CN1859745A - 宽带码分多址网络同频切换中的同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动通信中的切换技术，公开了一种宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，使得WCDMA系统同频切换时可以快速得到单程传播时延，从而加快同步的速度。本发明中，单程传播时延是以服务小区的往返时间为基准，并以测量得到的服务小区和新增小区的时间差、固定的用户设备收发时间差进行修正后得到。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信中的切换技术，特别涉及宽带码分多址网络同频切换中的同步方法。
背景技术
随着移动通信业务的迅猛发展，移动数据和多媒体通信的应用将越来越广泛，在不久的将来，甚至将超过传统的话音成为移动通信承载的主要业务。而传统的第二代全球移动通信系统(Global System for mobileCommunication，简称“GSM”)移动通信网络已无法适应这种新的发展趋势，为此，GSM将逐步过渡到第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)系统。其中，第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)所规范的宽带码分多址(Wideband Code Division MultipleAccess，简称“WCDMA”)/通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunications System，简称“UMTS”)以其不断完善和成熟的技术标准、灵活的网络架构、平滑的演进模式、有效的投资等诸多优势，而逐渐发展成为3G的主要技术，并为越来越多的移动通信运营商和设备提供商所接受。
WCDMA是采用直接序列扩频的码分多址(Code Division MultipleAccess，简称“CDMA”)技术的系统。WCDMA/UMTS系统包括无线接入网络(Radio Access Network，简称“RAN”)和核心网络(Core Network，简称“CN”)两大部分。其中，RAN主要包括两类节点：基站(NodeB)和无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)。NodeB负责无线信号的收发和底层处理，例如调制解调、编码解码等。RNC用于空中无线资源的管理，例如，发送小区广播、分配无线信道、配置小区参数、管理用户设备和系统之间的无线接入承载等等。
其中，RAN覆盖被分成小区区域的地理区域，每一个小区区域由一个NodeB提供服务，即由该NodeB提供本区域内的无线覆盖。NodeB通过空中接口与小区中的用户设备通信。
在移动通信中，当移动用户设备从一个小区移动到另一个小区时，用户设备需要从与原小区基站联系的信道上转接到与新小区基站建立的新的信道上，这一过程就叫做“信道切换”，简称“切换”。由于移动通信系统采用蜂窝结构，所以，移动台在跨越空间划分的小区时，必然要进行越区切换，即完成移动台到基站的空中接口的转移，以及基站到网入口和网入口到交换中心的相应的转移。
WCDMA系统支持多种类型的切换，根据切换发生时用户设备与源NodeB和目标NodeB连接的不同，切换可分为以下主要类型：硬切换、软切换、更软切换以及空闲切换等。
其中，硬切换是时间离散的事件，当呼叫从一个小区交换到另一个小区或者从一个载波交换到另一个载波时发生，它是一个时刻只有一个业务信道可用时发生的切换。也就是说，硬切换就是先将呼叫与原小区NodeB暂时断开，再自动与新小区NodeB建立新的信道。这种切换方式的通信信道有短暂的中断时间，例如在全球通系统中，大约有200毫秒的短时间中断。在WCDMA系统中，硬切换又可进一步细分为同频硬切换和异频硬切换。
软切换也是一种信道切换方式，这种方式是在移动用户设备进入新的小区时，与原小区的NodeB仍然暂时保持联系，而同时与新小区的NodeB也开始了联系。因此在切换过程中没有中断的问题，软切换被称为是“无缝”的切换。
同频硬切换主要用于为避免高速业务做软切换占用太多信道和功率资源，而采用硬切换来实现连续接续。
在WCDMA系统中，物理信道时间长度使用码片(chip)来衡量，通常以整数个码片来标识，一个无线帧通常包含15个时隙，每个时隙包含2560个码片，由此一个无线帧通常由38400个码片构成。
