專利名稱：在通信系統(tǒng)中提供同步的節(jié)省功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)在通信系統(tǒng)中為通信設(shè)備提供同步信息的節(jié)省功率的方法。更具體地說，本發(fā)明通過當(dāng)不需要其它控制信息時，在間隔間發(fā)射只包含同步信息的簡化的脈沖序列，來減少基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)的功率消耗。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的蜂窩時分多址標(biāo)準(zhǔn)，例如GSM和DAMPS中，控制信道連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)諸如同步信息，相鄰單元的控制信道的信號功率測量，尋呼信息和接入許可信息等。
已有的建議通過在特定的控制信道上，發(fā)送脈沖序列信息，并將相關(guān)信息與連續(xù)的已知訓(xùn)練序列集合在一起，來獲得和保持衛(wèi)星通信系統(tǒng)和終端設(shè)備間的同步。這種方法可以在較差的信噪比的情況下，獲得精確的操作。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星價格隨著它在發(fā)射和接收信道中所提供的連接邊界(信號增益)的增長而增長。較高的信號增益可以通過增大衛(wèi)星天線，從而增加接收和發(fā)射信號的電平來實現(xiàn)。遺憾的是，天線的增益越大，所需的天線的尺寸就越大。較大的天線引起較大的負(fù)荷，因而需要為衛(wèi)星提供更大的功率來控制它。較大的信號電平也可以通過增加輸出功率來實現(xiàn)。
由于增加功率消耗會引起系統(tǒng)成本的增加，特別是對于基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)，減少功率的消耗是很重要的。
依照眾所周知的全球移動通信系統(tǒng)(GSM)標(biāo)準(zhǔn)，一些彼此間隔為200kHz的載波，傳送數(shù)字語音，數(shù)據(jù)和傳真信息。每個載波通過時分多址(TDMA)技術(shù)被多個用戶共享。在GSM中，每個載波在時間上被分割成TDMA幀。每個TDMA幀被分割成8個具有156.25比特或碼元的TDMA時隙。在GSM中的碼速為13×106/48＝270.83×103碼元/秒。因此，一個TDMA時隙的寬度大約為577us，一個TDMA幀的寬度大約為4.62ms。
如

圖1所示，一個普通的TDMA脈沖序列，在一個TDMA時隙中發(fā)送，并包含兩個57個碼元長的數(shù)據(jù)區(qū)。該脈沖序列還包括兩個尾比特區(qū)域，在該區(qū)域，發(fā)射機(jī)的輸出功率躍升(脈沖序列開始)或躍降(脈沖序列結(jié)束)。在脈沖序列的中央是同步或訓(xùn)練序列區(qū)。該區(qū)域使接收機(jī)保持準(zhǔn)確的同步并評估RF信道的狀態(tài)，從而進(jìn)行失配補(bǔ)償。
對于需要初始系統(tǒng)同步的系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)提供了所謂的頻率校正(FCCH)和同步(SCH)脈沖序列。該FCCH脈沖序列包含所有的圖1中的碼元格式。該SCH脈沖序列的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該SCH脈沖序列包括64個碼元的訓(xùn)練序列和其后39個碼元的附加數(shù)據(jù)。同GSM系統(tǒng)中的所有脈沖序列一樣，該FCCH和SCH脈沖序列，占據(jù)一個TDMA時隙。
GSM系統(tǒng)是TDMA/FDMA系統(tǒng)，其每個載波包含多個邏輯信道。這些邏輯信道包括控制和話務(wù)信道?？刂菩诺乐饕獋魉托盘栃畔?，話務(wù)信道主要傳送用戶數(shù)據(jù)。每個邏輯信道在給定的載波上具有特定的TDMA幀和特定的時隙(從0到7，8個時隙構(gòu)成一個TDMA幀)。61個控制信道幀，從0到50，構(gòu)成一個控制信道復(fù)幀(MF)。該邏輯信道的結(jié)構(gòu)對于每個MF都是重復(fù)的。
通過這些邏輯信道的不同的組合，可以在GSM中構(gòu)成不同的控制信道載波。對任何控制信道載波而言，時隙0總是運送控制信道數(shù)據(jù)的第一時隙，并且FCCH和SCH脈沖序列只出現(xiàn)在時隙0中。如果在載波中需要更多的控制信道，就需要分配額外的時隙。在圖3A-3B中，顯示了兩個示范的控制信道的結(jié)構(gòu)?？梢栽贓TSI GSM的建議05.02中找到這些結(jié)構(gòu)的定義。這里參考了ETSI GSM建議。
