專利名稱：在移動通信環(huán)境中獲得小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線電信領(lǐng)域，特別涉及用于移動通信終端捕獲和同步小占空因數(shù)信標(biāo)信號的方法和裝置。
移動的無線電系統(tǒng)基站比如用于寬域蜂窩電話系統(tǒng)或者用于室內(nèi)的無繩電話的基站，在信標(biāo)或者控制通道上傳送一個固定頻率控制信號。信標(biāo)信道用于下列目的(1)它為移動終端提供時間，頻率和信號功率基準(zhǔn)；(2)它提供網(wǎng)絡(luò)廣播信息；和(3)它用于便于接入控制。對于將一個移動終端鎖定到用于它們之間通信的一個固定基站信道而言，該信標(biāo)信道的基準(zhǔn)功能(reference function)是特別重要的。
典型地，當(dāng)移動終端首先打開時，它無有關(guān)任何無線電基站的頻率或者定時的先有知識的情況下進(jìn)行加電。因此，要求該移動終端搜索用于該終端能鎖定到的適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)信號模式的頻率和時間。在先的模擬通信系統(tǒng)中，在加電時這些時間和頻率不確定，是從該基站傳送一個連續(xù)波(CW)載波來分離開的。移動終端能夠從該等幅波信號導(dǎo)出一個頻率基準(zhǔn)。當(dāng)前，在更高級數(shù)字無線電系統(tǒng)中，比如歐洲的全球移動通信系統(tǒng)(GSM)，日本的個人數(shù)字通信(PDC)系統(tǒng)，在北美的高級數(shù)字移動電話系統(tǒng)(D-AMPS)，數(shù)字的歐洲無繩電話(DECT)系統(tǒng)，和新的個人通信系統(tǒng)(PCS)，定時和頻率基準(zhǔn)信號組合在單個基準(zhǔn)突發(fā)中，周期性地在單個載波頻率上廣播。移動終端必須在時間和頻率兩者中找到這個突發(fā)，以便與它同步(鎖定)。
通常，在現(xiàn)有的數(shù)字系統(tǒng)中使用兩個技術(shù)以捕獲基準(zhǔn)突發(fā)并與它同步。利用第一技術(shù)，移動終端使用多個聯(lián)機(jī)相關(guān)器連續(xù)地為固定引用模式而搜索收到的信號。各個相關(guān)器用于以不同的頻率偏移進(jìn)行搜索。利用第二技術(shù)，移動終端取樣收到信號的合理的部分，然后脫機(jī)處理樣值數(shù)據(jù)，以便以不同的頻率偏移尋找固定的引用模式。
上述第一捕捉技術(shù)在技術(shù)上是簡捷的，但是存在大的頻率不確定性的情況下，它要求相當(dāng)數(shù)量的硬件實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭褂玫母鱾€相關(guān)器可能僅僅覆蓋有限的頻率不確定范圍。另外，第一技術(shù)是相對地不靈活的，因?yàn)椴徽摵螘r使用一個新的基站基準(zhǔn)信號時，它需要改變在該終端的主要硬件。
第二捕獲技術(shù)比第一技術(shù)更加靈活，主要地因?yàn)榈诙夹g(shù)可以以軟件實(shí)現(xiàn)。因此，一旦終端取樣收到的信號，在該終端的數(shù)字處理器可以在存儲器中儲存樣值和在相對地大的時間和頻率窗口測試它們。然而，第二技術(shù)該降低基準(zhǔn)信號的占空度意義上仍然是有限的，信號抽樣時間延長了。加長抽樣時間對終端硬件提出了更大的存儲和處理要求。即，對于適度地快的信號捕獲時間，取樣的數(shù)據(jù)應(yīng)該包括至少一個完整的基準(zhǔn)突發(fā)。為了保證取樣完整的基準(zhǔn)突發(fā)，取樣信號的持續(xù)時間應(yīng)該比兩個連續(xù)的基準(zhǔn)突發(fā)之間的時段加上該基準(zhǔn)突發(fā)本身的時段更長。
美國專利5,428,668和5,535,259描述近來開發(fā)的適合于與蜂窩移動電話一起使用的專用無線電系統(tǒng)。從專用無線電系統(tǒng)的基站傳送的基準(zhǔn)信號有非常小的占空因數(shù)和可以有一個非常大的頻率不確定。因此，相當(dāng)大量的數(shù)據(jù)可以在連續(xù)的基準(zhǔn)突發(fā)之間的相對地長的期間被取樣。在這方面，現(xiàn)有的終端存儲器和處理約束使得現(xiàn)有的時間和頻率同步技術(shù)是難以置信的。
本發(fā)明的一個目的是使移動終端能用有限的存儲容量捕獲一個小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號。
