ПРОИЗВОЛЬНЫЙ ДОСТУП В ДУПЛЕКСНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК H04B7/26 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к дуплексным мобильным системам связи с временным разделением, более точно - к процедурам произвольного доступа в дуплексных системах связи с временным разделением, а еще более точно - к защитным периодам для использования как часть процедур произвольного доступа в дуплексных системах связи с временным разделением.

В современных сотовых системах радиосвязи радиосеть жестко контролирует поведение терминала. Параметры передачи по восходящей линии связи, такие как частота, синхронизация и мощность, регулируются с помощью управляющих сообщений нисходящей линии связи от NodeB (например, в системах, таких как универсальные мобильные системы телекоммуникации - «UMTS») или другого типа базовой станции (BS) на мобильный терминал (например, Пользовательское оборудование - «UE» - в системах типа UMTS 3G, и Мобильная станция - «MS» - в системах типа Глобальной системы для мобильной связи (GSM)).

Синхронизация по восходящей линии связи имеет особенную важность. Современные цифровые беспроводные системы пользуются временными интервалами (слотами) или кадрами. Совместное использование радиочастотного интерфейса в таких системах включает в себя компонент множественного доступа с временным разделением (TDMA), в соответствии с которым последовательные временные интервалы и/или кадры выделяются различным пользователям. Для того чтобы избежать наложения между последовательными пакетами восходящей линии связи от различных пользователей, требуется жесткий контроль восходящей синхронизации.

В сотовых сетях, имеющих радиус соты, который может варьироваться от нескольких километров до десятков километров, необходимо учитывать время распространения радиосигнала (например, задержку распространения между антенной передатчика и антенной приемника). То есть добавочное время задержки по пути распространения радиосигнала из UE приводит к задержке времени поступления пакетов на NodeB. Величина испытываемой дополнительной задержки зависит от расстояния d между NodeB и UE. Поскольку синхронизация UE (как в направлении восходящей линии связи, так и в направлении нисходящей линии связи) основана на управляющих сигналах по нисходящей линии связи, которые сами по себе задержаны посредством той же самой задержки распространения, суммарное временное несоответствие Δt составляет две задержки распространения d/с, где c является скоростью света. Величина Δt, таким образом, представляет двустороннюю задержку (RTD) по эфиру.

В системах связи, которые используют дуплексирование с временным разделением (TDD), радиочастотные приемопередатчики на NodeB и UE не могут передавать и принимать одновременно. То есть приемопередатчик обязан завершить всю операцию приема до начала передачи, и наоборот, вся операция передачи должна быть закончена до начала приема. Ни в один момент времени сигналы по восходящей или нисходящей линиям связи не могут перекрываться на антенне NodeB или на UE.

Во время работы UE должен быть синхронизирован с NodeB. Тем не менее, при включении или после длительного времени ожидания или спящего режима, UE не синхронизирован в восходящей линии связи. В отличие от частоты и оценки мощности по восходящей линии связи, которые UE может извлечь из (управляющих) сигналов по нисходящей линии связи, выполнить оценку синхронизации для восходящей линии связи сложно, поскольку не известна двусторонняя задержка распространения между NodeB и UE. Поэтому до начала передачи UE необходимо выполнить процедуру произвольного доступа (RA) к сети. Поскольку синхронизация по восходящей линии связи еще не выровнена, требуется большой защитный период. Защитный период требуется по меньшей мере такой же длины, как максимальное суммарное несоответствие Δt_max синхронизации, которое определяется наиболее удаленными пользователями, а именно пользователями на границах соты, которые находятся на самых больших расстояниях от NodeB. Это приводит к значительным издержкам, поскольку защитный период не может использоваться для передач. Для размеров соты до 15 км требуется защитный период по меньшей мере в 100 мкс. Для размеров соты до 30 км требуется защитный период по меньшей мере в 200 мкс.

Вследствие неизвестной двухсторонней задержки традиционные решения нуждаются в большом защитном времени в промежутке времени RA. Хотя процедура RA используется нечасто (при включениях и когда была потеряна синхронизация UL), эти издержки должны быть включены в каждый кадр для того, чтобы поддерживать наиболее удаленных пользователей, в то же время сохраняя требования к задержке. Для больших размеров соты требуются более длительные защитные интервалы времени, так же как и более длительные заголовки для того, чтобы сохранить мощность, получаемую NodeB. Это дополнительно увеличивает издержки.

Таким образом, существует потребность в улучшенной процедуре RA, которая не требует таких больших издержек ресурсов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Должно быть подчеркнуто, что термины «содержит» и «содержащий», когда используются в этом описании, берутся, чтобы задавать наличие изложенных признаков, целых чисел, этапов или компонентов, но использование этих терминов не исключает наличия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или их групп.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения вышеизложенная и другие задачи достигаются способами и устройствами, которые влияют на функционирование мобильного терминала в сотовой системе связи, которая содержит базовую станцию, функционирующую в дуплексном режиме с временным разделением. В аспекте вариантов осуществления, согласующемся с изобретением, мобильный терминал обнаруживает передачу по нисходящей линии связи от базовой станции и определяет из нее будущий момент времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи как раз перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале. Мобильный терминал начинает передачу произвольного доступа по восходящей линии связи в момент времени, который находится перед будущим моментом времени.

Момент времени, который находится перед будущим моментом времени, может быть моментом времени, который является фиксированной величиной времени перед будущим моментом времени. В некоторых вариантах осуществления фиксированная величина времени соответствует максимально возможной двусторонней задержке между базовой станцией и мобильным терминалом.

В некоторых вариантах осуществления передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит тело и циклический префикс, причем циклический префикс содержит конечную часть тела.