當(dāng)GSM移動單元加電后，它的第一步動作之一就是定位FCCH脈沖序列。由于在GSM中使用了GMSK差動編碼調(diào)制方案，在FCCH脈沖序列間產(chǎn)生200kHz/3的載波位移，以方便移動單元的檢測。
該移動單元一旦確認(rèn)了FCCH脈沖序列的同步位置，就可以通過有限的精度確認(rèn)整個控制信道MF(時隙0)。在MF結(jié)構(gòu)中，緊挨著FCCH幀的是SCH幀，該SCH幀為比特或碼元提供了實現(xiàn)準(zhǔn)確同步的方法。該同步是通過使接收的采樣的數(shù)據(jù)流與圖2中所示的已知的64個碼元的訓(xùn)練序列相關(guān)而獲得的。該采樣數(shù)字流通常是由本技術(shù)領(lǐng)域熟知的同相(I)和正交(Q)元件了實現(xiàn)的。該相關(guān)通常是由數(shù)字ASIC中的合適的數(shù)字信號處理裝置，或普通的數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)的。在圖4中顯示了示范的GSM接收機(jī)的框圖。如圖所示，該接收機(jī)包括濾波器，放大器，和振蕩器，以生成判斷功率曲線所需的接收信號功率指示(RSSI)信號，從而實現(xiàn)粗同步。該接收機(jī)還包括從接收的信號中提取相位信息的裝置。在該接收機(jī)中的一些點上，該信號由上述的I和Q元件來表示。該轉(zhuǎn)換可以很容易地通過采樣信號的對數(shù)極化(幅度和相位)來實現(xiàn)。下面將更詳細(xì)地描述同步過程。
該GSM系統(tǒng)是蜂窩系統(tǒng)，其中“蜂窩單元”由多個基站提供服務(wù)，每個基站覆蓋指定的服務(wù)區(qū)域。RF信號從這些基站發(fā)射至移動單元，也直接從這些移動單元發(fā)射至覆蓋該移動單元當(dāng)前所在區(qū)域的基站。
這樣的蜂窩基站通常與不受功率限制的電源相連。這樣，在該系統(tǒng)中，就不必減少這些基站的發(fā)射功率來減少功率消耗。然而，限制基站的發(fā)射功率，從而減少相鄰單元間的干擾也是有意義的。
如圖5所示，在一個典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，GSM終端同步的概念可以得到進(jìn)一步的改進(jìn)。已有的建議通過一種方案來實現(xiàn)同步，在該方案中，其發(fā)送連接過程(網(wǎng)控中心→衛(wèi)星→終端)具有與在GSM中相同的信道間隔，碼速和脈沖序列長度。終端同步是在粗同步和精同步兩個步驟中實現(xiàn)的。
粗同步可以通過生成指定載波的功率曲線來實現(xiàn)。該衛(wèi)星系統(tǒng)，在控制信道復(fù)幀中，發(fā)射一些比其它脈沖序列的電平高的脈沖序列(例如816個脈沖序列中4個電平高7dB的脈沖序列)。通過讀取RSSI(接收信號功率指示)電平(采樣，例如，每個脈沖序列4次)，可以判定該載波的功率曲線，使該移動單元實現(xiàn)精度大約為脈沖序列的1/4的同步。如圖6所示，該4個較高功率的脈沖序列可以非對稱地映射到控制信道MF上。更加具體地，圖6顯示了在每一幀0-50中時隙0的內(nèi)容。每個時隙都被標(biāo)記為高功率時隙H，同步脈沖序列S，衛(wèi)星廣播控制信道SBCCH，衛(wèi)星公共控制信道SCCCH，或空閑脈沖序列I。
該功率曲線最好通過多個控制信道復(fù)幀來獲得。通過檢測最佳的功率分布(與期望的功率曲線匹配最好)，可以實現(xiàn)移動單元的MF結(jié)構(gòu)的粗同步。
通過對SBCCH(衛(wèi)星廣播信道)和SCCCH(衛(wèi)星公共控制信道)邏輯信道的已知的訓(xùn)練序列進(jìn)行比特級的相關(guān)計算，可以實現(xiàn)移動單元的精同步。這些信道的脈沖序列基本上與圖1所示的普通GSM脈沖序列相同。由于較差的信號增益和訓(xùn)練序列的長度較短，最好在多個脈沖序列上進(jìn)行相關(guān)積累。
為了保持同步，在典型的衛(wèi)星系統(tǒng)中，通常傳輸SBCCH和SCCCH脈沖序列。該SBCCH信道運送廣播信息并總是在MF內(nèi)的給定點發(fā)送。該SCCCH信道要么發(fā)送SAGCH(衛(wèi)星接入許可信道)信息，要么發(fā)送SPCH(衛(wèi)星尋呼信道)信息。原則上，只有當(dāng)移動單元被尋呼或需要進(jìn)行系統(tǒng)接入認(rèn)證時，才需要這些信道上的信息。然而，該終端總是需要有效的信號以保持正確的同步。這意味著，衛(wèi)星系統(tǒng)總是需要在控制信道的時隙0傳送除了空閑脈沖序列外的其它所有規(guī)定的脈沖序列。這樣，該移動單元就可以使用這些脈沖序列的任意一個來正確地同步。如果沒有該要求，當(dāng)沒有提供SCCCH信息時，該移動單元將試圖與噪聲相關(guān)，將不能實現(xiàn)精同步。
