对异步系统的同步方法及双模终端 【技术领域】
本发明涉及无线通信领域，特别涉及工作于全球移动通信系统(GlobalSystem for Mobile communication，简称“GSM”)/通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称“GPRS”)系统下的双模终端对时分同步码分多址(Time Division Synchronous Code Division MultipleAccess，简称“TD-SCDMA”)系统进行异步同步的技术。
背景技术
GSM原是英文Group Special Mobile，即“移动通信特别小组”的缩写。这个组织本是欧洲电信标准学会(European Standards Institute，简称“ETSI”)的一个下属组织。1989年ETSI颁布了“全球移动通信系统”标准，1991年，欧洲开通了第一个数字移动通信系统，简称GSM移动通信系统。GSM是目前世界上使用最广的移动通信系统之一。
GSM系统主要是为语音业务设计的，为了提高GSM系统的数据业务的传输能力，许多电信运营商已将GSM系统升级为GPRS系统。GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，它提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS作为GSM向第三代移动通信演变的过渡技术，使移动通信与数据网络合二为一，使IP业务得以引入广阔的移动市场。GPRS与GSM最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS采用分组交换的方式。
TD-SCDMA是一种第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)，相对于GSM/GPRS系统，具有更高的数据传输能力。TD-SCDMA系统是分区域逐步部署的，为了使TD-SCDMA的用户在没有部署TD-SCDMA网终的区域也可以得到基本的服务，可以使用双模终端，该双模终端可以在GSM/GPRS系统和TD-SCDMA系统之间自由地切换，既可以享受TD-SCDMA系统的高数速数据传输能力，又可以享受GSM/GPRS系统覆盖区域广泛的优点。
双模终端需要实现两个模式之间的切换，而从一个系统到另一个系统的模式切换需要依靠对两个系统的测量才能实现。而在GSM/GPRS下要对TD-SCDMA系统进行测量，需要对其主公共控制物理信道(PrimaryCommon Control Physical Channel，简称“P-CCPCH”)信道进行测量，而这个信道在每个TD子帧的TS0时隙上，而不是任意时隙。因此，在GSM/GPRS下对TD-SCDMA系统进行测量需要找到每个TD子帧的TS0的位置，也就是说要同步上TD系统。由于GSM/GPRS系统与TD-SCDMA系统为异步系统，在帧结构上不同，因此工作于GSM/GPRS系统的双模终端要同步与TD-SCDMA系统较为困难，此外，在同步TD-SCDMA系统时不能影响GSM/GPRS业务的正常工作，这进一步增加了同步的困难。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种对异步系统的同步方法及双模终端，在不影响GSM/GPRS通信的前提下，使工作于GSM/GPRS下的双模终端可以实现对TD-SCDMA的同步。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种对异步系统的同步方法，用于工作在全球移动通信系统GSM和/或通用分组无线业务GPRS下的双模终端对时分同步码分多址TD-SCDMA系统的同步，包括以下步骤：
依次在N个同步时间片对TD-SCDMA系统的TD子帧进行同步，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧的倍数，其中N大于1，每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙。
本发明的实施方式还提供了一种双模终端，工作在GSM和/或GPRS下，该双模终端包括用于对TD-SCDMA系统的TD子帧进行同步的同步单元，还包括：
控制单元，用于控制同步单元依次在N个同步时间片对TD子帧进行同步，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧的倍数，其中N大于1，每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
在多个GSM/GPRS的同步时间片对TD子帧进行同步，各相邻同步时间片以13个GSM帧的倍数间隔周期性地配置，每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙，从而在不影响GSM/GPRS通信的前提下，使得工作在GSM/GPRS下的双模终端对TD系统的同步及测量得以实现。
进一步地，多次同步后取占多数的相同结果作为同步结果，可以保证同步结果的准确性。
【附图说明】
图1是本发明第一实施方式中异步系统同步方法的流程示意图；
图2是现有技术中一个TD-SCDMA帧结构的示意图；
图3是现有技术中DwPCH的Burst结构示意图；