上行同步是建立新的切换链路的重要环节，如果没有参考信息，NodeB只能假定用户设备信号在最大可能的搜索范围内进行搜索，根据3GPP协议，这个搜索范围是1536码片(对应约60公里的范围)。要在如此大的搜索范围内捕获用户设备的上行信号，不但捕获的时间较长，而且会较长时间占用NodeB的搜索资源，造成NodeB搜索资源紧张。
为了加快同频切换(可以是硬切换，也可以是软切换)的速度，同时为了充分利用NodeB的上行搜索资源，3GPP协议在无线链路建立请求消息中包含了一个新增小区到用户设备的单程传播时延信元，利用该信元，NodeB能够在一个很小的搜索窗内(典型宽度为10～20码片左右)捕获到用户设备的上行信号，获得上行同步。因此，获得新增小区到用户设备的单程传播时延是实现快速同频切换的关键。
根据3GPP协议提出基于位置切换的概念，现有技术的方法是：RNC首先通过用户设备定位技术确定用户设备的位置，然后结合新增小区的位置坐标，计算出新增小区和用户设备间的距离，然后再根据电磁波传播的速度(等同光速)，即可求得新增小区到用户设备的单程传播时延。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：要实现该方案，就需要占用相当的无线资源，所求得的单程传播时延的精度较差。
造成这种情况的主要原因在于，采用用户设备定位技术确定用户设备的位置的时间较长(3～10秒)，而没有辅助的同频切换的同步时间在1秒左右，因此在同频切换启动前进行定位是不可行的。一种解决方法是RNC持续跟踪用户的位置，因此这需要占用相当的无线资源(包括定位测量以及位置计算等开销)。
因为用户设备的定位精度和失败概率与环境关系较大，所以直接导致新增小区到用户设备的单程传播时延的精度受环境的影响较大。
因为直放站本身有处理时延(典型数值在数微秒，甚至可以到十微秒以上)，而在现有技术中所采用距离差方法求得的单程传播时延，不包含这个实际存在的处理时延，所以其误差大。
同样，因为在多径环境中，存在多次反射，实际的单程传播时间要大于视距传播时间，所以求得的单程传播时延就存在较大的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，使得WCDMA系统同频切换时可以快速得到单程传播时延，从而加快同步的速度。
为实现上述目的，本发明提供了一种宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，包含以下步骤：
A计算新增小区与用户设备之间的单程传播时延T2；
B将搜索窗设置到与T2相对应的位置，并在该搜索窗内搜索来自所述用户设备的上行信号以实现同步，其中，所述T2根据以下方式计算：
T2＝(RTT-RxTx)/2+Rx21-Tx21，其中，
RTT是服务小区与用户设备间的信号往返时间，RxTx是用户设备的收发时间差，Rx21是所述新增小区和服务小区的上行接收时间差，Tx21是所述新增小区和服务小区的下行发射时间差。
其中，所述RTT由所述服务小区的基站通过记录向所述用户设备发送消息的时间和收到该用户设备相应响应消息的时间，并将这两个时间取差值得到。
此外在所述方法中，所述服务小区的基站周期性地测量和上报与所述用户设备间的RTT。
此外在所述方法中，所述服务小区的基站按本地策略测量与所述用户设备间的RTT，如果当前测得的RTT与最近一次上报的RTT的差值大于预置门限，则上报当前测得的RTT。
此外在所述方法中，所述RxTx是预先设定的固定值。
此外在所述方法中，所述步骤A中，由无线网络控制器实现对T2的计算；
所述步骤B中，由基站设置所述搜索窗并在该搜索窗中搜索来自所述用户设备的上行信号；
在所述步骤A和B之间，还包含所述无线网络控制器将计算得到的T2发送给所述基站的步骤。
此外在所述方法中，无线网络控制器控制网络中配置的定位测量设备，测量所述新增小区和服务小区间的下行发射时间差，并将测量结果上报，从而获得所述新增小区和服务小区的下行发射时间差Tx21。
此外在所述方法中，无线网络控制器控制配备了全球定位系统装置的所述新增小区和服务小区的基站上报下行发射信号的全球定位系统时间戳，根据所述新增小区和服务小区的全球定位系统时间戳，获得所述新增小区和服务小区间的下行发射时间差Tx21。
此外在所述方法中，无线网络控制器向所述用户设备下发测量控制消息，要求同频测量报告中包含小区的同步信息；
