Способ, мобильная станция и базовая станция для частотной синхронизации для мобильной станции в системе радиосвязи

 

Изобретение относится к способу для частотной синхронизации для мобильной станции системы радиосвязи, в частности системы радиосвязи TDMA/CDMA (множественный доступ с частотным/кодовым разделением каналов), а также к соответственно выполненной мобильной станции и базовой станции. Технический результат заключается в том, что в системе радиосвязи TDMA осуществляют частотную синхронизацию с малым потреблением радиотехнических ресурсов. Для этого система радиосвязи TDMA/CDMA предоставляет в распоряжение образование канальными интервалами и широкополосными частотными диапазонами частотные каналы, в которых одновременно можно передавать информации множества соединений, причем информации различных соединений являются различаемыми согласно тонкой структуре, индивидуальной по соединениям. Согласно изобретению для мобильных станций в направлении сверху вниз предоставляют в распоряжение с повторением частотные каналы для частотной синхронизации, в которых передают последовательность символов. Подлежащая синхронизации мобильная станция определяет из принимаемых сигналов оценочные значения для последовательности символов и сравнивает эти оценочные значения с опорной последовательностью. Таким образом можно вычислять фазовый дрейф оценочных значений относительно опорной последовательности. Из фазового дрейфа определяют частотный сдвиг, который затем используют для частотной синхронизации. 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу для частотной синхронизации для мобильной станции системы радиосвязи, в частности системы радиосвязи TDMA/CDMA (TDMA/CDMA= множественный доступ с частотным/кодовым разделением каналов), а также к соответственно выполненной мобильной станции и базовой станции.

Построение цифровых систем радиосвязи показано в J. Oudelaar, "Evolution towards UMTS", PIMRC 94, 5th IEEE International Symp. on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Гаага, Нидерланды, 18-22 сентября 1994, стр. 852-856 и в M. Lenti, H. Hageman, "Paging in UMTS", RACE Mobile Telecommunications Workshop, том 1, Амстердам, Нидерланды, 17-19 мая, стр. 405-410.

Существующая в настоящее время система мобильной радиосвязи GSM (глобальная система связи с подвижными объектами) является системой радиосвязи с компонентой TDMA (множественного доступа с временным разделением каналов) для разделения абонентов. Согласно структуре цикла полезные информации абонентских соединений передают в канальных интервалах. Передача происходит поблочно. Из системы мобильной радиосвязи GSM известны далее согласованные в направлении сверху вниз с временным растром структуры цикла частотные каналы (FCCH=frequency correction channel=каналы коррекции частоты) для частотной синхронизации для мобильных станций. В этом частотном канале мобильная станция может для самосинхронизации оценивать синусоидальную несущую. Частотная синхронизация посредством синусоидальной несущей известна, например, из WO 9110305 A1.

Временная синхронизация канальных интервалов в системе радиосвязи TDMA известна из заявки ЕР 0318684. Из нее известен способ для временной синхронизации для мобильной станции. Канал радиопередачи имеет время прохождения сигнала между базовой станцией и мобильной станцией, которое пропорционально удалению между мобильной станцией и базовой станцией. Дополнительно время прохождения сигнала может сильно изменяться вследствие отражений. За счет времени прохождения сигнала принимаемые мобильной станцией сигналы очень различно задерживаются по времени. Эту задержку сигнала между переданным сигналом и принятым сигналом обозначают как "фазовую ошибку". Компенсация этой задержки сигнала является предметом способа для временной синхронизации. Задержка сигнала является при этом постоянной внутри канального интервала TDMA.

Из DE 19549148.3 известна система мобильной радиосвязи, которая использует разделение абонентов по методу TDMA/CDMA (TDMA/CDMA = множественный доступ с частотным/кодовым разделением каналов) и применяет на стороне приема способ совместного детектирования JD (joint detection), чтобы со знанием кодов расширения множества абонентов предпринимать улучшенное детектирование передаваемой полезной информации. В частотном канале (TCH traffic channel = канал информационного обмена) одновременно передают информации множества соединений полезных данных, которые являются различаемыми за счет своих кодов расширения. За счет распределения определенных частотных каналов для целей синхронизации возникает, однако, большая потеря пропускной способности по сравнению с системой GSM, так как использованный для одного частотного канала частотный диапазон является более широкополосным.

В основе изобретения лежит задача предоставления в распоряжение способа и устройств, которые позволяют в системе радиосвязи TDMA частотную синхронизацию с малым потреблением радиотехнических ресурсов. Эта задача решается способом с признаками пункта 1 формулы изобретения, мобильной станцией с признаками пункта 9 формулы изобретения и базовой станцией с признаками пункта 10 формулы изобретения. Формы дальнейшего развития изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Система радиосвязи предоставляет в распоряжение образованные канальными интервалами и широкополосными частотными диапазонами частотные каналы, в которых одновременно передают информации множества соединений между мобильными станциями и базовой станцией, причем информации различных соединений являются различаемыми согласно индивидуальной по соединениям тонкой структуре. Различные соединения могут быть образованы также за счет множества кодов, которые присвоены одной единственной мобильной станции.

