CN1328919C

CN1328919C - 利用公共系统时钟的多模式基站的同步

Info

Publication number: CN1328919C
Application number: CNB018233848A
Authority: CN
Inventors: 奥利·皮雷尼恩
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Siemens Network Co., Ltd.
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: WO2002104050A1; US7224705B2; US20040114468A1; EP1410663A1; CN1518841A

Abstract

一种当待同步的系统是GSM类型电信系统，比如GSM或EDGE系统，和WCDMA类型电信系统时利用一个时钟同步多模式基站的方法。在该方法中，选择WCDMA类型系统的时钟或其倍数作为多模式基站的系统时钟，利用所选时钟的频率的倍数实现GSM类型系统的系统时钟，按照十三帧或十三帧的倍数的间隔同步GSM类型系统的帧结构。

Description

利用公共系统时钟的多模式基站的同步

技术领域

本发明涉及一种当待同步的系统是GSM类型(全球移动通信系统)电信系统和WCDMA(宽带码分多址)系统时利用一个时钟同步多模式基站的方法。在本申请中，GSM类型系统是指GSM系统及其改型，以及GPRS(通用分组无线系统)，EGPRS(增强型通用分组无线系统)和IS-136HS(过渡标准)系统。在本申请中，WCDMA类型是指不同的WCDMA系统，比如UMTS(通用移动通信系统)。

背景技术

随着正在发生的从第二代网络到第三代网络的变化，无线电信正经历着一个关键的阶段。因为电信运营商已投资于网络设备，并且终端用户已投资于电话，两代网络至少在一段时间内会并行使用。此外，运营商使新系统的网络在地理上全面覆盖是需要时间的。最知名的第二代系统可能就是GSM系统及其改型，比如EDGE(GSM增强数据速率演化标准)。在第三代系统中，基于WCDMA技术的系统可望占据最突出的地位。因此，有必要实现一种服务于GSM和WCDMA网络的多模式基站。这样一种多模式基站将能够以成本合算的方式覆盖多个网络。然而不同系统的时钟频率互不相同的事实带来一个问题。这可以通过每个系统具有它自己的时钟来解决。通常由作为庞大和昂贵部件的恒温控制振荡器来实现时钟频率的事实仍带来问题。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种方法和设备，通过该方法和设备可以利用一个时钟实现多模式基站的同步。通过当待同步的系统是GSM类型电信系统和WCDMA类型系统时利用一个时钟同步多模式基站的方法来实现该目的。在本发明的方法中，选择WCDMA类型系统的时钟或其倍数作为该多模式基站的系统时钟，利用所选时钟的频率的倍数实现GSM类型系统的系统时钟，按照十三帧或十三帧的倍数的间隔同步GSM类型系统的帧结构。本发明还涉及当待同步的系统是GSM类型电信系统和WCDMA类型电信系统时利用一个时钟同步多模式基站的设备。在本发明的设备中，多模式基站包括利用WCDMA类型系统时钟的频率的倍数实现GSM系统的系统时钟的装置，该多模式基站包括用于按照十三帧或十三帧的倍数的间隔同步GSM类型系统的帧结构的装置。

本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

本发明的基础是选择实现WCDMA类型系统的码片速率的时钟作为多模式基站的时钟。GSM类型系统的系统时钟频率是利用所选时钟的频率(3.84MHz)的倍数来实现的，即利用两个系统的时钟可表示为40千赫兹的倍数的性质。GSM系统的帧时钟的同步是通过按照十三帧或十三帧的倍数的间隔同步帧结构来实现的，因为当利用上述系统时钟时，GSM帧的定时以十三帧为间隔通常是足够准确的。

本发明的方法和设备具有的优点是仅利用一个时钟就能实现多模式基站。时钟部件的减少节省了基站的制造成本，因为恒温控制振荡器是昂贵的。此外，恒温控制振荡器体型庞大并产生大量热量。因此，减少它们的数目会节省空间，并允许更容易地使基站的内部温度保持足够地低。

