CN101039146A - 一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置,包括:接收电路和锁相环电路,其中,所述接收电路用于从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;所述锁相环电路用于接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步。本发明还公开一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的方法。采用简单的方法实现本基站与相邻基站的空口时钟同步,不需要使用网络时钟服务器,节省了本基站设备成本,降低了移动运营商的运营成本;有助于新的无线覆盖手段实现,丰富了无线网络解决方案的内容。
Description
技术领域
本发明涉及无线移动通信领域,尤其涉及一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置和方法。
背景技术
无线通信在提供宽带数据接入上面临着很多问题和挑战。即便是第三代移动通信系统,当宽带数据用户增多时,系统在保证QoS(服务质量)的前提下提供宽带数据业务显得力不从心,覆盖和容量都不能达到移动运营商满意的程度,而且使运营成本急剧上涨,这个问题随着用户对宽带数据业务需求的增长和宽带用户数的增加将日益显现。这其中,家庭环境往往是移动信号覆盖较弱的集中区域;而且,可以预见,未来宽带移动业务流量的相当大一部分发生在家庭应用环境中;因此完善家庭无线覆盖的同时分流家庭无线宽带业务以缓解室外基站的压力就成了急待解决的问题。此外,运营商还有一个长期目标,那就是争夺固网客户、日益取代固网服务。
在此背景下,Home NodeB(家用基站)应运而生,并因此形成了家庭无线宽带接入的全新解决方案。解决方案可以分为两个阶段,一是基于传统RNC(无线网络控制器)网元的架构实现,Home NodeB设备放置在用户家中实现以家庭为单位的室内覆盖,通过xDSL(指任何一种数据用户线技术)接入ISP(因特网服务供应商)网络,并通过标准的Iub接口(由IP承载)连接到RNC,RNC通过标准的IuCS/PS接口连接到CN(核心网);另一是基于IMS(信息管理系统)架构实现,Home NodeB充当SIP(初始会话协议)客户端,直接通过SIP协议接入核心网的SIP Server(初始会话协议服务器),实现语音业务和控制信令;数据业务仍然直接连接到ISP的网络中。
目前困扰运营商大规模商用Home NodeB解决家庭无线宽带接入问题的主要因素之一在于相对较高的设备成本,成本压力主要来自WiFi(WirelessFidelity,无线相容性认证)的廉价和市场先入。降低设备成本可以从器件成本、维护复杂度、系统功能等多方面考虑。
Home NodeB室内应用的时钟同步要求工作寿命5年以上,同步精度要求孤岛<±0.5ppm,有同步源<±0.1ppm,上电时间<1分钟。通过GPS进行时钟同步的方式对于GPS天线的放置位置有特定的要求,还会造成设备成本太高,而以太网对于大规模的复杂应用目前难以提供精度较高的基准时钟。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置和方法,能满足Home NodeB对时钟同步精度和成本的要求。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置,包括:接收电路和锁相环电路,
其中,所述接收电路用于从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;
所述锁相环电路用于接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步。
进一步地,所述锁相环电路包括:鉴相电路、环路滤波电路和晶振,
其中,所述鉴相电路用于接收接收电路发送的相邻基站的时钟定时参考信号和晶振发送的本基站时钟信号,并计算本基站的时钟和接收到的相邻基站的时钟定时参考的相位差,发送给环路滤波电路;
所述环路滤波电路用于将相位差信号进行滤波,并发送给晶振;
所述晶振用于产生本基站的时钟信号,根据相位差信号,调整本基站时钟信号,使本基站时钟信号与相邻基站的时钟同步。
进一步地,所述晶振为温度补偿晶体振荡器。
进一步地,当锁相环电路与相邻基站的空口时钟完成同步后,锁相环电路还用于在保持时间内处于保持工作方式,所述接收电路停止工作。
进一步地,所述锁相环电路用于在保持时间内处于保持工作方式,在保持工作方式下,晶振工作,而鉴相电路和环路滤波电路不工作。
为了解决上述技术问题,本发明还提供一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的方法,其特征在于,包括:
接收电路从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;
锁相环电路接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步。
进一步地,所述锁相环电路与相邻基站的空口时钟同步后,执行:
(A)接收电路停止工作,锁相环电路在保持时间内处于保持工作方式;
(B)保持时间到之后,接收电路从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路,锁相环电路以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步,返回执行步骤(A)。