本發(fā)明的又一個目的是使移動終端能脫機(jī)和在大的頻率范圍中捕獲小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的上述和其它目的通過用于以頻率和時間兩者捕獲小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的移動終端的一種方法和裝置實(shí)現(xiàn)，脫機(jī)進(jìn)行在大頻率范圍中交替地取樣和處理信號數(shù)據(jù)的操作，但是取樣的數(shù)量仍然足夠小，足夠儲存在終端的存儲器中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的上述和其它目的通過用于在頻率和時間中獲得小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的移動終端的一種方法和裝置實(shí)現(xiàn)，以在大頻率范圍內(nèi)交替地取樣和處理信號數(shù)據(jù)的脫機(jī)操作，其中取樣和處理周期選定得使在脫機(jī)期間不會丟失一個以上的基準(zhǔn)突發(fā)。
當(dāng)結(jié)合附圖參閱下列詳細(xì)的描述后，將更完整的理解本發(fā)明的方法和裝置，其中

圖1是說明在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍里專用無線電歸屬基站操作的例子的最高級的概略的方框圖；圖2是說明在GSM廣播信道傳送的超幀順序的圖；圖3是說明在GSM移動終端中使用的典型的高占空因數(shù)FCCH和SCH捕順序的圖；圖4是可用于說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例在移動終端獲得小占空因數(shù)信標(biāo)信號的一種方法的圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例由專用無線電系統(tǒng)基站傳送的小占空因數(shù)基準(zhǔn)信標(biāo)如何通過蜂窩移動終端捕獲的圖；和圖6是說明有關(guān)圖5描述的參數(shù)K,N1和N2的值的例子的表。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例和它的優(yōu)點(diǎn)通過參閱圖1-6將更好理解相似的數(shù)字被用于各個圖的相似的和對應(yīng)的部分。
圖1是說明在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍中操作的專用無線電″歸屬基站″(HBS)的例子的最高級的概略方框圖。表示一個專用無線電系統(tǒng)HBS 10，它定義相對小的覆蓋范圍20。位于覆蓋范圍20內(nèi)部的蜂窩移動終端30通過空中接口鏈接到HBS10。移動終端30如果位于HBS覆蓋范圍20的外部，則與HBS 10一起操作，但是在覆蓋范圍50內(nèi)，則移動終端30將與基站60以蜂窩模式操作。HBS 10經(jīng)有線連接到PSTN 40。移動終端30和HBS 10是位于相對地大蜂窩狀的覆蓋范圍50內(nèi)，它由基站60定義?；?0包括一個發(fā)射機(jī)/接收機(jī)部分，并且是公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)(PLMN)70的一個成分。在這個說明的例子中，假定PLMN 70是GSM。專用無線電HBS和在無繩模型操作的蜂窩移動電話機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作詳細(xì)地在美國專利5,428,668和5,535,259中描述。
通常，從無線電基站的基準(zhǔn)信號廣播形成移動網(wǎng)絡(luò)的骨干?；鶞?zhǔn)信號給移動終端提供時間和頻率基準(zhǔn)以便與最后用于該終端訪問該網(wǎng)絡(luò)的一個裝置同步或者鎖定到改裝置。數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)比如GSM,PDC,D-AMPS,DECT和PCS，它們是時分多址(TDMA)系統(tǒng)，周期性地廣播基準(zhǔn)信號作為固定信息的突發(fā)。這個基準(zhǔn)突發(fā)是在單個載波頻率上傳送，和形成用于該終端鎖定的基準(zhǔn)信標(biāo)。在下文，使用GSM作為說明的例子，以便幫助描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不只是限制為GSM。利用用于同步的脈沖的信標(biāo)傳輸?shù)娜魏螣o線電系統(tǒng)都可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在GSM中，基站(例如基站60)的基站頻率校正信道(FCCH)廣播用于提供精細(xì)的頻率同步和用于移動終端(例如移動終端30)的粗略時間同步的信標(biāo)?；臼怯糜谠摻K端的同步信道(SCH)廣播信標(biāo)。圖2是說明在GSM廣播信道(BCH)中傳送的超幀順序的圖。如圖所示，每10個TDMA幀出現(xiàn)該FCCH和SCH突發(fā)，由四個廣播控制信道(BCCH)幀和四個公用控制器信道(CCCH)幀分開。在每個超幀順序的末尾傳送一次空閑幀。
