CN105578589A - 用于无线电发射机的开/闭环同步 - Google Patents

Abstract

一种用于通信的方法和设备。方法包括估计无线电发射机装置的第一累积移动；将所述第一累积移动编码到动作估计消息中；以及向装置传送该动作估计消息。方法进一步包括：用动作估计消息来包含同步消息，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置同步。

Description

用于无线电发射机的开/闭环同步

本申请是申请日2010年4月22日，申请号201080066350.8，发明名称“用于无线电发射机的开/闭环同步”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

领域

无线装置、设施、模块以及芯片组可获益于关于无线装置同步的技术。特别是因为节点之间的传播延迟重要而要求精确网络同步的系统可获益于改进的同步技术。一个实例可以是作为对第三代合作伙伴项目(3GPP)的增强的局域演进(LAE，LocalAreaEvolution)。同步是一个物理层过程。总体而言，本发明的实施例对提供准确的网络同步甚至是在节点到节点的同步并不容易的情况下有用。

相关技术的描述

在例如3GGPP的长期演进(LTE)之类的诸多蜂窝系统中，基站使用封闭的定时调整环对传播延迟改变以及时钟漂移进行追踪和补偿。额外地，在某些情况下，无线电网络控制器(RNC)可基于从用户设备(UE)获得的测量来对基站中传播延迟改变或时钟漂移进行补偿。

然而，没有基于对UE动作的观察而决定任何事。相反，定时调整命令的有效性是基于简单的定时器。甚至在基于RNC的补偿实例中，所采用的技术也是将来自两个基站的参考信号的到达时间差(TDOA)与数据库值进行比较，以便调整基站中的一个的时间基础。

因此，不存在这样的系统，在该系统中，确定从第三节点到两个其他节点的传播延迟，以便调整两个其他节点的相对传输阶段(transmissionphase)。

此外，在例如LAE的某些情形中，考虑了UE对同步两个接入点的帮助。然而在这些情形中，传播延迟被假定为非显著的。

发明内容

在一些实施例中，本发明是一种方法。该方法包括确定对第一节点的第一传播延迟估计。该方法还包括确定对第二节点的第二传播延迟估计。该方法进一步包括接收来自所述第一节点的第一同步消息。该方法额外地包括向所述第二节点传送第二同步消息，其中，所述第二同步消息依赖于所述第一同步消息、所述第一传播延迟估计以及所述第二传播延迟估计。

在另一实施例中，本发明是一种方法，该方法包括估计无线电发射机装置的累积移动。该方法还包括将所述累积移动编码到动作估计消息中。向装置传送所述动作估计消息也被包含在该方法中。

一种非永久计算机可读介质编码指令，当该指令在硬件中被执行时，执行可以是本发明的进一步实施例的过程。该过程可以选自上述讨论的方法。

一种根据本发明的实施例的设备，该设备可包括包含计算机程序代码的至少一个存储器以及至少一个处理器。所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少确定对第一节点的第一传播延迟估计。所述至少一个存储器和计算机程序代码还被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少确定对第二节点的第二传播延迟估计。进一步地，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少接收来自所述第一节点的第一同步消息。额外地，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少向所述第二节点传送第二同步消息，其中，所述第二同步消息依赖于所述第一同步消息、所述第一传播延迟估计以及所述第二传播延迟估计。

在另一实施例中，本发明是一种设备，该设备包括包含计算机程序代码的至少一个存储器以及至少一个处理器。所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少估计无线电发射机装置的累积移动。所述至少一个存储器和计算机程序代码还被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少将所述累积移动编码到动作估计消息中。进一步地，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少向装置传送所述动作估计消息。

在一些另外的实施例中，本发明是一种设备。该设备包括用于确定对第一节点的第一传播延迟估计的确定部件。该设备还包括用于确定对第二节点的第二传播延迟估计的确定部件。该设备进一步包括用于接收来自所述第一节点的第一同步消息的接收部件。该设备额外地包括用于向所述第二节点传送第二同步消息的传送部件，其中，所述第二同步消息依赖于所述第一同步消息、所述第一传播延迟估计以及所述第二传播延迟估计。

