时分双工无线通信系统中实现同步的方法 【技术领域】
本发明涉无线通信技术领域，尤其涉及一种时分双工无线通信系统中实现同步的方法。背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，有限的可用无线频谱已经无法满足呈指数增长的无线信息传输的需求。为此，人们对可以增加无线通信系统传输信息能力的新技术的需求也变得越来越迫切。应运而生的TDD(时分双工)技术便可以有效地解决其中的提高上下行非对称业务传输效率的问题，TDD传输技术是指对于上行和下行信息可在同一段频谱中分别占用不同的时间段进行传输，这就要求TDD无线通信系统的空中接口必须实现很好的下行同步和上行同步，否则将会造成系统内部的干扰，降低系统容量。
第三代无线通信的窄带TDD标准，即TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统子帧的时隙结构如图1所示，TD-SCDMA的子帧固定为5ms，图中标出了用于实现同步的三个特殊时隙对应地信道：DwPCH(下行导频信道)，GP(Guard Period，保护时段)，UpPCH(上行导频信道)；剩下的7个业务时隙全部为0.675ms长，可通过设置上下行切换点实现上下行业务时隙的灵活分配。
针对具有上述系统子帧的TD-SCDMA系统，目前采用如下的同步方法进行上、下行同步：
(1)UE(User Equipment，用户设备)开机，通过接收广播信道建立下行同步；
(2)下行同步建立后，便开始建立上行同步，上行同步的建立是通过UE发起的随机接入过程实现的：
下行同步建立后，UE尚不知道和基站(Node B)之间的距离，不能实现准确的上行同步，因此为减小对业务时隙的干扰，UE在UpPCH的时间段内发送最初的上行序列，即上行同步试探序列；基站检测到该序列后，估计出上行同步定时偏差，并通知UE，UE依据此值调整上行发射定时。具体做法是：UE根据所接收到的P-CCPCH(Primary Common ControlPhysical Channel，第一公共控制信道)和/或DwPCH的功率，估计由路径损耗引起的传播时延δtp，则UpPCH的发射时刻TTX-UpPCH为：
TTX-UpPCH＝TRX-DwPCH-2δtp+12*16TC
并且取1/8码片的整数倍，其中
TTX-UpPCH为按照UE侧定时，UpPCH发送的起始时刻；
TRX-DwPCH为按照UE侧定时，DwPCH接收的起始时刻；
2δtp是UpPCH的定时提前量；
12*16TC是DwPCH在帧结构中比UpPCH的时间提前量，参见图1，为192码片。
基站检测到该序列后，估计出上行同步定时偏差值UpPCHPOS，并在下行对应的信道上以1/8码片的精度、11比特的长度告知UE，UE接下来的上行发射依据此值进行调整。
(3)上行同步建立后，便是上行同步的维持过程，上行同步的维持由闭环定时控制获得。
基站对上行UE发射的中间导频进行定时估计，并在DPCH(DedicatedPhysical Channel专用物理信道)的SS(Synchronisation Shift同步偏移)字段向UE下发定时调整信令。
(4)当上行失步后，则回到(2)重新以开环方式建立上行同步。
TD-SCDMA的时隙结构示意图如图2所示。TD-SCDMA在每一个时隙内支持多个用户采用CDMA(码分多址)，也支持不同用户在多个时隙间的TDMA(时分多址)。图2所示的“信号数据”部分承载了某个用户的DPCH数据，“中间导频”部分对应于该用户的中间导频序列。因此中间导频必定是与DPCH信道相对应的。
TD-SCDMA中下行时隙结构中SS字段的位置如图3所示。TD-SCDMA技术规范规定该字段占用信号数据的位置，并紧随中间导频之后，因此SS符号占用的是DPCH信道上的一段资源。
由TD-SCDMA的同步维持过程和维持同步所需的上行中间导频及下行SS字段可知，维持上行同步的一个前提条件是：对于该UE，必须同时存在上行和下行的专用物理信道DPCH；上行DPCH对应的中间导频用于基站对信道时延的测量估计，下行DPCH信道上承载的SS信令用于指示终端的同步调整。
在目前的通信业务中，数据业务已经显示出了强烈的需求，并将占据主导地位。与通信系统中现有的语音业务相比，国际互联网浏览这样的数据业务存在如下不同的特点：具有突发性，且用户有“永远在线”的要求；是上下行非对称的；对延迟时间的要求没有语音业务那么严格等。因此，针对数据业务，为每个UE同时分配上行和下行的专用物理信道资源，大多情况下是对无线资源的浪费。另外，正在制定的一个HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行包接入技术)技术标准，通过采用基本恒定的发射功率，针对不同UE的无线传播信道条件，应用不同的编码调制方案实现系统频谱效率的提高，这种链路自适应技术要求尽量多的无线资源由多UE间共享、并根据各UE的信道条件比较而灵活调度分配的，而不是UE专用信道的形式。
