DE69827366T2

DE69827366T2 - Schaltung zur synchronisation von cdma-mobiltelephonen

Info

Publication number: DE69827366T2
Application number: DE69827366T
Authority: DE
Inventors: Josef Olaf HIRSCH
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: KR100576680B1; EP0960541B1; JP2001511336A; CN1252188A; TW413987B; CN1109460C; US6028855A; WO1999031912A3; EP0960541A2; JP4240238B2; KR20000070944A; DE69827366D1; WO1999031912A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem, wobei "Code Division Multiple Access" angewandt wird, und insbesondere auf eine Synchronisationstechnik geringer Leistung, wobei NF-Oszillatoren in einem Wechselspektrum-Kommunikationssystem verwendet werden.
In einem Telefonsystem, wobei CDMA-Technologie angewandt wird, besteht ein Koppelkanal aus einem Pilotkanal, einem Synchronisationskanal und einem Verkehrskanal. Der Pilotkanal ist ein Kanal zur wiederholten Übertragung eines Pilot-PN-Codes und wird verwendet zum Erhalten und zum Beibehalten der Synchronisation in dem mobilen Endgerät zum Reproduzieren eines Taktsignals.
Bei einer bekannten Synchronisationstechnik, die für Direktsequenz Wechselspektrum-Kommunikationen anwendbar ist, wird das Timing des Systems teilweise durch einen Ortsoszillator in der mobilen Einheit beibehalten, der nach wie vor schwingen soll, sogar wenn die mobile Einheit sich in der freien Betriebsart befindet. Um das Timing des Systems möglichst genau zu halten wird ein genauer HF-Ortsoszillator (etwa 14–19 MHz) in der mobilen Einheit verwendet.
Wie beispielsweise in EP 744.840 beschrieben, werden Rufnachrichten (Paging) mit dem Intervall entsprechend einer ganzen Anzahl Male einem Superframe zu dem Mobilendgerät übertragen. Zum Empfangen der Paging-Nachrichten soll das Mobilendgerät an einem Punkt rechtzeitig vor dem Kopf der Paging-Nachricht neu gestartet werden, weil die mobile Einheit Zeit braucht zum Betreiben der angehaltenen Schaltungsanordnung und um diese in einen empfangbaren Zustand zu bringen.
EP-A-0 776 099 beschreibt ein CDMA-Funksystem mit einer gesteigerten Kapazität, indem die feste Art der Teilnehmstationen ausgenutzt wird. Es werden orthogonale Streucodes verwendet für die Vorwärts- sowie die Rückwärtskopplungen und die Übertragungen von den Teilnehmerstationen werden gegenüber deren Streucodes synchronisiert bis in eine Chipperiode. Eine genaue Synchronisation, Zeitsteuerung und Trägerfrequenzfehlerkompensation der CDMA-Übertragungen von vielen Teilnehmerstationen reduzieren den Pegel von Vielfachzugriffinterferenz, erfahren an der Rückwärtskopplung, was normalerweise der wichtigste begrenzende Faktor der Kapazität eines Systems ist, das CDMA benutzt.
1 ist vorgesehen um die Übertragung in einem CDMA-System zu illustrieren. Dabei wird die Zeitperiode um der mobilen Einheit die Möglichkeit zu bieten, das genaue Timing des Paging-Kanals zu erfassen um die Daten in dem Paging-Kanal genau zu lesen, nachstehend als die "Erfassungszeit" bezeichnet.
Es dürfte einem Fachmann ebenfalls bekannt sein, dass es erwünscht ist, die Dauer der Erfassungszeit zu reduzieren zur Steigerung der Dauer, dass die mobile Einheit in der inaktiven Betriebsart bleiben kann. Dies würde den Energieverbrauch in der mobilen Einheit reduzieren.