图4是现有技术中GSM地帧和时隙结构示意图；
图5是现有技术中TDMA帧的映射示意图；
图6是现有技术中PDCH的复帧示意图；
图7是现有技术中GSM/GPRS系统物理层接收发送规则示意图；
图8是本发明第一实施方式中GSM连接模式下UE侧时隙使用情况；
图9是本发明第一实施方式中GPRS 4下1上UE侧时隙使用情况；
图10是本发明第一实施方式中GPRS 3下2上UE侧时隙使用情况；
图11是本发明第一实施方式中GPRS 2下3上UE侧时隙使用情况；
图12是本发明第一实施方式中GPRS 1下4上U E侧时隙使用情况；
图13是本发明第二实施方式中双模终端内与TD同步相关的单元结构示意图。
【具体实施方式】
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
首先说明一下本发明中所称的同步时间片的含义，本发明中同步时间片指在GSM/GPRS下为TD同步预留的长度，实际同步动作在同步时间片内发生。同步时间片并不是指实际同步动作所持续的时间，实际同步动作所持续的时间应当小于同步时间片的时间。
本发明第一实施方式涉及一种对异步系统的同步方法，用于工作在GSM/GPRS下的双模终端对TD-SCDMA系统的同步，其流程如图1所示。
在步骤101中，双模终端在第一个同步时间片对TD子帧进行同步。本实施方式中每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙。
此后进入步骤102，双模终端在间隔13×K个GSM帧的下一个同步时间片再次对TD子帧进行同步，其中K为自然数。本实施方式中，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧的倍数。本发明的一个较佳例子中，在GSM半速率、GPRS全速率、或GPRS半速率模式下，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧(相当于K＝1)；在GSM全速率模式下，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为26个GSM帧(相当于K＝2)。
此后进入步骤103，双模终端判断是否已完成了预定的N次(N＞1)同步，如果是则进入步骤104，否则回到步骤102继续进行TD子帧的同步。
在步骤104中，双模终端判断最近的N次同步的同步结果中是否有M次的结果相同，其中M＞N/2。如果有M次相同的同步结果，则进行步骤105，否则回到步骤102继续进行TD子帧的同步。
在步骤105中，同步成功，双模终端将最近N次同步中M次相同的同步结果作为最终的同步结果输出。
这里说明一下N取大于1的整数的原因。由于是无线通信环境，N＝1将会无法保证性能或可靠性，即一次同步要么成功要么失败。同步依然可以同步，即结果要么是成功要么是失败，性能会很差。N＞1可以保证性能和可靠性。
在本发明的一个较佳例子中，N为5，如果5次同步结果中有4次的结果相同，则以这4次相同的结果作为最终的同步结果。可以理解，5次同步结果取4次相同的结果只是一种较佳的投票机制，是正确率和效率的一个较好的折衷，本发明实施方式并不排斥其它的投票机制，例如6次同步结果取5次相同的结果，或7次同步结果取4次相同的结果，或4次同步结果取4次相同的结果等等。
上述步骤101至103实现了依次在多个同步时间片对TD-SCDMA系统的TD子帧进行同步，而步骤104则对多个同步时间片的同步结果进行统计，以占多数的相同结果作为最终的同步结果。本领域的技术人员可以明白，同一个技术方案可以用不同的软件流程实现，因此本发明实施方式的流程并不限于附图1的情况，例如步骤103中对同步次数的判断可以移到第一次同步之前做，等等。
在多个GSM/GPRS的同步时间片对TD子帧进行同步，各相邻同步时间片以13个GSM帧的倍数间隔周期性地配置，每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙，从而在不影响GSM/GPRS通信的前提下，使得工作在GSM/GPRS下的双模终端对TD系统的同步及测量得以实现。多次同步后取占多数的相同结果作为同步结果，可以保证同步结果的准确性。
下面对上述方案的可行性进行理论上的论证，先介绍一些必要的背景内容，并对其作相关的分析。
背景一：TD-SCDMA帧结构。
TD-SCDMA的帧结构如图2所示，TD-SCDMA的同步信道是下行导频信道(DwPCH)，其中DwPTS指下行导频时隙(Downlink Pilot Time Slot)，UpPTS指上行导频时隙(Uplink Pilot Time Slot)。DwPCH的突发(burst)结构如图3所示。
由图2图3及相关通信协议可知：1个TD-SCDMA帧的时间是5ms。任意时间接收TD信号，能够抓到一个完整的DwPTS需要1个TD子帧+DwPTS，其长度是6400+96chips(码片)。为了实现方便，我们可以在SYNC_DL后面再加32个码片的保护间隔(Guard Period，简称“GP”)。那么为了每次同步TD网络，我们只需要6400+96+32＝6528chips就可以完整的抓到一个DwPTS，从而可以满足同步TD网络的时间要求。
背景二：GSM帧结构。
GSM的帧和时隙的结构如图4所示。由图4及相关通信协议可知，
1.GSM的帧的时间是(3/5200)＊8＊1000＝60/13(ms).
