TW432814B - An acquisition and tracking channel for a radio-communications system - Google Patents

Description

A7 432814 B7 五、發明說明（1 ) 本發明與饵線電通訊之領域有關。尤其是，它與無線 電通訊系統中之取得及追蹤時間與頻率有關。這尤其適用 於蜂巢式無線電通訊系統|及利用衛星之蜂巢式無線電通 訊系統，或其它無線之通訊系統。 在這種無線電通訊系統中，在系統中通訊之各種終端 裝置或站台會產生與同步有關之問題，以致於要可以正確 地將所傳輸之訊號加以解調。通常不具準確時鐘產生器裝 置之用戶台爲了要能將自發射台所接收之訊號加以解調， 必須與該發射台取得時間與頻率之同步。用戶台也必須要 能實施時間與頻率之追蹤，經由一呼叫加以維持時間與頻 率之同步，俾能連續正確地將收到之訊號加以解調。 這種問題尤其發生在利用展開頻譜調變之系統中，在 該系統中只可能在取得同步時才可加以解調。這問題也發 生在低地球軌道（L E0)之衛星系統中，其中，該衛星 提供之地理涵蓋範圍隨指定用戶合而變。 在這種能傳輸資訊之無線電通訊系統中所定義之實際 頻道一向等於載波頻率；這種實際頻道再細分成邏輯頻道 ，如以時間分割或以碼分割’俾能在單一實際頻道上提供 多重存取。本質上已知有分時多重存取（TDMA )及分 碼多重存取（CDMA)。 在一無線電通訊系統中與用戶台通訊也需要利用結合 實際頻道之邏輯頻道將系統資訊廣播給站台。舉例說明， 系統資訊可包含基地台（閘通道）之名稱或數量，或以蜂 巢式行動通訊術語稱之爲地理位置。以下使用術語“廣播 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II-----------* I ------訂- If· — —— — · <請先閱讀"*面之注_意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 432314 B7 五、發明說明（2 ) ”表示傳輸這種系統資訊’並使用術語“通訊量•’表示與 用戶交換之訊息內容5與通訊量之資料率比較，系統資訊 之資料率通常十分低，且一向爲每秒幾仟位元。 這種無線電通訊系統中其中一項限制在於在涵蓋區域 內對所有用戶台之聯絡’以傳播之觀點而言，涵蓋區包含 最不便利之處。除此限制外還有在特定於各型系統之頻譜 與電源上之連帶限制。 爲實施這種取得並追蹤同步之功能以及廣播系統資訊 之功能，已提出使用多數實際頻道，例如，一高功率未調 變之前導頻道及廣播資訊用之另一實際頻道。未調變之前 導頻道使用戶台容易鎖定在頻道頻率上而完成時間同步。 頻率同步是以快速速傅立葉（Fourier )轉換（F E T )型 式之傳統方法加以取得的。在Qualcomm CDMA之無線電通 訊系統中尤其是以利用未調變前導之那種方法加以執行的 〇 那種解決方案爲缺點所苦。利用高功率未調變頻道使 得時間同步較簡單，但損耗大量之功率。而且，利用一未 調變之實際頻道佔用多數之邏輯資源，且因此減小了系統 容量。最後’那種解決方案意味著十分複雜之步驟次序： 首先必須在未調變頻道上取得時間同步與頻率同步，然後 ，必須走到某些其它邏輯頻道加以接收系統資訊，且最後 可將通訊量頻道加以解調。 本發明對於在無線電通訊系統中取得並追蹤同步之問 題提出一解決方案°它亦針對將資訊廣播給用戶台之問題 ----------------- (請先閲讀俨面之注•意事項再填寫本頁) i°· _ .線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公;^ ) -5- Λ7 Β7 五、發明說明（3 ) 提出一解決方案。 不像已知之解決方案，本發明提出利用一單一邏輯頻 道’最好不用增加功率，同時達到取得與追蹤時間和頻率 同步，以及廣播系統資訊之目的。 因此可能節省消耗功率，並限制只用於同步之資源量 (實際頻道）；它也可能減化取得及追蹤同步之步驟。 更精確的是，本發明在無線電通訊系統之多數站同間 提供一種同步頻道，提供一種在頻道上重複出現偵測字元 之系統，以及發生在重複偵測字元間之系統資訊。 