因此，现有的同步维持技术方案由于同时要求上行和下行专用物理信道的存在，而不能很好的应用于分组数据业务在TDD系统中的优化实现。例如，当一个UE在若干帧中没有被分配到下行专用物理信道，就可能会由于失去了同步维持的资源，而由已经建立的同步状态累计转为失步状态。当基站可以为该UE提供服务时，它不得不重新进行同步建立过程，造成对随机接入资源的浪费。
综上所述，现有同步技术所要求的专用物理信道资源与数据业务所要求的信道共享、灵活调度之间的矛盾，使得通信系统为数据业务传输的优化难以实现。发明内容
本发明的目的是提供一种时分双工无线通信系统中实现同步的方法，利用下行公共导频信道实现在建立起上行同步后的上行同步维持，从而提供一种可以使无线通信系统中数据业务传输优化得以实现的上行同步方法。
本发明的目的是这样实现的：时分双工无线通信系统中实现同步的方法，包括：
a、用户设备通过接收基站发射的广播信道建立下行同步；
b、用户设备向基站发送信息，基站根据用户设备发来的信息，确定用户设备需要进行的上行发射定时调整量，并通知用户设备；
c、用户设备通过对无线通信系统中下行公共导频信道定时变化的测定，对上行发射时间进行调整，实现上行同步的维持。
所述的步骤a包括：
a1、基站进行各用户设备已知的数据序列的广播发射；
已知数据序列在帧结构中的位置固定，且在下行链路上周期性的持续出现；
a2、用户设备通过对已知数据序列的接收和处理及对下行广播信道的接收，建立下行同步。
所述的步骤b包括：
b1、用户设备根据下行接收信号功率估计路径损耗，并根据路径损耗估计路径时延；
b2、根据路径时延计算上行初始发射时刻，并发射上行探测序列；
b3、基站通过计算检测到的上行探测序列时刻和基站定时的偏差；
b4、将计算的偏差通过下行信道通知用户设备，进行上行发射定时调整，建立上行同步。
所述的步骤c包括：
c1、进入传输间隙时，用户设备通过每帧对下行公共导频信道的定时变化进行跟踪测量，并利用该定时变化对传输间隙前得到的上行发射时刻进行修正，修正结果累积；
传输间隙为用户设备建立上行同步后，各个没有为其分配专用无线资源的时间段；
c2、在需要进行上行发射时，将上述对传输间隙前得到的上行发射时刻进行修正累积的结果作为当前上行发射时间。
所述的步骤c1包括：
c11、记录传输间隙前得到的上行发射时间TTX-UL(0)；
c12、测量传输间隙时间段内的下行公共导频信道各帧的下行接收时间TRX-DL(i)；
i：传输间隙的帧号标识，1≤i≤传输间隙时间段内的帧数；
c13、依次计算下行公共导频信道相邻帧接收时间的改变量δRX-DL(i)，即δRX-DL(i)＝TRX-DL(i)-TRX-DL(i-1)，并实时计算下行导频的第i帧对应的当前上行发射时间TTX-UL(i)，TTX-UL(i)＝TTX-UL(i-1)-δRX-DL(i)。
所述的步骤c2包括：
c21、确定用户设备需要进行上行发射，并被分配了无线通信资源；
c22、将通过累积修正计算最终获得的当前上行发射时间TTX-UL(i)作为上行发射时间。
本发明提供的另一种时分双工无线通信系统中实现同步的方法，包括：
d、用户设备通过接收基站发射的广播信道建立下行同步；
e、用户设备向基站发送信息，基站根据用户设备发来的信息，确定用户设备需要进行的上行发射定时调整量，并通知用户设备；
f：判断用户设备是否被分配了专用无线资源；
g：如果用户设备被分配了专用无线资源，则用户设备通过利用专用无线资源与基站间通信进行上行同步的维持；
h：如果用户设备没有被分配专用无线资源，则通过对无线通信系统中下行公共导频信道定时变化的测定，对上行发射时间进行调整，实现上行同步的维持。
所述的步骤g包括：
g1、用户设备利用分配的专用无线资源向基站发射上行导频信息；
g2、基站通过对上行导频信息的接收和处理计算出上行同步偏差；
g3、将该上行同步偏差通过该用户设备的下行专用无线资源通知用户设备；
g4、用户设备根据接收的上行同步偏差量进行定时调整，实现上行同步的维持。
所述的专用无线资源上传输的内容为针对该单个用户设备的。
由上述技术方案可以看出，本发明技术方案运用了时分双工无线通信系统中上下行共用同一频段，上行与下行的路径延迟时间相同的特性，不再根据UE上传中间导频、基站下发定时调整信令的闭环方式维持上行同步，而是通过UE处理下行公共导频信号，根据下行公共导频的定时变化，自行作出定时调整，且调整效果一直累积。当UE有上行发送需求时，可根据已知的上下行定时关系和当前的下行定时调整量的累积值，调整相应的上行发射定时。