当小区的信号满足同频切换的信号质量要求时，所述用户设备会上报同频测量报告，其中包含了所述新增小区和服务小区的上行接收时间差Rx21的测量信息。
此外在所述方法中，所述同频切换是同频软切换或同频硬切换。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，单程传播时延是以服务小区的往返时间为基准，并以测量得到的服务小区和新增小区的时间差、固定的用户设备收发时间差进行修正后得到。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即不需要RNC对用户设备持续定位跟踪，能够有效节省NodeB的上行搜索资源，提高NodeB的性能。
因为所得新增小区的单程传播时延是依据服务小区的往返时间、测量服务小区和新增小区的时间差等参数计算得到，所以，其准确性不受环境、多径传播或者直放站的影响，准确度得到了提升。
附图说明
图1是本发明中以服务小区时间为参考的用户设备在服务小区往返时间示意图；
图2是本发明中以用户设备时间为参考的新增小区单程传播延时的示意图；
图3是根据本发明第一实施方式的WCDMA中同频切换快速同步的方法流程图；
图4是根据本发明第二实施方式的WCDMA中同频切换快速同步的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种WCDMA中同频切换快速同步的方法，其中，关键参数T2，即新增小区到用户设备的单程传播时延的获得方法如下。
由RNC持续跟踪不同小区的下行发射时间差Tx21，并跟踪用户设备在服务小区的往返时间RTT(Round Trip Time)。
当某个小区的信号满足同频切换的信号质量要求，用户设备会上报同频测量报告，其中包含了新增小区和服务小区的接收时间差测量信息，RNC用新增小区和服务小区的接收时间差Rx21，扣除新增小区和服务小区的下行发射时间差Tx21，获得新增小区和服务小区的下行信号到达用户设备的传播时间差Rx21-Tx21。RNC利用该时间差和测量得到的服务小区的用户设备信号的往返时间RTT，并根据用户设备的收发时间差RxTx(可以认为是一个固定数值，协议规定为1024码片)，可以得到服务小区的单程传播时延T1，如图1所示，T1＝(RTT-RxTx)/2。并可以进一步求得用户设备在新增小区中的单程传播时延T2，计算公式为：T2＝T1+Rx21-Tx21，其中各个数据之间的关系，如图2所示。
RNC通过无线链路建立请求消息将新增小区的单程传播时延参数T2发送给NodeB，利用该参数，NodeB采用较小的搜索窗(宽度大约10～20码片左右)并将搜索窗设置到与T2相对应的位置，在该搜索窗内搜索用户设备的上行信号并进行同步。因为搜索的范围大大减小了，所以能够快速捕获用户设备的上行信号而获得同步，从而实现同频切换支路的快速同步。
本发明第一实施方式的WCDMA中同频切换快速同步的方法如图3所示。
在步骤301中，RNC中配置的定位测量设备(Location Measurement Unit，简称“LMU”)，测量新增小区和服务小区间的下行发射时间差，并将测量结果上报，从而获得新增小区和服务小区的下行发射时间差Tx21。Tx21的准确性也不受多径传播或者直放站的影响。
在步骤302中，服务小区的NodeB周期性地测量和上报与用户设备间的RTT给RNC。其准确性是不受多径传播或者直放站的影响的，也即多径传播或者直放站引入的额外传播时延已经包含在测量结果中，这样就避免了因为多径传播带来的测量误差。
在步骤303中，由用户设备上报同频测量报告，在该报告中包含小区的同步信息。RNC根据报告得到服务小区和新增小区的接收时间差Rx21。其中，Rx21基于用户设备这同一时间标准，其准确性也不受多径传播或者直放站的影响，因此也可以有效的避免这些影响带来的误差。
在步骤304中，RNC可以根据得到的Tx21、RTT、Rx21和用户设备的固定值RxTx，根据公式T2＝(RTT-RxTx)/2+Rx21-Tx21可以求得新增小区的单程传播时延T2。
在步骤305中，RNC将计算得到的T2，通过无线链路建立请求消息发送给NodeB。
在步骤306中，NodeB根据参数T2来设置搜索窗的位置，并可以采用较小的搜索窗，使得在该搜索窗范围内可以迅速地搜索用户的上行信号，实现了快速同步。
本发明第二实施方式的WCDMA中同频切换快速同步的方法如图4所示。
