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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisierung eines
mobilen Geräts
in einem Zeitduplex-CDMA-(Code
Division Multiple Access)-System. In einem ersten Aspekt bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Synchronisieren
eines mobilen Gerätes
in einem CDMA-System mit einer Mehrzahl von Basisstationen zum Kommunizieren
mit dem mobilen Gerät,
wobei die Basisstationen gegenseitig synchronisiert sind und jede
Basisstation einen Synchronisierungskanalübermittlungszeitversatz innerhalb
eines Synchronisierungszeitschlitzes aufweist, wobei das Verfahren den
Schritt zum Synchronisieren des mobilen Gerätes durch Anpassen eines Synchronisierungscodes in
dem Synchronisierungszeitschlitz aufweist.
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Eine
Synchronisierung eines mobilen Gerätes (oder Mobilstationen) in
TDD-CDMA-Systemen wird bewirkt durch suchenlassen des mobilen Gerätes nach
einem spezifischen Code in einem empfangenen Funksignal von einer
oder mehreren Basisstationen (somit Code Division Multiple Access).
Dies ist beispielsweise beschrieben in 3GPP/ETSI Publikation TS
25.224 "Universal
Mobile Telecommunications System (UMTS); Physical Layer Procedures
(TDD)" Anhang C,
Juni 2001. Das Funksignal oder eine Luftschnittstelle ist gekennzeichnet
als ein Zeitduplexfunksignal. Anfänglich ist eine Mobilvorrichtung
oder ein mobiles Gerät
vollständig
unwissend über
die Zeiteinstellung des TDD-CDMA-Systems. Die Mobilvorrichtung sucht
nach einer Anpassung auf einen spezifischen Code für wenigstens
die Dauer eines Rahmens. Der Nachteil der Codesuche ist, dass immer
die Möglichkeit
besteht, dass eine falsche Anpassung gefunden wird, was zu einer
neu durchzuführenden
Suche führt,
die zusätzliche
Zeit erfordert.
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Die
vorliegende Erfindung versucht, ein Verfahren bereitzustellen, das
eine effizientere Synchronisierung des mobilen Gerätes erlaubt.
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Dafür stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß dem in der obigen Einleitung
definierten Typ bereit, in dem das Verfahren die Schritte umfasst
zum Abtasten eines Basisfunksignals während wenigstens einem Rahmen
zum Erfassen eines Signalsteils mit vorbestimmten Charakteristiken,
wobei eine der Charakteristiken eine empfangene Signalstärke ist,
und die Charakteristiken den Synchronisierungscode als solchen ausschließen, zu
dem CDMA-System gehörige
Zeiteinstellungsinformation von dem Signalteil ableiten und den
Synchronisierungsschritt des mobilen Gerätes durch Verwenden der Zeiteinstellungsinformation
starten. Dies erlaubt dem Synchronisierungsschritt zu starten, in
dem eine Codeanpassung (z.B. Verwenden eines Anpassungsfilters)
zu einer sehr effizienten Zeit in dem Rahmen gesucht wird.
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Der
Signalteil, nach dem in dem Funksignal abgetastet wird, kann in
einer ersten Ausführungsform
empfangene Leistung des Basisstationssignals wie durch das mobile
Gerät empfangen
sein, wie etwa der empfangene Signalstärkenindikator (RSSI). Das Verfahren
kann dann weiterhin die Schritte umfassen zum Erstellen einer Liste
von allen empfangenen Leistungs- oder RSSI-Spitzen und einer zugehörigen Auftrittszeit
in dem wenigstens einen Rahmen, wobei die empfangenen Leistungs- oder RSSI-Spitzen
eine Zeitdauer von weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Chips
aufweisen, z.B. 300, und ein Amplitudenschritt von mehr als einem
vorbestimmten Wert, z.B. 3 db, und Auswählen der höchsten Spitze der Liste und
Beginnen einer ersten Synchronisierungssuche direkt vor einem Auftreten
der höchsten Spitze.