В другом аспекте вариантов осуществления, согласующемся с изобретением, способы и устройство влияют на функционирование базовой станции в дуплексном режиме с временным разделением в системе сотовой связи. Такое функционирование содержит прием по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи от одного из одного или более терминалов во время окна произвольного доступа, которое начинается прямо после передачи по нисходящей линии связи, направленной одному или более мобильным терминалам, где длительность окна произвольного доступа T_{RA_window} удовлетворяет следующему соотношению:

T_{RA_window} < T_PR + RTD_max,

где T_PR - длительность передачи произвольного доступа по восходящей линии связи, а RTD_max - максимально возможная двусторонняя задержка между базовой станцией и любым из одного или более мобильных терминалов.

В некоторых вариантах осуществления T_{RA_window} удовлетворяет:

T_{RA_window} = T_PR + T_UD,

где T_UD - длительность времени переключения с восходящей линии связи на нисходящую линию связи.

В некоторых вариантах осуществления передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит тело заголовка и циклический префикс; тело заголовка имеет длительность T_{PRE_BODY}; а циклический префикс имеет длительность T_CP, в соответствии с чем T_PR = T_CP + T_{PRE_BODY}.

Присутствие циклического префикса позволяет выполнять обработку в частотной области. Таким образом, некоторые варианты осуществления включают логическую схему, сконфигурированную для создания представления в частотной области принятой по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи; логическую схему, сконфигурированную для создания сигнала в частотной области посредством перемножения представления в частотной области принятой по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи посредством представления в частотной области известной последовательности заголовка; логическую схему, сконфигурированную для создания сигнала во временной области из сигнала в частотной области. Дополнительно предоставлено устройство сравнения, которое устанавливает, представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа посредством сравнения одного или более элементов сигнала временной области с пороговым значением. Пороговое значение может масштабироваться для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

В другом аспекте корреляция может быть выполнена целиком во временной области. Таким образом, некоторые альтернативные варианты осуществления включают в себя коррелятор с перестраиваемым опорным сигналом, который создает значение корреляции, указывающее максимальную степень корреляции между принятой по меньшей мере частью передачи произвольного доступа по восходящей линии связи и известной последовательностью заголовка. Представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа, устанавливается посредством сравнения величины корреляции с пороговым значением.

В еще одном аспекте некоторых вариантов осуществления пороговое значение масштабируют для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Задачи и преимущества изобретения будут поняты из чтения следующего подробного описания в соединении с чертежами, на которых изображено следующее.

Фиг.1 - примерный радиокадр, пригодный для систем связи, подобных системе 3G LTE.

Фиг.2 - временная диаграмма, показывающая передачи произвольного доступа, которые могут происходить в результате использования традиционных процедур, и окно произвольного доступа, которое обязательно получается.

Фиг.3 - временная диаграмма, показывающая примерные передачи произвольного доступа и намного более короткое окно произвольного доступа, которое может, следовательно, достигаться посредством использования передовых методик, описанных в данном документе.

Фиг.4 изображает два графика, причем первый является графиком энергии заголовка, принятой с постоянным опережением синхронизации, нанесенной как функция расстояния между NodeB и UE, а второй является графиком энергии заголовка, принятой без применения постоянного опережения синхронизации, нанесенной как функция расстояния.

Фиг.5 иллюстрирует примерный сигнал, имеющий циклический префикс (CP).

Фиг.6 - временная диаграмма, иллюстрирующая, как начинается заголовок FET прямо в начале окна RA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения.

Фиг.7 - временная диаграмма, иллюстрирующая потенциальные ситуации на примерном усовершенствованном NodeB, когда фиксированное опережение синхронизации применено к передачам RA по восходящей линии связи в соответствии с аспектом, согласующимся с вариантами осуществления изобретения.

Фиг.8a - структурная схема примерного оборудования приемопередатчика, выполненного с возможностью выполнения различных аспектов изобретения в мобильном терминале.

Фиг.8b - структурная схема примерного оборудования приемопередатчика, выполненного с возможностью выполнения различных аспектов изобретения в базовой станции.

Фиг.9 - схема последовательности операций примерных этапов/процессов, выполняемых мобильным терминалом в соответствии с аспектами, согласующимися с вариантами осуществления изобретения.

Фиг.10 - схема последовательности операций способа примерных этапов/процессов, выполняемых базовой станцией в соответствии с аспектами, согласующимися с вариантами осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Различные признаки изобретения теперь будут описаны со ссылкой на чертежи, на которых подобные части идентифицируются одинаковыми номерами позиций.

Различные аспекты изобретения теперь будут описаны с большей подробностью в связи с некоторым количеством примерных вариантов осуществления. Для облегчения понимания изобретения множество аспектов изобретения описаны в терминах последовательностей действий, которые должны быть выполнены элементами компьютерной системы или другим аппаратным обеспечением, способным исполнять запрограммированные команды. Будет признано, что в каждом из вариантов осуществления различные действия могут выполняться специализированными схемами (например, логическими вентилями дискретной логики, соединенными, чтобы выполнять специализированную функцию), программными инструкциями, выполняемыми одним или более процессорами, или сочетанием обоих. Более того, изобретение может дополнительно рассматриваться как осуществленное полностью в любом виде машиночитаемого носителя, такого как твердотельная память, магнитный диск, оптический диск или несущая волна (такая как радиочастота, частота звукового сигнала или несущие волны оптической частоты), содержащего подходящий набор компьютерных команд, который заставил бы процессор исполнять методики, описанные в данном документе. Таким образом, различные аспекты изобретения могут быть воплощены во многих разных формах, и все такие формы предполагаются находящимися в пределах объема изобретения. Для каждого из различных аспектов любая такая форма вариантов осуществления может упоминаться как «логическая схема, сконфигурированная, чтобы» выполнять описанное действие, или, в качестве альтернативы, как «логическая схема, которая» выполняет описанное действие.

