CN1311610A - 用于多信道收发信机的嵌入式回路延迟补偿电路 - Google Patents

用于多信道收发信机的嵌入式回路延迟补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种在通信系统中测量并补偿传播延迟的方法。在诸如无线网络的通信系统中,多个基站在蜂窝内运行从而提供广泛的覆盖区域。在这种系统中,基站控制器与各基站通信以提供包括同步时间标记的某个信息。当基站控制器与各基站之间的距离不固定时,由这些不同距离引起的传播延迟就意味着从基站控制器发送的时间标记不会同时到达所有基站。本发明涉及一种测量相应的传播延迟并引入相应的补偿值的系统和方法。

Description

用于多信道收发信机的 嵌入式回路延迟补偿电路
本发明涉及包括但并不局限于蜂窝式网络的通信网络，更具体地说，本发明涉及对基站控制器与各基站之间的传播延迟偏差值进行测量和补偿的系统和方法，其中基站控制器与各基站之间的距离不同。
诸如蜂窝式网络的通信网络通常具有多个蜂窝区域或小区，其中各小区对大致为圆形的地理区域提供服务。基站通常位于小区的中心并被配置成可以与移动台或其覆盖范围内的固定远程站进行双向通信。在大地理区域内，以部分重叠的结构安排多个小区以对该区域提供广泛连续覆盖。
通常，在特定地理区域内或在大都市区域内，基站控制器对基站提供全面控制。基站控制器的多个功能之一是对各基站提供时间标记或同步信号，以使该地理区域内的所有单元具有公共时钟。
基站控制器通常与该地理区域内的基站之一有关，但是它也可以位于远离所有基站的位置。在任何情况下，基站控制器与局部地理区域内由控制器控制的各基站之间的距离不可能完全相同。
如上所述，由通常与基站控制器有关的主时钟获得各基站的基准时钟。由于基站控制器到各基站之间的距离不同，所以在基站控制器与各基站之间的通信链路(T1，E1等)中的传播延迟就意味着各基站的时间标记不同步。
在现有技术中，在基站控制器，在多信道收发信机的外部包括专用电路，以试图实现同步。在这种系统中，使用专利硬件和软件方法实现要求的功能。换句话说，基于全球定位系统(GPS)的方案已用于实现类似功能的某些实现过程。
本发明目的在于，在例如利用E1链路将多个基站连接到单个基站控制器，并且具体地说，其中基站控制器与单个基站之间的电连接具有不同长度的情况下，解决在基站之间实现同步的某些问题。
本发明提出解决上述问题正式方法。在多信道收发信机内嵌入的协议利用FAS/NFAS字位，特别是利用可以用于进行传播延迟测量的非侵入方法的Sa-bits(Sa比特)，确定在基站控制器与单个基站之间要求的握手协议。这样可以提高传播延迟测量的精度并扩展传播延迟测量的范围。进一步将测量电路集成到多信道收发信机内得到一种非常适合于将基站控制器与基站连接的装置。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种在通信网络的各节点之间测量传播延迟的方法，该方法包括：通过通信链路将回路延迟测量信号从第一节点传送到第二节点；在第二节点接收此测量信号并将该信号与在第二节点确定的转向延迟时间的嵌入值一起返回到第一节点；在第一节点接收测量信号和嵌入的转向时间；以及通过将测量总延迟时间减去转向时间来计算节点间往返传播延迟。
根据本发明的第二方面，提供一种计算在通信系统内的基站控制器与多个基站之间的各相对传播延迟的方法，该方法包括：通过相应的通信链路将消息信号从基站控制器发送到各基站；在各基站接收消息，并且各基站将此消息返回基站控制器，基站控制器接收返回的消息；确定哪个基站到基站控制器具有最大的传播延迟；以及将各链路的传播延迟与具有最大延迟的链路进行比较。
根据本发明的另一个方面，提供一种对在通信网络内的基站控制器与多个基站之间的不同传播延迟时间进行补偿的方法，该方法包括：通过相应的通信链路，将公共HDLC定时消息从基站控制器发送到各基站；将定时消息从各基站返回基站控制器；确定从基站控制器到各基站的相应往返传播时间；以及根据相应的往返传播时间将延迟分量加到各链路的定时信号，由此各基站接收同步时间标记。
