CN1211966C - 上行链路快速同步方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)移动站根据基站发送的信息，从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中，选择一个空闲接入时隙；(2)移动站在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码；(3)基站检测所述接入码，确定所述移动站的时延调整信息；(4)基站向移动站发送所述时延调整信息；(5)移动站根据收到的所述时延调整信息，调整其发送时间，使其随后发送的信号在标准的接入时间到达基站。

Description

上行链路快速同步方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及同步码分多址(CDMA)通信系统，更具体地涉及在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法和系统。

背景技术

近几年来，无线通信已成为通信领域中最活跃的一个方面，而CDMA系统由于具有大容量、软容量、软切换、高话音质量和低发射功率以及抗干扰和保密性强等独特的优势使它得以脱颖而出，迅速发展，并成为第三代蜂窝系统的首选技术。

CDMA是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号是用各自不同的编码序列来区分的。由于CDMA系统使用不同的码型来区分信道，因而无论从频域和时域来看这些信道都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间，因此CDMA系统的性能很大程度上取决于码型的特性好坏，即多个信道之间的相互干扰的程度对于确定CDMA系统信道容量和特性将是一个重要因素。

参看图1，它给出了一种蜂窝移动通信系统的示意图，六边形内部为一个小区，无线通信是在一个小区内部的基站和移动站之间进行的。小区内部有一个基站和多个移动站，每个移动站分别使用独立的信道，即不同的扩频地址码，并同时与基站进行无线通信。一般定义从基站到移动站是下行链路(downlink)，反之从移动站到基站称之为上行链路(uplink)。

在CDMA系统中，信道是借助所采用的不同的码而相互加以区别的，因而这种码间的相关性是十分重要的。也就是说，这种信道间的独立性当且仅当分配给各自信道的码间彼此不相关而获得保证的。当接收机利用给定信号恢复其相关信号时，这些接收机应该不受采用了其它编码的信道的影响。

然而，在传统的CDMA系统中，例如IS95系统，其采用的扩频码是由具有最小互相关值和最大自相关值的伪噪声码序列Walsh码产生的。由于IS95系统是非同步的CDMA系统，其上行信道，即所有移动站发向基站的信号是异步传送的，因为来自不同移动站的伪噪声序列不能同步，不同移动站的伪噪声码序列相互之间不能正交，因此在同一频段和同一时间的扩频信号相互间会形成极大的干扰，即多址干扰，这种干扰不仅大大减少了信道容量，而且还增加了功率控制的复杂度。

为了消除上述异步通信系统的多址干扰，要求使用具有零互相关值的扩频码，即正交码(不仅仅是正交而且还有零相关窗！)，而且由于正交码序列之间的正交特性是在码序列完全同步的前提下成立的，因此要求这些码序列之间完全同步，因此，在同步CDMA系统中，上行、下行链路的同步是非常重要的。

在CDMA系统中，下行链路的同步是容易实现的，因为所有的信号是从单一基站发送出来的。但上行链路的同步的实现要困难的多，各移动站离基站的远近不同，发送信号延迟也不同，而移动站又不知道自己与基站的距离的大小，无法调整发送信号时间，于是造成移动站发送信号到达基站不同步。特别是由于无线通信中不可避免的多径衰落和遮挡效应使上行链路的同步建立变得更加困难。

近几年来，现有技术中针对实现CDMA系统的上行链路同步问题提出了若干技术方案，例如中国专利97118934披露了一种用于同步CDMA系统中上行链路同步的建立和保持方案，但此方法比较繁琐，它是用复杂的帧结构和控制指令来解决上行同步建立过程，而且不能快速使多个移动站同时建立同步。

因此，现有技术中急需一种对上行链路进行快速同步的方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法，以解决现有技术中所存在的上述问题和缺陷。

本发明的第二个目的在于提供一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的系统。

为实现上述第一个目的，本发明提供一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)移动站根据基站发送的信息，从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中，选择一个空闲接入时隙；

(2)移动站在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码；

(3)基站检测所述接入码，确定所述移动站的时延调整信息；

(4)基站向移动站发送所述时延调整信息；

(5)移动站根据收到的所述时延调整信息，调整其发送时间，使其随后发送的信号在标准的接入时间到达基站。

为实现上述第二个目的，本发明提供一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的系统，所述同步码分多址通信系统包括至少一个移动站和至少一个基站，