Ein Verfahren zum Reduzieren der Erfassungszeit ist die Benutzung eines sehr genauen HF-Oszillators. Derartige HF-Oszillatoren verbrauchen aber selber eine relativ große Menge an Energie und deswegen werden die HF-Oszillatoren selber ein wichtiger Faktor in der Reduktion des Energieverbrauchs in tragbaren, batteriegespeisten mobilen Einheiten. Deswegen ist eine wirtschaftliche und auf einfache Art und Weise zu implementierende Code Division Multiplexing kompatible Synchronisationstechnik erwünscht, welche die Erfassungszeit und den Energieverbrauch reduzieren kann und dennoch zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation eine genau Synchronisation beibehält, erwünscht.
Die vorliegende Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert. Die Nebenansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen.
Im Allgemeinen wird eine Frequenzkalibrierschaltung zur Verwendung in einem Wechselspektrum-Empfänger vorgesehen. Der Wechselspektrum-Empfänger kann beispielsweise ein zellulares Telefon oder jede andere beliebige drahtlose Applikation sein, die Wechselspektrum-Kommunikationstechnologie (CDMA) benutzt.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst der Empfänger eine Schaltungsanordnung zum Empfangen eines Wechselspektrumsignals von einer Basisstation und zum Wiederherstellen eines Netzwerk-Taktsignals daraus einen Ortsoszillator, vorzugsweise einen NF-Oszillator, zum Erzeugen eines Oszillatortaktsignals und einen Frequenzvergleicher, der das Netzwerk-Taktsignal und das Oszillator-Taktsignal als Eingangssignale nimmt und auf Basis der Differenz zwischen den Taktsignalen einen Kalibrierfaktor erzeugt.
Ein mit dem NF-Oszillator und dem Frequenzvergleicher gekoppelter Controller benutzt den Kalibrierfaktor zusammen mit dem Taktsignal des NF-Oszillators zum Ausliefern eines Wecksignals, wodurch der Controller imstande ist, das Timing des Paging-Kanals genau neu zu erfassen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Empfänger zu schaffen, der einen NF-Ortsoszillator benutzt und dadurch einen reduzierten Energieverbrauch hat.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Empfänger zu schaffen, der eine reduzierte Erfassungszeit erfordert.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Empfänger zu schaffen, der Bauteile, die weniger als genaue Toleranzen haben, genau kompensiert, wodurch ein im Großen und Ganzen weniger teurer Empfänger erhalten wird. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung dürften teilweise aus der Beschreibung hervorgehen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auf entsprechende Weise die Merkmale von Konstruktion, Kombination von Elementen und Anordnung von Teilen, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung erläutert werden und der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird in den Patentansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Timing-Diagramm eines Wechselspektrum-Empfängers,
2 ein Blockschaltbild eines Wechselspektrum-Kommunikationssystems, das imstande ist, Wechselspektrum-Übertragungen zu senden und zu empfangen und das in der Praxis der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, und
3 ein Blockschaltbild einer Kalibrierschaltung, konstruiert entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird 2 beschrieben, wobei eine erste Basisstation BS1 und eine zweite Basisstation BS2 dargestellt sind. Die Basisstationen BS1 und BS2 können mit Hilfe von Landleitungen LL1 und LL2 mit einem Funknetzwerkcontroller RNC verbunden sein. Die Basisstationen BS1 und BS2 können mit einer Anzahl mobiler Einheiten MS1, MS2, MS3 über die Kanäle C1, C2, C3 kommunizieren. Der Funknetzwerkcontroller RNC kann auch einige Schichten hierarchischer Struktur (nicht dargestellt) enthalten, wie ein mobiles Schaltzenter und einen Basisstationscontroller.
Der Kürze wegen wird auf die Beschreibung der allgemeinen Konstruktion einer CDMA Mobileinheit verzichtet, da diese dem Fachmann bekannt sein dürfte.