在一些另外的实施例中，本发明是一种设备，该设备包括用于估计无线电发射机装置的累积移动的估计部件。该设备还包括用于将所述累积移动编码到动作估计消息中的编码部件。用于向装置传送所述动作估计消息的传送部件也被包含在该设备中。

附图说明

为了恰当地理解本发明，应当参考附图，其中：

图1示例性示出OFDM基带流中的不连续。

图2示例性示出由不连续造成的“同步泄露”。

图3示例性示出经由用户设备(UE)进行同步的两个接入点(AP)。

图4示例性示出第一路径的延迟估计。

图5示例性示出第二路径的延迟估计。

图6示例性示出第一同步消息的传送。

图7示例性示出第二同步消息的传送。

图8示例性示出闭环同步方法。

图9示例性示出根据本发明的一些实施例的方法。

图10示例性示出根据本发明的一些实施例的另一方法。

图11示例性示出根据本发明的一些实施例的系统。

具体实施方式

本发明的一些实施例可提供甚至是节点到节点同步并不容易的情况下的准确网络同步。具体地，在某些实施例中提供了一种系统，其中第三节点记录两个其他节点的相对传送阶段，这将对两个其他节点的传播延迟的影响考虑在内。传送阶段可以指相对于参考传送时间时刻的传送时间时刻。参考传送时间时刻可以是例如周期性帧结构内的码元边界(symbolborder)。

优化局域(OLA，OptimizedLocal-Area)无线电网络可被配置为使用大量小区在选定区域提供由非昂贵接入点/基站覆盖的高速率覆盖。该高数据速率可以是，例如，几百兆位每秒(Mbps)。例如，OLA系统可取代与连接个人计算机(PC)、家庭娱乐装置以及其他装置的当前无线局域网(WLAN)相当的固定以太网安装。这种网络中的装置可使用例如由预留协议协调的正交频分多址接入(OFDMA)来共享公共无线电资源。

本发明的一些实施例使用移动性测量来决定传播延迟估计的有效性。额外地，某些实施例采用了更新估计的过程。更一般地，本发明的一些实施例涉及这样的系统，其中，第三节点记录两个其他节点的相对传送阶段，如上所述，这考虑了对这两个其他节点的传播延迟的影响。

在根据本发明的一些实施例的示例系统中，该系统可包括两个或更多的接入点以及一个或更多的用户设备(UE)装置。

接入点可被连接到有线网络架构。到有线网络架构的连接可以通过例如以太网连接。例如UE装置的移动装置可经由无线电链路来连接到一个或更多的接入点。

在这样的网络中，对使用中继链路的准确同步的需求可导致对传播延迟估计和校正的需求。具体地，对于空中同步而言可存在需求。由于在例如有线或全球卫星定位(GPS)信号接收的其他方式中发布同步信号的高昂开销，接入点可能被要求使用空中信令来自动地同步。

例如，无线电系统可将正交频分多址接入(OFDMA)用作使用频分复用的多址接入技术(OFDM)。其他的多址接入技术也是可行的，并且OFDMA仅仅是作为示例性说明而提出的。OFDMA将循环前缀用于在接收机处对所传送的码元的分离。因此，使用优于循环前缀持续时间的准确性来同步附近的装置以阻止接收质量的恶化是有用的。

而且，可能存在对传播延迟估计的需要。具体地，可通过交换同步消息来实现无线电之间的同步，但是同步消息被无线介质(例如空气)上无线电波的传播延迟而延迟。该传播延迟可导致无线电两者之间或多者之间的同步中的不准确性。

可通过估计和校正消息的传播延迟来实现准确同步。然而，准确同步可能要求中继同步(sync)信令。具体地，两个附近的接入点可覆盖同一接收区域，但是不具有建立链路的方式。

例如，接入点(AP)可能不能同时传送和接收(半双工)。时分双工(TDD)帧结构可将一个时隙用于所有AP进行的公共传输，并将另一个时隙用于所有AP进行的公共接收。因此，可能不存在一个AP传送同时另一个AP接收消息的可能性。