所述快速同步系统的特征在于：

所述至少一个移动站包括：

用于根据基站发送的信息从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中选择一个空闲接入时隙的装置；

用于在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码的装置；

所述至少一个基站包括：

用于检测所述接入码并确定移动站的时延调整信息的装置；

用于向移动站发送所述时延调整信息的装置；并且

所述至少一个移动站还包括：

用于根据收到的所述时延调整信息调整信号发送时间使所发送的信号在标准的接入时间到达基站的装置。

其中，所述用于检测所述接入码并确定移动站的时延调整信息的装置包括：

解调器，用于对移动站在包含于上行链路的接入信道中发送的接入码信号进行解调；

低通滤波器，用于对解调后的信号进行低通滤波；

匹配滤波器，用于对经过低通滤波的信号与预先存储的接入码序列进行相关运算；

最大值搜索电路，用于根据相关参数，确定所述匹配滤波器的输出信号的门限值；

限幅器，用于根据所述门限值输出有效信号；

滑动相关器，用于根据所述有效信号计算所述接入码从所述移动站到达所述基站经历的时间；以及

偏移计算模块，用于对所述经历的时间与标准时间进行比较，计算时间偏移量。

根据本发明的在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法或系统，能够同时快速实现多个移动站的上行链路信号之间的同步接收，从而减少信道之间的干扰，增加系统的信道容量，而且由于采用独特的接入码和特殊的匹配滤波器结构，因此同步精度很高，调整次数很少，更能确保上行链路的同步建立快速有效，而且方法简单，易于实现。

附图概述

通过结合附图对本发明最佳实施方式的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点将会更加明显。

图1是一种蜂窝移动通信系统的结构示意图；

图2是根据本发明的在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法的流程图；

图3是基站对接入码进行检测并确定时延调整信息的详细流程图；

图4是本发明中所应用的由移动站到基站的上行链路接入信道的结构示意图；

图5显示当接入码通过用于存储相同接入码的匹配滤波器后的特性示意图；

图6显示当接入码通过用于存储不同接入码的匹配滤波器后的特性示意图；

图7是根据本发明的在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的系统中所用的基站接入信道接收机的结构示意图。

本发明的最佳实施方式

下面详细描述本发明的最佳实施方式。

图2是根据本发明的在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法的流程图。

移动站开机后，移动站用户首先从下行链路接收由基站发送来的信息，进行频率校正及与系统的帧同步和位同步，并得到可用接入信道时隙的信息。移动站在步骤201，根据上述可用接入信道时隙的信息，从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中，选择一个空闲接入时隙。然后，在步骤202，移动站在所选择的空闲时隙内的某个时刻发送固定的接入码。关于接入信道的具体结构，将在后文参照图4进行说明。

其后，在步骤203，基站对移动站发送的接入码进行检测，确定移动站的时延调整信息。

在步骤204，基站向移动站发送上述时延调整信息。

在步骤205，移动站根据收到的时延调整信息，调整其发送时间，使其随后发送的信号在标准的接入时间到达基站。

图3是基站对接入码进行检测并确定时延调整信息的详细流程图。图3所示的流程构成了图2中的步骤203。

如图3所示，在步骤2031，对收到的信号进行解调、低通滤波、匹配滤波和相关运算。在步骤2032，利用最大值搜索电路和相关参数，确定所述信号的门限值。在步骤2033，通过与所述门限值进行比较，由限幅器输出有效信号。在步骤2034，利用滑动相关器计算接入码从移动站到达基站所经历的时间。在步骤2035，对所述经历的时间与标准时间进行比较，计算时间偏移量，作为上述时延调整信息。

图4是本发明中所应用的由移动站到基站的上行链路接入信道的结构示意图。如图4所示，接入信道被分为M个时隙，在移动站尝试接入时，每个移动站被分配给一个时隙，进行接入，最终使用户信号到达基站时间为此时隙内一个标准的位置，以达到上行链路各个移动站信号同步到达基站。为保证移动站在标准位置接入，移动站要在一个时隙内发送N位长的码字(占用NT_C)。由于分配给接入信道的一个时隙为KT_C(T_C＝1/f_C，f_C为chip速率：1.2288Mcps)，所以移动站发送码字的起始位置范围在0-(K-N)Tc之间。在发送N位码字以外的T_C不发送信号。

另外本发明使用的接入码是一种独特的扩频码，该接入码由三部分构成，接入码长度为N位，那么将前N/3位定为序列1，后N/3位为序列2，中间补N/3位0，序列1和序列2之间具有正交互补的特性。

对一个小区内的用户，可使用固定的一组接入码进行接入，但可以选择不同的时隙。

移动站每次接入时，是在分配给接入信道的M个时隙中的一个时隙(KT_C)内发送固定的接入码。因为用户在开始接入时，并不知道自己信号到达基站后是否为接入的标准位置，因此发送时间(N位码字第1位的发送时间)定为一个固定值S。

其次，基站接入信道接收机以每一个时隙(KT_C)为单位计算一次移动站发送来的信号的偏差。基站的接入信道接收机在各个不同的接入时隙，通过接收各个移动站用户的信号能量计算移动站信号的到达时间，并将它与标准的时间相比较，计算出用户信号到达时间与标准接入位置的差距，然后通过下行链路传送给移动站发送时间的时延调整信息。通过此时延调整信息，移动站用户的控制器调整用户下一次接入码字的发送时间，直到用户接入信号到达基站的时间为标准时间。