Wie oben beschrieben, ist die hier vorgeschlagene bevorzugte Annäherung zum Reduzieren des Energieverbrauchs in den mobilen Einheiten, einen NF-Oszillator zum Einhalten der Systemzeit zu verwenden. Unglücklicherweise ist es erkannt, dass derartige preisgünstige NF-Oszillatoren auf dem Markt dazu neigen, unerwünscht ungenau zu sein mit einer zusätzlichen Frequenztrift, sogar über kurze Zeitlängen.
Wenn aber derartige NF-Oszillatoren genau kalibriert werden können, kann die Erfassungszeit oder die Vorbereitungszeit zur Neuerfassung des Paging-Kanals minimiert werden kann, wodurch auch die Zeitdauer, dass die Mobileinheit in der aktiven Betriebsart sein mussreduziert wird (wodurch der gesamte Energieverbrauch in der mobilen Einheit reduziert wird). Außerdem wird, weil die NF-Oszillatoren weniger Energie verbrauchen als die HF-Gegenteile, eine Mobileinheitkonstruktion, die einen NF-Oszillatoir benutzt, auch weniger Energie verbrauchen als eine Mobileinheit, die einen HF-Oszillator benutzt.
Auf entsprechende Weise wird nun 3 beschrieben, welche die Kalibrierschaltung darstellt, zum genauen Kalibrieren des bevorzugten NF-Oszillators, wobei der NF-Oszillator gegenüber der Systemzeit kalibriert ist, die von dem Systemnetzwerk empfangen worden ist.
Wie dargestellt, umfasst die Kalibrierschaltung der mobilen Einheit einen CDMA-Demodulator 10 mit einem Eingang zum Empfangen eines Basisbandsignals und einem Ausgang, der das Chiptaktsignal des Netzwerkes liefert, wobei das Chiptaktsignal aus dem Basisbandsignal wieder hergestellt worden ist. Ein Frequenzvergleicher 20 ist mit dem Ausgang des CDMA-Demodulators 10 gekoppelt. Der Frequenzvergleicher 20 empfängt als Eingangssignale das Chiptaktsignal von dem Demodulator 10 und das Ausgangssignal eines NF-Oszillators 30. Zum Schluss ist ein Controller 40 vorgesehen und ist mit dem Ausgang des Frequenzvergleichers 20 und des NF-Oszillators 30 gekoppelt. Der Ausgang des Controllers 40 ist mit dem Demodulator 10 gekoppelt.
Die Wirkung der Kalibrierschaltung ist wie folgt. Während der aktiven Betriebsart empfängt der Demodulator (Rake receiver) ein Basisbandsignal und nach der Demodulation desselben wird das Chiptaktsignal aus dem Basisbandsignal wiederhergestellt. Das Chiptaktsignal und das Taktsignal des NF-Oszillators (als Eingangssignale zu dem Frequenzvergleicher 20) werden danach in dem Frequenzvergleicher 20 verglichen und es wird ein Kalibrierfaktor berechnet. So werden beispielsweise während eines einzigen Taktzyklus des NF-Taktsignals die Anzahl Zyklen des Netzwerktaktsignals (Chip Clock) berechnet. Der Kalibrierfaktor (der berechnete Fehler des NF-Taktsignals) wird danach als ein Eingangssignal von dem Controller 40 empfangen. Der Controller 40 empfängt ebenfalls das Ausgangssignal des Oszillators 30. Auf diese Weise kann der Controller 40 die Frequenztrift in dem Oszillator 30 dadurch einstellen, dass der Kalibrierfaktor von der Weckzeit subtrahier oder zu derselben addiert wird.
Daraufhin schaltet in der inaktiven Betriebsart der Weckcontroller 40 den CDMA-Demodulator 10 und andere Elemente der mobilen Einheit ab um Energie zu sparen, obschon es erkannt ist, dass während der inaktiven Betriebsart andere Prozeduren/Funktionen durchgeführt werden können, wie u. a. Paging-Kanalüberwachungsprozeduren, Nachrichtenbestätigungsprozeduren, Registrationsprozeduren, inaktive Handoff-Prozeduren.
