CN1905410A - 一种cdma蜂窝系统的主动式上行同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用无线电定位技术实现CDMA蜂窝系统的主动式上行同步的系统方法，尤其涉及TD－SCDMA系统移动终端的上行同步。在SCDMA系统中，在服务基站一侧要实现终端信号的上行同步。本发明是根据测量数据 τ₁ τ₂ τ₃和从广播信道得到的基站地理坐标，计算出服务基站到移动终端的延时T₀，并使移动终端的发射定时向前调整2T₀，补偿了上下行链路的路径延迟，使上行信号主动发射到基站一侧的搜索窗里，实现了上行信号的主动式同步。

Description

一种CDMA蜂窝系统的主动式上行同步方法

技术领域

本发明涉及一种用无线电定位技术实现CDMA蜂窝系统的主动式上行同步的系统方法，尤其涉及TD-SCDMA系统移动终端的上行同步。

背景技术

在SCDMA系统中，在服务基站一侧要实现终端信号的上行同步。目前使用的方法是在服务基站一侧观察终端信号的到达时间与服务基站的基准时间的时间差，并不断地发出控制命令，命令终端延迟或者提前发射信号，使终端信号的到达时间与服务基站的基准时间对齐。TD-SCDMA系统使用了这种被动式同步方法。

这种方法是利用上下行链路使服务基站和终端构成了时间锁定环，实现复杂，受链路噪音的影响同步不稳定。

如果在CDMA系统实现了小区内终端信号的上行同步，会带来一系列系统效益：(1)减少了搜索时间；(2)减少了多用户干扰MAI；(3)可以使用联合检测算法。

发明内容

本发明的目的是利用无线电定位技术提供一种简单的主动式上行同步的系统方法。利用信号到达时间(TOA)定位是无线电定位技术普遍使用的方法。本发明是使终端利用TOA实现主动定位的同时，实现终端信号的主动式上行同步。

蜂窝通信环境里基站的布置如图1所示，BS₀布置在直角坐标的原点BS₀＝(0 0)，4个基站下行导频的同步发射时间t₀＝0，并在广播信道发布基站的地理坐标。

该方法包括如下6个步骤：

步骤1.终端的帧定时锁定在接收到的，延时的BS₀导频主能量相关峰0，使τ₀＝0；

步骤2.测量BS₁、BS₂、BS₃导频主能量相关峰1、2、3与BS₀导频主能量相关峰0的相对时间τ₁ τ₂ τ₃；

步骤3.根据无线电波传播的原理，参照图2的定时关系，并利用关系

                 R₀＝cT₀＝c(T₀+τ₀)                     (1)，

                 R₁＝cT₁＝c(T₀+τ₁)                     (2)，

                   R₂＝cT₂＝c(T₀+τ₂)                    (3)，

                   R₃＝cT₃＝c(T₀+τ₃)                    (4)，

构造以下方程，(其中c是无线电波速度)

    c²(T₀+τ₀)²＝(x₀-x_e)²+(y₀-y_e)²                       (5)，

    c²(T₀+τ₁)²＝(x₁-x_e)²+(y₁-y_e)²                       (6)，

    c²(T₀+τ₂)²＝(x₂-x_e)²+(y₂-y_e)²                       (7)，

    c²(T₀+τ₃)²＝(x₃-x_e)²+(y₃-y_e)²                       (8)；

步骤4.注意到τ₀＝0 x₀＝0 y₀＝0，并对方程(5)、(6)、(7)、(8)运算，得到

$\left(5\right)-\left(6\right)x_1^2+y_1^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_1\right)}^2=2(x_1{x}_e+y_1{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_1{T}_0)...\left(9\right),$

$\left(5\right)-\left(7\right)x_2^2+y_2^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_1\right)}^2=2(x_2{x}_e+y_2{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_2{T}_0)...\left(10\right),$