Das empfangene Funksignal in dem mobilen Gerät oder Mobilstation weist ein
ausgeprägtes
Leistungs-über-Zeit-Signal
in einem TDD-CDMA-System auf, da der Synchronisierungszeitschlitz
innerhalb des Funkrahmens fixiert ist und jede Basisstation einen
unterschiedlichen Zeiteinstellungsersatz verwendet, um das Synchronisierungssignal
in dem Synchronisierungszeitschlitz zu starten. Dies erlaubt diese
Synchronisierungssignale als ausgeprägte Spitzen in der Leistungseinhüllenden
des Funksignals zu erfassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wählt das mobile
Gerät ebenso
das stärkste
Basisstationssignal auf der Grundlage der empfangenen Leistungs- oder
RSSI-Information aus, die als nächste
zu nur einer abgeleiteten Zeiteinstellungsinformation liegt. Dies
erlaubt eine effizientere Startphase eines mobilen Gerätes, das
in ein TDD-CDMA-System eintritt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Signalteil die Schutzdauer des Basisstationssignals. Jeder
Zeitschlitz des Funkrahmens hat eine fixierte Struktur mit einem
Datenblock, einem Mittelteil, einem zweiten Datenblock und einer
Schutzdauer. In der Schutzdauer, die eine vorbestimmte Länge aufweist
(z.B. 96 Chips der 2560 Chips, oder 0,667 μsek in jedem Zeitschlitz), liegt
kein Leistungssignal vor, was ein Erfassen dieser Schutzdauer erlaubt.
Da die Schutzdauer eine fixierte Position innerhalb jedes Zeitschlitzes
aufweist, und der Synchronisierungskanal eine fixierte Position
innerhalb jedes Rahmens aufweist, können der Rahmen und Zeitschlitz-Zeiteinstellungsinformation
von der Schutzdauer-Zeiteinstellungsinformation
abgeleitet oder berechnet werden. Dies erlaubt dann das Starten
der Synchronisierung des mobilen Gerätes, um zu einem optimalen Zeitpunkt
zu starten, wobei die Möglichkeit
einer falschen Anpassung des Synchronisierungscodes verringert wird.
Auch in dieser weiteren Ausführungsform
kann das Verfahren den weiteren Schritt zum Auswählen eines zu der stärksten Synchronisierungsanpassung
gehörenden
Kanals umfassen.
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Auch
können
weitere Zellenparameter auf der Grundlage der Zeiteinstellungsinformation
abgeleitet werden, siehe z.B. TS25.223 v 4.1.0 (Juni 2001), Kapitel
8.3 "Evaluation
of Synchronisierung Codes".
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Das
Verfahren kann weiterhin den folgenden Schritt umfassen zum Steuern
eines Zeiteinstellungsoszillators des mobilen Gerätes durch
Verwenden der abgeleiteten Zeiteinstellungsinformation. Dies erlaubt
das mobile Gerät
in dem TDD-CDMA-System in einer effizienteren und weniger zeitaufwendigen
Weise zu starten.
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Die
vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise in TDD-CDMA-Systemen verwendet
werden, wie etwa den UTRA-TDD-(UMTS, oder Universal Mobile Telecommunications
System, Terrestrial Radio Access)-System und/oder TD-SCDMA-(Time
Division Synchronous Code Division Multiple Access)-System, wie
dem Fachmann bekannt ist.
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In
einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
ein mobiles Gerät
zum Verwenden in einem CDMA-System,
wobei das mobile Gerät
eine Verarbeitungseinrichtung, eine Speichereinrichtung und eine
Transceiver-Einrichtung zum Empfangen und Übermitteln von CDMA-Signalen
umfasst, wobei die Speichereinrichtung und Transceivereinrichtung
mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, und die Verarbeitungseinrichtung
zum Durchführen
der Schritte des vorliegenden Verfahrens angeordnet ist.
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In
noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Software-Programmerzeugnis, das in ein Gerät ladbar
ist, das eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, wobei das Software-Programm
Anweisungen umfasst, die der Verarbeitungseinrichtung erlauben,
die Schritte des vorliegenden Verfahrens auszuführen. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auch auf einen Datenträger, wie etwa einem Aufzeichnungsmedium
oder einem Übertragungsmedium,
das das vorliegende Software-Programmerzeugnis aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detaillierter durch Verwenden einer
beispielhaften Ausführungsform
mit Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen diskutiert, in denen
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1 ein
Blockdiagramm eines mobilen Kommunikationssystems zeigt, in dem
die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
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2 das
physikalische Kanalsignalformat eines TDD-CDMA-Systems zeigt;
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3 eine
Diagrammansicht der Struktur eines einzelnen Zeitschlitzes zeigt,
wie in einem TDD-CDMA-System verwendet wird;
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4 das
Schema für
einen Synchronisierungskanal in einem TDD-CDMA-System zeigt;
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5 einen
Ausdruck einer empfangenen Signalstärke über eine Zeit für ein TDD-CDMA-Funksignal
zeigt.