Es dürfte einleuchten, dass der Controller 40 ein neu kalibriertes NF-Oszillatortaktsignal benutzen kann zur Neuerfassung des Timing des Paging-Kanals und anderer erforderlichen Elemente der mobilen Einheit. Das heißt beispielsweise, der Controller 40 wird eine genaue Zählung der Anzahl Schwingungen eines NF-Oszillators 30 beibehalten und nach einer vorbestimmten Anzahl wird das System auf bekannte Weise wach werden. Wenn aber die Frequenz des Oszillators 30 32 kHz beträgt und während der Kalibrierung wird bestimmt, dass der Oszillator 30 1% aus ist und das System soll eine (1) Sekunde in der inaktiven Betriebsart sein, wird der Controller 32.320 Zyklen zählen (32000 + 320) bevor der Paging-Kanal neu erfasst wird.
Dadurch, dass eine Kalibrierschaltung vorgesehen wird, die einen NF-Oszillator verwendet, wird ein verbesserter Empfänger mit einem geringen Energieverbrauch geschaffen. Auch dadurch, dass die oben beschriebene Erfindung angewandt wird, wird ein verbesserter Empfänger geschaffen, der eine reduzierte Erfassungszeit zum Erfassen eines Paging-Kanals erfordert. Weiterhin wird Anwendung der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Empfänger schaffen, der Elemente, die weniger als genaue Toleranzen haben, kompensiert, was zu einem im Großen und Ganzen weniger teuren Empfänger führt.

Claims

Empfänger zur Verwendung in einem Kommunikationssystem mit einem Sender zum Übertragen eines Wechselspektrumsignals, wobei der genannte Empfänger Empfangsmittel (10) aufweist zum Empfangen des genannten Wechselspektrumsignals und zum Wiedergewinnen eines Netzwerktaktsignals daraus, wobei der Empfänger weiterhin einen Oszillator (30) aufweist zum Erzeugen eines Oszillatortaktsignals, wobei der Empfänger Frequenzvergleichsmittel (20) aufweist, die zum Empfangen des genannten Netzwerktaktsignals und des genannten Oszillatortaktsignals und zum Erzeugen eines Kalibrierungsfaktors auf Basis eines Vergleichs des Netzwerktaktsignals und des genannten Oszillatorsignals mit den genannten Empfangsmitteln (10) und dem genannten Oszillator (30) gekoppelt sind, wobei der Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, dass er weiterhin einen Controller (40) aufweist, der zum Ausliefern eines Wecksignals auf Basis des genannten Kalibrierfaktors mit dem genannten Oszillator (30) und den genannten Frequenzvergleichsmitteln (20) gekoppelt ist.
Empfänger nach Anspruch 1, wobei der genannte Oszillator (30) ein NF-Oszillator ist mit einer Taktfrequenz, die kleiner ist als die Frequenz des genannten Netzwerktaktsignals.
Empfänger nach Anspruch 2, wobei der genannte NF-Oszillator eine Taktfrequenz von etwa 32 kHz hat.
Empfänger nach Anspruch 1, wobei das Wecksignal nach einer vorbestimmten Zeitperiode ausgeliefert wird, wobei diese vorbestimmte Zeitperiode aus dem genannten Oszillatortaktsignal und dem genannten Kalibrierungsfaktor berechnet wird.
Empfänger nach Anspruch 4, wobei das genannte Oszillatortaktsignal mit einer ersten Frequenz schwingt und der genannte Controller Mittel aufweist zum Zählen der Anzahl Schwingungen des genannten Oszillatortaktsignals, wobei die genannte vorbe stimmte Zeitperiode aus der Anzahl Schwingungen des genannten Oszillatortaktsignals plus oder minus eines weiteren Prozentsatzes der genannten ersten Frequenz, wobei der genannte Prozentsatz der genannte Kalibrierungsfaktor ist.