根据本发明的另一个方面，提供一种测量通信网络内各节点之间传播延迟时间的系统，该系统包括：位于第一节点的发射机，用于通过通信链路将回路延迟测量信号从第一节点发送到第二节点；位于第二节点的接收机，用于接收测量信号并将该测量信号与在第二节点确定的转向延迟时间的嵌入值一起返回第一节点；位于第一节点的接收装置，用于接收测量信号和嵌入的转向时间；以及位于第一节点的计算装置，用于通过测量的总延迟时间减去转向时间来计算传播延迟。
根据本发明的又一个方面，提供一种用于计算在通信系统内的基站控制器与多个基站之间的相应的相对传播延迟的系统，该系统包括：位于基站控制器的发射机，用于通过相应的通信链路将消息信号从基站控制器发送到各基站；位于各基站的接收机，用于接收各基站的消息并用于将此消息返回基站控制器；位于基站控制器的接收装置，用于接收返回的消息；位于基站控制器的确定装置，用于确定哪个基站到基站控制器的链路具有最大传播延迟；以及将各链路的传播延迟与具有最大延迟的链路进行比较的装置。
根据本发明的再一个方面，提供一种对通信网络内的基站控制器与多个基站之间的不同传播延迟时间进行补偿的系统，该系统包括：位于基站控制器的发射机，用于通过各自的通信链路将公共HDLC定时消息从基站控制器发送到各基站；位于基站的装置，用于将定时消息从各基站返回基站控制器；位于基站控制器的确定装置，用于确定从基站控制器到各基站的相应往返传播时间；延迟装置，用于根据相应的往返传播时间将延迟分量附加到各链路的定时信号，由此各基站接收同步时间标记。
现在将参考附图对本发明作更详细的说明，其中：
图1示出根据本发明的基站控制器/基站系统的高层参考模型；
图2示出传播延迟测量与定时调节协议的流程图；
图3示出设备延迟与往返传播延迟的时序图；
图4示出根据本发明实施例的硬件装置的方框图；
图5以方框图的形式示出在基站控制器内的延迟补偿；以及
图6以方框图的形式示出基站内的延迟补偿。
参考图1所示的模型概括说明根据本发明的回路延迟补偿概念。基站控制器(BSC)12可以具有多信道E1(或T1)收发信机并通过E1(T1)链路L1至L3连接到基站14。由于对于本技术领域的技术人员来说，显而易见，基站(BS)14可以具有单信道收发信机或多信道收发信机，但是为了简化起见，在图1中示出单信道收发信机(在该模型内使用了E1)。BSC内的多信道收发信机通常为主机，并且各基站从该主机获得其同步定时。所获得的同步定时用于，例如驱动基站内的无线电路。某些无线方案要求从不同基站发送的无线帧互相同步。这类方案的实例包括诸如DECT、PHS、PCS等的无线技术。
如上所述，单个基站与基站控制器之间的距离多半不相同，当然，这与网络分布无关。本发明提供一种实现方法，其中在BSC完成补偿过程以确保在所有基站都有定时帧的同步，而与回路长度差异无关。
以下将结合图2所示的流程图说明用于在BSC与BS之间进行延迟测量和调节的协议。
根据方式选择控制输入，系统控制器触发在主机端(BSC)开始进行的回路延迟测量，或将回路延迟测量作为设备初始化过程的一部分。该过程在主机端在从基站所选择的链路上获得基本的帧同步后启动。
用FAS/NFAS Sa比特将基于HDLC的消息发送(或广播)至所选择的基站。由于在大多数情况下，BSC和BS通常由相同的销售商提供，所以假定在这种情况下使用Sa比特没有问题。在此实现方法中，使用Sa比特不会因为进行测量而产生附加带宽，并允许有效负荷时隙既可以在BSC到BS方向也可以在BS到BSC方向在方式1方式下正常运行，或如以下说明的那样正常运行。然而，方式2运行方式要求在BS远程环回，这样就会干扰BS到BSC的通信。