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In 1 ist
ein allgemeines vereinfachtes Diagramm eines TDD-CDMA-Systems 10 für mobile Kommunikation
gezeigt. Eine Anzahl von Mobilstationen 12 (MS1 ... MSN)
oder ein mobiles Gerät
sind in der Lage mit einer Basisstation 11 mittels eines Funkfrequenzsignals 13 zu
kommunizieren. Das TDD-CDMA-System 10 verwendet
Code Division Multiple Access und Time Division Duplex, um Kanäle zu einem
der Kommunikationsverbindungen 13 zuzuweisen. Obwohl nur
eine Basisstation 11 in 1 gezeigt
ist, ist klar, dass in dem TDD-CDMA-System 10 eine große Anzahl
von Basisstationen 11 vorliegen kann, die jeweils ein gewisses
geographisches Einschließungsgebiet
oder eine Zelle aufweisen.
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2 zeigt
das physikalische Schichtkanalsignalstrukturformat des TDD-CDMA-Systems 10, d.h.,
die Struktur des Funkfrequenzsignals 13. Alle physikalischen
Kanäle
nehmen eine Drei-Schicht-Struktur hinsichtlich der Zeitschlitze 16, Funkrahmen 15 und
Systemrahmennummerierung (SFN) ein. Abhängig von der Ressourcenzuweisung werden
die Konfigurationen von Funkrahmen 15 oder Zeitschlitzen 16 unterschiedlich.
Der Funkrahmen 15 ist 10 msek lang und umfasst 15 Zeitschlitze 16 für das 3,84
Mcps-System, wie z.B. beschrieben in ETSI Publikation TS 125.221 "Universal Mobile
Telecommunications System (UMTS); Physical channels and mapping
of transport channels onto physical channels (TDD)", Juni 2001. Jeder
Zeitschlitz 16 ist 667 μsek
lang und umfasst 2560 Chips (oder Zeitdauern Tc)
und wird entweder aufwärtsverbindend
(von Mobilstation 12 zu Basisstation 11) oder
abwärtsverbindend
(von Basisstation 11 zu Mobilstation 12) verwendet.
Von jedem Rahmen 15 muss wenigstens ein Zeitschlitz 16 für die Abwärtsverbindung
zugewiesen werden und wenigstens ein Zeitschlitz 16 muss
für die
Aufwärtsverbindung
zugewiesen werden.
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Die
Zeitschlitze werden in der Bedeutung einer TDMA-Komponente verwendet zum Separieren verschiedener
Benutzersignale in der Zeitdomäne. Ein
physikalischer Kanal in TDD ist ein Burst, der in einem besonderen
Zeitschlitz 16 innerhalb zugewiesener Funkrahmen 15 übermittelt
wird. Die Zuweisung kann kontinuierlich sein, d.h., der Zeitschlitz 16 in
jedem Rahmen 15 wird dem physikalischen Kanal zugewiesen,
oder nicht kontinuierlich, d.h., nur der Zeitschlitz 16 wird
in einem Untersatz von allen Rahmen 15 zugewiesen.
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Die
allgemeine Struktur von jedem Zeitschlitz 16 ist in 3 gezeigt.