В традиционных системах TDD передача UE по восходящей линии связи заголовка произвольного доступа (RA) начинается после того, как полностью принята передача NodeB по нисходящей линии связи. При данном способе приемопередатчик TDD на NodeB имеет время для переключения из режима передачи (нисходящая линяя связи) в режим приема (восходящая линяя связи) и вовремя становится готовым для приема всего заголовка RA даже от ближайших UE, для которых двусторонняя задержка (RTD) является минимальной. Изобретатель предмета изобретения, заявленного в данном документе, осознал, что NodeB не требуется принимать полный заголовок для того, чтобы имело место надежное обнаружение RA. В частности, для ближайших UE укороченный заголовок является достаточным для надежного обнаружения RA. Таким образом, один аспект вариантов осуществления, согласующийся с изобретением, включает в себя применение фиксированного опережения синхронизации (TA) для передачи заголовка в UE, что заставляет UE передавать заголовок во время того, как еще происходят передачи по нисходящей линии связи. Значение опережения синхронизации предпочтительно является близким или меньшим, чем максимальная RTD. Поскольку это осуществляется на практике в системе TDD, ранняя передача заголовка не будет мешать любым передачам по восходящей линии связи. UE, выполняющий эту раннюю передачу, обязан, с необходимостью, выключить свой приемник. Тем не менее UE, который выполняет процедуру произвольного доступа, еще не находится на связи с NodeB. Следовательно, UE может пропустить прием последней части передачи DL, непосредственно предшествующей окну RA, и начать передачу заголовка с TA без каких бы то ни было вредных последствий.

Заголовки, переданные посредством нескольких UE, которые расположены близко к NodeB, будут появляться на NodeB слишком рано, то есть во время того, как NodeB еще выполняет передачу. Вследствие этого, когда приемопередатчик NodeB переключается на прием, часть заголовка будет пропущена. Тем не менее, при надлежащем определении, оставшаяся часть заголовка будет по-прежнему иметь достаточное энергетическое содержимое для того, чтобы обеспечить надежное обнаружение RA. Это будет так, в частности, потому, что заголовки от нескольких UE, на которые было оказано максимальное влияние (т.е. тех, которые расположены ближе к NodeB), будут испытывать незначительную величину затухания. Будет с легкостью понятно рядовым специалистом в данной области техники, что, несмотря на прием только частичного заголовка, никакая конкретная информация не теряется, поскольку заголовок является последовательностью. Его присутствие или отсутствие представляет один бит информации, который может быть извлечен посредством корреляции какой угодно принятой части входящей последовательности с известной последовательностью. Если результаты корреляции превышают пороговую величину, то декларируется его присутствие. Сверх того, могут быть использованы различные последовательности заголовков с хорошими свойствами взаимной корреляции, так что уменьшается вероятность коллизий.

Более того, в системах, которые применяют Циклический префикс (CP) для передачи (например, системы, такие как подобные 3GPP LTE), первая часть заголовка не используется при обнаружении вообще, и не будет ощущаться никакого ухудшения эксплуатационных характеристик. Поскольку TA будет заботиться о неопределенности в синхронизации вследствие неизвестной RTD, никакого дополнительного защитного периода не требуется резервировать в окне RA для этой цели.

Эти и другие аспекты вариантов осуществления, согласующиеся с изобретением, будут теперь описаны с большей подробностью.

Как было отмечено ранее, рассогласование синхронизации в восходящей линии связи происходит из задержки распространения. Эта задержка равна времени, которое занимает проход радиоволн от NodeB до UE и наоборот.

В системах TDD процедура TA серьезно ограничена, поскольку UE не может начать передачу до конца принятого пакета. Тем не менее это ограничение не является необходимым во время произвольного доступа, поскольку UE еще не находится на связи с сетью. Он может сначала извлечь сетевую информацию из широковещательного канала нисходящей линии связи (BCH), а затем ждать подходящего окна RA и отправлять заголовок. UE не должно ждать, пока передача по нисходящей линии связи, прямо предшествующая окну RA, закончится, до того как он начнет отправлять заголовок.

Для того чтобы рассмотреть неограничивающий пример, физический уровень 3G LTE системы включает в себя универсальный радиокадр, имеющий длительность 10 мс. Фиг.1 иллюстрирует один подобный кадр 100, который предложен для использования в режиме TDD. Каждый кадр имеет 20 слотов (пронумерованных от 0 до 19), каждый слот имеет номинальную длительность 0,5 мс. Подкадр составлен из двух соседних слотов и поэтому имеет длительность в 1 мс. Существует 10 подкадров на 10 мс радиокадр. В качестве примера, был выбран дисбаланс TDD UL/DL 6:4; то есть шесть слотов DL и четыре слота UL на 10 мс радиокадр. Первый слот UL может быть зарезервирован для передач RA.

Фиг.2 - временная диаграмма, показывающая примерные передачи произвольного доступа, которые могут происходить в результате использования традиционных процедур, и окно произвольного доступа, которое обязательно получается. На диаграмме для каждого из приемопередатчиков (NodeB, UE₁ и UE₂) переданные сигналы показаны выше временных осей, а принятые сигналы - ниже временных осей. В данном примере UE₁ расположен на максимальном расстоянии от NodeB и связанная задержка распространения имеет максимальную величину (2TI=RTD_max). Должно быть принято во внимание то, что то, что составляет максимальное расстояние, может не быть таким во всех случаях. Например, система может быть спроектирована так, что UE предполагается передавать от первого NodeB другому NodeB, когда расстояние между UE и первым NodeB достигает или превышает определенную величину. Следовательно, это расстояние будет максимальным расстоянием, на котором мог бы быть UE от первого NodeB и при этом все еще предполагаться держащим связь с первым NodeB. При других условиях максимальное расстояние может соответствовать точке, в которой сигнал между NodeB и UE теряется (например, если нет соседней базовой станции, которой может быть передан вызов). Изобретательные аспекты, описанные в данном документе, не ограничены посредством того, что составляет максимальное расстояние между NodeB и UE.