在步骤401中，RNC配备了全球定位系统(Global Position System，简称“GPS”)装置的新增小区和服务小区的NodeB上报下行发射信号的GPS时间戳，根据这些GPS时间戳，获得新增小区和服务小区间的下行发射时间差Tx21。
在步骤402中，服务小区的NodeB按本地策略测量与用户设备间的RTT，如果当前测得的RTT与最近一次上报的RTT的差值大于预置门限，则上报当前测得的RTT。
步骤403到步骤406与步骤303到步骤306相同。
本发明的上述方案不但适用于不同NodeB间的软切换，也适用于不同NodeB间的同频硬切换。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，包含以下步骤：
A计算新增小区与用户设备之间的单程传播时延T2；
B将搜索窗设置到与T2相对应的位置，并在该搜索窗内搜索来自所述用户设备的上行信号以实现同步，其中，所述T2根据以下方式计算：
T2＝(RTT-RxTx)/2+Rx21-Tx21，其中，
RTT是服务小区与用户设备间的信号往返时间，RxTx是用户设备的收发时间差，Rx21是所述新增小区和服务小区的上行接收时间差，Tx21是所述新增小区和服务小区的下行发射时间差。
2.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述RTT由所述服务小区的基站通过记录向所述用户设备发送消息的时间和收到该用户设备相应响应消息的时间，并将这两个时间取差值得到。
3.根据权利要求2所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述服务小区的基站周期性地测量和上报与所述用户设备间的RTT。
4.根据权利要求2所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述服务小区的基站按本地策略测量与所述用户设备间的RTT，如果当前测得的RTT与最近一次上报的RTT的差值大于预置门限，则上报当前测得的RTT。
5.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述RxTx是预先设定的固定值。
6.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述步骤A中，由无线网络控制器实现对T2的计算；
所述步骤B中，由基站设置所述搜索窗并在该搜索窗中搜索来自所述用户设备的上行信号；
在所述步骤A和B之间，还包含所述无线网络控制器将计算得到的T2发送给所述基站的步骤。
7.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，无线网络控制器控制网络中配置的定位测量设备，测量所述新增小区和服务小区间的下行发射时间差，并将测量结果上报，从而获得所述新增小区和服务小区的下行发射时间差Tx21。
8.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，无线网络控制器控制配备了全球定位系统装置的所述新增小区和服务小区的基站上报下行发射信号的全球定位系统时间戳，根据所述新增小区和服务小区的全球定位系统时间戳，获得所述新增小区和服务小区间的下行发射时间差Tx21。
9.根据权利要求1所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，无线网络控制器向所述用户设备下发测量控制消息，要求同频测量报告中包含小区的同步信息；
当小区的信号满足同频切换的信号质量要求时，所述用户设备会上报同频测量报告，其中包含了所述新增小区和服务小区的上行接收时间差Rx21的测量信息。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的宽带码分多址网络同频切换中的同步方法，其特征在于，所述同频切换是同频软切换或同频硬切换。
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| CNA2005101116097A CN1859745A (zh) | 2005-12-16 | 2005-12-16 | 宽带码分多址网络同频切换中的同步方法 |
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2005
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