送机在任意位置发送同步脉冲。BS接收同步脉冲，计算与标准位置的偏差，并向MS发送USC。MS根据USC调节同步脉冲的发送位置。BS和MS之间的这种相互作用会一直持续到接收的同步脉冲与BS的标准位置的偏差限制在一个确定的界限内。在这种条件下，MS被认为是成功同步。
U-SYNCH码生成器：生成60码片长度的同步脉冲。假设发送符号为(A+jB)，同步脉冲为(Re+jIm)。发送信号应为：(A+jB)(Re+jIm)。USCH中，发送符号是固定的：A＝1，B＝0。因而I路由应为Re：同步脉冲的实部，Q路由应为Im：同步脉冲的虚部。
USC：USC为上行链路同步控制(Uplink Sync Control)的首字母。USC块从接收信号检索延迟控制命令(延迟控制命令是由基站发送到用户站)，并且相应地调整同步脉冲的发送时间。调整范围为0～42Tc，调整的单位为Tc/16，因而延迟控制命令为10比特。
帧同步：本块(block)中，将同步脉冲输入到空闲同步时隙，并向调制器发送信号。
调制器：调制器由基带滤波器(BF)和载波调制器组成。此处执行的BF为一个具有滚降系数为0.5的时间滚降升余弦滤波器。载波频率(中频：IF)为4fc，采样频率为16fc。然后发送调制信号。
下面描述上行链路同步信道接收机：
1)在BS中与其他单元的作用(如图10所示)。
2)U-SYNCH接收机的功能模型(如图11所示)：
同步信道的接收机置于基站。基站执行的获得算法是用于找出多径发送的每一径的位置。
匹配滤波器：接收的基带信号送入16个试样长度滑行窗口。匹配滤波器的结构如图12所示。
限幅器1：限幅器1具有一个固定阈值--T1。如果输入信号都小于T1，表明在此时隙没有同步脉冲。限幅器1的阈值应该设定为在测试过程中的可变参数。
MRC模块：每一天线的匹配滤波器的输出被合并为MRC算法。FMV模块找出匹配滤波器的一个同步时隙的输出数据中的最大值，将其作为加权值。物理结构如图13所示。
2合1模块：本模块合并U-SYNCH子信道的两个接入时隙上的两个连续的MF输出。表2描述的码此时得到解扩。
生成USC算法：接收机通过找出最大能量块(block)的位置而生成USC。(如图14所示)
限幅器2：限幅器2模块去除其值小于阈值T2与FMV模块输出的乘积的输入信号。其功能是去除一些噪音。T2为配置参数。
滑行窗：将限幅器2模块的输出送入滑行窗块，其由两个延迟电路和一个累加器组成。换句话说，滑行窗的长度为3Tc，其累加三个连续的信号。窗的长度选择3Tc是为了累加3Tc中的信号。滑行窗的输出速率仍然是16fc。
估值器：估值器模块接收来自滑行窗的信号。估值器模块包括PFLM-T(Find Position of Last Max value with Tolerance)，一个减法器和一个判决块。FPLM-T实现如下功能：首先，在110*16个信号的块(block)中找出最大值；然后，找出最后一个与最大值相差一个小量的值的位置。这个小量等于阈值T3和最大值的乘积。T3为配置参数。最后，用这个位置减去标准位置得到USC。USC的值再与判决(JUDGE)模块的小量(同步精度)相比较，判断是否成功同步。
寻找多径算法：接收机会在标准位置周围存储6*16个数据。在标准接入码片前，数据范围实际为±3Tc。成功接入脉冲的数据应用于寻找多径算法。
本发明提供了一种上行链路同步获得的方法及其装置。它可以保证用户信号在相同的时间到达基站或是在无干扰窗中，并保证所有用户获得同步。它可以消除多址干扰。
虽然仅参照一个较佳实施例对本发明进行了详细的描述，本领域的技术人员知道在不偏离本发明范围的前提下实施例可以有多种改变。相应地，本发明仅以权利要求书的定义为准，其意图包含本发明及其所有等同。

Claims (13)

1.一种上行链路同步获得方法，其特征在于，包括如下步骤：
在每一用户站设置同步信道发射机；
发射机产生同步脉冲，并根据从BS接收的信息在空闲同步时隙发射；
发射机在任意位置发送同步脉冲；BS接收同步脉冲，计算与标准位置的偏差，并发送USC到MS；
MS根据USC调节同步脉冲的发射位置；BS和MS的相互作用一直发生到接收的同步脉冲与BS的标准位置的偏差在一个界限内；在这样的条件下，所述的MS被认为是成功同步；
在基站设置同步信道的接收机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：LAS-CDMA/TDD系统中，下行链路物理信道和上行链路物理信道在相同的载波中发射；
LAS-CDMA/TDD帧的持续时间为24ms；24ms帧被分为14个子帧；
第一子帧，称为下行链路同步子帧，长度为874码片；其被分配到D-SYNCH；