Возвращаясь теперь к обсуждению примера, другой терминал UE₂ находится ближе к NodeB и поэтому имеет намного более короткую задержку распространения (T2). Каждый из UE ожидает до тех пор, пока не будет принята полная передача по нисходящей лини связи (DL1), и затем переключается в режим передачи для того, чтобы отправить свои соответствующие заголовки, PR1 и PR2. Заголовок (PR2) соседнего устройства UE₂ появляется на NodeB во время, которое равно 2∙T2 после завершения передачи по нисходящей линии связи. Заголовок (PR1) дальнего устройства UE₁ появляется на NodeB намного позже, во время, которое равно 2∙T1 после завершения передачи по нисходящей линии связи. Ясно, что для того, чтобы избежать любой возможности взаимного влияния (перекрытия) заголовка с последующими слотами UL (трафик), требуется включить существенный защитный период (GP) в состав окна RA; то есть длительность окна RA (T_{RA_window}) должна покрывать длительность заголовка (T_PR) и максимальной двусторонней задержки. Следовательно,

T_{RA_window} = T_PR + RTD_max = T_PR + 2T₁

Фиг.3 - сравнимая временная диаграмма, на этот раз показывающая примерные передачи произвольного доступа и намного более короткое окно произвольного доступа, которое может, следовательно, быть достигнуто посредством использования передовых методик, описанных в данном документе. В другом аспекте каждая передача UE заголовка произвольного доступа происходит с опережением синхронизации (TA) на фиксированную величину, соответствующую максимальной RTD, которая может иметь место в соте. В этом примере RTD_max=2T₁, поскольку предполагается, что UE₁ находится на границе соты. Из-за ранней передачи заголовок (PR1) UE₁ появляется и принимается на NodeB сразу после того, как NodeB завершает передачу по нисходящей линии связи (DL1).

В противоположность, заголовок (PR2) соседнего UE₂ принимается слишком рано (например, во время того, как NodeB еще передает DL1). Это раннее появление также верно для других заголовков, исходящих из других UE (не показаны), которые не находятся на границе соты. Поскольку NodeB может начинать прием, только когда закончилась передача, он пропускает начальную часть заголовка. Однако это не превращается во вредный эффект для обнаружения заголовка, поскольку более близкое расстояние UE до NodeB приводит также к меньшему затуханию при распространении. Следовательно, заголовки от более близких UE принимаются с большим отношением сигнал-шум (SNR), чем сигналы от более удаленных UE. Более того, общая энергия заголовка, принятая детектором, выше даже для частичных заголовков более близких UE, чем для полностью обнаруженных заголовков, принятых от более удаленных UE. Это сравнение проиллюстрировано на фиг.4, которая изображает график 401 (полученный из моделирований) энергии заголовка, принятой с фиксированным опережением синхронизации, изображенной как функция расстояния между NodeB и UE, а также показывает график 403 (полученный из моделирований) энергии заголовка, принятой без приложения фиксированного опережения синхронизации, изображенной как функция расстояния. В каждом случае применимы следующие параметры: длина заголовка 1 мс, мощность передачи на UE 24 дБм, фиксированное опережение синхронизации 200 мкс. Является верным, что для более коротких расстояний общая энергия заголовка без опережения синхронизации несколько больше, когда применено опережение синхронизации (на близких расстояниях 20% энергии заголовка теряется - см., например, принятую энергию с (405) и без (407) фиксированного опережения синхронизации, когда расстояние передачи между NodeB и UE равно 2,5 км). Тем не менее более важно то, что энергия заголовка укороченных заголовков всегда больше, чем энергия, принятая от полных заголовков наиболее удаленных UE (на 30 км).

Для того чтобы обеспечить лучшие результаты, может быть применено управление мощностью с разомкнутым контуром. То есть UE должно передавать заголовок на полной мощности не зависимо от его расположения в соте.

Может быть видно из вышесказанного, что использование фиксированного опережения синхронизации заботится о неопределенности синхронизации RTD и, следовательно, позволяет пропустить защитный период. Это может быть использовано как преимущество уменьшения длительности окна RA, T_{RA_wmdow}, в сравнении с окнами RA, требуемыми для традиционных методик. В качестве альтернативы, использование фиксированного опережения синхронизации позволяет увеличить время T_PR заголовка (относительно длин заголовков, которые могут быть приняты традиционными методиками), что будет обеспечивать большее покрытие.

Из-за устройства TDD часть заголовка, которая в некоторых случаях появляется слишком рано, не будет создавать помехи другим передачами по восходящей линии связи (как это могло бы быть в FDD, где данная концепция, следовательно, не применима). Тем не менее ранние передачи UL нескольких UE заголовка имеют потенциальную возможность создавать помехи приему другими UE продолжающейся передачи по нисходящей линии связи. Считается, что это не будет, однако, создавать большую проблему, поскольку моделирования показали, что взаимные помехи между UE имеют очень маленький вклад вследствие условий непрямой видимости (NLOS) между различными UE. Ранняя передача заголовка может иметь некоторый вклад в областях точек доступа, в которых UE очень близко разнесены, но должно быть отмечено, что процедура RA выполняется очень нечасто. Следовательно, влияние даже на рядом расположенные терминалы будет несущественным.

Вышеописанное обсуждение рассматривало GP, происходящий только от RTD. На практике защитные периоды могут также требоваться для того, чтобы учитывать времена переключения UL-DL и DL-UL (например, для радиочастотных приемопередатчиков для перестройки их каналов RX и TX), и для исключения влияния между BS (т.е. передач DL от одной или более удаленных NodeB, которые могут быть все еще в эфире, когда NodeB переключается с передачи на прием). Такие GP оставлены за рамками обсуждения лишь для облегчения обсуждения различных аспектов изобретения. Тем не менее должно быть легко понятно рядовому специалисту в данной области вышеупомянутой техники, что такие GP могут также быть включены в концепцию, как описано выше.

