Способ и система радиосвязи для синхронизации абонентских станций

 

Изобретение относится к способу и системе радиосвязи для синхронизации абонентских станций, в частности, к особенности синхронизации в системе мобильной радиосвязи с широкополосными каналами и разделением абонентских каналов за счет дуплексного режима с временным разделением и режима множественного доступа с кодовым разделением. Технический результат - обеспечение безошибочной синхронизации абонентских станций при частично синхронизированных базовых станциях. Для этого множеству базовых станций назначают временной интервал для передачи по меньшей мере одной последовательности синхронизации, причем соседние базовые станции используют различные сдвиги по времени относительно начала временного интервала для передачи последовательности синхронизации, что позволяет при синхронизированной работе базовых станций исключить наложение. Чтобы несмотря на это абонентская станция могла определить начало временного интервала, назначается сдвиг по времени. Сдвиг по времени корреспондируется с выбором одной или нескольких последовательностей синхронизации и/или очередностью нескольких последовательностей синхронизации. Информация о сдвиге по времени сообщается таким путем в кодированном виде. Абонентская станция принимает последовательность синхронизации и на основе момента времени приема последовательности синхронизации и обозначающей сдвиг по времени распознанной последовательности синхронизации и/или распознанной очередности нескольких последовательностей синхронизации осуществляет временную синхронизацию. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу и системе радиосвязи для синхронизации абонентских станций, в особенности синхронизации в системе мобильной радиосвязи с широкополосными каналами и разделением абонентских каналов за счет дуплексного режима с временным разделением (ДВР) и режима множественного доступа с кодовым разделением (МДКР).

В системах радиосвязи информация (например, речевые сигналы, информация изображений и другие данные) передаются с помощью электромагнитных волн через интерфейс радиосвязи. Под понятием "интерфейс радиосвязи" понимается соединение между базовой станцией и абонентскими станциями, причем абонентские станции могут представлять собой мобильные станции или стационарные радиостанции. Излучение электромагнитных волн производится с помощью несущих частот, находящихся в диапазоне частот, предусмотренном для соответствующей системы. Для перспективных систем радиосвязи, например UMTS (Универсальная мобильная система связи) или других систем третьего поколения предусмотрены частоты в диапазоне 2000 МГц.

Для третьего поколения систем мобильной радиосвязи предусмотрены два режима, причем один режим определяется как дуплексный режим с частотным разделением (ДЧР), описанный в документе ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98, от 25.8.1998, а другой режим определяется как дуплексный режим с временным разделением (ДВР), описанный, например, в DE 19827700. Различные модификации режимов находят применение в различных частотных полосах, и оба они предусматривают использование выделенных временных интервалов.

В вышеуказанном документе ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98, от 25.8.1998, в разделах 2.3.3.2.3 и 6.3 описан способ синхронизации для режима ДЧР, который использует частоты синхронизации, которые передаются в каждом выделенном временном интервале. Тем самым возможна синхронизация абонентских станций к началу временного интервала. Посредством очередности передач второй последовательности синхронизации сигнализируют, какая группа кодов расширения спектра используется базовой станцией. Кроме того, отсюда можно определить начало кадра.

Этот способ синхронизации приводит, однако, в случае синхронного режима работы базовых станций, к сценарию согласно фиг.1. Частоты синхронизации от базовых станций двух ячеек радиосвязи Zl, Z3 перекрываются в принимающей абонентской станции, так как излучения последовательностей синхронизации всех базовых станций (см. фиг.10 вышеупомянутого документа ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98, от 25.8.1998) соотнесены с началом кадра. Такое перекрытие затрудняет надлежащую синхронизацию.

Поэтому задачей изобретения является создание способа и системы радиосвязи, с помощью которых безошибочная синхронизация абонентских станций возможна по меньшей мере и при частично синхронизированных базовых станциях. Эта задача решается способом, характеризуемым признаками пункта 1 формулы изобретения, и системой радиосвязи, характеризуемой признаками пункта 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с изобретением множеству базовых станций для передачи выделен один временной интервал и по меньшей мере одна последовательность синхронизации, либо вышестоящим пунктом управления, либо согласно собственному выбору. Соседние базовые станции используют различные сдвиги по времени относительно начала временного интервала для передачи последовательности синхронизации. Тем самым можно и при синхронизированном режиме работы базовых станций исключить наложение.