附图说明

本发明将通过优选实施例并参考附图更加详细地说明，在附图中：

图1示出了TDMA(时分多址)电信系统的一个实例，

图2示出了TDMA收发器的一个实例，

图3示出了GSM系统的帧结构的一个实例，

图4示出了WCDMA电信系统的一个实例，

图5示出了WCDMA电信系统的第二个实例，

图6示出了WCDMA收发器的一个实例，

图7的流程图图解了利用一个系统时钟实现同步的方法步骤。

具体实施方式

图1以简化的方式描述了一种能应用本发明的解决方案的数字数据传输系统。它是一个包括基站104的蜂窝系统，该基站104具有连到用户终端100和102的双向连接108和110，该用户终端100和102可以是固定终端，交通工具中安置的终端或移动终端。例如，该基站具有收发器。该基站的收发器连接到一个天线单元，该天线单元具有连到用户终端的双向无线链路。该基站还连接着将终端的连接交换到网络中其它地方的基站控制器106。该基站控制器以集中的方式控制连接到它的基站。该基站控制器具有一个用于话音和数据连接并连接信令电路的组交换设备(group switching field)。由该基站和基站控制器构成的基站系统也包括代码转换器(图中未示出)。该代码转换器通常尽可能地靠近移动交换中心，因为这样便能够在该代码转换器和基站控制器之间以蜂窝网络格式传输话音，从而节省了传输容量。该基站控制器中的控制单元负责呼叫控制，移动管理，统计数据收集和信令。

该蜂窝系统也可以连接到一个公共交换电话网络，在这种情况下，代码转换器转换在公共网络和蜂窝网络之间使用的不同数字话音编码格式以相互适配。

图2通过框图示出了使用时分多址的一个系统，比如GSM类型系统的收发器的实例。本领域技术人员明白，该收发器还包含除参考图2描述的部分之外的其它部分。

信号由天线200接收，该天线也可以是一个集群天线。

属于射频部件230的接收器202包括一个滤除所需频带以外的频率的滤波器。接着，该信号被转换成中频或直接转换成基带，所得到的信号在模数转换器204中被采样和量化。然后该信号转送到数字信号处理器及其软件232。

信道均衡器206补偿干扰，比如由多路径传播造成的干扰。解调器208从经过均衡的信号中提取被传送到解复用器210的位流。解复用器210将来自不同时隙的位流分离成特定逻辑信道。信道编解码器216解码不同逻辑信道的位流，即确定该位流是否待传送到控制单元214的信令信息，或该位流是否待传送到基站控制器106的话音编解码器的话音。该信道编解码器216也实现纠错。控制单元214通过控制不同的单元来执行内部控制任务。

在传输中，脉冲串产生器228将一个已知的序列和一个信尾(trail)添加到从信道编解码器216接收的数据中。复用器226为每个脉冲串分配一个特定时隙。调制器224将数字信号调制到射频载波上。该信号利用数模转换器222被从数字信号转换为模拟信号。该信号被传送到发送器220。

该发送器包括一个限制带宽的滤波器。此外，该发送器控制发送的输出功率。最后，待发送的信号被传送到天线234。与该图不同的是，该接收器和发送器可具有公共天线，在这种情况下需要双工滤波器。

合成器212对不同的单元安排所需的频率。该合成器包括可本地控制或从其它地方，比如从基站控制器106集中控制的时钟236。在GSM系统中，系统时钟提供需要的符号速率(13MHz/48)和帧同步。

合成器通过比如压控振荡器(VCO)产生需要的频率。

接着，通过图3说明一个GSM帧的实例。该GSM系统利用时分多址(TDMA)改善频率资源的使用。该图示出了时隙，其中的时隙302、304、306、308、310、312、314、316组成一个8时隙的帧。时隙300属于前一帧，时隙318、320属于后一帧。帧中的每个时隙分配给单个用户，或可选地，也能够将多个时隙分配给一个用户以改善数据传输速率。相同频率的所有用户共享一个公用帧。每个用户仅使用分配的时隙并在其它时隙期间保持沉寂，换而言之，一个用户总是使用每帧中的比如第二个时隙。因此该传输是脉冲串式的。一个时隙的时长是577微秒，一帧的时长是4.615毫秒。

WCDMA系统也使用一个帧结构，比如一帧是由15个时隙组成，一帧的时长是10毫秒。

一个宽带移动系统的WCDMA系统参考图4通过实例进行说明。移动系统的主要部分是核心网络CN，通用地面无线接入网络UTRAN和用户设备UE。CN和UTRAN之间的接口称为lu，UTRAN和UE之间的空中接口称为Uu。

UTRAN由无线网络子系统RNS组成。RNS之间的接口称为lur。RNS由无线网络控制器RNC和一个或多个节点B组成。RNC和B之间的接口称为lub。节点B的覆盖区域即小区在该图中标记为C。

图4的说明是相当概括的，因此图5示出了宽带蜂窝系统的更详细的实例。图5仅包含最基本的模块，但本领域技术人员明白，常规的蜂窝网络也包含此处无需详细说明的其它功能和结构。该蜂窝系统的细节可不同于图5中所示的内容，但该差别对于本发明而言并不显著。

因此，蜂窝网络通常包括固定网络基础结构500和用户设备502，该用户设备可以是固定终端，交通工具中安置的终端或移动终端，比如可访问无线电信系统的移动电话或便携计算机。该固定网络基础结构500包括网络部分，比如基站504。基站对应于前图的节点B。无线网络控制器506以集中的方式控制连接到它的多个基站504。该基站504具有射频部件508和复用单元512。在图5的实例中，该射频部件包括发送和接收部件。

基站504还具有控制射频部件508和复用器512的操作的控制单元510。复用器512将射频部件508使用的传输和控制信道放置在传输链路514上。传输链路514形成接口lub。

基站504的射频部件508连接到天线单元518，利用该天线单元建立连接用户设备502的无线链路516。通过无线链路516传输的帧的结构是为每个系统专门定义的，并称为空中接口Uu。

无线网络控制器506包括组交换设备520和控制单元522。组交换设备520用于话音和数据连接，并且连接信令电路。由基站504和无线网络控制器构成的无线网络子系统524也包括代码转换器526。代码转换器526通常尽可能地靠近移动交换中心528，因为这样便能够在代码转换器526和无线网络控制器506之间以蜂窝网络格式传输话音，从而节省传输容量。

代码转换器526转换在公共电话交换网络和蜂窝网络之间使用的不同数字话音编码格式以相互适配，比如从固定网络格式适配到蜂窝网络格式，反之亦然。控制单元522负责呼叫控制，移动管理，统计数据收集，信令和资源控制与管理。

图5还示出了移动交换中心528和负责该移动系统与外界的连接的网关移动交换中心530，此处该外界是公共交换电话网络532。

为了描述，图6以框图形式通过一个实施例示出了宽带数据传输系统中基站的收发器的简化实例。本领域技术人员明白，收发器还包含除前面参考图6描述的部分之外的其它部分。

发送器通过模块614至622示出，接收器通过模块602至610示出。在图6的实例中，发送器和接收器的无线部件被分别示出，但它们也可以合并。信号处理模块610和614说明了基站中用于在发送器中产生用户的话音或数据的设备部分。可以只有一个信号处理模块，或如图例中所示，一个用于发送器，一个用于接收器。在发送器中以不同方式处理包括符号，即一个或多个位的信息串，即信号。包括例如编码的信号处理通常在数字信号处理器(DSP)中完成。如果系统中的传输包括帧，并且帧包括时隙，帧的形成通过在DSP中实现，比如符号交织。

在模块616中，利用期望的调制方法调制该信号。信号编码和交织旨在确保即使未能接收所有的信息位，也能在接收器中恢复所发送的信息。模块618说明如何在直接扩展扩频系统中使要发送的信息乘以扩展码，以将窄带信号扩展到宽带上。该信号在模块620中被从数字信号转换为模拟信号。

在RF部件622中，该信号被上移频到期望的发送频率，被放大以及在必要时被滤波。在该图的实例中，发送器和接收器具有相同的天线600，在这种情况下，需要双工滤波器将发送的信号和接收的信号相互隔离。该天线可以是单个天线或包括几个天线单元的集群天线。接收器包括RF部件602，其中接收的信号在RF部件602中被滤波，直接下移频到基带或中频，以及被放大。在模块604中，信号通过采样和量化被从模拟信号转换成数字信号，在模块606中，直接扩频的宽带信号通过将其乘以由代码产生器产生的代码序列来解扩频，在模块608中，通过解调从信号中消除载波的影响，在模块610中，进行所需的信号处理，比如去交织，解码和解密。

收发器还包括提供所需时钟频率的时钟624。在WCDMA系统中，系统时钟提供码片频率3.84MHz和帧同步。该时钟可由控制模块628本地控制，或可从别处，比如从无线网络控制器506集中控制。控制模块628也可控制其它基站功能。控制模块也包括用于对GSM帧计数的计数器626，以用于帧同步。该GSM帧同步方法可联系图7的说明更详细地说明。控制模块也可是基站的公共控制模块510。

应注意的是，如果包括GSM类型系统和WCDMA类型系统的多模式基站是利用一个时钟实现的(如随后通过图7说明的)，时钟624也提供GSM类型系统的基站需要的时钟频率，在这种情况下就不需要图2中示出的GSM类型基站的时钟212。多模式基站时钟也可位于不同系统的基站所使用的任何可能的公共部分中。

在优选实施例中，该接收器，比如RAKE类型的多径(multi-finger)接收器包括用于估计具有多径传播分量的延迟的延迟估计器。不同RAKE路径的延迟被设置成对应于信号分量的不同延迟。