如前所述，在功率受限的系統(tǒng)中，如衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，非常需要減少功率的消耗。在該系統(tǒng)中的基站包括網(wǎng)關(guān)(傳輸信道的)和不直接與移動單元通信的網(wǎng)絡(luò)控制中心(控制信道的)。該系統(tǒng)使用衛(wèi)星來使RF信道到達(dá)它們的目的地。假設(shè)用戶的密度相對較小，該系統(tǒng)可以比蜂窩系統(tǒng)提供更經(jīng)濟(jì)的大面積服務(wù)覆蓋范圍。
最好是提供一種方法來減少功率受限的通信裝置中的功率消耗。
進(jìn)一步地，最好是提供一種方法來保持同步，并減少功率受限的通信裝置中的功率消耗。
進(jìn)一步地，更好的是提供一種，適合于在基于衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)中使用的，保持同步的節(jié)省功率的方法。
當(dāng)不需要尋呼或接入許可信息時，系統(tǒng)(包括衛(wèi)星系統(tǒng))發(fā)送SCCCH信息的唯一原因是為終端提供精同步的途徑。由于這些脈沖序列在同步中所使用的唯一部分是訓(xùn)練序列，該脈沖序列可以簡化為只包括訓(xùn)練序列。當(dāng)需要尋呼和/或接入許可信息時，再發(fā)送普通脈沖序列。
本發(fā)明的方法，可以在時隙0節(jié)省MF的51幀中的36幀的功率消耗。
本發(fā)明使功率受限通信設(shè)備(例如，數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)的空間部分)可以在不連續(xù)發(fā)射的情況下，提供同步信息。如果在通信系統(tǒng)中，沒有檢測相鄰單元的信號功率的需求，對于那些不需要尋呼或接入許可的幀，該功率受限裝置只需要發(fā)射實際的訓(xùn)練序列，而不是整個脈沖序列。該所述方案使功率受限設(shè)備，在訓(xùn)練序列之前和之后功率躍升和躍降，并在剩下的時隙中關(guān)閉發(fā)射機(jī)。
附圖簡述通過閱讀下面的優(yōu)選實施例詳述，并參照附圖，可以更加清楚地理解本發(fā)明，在該附圖中，相同的標(biāo)記代表相同的元件，其中圖1顯示了依照GSM標(biāo)準(zhǔn)的普通的時分多址幀結(jié)構(gòu)和脈沖序列；圖2顯示了依照GSM標(biāo)準(zhǔn)的同步信道脈沖序列；圖3A-3B顯示了適合于GSM系統(tǒng)中的通信控制信息的示范的控制信道結(jié)構(gòu)；圖4顯示了示范的GSM接收機(jī)的框圖；圖5顯示了適合于實現(xiàn)本發(fā)明的示范的基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)；圖6顯示了基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)的示范的控制信道結(jié)構(gòu)；圖7為描述依照本發(fā)明的示范方法的流程圖；圖8為依照本發(fā)明實施例的示范的簡化的脈沖序列；圖9為依照本發(fā)明實施例來操作的發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)功率的示意圖；圖10A-B分別為在圖6的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的控制信道的時隙0的載波輸出功率示意圖，和依照本發(fā)明實施例的載波輸出功率示意圖；優(yōu)選實施例詳述依照本發(fā)明，功率受限通信設(shè)備(例如數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)的空間部分)可以在不連續(xù)發(fā)射的情況下，提供同步信息。這樣，如果在通信系統(tǒng)中，沒有檢測相鄰單元的信號功率的需求，對于那些不需要尋呼或接入許可的幀，該功率受限裝置只需要發(fā)射實際的訓(xùn)練序列，而不是整個脈沖序列。該所述方案使功率受限設(shè)備，在訓(xùn)練序列之前和之后功率躍升和躍降，并在剩下的時隙中關(guān)閉發(fā)射機(jī)。
圖7顯示了描述依照本發(fā)明的同步方法的流程圖。依照該方法，在步驟100，建立并保持控制基站，如衛(wèi)星和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，和移動通信終端間時分多址通信連接。該時分多址通信連接為傳統(tǒng)的時分多址通信連接，并包括一個或多個控制信道，該控制信道用來在控制基站和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)間交換控制信息，該控制信息包括同步信息和一些附屬的控制信息。例如，該控制信道包括發(fā)送同步，廣播控制信息，接入許可信息，和尋呼信息的SBCCH和/或SCCCH信道。在步驟100建立通信連接的過程中，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)實現(xiàn)了粗同步(用已知的方法，例如上述的功率曲線法)和精同步。在保持該通信連接的同時，在控制基站和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)間交換如圖1所示的普通的時分多址脈沖序列。