$\left(5\right)-\left(8\right)x_3^2+y_3^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_3\right)}^2=2(x_3{x}_e+y_3{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_3{T}_0)...\left(11\right),$

写成矩阵形式

$\left(\begin{array}{ccc}{x}_1& y_1& {\mathrm{c\τ}}_1\\ x_2& y_2& {\mathrm{c\τ}}_2\\ x_3& y_3& {\mathrm{c\τ}}_3\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ {\mathrm{cT}}_0\end{array}\right)=\frac{1}{2}\left(\begin{array}{c}{x}_1^2+y_1^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_1\right)}^2\\ x_2^2+y_2^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_2\right)}^2\\ x_3^2+y_3^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_2\right)}^2\end{array}\right)...\left(12\right),$

令

$p=\left(\begin{array}{ccc}{x}_1& y_1& {\mathrm{c\τ}}_1\\ x_2& y_2& {\mathrm{c\τ}}_2\\ x_3& y_3& {\mathrm{c\τ}}_3\end{array}\right)...\left(13\right);$

步骤5.利用最小二乘法求x_e y_e cT₀，其中H表示矩阵转置，

$\left(\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ {\mathrm{cT}}_0\end{array}\right)=\frac{1}{2}{\left(p^{H}p\right)}^{-1}{p}^H\left(\begin{array}{c}{x}_1^2+y_1^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_1\right)}^2\\ x_2^2+y_2^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_2\right)}^2\\ x_3^2+y_3^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_3\right)}^2\end{array}\right)...\left(14\right);$

步骤6.使终端发射帧定时向前调整2T₀时间，终端的上行信号能够在t₀＝0时刻到达基站天线，实现了终端信号的主动式上行同步。

附图说明

图1是蜂窝通信环境中基站和移动终端的位置示意图；

图2是本发明移动终端一侧定时关系的示意图；

具体实施方式

首先描述本发明的原理。本发明是利用无线电定位技术，终端的帧定时锁定在接收到的，延时的BS₀导频主能量相关峰0，使τ₀＝0，根据测量数据τ₁ τ₂ τ₃和从广播信道得到的基站地理坐标，计算出服务基站到移动终端的延时T₀，并使移动终端的发射定时向前调整2T₀，补偿了上下行链路的路径延迟，使上行信号主动发射到基站一侧的搜索窗里，实现了上行信号的主动式同步。

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1是蜂窝通信环境中基站和移动终端的位置示意图，图中基站是同步发射下行导频信号，帧边界与t₀＝0对齐；并在广播信道发布基站的地理坐标BS₀＝(x₀ y₀)、BS₁＝(x₁ y₁)、BS₂＝(x₂ y₂)、BS₃＝(x₃ y₃)；R₀、R₁、R₂、R₃是移动终端与基站的距离，T₀、T₁、T₂、T₃是路径延迟时间；两者互相对应。BS₀布置在坐标原点，即BS₀＝(0 0)，MS＝(x_e y_e)是移动终端的位置。

图2是本发明移动终端一侧定时关系的示意图，横坐标是时间，纵坐标是相关器的积分能量，0、1、2、3表示BS₀、BS₁、BS₂、BS₃下行导频主能量信号的相关峰。终端与基站的帧定时，在时间上有一个偏移量，如果终端的帧定时锁定在接收到的延时的BS₀导频主能量相关峰0，这个偏移量就是T₀。相关峰1、2、3与相关峰0的时间差τ₁ τ₂ τ₃可以测量出来。参照以上定时关系，并根据无线电波传播的原理，得到公式(1)、(2)、(3)、(4)；构造出方程(5)、(6)、(7)、(8)；对其运算得到方程(9)、(10)、(11)；写成矩阵形式，有方程(12)。

根据方程(12)，利用最小二乘法可以同时计算出x_e y_e cT₀，这样就得到了移动终端的位置MS＝(x_e y_e)，以及BS₀与移动终端MS的路径时延T₀。知道了T₀，就可以使终端发射帧定时向前调整2T₀时间，就补偿了上下行链路的路径延时，终端的上行信号能够在t₀＝0时刻到达基站天线，实现了终端上行信号的主动式同步。