Для того чтобы абонентские станции, несмотря на это, смогли определить начало временного интервала, им сообщается о сдвиге по времени. Сдвиг по времени соотнесен с выбором одной или нескольких последовательностей синхронизации и/или очередности нескольких последовательностей синхронизации. Информация о сдвиге по времени сообщается им таким путем в кодированном виде. Абонентская станция принимает последовательность синхронизации и осуществляет временную синхронизацию на основе момента времени приема последовательности синхронизации и указывающей на сдвиг по времени распознанной последовательности синхронизации и/или распознанной очередности нескольких последовательностей синхронизации.

Для сигнализации сдвига по времени могут служить, например, множество вариантов одной-единственной последовательности синхронизации и/или порядок передачи различных последовательностей синхронизации. Предпочтительным образом, как в вышеописанном режиме ДЧР, в одном выделенном временном интервале передаются две последовательности синхронизации. Первая последовательность синхронизации служит для определения момента времени приема и грубой синхронизации. Очередность вторых последовательностей синхронизации по множеству передач кодирует сдвиг по времени.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, задается временной интервал между двумя последовательностями синхронизации в выделенном временном интервале. Тем самым имеется возможность для обнаружения обеих последовательностей синхронизации использовать один-единственный переключаемый фильтр. Вторая последовательность синхронизации может также передаваться перед первой, тем самым временной интервал является отрицательным. Если используются два фильтра, то обе последовательности могут передаваться и одновременно.

Также является предпочтительной передача другой информации за счет выбора последовательностей синхронизации и/или их очередности. Тем самым обеспечивается ускорение готовности к работе абонентских станций. Указанная другая информация относится к кадровой синхронизации, применяемым базовой станцией мидамбулам (средним частям структуры сообщения), кодам расширения спектра или данным конфигурации для организации канала. Более высокий выигрыш за счет кодирования достигается, если кодирование другой информации за счет выбора и/или очередности последовательностей синхронизации распространяется на несколько временных интервалов. Если, например, используются 17 вариантов второй последовательности синхронизации и оценивается очередность восьми посылок второй последовательности синхронизации, то в распоряжение предоставляются 17⁸ возможных вариантов. Лишь малая часть из них должна использоваться.

Предпочтительно последовательности синхронизации являются немодулированными ортогональными кодами Голда. Вследствие этого способ синхронизации режима ДЧР едва ли должен изменяться. Способ синхронизации особенно подходит для систем радиосвязи, в которых временные интервалы представляют собой составную часть схемы передачи режима ДВР с широкополосными каналами. При этом для синхронизации могут использоваться несколько временных интервалов на кадр. Поэтому для многорежимных абонентских станций компоненты схемы обнаружения могут использоваться для обоих режимов.

Чтобы использовать для целей широковещательных передач по возможности меньше ресурсов системы, последовательности синхронизации передаются во временных интервалах, в которых дополнительно передается информация служебного канала. Тем самым необходимо лишь незначительное число временных интервалов для нисходящей линии связи (от базовой станции к абонентской станции) поддерживать в постоянной готовности. Степень свободы асимметрии обоих направлений передачи практически не ограничивается. Чтобы поддерживать достаточно низкий уровень взаимных помех, вызываемых последовательностями синхронизации, воздействующими на остальные каналы, они передаются с мощностью, меньшей по сравнению с другими передачами базовой станции. За счет выигрыша, обеспечиваемого кодированием, этот недостаток легко компенсируется.

Примеры осуществления изобретения ниже описаны более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее: фиг.1 - пример наложения последовательностей синхронизации в приемнике; фиг. 2 - схематичное представление интерфейса радиосвязи между базовой станцией и мобильными станциями; фиг. 3 - схема использования сдвигов по времени при передаче последовательностей синхронизации; фиг. 4 - схематичное представление служебных каналов, выполненных различным образом; фиг. 5 - блок-схема последовательности операций при осуществлении синхронизации.