Alle Kanäle
benötigen eine
Schutzdauer GP 19 in jedem Zeitschlitz. Ein Burst in der
Kombination von zwei Datenblöcken 17, einem
Mittelteil 18 und einer Schutzdauer 19. Die Dauer
eines Bursts ist ein Zeitschlitz 16. Verschiedene Bursts
können
zur gleichen Zeit von einem Übermittler übermittelt
werden. In diesem Fall müssen
die Datenteile verschiedene Kanalisierungscodes, aber den gleichen
Verschlüsselungscode
verwenden. Die Mittelteile 18 sind entweder identische
oder verschiedene verschobene Versionen eines zellenspezifischen
Basismittelteilcodes. Der Datenteil 17 des Bursts ist mit
einer Kombination von Kanalisationscode und Verschlüsselungscode
gespreizt. Der Kanalisationscode ist ein orthogonalvariabler Spreizungsfaktor
(OVSF)-Code, der einen Spreizfaktor von 1, 2, 4, 8 oder 16 aufweisen
kann. Die Datenrate des physikalischen Kanals hängt von dem verwendeten Spreizfaktor
des verwendeten OVSF-Codes ab. Der Mittelteilbereich 18 des
Bursts kann verschiedene Typen von Mittelteilen enthalten: einen
Kurzen einer Länge
von 256 Chips oder einen Langen von 512 Chips. Die Datenrate des
physikalischen Kanals hängt
von der verwendeten Mittelteillänge
ab. Der Verschlüsselungscode
und der Basismittelteilcode werden gesendet und können innerhalb
einer Zelle oder Basisstation 11 konstant sein. Abhängig von
der Anwendung ist die Schutzdauer 19, z.B. 96 oder 192 Chips
lang.
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In
dem TDD-CDMA-System 10 weisen alle Basisstationen 11 eine
gemeinsame Zeitbasis auf, um eine Synchronisierung in dem TDD-System
zu halten. Eine Synchronisierung eines mobilen Gerätes 12 mit
den anderen Teilen des TDD-CDMA-Systems 10 wird durch Verwenden
eines Synchronisierungskanals 20 erreicht. Dieser Synchronisierungskanal 20 ist
in 4 gezeigt. Eine Moduscodegruppe einer Zelle kann
von dem Synchronisierungskanal 20 abgeleitet werden. Um
nicht die Aufwärtsverbindung/Abwärtsverbindungs-Unsymmetrie
zu begrenzen, ist der Synchronisierungskanal 20 in nur
einem oder zwei Abwärtsverbindungsschlitzen 16 pro
Rahmen 15 abgebildet. Der Synchronisierungskanal besteht
aus einer ersten Codefolge 21 und drei zweiten Codefolgen 22,
jeweils 256 Chips lang. Die ersten und zweiten Codefolgen sind vordefinierte
Codes.
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Während einer
Zellensuche werden eine Anzahl von Schritten durchgeführt, von
denen einer ein Synchronisierungsschritt ist. Andere Schritte schließen eine
Bestimmung des Abwärtsverbindungsverschlüsselungscodes
und des Basismittelteilcodes ein. Während des ersten Schritts der
Zellensuchprozedur verwendet die Mobilstation 12 den ersten
Synchronisierungscode 21 des Synchronisierungskanals, um
eine Zelle zu finden. Typischerweise wird dies durch Verwenden eines
angepassten Filters (nicht gezeigt) durchgeführt.
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Infolge
einer Mobil-zu-Mobil-Interferenz ist es eine Pflicht für öffentliche
TDD-CDMA-Systeme 10, eine Synchronisierung zwischen Basisstationen 11 zu
halten. Als eine Konsequenz dessen kann ein Kaperungseffekt betreffend
des Synchronisierungskanals 20 ansteigen. Ein Zeitversatz
toffset,n, der für jede Basisstation 11 verschieden
ausgewählt
wird, wird von dem Beginn des Synchronisierungskanalzeitschlitzes 20 gemessen,
Der Zeitversatz toffset,n ermöglicht dem
System 10 den Kaperungseffekt zu überwinden. Der Zeitversatz
toffset,n ist einer von 32 Werten, die von
der Codegruppe der Zelle n abhängen.
Man bemerke, dass der Zellenparameter von Rahmen zu Rahmen sich ändern wird,
aber die Zelle wird zu nur einer Codegruppe gehören und somit einen Zeitversatz
toffset,n ausweisen. Der genaue Wert für toffset,n ist gegeben durch:
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Somit
wird der Synchronisierungscode in dem ersten oder zweiten Datenteil
des Zeitschlitzes 16 angeordnet (Siehe 3).