當(dāng)移動終端(30)加電時，它(使用內(nèi)部的處理器)開始尋找FCCH突發(fā)。一旦該終端找到FCCH，它能作粗略的時間和頻率同步。在此之后，可以快速找到SCH突發(fā)并且由該終端用于精細(xì)時間和頻率同步。
可以使用許多的知道技術(shù)的任何技術(shù)找到FCCH突發(fā)。例如，GSM使用高斯的最小移位鍵控(GMSK)調(diào)制方法。因此，由于FCCH突發(fā)僅僅包括零，它產(chǎn)生一個恒定的相位斜坡，在移動終端收到GMSK調(diào)制信號中可以容易地檢測到。移動終端利用檢測FCCH作為粗略時間和頻率基準(zhǔn)?；谠揊CCH的幀位置，移動終端可以確定SCH位于收到信號的位置(例如，其次的TDMA幀位置)。圖3是說明在GSM移動終端中使用的典型的大占空因數(shù)FCCH和SCH獲得順序的圖。顯然在GSM中，兩個連續(xù)的FCCH信標(biāo)之間的距離是10 TDMA幀，除了在一個超幀中的最后的FCCH突發(fā)和下一個超幀中的第一FCCH突發(fā)之間之外，在這種情況下，距離是11 TDMA幀(由于額外空閑幀的存在)。
蜂窩系統(tǒng)中的基準(zhǔn)源相對地精確(例如在GSM基站中基準(zhǔn)精密度好于0.05ppm)，由于移動終端中使用不準(zhǔn)確的晶體，在基站和移動終端之間產(chǎn)生最大的相對偏移量大約+25ppm(考慮整個溫度范圍)。然而，為了費(fèi)用有效性，在專用基站使用的晶體的精密度比蜂窩基站中使用的晶體的精密度低得多。典型地，專用基站使用的晶體的精密度類似于在移動終端的精密度。這導(dǎo)致在專用基站和移動終端之間最大的相對偏移量+50ppm(最壞情況)。因此，在移動終端和專用基站之間頻率不確定是在移動終端和蜂窩基站之間頻率不確定的兩倍大。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例在移動終端獲得小占空因數(shù)信標(biāo)信號的一種方法的圖。圖4中表示由與GSM兼容的示例的專用無線電系統(tǒng)基站傳送的信標(biāo)信道。這樣的小占空因數(shù)信標(biāo)信道的詳細(xì)描述在普通轉(zhuǎn)讓的未審查的美國專利申請序列號(代理人文件號27951-00102)中敘述，由于在兩個連續(xù)的FCCH信標(biāo)之間的時間周期相對地長(例如52 TDMA幀對GSM中的10 TDMA幀)，常規(guī)的脫機(jī)捕獲技術(shù)是不可行的，因?yàn)榇罅康臄?shù)據(jù)必須由用于這樣的長時間期間的移動終端取樣，和該終端必須分析大量脫機(jī)數(shù)據(jù)。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例由專用無線電系統(tǒng)基站傳送的小占空因數(shù)基準(zhǔn)信標(biāo)如何可以由蜂窩移動終端捕獲的圖。在這個實(shí)施例中，專用系統(tǒng)的信標(biāo)信道與GSM空中接口協(xié)議兼容。本質(zhì)上，在基準(zhǔn)信標(biāo)捕獲期間，和在適當(dāng)?shù)能浖闹湎驴刂葡?，移動終端(例如終端30)交替地掃描專用無線電信標(biāo)頻譜和處理收到的信號直到找到基準(zhǔn)信標(biāo)為止。在各個掃描期間，僅僅允許有限數(shù)量的取樣時間，以便保持該取樣數(shù)據(jù)的易管理(例如在存儲空間要求內(nèi))。處理時間選擇為足夠長，以便該終端完成取樣數(shù)據(jù)的任何要求的(軟件)分析。
在處理期間，沒有新的數(shù)據(jù)可以被取樣和收到，由于在足夠存儲區(qū)再次可用于接收該新的數(shù)據(jù)之前必須處理老數(shù)據(jù)。因此，在該處理期間可能丟失一個傳送的基準(zhǔn)突發(fā)。然而，選擇掃描時間和處理時間，以致如果在該處理期間可能丟失一個傳送的基準(zhǔn)突發(fā)，將找到下一個連續(xù)的基準(zhǔn)突發(fā)。因此，在加電時，該終端至少可以捕獲由專用基站傳送的第二連續(xù)的信標(biāo)基準(zhǔn)并且與它同步。更可取地，使得終端的處理時間盡可能短，將丟失傳送信標(biāo)的可能性減到最少。
