CN101123468A - 一种实现基站间空口同步的方法及系统 - Google Patents

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本发明公开了一种实现基站间空口同步的方法，该方法为：从基站与种子基站实现下行同步，并根据种子基站的系统广播信息完成与种子基站的系统帧号的同步；从基站向种子基站发送上行导频序列，种子基站收到上行导频序列后，向从基站回应快速物理接入信道突发；从基站根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中定时偏差信息，计算出基站间空口传播时延；从基站根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，获得基站间空口同步。本发明不需要确定基站位置信息就可以确定基站间空口传播时延，而且方法简单，实用。

Description

一种实现基站间空口同步的方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是指一种实现基站间空口同步的方法及系统。
背景技术
第三代合作项目(3GPP)TS25.402(R5版本)中描述了实现时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统基站间通过空口进行同步的方案，该方案中通过空口进行同步的过程分三个阶段，分别为预备阶段、初始同步阶段和稳定状态阶段。
一、预备阶段
在预备阶段，每个无线网络子系统(Radio Network System，RNS)至少有一个小区(Cell)与外部参考时钟同步，如：外部参考时钟全球定位系统(GPS)，这里将该小区称为主小区。预备阶段的主要目的是使基站控制器的帧号(Radio network controller Frame Number，RFN)、小区的系统帧号(SystemFrame Number，SFN)和主小区的SFN到达粗同步，即帧号误差在10ms之内。因为主小区内有参考时钟，所以通过预备阶段，RFN、小区的SFN和主小区的SFN都统一到一个参考时钟上。
参见图1所示，预备阶段的具体处理步骤：
步骤101：基站(Node B)通知基站控制器(Radio Network Controller，RNC)哪些是主小区。
步骤102：RNC向基站发送小区建立请求来设置各小区的参考SFN偏差，以使不同RNC区域的同步突发(synchronization burst)分散开。
步骤103：RNC通过下行传输信道同步或下行节点同步向主小区发送连接帧号(CFN)或发送时间点1(T1)。主小区收到之后，通过上行传输信道同步或者上行节点同步向RNC返回CFN和到达时间(ToA)或者发送时间点1(T1)、接收时间点2(T2)、发送时间点3(T3)，然后RNC记录接收时间点4(T4)。令RTT为环回时延，RTT的计算可参考图3。
由图可知RTT由两个等值的传输时延构成，它等于T4-T1-(T3-T2)，即
RTT＝T2-T1+T4-T3(1)
步骤104：RNC通过与步骤103同样的方法得到与各小区之间的传输时延Td，同时RNC已知其与主小区的参考时钟差值T’，RNC根据这两项结果指示其它小区进行定时粗调整。
预备阶段结束时RNC的RFN、小区的SFN、和主小区的SFN达到粗同步，准备进入初始同步阶段。
二、初始同步阶段
下面介绍一下初始同步阶段进行同步的具体过程。
在初始同步阶段是不支持业务的。参见图2所示，初始同步阶段进行同步的处理过程包括以下步骤：
步骤201：RNC指示控制域内的一个小区通过空中接口发送下行导频序列(Synchronization Downlink，SYNC_DL)，其它小区则在RNC的调度下接收。
步骤202：成功接收到SYNC_DL的小区向RNC报告定时信息和接收到的信干比。
步骤203：RNC已知基站间的空口传输时延，再跟据定时信息，可得出接收小区的定时偏差，最后根据定时偏差指示接收小区进行定时调整。定时调整可通过调整定时或者时钟频率来实现。
步骤204：RNC指示控制域内的其它每一小区轮流重复步骤201～203。
当然，为了同步准确，步骤201～204可以重复若干次。
在初始阶段结束时，小区处于同步状态。初始同步阶段RNC通过SYNC_DL信号的信干比了解到每个小区对之间的传输质量，RNC再跟据传输质量来决定稳定状态阶段中SYNC_DL的发射和接收调度。也就是说通过这个阶段RNC可以知道某个基站接收到哪几个基站的信号质量比较好，这样在下一阶段，RNC就会通过该基站只监听那几个信号质量好的基站。
三、稳定状态阶段
在稳定状态阶段，从这个阶段起，小区开始支持业务。
在这个阶段，有以下两种方法进行同步。
(1)基本方法
RNC指示小区发射SYNC_DL、接收邻小区的SYNC_DL。各小区将测得的定时信息发送给RNC。如果某小区间帧同步偏差超过一定阈值(按3GPP协议规定，最大不能超过3微秒)，则RNC在指定SFN向偏离小区发送同步调整请求进行定时调整。
为保证小区相互之间以及和主小区之间保持精确的同步，可以多次执行这个过程。
(2)扩展方法
该方法与基本方法的不同之处在于：测量平均、自动调整。
测量平均：为了提高所测SYNC_DL突发的信干比，将各个同步循环细分成若干子循环，在从相关结果获取接收定时之前，可对从同一邻小区接收的SYNC_DL突发进行平均。
自动调整：RNC将空口传播时延发送给Node B，这样Node B就可以根据自己的测量来自动调整。这样，一方面可以做到快速调整，另一方面还可以减少基站与基站控制器间的接口，即Iub接口的消息数量。Node B需要将调整的累计量通知RNC。