进一步地,所述锁相环电路包括鉴相电路、环路滤波电路和晶振,所述锁相环电路接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步,包括如下步骤:
(a)所述鉴相电路接收接收电路发送的相邻基站的时钟定时参考信号和晶振发送的本基站时钟信号,并计算本基站的时钟和接收到的相邻基站的时钟定时参考的相位差,发送给环路滤波电路;
(b)所述环路滤波电路将相位差信号进行滤波,并发送给晶振;
(c)所述晶振根据相位差信号,调整本基站时钟信号,使本基站时钟信号与相邻基站的时钟同步。
进一步地,所述锁相环电路包括鉴相电路、环路滤波电路和晶振,所述步骤(A)中锁相环电路在保持时间内处于保持工作方式为:晶振工作,而鉴相电路和环路滤波电路不工作。
本发明与现有技术相比,主要有以下优点:
(1)采用简单的方法实现本基站与相邻基站的空口时钟同步,不需要使用网络时钟服务器,节省了本基站设备成本,降低了移动运营商的运营成本;
(2)提供了一种基站间同步的新方法,有助于新的无线覆盖手段实现,丰富了无线网络解决方案的内容。
附图说明
图1是本发明实施例的本基站与相邻基站空口时钟同步原理框图;
图2是本发明实施例的本基站与相邻基站空口时钟同步过程示意图;
图3是本发明应用实例的本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=10ms,初始频差1ppm,则T1=170s);
图4是本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=10ms,初始频差0.1ppm,则T3=120s);
图5是本发明应用实例的本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=100ms,初始频差1ppm,则T1=200s);
图6是本发明应用实例的本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=100ms,初始频差0.1ppm,则T3=150s);
图7是本发明应用实例的本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=1s,初始频差1ppm,则T1=650s);
图8是本发明应用实例的本基站与相邻WCDMA基站空口时钟同步仿真结果(T0=1s,初始频差0.1ppm,则T3=500s)。
具体实施方式
本发明通过本基站(尤其是Home NodeB)与相邻基站空口时钟同步,以满足系统移动性要求。本基站获取接收到的相邻基站的时钟定时参考,以此为依据校准自身的基准时钟,从而实现自身与相邻基站的空口时钟同步,而不是使用IEEE1588或GPS(全球定位系统)之类的网络时钟服务。
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示,无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置包括:接收电路和锁相环电路,
其中,所述接收电路用于从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;
所述锁相环电路用于接收相邻基站的时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步;
所述锁相环电路包括:鉴相电路、环路滤波电路和晶振,其中,所述鉴相电路用于接收接收电路发送的相邻基站的时钟定时参考信号和晶振发送的本基站时钟信号,并计算本基站的时钟和接收到的相邻基站的时钟定时参考的相位差,发送给环路滤波电路;所述环路滤波电路用于将相位差信号进行滤波,并发送给晶振;所述晶振用于产生本基站的时钟信号,根据相位差信号,调整本基站时钟信号,使本基站时钟信号与相邻基站的时钟同步。
如图2所示,本基站与相邻基站采取间歇同步的空口时钟同步方式,主要分为同步初始建立、同步保持、同步重新建立3个过程:
同步初始建立:在基站上电时,接收电路持续工作,从空口提取时钟定时参考,时钟定时参考信号fr的周期为T0,锁相环电路跟踪到达到同步,需要时间为T1;
同步保持:同步初始建立后,接收电路停止工作,锁相环电路处于保持工作方式,所述保持工作方式是指只有晶振工作,而鉴相电路和环路滤波电路都不工作,此时的同步精度依赖于初始同步建立的精度和晶振的温度特性、老化特性,保持的时间为T2;
同步重新建立:保持时间到之后,需要重新与空口时钟同步,此时接收电路工作,送出时钟定时参考信号fr,锁相环电路跟踪到达到同步,需要时间为T3;
同步重新建立后,接收电路停止工作,进入同步保持过程,然后再进入同步重新建立过程,如此周而复始。
以本基站与相邻WCDMA(宽带码分多址)基站的空口时钟同步为例对本发明进行详细描述。