第二子帧，称为上行链路同步子帧，长度为962码片；其被分配到U-SYNCH；
剩余的12个子帧为话务子帧；每一话务子帧的持续时间至少为2359码片；上行链路物理信道或下行链路物理信道都可以利用话务子帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的同步脉冲是长度为60码片的压缩码，同步脉冲是由长度为20码片的C码紧接着20码片的间隙和长度为20码片的S码形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的USC从接收的信号检索延迟控制命令，并相应地调整同步脉冲的发射时间；
调整范围为(0～42Tc)，调整单元为Tc/16，为此延迟控制命令为10比特。
5.一种上行链路同步获得装置，其特征在于，包括：
上行链路同步信道发射机和上行链路同步信道接收机；
其中，所述的上行链路同步信道发射机包括：U-SYNCH码生成器，组帧装置，调制器装置；
所述的U-SYNCH码生成器生成同步脉冲信号；所述的组帧装置将同步脉冲输入空闲同步时隙，并将信号发送到所述的调制器；然后已调制的信号被发射出去；
其中，所述的上行链路同步信道接收机包括：匹配滤波器，限幅器，MRC模块，2合1模块，产生USC的装置，寻找多径的装置；
接收的信号被输入到所述的匹配滤波器；所述的匹配滤波器的输出在所述的MRC模块内合并；所述的MRC模块的输出被输入到2合1模块；所述的2合1模块的输出被输入到所述的限幅器；所述的限幅器的输出分别输入到所述的产生USC的装置和寻找多径的装置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的U-SYNCH码生成器生成长度为60码片的同步脉冲；假设发射符号为(A+jB)，同步脉冲为(Re+jIm)；发射信号应为(A+jB)(Re+jIm)；在USCH，发射符号是确定的：A＝1，B＝0；由此I路由应为Re：同步脉冲的实部，且Q路由应为Im：同步脉冲的虚部。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的调制器由基带滤波器和载波调制器组成；
所述的基带滤波器为根升余弦滤波器；
载波频率为4fc，采样频率为16fc；
然后，发射调制信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的匹配滤波器包括：
接收到的基带信号被首先被送入16个试样长度的滑行窗；
所述的16个试样长度的滑行窗的输出被输入到所述的滤波器。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的限幅器包括：
具有固定阈值T1的限幅器1；如果所有的输入信号都小于T1，表明在此时隙中没有同步脉冲；限幅器1的阈值应设定为在测试过程中可变的参数。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的MRC模块包括：
每一天线的匹配滤波器的输出都经MRC算法相合并；FMV模块在匹配滤波器的一个同步时间的输出数据中找出最大值，将其用作加权值。
11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的2合1模块将一个U-SYNCH子信道的两个接入时隙的两个连续MF输出相合并。
12.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的产生USC的装置包括：限幅器2，滑行窗，估值器；
所述的限幅器2去除其值小于阈值T2与FMV模块输出的乘积的输入信号；其功能在于去除一些噪音；T2为配置参数；
然后，将所述的限幅器2模块的输出送入滑行窗块，滑行窗块由两个延迟电路和一个累加器构成；
所述的滑行窗对几个连续路径的能量求和，并将点的能量数据转换为块的能量数据；
所述的估值器模块接收来自所述的滑行窗的信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述的累加器包括FPLM-T，一个减法器和一个判决块；
FPLM-T实现如下功能：首先，在110*16个信号的块中找出最大值；然后找出最后一个与最大值仅相差一个小量的值的位置；
小量等于阈值T3与最大值的乘积；T3为配置参数；最后，用这个位置减去标准位置得到USC；再将USC的值与在判决模块的一个小量相比较，来判断是否成功同步。
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