检测至少一个广播信道的方法 和所属的无线通信系统 【技术领域】
本发明涉及一种检测至少一个广播信道的方法，其中，在许多时间相继的时隙内，由至少一个基站利用或不利用分集模式并通过至少一个空气接口将所述的广播信道发送给无线通信系统的至少一个用户设备。背景技术
在譬如遵循GSM(＝全球移动通信系统)或UMTS(＝通用移动电信系统)标准的蜂窝结构式无线通信系统中，各用户设备在其当前所停留的无线小区内是借助那儿负责的基站并通过至少一个所谓的广播信道来传输与系统有关的信息的。这种与系统有关的信息譬如可以是无线小区特有的信息，以便譬如用来对各用户设备、尤其是对移动无线终端进行功率调节，这些信息也可以是所述用户设备在当前所停留的无线小区内可以使用的CDMA(码分多址)码的有关信息。也就是说，这种广播信道通常被用来“从空中”、也即通过至少一个空气接口将所述小区特有的信息从基站传输给所有停留在其无线小区内的用户设备。为了确保毫无问题地传输参数，以便在各基站与其小区内的用户设备之间从该基站向各用户设备建立最佳的无线连接，该无线小区内的所有用户设备至少是不断地监听所述至少一个空气接口的所述至少一个广播信道。发明内容
本发明基于地任务在于揭示如下一种方法，即怎样让无线小区内的各用户设备以简单而又可靠的方式接收由相应负责的基站所发射的广播信道信息。对于本文开头所述类型的方法，该任务通过如下方式来解决，即在所述基站的分集模式下通过划分成至少两个群来为所述广播信道的信号执行块-STTD-编码，使得针对所述的第二群采用一种不同于所述第一群的CDMA编码，由此在分集模式下产生一些在统计上广泛独立的广播发射信号。
由此可以在当前所停留的无线小区内为各用户设备毫无问题地检测各个广播信道。从而使各用户设备能够以更可靠的方式接收广播信道信息，尤其是接收譬如被用来对各用户设备进行功率调节的无线小区特有的信息，以及接收可用的CDMA码、小区标识、用户标识等等。因此，在各用户设备和基站之间，总是能在用户设备当前所停留的无线小区内充分地确保一个完好的无线连接。
另外，本发明还涉及一种用于发出一个或多个广播信道的分集模式信令的方法，其中，在许多时间相继的时隙内，由至少一个基站利用或不利用分集发射并通过至少一个空气接口将所述的广播信道传输给无线通信系统的至少一个用户设备，其特征在于：在各基站内，给那个对各基站的分集模式工作进行标识的主同步脉冲串另外再施加一个特征因子。
本发明另外还涉及一种无线通信系统，它被构造用来执行本发明的方法之一。
本发明的其它扩展方案由从属权利要求给出。附图说明
下面借助附图来详细阐述本发明及其扩展方案。其中：
图1用简图示出了尤其在用于实施本发明第一方案的3.84Mcps-TDD-UMTS无线通信系统中，在基站和用户设备之间的空气接口上传输信号时的帧的同步信道结构，
图2用简图示出了图1所示无线通信系统的基站的所谓块-STTD(空间时间发射分集)-方法的结构，由所述的基站以分集模式把消息/数据信号传输给其无线小区内的用户设备，
图3用简图示出了图1所示无线通信系统的空气接口的广播信道所采用的脉冲串时间结构，以及
图4用简图示出了在图1所示无线通信系统的基站和其无线小区内的用户设备之间的空气接口上的时帧结构。
在图1～4中，具有相同功能和作用方式的单元分别设有相同的参考符号。具体实施方式
图4用示意和简化的图示描绘了针对蜂窝式无线通信系统MCS、并通过空气接口FU在基站BS1和其无线小区内的用户设备UE1之间进行无线传输时的时帧结构(同时参见图1)。在此，用户设备UE1代表了同时停留在基站BS1的相同无线小区内的许多用户设备。在此处图1所示的实施例中，为清楚起见而没有画出多个用户设备。除了所述的基站BS1之外，所述的无线通信系统MCS依照其蜂窝式划分还具有许多其它的基站，利用这些基站的无线小区可以足够完整地覆盖一个预定的服务区。为清楚起见，这些其它的基站在图1的实施例中同样也没有画出来。优选地，每个无线小区的各基站由至少一个无线发射机和至少一个无线接收机构成。它优选地具有至少一个发射天线和/或接收天线。除了向无线通信系统MCS的用户设备提供无线连接的功能之外，各基站还负责向可能存在的固定网传输数据/消息。