当然，对于后加入小区或者从失步状态恢复的小区，首先要通过Iub接口达到粗同步，其方法与预备阶段的粗同步相同。然后RNC通知后加入或者从失步状态恢复的小区所需要侦听的邻小区的SYNC_DL和频点。后加入或者从失步状态恢复的小区向RNC报告测得的同步突发的定时。RNC知道所有小区间的传播时延，RNC据此计算出定时调整量，指示后加入或者从失步状态恢复的小区进行调整。RNC重复对小区进行调整直到小区间帧同步偏差在3微秒以内。
现有技术中，无论是RNC控制进行同步调整，还是Node B自动的调整，都需要获得基站间传播时延。然而在某些特定情况下确定基站位置比较困难，比如GPS不可用、基站需要经常改变位置，这样基站间空口传播时延这个参数就难以得到，而得不到基站间空口传播时延，也就无法实现同步调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现基站间空口同步的方法及系统，使其在难以确定基站位置时实现基站间空口同步。
本发明的另一个目的是提供一种基站，使其应用在TD-SCDMA系统中，能达到基站间空口同步。
本发明提供的一种实现基站间空口同步的方法包括：
A.从基站与种子基站实现下行同步，并根据种子基站的系统广播信息完成与种子基站的系统帧号的同步；
B.从基站向种子基站发送上行导频序列，种子基站收到上行导频序列后，向从基站回应快速物理接入信道突发；
C、从基站根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中定时偏差信息，计算出基站间空口传播时延；
D、从基站根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，获得基站间空口同步。
该方法进一步包括：预先配置从基站需要监听的种子基站的频点和码字，则步骤A中从基站是利用预先配置的种子基站的频点和码字进行小区搜索，与种子基站实现下行同步。
步骤B中，基站间空口传输时延为RTT/2，RTT＝UpPCHADV+UpPCHPOS-8*16TC，其中，
RTT为环回时延；UpPCHADV为从基站发送上行导频序列时相对于保护时
隙结束点的时间提前量；UpPCHPOS为种子基站接收上行导频序列的定时偏差；Tc为一个码片的长度。
步骤C中所述定时偏差为种子基站接收到上行导频序列的时间与种子基站内部定时在下行导频时隙结束前两个符号的时间点之差。
步骤A中所述种子基站包括一个以上时，从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
在步骤D之后，该方法进一步包括：
从基站周期根据种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息，调整自身内部定时，实现同步的保持。
本发明提供的一种实现基站间空口同步的系统包括：
种子基站，用于提供系统参考时钟，根据从基站发送的上行导频序列向从基站发送含有定时偏差信息的快速物理接入信道突发；
从基站，与种子基站实现下行同步，并根据种子基站的系统广播信息完成与种子基站的系统帧号的同步；利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发；并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延，再根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整。
一个从基站的种子基站可以有一个或者多个。如果种子基站包括一个以上，则所述从基站还包括种子基站选择单元，用于从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
所述从基站至少包括：
下行同步单元，用于与种子基站完成下行同步，完成与种子基站的系统帧号的同步；
时延计算单元，用于利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发，并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延；
时间调整单元，用于根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，完成基站间空口同步。
所述从基站还进一步包括：同步保持单元，用于将种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息转发给时间调整单元。
本发明提供的一种基站包括：
下行同步单元，用于与种子基站完成下行同步，完成与种子基站的系统帧号的同步；
时延计算单元，用于利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发，并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延；
时间调整单元，用于根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，完成基站间空口同步。
同步保持单元，用于将种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息转发给时间调整单元。