Для того чтобы дополнительно проиллюстрировать варианты осуществления, согласующиеся с изобретением, теперь будет описан примерный вариант осуществления в системах, подобных LTE TDD. Радиоинтерфейс систем, подобных LTE TDD, использует подкадры, имеющие длительность 1 мс (см., например, фиг.1). Окно RA поэтому равно 1 мс. В LTE TDD (и подобных системах) преимущественно нужно обрабатывать сигналы UL в частотной области. Для того чтобы поддерживать циклические свойства принятых сигналов, циклический префикс (CP) включен в заголовок. Фиг.5 - пример традиционной последовательности 500, имеющей циклический префикс (CP). Информация, содержащаяся в CP, является копией информации, находящейся в конечной части тела передаваемой последовательности. В традиционных вариантах осуществления RA, использующих CP, длина CP типично выбирается такой, чтобы быть равной длине GP. Чтобы взять в качестве примера универсальную структуру LTE, типичные значения CP=GP=l00 мкс, а T_pr=800 мкс, как показано на фигуре. (Должно быть отмечено, что альтернативная структура кадра, имеющего продолжительность только 0,675 мс, также предложена для LTE TDD, которая требует использования для процедуры RA даже более короткого заголовка.)

Тем не менее будет упомянуто, что когда применены различные изобретательные концепции, нет GP, и заголовок, включающий CP, может заполнять все окно RA. В сравнении с традиционным способом, в котором окно RA должно включать в себя заголовок с CP и GP, настоящее изобретение разрешает разработчику выбирать больший CP или большее тело заголовка. Длина требуемого CP по-прежнему соответствует максимальной RTD плюс максимальная среднеквадратичная задержка вследствие множественного пути T_cp=RTD_max+T_ds (где T_ds представляет значение разброса задержки, выведенное из максимального разброса σ_r среднеквадратичной задержки). В отличие от традиционных методик, в которых NodeB начинает свое окно обнаружения быстрого преобразования Фурье (FFT) после задержки CP после начала заголовка RA, аспект изобретения имеет окно FFT, начинающееся прямо когда начинается окно RA. Это изображено на временной диаграмме на фиг.6. Может быть видно, что не зависимо от того, рассматривают ли наиболее рано поступающий заголовок 601 или последний поступающий заголовок 603, присутствие CP обеспечивает то, что полная информация находится в пределах окна 605 FFT, так что не ощущается ухудшения эксплуатационных характеристик.

Поскольку разработчик не обязан покидать пространства для GP, разработчик имеет некоторую свободу для того, чтобы сделать компромиссы конструкции. Например, при заданном окне RA 1 мс (и поэтому длине заголовка 1 мс) можно реализовать тело заголовка в 800 мкс и длину CP в 200 мкс. С таким же телом заголовка, как и в традиционной системе (например, системе LTE TDD), CP теперь имеет двойную длину CP в традиционном способе. Это позволяет приемнику покрывать двойную RTD_max. Другие длительности также могут быть выбраны; например можно сохранить CP в 100 мкс, но увеличить тело заголовка до 900 мкс для того, чтобы достичь лучших эксплуатационных характеристик SNR.

Теперь будут описаны варианты осуществления, которые учитывают защитные периоды для переключения DL-UL и UL-DL. В традиционных системах эти защитные периоды идут во вред некоторым другим частям заголовка, таким как первоначальный 0,1 мс защитный период T_GT, который учитывает неизвестную двустороннюю задержку. Как следствие, максимальный радиус соты, который может поддерживаться, может быть уменьшен.

Тем не менее в аспекте вариантов осуществления, согласующемся с изобретением, если постоянное опережение синхронизации применяется так, как описано выше, ситуация улучшается до той, которая изображена на временной диаграмме фиг.7, которая показывает потенциальные ситуации на примерном улучшенном NodeB («eNodeB»). Окно FFT начинается на границе подкадра, и его длительность зависит от типа реализуемой системы (например, 0,8 мс для общей системы TDD, или «gTDD»). Отметим, что вследствие фиксированного опережения синхронизации длина T_CP CP увеличена до:

T_CP = Длительность подкадра (например, 1 мс) - T_{PRE_BODY} - T_UD

где T_UD - время переключения UL-DL. Более того, эффективные защитные периоды увеличены на ту же величину. При T_UD порядка нескольких микросекунд идея опережения синхронизации существенно улучшила максимальный размер соты процедуры RA (почти в два раза). Если длительность последовательности заголовка поддерживается на T_{PRE_BODY} = 800 мкс (как в традиционной системе gTDD), достигается защитный период около 200 мкс, который поддерживает размеры сот до 30 км. В качестве альтернативы или дополнения можно увеличить длину последовательности заголовка T_{PRE_BODY} (за счет T_GP) для того, чтобы увеличить энергию E_p заголовка. Возможно любое количество оптимизаций, пока удовлетворяется следующее условие:

T_CP + T_{PRE_BODY} + T_UD = Длительность подкадра (например, 1 мс).

Снова отметим, что в отличие от функционирования FDD, где подобное большое опережение синхронизации вызывало бы коллизии с предшествующими подкадрами UL, в режиме TDD только подкадр DL предшествует окну RA. Поскольку в типичном случае T_CP > T_DU, CP передачи заголовка RA может влиять на эксплуатационные характеристики DL соседних UE. Однако, как указано выше, условия распространения соседних UE являются NLOS, и передача заголовков RA является очень нечастой. Следовательно, один UE, создающий помехи другому, не будет иметь место очень часто. Для дополнительной защиты от таких взаимных помех можно увеличить T_DU (время переключения с нисходящей линии связи на восходящую линию связи) посредством дополнительного обрезания последнего подкадра DL (например, подкадра 101, проиллюстрированного на фиг.1).

Различные аспекты являются равно пригодными в альтернативной TDD (aTDD) структуре кадра, которая была предложена для LTE. Эта структура кадра включает в себя подкадр, имеющий длительность только 0,8 мс. Соответственно, поле Временной Слот Пилот-сигнала восходящей Линии Связи (UpPTS) может быть скомбинировано с первым подкадром UL (например, подкадром 103, проиллюстрированным на фиг.1) для формирования окна RA 0,8 мс. В таких вариантах осуществления являются возможными различные оптимизации длины T_CP циклического префикса и длины T_{PRE_BODY} последовательности заголовка, пока соблюдается следующее условие:

T_CP + T_{PRE_BODY} + T_UD = 0,8 мс

С помощью данного устройства эксплуатационные характеристики RA системы aTDD могут приближаться к эксплуатационным характеристикам RA, получаемым в gTDD и FDD.

Фиг.8а - структурная схема примерного оборудования 800 приемопередатчика, выполненного с возможностью выполнения различных аспектов изобретения в мобильном терминале (например, UE), а 8b - структурная схема примерного оборудования 850 приемопередатчика, выполненного с возможностью выполнения различных аспектов изобретения в базовой станции (например, NodeB, eNodeB).

Рассматривая сначала фиг.8a, оборудование 800 приемопередатчика включает в себя внешний приемник (FE RX) 801 для приема и обратного преобразования пакетов данных. Внешний приемник 801 подает модулирующий сигнал на детектор 803, который демодулирует принятый сигнал. Данные, созданные детектором 803, затем подаются на другие компоненты для дальнейшей обработки (не показано).

Приемопередатчик 800 также включает внешний передатчик (FE TX) 805. Данные, которые должны быть переданы, сохраняются в буфере 807 передачи, который управляется блоком 809 управления. Блок 809 управления использует информацию статуса (например, информацию о необходимости выполнения процедуры произвольного доступа) для определения его функционирования в любое заданное время. Это функционирование будет более подробно описано ниже.

Когда блок 809 управления определяет, что должна происходить передача, внешний передатчик 805 включается и данные (например, заголовок произвольного доступа восходящей линии связи) подаются из буфера 807 передатчика на модулятор 811. Модулированный модулирующий сигнал затем подается на внешний передатчик 805, который преобразует модулированный модулирующий сигнал на несущую частоту передатчика. Сгенерированный радиосигнал затем передается через антенну 813 подразумеваемому получателю (например, NodeB). При завершении передачи внешний передатчик 805 выключается.

Блок 809 управления также управляет функционированием внешнего приемника 801 и планирует различные операции, как требуется для правильного функционирования приемника оборудования приемопередатчика. Такое функционирование находится за рамками объема изобретения и поэтому не описано подробно здесь.

Блок 809 управления может выполнять примерные этапы/процессы, как теперь будет обсуждаться со ссылкой на фиг.9. Среди различных других задач, которые не имеют отношения к изобретению, выполняется определение для того, чтобы убедится, должна ли быть выполнена операция произвольного доступа (блок 901 принятия решения). Это решение может быть принято, например, на основании информации статуса, предоставляемой блоку 809 управления. Если не требуется выполнять операции произвольного доступа (путь «Нет» из блока 901 принятия решения), мобильный терминал продолжает свои задачи (не показаны).

Если операция произвольного доступа должна быть выполнена (путь «Да» из блока 901 принятия решения), то блок 809 управления обнаруживает передачу по нисходящей линии связи от базовой станции и определяет из нее будущий момент времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи как раз перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале (этап 903). В этом отношении будет понятно, что UE будет обычно принимать один или более коротких пакетов по широковещательному каналу управления (BCCH) нисходящей линии связи в кадрах до кадра, в котором расположено окно произвольного доступа. Из этого(их) обнаружения(ий) BCCH UE может разместить (с точки зрения UE) синхронизацию окна произвольного доступа (или другими словами, разместить будущий момент времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи как раз перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале). Окно произвольного доступа является повторяемым и имеет место в каждом кадре. Следовательно, в кадре, в котором UE намеревается выполнить операцию произвольного доступа, он обычно вообще не делает никакого обнаружения нисходящей линии связи, но вместо этого будет использовать предварительно определенную информацию синхронизации, чтобы просто подождать возникновения события произвольного доступа.

Определив будущий момент времени, блок 809 управления затем заставляет мобильный терминал начинать передачу произвольного доступа по восходящей линии связи в момент времени, который находится перед будущим моментом времени (т.е. опережение синхронизации применяется к передаче произвольного доступа по восходящей линии связи) (этап 905).

Теперь дискуссия обратится к варианту осуществления базовой станции, изображенному на фиг.8b. Оборудование 850 приемопередатчика включает в себя внешний приемник (FE RX) 851 для приема и обратного преобразования пакетов данных. Внешний приемник 851 подает модулирующий сигнал на детектор 853, который демодулирует принятый сигнал. Данные, созданные детектором 853, затем подаются на другие компоненты для дальнейшей обработки (не показано).

Приемопередатчик 850 также включает в себя внешний передатчик (FE TX) 855. Данные, которые должны быть переданы, сохраняются в буфере 857 передачи, которым управляет блок 859 управления. Блок 859 управления использует информацию статуса (например, информацию, указывающую, что сейчас момент начала окна произвольного доступа) для определения своего функционирования в любое заданное время. Это функционирование будет более подробно описано ниже.

Когда блок 859 управления определяет, что должна происходить передача, внешний передатчик 855 включается и данные подаются из буфера 857 передатчика на модулятор 861. Модулированный модулирующий сигнал затем подается на внешний передатчик 855, который преобразует модулированный модулирующий сигнал на несущую частоту передатчика. Сгенерированный радиосигнал затем передается через антенну 863 подразумеваемому(ым) получателю(ям) (например, одному или более UE). При завершении передачи внешний передатчик 855 выключается.

Блок 859 управления также управляет функционированием внешнего приемника 851 и планирует различные операции, как требуется для правильного функционирования приемника оборудования приемопередатчика. Такое функционирование находится за рамками объема изобретения и поэтому не описано подробно здесь.

Блок 809 управления может выполнять примерные этапы/процессы, как теперь будет обсуждаться со ссылкой на фиг.10.

Среди различных других задач, которые не имеют отношения к изобретению, выполняется определение для того, чтобы убедится, пришло ли время для возникновения окна произвольного доступа (блок 1001 принятия решения). Если нет (путь «Нет» из блока 1001 принятия решения), базовая станция продолжает выполнять другие свои задачи (не показаны).

