TWI566613B - 資料流中繼裝置與通訊裝置 - Google Patents

Description

資料流中繼裝置與通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種可與遠端通訊裝置達到時序同步之通訊裝置。

毫微型蜂巢式基地台(femtocell)是一種小型、低功率的蜂巢式基地台，通常被設計為在家庭或小型企業使用。它經由寬頻帶(例如，數位用戶迴路(Digital Subscriber Line，縮寫為DSL)、電纜或光纖)連接到服務提供商的網絡。毫微型蜂巢式基地台允許服務供應商於室內或者在基地台邊緣擴大服務的覆蓋範圍。

使用毫微型蜂巢式基地台對行動通訊營運商和消費者雙方都有益處。對於行動通訊營運商，毫微型蜂巢式基地台可改善其覆蓋範圍與容量，特別是改善在室內的覆蓋範圍。覆蓋範圍得到改善是因為毫微型蜂巢式基地台可以填補空白，消除信號通過建築物的損失。容量得到改善是藉由減少試圖使用主網路基地台的通話數量，並通過用戶的網路(透過網際網路)連接到營運商的網路而因將此通信卸載，以網際網路取代使用營運商的專用網絡(例如，微波鏈路等)。

消費者則受益於改進的覆蓋範圍，因為他們擁有一個位於建築物內的基地台。因此，行動電話(用戶設備(User Equipment，縮寫為UE))使用較少的功率達到相同或更高的數據速率，也可延長電池的使用壽命。此外，消費者還可能得到更優質的語音品質。

有鑑於上述毫微型蜂巢式基地台的使用益處，進一步拓展毫微型蜂巢式基地台之應用層面為極具商業價值的。

本發明揭露一種資料流中繼裝置，包括一移動通訊裝置、一基準時鐘供應裝置以及一傳送與接收裝置。移動通訊裝置產生複數無線信號用以與一遠端通訊裝置進行通訊，並且根據無線信號產生一時脈信號、以及取得一訊框起始相位信號與一傳播總延遲誤差資訊。時脈信號之一頻率與遠端通訊裝置之一時脈信號之一頻率同步，訊框起始相位信號包含遠端通訊裝置之一訊框之起始位置相關資訊，並且傳播延遲誤差包含資料流中繼裝置與遠端通訊裝置之間的距離所造成的一傳播延遲誤差。基準時鐘供應裝置耦接至移動通訊裝置，自移動通訊裝置接收時脈信號、訊框起始相位信號以及傳播總延遲誤差資訊，並且根據時脈信號、訊框起始相位信號以及傳播總延遲誤差資訊調整一基準時鐘，使得基準時鐘與該遠端通訊裝置所使用之一相位達到同步，其中基準時鐘供應裝置進一步產生一封包，封包包含基準時鐘之相關資訊。傳送與接收裝置耦接至基準時鐘供應裝置，用以接收封包並將封包傳送至一後端通訊 裝置。

本發明另揭露一種通訊裝置，包括一資料流中繼裝置以及一後端通訊裝置。資料流中繼裝置用以透過複數無線信號與一遠端通訊裝置進行通訊，根據無線信號產生與遠端通訊裝置所使用之一相位同步之一基準時鐘，並且產生包含基準時鐘之相關資訊之一封包。後端通訊裝置接收封包，並且根據封包調整一本機時鐘，使得本機時鐘與遠端通訊裝置之相位同步。