有利的是’偵測字元之重複在頻道中形成一週期性組 態，組態之週期爲頻道訊框週期之次倍數或倍數。 偵測字元也可以週期性加以重複，其週期爲頻道訊框 週期之次倍數或倍數。 本發明之一優選實施例中，在展開系統資訊後即在頻 道上加傳輸。 有利的是’展開是以使用海德馬（Ha damard )碼之Μ 一 a r y調變加以展開的。 最好在展開前，以錯誤校正碼對系統資訊加以編碼。 本發明也提供一具備這種同步頻道之無線電通訊系統 〇 有利的是，系統具多數實際頻道，各實際頻道至少至 一邏輯頻道；同步頻道爲一邏輯頻道。 最好’以分碼多重存取加以定義邏輯頻道。 在讀取所舉實例並參改隨圖之下列實施例說明中將出 ' J — ----------- ___ <請先閲讀1Τ-面之注*'事項再填寫本頁) 1J · 士° -線' 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -0- ----B7_ 五、發明說明（4 ) 現本發明之其它特徵與好處，其中： 第1圖表示本發明同步頻道之外觀圖； 第2圖爲，這一種頻道之發射裝置圖； 請 先 閱 讀 背， δ 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 第3圖爲這一種頻道之接收裝置圖； 第4圖表示作爲不同頻率差之訊號雜訊比功能之位元 錯誤率圖；以及 第5圖爲作爲不同型式之錯誤校正碼之訊號雜訊比功 能之位元錯誤率圖。 主要元件對照表 6 :多工器 10，12，14:方塊 在以下說明中，本發明是參改具備低地球軌道（ L Ε 0 )衛星以及利用頻譜展開與分碼多重存取（ C D Μ A )之無線電通訊系統加以說明的。自然，本發明 並不只侷限在那種系統。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在這種系統中|在構成一實際頻道之普通載波上，有 多工轉換已以正交碼倍數加以展開之多數訊號。正交碼確 定各用戶台可恢復利用其本身碼之倍數所提出之訊號。 各碼定義一可用於通訊量或廣播系統資訊之邏輯頻道 ;它可定義本身可再細分爲基本時間狹縫之訊框；碼或時 間狹縫之大小，及對應之資料率依各系統之特徵而定且可 改變α 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ,：ο Ο Η1Λ ί , X Α7 ______Β7 五、發明說明（5 ) 本發明提出利用一單一邏輯頻道，最好不會增加功率 ，並爲連同取得與追蹤同步以及連同廣播系統資訊之所有 功能而如此做。在下列說明中，稱對應頻道爲“同步”頻 道。在以上所提爲正交碼所定義之邏輯頻道實例中，有利 地利用其中之一碼加以定義同步頻道，然而與其它型式之 調變般，同步頻道等於一邏輯頻道，即所有或部份載波或 實際頻道。 第1圖表示同步頻道之外觀。由圖中可看到，一同步 字元1以一指定週期性重複出現在同步頻道中。在偵測字 元之重複或發生之間，同步頻道攜載系統資訊2對用戶台 加以廣播。 偵測字元之大小，構造及次幕依討論中系統之特徵而 定1並選擇系統使用戶台可取得同步，並在適當之處加以 追蹤同步。以傳統方式，偵測字元也實際稱爲“唯一”字 元’代表一高度之自我關係以及出現在一傳輸訊息中之低 可能性。這些性質使其較易偵測頻道上之偵測字元。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 同步頻道中偵測字元之重複使用戶台可藉辨認邏輯頻 道中之偵測字元取得時間同步。而且，偵測字元之認定可 使用戶台取得符號同步。 適當選擇偵測字元在訊框中之位置也使用戶台可能取 得訊框同步。因此偵測字元最好以一等於訊框週期之週期 加以重複。在一訊框中，偵測字元之重複可爲週期性地或 別種方式。另言之，爲可取得訊框同步，偵測字元之重複 可有利地在頻道中形成一週期性組態，其中，組態週期爲 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 432814 B7 五、發明說明（6 ) 頻道訊框週期之次倍數或倍數。每一訊框只能重複一次偵 測字元。 在最簡單之情況中，偵測字元在一週期下週期性地加 以重複，該週期爲訊框週期之次倍數或倍數。