2.GSM帧的大循环是每26×51×2048帧一个循环。
3.1个GSM时隙有156.25个bit(比特)，那么一个GSM帧是有1250bits。
4.GSM IDLE(空闲)状态下是以51复帧为周期的。
背景三：GSM连接模式下的复帧结构。
图5(a)是时分多址(Time DivisionM ultiple Access，简称“TDMA”)帧对TCH/FS+SACCH/FS的映射情况，图5(b)是TDMA帧对TCH/HS+SACCH/HS子信道0和1的映射。
由图5及相关通信协议可以得出一个结论：连接模式下全速率的情况下每26复帧里，的最后一帧是idle帧。连接模式下半速率的情况下，对应到连续的26帧来看，Subchannel0(子信道0)，第24，25帧都是idle帧，Subchannel1(子信道1)，第12，13帧都是idle帧(以0做为第一帧)。
半速率由于其编码方式的不同，对应于26复帧，里面有很多空帧，这里只强调对应到26复帧，从连续帧的角度上看，第12帧或者第25帧是idle帧。
背景四：GPRS复帧结构。
图6示出了GPRS的分组数据信道(Packet Data Channel，简称“PDCH”)复帧的结构。其中X表示空闲帧(ldle frame)，B0-B11＝4GSM帧。
从图6及相关通信协议可以看出，GPRS下的复帧结构为52复帧，全速率上看从52个帧里可以看到有每12个PDCH，后有1个idle帧。半速率上也有相同的结果。半速率由于其编码方式的不同，对应于52复帧结构来看，有很多空帧，这里只强调，对应到52复帧上，从连续帧的角度上看，第12，25，38，51帧都是空帧，以0做为第一帧。
背景五：分组交换连接的复时隙能力(multislot capability)和复时隙配置(Multislot configurations)的移动台类(MS classes)。
复时隙能力的MS classes如下表所示。
其中，Rx描述移动台(MS)每TDMA帧可用的接收时隙的最大数目；Tx描述MS每TDMA帧可用的发送时隙的最大数目；Sum是MS每TDMA帧可用的下行和下行传输流(Transport Stream，简称“TS”)的总数；Tta涉及MS执行邻近小区信号水平测量并准备发射所需的时间；Ttb涉及MS准备发射所需的时间；Tra涉及MS执行邻近小区信号水平测量并准备接收所需的时间；Trb涉及MS准备接收所需的时间。class12以下的UE都是type1型的。即UE不能够同时进行收发。对于type1的手机，上一次的发射或接收时隙和下一次的接收时隙之间的最小时隙数目间隔是Tra。CLASS12以下的UE，通过协议可以看到Tra是2
上表中只列出了CLASS12以下的，CLASS12以上的不在本实施方式的讨论范围内。
通过上表可以看出，一个GSM帧里最多有5个时隙可以使用，且要满足TraTrb的条件，上下行的时隙号要相同，且如果下行m个时隙，上行n个时隙，那么将有MIN(m，n)个相同的上下行时隙，其中MIN表示在m和n中取较小值的函数。
背景六：GSM/GPRS系统的物理层接收发送规则。
GSM/GPRS系统的物理层接收发送规则如图7所示。从图7和相关通信协议得知，上行晚于下行3个固定的GSM时隙，也就是说，如果收发同时存在，上行时隙和下行时隙之间间隔固定2个时隙。
通过上述背景介绍可以清楚的得到以下关系：
由背景一可知：1个TD子帧的时间长度是5ms。
由背景二可知：1个GSM帧的时间长度是60/13ms。也就是说，每过12个TD子帧和每过13个GSM帧的时间完全一致，这就是说，每过12个TD子帧和每过13个GSM帧后TD系统和GSM系统在帧边界上完全得到对应。这是个重要的理论基础。