优选地装设移动无线电话、尤其是所谓的手机或蜂窝电话来作为用户设备。此外，还可以装设其它的消息和/或数据传输设备来作为用户设备，并由其构成所述无线通信网的部件，其中所述的数据传输设备譬如为因特网终端设备、计算机、电话设备、笔记本、传真设备等等，它们具有“通过空气”、也即通过至少一个空气接口进行通信的所属无线单元。所述的用户设备尤其被移动或便携地停留在无线网内的不同位置，但在那儿有时也可以是静止的，也就是说被位置固定地放置。
在蜂窝式无线通信系统MCS中，诸如消息和/或数据信号等无线信号优选地按照时分复用多路接入传输方法、并通过至少一个预定义的空气接口FU而在譬如尤其为移动无线设备UE1的用户设备和譬如为BS1的至少一个基站之间传输。这在图4中是用如下方式表示的，即在基站BS1和用户设备UE1之间另外还为经空气接口FU的信号传输画出了一个时帧结构，该时帧结构被划分成许多相继的时隙(也参见图1的相应图示)。所述的无线通信系统MCS优选地按照UMTS标准(通用移动通信系统)进行构造。在这种遵照UMTS标准的无线通信系统中，对于尤其为移动无线设备的各用户设备和至少一个基站之间的至少一个空气接口，其无线信号在所述无线通信系统的至少一个无线小区内尤其是按照组合式TDMA-CDMA多路接入传输方法(TDMA＝时分多址；CDMA＝码分多址)进行传输的。在此，当通过各用户设备与所属的各基站之间(或反方向)的空气接口进行无线传输时，所述的无线信号在时间上被划分为许多相继的、预定时延和预定帧结构的时隙。通过组合成时分复用划分，在相同无线小区内同时与那儿的基站产生通信的多个用户有利地利用正交码、并尤其根据CDMA(码分多址)原理而在其消息/数据通信方面相互进行分离。所述的无线通信系统尤其以所谓的TDD(时分双工)模式进行工作。在TDD模式下，在上行链路和下行链路方向中(上行链路＝从各移动无线设备到所属基站的信号传输；下行链路＝从所属的各基站到移动无线设备的信号传输)通过借助时分复用方法相应独立地分配时隙来实现分开的信号传输。对此，在各用户设备和所属的各基站之间的上行链路和下行链路方向中只采用单个的载频来进行信号传输。
对于UMTS标准的进一步发展，TDD模式的3.84Mcps(＝兆码片)方案在将来是非常有意义的。在当前被称为发行(Release)99(标准06/2000)的UMTS标准中，为所谓的FDD(频分双工)模式和3.84Mcps的TDD模式规定了不同的分集方法。其详细说明尤其可参见如下规范，它们分别是3G TS 25.221：物理信道以及传输信道至物理信道的映射(TDD)，发行1999，第3.3.0(2000-06)版；3G TS 25.224：物理层过程(TDD)，发行1999，第3.3.0(2000-06)版；3G TS 25.211：物理信道以及传输信道至物理信道的映射(FDD)，发行1999，第3.3.0(2000-06)版。
分集可以理解成传输相同发射信号的在统计上独立的多个副本。分集方法被应用到诸如UMTS等第三代移动无线系统中，以便以衰落的形式最小化移动无线信道的干扰作用。在典型的移动无线环境中，在由地点固定的基站(譬如BS1，在下文被称作B节点)和移动台(手机或其类似物，在下文被称作用户设备UE)组成的下行链路方向内，所述B节点的发射信号通过不同的通道、并以不同的传播时间和衰减作用而达到所述的用户设备UE1(参见图1～4)。也就是说，接收信号由许多成分组成，它们的幅度、传播时间和相位表现为随机性。同时，各个信号可以建设性(信号放大)或破坏性(信号衰减)地叠加。这将会沿着各用户设备所历经的通路而导致强烈变化的接收场强。所述的信号衰减效应也被称作衰落。
分集的基本思想在于，发射机向接收机发送相同信号的多个在统计上独立的副本。这些信号是在不同的传播路径上以不同的传播时间和衰减作用而输入到接收机内的。于是在那儿每次可以检测最强的信号。利用这种方式可以减小衰落作用，因为这些发射信号同时以极“低衰落”而被接收的可能性极小。优选地，在分集模式下独立地选择所述的发射信号。由此确保了不会同时在各发射信号的不同传播路径上出现因衰落而引起的信号中断。
在发行99中，为UMTS的3.84Mcps TDD标准设置了不同的分集方法，但它们只是用在下行链路方向上，而且为各基站设置了2个发射天线。譬如，为物理广播信道P-CCPCH(＝主公共控制物理信道)规定了所谓的块-STTD-方法(空间时间发射分集)。在图2中简要地示出了这种方法。基站BS1(参见图1、4)装有两个发射天线。在分集模式下，通过第一天线SA1传输原始信号，并通过天线SA2传输所述第一、也即起初的原始天线信号的编码副本。所谓的块-STTD-编码器SC对需传输的数据符号S1～SN执行块编码。第一天线SA1的数据不编码。第二天线SA2的数据编码方案如下：在编码器的输入处，由N个数据符号S1～SN构成的数据块被划分成复数共轭(用符号*表示)的两半(S*1，…S*n/2)、(S*n/2+1…，S*n)，并且交换其顺序，其中(S*n/2+1…，S*n)部分还被加上了负的符号。如果数据符号S*1～S*n的数目N为奇数，则第一个数据符号不编码。对剩下的、此时为偶数数目的数据符号应用上述的编码方案。块-STTD-编码的目的在于为各天线产生统计独立的数据序列。在块-STTD-编码之后，两个天线支路中的数据块分别利用为广播信道而预留的CDMA码C(1)和小区特有的扰码进行扩展，这在图2中分别是用相应天线支路中的块SCR1和SCR2来表示的。此后，被扩展的数据块借助各天线支路中的每个多路复用器MU1和MU2而被多路复用成一个脉冲串，并通过天线SA1和SA2进行传输。对于天线SA1，数据块利用中间序列m(1)而被多路复用成脉冲串BU1，其时间结构如图3所示；相应地，天线SA2的数据块利用中间序列m(2)进行多路复用。除了所述的CDMA码c(1)之外，还优选地为广播信道固定地预留所述的两个中间序列m(1)、m(2)。在此，中间序列m(2)只在分集模式下使用，否则就保留它不予使用。该两种中间序列m(1)、m(2)由小区特有的基本中间序列码来产生。在正常模式下，也就是说如果不存在分集，则在所述的第二天线支路中取消块-STTD-编码和下面的操作。
优选地，诸如UE1等各用户设备只配备单个的天线来发射和接收数据。因此在分集模式下，来自负责的基站的两个衰落信号在用户设备的接收机内被如此地组合，使得总是从该两个接收信号中选出最佳的那一个。无论如何，在分集模式下传输广播信号会在各用户设备的接收机内导致检测费用的增加。
在3.84Mcps-TDD-标准中，需传输的数据在时隙中是以固定的结构、也即脉冲串进行传输的。对于广播信道，数据按照扩展因子为16的第一脉冲串类型进行发送。图3简要地示出了这种脉冲串结构BU1。该脉冲串具有两个数据块DA1和DA2，且它们之间具有用作信道估测的中间序列部分MA。脉冲串的末端由所谓的防护时间GP1构成，该时间被用作保护时间或延迟时间，并由此被用来进行信道分离。3.84Mcps-TDD-UMTS标准的脉冲串一共由2560个码片组成。每个数据块DA1或DA2由976个码片构成。所述中间序列部分MA的长度为512个码片；所述的防护时间长度为96个码片。按照扩展因子16，在一个时隙内每脉冲串传输122个数据符号(每数据块为61个数据符号)。利用所定义的3.84Mcps的码频(码片时延相应为Tc＝260.42nsec)，所述的脉冲串长度为666.67μsec。
根据广播信道的特殊意义，可以优选地让当前停留在一个无线小区内的所有用户设备最佳地接收所述的信道。通过该广播信道可以传输无线小区的所有与系统有关的信息，譬如被用来进行功率调节的、与可用CDMA码有关的信息。因此，各基站在周期性的时间间隔内至少不断地发射所述的广播信道。于是，该无线小区内的所有用户设备都不断地、尤其是周期性地监听该广播信道。如果譬如该无线小区内的传输特性变坏，则由该负责的基站尤其按分集模式来发射所述的广播信道。通常，由基站自己事先通过广播信道把该信令发送给位于无线小区内的所有用户设备，以便由用户设备相应地准备检测第二衰落信号。否则，各用户设备必须通过持续地检测中间序列m(2)来盲目地检测所述的分集模式。如果接收到m(2)，则各用户设备识别出该分集模式；否则广播信道可能变坏，或在最坏的情况下根本就不能进行接收。无论如何，这种盲目的检测在接收机内意味着较大的检测费用。
目前用于检测分集模式的广播信道的方法有一个前提条件，就是所述的相应用户已在无线小区内注册。迄今还没有考虑如下情况，即：用户设备准备首次(譬如当用户接通其手机时)或通过切换(从相邻小区过渡)而注册到一个新的小区内，以及基站在其无线小区内已用分集模式为广播信道进行发射。在该两种情形下，如果各用户设备在注册到新小区的过程中已收到所述分集模式的相应信令，并且据此调节了其接收机，那么将是较有利的。否则该用户设备将会很坏地接收该广播信道，或在“最坏的情况下”根本就不能接收，由此导致注册到新小区失败。
此外，在不利的情况下，迄今的块-STTD-编码并不能一直产生完全不相关的发射信号，使得在各用户设备的接收机内不能最佳地使衰落作用最小化。该原因尤其在于每个数据块的数据符号数为奇数，也即此处为61。实际的仿真结果表明，通过应用所述的块-STTD-编码，分集增益可达到3dB。但该较大的增益只在具有较低的(步行)速度的情况下才能实现。对于较高的速度和由此产生的较大衰落作用，该增益将会变小，这在某些情况下是归因于不理想的块-STTD-编码。
因此，为了在各用户设备和位于其当前所停留的无线小区内的基站之间充分地确保一种完好的无线连接，在分集模式下最佳地检测广播信道也是值得追求的。一方面，这可以通过调制至少一个同步信道而作为另一种发出分集模式信令的方法来实现，另一方面也可以另外通过为广播信道预留一个第二扩展码来实现，以便在各基站的分集模式下产生统计独立的发射信号。由此也可以让各用户设备最佳地检测各基站的分集模式下的相应广播信道。这是因为：一方面在各用户设备的接收机内可以使衰落作用最小化；另一方面，当各用户设备准备首次或通过切换而注册到所述的新无线小区时，可以把各基站的分集模式信令适时地发送给其小区内的用户设备。
下面来讲述两种方法，用于针对UMTS的3.84Mcps TDD标准来最佳地检测各基站的分集模式下的广播信道：
方法1：调制同步信道
该第一方法是基于作为另一种分集模式信令发送方法的同步信道(SCH＝同步信道)调制。利用该方法已经可以在注册过程中(譬如用户设备UE1准备首次或通过切换而注册到新的无线小区内)发出如下信令，即是否已按分集模式从负责的基站发射重要的广播信道。此处所讲述的方法类似于已在UMTS-FDD-模式中规定的方法(3G TS 25.211：物理信道以及传输信道至物理信道的映射(TDD)，发行1999，第3.3.0(2000-06)版)。在注册到无线小区的过程中，用户设备总是根据那儿负责的基站进行同步。这是通过检测新无线小区的所谓的同步信道SCH和广播信道来实现的。在UMTS标准中该过程被称为小区搜寻。
在3.84Mcps TDD模式中，一个频道包括15个时隙Ts0～Ts14和一个譬如为FRi、FRi+1的TDMA帧。在此，图4用简图示出了相应的帧结构。在此处的实施例中，诸如FRi等时帧优选地具有一个约为10msec的时间长度FP。在图1中示出了该同步信道。在图4的帧结构内，在某些时隙内周期性地发射所述的广播信道P-CCPCH和同步信道SCH。譬如可以在相同的时隙内发射所述的P-CCPCH和SCH。替而代之的是，也可以在分开的时隙中传输所述的P-CCPCH和SCH。在图1中示出了如下情形，即在时隙Ts0内发射所述的P-CCPCH，以及在时隙Ts8内发射所述的SCH，也就是说，P-CCPCH与SCH在传输时互相错位或相隔8个时隙。
在同步信道SCH上并行地传输主同步码(SSC)cp和3个具有时间偏移t偏移的次同步码(SSC)c#1、c#2、c#3。这些同步码所具有的时间长度PE优选地为256个码片。对于整个TDD系统，只有一个主同步码ESC和12个次同步码SSC。各基站在同步信道SCH上发射相应的同步码，该同步码允许各用户设备根据基站进行时间同步(时隙或帧同步)。利用该方法可以充分地确保各用户设备能与负责的基站的时间脉冲同步地发射和接收数据。