因此—用戶 台可只藉辨認偵測字元加以取得符號及訊框同步。 利用實例，我們考慮由正交碼所定義之邏輯頻道情況 ，具有1 2 8個符號長度，由2 4個時間狹縫組成一訊框 ，各時間狹縫具4 2 4符號之單位長度。在這種情況下， 可使用長度爲8 0符號之偵測字元，該符號爲每兩個時間 狹縫即重複一次。 在已取得時間同步及符號與訊框同步後，以傳統技術 ’例如，以開發相位方法可估算第一頻率。 本發明提出之廣播系統資訊發生在偵測字元之間。因 此可在單一邏輯頻堉上傳輸用戶台同步所需之所有元件。 因此本發明可避免用罄系統資源，且其降低取得與同步功 能對於系統傳輸容量之影響。本發明之解決方案也可改變 系統資δΗ f貝以廣播之有效資料率而不需修改任何頻譜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有利的是，系統資訊展開後即在邏輯頻道上傳輸，且 邏輯頻道之各符號輸送的非系統資訊之整個符號，而是一 部份符號’稱爲“符號碎片”，這是系統資訊符號在展開 之結果。雖然根據每秒系統資訊符號之廣播數量，或真正 之資訊資料率，廣播資料率則下降；但是當只使用一邏輯 頻道時保持可能作系統資訊之展開，尤其是由於系統資訊 需要低資料率之故。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） __B7 五、發明說明（7 ) 系統資訊之真正資料率事實上低於載波之表面資料率 且亦由於所使用之調變，可對抗較大量之衰減’並經得起 較佳之頻率差。 對於邏輯頻道中一指定位準之訊號雜訊比而言’本實 施例可能增加系統資訊之訊號雜訊比。這確使甚至那些以 傳播觀點看來最不利之用戶台可正確接收系統資訊；結果 ，本發明提供一高度之強健性。系統資訊符號之展開可以 傳統展開技術加以實施，例如，如塞門（Simon )等人在 1 9 8 8年由電腦科學報所出版之“展開頻譜通訊”中所 說明的。參考第2圖之下列說明表示執行海德馬碼作爲Μ - a r y調變之特例。由於解調之不連貫性，在偵測字元 間之同步頻道上加以廣播前使用海德馬碼展開系統資訊是 特別有利的，這增加經得起相位與頻率變化之能力。 可提供系統資訊使甩^錯誤校正碼在發生偵測字元之間 加以傳輸。這種碼可簡單加以執行a 第2圖爲本發明同步頻道之發射裝置圖。圖中所示實 例利用海德馬Μ - a r v調變展開系統薈訊符號，並使用 四個相位移鍵入（Q p s k )爲一組加以調變載波。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如4中所示，最初將圖中參閱數爲3 ，要加以傳輸之 系統資訊符號組成IL·組。在5中，然後將各卫_組符號以載 波之資料率與一海德馬1短陣線，即2 n符號或海德馬符號 加以結合。對應之Μ - a r y調變展開要傳輸之系統資訊 0 展開後所得到之海德馬1符號被傳輸至一多工器6 = -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 'i 五、發明說明（8 ) 見圖中之參閱數7 ，多工器也接收偵測字元符號。多工器 6將海德馬符號及偵測字元符號作多工轉換而得到第1圖 中所示之這種符號構造。 然後將處於載波表面資料率並與偵測字元符號一起作 多工轉換之系統資訊符號在邏輯頻道上加以調變。作爲邏 輯頻道本質1以及實際頻道本質之一項功能，可以改變特 定之處理。當使用分碼多重存取時，對在載波上調變之符 號加以取樣，然後在應用到實際頻道前乘以對應於頻道之 次序或碼》 對於載波資料率D而言，以D . η / 2 n之薈料率在邏 輯頻道上傳輸系統資訊。那是爲即時之資料率，且不考慮 載波中爲偵測字元所佔用之空間。 將會觀察到頻道中偵測字元之次幕可不同於所傳輸系 統資訊之次幕。如所說明.之實施例中，這尤其適用於在第 Λ.'ι 一階段展開後傳輸系統資訊之狀況：在這種情況下，第一 階段之展開增加系統資訊之訊號雜訊比。這意爲可以一較 低位準加以傳輸而在最不利之接收條件下，用戶台仍可接 收。 第3圖爲本發明同步頻道之接收裝置圖，這可與第2 圖之發射裝置一起操作。