图5显示当接入码通过用于存储相同接入码的匹配滤波器后的特性示意图，可以看出副峰值都小于或等于0，而主峰值很大。

图6显示当接入码通过用于存储不同接入码的匹配滤波器后的特性示意图，可以看出其互相关峰值相对于自相关主峰值来说非常小。

通过结合图2和图3对本发明的方法的描述，本领域内熟练的技术人员可以很容易地设想到，本发明的在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的系统具备以下特征。

包含在同步码分多址通信系统中的至少一个移动站包括：

用于根据基站发送的信息从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中选择一个空闲接入时隙的装置；

用于在该空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码的装置；

包含在同步码分多址通信系统中的至少一个基站包括：

用于检测接入码并确定移动站的时延调整信息的装置；

用于向移动站发送该时延调整信息的装置；并且

上述至少一个移动站还包括：

用于根据收到的所述时延调整信息调整信号发送时间使所发送的信号在标准的接入时间到达基站的装置。

更为具体地说，上述用于检测所述接入码并确定移动站的时延调整信息的装置包括：

解调器，用于对收到的信号进行解调；

低通滤波器，用于对解调后的信号进行低通滤波；

匹配滤波器，用于对经过低通滤波的信号与预先存储的接入码序列进行相关运算；

最大值搜索电路，用于根据相关参数，确定匹配滤波器的输出信号的门限值；

限幅器，根据门限值，输出有效信号；

滑动相关器，用于根据有效信号计算接入码从移动站到达基站经历的时间；以及

偏移计算模块，用于对上述经历的时间与标准时间进行比较，计算时间偏移量，该时间偏移量即为时延调整信息。

前文所述的包含于基站的各个部件，可以设置在一个基站接入信道接收机中。

图7是示意性地示出了这种接入信道接收机的结构，该接入信道接收机用于对同步码分多址通信系统的上行链路进行快速同步。

如图7所示，标号601代表解调器，604代表低通滤波器，607代表匹配滤波器，608代表限幅器，609代表最大值搜索电路，610代表滑动相关器，611代表时间偏移计算模块。

假设用户发送码字的实部为x(t)，虚部为y(t)，则调制后的信号为：

              C(t)＝x(t)cos(ω_ct)+y(t)sin(ω_ct)

若不考虑噪声的影响，则基站接收到的信号为：

              C(t)＝x(t)cos(ω_ct)+y(t)sin(ω_ct)

来自移动站的接入信号经解调器601后I路信号602为：

$I\left(t\right)=C\left(t\right)\×\cos \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)=[x\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)+y\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)]\×\cos \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)$

$=\frac{1}{2}x\left(t\right)+\frac{1}{2}x\left(t\right)\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_{c}t\right)+\frac{1}{2}y\left(t\right)\sin \left(2{\mathrm{\ω}}_{c}t\right)$

经过低通滤波器604，滤掉高频信号，605信号为： $I\left(t\right)=\frac{1}{2}x\left(t\right)$ 同样，来自移动站的接入信号经解调器601后Q路信号603为：

$Q\left(t\right)=C\left(t\right)\×\sin \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)=[x\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)+y\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)]\×\sin \left({\mathrm{\ω}}_{c}t\right)$

$=\frac{1}{2}y\left(t\right)-\frac{1}{2}y\left(t\right)\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_{c}t\right)+\frac{1}{2}x\left(t\right)\sin \left(2{\mathrm{\ω}}_{c}t\right)$

经过低通滤波器604，滤掉高频信号，606信号为： $Q\left(t\right)=\frac{1}{2}y\left(t\right)$

将经过低通滤波器后的两路信号送入特殊的匹配滤波器607，滤波器存储了接入码序列，则匹配滤波器的输出抵消掉码字自相关的所有正的副峰值，使自相关的副峰为零，或为负数。

将匹配滤波器的输出信号同时通过最大值搜索模块609和限幅器608。最大值搜索模块609从匹配滤波器607的输出信号中找出最大的值，以其值与一个参数的乘积作为后面限幅器608的门限值。这样通过限幅器608后，所有输入的能量值中大于门限值的值原样输出，而将小于此门限值的量滤掉，输出为0，就有效地减小了自相关副峰、互相关峰值、噪声对计算主峰位置的影响。

限幅器608的输出信号送入下一级滑动相关器(长度为L)610，目的是从2K个值中寻找最大的L个相邻的值的位置。即从2K个值中寻找最后一个最大值的位置(如果2K值中有两个以上的相等的最大值则取最后一个的位置)，即用户到达基站的时间。