以上所述的方法，一般的通信系统工程师就可以在设备中顺利实现。

Claims (1)

1.一种用无线电定位技术实现CDMA蜂窝系统主动式上行同步的系统方法，其中包括：

步骤1.终端的帧定时锁定在接收到的，延时的BS₀导频主能量相关峰0，使τ₀＝0；

步骤2.测量BS₁、BS₂、BS₃导频主能量相关峰1、2、3与BS₀导频主能量相关峰0的相对时间τ₁τ₂τ₃；

步骤3.根据无线电波传播的原理，参照图2的定时关系，并利用关系

    R₀＝cT₀＝c(T₀+τ₀)                (1)，

    R₁＝cT₁＝c(T₀+τ₁)                (2)，

    R₂＝cT₂＝c(T₀+τ₂)                (3)，

    R₃＝cT₃＝c(T₀+τ₁)                (4)，

构造以下方程，其中c是无线电波速度，

    c²(T₀+τ₀)²＝(x₀-x_e)²+(y₀-y_e)²    (5)，

    c²(T₀+τ₁)²＝(x₁-x_e)²+(y₁-y_e)²    (6)，

    c²(T₀+τ₂)²＝(x₂-x_e)²+(y₂-y_e)²    (7)，

    c²(T₀+τ₃)²＝(x₃-x_e)²+(y₃-y_e)²    (8)；

步骤4.注意到τ₀＝0 x₀＝0 y₀＝0，并对方程(5)、(6)、(7)、(8)运算，得到

$\left(5\right)-\left(6\right)x_1^2+y_1^2-{\left(\mathrm{c\τ}\right)}^2=2(x_1{x}_e+y_1{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_1{T}_0)---\left(9\right),$

$\left(5\right)-\left(7\right)x_2^2+y_2^2-{\left(\mathrm{c\τ}\right)}^2=2(x_2{x}_e+y_2{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_2{T}_0)---\left(10\right),$

$\left(5\right)-\left(8\right)x_3^2+y_3^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_3\right)}^2=2(x_3{x}_e+y_3{y}_e+c^2{\mathrm{\τ}}_3{T}_0)---\left(11\right),$

写成矩阵形式

$\left(\begin{array}{ccc}{x}_1& y_1& {\mathrm{c\τ}}_1\\ x_2& y_2& {\mathrm{c\τ}}_2\\ x_3& y_3& {\mathrm{c\τ}}_3\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ {\mathrm{cT}}_0\end{array}\right)=\frac{1}{2}\left(\begin{array}{c}{x}_1^2+y_1^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_1\right)}^2\\ x_2^2+y_2^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_2\right)}^2\\ x_3^2+y_3^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_3\right)}^2\end{array}\right)---\left(12\right),$

令

$p=\left(\begin{array}{ccc}{x}_1& y_1& {\mathrm{c\τ}}_1\\ x_2& y_2& {\mathrm{c\τ}}_2\\ x_3& y_3& {\mathrm{c\τ}}_3\end{array}\right)---\left(13\right)$

步骤5.利用最小二乘法求x_e y_e cT₀，其中H表示矩阵转置，

$\left(\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ {\mathrm{cT}}_0\end{array}\right)=\frac{1}{2}{\left(p^{H}p\right)}^{-1}{p}^H\left(\begin{array}{c}{x}_1^2+y_1^2-{\left({\mathrm{c\τ}}_1\right)}^2\\ x_2^2+y_2^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_2\right)}^2\\ x_3^2+y_3^2-{\left(c{\mathrm{\τ}}_3\right)}^2\end{array}\right)---\left(14\right);$

步骤6.使终端发射帧定时向前调整2T₀时间，终端的上行信号能够在t₀＝0时刻到达基站天线，实现了终端信号的主动式上行同步。

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