在邏輯頻道上所收到之符號，如 適當的話’當利兩.C D Μ Α邏輯頻道，在符號碎片上取得 同步後即被施加至方塊1 〇加以取得時間同步與符號同步 ;在方塊1 0中，接收裝置找尋偵測字元，且適當的話’ 進行訊框之同步。如上所說明，它可能在這瞬間進行頻率 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝；-------訂---------線 (琦先閲讀f-面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（9 ) 之第一次估算。 然後在1 1中將符號作解多工轉換俾能自偵測字元中 加以分離所傳輸之系統資訊。在方塊1 2中，然後將以頻 道之表面資料率在偵測字元間所收到之系統資訊一起組成 2 n符號組。 然後，在1 3中將快速之海德馬轉換應用到2 11符號組 。然後在1 4中決定所傳輸之海德馬矩陣線，俾能獲得旦_ 個所傳輸之資訊符號：這一向之實施是利用有關於海德馬 矩陣源最大可能性之準則= 指定載波上所傳輸之海德馬線及2 n個海德馬符號依預 定之經驗可加以估算頻率差及相位差。 在1 5中決定資訊符號。 除了對用戶台之系統資訊廣播外，本發明可估算頻率 差及相位差。這種估算首#先可追蹤實際頻道使用戶台可連 續被鎖定在實際頻道之發射頻率上。第二，這種在估算可 校正在相同實際頻道之其它邏輯頻道上所收到訊號之頻率 與相位；結果，本發明可將在一實際頻道上所估算之頻率 差及相位差功能組合起來在一單一頻道上。 追蹤偵測字元也可保持用戶台之時間之符號同步。 第4圖表示代表不同頻率差訊號雜訊比功能之位元錯 誤率（BER)圖，訊號雜訊比E s/No以dB爲單位 沿著橫座標畫出，而系統資訊之位元錯誤率則畫在座標上 方。該圖之情況爲系統資訊以使用2 n = 1 2 8時之海德馬 碼之Μ - a r y調變加以展開。以菱形所繪之曲線表示無 請 先 閱 讀 背-面 之 注 事 項 再 填 ， 冬 . 頁 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中画國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公釐） -12- 432314 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10) 任何頻率差之模擬結果；以方形所繪之曲線表示頻率差在 — 400Hz至+40〇Hz範圍’且在這兩値之間具相 等槪率分佈之模擬結果；以三角彤所繪之曲線表示頻率差 爲4 Ο Ο Η z之模擬結果。該圖表示位於範圍~ 4 0 0 Η ζ至+ 4 Ο 〇Η ζ之頻率錯誤只將位元錯誤率降低至— 小程度。對E s/N 〇爲一 6 . 8 d Β而Η ’只耗損 0 . 5 d Β » 該圖未表示使用錯誤校正碼之結果。典型上’以海德 馬碼展開前，這種碼可使用在資訊符號上’在這情況下， 在第3圖中之方塊14後實施校正。 在這種情況下，有利地不從海德馬線決定相位及頻率 差，而是従應用錯誤校正碼所校正之系統資訊符號加以決 定。所校正之系統資訊符號負責恢復所傳輸之海德馬線， 並將傳輸線（或多數線）@與在載波上所實際收到之符號加 以比較。 第5圖爲系統資訊之位元錯誤率圖或如展開後所得到 之符號錯誤率（S E R )圖，其代表不同型式錯誤校正碼 之訊號雜訊比功能。符號表示與第4圖中相同。該圖也等 於利用2 n = 1 2 8之海德馬碼，以Μ — a r y編碼加以展 開之系統資訊之情況。以黑菱形所繪之曲線表示符號錯誤 率|而以黑三角形所繪之曲線表示無錯誤修正碼之位元錯 誤率°當使用瑞德所羅門（Reed Solomon ) ( 7 0 ，8 4 )型之錯誤修正碼時，以方形所繪之兩曲線表示符號錯誤 举及位元錯誤率。當使用瑞德所羅門（5 6 ，8 4 )型之 --------------装— (請先閱讀f-面之注'意事項再填寫本頁) .線· 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210=< 297公釐） -13- 4 2314 A7 B7 五、發明說明（η ) 錯誤校正碼時，以三角形所繪之兩曲線表示符號錯誤率及 位元錯誤率。