用计算出的用户信号到达基站的时间，与标准位置比较，在时间偏移计算模块611中求出偏移量，产生延迟控制指令DCC(Delay Control Command)命令。

延迟控制指令(或称时延调整信息)在下行链路传送给移动站，移动站用户接收到基站的信息后，调整其发送时间，使之到达基站的信号最终符合标准的接入时间。

当从滑动相关器输出的值与标准位置的偏差在允许的范围内时，表明接入成功。若成功输出“1”信号，同时DCC输出一个特殊命令，告诉用户接入成功；若不成功，输出“0”信号，DCC为调整命令。

如果计算得到的移动站用户接入信号最大能量窗口位置超出可调范围，说明调整失败。在这种情况下，基站要下行链路发送给用户一个特殊的DCC命令，用户再次发送接入脉冲，重新接入。

以上描述可以清楚地说明，由于在上行链路使用接入信道，并将接入信道分成不同的时隙，使更多的移动站可以同时接入系统，保证上行链路的快速建立。另外由于采用了接入码和匹配滤波器的结合，保证了计算移动站发送信号的时延偏差的准确性，加速了上行链路的同步建立过程。

虽然以上结合附图详细地描述了本发明的最佳实施方式，但是对于本领域内熟练的技术人员而言，可以做出各种修改和变更，而不背离本发明的范围和实质。因此，本发明的范围仅由权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)移动站根据基站发送的信息，从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中，选择一个空闲接入时隙；

(2)移动站在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码；

(3)基站检测所述接入码，确定所述移动站的时延调整信息；

(4)基站向移动站发送所述时延调整信息；

(5)移动站根据收到的所述时延调整信息，调整其发送时间，使其随后发送的信号在标准的接入时间到达基站；所述步骤(3)包括在基站上执行的以下步骤：

对收到的信号进行解调、低通滤波、匹配滤波和相关运算，然后输出信号；

利用最大值搜索电路和相关参数，确定所述信号的门限值；

通过所述信号的能量值与所述门限值进行比较，限幅器输出有效信号；

利用滑动相关器根据所述有效信号计算所述接入码从所述移动站到达所述基站经历的时间；

对所述经历的时间与标准时间进行比较，计算时间偏移量，所述时间偏移量即为所述时延调整信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述接入码是在所述空闲接入时隙内的固定时刻发送的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述对收到的信号进行匹配滤波的步骤包括：将所述收到的信号与预先存储在匹配滤波器中的接入码序列进行相关运算的步骤。

4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于：所述接入码是一种N位扩频码，其中前N/3位为序列1，后N/3位为序列2，中间N/3位为0，序列1和序列2之间具有正交互补的特性。

5.一种在同步码分多址通信系统中对上行链路进行快速同步的系统，所述同步码分多址通信系统包括至少一个移动站和至少一个基站，

所述快速同步系统的特征在于：

所述至少一个移动站包括：

用于根据基站发送的信息从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中选择一个空闲接入时隙的装置；

用于在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码的装置；

所述至少一个基站包括：

用于检测所述接入码并确定移动站的时延调整信息的装置；

用于向移动站发送所述时延调整信息的装置；并且

所述至少一个移动站还包括：

用于根据收到的所述时延调整信息调整信号发送时间使所发送的信号在标准的接入时间到达基站的装置；

所述移动站与所述基站相耦合；

所述的用于根据基站发送的信息从包含于上行链路的接入信道被划分成的多个接入时隙中选择一个空闲接入时隙的装置与所述的用于在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送码的装置相耦合，向所述的基站发送接入码；所述的用于检测接入码并确定移动站的时延调整信息的装置与所述用于向移动站发送所述时延调整信息的装置相耦合，接收并检测所述接入码，并向所述移动站发送时延调整信息；所述移动站接收所述基站的时延调整信息，并根据所述的时延调整信息调整向所述基站发送信号的时间。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述用于检测所述接入码并确定移动站的时延调整信息的装置包括：

解调器，用于对收到的信号进行解调；

低通滤波器，用于对解调后的信号进行低通滤波；

匹配滤波器，用于对经过低通滤波的信号与预先存储的接入码序列进行相关运算；

最大值搜索电路，用于根据相关参数，确定所述匹配滤波器的输出信号的门限值；

限幅器，根据所述门限值，输出有效信号；

滑动相关器，用于根据所述有效信号计算所述接入码从所述移动站到达所述基站经历的时间；以及

偏移计算模块，用于对所述经历的时间与标准时间进行比较，计算时间偏移量，所述时间偏移量即为所述时延调整信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述用于在所述空闲接入时隙内的某个时刻发送接入码的装置在固定时刻发送接入码。

8.根据权利要求5至7中任一项的系统，其特征在于：所述接入码是一种N位扩频码，其中前N/3位为序列1，后N/3位为序列2，中间N/3位为0，序列1和序列2之间具有正交互补的特性。

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