在本发明中，从基站直接通过空口小区搜索实现与种子基站的下行同步，以及获得SFN的同步后，向种子基站发送上行导频序列(SynchronizationUpLink，SYNC_UL)，并根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中的信息UpPCHPOS，计算出基站间空口传播时延。因此，在实现与种子基站下行同步的基础上，根据基站间空口传播时延对从基站自身内部定时进行调整，从而获得与种子基站间空口同步。本发明不需要确定基站位置信息就可以确定基站间空口传播时延，而且方法简单，实用。
附图说明
图1为现有技术TD-SCDMA系统基站间预备阶段的空口同步流程示意图；
图2现有技术中TD-SCDMA系统基站间初始同步阶段进行同步的处理过程；
图3为现有技术中计算Iub接口RTT示意图；
图4为本发明中计算空中接口RTT示意图；
图5为实现本发明方法的流程示意图；
图6为实现本发明方法的具体实施例流程示意图；
图7为实现本发明的系统结构图。
具体实施方式
在本发明中，将系统中可以作为同步参考的基站称为种子基站，或者主基站，其它需要同步于种子基站的称为从基站。
本发明的核心思想是：从基站直接通过空口小区搜索实现与种子基站的下行同步，同时还获得系统帧号(SFN)的同步；然后从基站向种子基站发送上行导频序列SYNC_UL，并根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中的信息UpPCHPOS，计算出基站间空口传播时延。在实现与种子基站下行同步基础上，再根据基站间空口传播时延对从基站自身内部定时进行调整获得基站间空口同步。
参见图5所示，实现本发明的方法包括以下步骤：
步骤501：从基站直接通过空口小区搜索实现与种子基站的下行同步，同时还从种子基站的系统广播信息获得SFN的同步。
步骤502：从基站通过向种子基站发送SYNC_UL，并根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中的信息UpPCHPOS，计算出基站间空口传播时延。
步骤503：在实现与种子基站下行同步的基础上，再根据基站间空口传播时延，对从基站自身内部定时进行调整，从而获得基站间空口同步。
参见图6所示，下面举具体详细描述本发明的技术方案。
步骤601：配置从基站需要监听的种子基站的频点和码字，这样可以使后续的小区搜索更快的完成，没有这些信息，小区搜索会比较慢。
步骤602：从基站根据所配置的参数进行小区搜索，具体步骤参考3GPP
TS25.224。在小区搜索完成之后，从基站可以与种子基站保持下行同步，并且可以从种子基站广播中得到SFN。当然，如果有多个种子基站，从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
步骤603：从基站完成与种子基站下行同步后，向种子基站发送SYNC_UL，它的开环功控和开环同步控制和普通终端处理相同。种子基站接收到SYNC_UL之后，按正常随机接入处理，即向从基站回应快速物理接入信道突发。从基站根据收到的快速物理接入信道突发里所含信息UpPCHPOS，利用公式(2)计算出与种子基站之间的传播时延。
UpPCHPOS＝UpPTSRxpath--UpPTSTS    (2)
其中，UpPTSRxpath是上行同步过程中种子基站接收到SYNC-UL的时间；UpPTSTS是根据种子基站内部定时在下行导频时隙(DwPTS)结束前两个符号(symbol)的时间点；在接收到种子基站发送的包含接收SYNC-UL定时偏差(UpPCHPOS)的快速物理接入信道突发后，从基站利用公式(3)可以计算与UTRAN的环回时延(RTT)。
RTT＝UpPCHADV+UpPCHPOS-8*16TC    (3)
其中，UpPCHADV：为根据从基站接收定时，发送上行导频序列时相对于保护时隙(Guard Period，GP)结束点的时间提前量；Tc为一个码片的长度。
得到了环回时延RTT，显然RTT/2即为种子基站与从基站的空口传播时延。
该过程的帧结构情况请参考图4：
步骤603可以进行多次，以提高准确度。
步骤604：通过上述步骤，从基站获得与种子基站之间的下行同步以及与种子基站的传播时延，由此从基站即可调整自身内部定时，从而获得空口同步。
最后，为了能长时间保持空口同步，根据从基站所选择自身内部时钟的稳定度及系统同步的要求，从基站需要周期根据种子基站的下行导频序列或者是广播信号来调整自己的内部定时。
如果基站间相对位置发生了变化，还需要重新测量空中传播时延，其步骤跟前面提到的是一样的。
当从基站获得与种子基站的同步之后，其它尚未同步的从基站可以选择这个已经同步的从基站进行同步过程，其方法与步骤601～604相同。
参见图7所示，本发明实现基站间空口同步的系统包括：种子基站71和从基站72。
其中，种子基站71，用于提供系统参考时钟，根据从基站72发送的上行导频序列向从基站发送含有定时偏差信息的快速物理接入信道突发；从基站72，用于与种子基站71实现下行同步，完成与种子基站71的SFN的同步；从基站72向种子基站71发送上行导频序列；种子基站71回应快速物理接入信道突发；从基站72根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延，再根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整。
如果种子基站包括多个，从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