在规范3G TS 25.224：物理层过程(TDD)，发行1999，第3.3.0(2000-06)版中曾讲述过小区的搜寻过程。在第一步，由各用户设备检测所述在所有无线小区内使用的主同步码PSC。在检测成功的情况下，各用户设备便已根据其周围的最强无线小区的基站、并在时隙层上进行了同步。在第二步，由用户设备检测所述三个调制的SSC，其中所述的调制通过因子b#1、b#2、b#3来表示。在成功之后，用户设备一方面知道了在该无线小区内使用哪些代码(譬如扰码、基本中间序列码)，另一方面也知道了在哪个时隙中传输所述的广播信道。在第三和最后的步骤中，由用户设备尝试读取广播信道，以便获取所述无线小区的重要系统信息。如果所有的第三步都成功，则用户设备的小区搜索成功，并由此在无线小区内注册所述的用户设备。否则重复该过程。
为了发出分集模式信令，优选地利用特征因子b来调制所述的同步信道SCH，尤其是调制所述的主同步码cp。因为迄今在3.84Mcps的TDD模式中所述的PSC是未经调制而进行传输的。利用该特征因子b可以表明是否以分集模式发射广播信道(然后就应用所述的块-STTD-编码)。优选地，如果由各基站在分集模式下发射所述的广播信道P-CCPCH，则选择所述的特征因子为b＝-1。在各基站的正常模式下，该特征因子设有相反的符号，也即b＝+1。
方法2：预留第二扩展码
在图2中示出了目前的块-STTD-编码，该编码不产生完全统计独立的数据序列，因此，在各用户设备的接收机内不可能根据传播时间效应来最佳地最小化所述的衰落作用。在此处所介绍的方法中，建议为所述块-STTD-编码的第二天线支路采取另一种CDMA码来对经过块-STTD编码的数据序列进行扩展，而不象目前采用单个的CDMA码C(1)。利用该方法，可以通过给第一和第二天线支路采取两种不同的CDMA码来为所述两个天线信号的数据序列实现改善的统计独立性，由此在各用户设备的接收机内最小化所述的衰落作用。
迄今已经为所述的广播信道固定地预留了扩展码C(1)和中间序列m(1)、m(2)。可以尤其有利地为该广播信道再预留扩展码c(2)，该扩展码只在分集模式的情况下采用。否则它就不被使用。这种固定地预留第二CDMA码会降低系统容量，因为在同一时隙内该预留码不能用于其它信道。在“最坏情形下”，该损失譬如约为3％。此处是假定扩展因子为16的每个帧只有2个时隙可供下行方向使用。另一方面，在正常情况下，也即当扩展因子为16的每个帧有8个时隙可供下行方向使用时，所述的损失将小于1％。考虑到通过最小化接收机的衰落作用而得到的分集增益，该系统容量的损失被认为是可以容许的。
作为另一种方案，也可以预留其它扩展码来代替所述的第二扩展码c(2)。在此，一共有另外14种可能性(c(3)～c(16))可供使用。
另外，在各用户设备的小区搜寻过程中，也可以优选地按如下方式来实现各基站的分集模式：
从图1出发，譬如在时隙Ts0中传输广播信道P-CCPCH，以及在时隙Ts8中传输同步信道SCH。在所述的同步信道上并行地传输经过调制的PSC和3个具有时间偏移t偏移的SSC。此时，根据是否在分集模式下发射广播信道来通过所述经过调制的PSC向各个用户设备发送该信令；在此，所述的调制通过将主同步码PSC与特征因子b相乘来实现。如果存在分集模式，则选择b＝-1；否则选择b＝-1。如果在无线小区搜寻的范围内由各用户设备检测到被如此调制的PSC，则该用户设备便可以通过所述的特征因子b而知道是否存在广播信道的分集模式。如果存在分集模式，到可以在时隙Ts0内由用户设备最佳地检测所述的广播信道，而且用户设备可以成功地注册到新的无线小区之中。
另外，尤其可以按如下方式来执行所述的块-STTD-编码：
块-STTD-编码器按照图2对数据符号执行块编码。在所述的块-STTD-编码之后，数据块在第一天线支路中利用所述预留的CDMA码C(1)和小区特有的扰码进行扩展，这在图中是用SCR1块表示的。此后，被扩展的数据块利用中间序列m(1)并借助多路复用器MU1而被多路复用成图3所示的第1类脉冲串，然后通过天线SA1进行传输。此时，在第二天线支路中，数据块利用所述的预留CDMA码c(2)和小区特有的扰码并借助加扰器SCR2进行扩展。此后，被扩展的数据块象第一天线支路中一样利用中间序列m(2)并借助多路复用器MU2而被多路复用成图3所示的BU1类脉冲串，然后通过天线SA2进行传输。