Если пришло время для возникновения операции произвольного доступа (путь «Да» из блока 1001 принятия решения), внешний приемник 851 и детектор 853 приводятся в действие для обнаружения любой части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи, которая может появиться (этап 1003). Будет упомянуто то, что вследствие опережения синхронизации полный заголовок RA будет принят только от наиболее удаленных мобильных терминалов; для всех других некоторые части заголовка RA будут появляться слишком рано, чтобы быть принятыми, и будут, следовательно, потеряны. Имеет значение, что длительность промежутка времени T_{RA_window} произвольного доступа удовлетворяет следующему соотношению:

T_{RA_window} < T_PR + RTD_max,

где T_PR - длительность передачи произвольного доступа по восходящей линии связи, а RTD_max - максимально возможная двусторонняя задержка между базовой станцией и любым из одного или более мобильных терминалов.

Блок 859 управления затем заставляет базовую станцию обрабатывать максимально принятую часть передачи произвольного доступа по нисходящей линии связи (этап 1005). Эта обработка может быть выполнена в соответствии с известными методиками, которые не требуется здесь описывать с большой подробностью. Когда используется циклический префикс, такое обнаружение может быть выполнено, например, посредством обработки сигналов в частотной области посредством FFT, так как описано в PCT/SE2007/050037. Генерируется представление в частотной области принятой части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи. Сигнал в частотной области генерируется посредством перемножения представления в частотной области части принятой передачи произвольного доступа по восходящей линии связи посредством представления в частотной области известной последовательности заголовка. Сигнал во временной области генерируется из сигнала в частотной области (например, при помощи обратного быстрого преобразования Фурье - IFFT). Представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа, устанавливается посредством сравнения одного или более элементов сигнала временной области с пороговым значением. Пороговое значение может быть увеличено для обозначения присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

В качестве альтернативы обнаружение заголовка может быть выполнено посредством корреляторов с перестраиваемым опорным сигналом во временной области. В таких вариантах осуществления выходной сигнал коррелятора сравнивается с пороговым значением для того, чтобы принять решение, найдено или нет достаточное соответствие.

Установка порогового значения на низком уровне приводит к высокой частоте ложных тревог, а установка порогового значения на высоком уровне приводит к высокой частоте ложного отклонения (или пропущенному обнаружению). В мобильных системах подходящее пороговое значение TH зависит от SNR: чем выше SNR, тем ниже пороговое значение, в соответствии с

TH = a·σ²,

где σ² - оцененная дисперсия шума на входе коррелятора. Для использования в вариантах осуществления изобретения параметр a может быть отличен от того, который традиционно выбирается, поскольку пороговое значение обычно основано на полной длине последовательности. В настоящем случае только часть последовательности может быть обнаружена, так что значение a может быть меньше для того, чтобы уменьшить недостающую возможность обнаружения.

Изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако специалисту в данной области техники будет с легкостью очевидно, что возможно осуществить изобретение в специфических видах, отличных от описанных выше вариантов осуществления. Описанные варианты осуществления являются просто иллюстративными и не должны считаться каким бы то ни было способом ограничивающими.

Например, все вышеописанные варианты осуществления используют опережение синхронизации, которое соответствует максимально возможному RTD между базовой станцией и мобильным терминалом. Тем не менее некоторые варианты осуществления могут по-прежнему быть достигнуты, когда величина фиксированного опережения синхронизации является меньшим числом, так что в более общем случае мобильный терминал начинает передачу произвольного доступа по восходящей линии связи в момент времени, который находится перед моментом времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи станет обнаруживаемой на мобильном терминале.

Также будет понятно, что при заданной передаче фиксированного размера по нисходящей линии связи (например, DL1 на фиг.3) начало передачи RA по восходящей линии связи в момент времени, который является фиксированной величиной времени перед ожидаемым окончанием передачи по нисходящей линии связи, эквивалентно началу передачи RA по восходящей линии связи в момент времени, который является фиксированной величиной времени от первоначального момента, в который была первоначально обнаружена передача по нисходящей линии связи.

Объем изобретения, таким образом, задан посредством прилагаемой формулы изобретения, а не предшествующим описанием, а все изменения и эквиваленты, которые попадают в пределы формулы изобретения, подразумеваются охваченными ею.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в дуплексных системах связи с временным разделением. Технический результат состоит в повышении пропускной способности каналов в системах с произвольным доступом. Для этого мобильный терминал приводится в действие в системе сотовой связи, которая содержит базовую станцию, функционирующую в дуплексном режиме с временным разделением. Мобильный терминал обнаруживает передачу по нисходящей линии связи от базовой станции и определяет из нее будущий момент времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи непосредственно перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале. Передача произвольного доступа по восходящей линии связи начинается в момент времени, который находится до будущего момента времени. Момент времени, который находится перед будущим моментом времени, может быть фиксированной величиной времени перед будущим моментом времени. Если мобильный терминал не находится рядом с границей соты, базовая станция может, следовательно, принимать только частичную передачу произвольного доступа по восходящей линии связи, но это не оказывает вредного влияния на эксплуатационные характеристики. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ функционирования мобильного терминала в системе сотовой связи, которая содержит базовую станцию, функционирующую в дуплексном режиме с временным разделением, содержащий этапы, на которых: обнаруживают передачу по нисходящей линии связи от базовой станции и определяют из нее будущий момент времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи непосредственно перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале; и начинают передачу по восходящей линии связи произвольного доступа в момент времени, который находится перед будущим моментом времени.

2. Способ по п.1, в котором момент времени, который находится перед будущим моментом времени, является фиксированной величиной времени перед будущим моментом времени.

3. Способ по п.2, в котором фиксированная величина времени соответствует максимально возможной двусторонней задержке между базовой станцией и мобильным терминалом.

