CN102480779A - 一种家用基站执行周期同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TD-SCDMA家用基站执行周期同步的方法，包括步骤：家用基站搜索周边基站信号，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站驻留，且接收同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步，然后家用基站发送第二下行导频时隙DwPTS供移动终端接入和同步；家用基站确定一个无线子帧为一个侦听子帧，在所述侦听子帧内停止发送第二下行导频时隙DwPTS，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站，接收同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS，其中，家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置。

Description

一种家用基站执行周期同步的方法

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，特别是涉及一种TD-SCDMA家用基站周期性执行与周边基站同步的方法。

背景技术

目前，国际、国内都在大规模建设第三代移动通信系统(3G)，相对于以前的移动通信系统，能够提供更高的数据传输速率。3G系统的主要用途是以高速数据业务为主的流媒体、上网浏览、数据下载和上传等应用，而这些丰富多彩的3G数据业务更适合在室内环境使用，据统计70％以上的数据量产生于室内环境。然而，3G系统使用的频段较高，信号穿透能力弱，空间损耗大，建筑物内部深度覆盖存在天然缺陷；随着3G数据用户的大量增加，无线网络的接入容量受到极大挑战。因此室内覆盖和接入容量成为3G运营商的建设重点，作为公网基站(NB)组网的有力补充，家用基站(HNB)的概念和产品应运而生。如图1所示，家用基站的特点在于：同时具备基站及无线网络控制器(RNC)两个网元的功能，通过与公网基站一致且符合标准的移动通信系统空中接口(Uu)为移动终端用户提供服务，其有线端口通过有线宽带网络连接到移动通信系统的接入网关(AGW)及核心网(CN)。家用基站解决了室内环境的覆盖及容量限制问题，移动终端用户能够独享该室内资源，获得移动宽带业务。

TD-SCDMA(时分同步码分多址，Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access)是中国具有自主知识产权的3G系统。TD-SCDMA系统组网的一个重要前提条件就是所有基站之间的时钟同步，否则产生的干扰问题将直接影响该系统的服务质量及容量，时钟同步也是TD-SCDMA系统保证终端切换和重选质量的关键因素。公网基站之间保持同步相对容易实现，而家用基站通常作为一种用户设备引入室内，摆放位置不固定，使得组网变得更加复杂，同步和干扰问题也变得更加严峻。公网基站之间一般通过GPS(或北斗等全球卫星定位系统)来实现同步，而家用基站从卫星信号接收条件及成本两方面来看都不太适宜采用GPS等同步方法。目前有两种同步方案可以应用于家用基站，其一是采用基于IEEE 1588 V2技术的系统同步，其二是家用基站自主侦听周边基站的下行信号实现系统同步；前者需要网络支持，目前还在试验阶段，而后者无需网络支持，便于实现。如果家用基站自主地、周期性地与周边基站进行同步，则组网性能将大大提升。然而要实现第二种方案还需要进一步解决一些在技术上相互矛盾的难题。

发明内容

本发明的目的是给出TD-SCDMA家用基站周期性执行与周边基站同步的方法，确保在实际网络中，家用基站能够周期性侦听周边基站的DwPTS信号以实现同步跟踪，而基本不影响或完全不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程。

本发明的技术方案是，一种家用基站执行周期同步的方法，包括以下步骤：

A1，所述家用基站搜索周边基站信号，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站驻留，且接收同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步，然后所述家用基站发送第二下行导频时隙DwPTS供移动终端接入和同步；

A2，所述家用基站确定一个无线子帧为一个侦听子帧，在所述侦听子帧内停止发送第二下行导频时隙DwPTS，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站，接收该同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS，其中，家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置，即是：家用基站设置初始侦听周期为X个子帧，并随机产生一个时间变量Y个子帧，侦听子帧的位置为X+Y个子帧的时间间隔，X为正整数，Y则取自伪随机序列的正或负整数。

在所述家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置时，还进一步包括步骤：

B1，所述家用基站设置UpPCH子信道数量N为2、4或者8，配置随机接入过程可用的子信道，这里，可用的子信道总数小于UpPCH子信道数量N，至少留出一个不可用于随机接入的子信道，并通过系统消息进行广播，家用基站利用所述不可用于随机接入的子信道侦听同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步；

B2，当有移动终端驻留所述家用基站后，所述家用基站的协议栈计算发送寻呼指示信号的起始无线帧号，再根据3G标准给出的用于移动终端的公式PI＝(IMSI div 8192)mod N_P计算值推算出移动终端发送寻呼指示信号所在的子帧；

B3，所述家用基站在步骤A2中以随机方式确定的侦听子帧中排除B1所述用于随机接入的子帧及B2所述用于发送寻呼指示信号的子帧，在所述子帧位置最近的可用子帧停止发送第二下行导频时隙DwPTS并同时执行周期性同步。

下面结合3G标准以及附图详细说明本发明的依据和原理。

TD-SCDMA系统采用时分、码分相结合的多址技术，其帧结构分为无线帧(Radio Frame)、子帧(Sub-Frame)和时隙(Time Slot)三个层次。一个无线帧长度为10ms，由两个长度为5ms的子帧构成，一个子帧包含7个普通时隙(TS0-TS6)及3个特殊时隙(DwPTS、GP、UpPTS)，如图2所示。DwPTS(下行导频时隙)又称为DwPCH(下行导频信道)，其突发结构如图3所示，由32码片的GP(保护间隔)及SYNC_DL(下行同步)码两部分组成。UpPTS(上行导频时隙)又称为UpPCH(上行导频信道)，其突发结构如图4所示，由SYNC_UL(上行同步)码及32码片的GP两部分组成。需要指出的是，SYNC_DL码是基站向小区内所有终端用户全向发射的，它在DwPTS乃至整个子帧中的位置是固定的，因此可以用于终端执行下行同步；而SYNC_UL码是终端用户向基站发射的，用于上行同步过程，基站接收到它的位置是不固定的，可能处于UpPTS前的GP及UpPTS内的GP之间的任何位置，基站根据接收到的SYNC_UL位置与标准位置的偏差来命令终端调整其上行同步。

移动终端为了延长待机时间需要采用各种省电技术，在待机模式下需要周期性地进行睡眠以降低功耗，但为了不至于漏接来电，终端还需要周期性地醒来以接收基站发送的寻呼信道，检查是否有自己的寻呼信息。3G系统标准为寻呼功能定义了两个信道：寻呼指示信道(PICH)和寻呼信道(PCH)，终端先通过PICH信道检查是否有自己的寻呼指示，如果有自己的寻呼指示，再进一步接收PCH信道以获取寻呼消息内容并决定后续的行为，如果没有自己的寻呼指示，则终端可以再次进入睡眠状态以降低功耗。移动终端与基站保持下行同步是接收信息乃至所有通信过程的基础，由于终端睡眠时无法不断地跟踪下行同步，而且睡眠时一般会使用功耗更低的晶振提供时钟，但这样的晶振的精度很差，因此终端醒来时会存在一定的同步偏差，终端必须校正或者再次下行同步后才能正确接收寻呼指示信道。

TD-SCDMA家用基站开机的时候可以通过小区搜索过程获得与周边基站的初始同步，然后可以侦听周边基站的DwPTS信号实现同步跟踪。为了接收周边基站的DwPTS信号，TD-SCDMA家用基站必须停止自身的DwPTS时隙发送，这样可能影响已经驻留本家用基站的用户终端的下行同步跟踪和随机接入过程，导致终端显示无信号和不能打电话。因为一般用户终端需要使用DwPTS进行下行同步跟踪，尤其是处于待机模式下的终端，在周期性睡眠醒来接收寻呼信息时通常会先接收DwPTS以校正可能出现的较大下行同步偏差，若家用基站停止发送DwPTS，显然会影响该终端的下行同步跟踪；另外，由于家用基站必须切换频点去接收周边基站的DwPTS信号，考虑到同步偏差，需要在DwPTS前后多接收一些数据，然后需要切换工作频率回原来的工作频点，以便接收终端发送的SYNC_UL，由于存在上行时间提前量，还需要接收一部分GP中的数据，这样就可能影响终端的随机接入性能。

与现有技术相比，本发明不依赖于全球卫星定位系统或者基于IEEE 1588的网络同步技术，可以低成本地实现与周边基站的自主周期同步。本发明假定仅通过接收周边基站的DwPTS信号完成周期性同步，但如果考虑接收TS0的信标信道来完成同步或者两者相结合，也都符合本发明的精神。周期长度调整量的计算方法很多，但无论采用随机调整量或者特定调整量，乃至在特定调整量基础上再加入一定的随机化，都不脱离本发明的实质。本发明针对家用基站，但其基本思想并不局限于家用基站，可以是其它具有家用基站特征的室内基站，也可以是其它任何类型的基站(RNC为独立网元的情况)，如宏基站、微基站等等。本发明的基本思想还可以用于在其它无线通信系统的基站与周边基站进行周期性同步，这些无线通信系统可以是GSM、WCDMA、CDMA、LTE等等。

附图说明

图1是典型的移动通信基站和家用基站的应用示意图

图2是TD-SCDMA系统的子帧结构

图3是TD-SCDMA系统中DwPCH(DwPTS)的突发结构

图4是TD-SCDMA系统中UpPCH(UpPTS)的突发结构

图5是本发明家用基站执行周期性同步的流程示意图

具体实施方式

如图5所示，是本发明家用基站执行周期性同步的流程示意图，本发明的一种家用基站执行周期同步的方法，包括以下步骤：

A1，所述家用基站搜索周边基站信号，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站驻留，且接收同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步，然后所述家用基站发送第二下行导频时隙DwPTS供移动终端接入和同步；

A2，所述家用基站确定一个无线子帧为一个侦听子帧，在所述侦听子帧内停止发送第二下行导频时隙DwPTS，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站，接收该同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS，其中，家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置，即是：家用基站设置初始侦听周期为X个子帧，并随机产生一个时间变量Y个子帧，侦听子帧的位置为X+Y个子帧的时间间隔，X为正整数，Y则取自伪随机序列的正或负整数。

在所述家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置时，还进一步包括步骤：

B1，所述家用基站设置UpPCH子信道数量N为2、4或者8，配置随机接入过程可用的子信道，这里，可用的子信道总数小于UpPCH子信道数量N，至少留出一个不可用于随机接入的子信道，并通过系统消息进行广播，家用基站利用所述不可用于随机接入的子信道侦听同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步；

B2，当有移动终端驻留所述家用基站后，所述家用基站的协议栈计算发送寻呼指示信号的起始无线帧号，再根据3G标准给出的用于移动终端的公式PI＝(IMSI div 8192)mod N_P计算值推算出移动终端发送寻呼指示信号所在的子帧；

B3，所述家用基站在步骤A2中以随机方式确定的侦听子帧中排除B1所述用于随机接入的子帧及B2所述用于发送寻呼指示信号的子帧，在所述子帧位置最近的可用子帧停止发送第二下行导频时隙DwPTS并同时执行周期性同步。

下面对于本发明技术方案实现作进一步详细说明

家用基站的周期性同步并不需要严格相同的周期长度。本发明的家用基站在上电(复位)后，首先搜索周边基站信号以获得初始同步，然后不断地计算侦听子帧位置，当侦听子帧时刻到，则该家用基站在一个子帧内停止发送DwPTS并执行周期性同步一次，如图5所示。其中，计算侦听子帧位置时，要主动避开与终端睡眠醒来或随机接入相重叠的子帧。计算侦听子帧位置的方法很多，只要能在一定程度上避开上述可能重叠的子帧，就能基本不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程；如果能完全避开上述可能重叠的子帧，就能完全不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程。由此，本发明计算侦听子帧位置的方案可以分为两种，一种是在原始侦听周期的基础上加上一个随机调整量，在一定概率下避开上述相重叠的子帧；另一种是，首先计算出上述相重叠的子帧位置，然后在原始侦听周期的基础上排除这些子帧，即加上一个特定调整量，其实，这后一方案可以看成前者的一个特例。其中，随机调整量方案的实现相对简单，可以达到基本不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程的目的；特定调整量方案的实现相对复杂，但可以达到完全不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程的目的。

无线通信系统本身就是一个具有一定成功概率的系统，因此基本不影响性能的相对简单的随机调整量方案也是一种可行方案。本发明提出的计算侦听子帧位置的随机调整量方案具体如下：

假设初始侦听周期长度为X个子帧，随机调整量为Y个子帧，即每隔X+Y子帧停止发送DwPTS并同时执行周期性同步。原始侦听周期长度可以是缺省配置的，也可以是网管中心设置的初始周期，该周期长度可以是秒级或者更长。可实现的随机数都是有一定规律的，因此，随机调整量可以是正、负若干个子帧的伪随机数序列，也可以是以一定规律变化的单位为子帧的伪随机数序列。

更进一步，为了达到完全不影响用户终端睡眠醒来的下行同步及随机接入过程的目的，本发明利用如下描述一些系统特性来计算上述可能重叠的子帧位置。

首先，3G系统标准规定网络可以给不同服务等级的用户终端配置不同的可以发起随机接入过程的时刻。TD-SCDMA标准规定共有N个UpPCH子信道(sub-channel)，UpPCH子信道i和子帧号之间的关系满足SFN’mod N＝i，其中SFN’称为系统子帧号(取值范围是0-8191)，N的取值为1、2、4或8，即每个子帧定义一个UpPCH子信道，子信道号i的取值范围是[0，...，(N-1)]，在基站广播的系统消息中可以配置哪些子信道可用而哪些不可用。本发明利用该特性，在家用基站广播的系统消息中配置随机接入过程可用的UpPCH子信道，然后，家用基站就可以利用那些不可用子信道的子帧来侦听周边基站信号而不影响终端的随机接入过程。

其次，为了让已驻留用户终端在周期性睡眠醒来接收寻呼指示信号时能正常接收DwPTS信号做同步跟踪，家用基站可以主动避开这些时刻再停止发送DwPTS信号(以便完成周期性同步)。根据3G标准，不同用户终端醒来的时间点可以不同，因为用户终端接收寻呼指示信号的子帧位置是通过其自身独有的IMSI(国际移动用户识别码，International Mobile Subscriber Identity)号及其它一系列寻呼相关参数计算得来。标准中定义了公式PagingOccasion＝{(IMSI div K)mod(DRX cycle length div PBP)}^＊PBP+n^＊DRXcycle length+Frame Offset，其中Paging Occasion是基站发送寻呼信号的起始无线帧号，K、DRX cycle length及Frame Offset都是系统广播参数，n的取值为0，1，2，...，4095，该计算是家用基站原本有的过程，本发明只需要协议栈提供接口输出该值，因此并无新增计算负荷。标准中还定义了公式PI＝(IMSI div8192)mod N_P，其中Np是一个PICH块中承载寻呼指示的个数，由其它广播参数计算得来，PI是某寻呼指示的位置，该公式一般由终端使用，因此本发明的家用基站需要增加该计算。一个PICH块可以包含2个或者4个无线帧，每个无线帧可以承载88、44或者22个寻呼指示，本发明由此推算出某已驻留用户的寻呼指示位于哪个无线帧中两个子帧中的哪一个子帧。本发明的家用基站可以主动避开所有发送寻呼指示信息的子帧再去执行周期性同步。考虑到用户终端可能在自己的寻呼时刻到来之前提前醒来进行同步跟踪，也可能会在接收寻呼后做一些其它测量，因此这些相关子帧一般考虑之前及之后几个子帧的富裕量，比如前后各2个子帧的富裕量。

本发明提出的计算侦听子帧位置的特定调整量方案如下：

(1)设置UpPCH子信道数量N为2、4或者8，配置随机接入过程可用的子信道，至少留出一个不可用于随机接入的子信道，并通过系统消息进行广播；

(2)有用户终端驻留本家用基站覆盖范围后(若没有，则无需考虑这一步)，家用基站的协议栈(相当于RNC的功能)计算寻呼已驻留用户的子帧号，考虑寻呼位置前后留出一定的富裕子帧；