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Als
ein Ergebnis wird die empfangene Funksignalleistung an der Mobilstation 12 eine
Ausbildungsform in dem Synchronisierungskanalteil eines empfangenen
TDD-CDMA-Rahmens 15 aufweisen. 5 zeigt
einen möglichen
Ausdruck der empfangenen Leistung (oder Received Signal Strength
Indicator RSSI) an der Mobilstation 12 über eine Zeit. Es kann gesehen
werden, dass in der Zeitdauer des in 5 gezeigten
Synchronisierungskanals 20 (der einmal oder zweimal in
jedem Rahmen 15 auftreten kann) eine Anzahl von Spitzen 23 auftreten,
die von verschiedenen Basisstationen 11 herrühren, die
ihre Synchronisierungscodes übermitteln.
Diese Spitzen haben gewisse Charakteristiken (Dauer von 256 Chips,
Intervalle von n mal 48 Chips), die es leicht machen diese Spitzen
zu erfassen. Die Mobilstation 12 kann mit einem speziellen
Schaltkreis oder Software bereitgestellt werden, um diese Spitzen
zu detektieren (z.B. mehr als 3 dB Signalunterschied und weniger
als 400 Chips breit). Wenn diese Spitzen einmal erfasst sind, kennt
die Mobilstation 12 die Zeiteinstellung des Synchronisierungskanals
(da dies ein periodisches Signal ist). Dann kann die Mobilstation 12 die
Synchronisierungscodesuche zu einer optimalen Zeit starten (z.B.
unmittelbar bevor eine Spitze auftritt), um die Möglichkeit
einer falschen Anpassung zu minimieren und die Suchprozedur zu optimieren
(schnellere Synchronisierung).
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Die
Mobilstation 12 kann auch schon in dieser Stufe angeordnet
sein, um eine Liste von RSSI-Spitzen 23 zu speichern und
die Basisstation 11 auswählen, die das stärkste Signal
bereitstellt, um die beste Qualität einer Verbindung 13 in der
Basisstation 11 zu erhalten.
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Zurückkehrend
zu 1 ist eine der Mobilstationen 12 detaillierter
gezeigt als eine beispielhafte Ausführungsform, mit einer Prozessoreinrichtung 7,
wie etwa einem Digitalprozessor, einem Signalprozessor oder dergleichen.
Der Prozessor 7 ist verbunden mit einem Display 5,
einer Speichereinrichtung 6 (wie etwa einem Zufallszugriffsspeicher
oder einem nicht-flüchtigen
Speicher), und einem Oszillator 8, der ein Taktsignal an
die Prozessoreinrichtung 8 bereitstellt. Die Prozessoreinrichtung 7 ist
angeordnet, um die oben beschriebenen Schritte in Bezug auf die vorliegende
Erfindung auszuführen
und eine Schnittstelle darzustellen mit einem Transceiver 9,
der mit der Antenne der Mobilstation 12 verbunden ist.
Die Mobilstation 12 oder ein Mobilgerät kann auch angeordnet sein,
um die Zeiteinstellungsinformation zu verwenden, die von dem empfangenen
Signal zum Steuern des Betriebs (und Synchronisierung) ihres eigenen
Zeiteinstellungsoszillators 8 erhalten wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können andere
periodische Signalteile verwendet werden, um die Rahmen-Zeiteinstellungsinformation
(oder besser Synchronisierungskanal-Zeiteinstellungsinformation)
zu erhalten, wie etwa der Schutzdauern jedes Zeitschlitzes 16 in
einem Rahmen 15. Dies erlaubt die vorliegende Erfindung
in mehreren verschiedenen TDD-CDMA-Systemen 10 zu verwenden,
wie etwa TDD-SCDMA-Systemen oder niederratige Standards von TDD-TDMA (wie etwa das 1,288
Mcps-System, beschrieben im oben erwähnten ETSI TS 125.221). Kombinieren
der Zeiteinstellungsinformation des Schutzraumes und des Synchronisierungskanals
stellt zusätzliches
Wissen der Rahmen-Zeiteinstellungen bereit, somit ist der Zeiteinstellungsversatz
bekannt, der auf einen begrenzten Bereich von Zellenparametern zeigt.
Dieses wird auch den Synchronisierungsprozess mehr beschleunigen.
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Für den Fachmann
ist deutlich, dass verschiedene Modifizierungen und Variationen
der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden können. Die
obige Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist nur als Klarstellung
und nicht zum Begrenzen des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung
gedacht, die durch die anhängigen
Ansprüche
definiert ist.