我们可以用QBC这个单位表示1/4个bit的长度。通过背景二，可以知道1个GSM帧有1250个bit(比特)。那么，1个GSM帧可以用5000QBC去计算，那么可以通过TD子帧的时间长度和GSM帧的时间长度，可以换算出1个TD子帧可以用5000＊(5/(60/13))＝5417QBC来计算。那么也就是说，每过1个GSM帧，TD子帧的位置就相对于当前的GSM帧多了417个QBC。
下面介绍GSM下对TD-SCDMA的位置计算策略：
由前面背景介绍和分析可知，GSM帧的循环FN_MAX＝26×51×2048，这个值是13的整数倍，那么这个就可以导出一个结论：基于任意一个GSM帧的边界(设帧号为FN1)，通过得到TD子帧ts0开始处相对于这个GSM帧边界的位置delta_p(理论上可以是任意位置，ts0比较简单，其余部分可以通过ts0计算得到)后，就可以通过过了多少GSM帧N，(假定在FN2这一帧需要计算TD ts0的位置，则N＝(FN2+FN_MAX-FN1)％13)，来计算出TD子帧的位置POS。
具体可以采取如下方法计算出TD的位置：POS＝(delta_p+N×417)％5417。其中，delta_p基于帧号FN1的GSM帧边界，％表示取余数运算。
有了这个关系，就可以在任意的GSM帧里去计算TD TS0的位置，匹配到GSM/GPRS的空闲时隙里，从而到达测量TD的目的。同步TD的具体实现是现有技术，这里不进行详细介绍，本发明只是在GSM/GPRS下的所有模式下给出实现同步的可能性。
下面介绍GSM/GPRS下对TD-SCDMA的同步策略：
基本思想：根据背景1的结论，只要能够找到6400+128chip的空闲位置，就可以在理论上同步上TD网络。那么6528chips对应的QBC也可以计算出为：5417×(6528/6400)＝5525QBC。
那么，根据背景2，1个GSM帧由8个时隙组成，那么1个时隙对应的QBC为5000/8＝625QBC。那么1个GSM帧+1个GSM时隙＝5000+625＝5625QBC＞5525QBC。从而得到结论：1个GSM帧+1个GSM时隙可以满足TD同步的时间要求。但是一次同步未必能够很准确的找到TD的位置，或是说不能够用一次同步结果来决定TD同步的位置，那么上面一个很重要的关系就要着重提出：每过12个TD子帧和每过13个GSM帧后TD系统和GSM系统在帧边界上完全得到对应。就是说GSM帧每过13帧或是13帧的整数倍，同步TD网络都可以认为在相同的位置上对TD网络进行同步。那么下面将针对GSM/GPRS下的各种情况，来找到这个时间需求。
在GSM IDLE情况下：GSM IDLE下的空闲帧很多，可以基于任意一个GSM空闲帧，保证两个GSM空闲帧连续，那么1个空闲帧是5000QBC，2个是10000QBC，满足5417QBC，可以进行TD网络的同步。但是为了保证准确性，由于GSM IDLE下空闲帧很多，可以采用连续5个TD子帧的时间，换算到GSM帧是6帧，来做同步，这样利用5次结果里相同的4次或以上，可以得到准确的TD位置。如果没有，则调整GAIN值等参数再进行同步。同时由背景2可知，GSM IDLE是51复帧周期，这个值正好和13是互质，那么以GSM paging(寻呼)周期来看，提供了每次paging周期后计算出的TD位置不相同的条件，换句话说，每次Paging周期之前相同的位置测量都可以在不同的TD位置。UE待机最重要的是功耗，因此，在UE收寻呼的时候顺便做一次TD测量是最佳的功耗解决办法，如果这个寻呼周期是13的整数倍会导致每次测量时碰到的td位置都是一样的，又因为GSM帧小于td帧的长度，因此会出现1个GSM帧里可能永远都碰不到td的ts0；而又由于寻呼周期和13互质，可以保证每次测量的td位置都是在滑动的，就可以保证按照寻呼周期来测量td可以在一个GSM帧里滑到，当滑到GSM帧的空隙里时进行td测量，从而保证了功耗。