在步驟102，判斷是否需要附加信息(例如尋呼或接入許可信息)。如果需要，將保持在步驟100中建立的通信連接并按照需要交換該附加信息。如果不需要該附加控制信息，該通信系統(tǒng)則在步驟104進(jìn)入節(jié)省功率模式。在節(jié)省功率模式，該控制基站發(fā)射只包含訓(xùn)練序列的簡化的脈沖。在步驟104的節(jié)省功率模式下，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)可以保持精同步，因為該簡化的脈沖序列包含所有需要的精同步信息。
在步驟106，判斷是否需要附加的控制信息。例如，在經(jīng)過一段時間的步驟104的節(jié)省功率模式的操作后，需要從控制基站向發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)射尋呼信息。如果需要附加的控制信息，該方法返回至步驟100，并按照需要交換普通的脈沖序列。如果不需要附加的控制信息，該過程返回至步驟104，該系統(tǒng)繼續(xù)在節(jié)省功率的模式下運作。
圖8顯示了在節(jié)省功率模式下發(fā)送的簡化的脈沖序列。如圖8所示，該簡化的脈沖序列只包括發(fā)射機(jī)/接收機(jī)保持精同步所需的訓(xùn)練序列和必要的尾比特。該簡化的脈沖序列最好包括GSM訓(xùn)練序列或一些其它的訓(xùn)練序列(例如具有較少碼元的訓(xùn)練序列)。在剩下的脈沖序列期間，關(guān)閉該發(fā)射機(jī)以節(jié)省功率。
圖9顯示了，在使用依照本發(fā)明的方法的示范系統(tǒng)中，控制基站的發(fā)射機(jī)活動的示意圖。在本實施例中，在時隙n+1和n+2，該發(fā)射機(jī)開啟并只發(fā)射32個碼元(該訓(xùn)練序列和尾比特)，而在剩下的脈沖序列期間，關(guān)閉該發(fā)射機(jī)。相反，在時隙n和n+3，該發(fā)射機(jī)在整個脈沖序列期間都開啟，并且，既發(fā)射精同步信息，也發(fā)射附加的控制信息(例如，尋呼和接入許可信息)。在本發(fā)明的給定的應(yīng)用中，最好是，其它發(fā)射機(jī)的活動方式也依賴于訓(xùn)練序列的長度。
圖10A-B分別顯示了，在傳統(tǒng)的基于衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)中，和在使用本發(fā)明的方法的基于衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星系統(tǒng)控制信道載波(如圖6所示)的時隙0的輸出功率示意圖。如圖10A所示，傳統(tǒng)的衛(wèi)星系統(tǒng)，總是為所有的脈沖序列在時隙0提供有效的數(shù)據(jù)，以使移動單元實現(xiàn)和保持精同步。其結(jié)果是造成功率的不必要的消耗。如圖10B所示，在不需要尋呼或接入許可信息的SCCCH脈沖序列期間，發(fā)射簡化的脈沖序列來保持精同步，這樣就基本上減少了輸出功率。
盡管上述的描述包括了許多細(xì)節(jié)和說明，應(yīng)該明白，這些描述只是說明性的，不應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明的限制。對于那些在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯然可以很方便地進(jìn)行很多修改，這完全在下面的權(quán)利要求和法律說明所定義的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在TDMA通信系統(tǒng)中，保持控制基站和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)間同步的方法，包括以下步驟建立控制基站和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)間TDMA通信連接，該TDMA通信連接至少包括一個用來運送控制脈沖序列的控制信道，每個控制脈沖序列包括同步信息，和有選擇地包括附加的控制信息；當(dāng)需要附加的控制信息時，在間隔期間，在至少一個控制信道上發(fā)射簡化的控制脈沖序列，該簡化的控制脈沖序列包括同步信息，不包括附加的控制信息。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該控制基站是衛(wèi)星，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)是移動電話單元。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該附加的控制信息包括尋呼信息，接入許可信息，或既包括尋呼信息，又包括接入許可信息。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個控制信道包括公用控制信道。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該控制脈沖序列和簡化的控制脈沖序列進(jìn)一步包括尾比特。