4. Способ по п.1, в котором передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит информацию тела и циклический префикс, причем циклический префикс содержит конечную часть информации тела.

5. Способ функционирования базовой станции в дуплексном режиме с временным разделением в системе сотовой связи, содержащий этапы, на которых: во время окна произвольного доступа, которое начинается прямо после передачи по нисходящей линии связи, направленной на один или более мобильных терминалов, принимают по меньшей мере часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи от одного из одного или более мобильных терминалов, причем длительность T_{RA_window} окна произвольного доступа удовлетворяет следующему соотношению:
T_{RA_window}<T_PR+RTD_max,
где T_PR - длительность передачи произвольного доступа по восходящей линии связи, a RTD_max - максимально возможная двусторонняя задержка между базовой станцией и любым из одного или более мобильных терминалов.

6. Способ по п.5, в котором T_{RA_window} удовлетворяет:
T_{RA_window}=T_PR+T_UD,
где T_UD - длительность времени переключения с восходящей линии связи на нисходящую линию связи.

7. Способ по п.5, в котором: передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит тело заголовка и циклический префикс; причем тело заголовка имеет длительность T_{PRE_BODY}; и циклический префикс имеет длительность Т_СР, в соответствии с чем T_PR=T_CP+ T_{PRE_BODY}.

8. Способ по п.7, содержащий этапы, на которых: генерируют представление в частотной области принятой по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи; генерируют сигнал в частотной области посредством перемножения представления в частотной области принятой по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи посредством представления в частотной области известной последовательности заголовка; генерируют сигнал во временной области из сигнала в частотной области; и устанавливают, представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа, посредством сравнения одного или более элементов сигнала временной области с пороговым значением.

9. Способ по п.8, в котором пороговое значение масштабируют для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

10. Способ по п.5, содержащий этапы, на которых: используют коррелятор с перестраиваемым опорным сигналом для генерирования значения корреляции, указывающего максимальную степень корреляции между принятой по меньшей мере частью передачи произвольного доступа по восходящей линии связи и известной последовательностью заголовка; и устанавливают, представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа посредством сравнения величины корреляции с пороговым значением.

11. Способ по п.10, в котором пороговое значение масштабируют для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

12. Устройство управления началом передачи в мобильном терминале, которое взаимодействует с системой сотовой связи, которая содержит базовую станцию, функционирующую в дуплексном режиме с временным разделением, содержащее: логическую схему, сконфигурированную с возможностью обнаружения передачи по нисходящей линии связи от базовой станции и определения из нее будущего момента времени, в который конечная часть передачи по нисходящей линии связи непосредственно перед окном произвольного доступа станет обнаруживаемой на мобильном терминале; и логическую схему, сконфигурированную с возможностью начала передачи произвольного доступа по восходящей линии связи в момент времени, который находится перед будущим моментом времени.

13. Устройство по п.12, в котором момент времени, который находится перед будущим моментом времени, является фиксированной величиной времени перед будущим моментом времени.

14. Устройство по п.13, в котором фиксированная величина времени соответствует максимально возможной двусторонней задержке между базовой станцией и мобильным терминалом.

15. Устройство по п.12, в котором передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит информацию тела и циклический префикс, причем циклический префикс содержит конечную часть информации тела.

16. Устройство управления началом передачи в базовой станции, которая функционирует в дуплексном режиме с временным разделением внутри системы сотовой связи, содержащее: логическую схему, сконфигурированную с возможностью выполнения передачи по нисходящей линии связи, направленной на один или более мобильные терминалы; и логическую схему, сконфигурированную с возможностью приема по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи от одного из одного или более мобильных терминалов во время окна произвольного доступа, которое начинается непосредственно после передачи по нисходящей линии связи, причем длительность T_RA__window окна произвольного доступа удовлетворяет следующему соотношению:
T_RA__window<T_PR+RTD_max,
где T_PR - длительность передачи произвольного доступа по восходящей линии связи, a RTD_max - максимально возможная двусторонняя задержка между базовой станцией и любым из одного или более мобильных терминалов.

17. Устройство по п.16, в котором T_RA__window удовлетворяет:
T_RA__window =T_PR+T_UD,
где T_UD - длительность времени переключения с восходящей линии связи на нисходящую линию связи.

18. Устройство по п.16, в котором: передача произвольного доступа по восходящей линии связи содержит тело заголовка и циклический префикс; причем тело заголовка имеет длительность T_{PRE_BODY}; и циклический префикс имеет длительность Т_СР, в соответствии с чем T_PR=T_CP+T_{PRE_BODY}.

19. Устройство по п.18, содержащее: логическую схему, сконфигурированную с возможностью генерирования представления в частотной области принятой по меньшей мере части передачи прямого доступа по восходящей линии связи; логическую схему, сконфигурированную с возможностью генерирования сигнала в частотной области посредством перемножения представления в частотной области принятой по меньшей мере части передачи произвольного доступа по восходящей линии связи посредством представления в частотной области известной последовательности заголовка; логическую схему, сконфигурированную с возможностью генерирования сигнала во временной области из сигнала в частотной области; и устройство сравнения, которое устанавливает, представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа, посредством сравнения одного или более элементов сигнала временной области с пороговым значением.

20. Устройство по п.19, в котором пороговое значение масштабируют для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.

21. Устройство по п.16, содержащее: коррелятор с перестраиваемым опорным сигналом для генерирования значения корреляции, указывающего максимальную степень корреляции между принятой по меньшей мере частью передачи произвольного доступа по восходящей линии связи и известной последовательностью заголовка; и устройство сравнения, которое устанавливает, представляла ли передача произвольного доступа по восходящей линии связи заголовок произвольного доступа посредством сравнения величины корреляции с пороговым значением.

22. Устройство по п.21, в котором пороговое значение масштабируют для указания присутствия заголовка произвольного доступа, когда только часть передачи произвольного доступа по восходящей линии связи совпадает с соответствующей частью известной последовательности заголовка.