(3)在原始侦听周期基础上，排除上述子帧，在该周期位置最近的可用子帧停止发送DwPTS并同时执行周期性同步。

具体在实现时，对于X和Y的选取，例一和例二可以说明。

例一：家用基站上电(复位)后，搜索周边基站信号以获得初始同步。采用随机调整量的方案，简单地将周期性侦听周边基站信号的子帧位置进行一定程度的随机化，总体上降低与终端睡眠醒来或随机接入时刻重叠的概率，达到避开这些时刻的目的，在一定程度上降低对用户终端下行同步和随机接入的影响。假设原始周期长度为3秒，即X＝600子帧，Y取[-6，...，6]范围内的随机整数值，则家用基站每隔600+Y个子帧，停止发送DwPTS并执行周期性同步一次。该方式实现简单，效果不错，虽然从理论上不能完全解决因为重叠到一块而影响性能的问题，但是从概率的角度来看影响很小，以至通常无法察觉。

例二：同样采用随机调整量的方案，假设原始周期长度为6秒，取X＝1200子帧，Y＝[1，4，7，...256]，则家用基站每隔1200+Y个子帧，停止发送DwPTS并执行周期性同步一次。根据现场试验来看，效果也不错。

对于在B3步骤中，最近子帧的选择，有例三可以说明。

例三：家用基站上电(复位)后，搜索周边基站信号以获得初始同步。设置随机接入过程可用的子信道，并通过系统消息进行广播，例如给出N＝8，则有8个UpPCH子信道，子信道编号为[0，...，7]，设置[0，...，6]这7个子信道可用于随机接入，而第7号子信道不能用于随机接入，即SFN’mod 8＝7的子帧不能用于随机接入。当有终端用户驻留该家用基站，其协议栈会计算发送寻呼指示信号的起始无线帧号，再根据标准给出的用于终端的公式PI＝(IMSI div 8192)mod N_P计算值推算出其所在子帧号。在随机接入不可用子信道的子帧基础上，再避开寻呼已驻留用户的子帧，同时避开寻呼位置前后各2个子帧，在该周期位置最近的可用子帧停发DwPTS，接收周边基站的DwPTS信号，完成同步跟踪。

Claims (2)

1.一种家用基站执行周期同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1，所述家用基站搜索周边基站信号，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站驻留，且接收同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步，然后所述家用基站发送第二下行导频时隙DwPTS供移动终端接入和同步；

A2，所述家用基站确定一个无线子帧为一个侦听子帧，在所述侦听子帧内停止发送第二下行导频时隙DwPTS，选择周边基站中的一个基站作为同步源基站，接收该同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS，其中，家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置，即是，家用基站设置初始侦听周期为X个子帧，并随机产生一个时间变量Y个子帧，侦听子帧的位置为X+Y个子帧的时间间隔，X为正整数，Y则取自伪随机序列的正或负整数。

2.如权利要求1所述的家用基站执行周期同步的方法，其特征在于，在所述家用基站以随机方式确定侦听子帧的位置时，还进一步包括步骤：

B1，所述家用基站设置UpPCH子信道数量N为2、4或者8，配置随机接入过程可用的子信道，这里，可用的子信道总数小于UpPCH子信道数量N，至少留出一个不可用于随机接入的子信道，并通过系统消息进行广播，家用基站利用所述不可用于随机接入的子信道侦听同步源基站发送的第一下行导频时隙DwPTS以实现与同步源基站同步；

B2，当有移动终端驻留所述家用基站后，所述家用基站的协议栈计算发送寻呼指示信号的起始无线帧号，再根据3G标准给出的用于移动终端的公式PI＝(IMSI div 8192)mod N_P计算值推算出移动终端发送寻呼指示信号所在的子帧；

B3，所述家用基站在步骤A2中以随机方式确定的侦听子帧中排除B1所述用于随机接入的子帧及B2所述用于发送寻呼指示信号的子帧，在所述子帧位置最近的可用子帧停止发送第二下行导频时隙DwPTS并同时执行周期性同步。

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