在GSM连接模式下：通过背景3，可以看到不管是全速率还是半速率，13帧的整数倍上都有空闲时隙的存在，且最大不超过26帧。同时由于GSM连接模式下，工作时隙只有1个，那么和13帧整数倍上的空闲帧相连的空时隙必定大于1个，那么满足同步TD的条件。又由于存在13帧的整数倍的空闲帧，那么满足每过12个TD子帧和每过13个GSM帧后TD系统和GSM系统在帧边界上完全得到对应的条件，则可以分多次进行TD网络的同步，并找到准确的TD位置。这里将最大使用情况举例列出，即这种条件都可以满足其余条件都相应满足。图8是反映在用户设备(User Equipment，简称“UE”)侧的时隙使用图。实际中上下行时隙号是一致的，只是上行晚下行3个时隙，参见背景6。
在GPRS模式下：通过背景4，可以看到不管是全速率还是半速率，对应到52复帧中，第12，25，38，51帧(以0做为第一帧)，这些13帧的整数倍帧上都是空闲帧，那么剩下的就要确定和这个空闲帧相邻的帧至少有一个时隙是空的，来满足同步TD网络的时间要求。
由背景6可知，在GSM系统里，如果收发同时存在，上行时隙和下行时隙之间间隔固定2个时隙，而且上行晚于下行。
那么我们拿CLASS12的时隙使用最多情况进行时隙推理(CLASS12可以实现的话，空闲时隙更多的CLASS1-CLASS11更可以实现)，为了讨论方便，我们将第一个下行时隙定义为0时隙。
在CLASS12的配置中，从背景5可以知道，总时隙数为5，且要满足Tra＝2，Trb＝1。
将CLASS12的配置分解一下并分别用图示出：
4下1上情况：按照背景5以及要满足Tra＝2，Trb＝1的情况下只有一种配置如图9。
3下2上的情况：按照背景5以及要满足Tra＝2，Trb＝1的情况下只有一种配置如图10。
2下3上的情况：按照背景5以及要满足Tra＝2，Trb＝1的情况下只有一种配置如图11。
1下4上的情况：按照背景5以及要满足Tra＝2，Trb＝1的情况下只有一种配置如图12。
其实，不难发现，只要Tra＝2，Trb＝1的条件，就可以满足前一帧和后一帧之间的间隔为2个时隙。通过以上分析计算，GPRS下，CLASS12完全满足了1个GSM帧+1个GSM时隙的时间需求。
上述方法无论是对于单天线单基带的情况还是单天线双基带和双天线双基带和双天线单基带的情况都可以适用。
本发明的方法实施方式可以以软件、硬件、固件等等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可是换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。
本发明第二实施方式涉及一种双模终端，该双模终端工作在GSM和/或GPRS下，其中与TD同步相关的结构如图13所示，该双模终端包括：
同步单元，用于对TD-SCDMA系统的TD子帧进行同步。
控制单元，用于控制同步单元依次在N个同步时间片对TD子帧进行同步，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧的倍数，其中N大于1，每个同步时间片的长度大于或等于1个GSM帧加一个GSM时隙。本发明的一个较佳例子中，在GSM半速率、GPRS全速率、或GPRS半速率模式下，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为13个GSM帧；在GSM全速率模式下，各相邻同步时间片的起始点之间的间隔为26个GSM帧。通常情况下各相邻的同步时间片之间的间隔是相同的，在某些场合各相邻的同步时间片之间的间隔也可以不同，例如有5个同步时间片，即存在四个同步时间片起始点之间的间隔，第一、第三个间隔可以是13个GSM帧，第二、第四个间隔可以是26个GSM帧。
统计单元，用于对同步单元在N个同步时间片的同步结果进行统计，以占多数的相同结果作为最终的同步结果。在本发明的一个较佳例子中，N为5，如果5次同步结果中有4次的结果相同，则统计单元以这4次相同的结果作为最终的同步结果。
第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。