100‧‧‧核心網路

110‧‧‧大型基地台

120‧‧‧毫微型蜂巢式基地台

130‧‧‧網際網絡

200、300‧‧‧通訊裝置

310、410、510‧‧‧資料流中繼裝置

320、520‧‧‧後端通訊裝置

411‧‧‧移動通訊裝置

411-1‧‧‧信號處理裝置

411-2‧‧‧無線收發機

412‧‧‧基準時鐘供應裝置

412-1‧‧‧相位對齊及補償裝置

412-2、520-1‧‧‧時間戳記產生裝置

413‧‧‧傳送與接收裝置

530‧‧‧遠端通訊裝置

Data‧‧‧資料

Td‧‧‧傳播總延遲誤差資訊

Tp‧‧‧訊框起始相位信號

Ts‧‧‧時脈信號

第1圖係顯示一傳統的網路拓樸。

第2圖係根據本發明之一實施例顯示一種新的網路拓樸。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置方塊圖。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之資料流中繼裝置方塊圖。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可與遠端通訊裝置達到時序同步之通訊系統示意圖。

為使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。

第1圖係顯示一傳統的網路拓樸。一般而言，大型基地台110以專線的方式進入服務提供商的核心網路(Core Network)100。毫微型蜂巢式基地台120透過有線的寬頻帶(例如，DSL、電纜或光纖)連接到服務提供商的網際網絡130，再進入核心網路100。

由於傳統設計中毫微型蜂巢式基地台120必須透過實體線路進入核心網路，因而無法克服最後一哩路的問題。亦即，傳統設計中毫微型蜂巢式基地台無法被應用於未能在用戶終端設備所在的地點進行布線的區域。

第2圖係根據本發明之一實施例顯示一種新的網路拓樸。於此網路拓樸中，為了改善上述問題，取代對於實體線路(例如，DSL、電纜或光纖)的依賴，將毫微型蜂巢式基地台改為透過無線的方式與大型基地台連線，再進入核心網路。然而，若毫微型蜂巢式基地台與大型基地台之時序未能同步，則可能產生行動電話、毫微型蜂巢式基地台與大型基地台之間的通訊干擾。舉例而言，衛星信號通常被各基地台使用作為標準時間的依歸。然而，由於毫微型蜂巢式基地台通常被設置於建築物內，當毫微型蜂巢式基地台被設置於無法接收到衛星信號的室內深處時，會面臨無法取得穩定且有效的時序來源的問題，因而無法與大型基地台之時序達到同步。因此，對位於大型基地台或毫微型蜂巢式基地台邊緣的用戶設備執行通訊移交(handover)時，將可能產生通訊干擾或甚至移交失敗的情形。

為了解決上述問題，本申請提出一種可協助後端通訊裝置(例如，一毫微型蜂巢式基地台)與大型基地台達到時 序同步之通訊裝置200，並於以下段落進一步做詳細的介紹。值得注意的是，上述的毫微型蜂巢式基地台僅為可應用本申請所提出之通訊裝置之其中一種實施方式，並未用以限定本申請的範圍。本申請當可應用於任一種無法取得穩定且有效的時序來源的後端通訊裝置、或者需要與另一遠端通訊裝置(例如，上述之大型基地台)達到時序同步的通訊裝置、或者無法接收到衛星信號取得標準時間資訊的通訊裝置、或其他。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置方塊圖。本發明之一實施例，通訊裝置300可包括一資料流中繼裝置310與一後端通訊裝置320，其中資料流中繼裝置310可透過實體線路連接至後端通訊裝置320，或者不透過實體線路與後端通訊裝置320相連。當資料流中繼裝置310透過實體線路連接至後端通訊裝置320時，資料流中繼裝置310與後端通訊裝置320可以有線的方式進行通訊。當資料流中繼裝置310不透過實體線路與後端通訊裝置320相連時，可以無線的方式進行通訊。

根據本發明之一實施例，資料流中繼裝置310可產生並傳送複數無線信號至一遠端通訊裝置，例如，第2圖所示之大型基地台110，用以透過無線信號與遠端通訊裝置進行通訊，並且根據無線信號產生與遠端通訊裝置所使用之一相位同步之一基準時鐘。此外，根據本發明之一實施例，資料流中繼裝置310可進一步產生包含基準時鐘之相關資訊之一封包，並且將此封包以有線或無線的方式傳送給後端通訊裝置320。