可能存在的另一事项是，放置AP的方式使得传播条件不允许AP之间的单个或直接链路。例如，两个AP可能位于天花板上，并且被充当了障碍物的其他天花板上安装的物体(例如，通风管道)分隔开。在另一种情形中，AP可能通过有向天线覆盖交迭的接收区域但是抑制来自其他方向的信号，其中该有向天线仅仅覆盖指向该接收区域的方向。

在这样的情况中以及其他情况中，两个AP可利用公共覆盖区域中的用户设备(UE)来中继同步消息。

尽管对于实践本发明的一些实施例而言不需要OFDM和/或OFDMA，但是符合讨论OFDM(A)的具体实例是一个实例。

OFDM调制传送通过循环前缀(CP)来分隔的码元流。使用多址接入OFDM(OFDMA)，接收机处理在时间上交迭但是在频率上分离的若干码元。具体地，在一些情况下，接收机处理来自不同发射机的在时间上交迭但是在频率上分离的两个信号，即，不同子载波上的两个信号。在循环前缀的持续时间内，传送被按时间排列，以便防止从一个码元使用的频率到另一个使用的频率的所谓的“同步泄露”。

同步泄露可由任何两个临近的OFDM码元之间在时域上的不连续引起。只要将接收机与干扰信号同步，不连续就会落在接收机的时间孔径(timeaperture)之外。如果实现了同步，则码元之间的陡峭“间隙”会泄露到没有被码元占据的子载波中。同步泄露的功耗可展现出符合sinc()函数(正弦函数，或函数正弦)的形状。图1示例性示出两个临近OFDM码元之间基带数据流中的不连续150。

图2示出得到的从未同步的接收机来看干扰信号102的信号频谱。线100是从未同步的接收机来看信号频谱的完整轨迹。线分段102是与为该信号分配的子载波对应的带宽。线分段104是在临近信道中生成的同步泄露，影响了没有被分配给该信号的子载波。

可通过下文的讨论看到同步消息的估计和校正路径延迟值。例如，0.57μs长度的CP可以用在优化局域(OLA)无线电网络系统中。循环前缀的主要目的可以是阻止由于多径传播导致的码元间干扰。因此，在同步误差不会产生不希望的干绕的系统中，同步误差小于系统中的CP长度。例如，目标可以是0.1μs的系统误差。无论如何，如果同步误差大于循环前缀长度，则循环前缀将停止阻止码元间的干扰。

在分布式同步算法中，两个节点之间的单独测量可确定系统的整体准确性。因此，一种方式是尝试做出比目标系统准确性更准确的单独测量。例如，作为充足的基础，可选择因子四。因此，测量准确性目标可以是与1m的路径长度对应的0.03μs。换句话说，一米路径长度中的不确定性将导致0.03μs的传播延迟上的不确定性。该实例仅仅是示例性说明，而不应当被看作是限制。

干扰节点可物理上位于较远距离。例如，节点可位于走廊上间隔5、10或20米的地方。所得到的从一个节点到另一个的同步消息的延迟可使同步的准确性变差，除非估计到并校正了该延迟。

如上文所提及的，系统可能涉及包含有多个节点的诸多节点。对于节点的数量没有具体限制。然而，两节点同步可充当涉及多于两个节点的技术的基本构件。

两个节点可在开环或闭环方案中同步。闭环方案可对消息的传播延迟进行估计和补偿，但是其要求双向通信。

闭环方案的额外开销可能不是期望的，例如因为接入点的TDD操作：节点被要求挂起对数据的传送并切换到针对返回消息的接收模式。

图8示例性示出了闭环方案。图8中的系统采用了估计节点之间的时间偏移和传播延迟两者的闭环同步方案。开环校准被用作一些闭环技术中的第一个步骤。相比之下，在本发明的一些实施例中执行了初始闭环同步，然后只要节点没有移动，就记下传播延迟。

OLA网络中的特殊挑战是，如果AP之间没有可建立的连接，则可能有必要经由移动装置将同步信息从一个接入点传送到另一个接入点。例如，一个AP将需要调换TDD信道接入的方向，以便接收来自另一个AP的传送。由于AP天线模式尝试优化到UE而不是AP的连接，所以传播条件可能使得上述调换是困难或者不可能的。可能发生的是，到目标AP的无线电路径过于失真，同时还存在来自以其他方式覆盖非交迭小区区域的的若干周围AP的过多干扰。

一种将避免这种干扰、障碍等的可行的技术是，依赖用于转发同步信息的一个或更多的移动装置。这得自准确的同步，并由此降低的OFDMA干扰可超过移动装置上增加的信令开销，尤其是在“移动”装置(例如个人计算机(PC)中的网络接口)不是电池供电的情况下。

图3示例性示出其中两个接入点(AP)经由用户设备(UE)进行同步的实例。图3示出经由UE100进行同步的两个节点/接入点101和102。图中示例性示出了障碍物200，这表明或者因为物理障碍，或者因为上行链路-下行链路TDD切换方案，使得直接通信是不可能的。还有可能有其他阻碍直接通信的原因。

图4示出获得第一路径的延迟估计的来自图3的节点。UE100可使用双向信令(闭环)如参考图8描述的那样估计和存储到AP101的传播延迟。UE100可基于AP101提供的定时提前量(timingadvance)命令来估计到AP101的传播延迟。AP101可使用定时提前量命令来指示UE100相对于来自AP101的传送的接收时间时刻来偏移传送时间时刻。在定时提前量命令中用信号通知的传送时间偏移可以与UE100和AP101之间的传播延迟成比例。UE101可使用线性方程来处理该用信号通知的传送时间偏移，以便估计第一路径的延迟。接下来，如图5示例性示出的，UE100估计并存储到AP102的传播延迟。

只要节点没有过多地移动，就可以保留该传播延迟有效。节点的移动会导致所存储的与该节点关联的传播延迟估计的不确定性。例如，对于目标是0.03μs或更佳的传播延迟的不确定性，可容忍的最大的节点移动是1米。该可容忍的不确定性随距离而增加。例如，在一间办公室内(或者通常在小区域中)，期望与在整座建筑物内(或者通常在更大的区域中)相比更高的同步准确性是合理的。因此，最大的可容忍移动可随着增大的路径长度而增加。例如，对于在3米半径范围内的节点而言，最大的可容忍移动可被定义为1米，并且对于距离300米或者300米以外的节点而言，可以线性地增加到10米。

图6示例性示出同步过程的第一传送步骤。在图6中，在希望同步时，AP101请求来自UE100的与AP102的同步。在该示例中，AP101知道AP102。AP102可以知道AP101的方式可能是，UE100此前将AP101作为邻居进行过报告。其他方式的关于AP101的通知也是可行的。为了请求同步，AP101向UE100发送用于转发给AP102的同步消息(消息1)。

图7示例性示出同步过程的第二传送步骤。在图7中，UE100基于此前接收到的消息(图6的消息1)以及此前做出的传播延迟估计(例如，图4的估计延迟_101和图5的估计延迟_102)生成第二消息(消息2)。

在一个实施例中，UE100将传播延迟估计或者它们的总和编码到消息2中。在另一实施例中，UE100将传播延迟估计添加到接收自消息1的时钟值，并将该总和编码到消息2中。在又另一实施例中，UE100在传送时间时刻传送消息2，该传送时间时刻依赖于消息1的接收时间时刻以及传播延迟估计。可以在这样的时间时刻来传送消息2：相对于消息1的接收时间时刻的预定偏移减去传播延迟估计的总和。

AP102收到的消息可能与在闭环同步方案(如上文参考图8所讨论的)中转发的消息类似。作为响应，AP102可以以与已经在图6-7中示例性示出的类似的方式，生成将经由UE100被递送给AP101的返回消息。

基于收到的返回消息，AP101可使用同步算法来调整其时钟。例如，AP101可确定其自己的时钟与AP102的时钟之间的偏移，并以所确定的偏移因子来调整其自己的时钟。

