CN102149188A - 用于同步节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于同步节点的方法。该方法用于在无线网络中同步与至少一个终端通信的至少两个节点，每个节点传送同步子帧，每个同步子帧被对齐到实际同步时间，该方法的特征在于，该方法包括为每个节点定义虚拟同步时间的预备步骤，该方法还包括为每个节点执行的下列步骤：确定(46)至少另一节点的虚拟同步时间；使用所述至少另一节点的虚拟同步时间来计算(50)所述节点的虚拟同步时间的更新值；以及根据其经更新的虚拟同步时间来改变所述节点的实际同步时间。

Description

用于同步节点的方法

技术领域

本发明涉及用于在无线网络中同步与至少一个终端通信的至少两个节点的方法以及用于实施这种方法的设备。

本发明更特别地涉及家庭基站(HeNB)的同步。这种家庭基站被部署例如以用于在住宅内或者在公司大楼、商场、车站或者更一般而言任何大的建筑物中提供无缝的无线网络。因此，在这种网络中，HeNB的数量大。

背景技术

根据3GPP-LTE(“第三代合作伙伴项目长期演进”)标准，在HeNB的典型部署中，无线网络的节点是以未经协调的方式激活的并且彼此之间是非同步的。

然而，同步这种家庭基站将是有利的。

该同步的第一个优点在于对无线网络的整体性能的改进。

例如，网络中的终端将把不同HeNB的同步信号视作是完全正交的，这改进了例如用于移动性目的的检测算法。

该同步的第二个优点在于有可能在其中部署了无缝的无线网络的建筑物内提供新的电信服务，例如多媒体广播。

该同步的第三个优点在于有可能提供诸如终端的精确的地理定位之类的其他服务。

在固定网络上存在几种用于提供节点同步的手段，但是在大多数情况下限于低精度(在具有几个节点的实际情形下为大约一毫秒)，并且不足于从其中受益。

这些算法非常多地依赖于固定网络的拓扑，因此不能用于高可靠性的要求。

对于无线网络，必须实现大约微秒的目标。存在几种用于无线网络上的节点的分布式同步的算法，这些算法中的大多数被开发以用于自组织传感器网络。已知的算法是基于由观测邻节点来校正每个节点的同步时间。

用于节点的分布式同步的现有算法在大部分时候应用同步的时间的动态(on-the-fly)校正。的确，在大多数应用中，同步是在节点之间进行通信之前的初始阶段，并且同步是在任何传输之前的必要条件。

然而，在HeNB的情况下，节点(即HeNB)本身并不进行无线通信，也就是，不存在与其他节点(HeNB)的数据交换。

然而，HeNB与几个终端进行通信。因此，虽然节点之间的同步不是必要条件，但却是用于改进整体的系统性能的方法。

当几个移动装置经由HeNB进行通信并被同步到HeNB时，不可能修改HeNB的同步时间，因为这将导致终端放松其与HeNB的同步，从而急剧降低通信质量或者中断通信。

发明内容

本发明因此通过提出一种不干扰节点与终端之间的通信的同步方法来给出上述问题的解决方案。

本发明涉及一种用于在无线网络中同步与至少一个终端通信的至少两个节点的方法，每个节点传送同步子帧，节点的每个同步子帧被对齐到专用于所述节点的实际同步时间，其特征在于，所述方法包括：

为每个节点定义虚拟同步时间的预备步骤，所述方法还包括为每个节点执行的下列步骤：

-确定至少另一节点的虚拟同步时间；

-当终端被连接到所述节点时，使用所述至少另一节点的虚拟同步时间来计算所述节点的虚拟同步时间的更新值；以及

-根据其经更新的虚拟同步时间来改变所述节点的实际同步时间。

根据特定实施例，用于同步至少两个节点的所述方法包括下列特征中的一个或多个：

-只有在没有终端被连接到所述节点时，才处理改变所述节点的实际同步时间的所述步骤，

-改变所述节点的实际同步时间的所述步骤被缓慢地处理，使得与所述节点通信的终端能够跟随实际同步时间与虚拟同步时间之间的时间漂移，并且保持到所述节点的连接，

-计算所述节点的虚拟同步时间的更新值的所述步骤使用分布式同步算法，

-所述节点是家庭基站，

-所述同步子帧是空白(blank)子帧，

-所述同步子帧是MBSFN子帧，

-为每个节点执行的、确定至少另一节点的虚拟同步时间的所述步骤由所述终端通过测量来执行，

-所述方法包括为每个节点执行的、从所述终端向所述节点传送包含所确定的所述至少另一节点的虚拟同步时间的消息的步骤，

-为每个节点确定至少另一节点的虚拟同步时间的所述步骤由所述节点来执行，

-所述同步子帧的传输是基于OFDM的，

-每个同步子帧携带同步信号，所述至少两个节点的同步信号具有良好的互相关，以及

-所述至少两个节点的同步信号是相同的。

本发明还涉及一种用于在无线网络中同步与至少一个终端通信的至少两个节点的设备，每个节点传送同步子帧，节点的每个同步子帧被对齐到专用于所述节点的实际同步时间，其特征在于，所述设备包括用于为每个节点定义虚拟同步时间的装置以及在每个节点处提供的用于执行下列操作的装置：

-确定至少另一节点的虚拟同步时间；

-当终端被连接到所述节点时，使用所述至少另一节点的虚拟同步时间来计算所述节点的虚拟同步时间的更新值；以及

-根据其经更新的虚拟同步时间来改变所述节点的实际同步时间。

附图说明

通过阅读仅通过实例并参考附图给出的下列描述，将促进更好地理解本发明，其中：

图1是在其中实施根据本发明的用于同步节点的方法的无缝网络的架构视图；

图2是示出实施根据本发明的用于同步节点的方法所用的三个节点和三个同步子帧的视图；

图3是示出根据本发明的用于同步节点的方法的步骤的流程图；

图4是示出根据本发明的用于同步节点的方法的特性的视图；

图5是逐步地示出根据本发明的用于同步节点的方法的特性的视图；以及

图6是示出实施根据本发明的用于同步节点的方法所用的同步信号的视图。

具体实施方式

图1示出包括连接到几个终端10、12、14...的节点4、6、8的无缝的无线网络2，所述节点4、6、8例如存在于家庭基站中(HeNB)。

本发明的原理在于，在虚拟同步时间上计算经典的(例如分布式)同步算法并根据节点的虚拟同步时间来更新其实际同步时间。

在下面参考图2-图6的描述中更详细地解释用于同步节点4、6、8的方法的实施。

节点4、6、8传送集合成子帧的符号。

根据本发明的一个特定实施例，所述传输是基于OFDM(“正交频分复用”)的。

节点4、6、8传送数据子帧以及专用于同步的子帧。这些专用子帧例如可以是空白子帧或者3GPP-LTE标准的MBSFN(“多播单频网”)子帧。

图2表示节点4、6和8各自的同步子帧20、22和24。

根据本发明，每个同步子帧20、22、24包含能够扩展到该子帧的多个符号上的信号，使得预定的处理允许定位该子帧的给定点，例如子帧的中间，如由图2中的箭头所示。

在下面的描述中，该点被称为节点的虚拟同步时间或VST。

因此，如图2中所示，节点4、6和8具有各自的VST 30、32和34。

图3示出根据本发明的节点之间的同步方法的步骤。

在下文中，假设在给定时间，一些节点正在传送同步子帧，同时其他节点切换到接收模式。

对于节点4来描述本发明的同步方法，但是对于其他节点6和8也执行相同的处理。

在40中，节点4检查它当前发送的子帧是否是包含用于节点同步的信号的子帧，即同步子帧。如果检查的结果是否定的，即该子帧不是同步子帧，则节点4处理到连接的终端的数据传输。否则，节点4在42中检查它是否必须处于用于节点之间同步的传输或接收模式。

这种信息可以由协调器(例如连接到几个节点的网关)或者通过调度已知的同步算法来给出。

如果节点4处于用于节点之间同步的传输模式，则它在44中传送与其虚拟同步时间或VST对齐的信号。

如果节点4处于用于节点之间同步的接收模式，则它在46中侦听在对应于子帧的时间周期内发送的、与其实际同步时间(其例如是同步子帧的中间时间)对齐的信号，以及根据接收的信号来确定其他节点6、8的VST。该步骤46在图4中被示出。

如图4中所示，节点4处于接收模式，其中它在空白子帧期间进行侦听。

节点4检测节点6和8各自的VST 32和34。

这些VST没有处于子帧中的相同位置，因为节点彼此之间未被同步。

测量邻节点的虚拟同步时间要么由节点本身使用同步子帧进行，要么由节点的终端进行，并且通过包含消息的测量报告被提供给节点，所述消息包括所确定的其他节点的VST。

在48中，节点4应用经典的同步算法，例如在自组织网络中已知的分布式同步算法，该算法在50中计算其虚拟同步时间的更新值，该更新值是观测到的其他节点6、8的VST的函数。然而，即使该VST已被更新，节点4与邻节点6、8之间仍旧处于失步。

根据本发明的一个特定实施例，在51中，节点4缓慢地修改其AST以便等于其VST。该修改必须慢得足以允许与节点4通信的终端能够跟踪该缓慢的时间同步漂移并保持良好的通信质量。例如，该缓慢的漂移可以通过在时域OFDM信号的离散版本中去除或增加一个采样来处理。这允许在其与终端通信时更新节点4的AST，并且从而使得系统更快地收敛。对AST的该缓慢修改可以由节点与诸如向/从移动终端传送或接收数据之类的其他任务并行地完成。

然后，在52中，节点4检查其是否切换到空闲模式，即其检查是否有激活的终端连接到其上。如果节点4不处于空闲模式，则该处理回到步骤40。

节点4一成为空闲节点，它就在54中将其实际同步时间AST更新到其虚拟同步时间VST。

在51中的缓慢修改被执行的该特定实施例中，步骤52和54仅仅是可选的。

这意味着，当节点4将再次开始通信时，下一子帧将被对齐到在50中确定的VST。节点4与其邻节点6、8将会更加同步，从而节点收敛到同步状态并且网络的性能被改进。

然后，该处理回到步骤46，从而当节点4处于空闲模式时，节点同步继续被改进。

图5逐步地示出根据本发明的用于同步节点的方法的一个实施例。在图5中，仅示出节点4、6和8的同步子帧。

在60中，三个节点4、6和8不是同步的。在图5中，它们的虚拟同步时间VST由箭头画出，以及它们的实际同步时间AST由圆圈画出。

在62中，节点8侦听并且根据节点4和6的虚拟同步时间来计算更新的VST，其被示出为虚线箭头。

在64中，节点8传送具有使其VST表现(appear)为更新值(与其实际同步时间不同)的信号的同步子帧。节点4侦听并且根据节点6和8的VST来计算更新的VST，其被示出为虚线箭头。

在66中，节点4传送具有使其虚拟同步时间表现为更新值的信号的同步子帧。

假设节点8在64和66之间进入空闲模式，并且更新其实际同步时间值以便等于其虚拟同步时间。

在68中，假设节点4在66和68之间进入空闲模式，并且更新其实际同步时间值以便等于其虚拟同步时间。

因此，在68的结尾，三个节点4、6和8是同步的。

图6是示出实施根据本发明的用于同步模式的方法所用的同步信号的视图。

图6示出节点4、6和8的子帧。

子帧70、72、74、76、78和80是用于传送数据的普通子帧。

节点4传送同步信号82(由三角形示出)，使得其虚拟同步时间VST4等于其实际同步时间AST4。

因此，该同步信号没有在节点4的同步子帧20中被截断。

对于节点6，虚拟同步时间VST6不等于其实际同步AST6。为了使节点6的标记为84的同步信号与实际同步时间AST6对齐，该同步信号84被移位一个VST6-AST6的值，因此同步信号84被截断。

假设节点8在同步子帧24期间正在进行侦听。节点8因此进行与节点4的同步信号82和与节点6的同步信号84的相关。

为了简单起见，节点之间的传播延迟被调节，从而节点8能够确定VST4和VST6。

值得注意的是，相关的峰值的变化是节点的同步失配的函数，以及是虚拟同步时间的函数，如图6中箭头的幅度所示。

关于在节点的同步子帧内传送的同步信号的选择，存在两个可能的实施例。

根据第一实施例，所有的节点使用相同的同步信号。在这种情况下，侦听节点可以对接收到的信号和同步信号执行自相关或互相关，并且在自/互相关的输出处检测VST。

根据第二实施例，所有的节点具有从具有良好互相关的一组信号(例如Zadoff-chu序列或Hadamard序列)中选择的同步信号。侦听节点因此计算多个互相关(对该组中的每个信号计算一个互相关)，并且能够区分出每个邻居的VST。如果同步算法需要完全知道邻节点的数目和它们各自的VST，则这特别有用。

因此，本发明的方法旨在在不干扰终端10、12、14之间的通信的情况下同步节点4、6、8。

达到该目的的想法是从空闲周期中获益，在该空闲周期期间，没有终端是激活的以改变节点4、6、8的同步时间。

遗憾的是，通过仅仅考虑节点的空闲时间周期来用于同步时间更新，必须同时处于空闲的节点之间交换的数目，并且因此系统的收敛速度，受到了限制。

本发明给出一种解决方案，其允许处理现有同步算法以用于更新给定节点的同步时间，同时激活的终端与所述节点进行通信。

在一些情况下，节点可以从与使用本发明的上述算法不同的另一同步方法中获得精确的实际同步时间(AST)。例如，所述节点装备有GPS接收器，或者被连接到为该节点提供同步方法的光网络。

因此，当该节点从其他同步方法中获得其AST时，该节点使其VST与其AST对齐，并且保持在如本发明的算法的步骤44中所述的同步子帧的传输模式中。因此，这样的节点改进了整体系统性能的鲁棒性。

Claims (14)

1.用于在无线网络(2)中同步与至少一个终端(10，12，14)通信的至少两个节点(4，6，8)的方法，每个节点(4，6，8)传送同步子帧(20，22，24)，节点的每个同步子帧(20，22，24)被对齐到专用于所述节点的实际同步时间，其特征在于，所述方法包括：

为每个节点(4，6，8)定义虚拟同步时间的预备步骤，所述方法还包括为每个节点(4，6，8)执行的下列步骤：

-确定(46)至少另一节点的虚拟同步时间；

-当终端被连接到所述节点时，使用所述至少另一节点的虚拟同步时间来计算(50)所述节点的虚拟同步时间的更新值；以及

-根据其经更新的虚拟同步时间来改变所述节点的实际同步时间。

2.根据权利要求1所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，只有在没有终端被连接到所述节点时，才处理改变(54)所述节点的实际同步时间的所述步骤。

3.根据权利要求1所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，改变所述节点的实际同步时间的所述步骤被缓慢地处理，使得与所述节点通信的终端能够跟随实际同步时间与虚拟同步时间之间的时间漂移，并且保持到所述节点的连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，计算所述节点的虚拟同步时间的更新值的所述步骤使用分布式同步算法。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，所述节点(4，6，8)是家庭基站。

6.根据权利要求5所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，所述同步子帧(20，22，24)是空白子帧。

7.根据权利要求5所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，所述同步子帧(20，22，24)是MBSFN子帧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，为每个节点(4，6，8)执行的、确定至少另一节点的虚拟同步时间的所述步骤由所述终端(10，12，14)通过测量来执行。

9.根据权利要求8所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，所述方法包括为每个节点(4，6，8)执行的、从所述终端(10，12，14)向所述节点(4，6，8)传送包含所确定的至少另一节点的虚拟同步时间的消息的步骤。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，为每个节点(4，6，8)确定至少另一节点的虚拟同步时间的所述步骤由所述节点(4，6，8)来执行。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的用于同步至少两个节点的方法，其特征在于，所述同步子帧(20，22，24)的传输是基于OFDM的。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，每个同步子帧(20，22，24)携带同步信号(82，84)，所述至少两个节点的同步信号(82，84)具有良好的互相关。

13.根据权利要求12所述的用于同步至少两个节点(4，6，8)的方法，其特征在于，所述至少两个节点(4，6，8)的同步信号(82，84)是相同的。

14.用于在无线网络(2)中同步与至少一个终端(10，12，14)通信的至少两个节点(4，6，8)的设备，每个节点(4，6，8)传送同步子帧(20，22，24)，节点的每个同步子帧(20，22，24)被对齐到专用于所述节点的实际同步时间，其特征在于，所述设备包括用于为每个节点(4，6，8)定义虚拟同步时间的装置以及在每个节点(4，6，8)处提供的用于执行下列操作的装置：

-确定至少另一节点的虚拟同步时间；

-当终端被连接到所述节点时，使用所述至少另一节点的虚拟同步时间来计算所述节点的虚拟同步时间的更新值；

-根据其经更新的虚拟同步时间来改变所述节点的实际同步时间。

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