後端通訊裝置320接收此封包，並且根據此封包調 整於後端通訊裝置320內部所使用之一本機時鐘，使得後端通訊裝置320的本機時鐘與遠端通訊裝置使用之相位達到同步。

值得注意的是，於本發明之其他實施例中，通訊裝置也可僅包含一資料流中繼裝置，並且透過無線的方式與此通訊裝置外部之一後端通訊裝置進行通訊。此外，所述之後端通訊裝置可以是一毫微型蜂巢式基地台，但並不限於此。如上述，所述之後端通訊裝置可以是任一種無法取得穩定且有效的時序來源的後端通訊裝置、或者需要與另一遠端通訊裝置(例如，上述之大型基地台)達到時序同步的通訊裝置、或者無法接收到衛星信號取得標準時間資訊的通訊裝置、或其他。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之資料流中繼裝置方塊圖。根據本發明之一實施例，資料流中繼裝置410可包括移動通訊裝置411、基準時鐘供應裝置412與傳送與接收裝置413。移動通訊裝置411用以產生複數無線信號與遠端通訊裝置進行通訊，並且根據該等無線信號產生一時脈信號Ts、以及取得一訊框起始相位信號Tp與一傳播總延遲誤差資訊Td。根據本發明之一實施例，移動通訊裝置411可包含至少一信號處理裝置411-1、一無線收發機411-2。

信號處理裝置411-1可包括複數用以執行基頻以及射頻信號處理之硬體裝置。所述之信號處理可包含類比至數位轉換(ADC)/數位至類比轉換(DAC)、增益調整、調變/解調變、編碼/解碼、升頻/降頻、濾波、功率放大、或其它。無線收發機411-2可包括天線及射頻前端電路，用以處理欲發送及接收到的射頻無線信號。

根據本發明之一實施例，移動通訊裝置411可自遠端通訊裝置接收承載著遠端通訊裝置之時序同步相關資訊之無線信號，並且根據此資訊產生與遠端通訊裝置同步之時脈信號Ts與無線訊框(radio frame)，其中與遠端通訊裝置同步之時脈信號Ts代表時脈信號Ts之一頻率與遠端通訊裝置所使用之一時脈信號之一頻率同步。即，時脈信號Ts之一頻率與遠端通訊裝置所使用之一時脈信號之一頻率相等或近乎相等。

此外，由於移動通訊裝置411可根據時序同步信號處理機制取得遠端通訊裝置之一訊框起始相位信號Tp。因此，移動通訊裝置411可產生與遠端通訊裝置達到相位同步的無線訊框。此外，移動通訊裝置411可進一步藉由時間提前(Time Advance)機制得到因資料流中繼裝置與遠端通訊裝置之間的距離所造成的傳播延遲誤差(Propagation delay)資訊，以及合併一移動通訊裝置411內部之信號處理裝置的計算延遲(Calculation delay)資訊，而產出傳播總延遲誤差資訊Td。

根據本發明之一實施例，基準時鐘供應裝置(Proprietary Grand Master，縮寫為PGM)412耦接至移動通訊裝置411，自移動通訊裝置411接收時脈信號Ts、訊框起始相位信號Tp以及傳播總延遲誤差資訊Td，並且根據時脈信號Ts、訊框起始相位信號Tp以及/或傳播總延遲誤差資訊Td調整一基準時鐘，使得基準時鐘與遠端通訊裝置所使用之一相位達到同步。在此，所述的同步包括時脈頻率及相位。

舉例而言，移動通訊裝置411所產生之時脈信號Ts已與遠端通訊裝置達到頻率的同步，基準時鐘供應裝置412根 據此時脈信號Ts產生基準時鐘。基準時鐘供應裝置412可包括一相位對齊及補償裝置412-1，以傳播總延遲誤差資訊Td補償訊框起始相位信號Tp，而產生與遠端通訊裝置近乎對齊的相位。訊框起始相位經由上述的頻率及相位的對齊與補償後，對於後端通訊裝置而言，遠端通訊裝置和資料流中繼裝置的空間位置近乎相同。