额外地，某些实施例可采用对节点移动的检测。具体地，某些实施例可能涉及检测装置移动性并且如果节点已经移动则丢弃传播延迟估计。而且，某些实施例可能涉及在每个节点处估计移动，随时间对移动的估计进行累积，并在同步消息中传送该累积过的移动。

图9示例性示出根据本发明的实施例的方法。该方法可通过例如用户设备来执行。该方法可包括确定对第一节点的第一传播延迟估计910。该方法还可包括确定对第二节点的第二传播延迟估计920。该方法可进一步包括接收来自第一节点的第一同步消息930。该方法可额外地包括向第二节点传送第二同步消息940。该第二同步消息可依赖于第一同步消息、第一传播延迟估计以及第二传播延迟估计。

该方法可进一步包括接收对第一节点的累积移动的估计950。该估计可伴随第一同步消息或者可以与第一同步消息相分离。

该方法可额外地包括接收来自第二节点的第三同步消息960，并向第一节点传送第四同步消息970。第四同步消息可依赖于第三同步消息、第一传播延迟估计以及第二传播延迟估计。

该方法可额外地包括接收对第二节点的累积移动的估计。该估计可伴随第三同步消息或者可以与第三同步消息相分离。

该方法还可包括估计时间间隔中无线电路径长度的改变990，并在所估计的路径长度的改变超出阈值的情况下丢弃传播延迟估计995。定时器间隔的起始时间可以是对传播延迟的估计。可以基于各种因素来设置阈值。然而，通常可基于相对于路径长度或关联的传播延迟对误差的容忍，来设置该阈值。因此，例如，阈值可被设置为路径长度的10％。因此，如果路径长度是10米，则阈值可被设置为1米。这只是阈值的一个简单实例，例如5％的阈值或20％的阈值等其他阈值也是可行的。

估计无线电路径长度的改变990可包括：确定时间间隔中第一无线电节点的第一移动估计991，确定时间间隔中接收无线电节点的第二移动估计992，以及对第一和第二移动估计进行求和993。接收无线电节点可以是执行该方法的无线电节点。可替代地，估计无线电路径长度的改变990可进一步包括：接收来自第一无线电节点的第一累积移动996，接收来自第一无线电节点的第二累积移动997，以及计算第二累积移动和第一累积移动之间的差998。

图10示例性示出根据本发明的实施例的方法。该方法可例如通过接入点来执行。图10的方法包括估计无线电发射机装置的累积移动1010。该方法还包括将累积移动编码到动作估计消息中1020。该方法进一步包括向装置传送动作估计消息1030。

该方法还额外地涉及传送通过该动作估计消息而包含的或者与该动作估计消息相分离的同步消息1040，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置的同步。

图9和10中示例性示出的方法可通过各种方式来实施。例如，这些方法可完全用硬布线硬件组件来实施。然而，在某些实施例中，非永久计算机可读介质可编码有这样的指令，当在硬件中执行时，所述指令执行的方法例如是图9和10中示例性示出的方法。

图11示例性示出根据本发明的实施例的系统。如图11所示例性示出的，系统可包括第一设备1110和第二设备1120。第一设备1110可以是例如移动电话或个人计算机的用户设备(UE)。第二设备1120可以是接入点(AP)。第一设备1110和第二设备1120中的每一个都可包括至少一个存储器1130，该存储器包含计算机程序代码1140。额外地，第一设备1110和第二设备1120中的每一个都可包括至少一个处理器1150。存储器1130、计算机程序代码1140以及一(多)个处理器1150可被配置为执行合适的过程，例如针对第一设备1110在图9中或者针对第二设备1120在图10中示例性示出的过程。

存储器1130可以使任何合适的存储器，例如硬盘驱动器、随机访问存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。计算机程序代码1140可以是，例如，经过编译或被解析的计算机指令。处理器1150可以使任何合适的处理装置，例如控制器、中央处理单元(CPU)或者专用集成电路(ASIC)。处理器1150可以处于与存储器1130相同的芯片上，尽管并不要求这样。