因TCXO(温度补偿晶体振荡器)的温度特性、电压特性比较适中,晶振可采用TCXO,需要对供电电源做比较好的滤波处理。同步保持时间T2的选取主要考虑温度的变化,假设温度特性是均匀变化的,则要保持±0.1ppm的精度,平均温度变化应该小于(70-(-20))*0.1/1=9度,可以取T2为约1个小时。在接收电路提取时钟期间,每T0内会关断发射一段时间,约几十微秒,T0最小为一个时隙周期。为了减小CPU的负担,T0可以取较大一些的值,如10ms、100ms、1s等,受此影响的是跟踪时间T1和T3的长短。时钟提取的精度约为0.25CHIP(码片)到0.5CHIP。以0.5CHIP(约0.13us)精度估算,要达到0.01ppm的精度(参考精度建议比要求高至少一个数量级),则需要的最短测量时间是0.13/0.01=13s,也就是说,T1和T3理论上的最小值是13s,实际的时间还需要依据初始频差和环路参数来确定,这里给出一个估计值。估算T1时初始频差按1ppm计算,估算T3时初始频差按0.1ppm计算。
仿真参数如附表1所示:
附表1:本基站与相邻WCDMA基站空口同步仿真参数设置表
序号 | T0 | T1 | T2 | T3 | 说明 |
1 | 10ms | 170s | 1小时 | 120s | 仿真过程见图3、图4,没有考虑提取的时钟参考的抖动和漂移。 |
2 | 100ms | 200s | 1小时 | 150s | 仿真过程见图5、图6,没有考虑提取的时钟参考的抖动和漂移。 |
3 | 1s | 650s | 1小时 | 500s | 仿真过程见图7、图8,没有考虑提取的时钟参考的抖动和漂移。 |
仿真结果如图3~8所示。其中,每张图中左图表示同步过程中频率变化情况,右图表示同步过程中相位变化情况。图3、图5、图7表示的是同步初始建立过程,图4、图6、图8表示同步重新建立过程。
本发明不仅适用WCDMA基站系统,也适合其他通信体制的无线通信基站系统,如WiMAX(World Interoperability for Microwave Access,全球微波接入互操作性)、TD-SCDMA(时分-同步码分多址)、CDMA(码分多址)、GSM(全球移动通信系统)、PCS(个人通信服务)、LTE(长期演进,LongTermEvolution)等系统。
Claims (9)
1.一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的装置,其特征在于,包括:接收电路和锁相环电路,
其中,所述接收电路用于从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;
所述锁相环电路用于接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述锁相环电路包括:鉴相电路、环路滤波电路和晶振,
其中,所述鉴相电路用于接收接收电路发送的相邻基站的时钟定时参考信号和晶振发送的本基站时钟信号,并计算本基站的时钟和接收到的相邻基站的时钟定时参考的相位差,发送给环路滤波电路;
所述环路滤波电路用于将相位差信号进行滤波,并发送给晶振;
所述晶振用于产生本基站的时钟信号,根据相位差信号,调整本基站时钟信号,使本基站时钟信号与相邻基站的时钟同步。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述晶振为温度补偿晶体振荡器。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,当锁相环电路与相邻基站的空口时钟完成同步后,锁相环电路还用于在保持时间内处于保持工作方式,所述接收电路停止工作。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述锁相环电路用于在保持时间内处于保持工作方式,在保持工作方式下,晶振工作,而鉴相电路和环路滤波电路不工作。
6.一种无线移动通信系统基站间空口时钟同步的方法,其特征在于,包括:
接收电路从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路;
锁相环电路接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述锁相环电路与相邻基站的空口时钟同步后,执行:
(A)接收电路停止工作,锁相环电路在保持时间内处于保持工作方式;
(B)保持时间到之后,接收电路从空中接口接收相邻基站的时钟定时参考信号,发送给锁相环电路,锁相环电路以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步,返回执行步骤(A)。
8.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,所述锁相环电路包括鉴相电路、环路滤波电路和晶振,所述锁相环电路接收所述时钟定时参考信号,以此为依据校准自身的基准时钟,实现自身与相邻基站的空口时钟同步,包括如下步骤:
(a)所述鉴相电路接收接收电路发送的相邻基站的时钟定时参考信号和晶振发送的本基站时钟信号,并计算本基站的时钟和接收到的相邻基站的时钟定时参考的相位差,发送给环路滤波电路;
(b)所述环路滤波电路将相位差信号进行滤波,并发送给晶振;
(c)所述晶振根据相位差信号,调整本基站时钟信号,使本基站时钟信号与相邻基站的时钟同步。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述锁相环电路包括鉴相电路、环路滤波电路和晶振,所述步骤(A)中锁相环电路在保持时间内处于保持工作方式为:晶振工作,而鉴相电路和环路滤波电路不工作。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20070919 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |