CN106304315A - 分离架构下蜂窝网络同步方法及同步装置 - Google Patents

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CN106304315A CN201510289965.1A CN201510289965A CN106304315A CN 106304315 A CN106304315 A CN 106304315A CN 201510289965 A CN201510289965 A CN 201510289965A CN 106304315 A CN106304315 A CN 106304315A
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Abstract

提供一种分离架构下蜂窝网络的同步方法及同步装置。控制基站接收收GNSS信号，获取高精度的时间信息，并调整控制基站的时钟；控制基站与业务基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收，控制基站生成包括网络时间信息在内的移动用户所需的数据，并通过控制基站天线发送给移动用户终端；业务基站通过与控制基站之间的信令交互，计算业务基站的时间偏移，从而调整业务基站的时钟；移动用户终端接收控制基站发送的包括网络时间信息在内的数据以及业务基站发送的包括网络时间调整信息在内的数据，并基于所述网络时间信息以及所述网络时间调整信息，调整移动用户终端的时钟。

Description

分离架构下蜂窝网络同步方法及同步装置
技术领域
本发明涉及作为无线通信设备的基站与终端的同步方法和装置。特别涉及能够在基站动态休眠和唤醒时基站之间的快速同步装置与方法，以及利用不同类型基站动态灵活地为终端提供网络同步的装置与方法。
背景技术
移动互联网业务的爆炸性增长，以及以可穿戴设备引领的物联网大潮，给蜂窝网络带来了效率和灵活性上的挑战。一方面，为了支持快速增长的业务量需求和业务速率需求，蜂窝网络中提供无线接入的基站部署密度越来越高。由于基站部分占据整个蜂窝网络中的大部分能耗，所以基站密集化使得整个网络消耗的能量显著增加。由于基站能耗很大一部分来自基础功耗，即未进行射频数据传输时的功耗，所以基站休眠被视为有效的提高网络能量效率(能效)的方法之一。然而在传统蜂窝网络中，各个小区的基站分布式部署，各自独立决策，彼此之间缺乏协作，使得有基站休眠后留下网络覆盖的空洞，空洞中的用户接受不到网络服务。另一方面，新型智能设备如可穿戴设备的流行推动了设备之间通信的需求。与传统蜂窝网络业务(如视频流媒体业务)的高容量需求不同，设备之间通信需求呈现短包、小流量、高可靠性保证等特点。单纯密集化部署的小小区不能很好地针对不同的业务需求，灵活地提供不同服务。
为了应对效率和灵活性的挑战，专利文献1(CN104080178A)提出了一种称为超蜂窝的分离架构。它在空中接口将网络覆盖分离为控制覆盖和业务覆盖两层，相应地将蜂窝网络基站分为控制基站和业务基站两类。控制基站保持开启，为蜂窝网络用户提供接入保证。业务基站则根据业务的时空动态特性灵活部署，并动态地开启和关闭(基站休眠和唤醒)，从而高能效的提供网络服务。
然而，这一分离架构给蜂窝网络的同步带来了新的挑战。其一，分离架构下基站有控制基站(Control Base Station,CBS)和业务基站(Traffic BaseStation,TBS)两类，终端(User Equipment,UE)也越来越多样化(如智能手机、平板电脑、可穿戴设备等)，更多类型的网络设备增加了同步的复杂度和成本。其二，在控制基站的集中控制之下，业务基站会被动态指派为用户提供高速率数据服务，没有服务需求的业务基站可以被切换到休眠状态。这些动态基站操作使得网络的运行变得更为灵活，同时也需要网络同步更为灵活可靠。其三，业务基站休眠时，当有新的高速率业务请求到达，控制基站可以唤醒休眠中的业务基站，为新业务请求提供服务，而刚被唤醒的业务基站可能已经与网络失去同步。这就需要为唤醒的业务基站提供一种快速高效的同步方案。此外，要实现用户业务在多个业务基站间无缝切换，以及利用多个业务基站协同为单个用户提供数据服务，网络需要的同步精度将会是资源块量级，在现代蜂窝系统中为亚微秒量级。但是，专利文献1关注于网络架构设计以及信令开销降低方法，并没有提供分离架构下蜂窝网络同步的方法。
在专利文献2(US6373834B1)中，提出了一种蜂窝网络同步方法。在该方法中，主定时单元(master timing unit)与从定时单元(slave timingunit)通过交换带有时间信息的同步信令实现同步。这里的主定时单元和从定时单元都可以作为开始同步操作的定时单元。但是，这一同步方法只适用于有线连接的回传(backhaul)网络，无法为移动终端提供同步，也没有提供休眠基站的同步方案。
在标准文献3(IEEE 1588-2008)中，给出了精确时钟协议(PrecisionTime Protocol，PTP)第二版。这里描述了一个为包交换的有线网络提供精确时钟同步的协议。该协议可以在快速优先局域网内实现亚微秒量级的同步精度。但是，这里没有涉及无线网络连接下的时间同步，也没有涉及节点动态休眠唤醒场景下同步的解决方案。
在标准文献4(3GPP TR 36.872)中，论证了在现有蜂窝网络标准LTE下，使用射频无线接口实现小区间同步的可行性和潜在优势。这里提出了一种基于LTE网络中已有信号，通过使用网络监听方式实现小小区(SmallCell)与网络的同步，以及小小区之间的同步的方案。为了提高同步精度，文献考虑了发送抑制(transmission muting)的方式，但是它会使网络性能恶化。此外，文献中没有提供频率同步方法，也没有涉及引入基站休眠操作后的基站同步方法。
在标准文献5(3GPP TS 22.042)中，规定了一项称为网络标识和时区(Network Identify and Time Zone，NITZ)的功能。该功能使得基站向用户终端提供时间服务。但是，这项功能是一项可选功能，一些网络运营商并不支持该功能。另外，NITZ要求的时间精度仅为分钟量级。实时移动互联网应用所需的同步精度无法由该方案提供保证。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一套分离架构下各类基站和终端设备之间低复杂度低成本的同步，以充分利用分离架构系统结构特征实现网络同步需求的装置与方法。
本发明的技术方案之一是一种控制基站中的同步装置，该同步装置包含：GNSS同步单元，通过GNSS天线接收GNSS信号，获取时间信息；时钟生成单元，基于GNSS同步单元提供的时间信息，调整控制基站的时钟；业务基站同步单元，与业务基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收；以及用户数据采样生成单元，生成包括网络时间信息在内的移动用户所需的数据，并通过控制基站天线发送给移动用户终端。
其中，所述业务基站同步单元包括：业务基站唤醒单元，通过所述有线连接向处于休眠状态的业务基站发送基站唤醒消息；业务基站同步确认单元，通过所述有线连接向进入活跃状态的所述业务基站发送基站同步消息；以及业务基站时间校正单元，通过所述有线连接向所述业务基站发送基站时间消息。
本发明的技术方案之一是一种业务基站中的同步装置，包括：控制基站同步单元，与控制基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收；时钟生成单元，基于控制基站同步单元提供的时间信息，校正所述业务基站的时钟；以及用户数据采样生成单元，生成包括网络时间调整信息在内的移动用户所需的数据，并通过业务基站天线发送给移动用户终端。
其中所述控制基站同步单元包括：苏醒单元，在处于休眠状态的业务基站被唤醒进入醒来状态的情况下，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站醒来消息；同步确认单元，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站同步确认消息；以及时间校正单元，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站时间校正消息。
此外，本发明的另一技术方案是一种分离架构下蜂窝网络同步方法，包括下述步骤：控制基站通过GNSS天线即全球导航卫星系统天线接收GNSS信号，获取时间信息；基于所述时间信息，调整所述控制基站的时钟；所述控制基站与业务基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收，其中包括：向处于休眠状态的所述业务基站发送基站唤醒消息，接收所述业务基站发送的基站醒来消息，向进入活跃状态的所述业务基站发送基站同步消息，接收所述业务基站发送的基站同步确认消息，向所述业务基站发送基站时间消息，以及接收所述业务基站发送的基站时间校正消息；以及生成包括网络时间信息在内的移动用户所需的数据，并通过控制基站天线，发送给移动用户终端。
所述基站时间消息至少包括：表示发送源的控制基站ID、表示发送目的地的业务基站ID、消息类型、所述时间戳t1、表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、表示所述业务基站发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3、以及所述第二接收时间t4；所述业务基站基于所述时间戳t1、所述第一接收时间t2、所述第一发送时间t3、以及所述第二接收时间t4来计算所述业务基站的时间偏移，从而对所述业务基站的时钟进行校正。
根据上述本发明的技术方案，实现了基站动态休眠和唤醒时基站之间的快速同步。控制基站与业务基站通过有线连接交换同步信令，具体包括：当唤醒休眠中的业务基站时，控制基站计算预设时间，在基站唤醒消息中嵌入预设时间，指导业务基站在唤醒后调节时钟；当业务基站处于活跃状态时，控制基站周期性发送基站同步消息，收集业务基站回复中的时间信息，用于分布式地时间偏移计算和调整，以及集中式的同步信息监控。
此外，本发明的另一技术方案是一种移动用户终端中的同步装置，其特征在于，具备：用户数据采样生成单元，通过终端天线接收控制基站发送的包括网络时间信息在内的数据以及业务基站发送的包括网络时间调整信息在内的数据；以及时钟生成单元，基于所述控制基站提供的所述网络时间信息以及所述业务基站提供的所述网络时间调整信息，调整移动用户终端的时钟。
由此，通过该技术方案能够利用不同类型基站动态灵活地为移动用户终端提供网络同步。在该技术方案中，移动用户终端的同步由控制基站和业务基站两类基站通过空中接口无线信号进行保证。控制基站通过周期性广播信息将移动用户终端的时钟与蜂窝网络进行同步。业务基站在为移动用户终端提供数据业务服务时，通过网络时间调整信息微调移动用户终端时间。
因此，根据本发明，通过在控制基站和业务基站中引入新的同步装置，并在控制基站与业务基站之间、控制基站与移动用户终端之间、业务基站与移动用户终端之间引入新的信令，可以充分利用分离架构的系统结构特征，在有限的复杂度和可控的成本下，实现多种类型基站和移动用户终端的同步。
附图说明
图1是表示本发明中的典型应用场景的示意图。
图2是本发明中分离架构下控制基站同步装置结构框图。
图3是本发明中分离架构下业务基站同步装置结构框图。
图4是本发明中分离架构下移动用户终端同步装置结构框图。
图5A是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步的信令交互示例图。
图5B是表示本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步的信令消息格式的例示图。
图6是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步时控制基站的流程示例图。
图7是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步时业务基站的流程示例图。
图8是表示分离架构下业务基站的状态转移示例图。
图9A是本发明中同步第三层(移动用户终端)的信令交互示例图。
图9B是表示本发明中同步第三层(移动用户终端)的信令消息格式的例示图。
图10是表示本发明中同步第三层(移动用户终端)的流程图。
具体实施方式
本发明中的基站概念是基站物理设备与功能软件在逻辑上的一个覆盖一定范围的整体，在具体实现中，既可以是“一个基站”，“基站的一个扇区”，“一个微型基站”，或者一个“传输点(TP)”等；基站的射频单元和基带处理单元可以为一个整体，也可以是相对独立通过网络连接的多个模块。为了简化描述，我们将控制基站和业务基站统称为基站。
我们使用图表和示例对本发明进行解释说明，但注意它们不意味着本发明只局限于具体的协议、接口和技术等。
为了对分离架构下蜂窝网络同步进行具体实施方式的说明，假定实施的具体场景如图1。图中显示了一个层次化的网络。位于顶层(第零层)的是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)101，第一层的是分离架构下蜂窝网络中的控制基站102，第二层由业务基站103构成，第三层则由移动用户终端104构成。下面我们将对各层结构特性以及层间接口协议进行具体阐释。
位于顶层(第0层)的全球导航卫星系统101，可以是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗等，或者它们的组合。这些卫星在轨道上排列成固定星座，并携带有原子钟以保持精确同步。它们在设定频率上广播微波信号(GNSS信号)105，为GNSS接收机提供高精度的时间信息。这些GNSS接收机可以位于地面。但是需要指出的是，为了能够可靠地恢复出GNSS卫星广播的微波信号105获取时间信息，卫星和接收机之间需要有直射径，即视线(Line of Sight,LOS)。因此，GNSS信号在诸如室内(图1中TBS2)、地下(图1中TBS4)等场景下不适用。此外，在分离架构下的蜂窝网络中，基站(尤其是业务基站)的部署密度很高，如果要在每个基站处部署GNSS接收机用于时钟同步，那么将使得网络运营商的成本大大增加。而对移动用户而言，在诸如可穿戴设备等的轻量化终端设备上加装GNSS接收机会增加其重量和成本，同时也加快设备电量消耗。综上所述，尽管在每个基站和终端上部署GNSS信号接收机看起来是一个简单直接的解决同步问题的方案，但它在分离架构下的蜂窝网络中并不实际。
网络第一层由控制基站102构成。我们要求每个控制基站102配备一个GNSS接收机，从第零层101获取高精度的时间信息，其原因归纳如下。首先，在分离架构下的蜂窝网络中，控制基站具有较大的站址，会部署在地面开放空间中，因此可以保证GNSS信号105在控制基站处的可用性。其次，控制基站覆盖较大的地理区域，例如，一个控制基站可以负责数十个至数百个位于控制基站覆盖范围内的业务基站。这使得部署GNSS接收机的成本相对较小，便于控制网络整体成本。
图2是本发明中控制基站102中的同步装置结构框图，该装置包含：GNSS同步单元202，通过GNSS天线205接收GNSS信号105，获取高精度的时间信息，提供给时钟生成单元201；时钟生成单元201，基于GNSS同步单元202提供的高精度时间信息，调整控制基站时钟，纠正时间误差；业务基站同步单元204，将时钟生成单元201的时间信息，通过有线连接207，传递给管辖内的业务基站103；用户数据采样生成单元203，生成移动用户所需的数据，该数据包括网络时间信息，并通过控制基站天线206，发送给移动用户终端104，为移动用户终端104提供同步支持和网络信息。其中业务基站同步单元204包括：业务基站唤醒单元，通过有线连接207向处于休眠状态的业务基站发送基站唤醒消息；业务基站同步确认单元，通过有线连接207向进入活跃状态的业务基站发送基站同步消息；业务基站时间校正单元，通过有线连接207向业务基站发送基站时间消息。控制基站与业务基站之间同步的信令交互将在后续详细叙述。
网络第二层由业务基站103组成。业务基站103通过有线网络连接到控制基站，该网络具体实现可以是波分复用(WDM)的光传输网络，也可能是电信级以太网(Carrier Ethernet)等。在我们的具体实施方式中，这一有线连接被用来同步控制基站和位于控制基站覆盖范围内的业务基站。这一同步方案下，不需要在每个业务基站处部署GNSS接收机，从而省去了部分成本。此外，它也能为部署在室内或地下等环境中的业务基站提供可靠的同步，从而提升网络容量。
图3是本发明中业务基站中的同步装置，包括控制基站同步单元303，通过有线连接305获得控制基站的时间信息，提供给本地的时钟生成单元301；时钟生成单元301，基于控制基站同步单元303提供的高精度时间信息，调整本地业务基站时钟，纠正时间误差；用户数据采样生成单元302，生成移动用户所需的数据，包括网络时间调整信息，通过业务基站天线304，发送给移动用户终端104，为移动用户终端104提供同步支持和业务数据。其中控制基站同步单元303包括：苏醒单元，在处于休眠状态的业务基站被唤醒进入醒来状态的情况下，通过有线连接305向控制基站发送基站醒来消息；同步确认单元，通过有线连接305向控制基站发送基站同步确认消息；时间校正单元，通过有线连接305向控制基站发送基站时间校正消息。
网络的最底层(第三层)由移动用户终端构成。移动用户终端形式多样，例如手机、平板电脑、可穿戴设备等等。移动用户终端通过空中接口的无线链路与网络通信。具体来说，移动用户终端的网络覆盖由始终开启的控制基站提供保证，而移动用户终端的高速率数据传输由一个或多个业务基站在控制基站的中心控制下按需地提供。
图4是本发明中移动用户终端中的同步装置，包括时钟生成单元401，基于控制基站102和业务基站103提供的高精度时间信息，调整本地业务基站时钟，纠正时间误差；用户数据采样生成单元402，生成移动用户与基站通信的数据，并且通过终端天线403接收控制基站102和业务基站103提供的同步信息和业务数据。
本发明中第零层与第一层之间的协议工作如下：控制基站102侧的GNSS接收机接收第零层广播的GNSS信号105，解码其中的时间信息，计算时间偏移量，然后调整控制基站102的主时钟补偿偏移。调整成功后，“已同步”消息将被记录到日志中。当在预设的一个时间段(例如十分钟)内没有“已同步”消息，则触发记录“失去同步”消息，控制基站将被置于维护状态。
下面我们具体描述第一层(控制基站102)与第二层(业务基站103)之间的信令交互。与现有专利文献中使用有线连接实现同步的方案相比，本发明的主要贡献如下。其一，为失去同步的休眠节点提供了一个快速高效的同步方案，其中包括计算所需时间信息的方法。其二，设置了了用于快速可靠同步的分布式时间偏移计算与集中式同步状态监测的信令消息。
图5A是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步的信令交互示例图。当控制基站102唤醒一个处于休眠状态的业务基站103时，基站唤醒单元通过有线连接207发送一条基站唤醒消息501，消息中携带一个预设的时间戳tpre，它等于该基站唤醒消息501发送时间加上一个预先计算得到的控制基站到业务基站之间有线传输平均延时davg：
tpre＝tsend+davg,
davg的计算方法将在下文给出。当处于休眠状态801的业务基站通过苏醒单元接收到基站唤醒消息501时，它将被唤醒进入醒来状态803，并将自己的当前时间设置为tpre，并通过苏醒单元回复一条基站醒来消息502。控制基站在发出基站唤醒消息501后，开启一个预设的定时器TIMER1等待业务基站的基站醒来消息502。
在发送基站醒来消息502后，业务基站进入活跃状态805。控制基站会周期性地通过基站同步确认单元广播它的时间信息到由该控制基站管辖的业务基站，这一消息称为基站同步消息503。基站同步消息503携带控制基站侧发送该消息时的时间戳t1。业务基站通过同步确认单元接收到基站同步消息503后，会记录业务基站侧的接收时间t2，然后通过同步确认单元回复一条基站同步确认消息504，该消息504中将携带t1和t2以及业务基站发送基站同步确认消息504时的发送时间t3。控制基站在发送基站同步消息503后，会开启一个定时器TIMER2等待业务基站的基站同步确认消息504。当控制基站接收到基站同步确认消息504时，它会记录下自己的接收时间t4。
在一些已有专利文献中，记录t4的同步节点(对应于分离架构下的第一层，即控制基站)计算时间偏移。本发明与之不同，这里采用分布式地时间偏移计算方案。具体而言，每个业务基站分别计算自己相对于控制基站的时间偏移。由于在通常的网络部署中，一个控制基站负责多个业务基站，分布式地时间偏移计算可以降低控制基站侧的计算负担。此外，这一方案还使得信令消息的有效载荷域可以采用一种简单的增量结构：新时间戳可以直接附加到已有的时间戳后。因此，控制基站和业务基站的同步可以更加快速和可靠。在分布式时间偏移计算方案下，控制基站通过基站时间校正单元回复业务基站一条基站时间消息505，其中携带以上从t1到t4所有时间戳。在时间校正单元接收到基站时间消息505后，业务基站侧的时钟生成单元会依照下面的公式计算自己的时间偏移，
toff＝(t2-t1-t4+t3)/2
并根据下面的公式校正自己的时间：
tcor＝t-toff
时间校正后，业务基站通过时间校正单元向控制基站发送一条基站时间校正消息506。基站时间校正消息506包含以上从t1到t4所有时间戳，还包含本次消息的发送时间t5，以及当前业务基站的ID(例如001)。控制基站在发送基站时间消息505后，会开启定时器TIMER3等待基站时间校正消息506。在接收到该消息后，控制基站记录类似“业务基站001于t5已同步。”的同步成功日志。此外，控制基站的业务基站时间校正单元还利用基站时间校正消息506中携带的时间戳计算控制基站到业务基站之间有线连接的延时：
d＝(t2-t1+t4-t3)/2
在积累了一定量的延时d历史数据后，控制基站计算到各个业务基站的平均延时davg，这一平均延时会用于上文提及的唤醒休眠基站的预设时间的计算之中。
图5B表示本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步的信令消息格式的例示图。如图5B中所示，控制基站与业务基站之间同步的信令消息包括包头510以及载荷520。其中，包头510包括表示发送源的源ID 511、表示发送目的地的目标ID 512、以及消息类型513。如图中所示，基站唤醒消息、基站醒来消息、基站同步消息、基站同步确认消息、基站时间消息、以及基站时间校正消息的载荷域520采用一种简单的增量结构，即、可以将新时间戳直接附加到已有的时间戳后，因此，使得控制基站和业务基站之间的同步更加快速和可靠。
图6是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步时控制基站的算法示例图。在需要唤醒业务基站提供高速率数据服务时，控制基站进入步骤601，发送基站唤醒消息501，并开启定时器TIMER1，进入步骤602。步骤602中，控制基站判断是否在定时器TIMER1超时前接收到基站醒来消息502，若是则进入步骤603，否则进入步骤604。步骤603中，控制基站发送基站同步消息503，其中携带时间戳t1。步骤604中，发出定时器TIMER1超时提醒。在完成步骤603后，控制基站进入步骤605。步骤605中，控制基站判断是否在定时器TIMER2超时前接收到基站同步确认消息504，若是则进入步骤606，否则进入步骤607。步骤606中，控制基站记录下接收时间t4，从而获得从t1到t4所有时间信息，进入步骤608。步骤607中，发出定时器TIMER2超时提醒。在步骤608中，控制基站发送基站时间消息505，然后进入步骤609。步骤609中，控制基站判断是否在定时器TIMER3超时前接收到基站时间校正消息506，若是则进入步骤610，否则进入步骤611。步骤610中，控制基站将业务基站已同步记入日志，然后进入步骤612。而在步骤611中，发出定时器TIMER3超时提醒。步骤612中，控制基站利用上述时间戳和公式计算延时d，进入步骤613。步骤613中，控制基站利用历史数据计算平均延时davg。
图7是本发明中第一层(控制基站)与第二层(业务基站)之间同步时业务基站的算法示例图。首先在步骤701中，业务基站判断收到消息的类型。步骤702中，判断收到消息是否为基站同步消息503。若是，则进入步骤703，获取t1和t2时间戳，之后进入步骤704，发送基站同步确认消息504。若步骤702中判断结果为否，则进入步骤705，判断收到消息是否为基站唤醒消息501。若是，则进入步骤706，获取时间戳tpre，之后进入步骤707，将业务基站时钟时间设置为tpre，之后进入步骤708，发送基站醒来消息502。如果步骤705中的判断结果为否，那么进入步骤709，进一步判断收到消息是否为基站时间消息505。若是，则进入步骤710，否则进入步骤715。步骤710中，业务基站获得从t1到t4所有时间信息；然后进入步骤711，计算时间偏移toff；之后进入步骤712，利用前述公式计算tcor；再之后进入步骤714，发送基站时间校正消息506。而在步骤715中，业务基站在日志中记录未知类型，进入步骤716。步骤716中，发出业务基站接收到未知类型消息的提醒。
图8是表示分离架构下业务基站的状态转移示例图。业务基站所处状态为以下三者之一：休眠状态801，醒来状态803，与活跃状态805。注意这里的活跃状态805包括基站已经开启并为用户提供数据服务的阶段，也包括已经开启但没有为用户提供数据服务的阶段。业务基站在三种状态间的转换关系为：当业务基站处于休眠状态801时，若接收到来自控制基站的基站唤醒消息501，则会被唤醒802，进入醒来状态803。在状态803下，业务基站会发送基站醒来消息502，通过状态转换804，进入活跃状态805。在活跃状态805下，业务基站在接收到来自控制基站的休眠指令后，通过状态转换806，回到休眠状态801。
值得一提的是，通过本发明中的控制基站与业务基站的同步协议，业务基站不再需要直接连接GNSS接收机，从而它们可以相对简单和廉价，便于它们更密集地部署到包括室内和地下等环境中去。
此外，值得一提的是，通过采用有线连接同步，控制基站与业务基站之间的频率同步可以在底层网络设施提供的条件下，直接利用物理层波形进行同步，例如在使用同步以太网(Synchronous Ethernet,SyncE)的情形下。当底层网络设施没有物理层波形同步支持时，频率同步可以通过上述信令交互实现。
此外，值得一提的是，以上所述的定时器TIMER1、TIMER2、TIMER3是从逻辑功能上进行区分，在实现时可以根据需要用多个独立的定时器，或者更少的(包括单个)定时器。这些定时器的缺省值由实现决定，例如根据有线网络的具体实现方式，基于特定实现方式下的有线链路延时经验值，以及业务基站的典型计算性能，设置定时器的缺省值。此外，定时器的取值可以在网络运行维护中配置修改。
此外，值得一提的是，上述基站唤醒消息501等在控制基站与业务基站之间通过有线链路传递的消息，可以利用但不局限于现有网络标准中的接口协议，例如LTE网络中的X1接口。
本发明中，第三层(移动用户终端)的同步由第一层(控制基站)和第二层(业务基站)两层提供。图9A是本发明中同步第三层(移动用户终端)的信令交互示例图。控制基站102周期性广播基站广播消息901到接入网络的移动用户终端104，其中如图9B中所示，该基站广播消息901中包括包头910、以及有效载荷920；其中，包头910包括作为发送源的控制基站ID 911、作为发送目的地的终端ID 912、以及作为消息类型的基站广播消息913；该基站广播消息的有效载荷域920中包括控制基站发送基站广播消息时的时间戳tset、以及其他网络信息。其中，内嵌时间信息tset的精度需要在移动用户终端实时性应用的需求范围之内。移动用户终端在接收和正确解码时间信息tset后，会调整自己的时钟到提供的高精度时间。
当移动用户终端与一个或多个业务基站103进行高速率数据传输时，业务基站可以测量业务基站与移动用户终端间的时间差即时间调整量tadj，并向移动用户终端发送基站时间调整消息902，如图9B中所示，基站时间调整消息902包括包头910、以及有效载荷920；其中，包头910包括作为发送源的业务基站ID 911、作为发送目的地的终端ID 912、以及作为消息类型的基站时间调整消息913；该基站时间调整消息的有效载荷域920中包括业务基站所测量的时间调整量tadj、以及其他网络信息。移动用户终端根据所接收到的时间调整量tadj通过下式校正自身时间，从而进一步实现更精确的同步：
tabs＝t-tadj
其中，tabs表示校正后的移动用户终端的时钟。
图10是表示本发明中同步第三层(移动用户终端)的流程图。首先在步骤1001中，移动用户终端判断收到消息的类型。在步骤1002中，判断收到消息是否为来自控制基站的基站广播消息901。若判断结果为是，则进入步骤1003，获取时间戳tset，之后进入步骤1004，移动用户终端将自身的时钟调整为tset。若步骤1002中判断结果为否，则进入步骤1005，移动用户终端判断收到消息是否为来自业务基站的基站时间调整消息902。若判断为是，则进入步骤1006，从业务基站获取时间调整量tadj，之后进入步骤1007，计算校正后时间tabs，在步骤1008中将自身时间设置为tabs。如果步骤1005中的判断结果为否，那么进入步骤1009，记录所接收到的消息类型为未知类型，并进入步骤1010，在步骤1010中，向基站反馈未知类型。
如上述，通过第一层(控制基站)保证基本同步需求，第二层(业务基站)提高同步精度，这一跨层同步机制为移动用户终端提供与传统方案相比更为灵活和可靠的同步。
进一步，上述跨层同步机制可以扩展到为不同类型的移动用户终端提供灵活和可靠的同步。例如，在个域网(body area network)场景下，除了手机外，一个用户身上还携带了多个可穿戴设备。将这些移动用户终端与蜂窝网络同步的方案具体如下。首先，手机通过上面的信令流程与分离架构下的蜂窝网络取得同步。然后，在个域网内，手机的身份变为上述的“控制基站”，相互通信的一对节点中的一个充当“业务基站”，另一个相当于“移动用户终端”。也就是说，手机周期性在个域网内广播时间信息，充当“业务基站”的节点发送时间调整消息给另一个节点。这就使得多个移动用户终端和分离架构下的蜂窝网络实现了同步。
根据本发明的分离架构下蜂窝网络同步装置和方案，网络的分离架构、支撑资源得到充分利用，可以在保持有限的复杂度和成本的条件下，满足严格高精度且灵活多样的同步需求。本发明解决了分离架构下的一大实际问题，使得分离架构下蜂窝网络的灵活高效运行得以有效实现。

Claims (19)

1.一种控制基站中的同步装置，其特征在于，
具备：
GNSS同步单元即全球导航卫星系统单元，通过GNSS天线接收GNSS信号，获取时间信息；
时钟生成单元，基于所述GNSS同步单元提供的所述时间信息，调整所述控制基站的时钟；
业务基站同步单元，与业务基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收；以及
用户数据采样生成单元，生成包括网络时间信息在内的移动用户所需的数据，并通过控制基站天线发送给移动用户终端。
2.如权利要求1所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
所述业务基站同步单元包括：
业务基站唤醒单元，通过所述有线连接向处于休眠状态的业务基站发送基站唤醒消息；
业务基站同步确认单元，通过所述有线连接向进入活跃状态的所述业务基站发送基站同步消息；以及
业务基站时间校正单元，通过所述有线连接向所述业务基站发送基站时间消息。
3.如权利要求2所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
所述基站唤醒消息至少包括：表示发送源的控制基站ID、表示发送目的地的业务基站ID、消息类型、以及预先设置的时间戳tpre。
4.如权利要求2所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
在所述业务基站唤醒单元发出所述基站唤醒消息后，所述控制基站开启一个预设的第一定时器等待来自所述业务基站的所述基站醒来消息。
5.如权利要求4所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
在判断为在所述第一定时器超时前接收到来自所述业务基站的所述基站醒来消息的情况下，所述业务基站同步确认单元向所述业务基站发送所述基站同步消息；
所述基站同步消息至少包括：表示发送源的控制基站ID、表示发送目的地的业务基站ID、消息类型、以及表示所述业务基站同步确认单元发送该基站同步消息时的时间戳t1。
6.如权利要求5所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
在所述业务基站同步确认单元发送所述基站同步消息后，所述控制基站开启一个预设的第二定时器等待来自所述业务基站的所述基站同步确认消息；
在所述业务基站同步单元接收到来自所述业务基站的所述基站同步确认消息的情况下，所述控制基站记录接收到该基站同步确认消息时的第二接收时间t4。
7.如权利要求6所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
在判断为在所述第二定时器超时前接收到来自所述业务基站的所述基站同步确认消息的情况下，所述业务基站时间校正单元向所述业务基站发送所述基站时间消息；
所述基站时间消息至少包括：表示发送源的控制基站ID、表示发送目的地的业务基站ID、消息类型、所述时间戳t1、表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、表示所述业务基站发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3、以及表示所述控制基站接收到所述基站同步确认消息时的第二接收时间t4。
8.如权利要求7所述的控制基站中的同步装置，其特征在于，
在所述业务基站时间校正单元发送所述基站时间消息后，所述控制基站开启一个预设的第三定时器等待来自所述业务基站的所述基站时间校正消息；
在判断为在所述第三定时器超时前接收到来自所述业务基站的所述基站时间校正消息的情况下，
所述控制基站记录所述业务基站已经同步，
所述业务基站时间校正单元基于表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、表示所述业务基站发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3、以及表示所述控制基站接收到所述基站同步确认消息时的第二接收时间t4，计算所述控制基站与所述业务基站之间的所述有线连接的延时。
9.一种业务基站中的同步装置，其特征在于，
具备：
控制基站同步单元，与控制基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收；
时钟生成单元，基于所述控制基站同步单元提供的时间信息，校正所述业务基站的时钟；以及
用户数据采样生成单元，生成包括网络时间调整信息在内的移动用户所需的数据，并通过业务基站天线发送给移动用户终端。
10.如权利要求9所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
所述控制基站同步单元包括：
苏醒单元，在处于休眠状态的业务基站被唤醒进入醒来状态的情况下，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站醒来消息；
同步确认单元，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站同步确认消息；以及
时间校正单元，通过所述有线连接向所述控制基站发送基站时间校正消息。
11.如权利要求10所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
在判断为接收到的来自所述控制基站的消息为基站唤醒消息的情况下，所述业务基站被唤醒进入醒来状态，并获取所述基站唤醒消息中所包含的预先设置的时间戳tpre，将所述业务基站时钟时间设置为tpre，并通过所述苏醒单元向所述控制基站发送基站醒来消息；
在发送所述基站醒来消息后，所述业务基站进入活跃状态。
12.如权利要求10所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
在判断为接收到的来自所述控制基站的消息为基站同步消息的情况下，所述业务基站记录接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2，并通过所述同步确认单元发送所述基站同步确认消息。
13.如权利要求12所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
所述基站同步确认消息至少包括：表示发送源的业务基站ID、表示发送目的地的控制基站ID、消息类型、表示所述控制基站发送所述基站同步消息时的时间戳t1、表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、以及所述同步确认单元发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3。
14.如权利要求10所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
在判断为接收到的来自所述控制基站的消息为基站时间消息的情况下，所述业务基站获取所述基站时间消息中所包含的表示所述控制基站发送基站同步消息时的时间戳t1、表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、表示所述同步确认单元发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3、以及所述控制基站接收到所述基站同步确认消息时的第二接收时间t4；
所述时钟生成单元基于所述时间戳t1、所述第一接收时间t2、所述第一发送时间t3、以及所述第二接收时间t4来计算所述业务基站的时间偏移，从而对所述业务基站的时钟进行校正。
15.如权利要求14所述的业务基站中的同步装置，其特征在于，
所述时间校正单元向所述控制基站发送基站时间校正消息；
所述基站时间校正消息至少包括：表示发送源的业务基站ID、表示发送目的地的控制基站ID、消息类型、所述时间戳t1、所述第一接收时间t2、所述第一发送时间t3、所述第二接收时间t4、以及所述时间校正单元发送所述基站时间校正消息时的第二发送时间t5。
16.一种移动用户终端中的同步装置，其特征在于，
具备：
用户数据采样生成单元，通过终端天线接收控制基站发送的包括网络时间信息在内的数据以及业务基站发送的包括网络时间调整信息在内的数据；以及
时钟生成单元，基于所述控制基站提供的所述网络时间信息以及所述业务基站提供的所述网络时间调整信息，调整移动用户终端的时钟。
17.一种分离架构下蜂窝网络同步方法，其特征在于，
包括下述步骤：
控制基站通过GNSS天线即全球导航卫星系统天线接收GNSS信号，获取时间信息；
基于所述时间信息，调整所述控制基站的时钟；
所述控制基站与业务基站之间通过有线连接进行信息的发送和接收，其中包括：向处于休眠状态的所述业务基站发送基站唤醒消息，接收所述业务基站发送的基站醒来消息，向进入活跃状态的所述业务基站发送基站同步消息，接收所述业务基站发送的基站同步确认消息，向所述业务基站发送基站时间消息，以及接收所述业务基站发送的基站时间校正消息；以及
生成包括网络时间信息在内的移动用户所需的数据，并通过控制基站天线，发送给移动用户终端。
18.如权利要求17所述的分离架构下蜂窝网络同步方法，其特征在于，
所述基站时间消息至少包括：表示发送源的控制基站ID、表示发送目的地的业务基站ID、消息类型、所述时间戳t1、表示所述业务基站接收到所述基站同步消息时的第一接收时间t2、表示所述业务基站发送所述基站同步确认消息时的第一发送时间t3、以及所述第二接收时间t4；
所述业务基站基于所述时间戳t1、所述第一接收时间t2、所述第一发送时间t3、以及所述第二接收时间t4来计算所述业务基站的时间偏移，从而对所述业务基站的时钟进行校正。
19.如权利要求17所述的同步方法，其特征在于，
移动用户终端通过终端天线接收所述控制基站发送的包括网络时间信息在内的数据以及所述业务基站发送的包括网络时间调整信息在内的数据；
所述移动用户终端基于所述控制基站提供的所述网络时间信息以及所述业务基站提供的所述网络时间调整信息，调整移动用户终端的时钟。
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