下文通过图7说明当待同步的系统是GSM类型电信系统和WCDMA类型电信系统时利用一个时钟同步多模式基站的方法步骤。该方法的执行从框700开始。在框702中，选择WCDMA系统时钟所提供的码片频率3.84MHz或其倍数作为该多模式基站的系统时钟。该选择是可能的，因为GSM类型系统和WCDMA类型系统的系统时钟是40kHz的倍数：WCDMA类型系统的码片速率是3.84MHz，即2⁵·3·40000Hz，GSM类型系统的符号速率是13000000/48Hz，即13·5·5/48·40000Hz。因此通过WCDMA时钟可产生GSM时钟。此外，因为GSM类型系统的符号速率比WCDMA类型系统的码片速率低得多，数字信道滤波器的实现就变得更加容易。

在框704中，利用如上所述GSM类型和WCDMA类型系统时钟的最大公因子是40000Hz的知识，通过以合适方式进行插值和十进制化，利用所选的3.84MHz码片频率的倍数实现GSM类型系统的系统时钟。这样就产生了GSM类型系统的符号频率。

在框706中，GSM系统的帧结构按照十三帧或十三帧的倍数的间隔进行同步。因为选择WCDMA类型系统时钟作为多模式基站的系统时钟，多模式基站的载波频率是f_c＝n·2⁵·3·40000Hz，其中n＝1，2，...，并且n通常应当被选择为尽可能小的质数，使得多速率滤波器可在信道滤波中使用。

载波频率f_c除以GSM类型系统的帧速率即是：

n·2⁵·3/[13·5·5/(48·156.25·8)]

＝n·2⁵·3/[13/50·48)]

＝n·2⁵·3·50·48/13 (1)

其中

13·5·5/48是从GSM类型系统的符号速率推导而得的，n·2⁵·3是从多模式基站(WCDMA类型系统和GSM类型系统)使用的载波频率推导而得的，

156.25是GSM类型系统中每个时隙的符号数目，而8是每帧的时隙数目。

公式(1)表明GSM类型系统的帧速率不是WCDMA类型系统的系统时钟的倍数，但帧的定时在每十三帧上至少是基本上正确的。因此，GSM系统的帧结构按照十三帧或十三帧的倍数，比如二十六帧的间隔同步。该同步频率按照所使用的系统的要求来选择。同步帧的间隔最好由例如对这些帧进行计数的计数器来计算，并且该系统根据计数器计数的第十三帧的起点确定实际帧的起点的定时，以便其尽可能地匹配。微小的定时误差会发生在同步帧之间的帧中，但该误差与载波的带宽相比较而言是很小的。定时误差通常是如此之小，以至于它甚至无法在空中接口中被测量出来。因此该帧同步通常是足够正确的。

应注意的是，因为选择WCDMA类型系统时钟作为多模式基站的系统时钟，WCDMA类型系统的定时无需任何特别的动作即能正确无误。此外，因为该时钟通常由恒温控制振荡器实现，该振荡器的时钟频率通常会在一定程度上漂移，除了上述多模式基站的同步方法之外，将所用系统的方法用于同步系统时钟是有利的。

尽管前面根据附图参考实例在上文中说明了本发明，然而本发明并不限于这些实例，在所附权利要求所公开的发明构思的范围之内可对其进行各种方式的修改。

Claims

1.一种当待同步的系统是GSM类型电信系统和WCDMA类型电信系统时利用一个时钟同步多模式基站的方法，

其特征在于：

选择WCDMA类型系统的时钟或其倍数作为多模式基站的系统时钟，WCDMA类型系统的时钟提供3.84MHz的码片速率，

利用所选时钟的频率的倍数实现GSM类型系统的系统时钟，GSM类型系统的系统时钟提供13000000/48Hz的符号速率，

以十三帧或十三帧的倍数的间隔同步GSM类型系统的帧结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统的系统时钟是13MHz。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于WCDMA类型系统是UMTS系统。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统是GSM。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统是GSM/EDGE。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统是GPRS。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统是EGPRS。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于GSM类型系统是IS-136HS。

9.一种当待同步的系统是GSM类型电信系统和WCDMA类型电信系统时利用一个时钟同步多模式基站的设备，

其特征在于：

多模式基站包括利用WCDMA类型系统时钟的频率的倍数实现GSM类型系统的系统时钟的装置(624，628)，其中WCDMA类型系统的时钟提供3.84MHz的码片速率，GSM类型系统的系统时钟提供13000000/48Hz的符号速率

多模式基站包括以十三帧或十三帧的倍数的间隔同步GSM类型系统的帧结构的装置(624，626，628)。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统的系统时钟是13MHz。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于WCDMA类型系统是UMTS系统。

12.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统是GSM。

13.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统是GSM/EDGE。

14.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统是GPRS。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统是EGPRS。

16.如权利要求9所述的设备，其特征在于GSM类型系统是IS-136HS。