此外，根據本發明之一實施例，基準時鐘供應裝置412可進一步產生包含基準時鐘之相關資訊之一封包，並透過傳送與接收裝置413將此封包傳送出去(例如，圖中所示之資料Data)。舉例而言，基準時鐘供應裝置412可包括一時間戳記產生裝置412-2。時間戳記產生裝置412-2根據基準時鐘產生一時間戳記，此時間戳記記錄了此封包被傳送出去的時間，並且透過傳送與接收裝置413將承載著時間戳記之封包傳送給後端通訊裝置。此外，當基準時鐘供應裝置412自後端通訊裝置接收到回覆的封包時，時間戳記產生裝置412-2也可根據基準時鐘產生一記錄了傳送與接收裝置413接收到此封包的時間之一時間戳記。

如上述，由資料流中繼裝置410與後端通訊裝置之耦接方式而決定，傳送與接收裝置413可透過有線或無線的方式將承載著一或多個時間戳記之封包傳送給後端通訊裝置。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可與遠端通訊裝置達到時序同步之通訊系統示意圖。根據本發明之一實施例，後端通訊裝置520可進一步利用時間戳記(Time stamp)的原理與資料流中繼裝置510進行協議層通訊，以根據 封包內所承載著的時間戳記獲得後端通訊裝置520與資料流中繼裝置510之間的封包鏈接延遲(Link delay)Ti，以及基準時鐘與後端通訊裝置之本機時鐘的時間誤差Te。

舉例而言，後端通訊裝置520可包括一時間戳記產生裝置520-1。時間戳記產生裝置520-1可產生一時間戳記，此時間戳記記錄了此封包被接收到的時間。此外，時間戳記產生裝置520-1亦可產生另一時間戳記，記錄了此封包被傳送回資料流中繼裝置510之時間。如上述，封包是以有線或無線的方式被傳送係由資料流中繼裝置510與後端通訊裝置520之耦接方式而決定。

後端通訊裝置520與資料流中繼裝置510之間可多次來回傳遞承載著時間戳記之封包，而後端通訊裝置520可不斷地根據封包內所記載的時間戳記及封包鏈接延遲Ti調整本機時鐘，使得時間誤差Te可逐漸收斂，最終也使相位收斂。如此一來，後端通訊裝置520的本機時鐘與遠端通訊裝置530所使用之一相位可最終達到同步。在此，所述的同步包括時脈頻率及訊框起始相位。

綜上所述，對於被設置於室內深處而無法接收到衛星信號的後端通訊裝置(例如，毫微型蜂巢式基地台)、或者任一種無法取得穩定且有效的時序來源的後端通訊裝置、或者需要與另一遠端通訊裝置(例如，上述之大型基地台)達到時序同步的通訊裝置等，都可以藉由上述的方法將其時序與另一遠端通訊裝置(例如，上述之大型基地台)達到同步，以解決上述因時序不同步而造成的通訊移交錯誤或失敗、以及資料傳送錯 誤或失敗的情形。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

410‧‧‧資料流中繼裝置

411‧‧‧移動通訊裝置

411-1‧‧‧信號處理裝置

411-2‧‧‧無線收發機

412‧‧‧基準時鐘供應裝置

412-1‧‧‧相位對齊及補償裝置

412-2‧‧‧時間戳記產生裝置

413‧‧‧傳送與接收裝置

Data‧‧‧資料

Td‧‧‧傳播總延遲誤差資訊

Tp‧‧‧訊框起始相位信號

Ts‧‧‧時脈信號

Claims (8)