Структура кадра радиопередачи представлена на фиг.2. В соответствии с компонентом режима множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР) предусмотрено подразделение широкополосного частотного диапазона, например с шириной полосы В= 5 МГц, на несколько временных интервалов ts постоянной длительности, например на 16 временных интервалов длительностью от ts0 до tsl5. Полоса частот занимает диапазон частот В. Часть временных интервалов используется в прямой линии связи ПЛ, и часть временных интервалов используется в обратной линии связи ОЛ. Для примера показано соотношение асимметрии 3:1 в пользу прямой линии связи ПЛ. При таком способе передачи в режиме ДВР полоса частот для обратной линии связи ОЛ соответствует полосе частот для прямой линии связи ПЛ. То же самое повторяется для других несущих частот. За счет переменного назначения временных интервалов ts для обратной и прямой линий связи могут быть реализованы различные асимметричные распределения ресурсов.

В пределах временных интервалов передается информация нескольких соединений в блоках сигналов радиосвязи. Данные d индивидуально для каждого соединения расширяются по спектру с использованием тонкой структуры в виде кода с расширения спектра, так что на стороне приема, например n соединений могут быть селектированы с помощью этих компонентов режима МДКР. Расширение спектра для отдельных символов данных d обеспечивает то, что в течение длительности T_sym символа передаются Q элементов кода длительностью T_chip. При этом Q элементов кода образуют код с расширения спектра, индивидуальный для соединения.

Внутри широкополосного частотного диапазона В следующие друг за другом временные интервалы ts расчленяются в соответствии со структурой кадров. Так, 16 временных интервалов объединяются в кадр fr.

В качестве примера могут быть выбраны следующие параметры интерфейса радиосвязи: Частота следования элементов кода: 4,096 Мега-элементов в секунду.

Длительность кадра: 10 мc.

Число временных интервалов: 16.

Длительность одного временного интервала: 625 мкс.

Коэффициент расширения: 16.

Тип модуляции: КФМ (квадратурная фазовая манипуляция).

Ширина полосы: 5 МГц.

Значение повторения частоты: 1.

Эти параметры обеспечивают наилучшую гармонизацию с режимом ДЧР для третьего поколения систем мобильной радиосвязи.

В прямой линии связи, согласно фиг.3, используются, например, временные интервалы ts0, ts8 для синхронизации. Так, во временном интервале ts8 передаются соответственно две последовательности синхронизации ср, cs, разделенные временным промежутком tgap. Разделение обеих последовательностей синхронизации ср, cs имеет преимущество снижения взаимных помех, так как помеховая мощность обеих последовательностей оказывается лучше распределенной во времени. Первая последовательность ср синхронизации в каждом временном интервале ts0, ts8 является первой. Вторая последовательность синхронизации cs может каждый раз выбираться по-новому от одного временного интервала ts0 к другому временному интервалу ts8.

Выбор и очередность вторых последовательностей синхронизации cs корреспондируется со сдвигом по времени toff, на который передача первой последовательности синхронизации ср задержана относительно начала временного интервала ts8. Путем приема и оценки последовательностей синхронизации cs принимающая абонентская станция АС может определить сдвиг по времени toff и учесть его при синхронизации.

Соседние базовые станции БС синхронизированы по кадру. В соответствии с изобретением соседним базовым станциям БС будет назначаться различный сдвиг по времени toff для передачи последовательностей синхронизации. Например, применяются 32 различных сдвига по времени, так что можно сформировать группы ячеек и при изменении сдвига по времени toff для одной базовой станции БС нет необходимости изменять всю группу базовых станций.