特別地，參見圖5所示的說明的例子，專用基站(例如基站10)傳送在FCCH/SCH對之間具有2*26 TDMA幀的間隔的信標(biāo)。該移動終端(例如終端30)取樣第一預(yù)定時間N1的信標(biāo)信道頻率。然后終端處理并且分析第二預(yù)定時間N2的取樣的數(shù)據(jù)。如果在兩個連續(xù)的信標(biāo)之間的時間(間隔)是P TDMA幀，并且信標(biāo)(FCCH或者SCH)可能是在TDMA幀的任何時隙位置，則下列條件(A,B)應(yīng)該同時地滿足，使得該終端避免丟失連續(xù)的信標(biāo)A:K*N1+(K-1)*N2≥P+1
BK*N2+(K-1)*N1≤P-1式中參數(shù)K,N1,N2并且P是整數(shù)，并且K是在一個信標(biāo)間隔內(nèi)型碼掃描/處理周期的數(shù)量。例如，在普通轉(zhuǎn)讓的未審查的美國專利申請序列號(代理人文件號27951-00102)中描述的信標(biāo)結(jié)構(gòu)，P等于52。
圖6是說明上面有關(guān)圖5描述的為K,N1和N2選擇的值的例子的表，因此可以同時地滿足條件A和B。例如，在該表頂上第二列中，表示參數(shù)N1(11)的值代表掃描長度，它接近于在GSM中使用的值。因此，為了GSM移動終端獲得由專用無線電基站傳送的信標(biāo)，(例如在圖5中表示的)，該終端可以掃描和取樣11個連續(xù)的TDMA幀(N1)的信標(biāo)頻率，和在4個連續(xù)的TDMA幀(N2)期間處理取樣的數(shù)據(jù)。如果在處理周期期間一個信標(biāo)到達(dá)該終端并且被丟失，通過滿足以上所述條件(A,B)，該終端將找到到達(dá)的下一個連續(xù)的信標(biāo)。
雖然在附圖中并且在上面的詳細(xì)描述中已經(jīng)說明了本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選的實(shí)施例，必須懂得，本發(fā)明不限制為所公開的實(shí)施例，在不偏離由所附權(quán)利要求書提出和定義的本發(fā)明的精神下能夠有很多的重新安排，修改和代替。
權(quán)利要求
1．一種使通信終端在大頻率范圍內(nèi)能捕獲小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的方法，包括步驟接收多個基準(zhǔn)信號頻率；第一預(yù)定時段取樣所說多個基準(zhǔn)信號頻率；和第二預(yù)定時段脫機(jī)處理所說多個基準(zhǔn)信號頻率的所說取樣，所說第一預(yù)定時段與所說終端的存儲設(shè)備的容量相關(guān)和所說第二預(yù)定時段與分析時間相關(guān)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說第一預(yù)定時段等于11 TDMA幀。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所說第二預(yù)定時段等于4 TDMA幀。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說移動通信終端包括一個GSM移動終端。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從專用無線電系統(tǒng)基站發(fā)送的一個信標(biāo)基準(zhǔn)信號。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括一個頻率校正信道。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括一個同步信道。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從所說專用無線電系統(tǒng)基站傳送的頻率校正信道。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從所說專用無線電系統(tǒng)基站傳送的一個同步信道。