1. 一種資料流中繼裝置，包括：一移動通訊裝置，產生複數無線信號用以與一遠端通訊裝置進行通訊，並且根據該等無線信號產生一時脈信號、以及取得一訊框起始相位信號與一傳播總延遲誤差資訊，其中該時脈信號之一頻率與該遠端通訊裝置之一時脈信號之一頻率同步，該訊框起始相位信號包含該遠端通訊裝置之一訊框之起始相位信號，並且該傳播總延遲誤差包含該資料流中繼裝置與該遠端通訊裝置之間的距離所造成的一傳播延遲誤差及該移動通訊裝置之用以執行信號處理之一信號處理裝置之信號演算的一計算延遲誤差；一基準時鐘供應裝置，耦接至該移動通訊裝置，自該移動通訊裝置接收該時脈信號、該訊框起始相位信號以及該傳播總延遲誤差資訊，並且根據該時脈信號、該訊框起始相位信號以及該傳播總延遲誤差資訊調整一基準時鐘，使得該基準時鐘與該遠端通訊裝置所使用之一相位達到同步，其中該基準時鐘供應裝置進一步產生一封包，該封包包含該基準時鐘之相關資訊；以及一傳送與接收裝置，耦接至該基準時鐘供應裝置，用以接收該封包並將該封包傳送至一後端通訊裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之資料流中繼裝置，其中該基準時鐘供應裝置根據該基準時鐘產生一時間戳記，透過該封包將該時間戳記傳送至該後端通訊裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之資料流中繼裝置，其中該基準 時鐘供應裝置之一訊框起始相位經由根據該傳播總延遲誤差資訊與該訊框起始相位信號進行相位對齊及補償後，與該遠端通訊裝置之一相位同步。
4. 一種通訊裝置，包括：一資料流中繼裝置，用以透過複數無線信號與一遠端通訊裝置進行通訊，根據該等無線信號產生與該遠端通訊裝置所使用之一相位同步之一基準時鐘，並且產生包含該基準時鐘之相關資訊之一封包；以及一後端通訊裝置，接收該封包，並且根據該封包調整一本機時鐘，使得該本機時鐘與該遠端通訊裝置之該相位同步，其中該資料流中繼裝置包括：一移動通訊裝置，產生該等無線信號用以與該遠端通訊裝置進行通訊，並且根據該等無線信號產生一時脈信號、以及取得一訊框起始相位信號與一傳播總延遲誤差資訊，其中該時脈信號之一頻率與該遠端通訊裝置之一時脈信號之一頻率同步，該訊框起始相位信號包含該遠端通訊裝置之一訊框之起始相位信號，並且該傳播總延遲誤差包含該資料流中繼裝置與該遠端通訊裝置之間的距離所造成的一傳播延遲誤差及一信號處理裝置之信號演算的一計算延遲誤差。
5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該資料流中繼裝置更包括：一基準時鐘供應裝置，耦接至該移動通訊裝置，自該移動通訊裝置接收該時脈信號、該訊框起始相位信號以及該傳 播總延遲誤差資訊，並且根據該時脈信號、該訊框起始相位信號以及該傳播總延遲誤差資訊調整該基準時鐘，使得該基準時鐘與該遠端通訊裝置之該相位達到同步，其中該基準時鐘供應裝置進一步產生該封包；以及一傳送與接收裝置，耦接至該基準時鐘供應裝置，用以接收該封包並將該封包傳送至該後端通訊裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該基準時鐘供應裝置根據該基準時鐘產生一時間戳記，透過該封包將該時間戳記傳送至該後端通訊裝置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該後端通訊裝置根據該時間戳記估計該資料流中繼裝置與該後端通訊裝置之間之一時間誤差，並且根據該資料流中繼裝置與該後端通訊裝置之間之該時間誤差調整該後端通訊裝置之本機時鐘，使得該本機與遠端通訊裝置之相位同步。
8. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該後端通訊裝置之一訊框起始相位與該遠端通訊裝置之一訊框起始相位同步。