图11还示例性示出第一设备1110和第二设备1120中的每一个都可包括收发器1160。收发器可包括发射机1162和接收机1164，其可操作上连接到天线1166。每个天线1166都可经由无线链路1170进行通信。

第二设备1120克进一步包括网络接口卡1180以及到一个或更多有线网络的以太网连接1190。障碍1105可以是或者物理物体、规则集合或者例如天线1166的传播形状的物理实体，其可阻止第二设备1120与另一设备的直接通信。

通过使用如上文所讨论的这种系统和方法，在没有连续的后向和前向信令的情况下提供优于两节点间的路径延迟的同步准确性是可能的。这样的系统和方法对于涉及需要被同步的廉价接入点以及其中GPS不可用的环境(例如室内)等情形而言是有用的。

这种考虑了传播延迟的三节点测量可得到与忽略了传播延迟的系统相比改进的准确性。在例如OFDMA系统中，这可反映为开销减少，这是因为可使用更短的循环前缀。额外地，在决定传播延迟估计的有效性时，更加具体的利用了动作估计的部分可提供减少的信令，这是因为估计只在需要的情况下才被更新。

相应地，在本发明的某些实施例中，确定来自两个其他节点的对于第三节点的传播延迟，以便调整这两个其他节点的相对传送阶段。而且，这样的系统可以能够实现具有对传播延迟的补偿的同步，该传播延迟是只能够经由用户设备(UE)进行通信的两个接入点之间的传播延迟。

这样的准确同步可用在尝试符合先进国际移动电信(IMT-A)等性能标准的无线电系统中。诸如连续干扰抵消的诸多现代算法可能要求非常准确的同步，因此，上文描述的系统和方法可能会有用。

具有本领域普通技术的人将容易理解到，上文讨论的本发明可以以不同顺序的步骤和/或配置上不同于上文公开的那些的硬件元件来实践。因此，尽管已经基于这些优选实施例描述了本发明，但是对于本领域这些技术人员而言显然一些修改、变型以及替代性构造将是明显的，并仍然处于本发明的精神和范围内。例如，尽管多数的上文讨论关注于可被配置为对LTE支持小小区中的高速率覆盖的局域无线电系统，但是本发明的其他实施例也是可行的。因此，为了确定本发明的边界和约束，应当参考所附权利要求。

Claims (10)

1.一种用于通信的方法，包括：

估计无线电发射机装置的累积移动；

将所述累积移动编码到动作估计消息中；以及

向装置传送所述动作估计消息。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

用所述动作估计消息来包含同步消息，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置同步。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

传送与所述动作估计消息分离的同步消息，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置同步。

4.如权利要求2或3所述的方法，进一步包括：经由所述装置接收来自所述第二无线电发射机装置的返回消息,而且基于所述返回消息调整自己的时钟。

5.如权利要求4所述的方法，其中基于所述返回消息调整自己的时钟包括：基于返回消息确定自己的时钟与所述第二无线电发射机装置的时钟之间的偏移，而且基于所述确定的偏移调整自己的时钟。

6.一种用于通信的设备，包括：

包含计算机程序代码的至少一个存储器；以及

至少一个处理器，

其中，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少：

估计无线电发射机装置的第一累积移动；

将所述第一累积移动编码到动作估计消息中；以及

向装置传送所述动作估计消息。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个存储器和计算机程序代码还被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少用所述动作估计消息来包含同步消息，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置同步。

8.如权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个存储器和计算机程序代码还被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少：

传送与所述动作估计消息分离的同步消息，该同步消息请求经由所述装置与第二无线电发射机装置同步。

9.如权利要求7或8所述的设备，其中，所述至少一个存储器和计算机程序代码还被配置为，通过所述至少一个处理器，引起所述设备至少：

经由所述装置接收来自所述第二无线电发射机装置的返回消息,而且基于所述返回消息调整自己的时钟。

10.如权利要求9所述的设备，其中，引起所述设备至少基于所述返回消息调整自己的时钟包括：基于返回消息确定自己的时钟与所述第二无线电发射机装置的时钟之间的偏移，而且基于所述确定的偏移调整自己的时钟。