6.權(quán)利要求1的方法，其中該控制脈沖序列和簡化的控制脈沖序列是在TDMA通信連接的一個時隙間發(fā)射的。
7.在第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備間交換通信信號的方法，包括以下步驟在該第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備間建立通信連接，該通信連接包括至少一個，用來分別在第一和第二間隔間，在該第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備間，交換第一和第二種類型的控制信息的控制信道；并且，可以有選擇地為在至少一個控制信道上發(fā)射的發(fā)射機(jī)提供功率，這樣，在該第一間隔期間，為發(fā)射機(jī)提供功率，在不需要第二種類型的第二間隔期間，不為發(fā)射機(jī)提供功率。
8.權(quán)利要求7的方法，其中該第一通信設(shè)備是衛(wèi)星，該第二通信設(shè)備是移動電話單元。
9.權(quán)利要求7的方法，其中該通信連接是TDMA通信連接。
10.權(quán)利要求7的方法，其中該至少一個控制信道包括公用控制信道。
11.權(quán)利要求7的方法，其中該第一種類型的控制信息包括同步信息，該第二種類型的信息包括尋呼信息或接入確認(rèn)信息。
12.權(quán)利要求8的方法，其中該第一和第二脈沖序列在TDMA通信連接的一個時隙之內(nèi)。
13.通信系統(tǒng)，包括第一通信設(shè)備；第二通信設(shè)備；用來在該第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備間，建立通信連接的裝置，該通信連接包括至少一個控制信道，該控制信道用來將脈沖序列控制信息從該第一通信設(shè)備發(fā)射至第二通信設(shè)備，每個脈沖序列包括第一種類型的控制信息和有選擇地包括第二種類型的控制信息；發(fā)射功率裝置，當(dāng)需要該第一和第二類型的控制信息時，該發(fā)射功率裝置，有選擇地為每個脈沖序列控制信息提供發(fā)射功率，當(dāng)不需要該第二類型的控制信息時，有選擇地為簡化脈沖序列控制信息提供發(fā)射功率，每個該簡化脈沖序列只包括第一種類型的控制信息。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該第一通信設(shè)備是衛(wèi)星，該第二通信設(shè)備是移動電話單元。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該通信連接是TDMA通信連接，該至少一個控制信道是公用控制信道。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中該TDMA通信連接是依照GSM標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定的。
17.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中每個脈沖序列和每個簡化的脈沖序列發(fā)生在TDMA通信連接的一個時隙之內(nèi)。
18.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該第一種類型的控制信息包括同步信息，該第二種類型的信息包括尋呼信息或接入確認(rèn)信息。
19.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，在每個脈沖序列期間，該第一和第二種類型的信息由尾比特來確定，在每個簡化脈沖序列期間，該第一種類型的信息由尾比特來確定。
全文摘要
一種在功率受限的通信系統(tǒng)中保持同步的節(jié)省功率的方法,例如,該通信系統(tǒng)為基于衛(wèi)星的時分多址移動無線通信系統(tǒng)。依照示范的實施例,當(dāng)接收移動單元不需要其它控制信息時,該衛(wèi)星發(fā)射在間隔間只包含同步信息的簡化的脈沖序列,從而減少了這些間隔的功率消耗。
文檔編號H04B7/212GK1242892SQ97181212
公開日2000年1月26日 申請日期1997年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月5日
發(fā)明者T·W·瑟爾弗, L·W·馬辛吉爾 申請人:艾利森公司