10．由移動通信終端用于捕獲具有周期P的一個小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的方法，包括步驟第一預(yù)定時段N1掃描基準(zhǔn)信號頻帶；第二預(yù)定時段N2處理在所說第一預(yù)定時段捕獲的信息；和在所說周期P期間重復(fù)各個所說掃描和處理步驟K次，因此同時地滿足兩個條件K*N1+(K-1)*N2≥P+1；和K*2+(K-1)*N1≤P-1。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說第一預(yù)定時段等于11TDMA幀。
12．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說第二預(yù)定時段等于4 TDMA幀。
13．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說移動通信終端包括一個GSM移動終端。
14．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說移動通信終端包括一個PDC移動終端。
15．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說移動通信終端包括一個D-AMPS移動終端。
16．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說移動通信終端包括一個PCS移動終端。
17．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說移動通信終端包括一個DECT移動終端。
18．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從專用無線電系統(tǒng)基站發(fā)送的一個信標(biāo)基準(zhǔn)信號。
19．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括一個頻率校正信道。
20．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括一個同步信道。
21．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從所說專用無線電系統(tǒng)基站傳送的一個頻率校正信道。
22．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從所說專用無線電系統(tǒng)基站傳送的一個同步信道。
23．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說周期P等于52 TDMA幀。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中K等于4。
25．用于獲得具有一個周期P的小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號的移動通信終端，包括掃描裝置，在第一預(yù)定時段N1掃描基準(zhǔn)信號的頻段；處理裝置，在第二預(yù)定時段N2處理在所說第一預(yù)定時段獲得的信息；和在所說周期P期間重復(fù)各個所說掃描和處理步驟K次，因此同時地滿足兩個條件K*N1+(K-1)*N2≥P+1；和K*N2+(K-1)*N1≤P-1。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的移動通信終端，還包括一個GSM移動通信終端。
27．根據(jù)權(quán)利要求25的移動通信終端，其中所說小占空因數(shù)基準(zhǔn)信號包括從專用無線電系統(tǒng)基站傳送的一個信標(biāo)信號。
全文摘要
提供一種方法,從而一個移動的蜂窩終端(30)能獲得和鎖定在從專用無線電系統(tǒng)基站(10)傳送的小占空因數(shù)基準(zhǔn)信標(biāo)。終端(30)交替地掃描專用無線電信標(biāo)頻譜(在大頻率范圍內(nèi))和脫機(jī)處理該接收的信號,直到找到該基準(zhǔn)信標(biāo)。在各個掃描期間,僅僅允許有限的數(shù)量的取樣時間,以便保持取樣數(shù)據(jù)的數(shù)量可管理。選擇該處理時間使得用于該終端(30)完成取樣數(shù)據(jù)的任何需要的(軟件)分析足夠長。因此,即使該終端(30)丟失在處理期間到達(dá)的一個基準(zhǔn)信標(biāo),將找到下一個連續(xù)的基準(zhǔn)信標(biāo)。
文檔編號H04B1/16GK1234157SQ9719899
公開日1999年11月3日 申請日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月30日
發(fā)明者J·C·哈特森 申請人:艾利森電話股份有限公司