該圖表示利用錯誤校正碼大大改善發射系統 之效能。 婧 先 閲 讀 背_ 面 之 注 意. 事 項 再 填 1 I絮 頁 根據錯誤槪率，對於使用1 2 8符號之系統資訊位元 調變，頻率錯誤大於2 1 Η z之槪率約爲1 〇_6。以一校 正兩個錯誤之縮短碼之瑞德所羅門（8 ，1 2 )型錯誤校 正碼獲得約10_3之槪率。 自然地，本發明並未侷限於所說明及表示之實施例， 而可由熟於此技術者以多種方式加以改變。 訂 因此，在上述發明之實施例中，以利用海德馬碼取得 展開之系統資訊符號：要執行本發明時這並非必要的，且 亦可使用其它型式之展開碼》 本發明也已說明由正交c DM Α型碼所定義之邏輯頻 道之情況；它完全相同地適用於利用分時多重存取（ TDMA)或分類多重存取（FDMA)之其它型多重存 取，或適用於以其它方式所定義之真的邏輯頻道。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在所說明之實施例中，使用整個同步頻道加以取得並 追蹤同步，以及廣播資訊；只利用一部份之同步頻道可達 到這些功能。在這種情況下，可使用剩用之同步頻道作爲 通訊量用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） - 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Claims (1)

1. 4 '·丄 3 2 3 4 880Λ-8 ABaD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 —種電訊系統，包含一發射台以及至少一用戶台 ，經由無線電訊號加以通訊’該系統包含廣播裝置’在與 實際頻道結合之至少一邏輯頻道上週期性地加以廣播系統 資訊，並在系統資訊之該週期性廣播與相同邏輯頻道之間 加以廣播偵測字元，使一闬戶台可取得結合該邏輯頻道之 一實際頻道；系統之特徵爲，在廣播系統資訊前，以利用 海德馬碼之Μ - a r y調變將該系統資δΚ加以展開’使用 戶台可對結合該邏輯頻道之實際頻道實施更好之相位及頻 率追蹤。 2 .如申請專利範圍第1項之電訊系統，其特徵爲該 偵測字元在邏輯頻道中形成一週期性組態，該組態之週期 爲頻道訊框週期之倍數。 3 .如申請專利範圍第1項之電訊系統，其特徵爲該 偵測字元以週期性重複，重複週期爲頻道一訊框週期之次 倍數。 4 .如申請專利範圍第I項之電訊系統，其特徵爲該 偵測字元以週期性重複，重複週期爲頻道一訊框週期之倍 數。 5 .如申請專利範圍第1項之電訊系統，其特徵爲在 展開系統資訊前以一錯誤校正碼將該系統資訊加以編碼。 6 如申請專利範圍第1項之電訊系統，其特徵爲它 包含多數實際頻道，各實際頻道包含至少一邏輯頻道，且 其中至少使用一邏輯頻道作爲一同步頻道。 7 .如申請專利範圍第6項之電訊系統，其特徵爲該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- I I I ----! i - nlln — -----I-- .* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -ο 2 六、申請專利範圍 邏輯頻道是以分碼多重存取加以定義的3 8 .—種用戶台’以用於如申請專利範圍第i至7項 中任一項之電訊系統，該茁戶台包含至少一接收裝置部份 ’該接收裝置部份包含取得及追縱含至少一邏輯頻道之實 際頻道相位與頻率之裝置，該用戶台特徵爲，它進—步包 含使用海德馬碼方法之M — a r y解調，且其中，爲了獲 得該廣播系統資訊並協助追蹤實際頻道之相位及頻率而實 施Μ — a r y解調。 9 - 一種噴射台’以甩於如申請專利範圍第1至7項 中任一項之電訊系統，該發射裝置包含以週期性在一邏輯 頻道上傳輸偵測字元之裝置’在該至少一邏輯頻道上傳輸 "系統”資訊之裝置，該發射裝置之特徵爲，它進一步包 含該系統資訊利用海德馬碼之M ~ a r y調變裝置。 ----- -------* 裳--------訂---------線 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> -16-