在基站，以Sa比特接收HDLC消息将会导致收发信机要么进入方式1、要么进入方式2，其中向BSC发送的帧对于输入的帧具有固定偏移。此固定偏移在各基站相同，因此仅对导致传播延迟菱形失真(skew)进行补偿处理而不对与设备有关的因素(即：抖动消减器、转差缓冲器)产生的延迟原因进行补偿处理。通过利用Sa比特向BSC发送确认(ACK)消息，位于BS的收发信机通知BSC它们已经进入方式1或方式2(即远程环回)。
BSC开始根据往返值进行延迟测量，并将关于选择链路的结果锁存。可以使用硬件利用对BSC到BS链路传送路径中的延迟块进行规范化和自动编程的嵌入算法对这些延迟值进行处理。另一个选择是中断系统控制器并利用系统软件处理延迟值。
规范化完成之后，将消息从BSC送到BS。基站可以开始利用从链路获得的定时来驱动RF收发信机与移动台进行通信。通过重复进行传播延迟测量可以实现验证和进一步迭代。
作为上述方案的变化方案，利用上述Sa比特，BSC可以指示基站将RF帧超前或延迟适当的比特时间。
根据本发明实现方法细节的三个主要方面可以概括为：往返传播延迟测量；计算单个链路延迟的算法；以及对单个链路上的延迟补偿。
对于往返传播延迟测量(E1情况)，假定BSC与BS之间的典型链路长度为几公里数量级(比如10公里)。假定延迟系数为5μS/Km，则在10Km链路内经历的最大往返延迟为100μS。图3示出典型时序图。第一行的Fref为多信道设备内的基准帧脉冲，在系统侧输入该基准帧脉冲。125μS的周期是基于8kHz基准信号。图3所示的时序图假定在BS到BSC方向上的恢复帧同步信号(rsysnc1至rsysnc3)在Fref产生下一个帧脉冲之前到达，即假定在所有链路上，往返传播延迟加设备延迟(D)小于125μS。(在大多数情况下这些假定是事实，但是对于“rsysnc”信号在下一个Fref脉冲之后到达的情况，在以下段落将对变换方法进行说明)。从图3中可以观察到，链路#3具有最大传播延迟。因此，如果将数值为C1和C2的延迟系数分别插入链路#1和链路#2，则在基站(基站1至3)接收的帧将被互相对准。
在一种变换方法中，选择4KHz帧基准信号(E1内的FAS或NFAS)，因此恢复的帧同步信号(rsysnc1至rsysnc3)将具有250μS的时长。此方法将对延迟大于125μS的往返传播延迟测量提供精确估计。请注意，为成功实现此方法，需要有效负荷环回(BSC-＞BS-＞BSC)。
图4示出内装在多信道E1收发信机内的传播延迟测量方法的物理实施例。并且图4可适用于两种Fref值(即8kHz或4kHz)。多信道设备内的各帧调节器具有相应的计数器，计数器1至计数器n。在此方法中，使用4.096MHz时钟进行计数。使用Fref信号和Rsync信号来启动或停止计数器。此外，存在全局启动问题。rsysnc脉冲到达就停止计数器，并且在Fref与Rsync的间隔期间产生的表示4.096时钟脉冲数的数值P1至Pn被闩锁并在将来计算时使用。
对单个链路延迟进行计算的算法可以通过内装的硬件或软件实现。这里的目的是计算必须引入BSC至BS路径的[n-1]个链路的附加延迟，以在BS校正接收的E1帧脉冲。
    计算算法：Pm=Max(P1,P2,...,Pn)Cn=(Pm-Pn)/2
在上述算法中，Pm是在间隔期间计数最多4MHz时钟脉冲的链路中的最大计数。链路n的延迟值C等于Pm减去特定链路数除以2。数值C1至Cn是对链路#1至链路#n计算的各计算结果。
利用图5和图6所示的不同方法可以对单个链路进行延迟补偿。在图5中，在BSC实现延迟(即在多信道设备内实现延迟)。在图6中，在基站中实现延迟。
在图5中，各链路的帧调节器均含有可编程延迟单元，其中利用硬件或软件将数值C1至Cn写入延迟单元。
在图6所示的方法中，以HDLC形式通过Sa比特，将各基站的数值Cn从BSC发送到指定的BS。基站内的E1(T1)接收机具有内装的可编程延迟单元。将从BSC内抽出的帧脉冲延迟数值Cn，并将延迟的帧脉冲用于驱动无线电装置。
尽管对本发明特定实施例进行了描述和说明，但是对于本技术领域的技术人员来说，显而易见，可以在本发明的实质范围内对本发明概念进行各种变换。例如，可以将本发明概念的应用范围扩展到采用多信道T1/JT1收发信机、多信道E3/DS3和SDH的方法。很显然，这些变换均属于所附权利要求所限定的本发明范围。

Claims (13)

1．一种测量通信网络中各节点之间传播延迟的方法，该方法包括：
通过通信链路将回路延迟测量信号从第一节点发送到第二节点；
在所述第二节点接收此测量信号并将该信号与在所述第二节点确定的转向延迟时间的嵌入值一起返回到第一节点；
在第一节点接收测量信号和嵌入的转向时间；以及
通过将测量总延迟时间减去转向时间来计算传播延迟。
2．根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点为无线通信网络中的基站控制器，并且所述第二节点为基站。
3．根据权利要求2所述的方法，其中存在多个通过独立通信链路分别与所述基站控制器进行通信的基站。
4．根据权利要求3所述的方法，其中对各通信链路计算单独传播延迟数值。
5．根据权利要求4所述的方法，其中所述测量信号为高层数据链路控制(HDLC)消息。
6．根据权利要求3所述的方法，其中所述基站控制器将具有固定频率的帧基准信号发送到各基站并从各基站接收帧同步信号，其中帧基准信号与各自帧同步信号之间的时间代表各基站的延迟时间。
7．一种计算在通信系统内的基站控制器与多个基站之间的相对传播延迟的方法，该方法包括：
通过相应的通信链路将消息信号从基站控制器发送到各基站；
在各基站接收消息并且各基站将此消息返回基站控制器；
基站控制器接收返回的消息；
确定哪个基站到基站控制器具有最长的传播延迟；以及
将各链路的传播延迟与具有最长延迟的链路进行比较。
8．一种对在通信网络内的基站控制器与多个基站之间的不同传播延迟时间进行补偿的方法，该方法包括：
通过相应的通信链路，将公共HDLC定时消息从所述基站控制器发送到各所述基站；
从各基站向基站控制器返回定时消息；
确定从基站控制器到各所述基站的相应往返传播时间；以及
根据所述的相应往返传播时间将延迟分量加到各链路的定时信号，由此，各基站接收同步的时间标记。
9．一种测量通信网络内各节点之间传播延迟时间的系统，该系统包括：
位于第一节点的发射机，用于通过通信链路将回路延迟测量信号从所述第一节点发送到第二节点；
位于所述第二节点的接收机，用于接收测量信号并将该测量信号与在所述第二节点确定的转向延迟时间的嵌入值一起返回第一节点；
位于第一节点的接收装置，用于接收测量信号和嵌入的转向时间；以及
位于第一节点的计算装置，用于通过测量的总延迟时间减去转向时间来计算传播延迟。
10．一种用于计算在通信系统内的基站控制器与多个基站之间的相应的相对传播延迟的系统，该系统包括：
位于基站控制器的发射机，用于通过相应的通信链路将消息信号从基站控制器发送到各基站；
位于各基站的接收机，用于接收各基站的消息并用于将此消息返回基站控制器；
位于基站控制器的接收装置，用于接收返回的消息；
位于基站控制器的确定装置，用于确定哪个基站到基站控制器的链路具有最长传播延迟；以及
将各链路的传播延迟与具有最长延迟的链路进行比较的装置。
11．一种对通信网络内的基站控制器与多个基站之间的不同传播延迟时间进行补偿的系统，该系统包括：
位于所述基站控制器的发射机，用于通过相应的通信链路将公共HDLC定时消息从所述基站控制器发送到各所述基站；
位于各基站的装置，用于将定时消息从各基站返回基站控制器；
位于所述基站控制器的确定装置，用于确定从基站控制器到各基站的相应往返传播时间；以及
延迟装置，用于根据所述的相应往返传播时间将延迟分量附加到各链路的定时信号，由此各基站接收同步时间标记。
12．根据权利要求11所述的系统，其中所述延迟装置在所述基站控制器附加可编程延迟。
13．根据权利要求11所述的系统，其中所述延迟装置位于各基站，并且所述延迟装置从所述基站控制器接收可编程延迟信息用于将其时钟同步。
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