因此，本发明可以在UE得不到连续分配的可以用于闭环定时调整的专用物理信道的情况下，随时保持上行同步关系，及时恢复上行传输。与现有的TD-SCDMA同步维持方案相比，本发明具有以下优点：增加了一种同步维持方法，该方法比现有的闭环同步维持实现简单可靠；不依赖于额外分配的专用物理信道资源的分配，仅需公共资源即可实现同步维持，比现有同步方案节省资源，适应性强；尤其适用于专门为数据业务传输优化的TDD系统。附图说明
图1为TD-SCDMA系统的时隙结构示意图A；
图2为TD-SCDMA系统的时隙结构示意图B；
图3为TD-SCDMA系统的时隙结构示意图C；
图4为本发明的具体实施流程图。具体实施方式
本发明提供了一种时分双工无线通信系统中的空中接口物理层同步方法，其具体实现过程如图4所示：
步骤1：对于TDD系统，获得下行同步是上行同步的前提。
在TDD系统中，下行链路一定存在一些接收端已知的数据序列的广播发射，这些已知序列在帧结构中的位置固定，内容不针对某个或某几个UE而是为各UE所共知，并且在下行链路上周期性的持续出现。本发明中将这些已知序列称为下行公共导频。UE通过首先对公共导频的接收和处理，进而对下行广播信道的接收，获得可靠的下行同步。
这一步骤与目前TD-SCDMA系统实现下行同步的原理过程相同。
步骤2：获得下行同步后，便可以以开环方式建立上行同步。
UE根据下行接收信号功率，通过估计路径损耗来估计路径时延，并采用估计的路径时延计算上行初始发射时刻，发射上行探测序列。基站检测到该上行探测序列，通过计算接收到探测序列的时刻和基站本身定时的偏差，在下行对应的信道告知UE应当进行的上行发射定时调整。这时候，不论接下来上行是否有数据发射，UE都已经获知了当前与基站的上行准确定时。
这一步骤与目前TD-SCDMA系统实现上行同步的原理过程相同。
建立了上、下行同步之后，便是上行同步的维持过程，上行同步的维持可根据不同情况有两种处理方法。
步骤3：判断是否为用户设备分配了专用无线资源，如果是，则执行步骤4，采用闭环同步维持方式，否则，执行步骤8，采用半盲同步维持方式；
其中，闭环同步维持与TD-SCDMA系统现有技术的上行同步维持原理相同；半盲同步维持是本发明提出的基于TDD系统的新的上行同步维持方法。
步骤4：确定UE需要进行上行数据发射，并且被分配了专用无线资源；UE占用该部分无线资源发射上行数据时，将一部分资源用作基站未知的信息数据的发射；另一部分资源用作基站已知其在帧结构中的位置和内容的数据序列的发射，该已知数据序列称为上行导频；
所述的专用无线资源，是指该无线资源上传输的内容是针对单个UE的，而不是由多个UE共享；
步骤5：基站通过对上行导频的接收和处理，计算得到上行同步偏差；
步骤6：将偏差通过该UE的下行专用无线资源通知给该UE；
步骤7：UE根据所收到的同步偏差量进行上行发射时间的定时调整，以实现上行同步的维持。
步骤8：确定UE没有被分配到专用无线资源，进入传输间隙时间段；
传输间隙时间段为：根据步骤2开环同步的结果，UE已经建立了上行同步，但是由于没有被分配专用无线资源而不能持续进行上行导频发送或下行同步偏差通知；
步骤9：传输间隙期间，UE通过每帧对下行公共导频信道的定时变化进行跟踪测量，并对这种下行定时变化累积；该步骤用公式表示如下：
TTX-UL(i)＝TTX-UL(i-1)-δRX-DL(i)其中，
δRX-DL(i)＝TRX-DL(i)-TRX-DL(i-1)为改变量，当改变量为延迟量时δRX-DL(i)为正值，当改变量为提前量时δRX-DL(i)为负值；
TRX-DL(0)为进入传输间隙的前一帧得到的上行基准发射时刻；
i：传输间隙的帧号标识，1≤i≤传输间隙中的帧数；
TRX-DL(i)：第i帧得到的下行公共导频接收得到的下行接收定时参考时刻
步骤10：用户设备需要进行上行数据发射时，将此累积效果用于对进入传输间隙前已得到的上行发射时刻的修正，得到当前上行发射时间；
因为，上行同步建立后，相同时间段内，对下行公共导频的接收得到的定时提前量就是上行发射的定时延迟量，反之亦然；所以在缺乏闭环维持的条件下，同样可以实现上行同步的维持。
同步维持过程中如果检测到上行失步时，则重新回到步骤2的上行同步建立过程。
本发明方案所述的半盲同步维持，不但可以用于缺乏上下行专用无线资源的情况，对上下行专用无线资源都具备的情况下，也能适用，即可替代现有闭环同步维持方法，以节省部分对上行中间导频的处理，及定时偏移信令的发射。另外，UE由传输间隙状态转为重新获得专用无线资源的状态，则可以继续采用闭环同步维持方式，对半盲维持期间的定时结果进行校正。