За счет выбора и очередности вторых последовательностей cs синхронизации, например, для четырех кадров fr и двух временных интервалов ts0, ts8 на кадр fr, при применении 17 различных немодулированных ортогональных кодов Голда длиной 256 элементов кода, возникают 17⁸ различных возможных вариантов для передачи дополнительно к сдвигу по времени toff другой информации. За счет такого большого количества возможных вариантов может быть получен высокий выигрыш от применения кодирования, так что последовательности ср, cs синхронизации могут передаваться с меньшей мощностью.

Другая передаваемая информация касается кадровой синхронизации, применяемых базовой станцией мидамбул, кодов расширения спектра (причем мидамбулы и коды расширения спектра задаются независимо друг от друга) и данных конфигурации служебного канала ВССН (широковещательного канала управления - ШКУ). При применении для синхронизации двух временных интервалов ts на кадр fr определение начала кадра, согласно распознаванию данных синхронизации во временном интервале ts, осуществляется с коэффициентом неопределенности 2. Следовательно, кадровая синхронизация может быть легко введена за счет определенной очередности вторых последовательностей cs синхронизации. Кроме того, последующее детектирование информации служебного канала ШКУ ускоряется, если мидамбулы, коды расширения спектра и данные конфигурации передаются уже на этапе синхронизации.

В частности, появляется возможность ввести масштабируемый служебный канал ШКУ, о котором уведомляют независимо от использования сдвига по времени toff за счет очередности последовательностей cs синхронизации. Согласно фиг. 4, служебная информация может передаваться, например, в одном, двух или четырех каналах. Тем самым можно скорость передачи данных служебного канала ШКУ согласовать с конкретными для ячейки связи потребностями в соответствии с предлагаемыми в ней услугами связи. Тем самым возможны будущие модификации служебного канала ШКУ. Таким образом, не требуется определять параметры (число каналов, временные интервалы, коды расширения спектра) служебного канала ШКУ заранее на уровне системы. Они могут быть сообщены в ходе процедуры синхронизации.

Помимо вариантов согласно фиг. 4, также возможно указать на дополнительные каналы со служебной информацией посредством другой информации из данных синхронизации. Так, служебная информация может время от времени передаваться также в дополнительных каналах. Служебный канал ШКУ передается параллельно с другими соединениями для передачи полезных данных, однако в необходимом случае с более значительным кодированием для исправления ошибок.

Передачи служебного канала ШКУ и последовательностей ср, cs синхронизации находятся предпочтительно в одном и том же временном интервале ts, посредством чего только два временных интервала ts0, ts8 постоянно должны быть зарезервированы для направления прямой линии связи DL. Возможности регулирования асимметрии в данном случае несколько ограничены.

Если соотношения асимметрии в системе таковы, что для прямой линии связи ПЛ применяется более двух временных интервалов ts0, ts8, то служебная информация также может передаваться в остальных временных интервалах, назначенных для прямой линии связи ПЛ. В этом случае также возможно передавать служебную информацию исключительно во временных интервалах ts, в которых последовательности ср, cs синхронизации не передаются. Гибкость служебного канала ШКУ предоставляет дополнительные преимущества, так как распределение по множеству временных интервалов обуславливает более высокую устойчивость передачи по отношению к помехам.

Использование мультикодовой передачи в служебном канале ШКУ (т.е. множества кодов с расширения спектра на временной интервал ts) в пределах одного временного интервала ts обеспечивает возможность адаптивного повышения скорости передачи данных служебного канала ШКУ. Подобное достижимо также за счет сокращения коэффициента расширения спектра, что также достигается путем выбора и очередности последовательностей cs синхронизации. Выбор временных интервалов ts для передачи служебной информации может координироваться от вышестоящего пункта управления, например от администратора ресурсов радиосвязи (АРР), для множества базовых станций БС.

В качестве первого этапа 1 перед синхронизацией в устройстве управления, например в администраторе ресурсов радиосвязи АРР, производится назначение временных интервалов ts0, ts8 для синхронизации и различных сдвигов по времени toff относительно начала временных интервалов ts0, ts8 для передачи последовательностей ср, cs синхронизации. На втором этапе 2 множество базовых станций БС передают последовательности ср, cs синхронизации в предварительно заданном порядке, который для каждой базовой станции индивидуален и корреспондируется со сдвигом по времени toff.

Абонентская станция АС на третьем этапе 3 принимает последовательности ср, cs синхронизации и осуществляет грубую синхронизацию с помощью первой последовательности ср синхронизации. За счет применения вторых последовательностей cs синхронизации на четвертом этапе 4 возможна синхронизация временных интервалов в начале временного интервала ts, после чего путем оценки другой информации на пятом этапе 5 проводится также синхронизация кадров и подготовка к приему служебного капала ШКУ. Этапы с 3 по 5 проводятся с помощью имеющихся в абонентской станции средств синхронизации СИНХР, которые, например, представляют собой процессор обработки сигналов и корреляторы, образованные фильтрами, согласованными с сигналом.

Формула изобретения

1. Способ синхронизации абонентских станций (АС) в системе радиосвязи, при котором множеству базовых станций (БС) назначают временной интервал (ts) для передачи по меньшей мере одной последовательности синхронизации (ср, cs), соседние базовые станции синхронизированы и используют различные сдвиги по времени относительно начала временного интервала (ts) для передачи последовательности синхронизации (ср, сs), сдвиг по времени корреспондируется с выбором одной или нескольких последовательностей синхронизации (ср, сs) и/или очередностью нескольких последовательностей синхронизации (ср, cs), абонентская станция (АС) принимает последовательность синхронизации (ср, сs), абонентская станция на основе момента времени приема последовательности синхронизации (ср, cs) и обозначающей сдвиг по времени распознанной последовательности синхронизации (ср, cs) и/или распознанной очередности нескольких последовательностей синхронизации (ср, cs) осуществляет временную синхронизацию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что две последовательности синхронизации (ср, cs) передают в одном временном интервале (ts).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно задают временной промежуток между двумя последовательностями синхронизации (ср, сs) в одном временном интервале (ts).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что базовые станции передают другую информацию посредством выбора последовательностей синхронизации (ср, cs) и/или их очередности.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что упомянутая другая информация относится к синхронизации кадров и/или к применяемым базовой станцией мидамбулам и/или кодам расширения спектра (с).

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что упомянутая другая информация относится к конфигурации служебного канала (ШКУ).

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что данные, относящиеся к конфигурации, включают переменное число временных интервалов и/или кодов расширения спектра.

8. Способ по любому из пп. 4-7, отличающийся тем, что кодирование упомянутой другой информации за счет выбора и/или очередности последовательностей синхронизации (ср, сs) занимает несколько временных интервалов (ts).

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что последовательности синхронизации (ср, сs) представляют собой немодулированные ортогональные коды Голда.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что временные интервалы (ts) представляют собой компонент схемы передачи, соответствующей дуплексному режиму с временным разделением каналов (ДВР) с широкополосными каналами, причем несколько временных интервалов (ts) в кадре (fr) используют для синхронизации.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что последовательности синхронизации (ср, сs) передают во временных интервалах (ts), в которых передается дополнительная информация служебного канала.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что последовательности синхронизации (ср, сs) передают с мощностью меньшей, по сравнению с другими передачами базовой станции.

13. Система радиосвязи, содержащая множество базовых станций для передачи по меньшей мере одной последовательности синхронизации (ср, сs), устройство управления (АРP) для назначения соседним базовым станциям, которые являются синхронизированными, временного интервала (ts) и различающегося сдвига по времени относительно начала временного интервала (ts) для передачи последовательности синхронизации (ср, сs), причем сдвиг по времени корреспондируется с выбором одной или нескольких последовательностей синхронизации (ср, сs) и/или очередностью нескольких последовательностей синхронизации (ср, сs), абонентскую станцию для приема и оценки последовательности синхронизации (ср, сs), имеющиеся в абонентской станции средства синхронизации (СИНХР), которые на основе момента времени приема последовательности синхронизации (ср, сs) и обозначающей сдвиг по времени распознанной последовательности синхронизации (ср, сs) и/или распознанной очередности нескольких последовательностей синхронизации (ср, сs) осуществляют временную синхронизацию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5