实现本发明的从基站72包括：下行同步单元73、时延计算单元74以及时间调整单元75。下行同步单元73，用于与种子基站完成下行同步，完成与种子基站的SFN的同步；时延计算单元74，用于利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发，并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延；时间调整单元75，用于根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，完成基站间空口同步。
所述从基站还进一步包括：同步保持单元76，用于将种子基站71发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息转发给时间调整单元75，以进一步调整从基站内部的定时，实现同步的保持。

Claims (12)

1.一种实现基站间空口同步的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、从基站与种子基站实现下行同步，并根据种子基站的系统广播信息完成与种子基站的系统帧号的同步；
B、从基站向种子基站发送上行导频序列，种子基站收到上行导频序列后，向从基站回应快速物理接入信道突发；
C、从基站根据种子基站回应的快速物理接入信道突发中定时偏差信息，计算出基站间空口传播时延；
D、从基站根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，获得基站间空口同步。
2.如权利要求1所述的空口同步的方法，其特征在于：该方法进一步包括：预先配置从基站需要监听的种子基站的频点和码字，则步骤A中从基站是利用预先配置的种子基站的频点和码字进行小区搜索，与种子基站实现下行同步。
3.如权利要求1所述的空口同步的方法，其特征在于：步骤B中，基站间空口传输时延为RTT/2，RTT＝UpPCHADV+UpPCHPOS-8*16 TC，其中，
RTT为环回时延；UpPCHADV为从基站发送上行导频序列时相对于保护时隙结束点的时间提前量；UpPCHPOS为种子基站接收上行导频序列的定时偏差；Tc为一个码片的长度。
4.根据权利要求3所述的空口同步的方法，其特征在于：步骤C中所述定时偏差为种子基站接收到上行导频序列的时间与种子基站内部定时在下行导频时隙结束前两个符号的时间点之差。
5.如权利要求1所述的空口同步的方法，其特征在于：步骤A中所述种子基站包括一个以上时，从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
6.如权利要求1所述的空口同步的方法，其特征在于：在步骤D之后，该方法进一步包括：
从基站周期根据种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息，调整自身内部定时，实现同步的保持。
7.一种实现基站间空口同步的系统，其特征在于，该系统包括：
种子基站，用于提供系统参考时钟，根据从基站发送的上行导频序列向从基站发送含有定时偏差信息的快速物理接入信道突发；
从基站，与种子基站实现下行同步，并根据种子基站的系统广播信息完成与种子基站的系统帧号的同步；利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发；并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延，再根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，如果种子基站包括一个以上，则所述从基站还包括种子基站选择单元，用于从基站选择其中信号质量最好的种子基站作为同步源，或者选择多个基站作为同步源，而将与各基站同步的平均结果作为同步参考。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述从基站至少包括：
下行同步单元，用于与种子基站完成下行同步，完成与种子基站的系统帧号的同步；
时延计算单元，用于利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发，并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延；
时间调整单元，用于根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，完成基站间空口同步。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述从基站还进一步包括：同步保持单元，用于将种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息转发给时间调整单元。
11.一种基站，其特征在于，包括：
下行同步单元，用于与种子基站完成下行同步，完成与种子基站的系统帧号的同步；
时延计算单元，用于利用向种子基站发送上行导频序列，接收种子基站响应的快速物理接入信道突发，并根据快速物理接入信道突发中定时偏差信息计算出基站间空口传播时延；
时间调整单元，用于根据所述基站间空口传播时延，对自身内部定时进行调整，完成基站间空口同步。
12.根据权利要求11所述的基站，其特征在于，所述基站还进一步包括：同步保持单元，用于将种子基站发送的下行导频序列或广播信号中定时偏差信息转发给时间调整单元。
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