Согласно изобретению для мобильных станций в направлении сверху вниз предоставляются в распоряжение повторяющиеся во времени частотные каналы для частотной синхронизации, в которых передают последовательность символов. Подлежащая синхронизации мобильная станция определяет из принятых сигналов оценочные значения для последовательности символов и сравнивает эти оценочные значения с опорной последовательностью. Таким образом можно вычислить фазовый дрейф оценочных значений относительно опорной последовательности. Из фазового дрейфа определяют сдвиг частоты, который используют для частотной синхронизации.

За счет того, что фазовый дрейф является вычисляемым путем сравнения, получается возможность простого определения сдвига частоты подлежащей синхронизации мобильной станции относительно несущей частотного канала. Достаточно большое и соответственно распределенное количество опрашиваемых значений является достаточным для сравнения. Таким образом можно лучше связывать частотную синхронизацию с другими мерами для синхронизации мобильной станции так, что расход радиотехнических ресурсов остается малым.

Предпочтительным образом последовательность символов передают дополнительно к информациям других соединений. Также за счет этого можно лучше использовать радиотехнические ресурсы радиоинтерфейса между базовой станцией и мобильными станциями. За счет различимости информаций соответственно наложенной тонкой структуре канальный интервал не блокируется только синхронизацией, а может использоваться различным образом. Другими соединениями при этом являются соединения полезных данных или сигнализации.

Согласно форме выполнения изобретения последовательность символов передают таким образом, что получают по меньшей мере два оценочных значения в достаточно большом для вычисления фазового дрейфа временном промежутке. Следовательно, не является необходимым, чтобы последовательность символов была непрерывной последовательностью. Среди других известных или неизвестных подлежащих передаче символов могут быть отдельные символы или группы символов. Символы могут иметь временную длительность одного канального интервала или передаваться дополнительно к обучающим последовательностям или, соответственно, символам для других целей настройки.

Последовательность символов предпочтительным образом растягивается с индивидуальным кодом расширения, причем в коде расширения может содержаться информация о наличии последовательности символов для временной синхронизации. Последовательность символов может также пониматься как последовательность элементарных сигналов, чипов, которые создают заполняющую частотный диапазон ширину полосы. В то время как радиоблок с данными для временной синхронизации вместе с остальными радиоблоками является обрабатываемым путем устранения растяжения, отпадают дополнительные затраты на обработку в приемнике.

Согласно другой форме выполнения изобретения фазовый дрейф вычисляют в виде коэффициента пропорциональности согласно методу наименьших квадратичных ошибок из сравнения оценочных значений с опорной последовательностью. Предполагается линейная зависимость между оценочными значениями и опорной последовательностью, то есть примерно постоянный частотный сдвиг. Это имеет место при высоких точностях эталона частоты в мобильных станциях.

Предпочтительным является использовать по меньшей мере части последовательности символов как для временной, так также и для частотной синхронизации. Так с помощью последовательности символов, например, путем корреляции можно создать временную опорную точку передачи внутри одного канального интервала и дополнительно частотную опорную точку за счет определения фазового дрейфа. Таким образом, для синхронизации должна предоставляться только малая пропускная способность сети.

В последующем изобретение поясняется более подробно на примере выполнения со ссылкой на графические изображения.

При этом показывают: фиг.1 - структурную схему мобильной радиосети, фиг.2 - схематическое представление структуры цикла радиопередачи, фиг. 3 - схематическое представление структуры частотного канала для частотной синхронизации, и фиг. 4 - структурные схемы мобильной станции и базовой станции и радиопередачи в направлении сверху вниз.

Представленная на фиг.1 система радиосвязи соответствует по своей структуре известной сети мобильной радиосвязи GSM, которая состоит из множества мобильных центров коммутации MSC, которые соединены между собой в сеть или, соответственно, создают доступ к стационарной сети PSTN. Кроме того, эти мобильные центры коммутации MSC соединены соответственно по меньшей мере с одним управляющим устройством базовой станции BSC. Каждое управляющее устройство базовой станции BSC позволяет в свою очередь соединение к по меньшей мере одной базовой станции BS. Такая базовая станция BS является радиостанцией, которая может устанавливать через радиоинтерфейс информационное соединение к мобильной станции MS.

На фиг.1 представлены в качестве примера три соединения для передачи полезной информации и информации сигнализации между тремя мобильными станциями MS и одной базовой станцией BS. Центр технического обслуживания и эксплуатации ОМС реализует функции контроля и технического обслуживания для мобильной радиосети или, соответственно, для ее частей. Функциональность этой структуры является переносимой на другие системы радиосвязи, в которых может использоваться изобретение.

Структура цикла радиопередачи следует из фиг.2. Согласно компоненте TDMA предусмотрено разделение широкополосного частотного диапазона, например, с шириной полосы В=1,6 МГц на множество канальных интервалов ts, например, 8 канальных интервалов ts1-ts8. Каждый канальный интервал ts образует внутри частотного диапазона В частотный канал FK. Внутри частотных каналов ТСН, которые предусмотрены только для передачи полезных данных, в радиоблоках передают информации множества соединений.

Эти радиоблоки для передачи полезных данных состоят из отрезков с данными d, в которые вложены отрезки с обучающими последовательностями tseq1-tseqK, известными на стороне приема. Данные d растянуты индивидуально по соединениям с тонкой структурой, абонентским кодом с, таким образом, что на стороне приема, например, К соединений являются разделяемыми за счет этой компоненты CDMA.

Растяжение отдельных символов данных d обуславливает то, что внутри длительности символа Т_sym передают Q элементарных сигналов длительности T_chip. Q элементарных сигналов образуют при этом индивидуальный по соединениям абонентский код с. Далее внутри канального интервала ts предусмотрен защитный интервал gр для компенсации различных времен прохождения сигнала соединений.

Внутри широкополосного частотного диапазона В следующие друг за другом канальные интервалы ts подразделены по структуре цикла. Так восемь канальных интервалов ts объединены в цикл, причем, например, один канальный интервал цикла образует частотный канал ТСН для передачи полезных данных и повторяясь используется группой соединений. Частотный канал FCCH для частотной синхронизации мобильной станции MS введен не в каждом цикле, но к заданному моменту времени внутри мультицикла. Расстояния между частотными каналами FCCH для частотной синхронизации определяют пропускную способность, которую предоставляет для этого в распоряжение мобильная радиосеть.

На примере фиг.3 показана структура частотного канала FCCH для частотной синхронизации. Широкополосный частотный диапазон В в полосе частот организационного канала соответствующей соты мобильной радиосети является частью цикла R0, который содержит частотный канал FCCH для частотной синхронизации (в котором, однако, могут также осуществляться другие соединения сигнализации и полезных данных) и в последующих канальных интервалах исключительно частотные каналы ТСН для передачи полезных данных или, соответственно, данных сигнализации.

Этот цикл R0 является в свою очередь частью суперцикла S0, который кроме цикла R0 охватывает цикл R1 с частотными каналами FK с другими относящимися к сотам информациями и цикл R2 с полезными данными. Гиперцикл в свою очередь охватывает множество суперциклов S0, S1, из которых по меньшей мере один содержит частотный канал FCCH для частотной синхронизации.

В канальном интервале ts частотного канала FCCH для частотной синхронизации в направлении сверху вниз передают последовательность символов f1, которая известна на мобильных станциях MS в качестве опорной последовательности f2. Последовательность символов f1 растянута с индивидуальным кодом с1.

Альтернативная форма выполнения для последовательности символов f1 предусматривает, что части последовательности символов f1 используют в качестве блока синхронизации sb для временной синхронизации. Этот блок синхронизации sb расположен в середине канального интервала ts. Последовательность символов f1 излучают базовой станцией BS с мощностью передачи, которая согласована в смысле регулирования мощности с принимаемыми мощностями остальных существующих соединений.

На стороне приема для частотной синхронизации производят оценку передаваемых в направлении сверху вниз информаций. Фиг.4 показывает радиопередачу в направлении сверху вниз от базовой станции BS к мобильным станциям MS1-MSK. Мобильные станции MS определяют сначала один или множество частотных диапазонов В с достаточно высокой или максимальной принимаемой мощностью. Ими являются в основном частотные диапазоны В близлежащей базовой станции BS, в соте которой находится в настоящий момент мобильная станция MS.

Мобильные станции MS1-MSK оценивают принимаемые в этих частотных диапазонах В сигналы и производят постоянную корреляцию значений принимаемого сигнала с опорной последовательностью f2. При достаточно большой корреляции определенный момент времени t1 поступления последовательности символов f1 выбирают в качестве опорной точки для временной синхронизации и согласуют внутреннюю контрольную точку отсчета времени мобильной станции MS.

Одновременно из принимаемых сигналов определяют оценочные значения f1' для последовательности символов f1. После этого составляют систему уравнений, которая противопоставляет оценочные значения f1' значениям опорной последовательности f2, которая соответствует последовательности символов f1. Путем вычисления с помощью метода минимальных квадратичных ошибок или другого способа решения определяют коэффициент пропорциональности, который представляет собой фазовый дрейф dp оценочных значений f1' относительно опорной последовательности f2.

Из фазового дрейфа dp в соответствии с выражением dp = e^j2π·^df·^t выводят частотный сдвиг df, причем t представляет собой время.

Этим частотным сдвигом df внутреннего эталона частоты для несущей частоты частотного диапазона В частотного канала FCCH для частотной синхронизации нагружают с правильным знаком внутренний эталон частоты и за счет этого производят частотную синхронизацию.

Базовая станция BS содержит приемопередающее устройство SE/EE, которое подвергает подлежащие излучению сигналы передачи цифроаналоговому преобразованию, преобразует из базовой полосы в частотный диапазон В излучения и модулирует и усиливает сигналы передачи. Устройство генерации сигнала SA перед этим составило сигналы передачи, например, последовательности символов f1 и распределило их по соответствующим частотным каналам FCCH, TCH.

Мобильная станция MS содержит панель управления Т, устройство обработки сигнала SP, управляющее устройство SE и приемопередающее устройство SE/EE. На панели управления Т абонент может производить вводы, между прочим ввод для активирования мобильной станции MS, которая после этого, как первое, должна произвести синхронизацию с окружающей ее мобильной радиосетью.

Управляющее устройство SE принимает это требование и побуждает устройство обработки сигнала SP оценить принятые через приемопередающее устройство SE/EE сигналы в том смысле, чтобы, как уже было описано раньше, выбирался соответствующий частотный диапазон В и производилась корреляция вплоть до успешного нахождения последовательности символов f1. В заключение происходит описанная временная и частотная синхронизация.

Для обработки сигнала принимаемые сигналы преобразуют в символы с дискретным запасом значений, например, переводят в цифровую форму. Устройство обработки сигнала SP, которое содержит в качестве цифрового сигнального процессора процессор совместного детектирования JD, для детектирования полезных информаций и информации сигнализации по способу JD-CDMA оценивает также последовательность символов f1.

Формула изобретения

1. Способ частотной синхронизации для мобильной станции (MS) системы радиосвязи, причем система радиосвязи предоставляет образованные временными зазорами (ts) и широкополосными частотными диапазонами (В) частотные каналы (FK), в которых одновременно передают информацию об одном или нескольких соединениях между мобильными станциями (MS) и базовой станцией (BS), причем информация о различных соединениях различается посредством кода растяжения, отличающийся тем, что для мобильных станций (MS) в направлении сверху вниз предоставляют повторяющийся во времени частотный канал (FCCH) для частотной синхронизации, внутри частотного канала (FCCH) передают последовательность (f1) элементарных сигналов, из принятых сигналов определяют посредством подлежащей синхронизации мобильной станции (MS) оценочные значения (f1') для последовательности (f1) элементарных сигналов, из, по меньшей мере, одного сравнения оценочных значений (f1') с опорной последовательностью (f2) вычисляют фазовый дрейф (dp) оценочных значений (f1'), из фазового дрейфа (dp) определяют частотный сдвиг (df) и используют мобильной станцией (MS) частотный сдвиг (df) для частотной синхронизации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательность (f1) элементарных сигналов передают одновременно с подлежащей передаче информацией о соединениях полезных данных или сигнализации.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что последовательность (f1) элементарных сигналов передают таким образом, что могут быть получены, по меньшей мере, два оценочных значения (f1') в достаточно большом для вычисления фазового дрейфа временном промежутке.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что последовательность (f1) элементарных сигналов растягивают с индивидуальным кодом (с1) растяжения.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что фазовый дрейф (dp) вычисляют как коэффициент пропорциональности согласно методу наименьших квадратичных ошибок из сравнения оценочных значений (f1') с опорной последовательностью (f2).

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что используют, по меньшей мере, части последовательности (fl) элементарных сигналов для временной и частотной синхронизации.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что разделение сигналов производят в частотном канале (FK) способом JD-CDMA.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что мобильной станцией (MS) выбирают частотный диапазон (В) с частотным каналом (FCCH) для частотной синхронизации согласно измерению принимаемой мощности.

9. Мобильная станция для осуществления способа частотной синхронизации для мобильной станции системы радиосвязи, отличающаяся тем, что она содержит устройство (SP) обработки сигнала для определения оценочных значений (f1') для последовательности (f1) элементарных сигналов из принятых сигналов, для сравнения оценочных значений (f1') с опорной последовательностью (f2), для вычисления частотного сдвига (df) из сравнения, и управляющее устройство (SE) для частотной синхронизации с учетом частотного сдвига (df).

10. Базовая станция для осуществления способа частотной синхронизации для мобильной станции системы радиосвязи, отличающаяся тем, что содержит устройство (SА) генерации сигнала для генерации определенной заранее последовательности (f1) элементарных сигналов и передающее устройство (ЕЕ) для передачи последовательности (f1) элементарных сигналов в частотном канале (FCCH) для частотной синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.06.2010

Дата публикации: 10.06.2011

---