CN1879320B - 无线接入网中的帧同步 - Google Patents

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Abstract

一种优化定时偏移的方法，其中数据帧以该定时偏移通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iur/Iub接口发送，该方法包括：对于指定的将通过其发送相同用户平面数据的Iur/Iub接口或Iur/Iub接口集，定义由接收节点(或多个节点)使用的数据帧接收窗口的持续时间，以初始定时偏移从发送节点发送数据帧，该初始定时偏移确保将在定义的接收窗口之内在接收节点或每一个接收节点上接收到这些帧的可能性，以步进方式降低发送节点上的定时偏移，和响应于发送节点上接收到晚到达时间错误报告，调整发送节点上的定时偏移。在第二实施例中，通过将对应于语音业务的帧延迟一个固定延迟、和基于接收到的到达时间反馈将对应于数据业务的帧延迟一个可变的延迟来执行与语音业务和数据业务相对应的帧的帧同步。

Description

无线接入网中的帧同步
发明领域
本发明涉及无线接入网中的帧同步，更特别地，本发明涉及在UMTS无线接入网(UTRAN)的无线网络控制器与节点B之间的帧同步。
发明背景
第三代合作伙伴计划小组(称为3GPP)参与了正在进行的WCDMA小组协议(称为UMTS或3G)的标准化工作。可以把UMTS运营网络分成多个主要组成部分，即，一个或多个负责建立和控制用户会话的核心网络、和控制接入空中接口的UMTS无线接入网(UTRAN)。在图1中示意性地图示了UTRAN的结构。在UTRAN与用户设备(UE)之间的接口由被称为“节点B”的节点提供。节点B负责通过空中接口发送和接收数据，并受无线网络控制器(RNC)的控制。经由节点B和RNC在UE与核心网络之间路由用户数据和控制数据。在节点B与RNC之间的接口被称为Iub接口。
存在可以经由两个或更多个节点B在给定的UE与RNC之间传送相同数据的情况。这称为分集切换功能(DHO)。节点B可以由相同或不同的RNC控制。在后一情况中，经由漂移RNC将数据路由到控制(或服务)RNC。在服务RNC与漂移RNC之间的接口被称为Iur接口。这两种情况都在图1中示出。
图2中图示了在RNC、节点B、和UE之间的用户平面协议。这些(UP)协议的一个工作是实现帧同步功能，帧同步功能通过RNC和相关联的节点B之间的Iub接口处理帧的定时。影响帧同步的一个重要功能是对DHO情况的处理，其中，在DHO情况中，相同的帧通过多个支路发送，其中一些帧还可以通过Iur接口经由漂移RNC中继。在下行链路方向，由于通过空中的传输必须被同步，帧同步功能必须确保准时接收到那些通过不同Iub/Iur接口接收到的具有不同延迟的相同帧的副本，以用于发送。图3图示了在节点B上与(DL)无线帧结构有关的帧同步窗口，其中，在节点B上处理帧所占用的时间被定义为Tproc。在上行链路方向，服务RNC必须协调通过不同Iub/Iur接口接收到的相同帧的接收，此外，帧同步功能必须确保在服务RNC上准时接收到这些帧。
进一步考虑下行链路方向，具有相关CFN号的某个帧必须在指定时间上通过空中发送。如果涉及几个节点B和Iub/Iur链路，所有节点B必须同时发送该特定帧。假定通过Iub链路的延迟不同，则服务RNC必须用足够的时间偏移量来发送该帧，以便在所有的发送节点B上都按时接收到这些帧。在快速Iub链路“之后”的那些节点B必须缓冲这些帧，直到调度安排的发送时间为止。
为了管理这项功能，3GPP TS 25.402规定了定义“接收窗口”的参数，这些参数帮助监控在节点B上接收到这些帧是早还是晚。在图3中图示了这些参数。该窗口充当“目标”，以便ToAWS(到达时间窗口起始点)定义最早的点以及节点B所需要的最小缓冲容量，而ToAWE(到达时间窗口终点)定义最晚的“期望”的帧到达时间。在ToAWE与LtoA(最晚到达时间)点之间的时间期间接收到的帧被认为是晚的，但是对于发送来说不是太晚。在LtoA之后接收到的帧被丢弃。该标准规定了如果帧在窗口之外接收到，节点B应怎样向RNC报告，以便RNC能够相应地调整它的偏移量：对于每一个在接收窗口之外接收到的帧，节点B应当用指示帧ToA(到达时间)的“定时调整”帧来响应，以便服务RNC能够调整它的偏移量。
为了保证所有节点B都准时接收到帧，帧同步必须处于“最差情况”模式，在“最差情况”模式下，具有最差延迟的Iub/Iur“支路”正在控制偏移量。可以应用相似的方法来确保上行链路方向的帧同步。
标准25.402支持用于调整定时和在Iub/Iur接口上监控ToA的一些工具。一种这样的工具简单地涉及信任如上所述的“接收窗口”功能。然而，为了接收帧到达过程的频繁可靠测量，定义很窄的窗口将是必要的，以便实现来自接收节点(RNC或节点B)的频繁反馈。这远远不够理想，按照这样做将会产生大量的反向链路业务。使用很小的窗口，来自不同接收节点的消息也可能是模糊的，其中，一个接收节点报告对降低偏移量的需要，而另一个节点报告对增加偏移量的需要。实际上，倾向于定义相当大的窗口(基于预先配置好的可由运营商设置的参数)。假定很少进行定时调整。这样，在实际上窗口机制不用于偏移量调整-而是用作从错误事件中恢复的工具。当然，采用该方法的结果是，不存在实时地或接近实时地有效监控和调整偏移定时的装置，并且用于帧同步的偏移延迟很可能多余地延迟端到端的数据传输，尤其是在数据链路负载较轻(或良好的传输拓扑)期间。
用于确定定时调整的第二种工具涉及使用DL同步控制帧。规范25.402规定了节点B必须总是用包括DL同步控制帧ToA值的UL同步控制帧来响应这种帧的接收。然而，只有在没有DL数据帧发送的时候才能发送DL同步控制帧。这意味着用这个过程监控到的ToA不能提供数据帧“真实”ToA特性的可靠测量。另外，为了获得高质量ToA测量统计数字，执行频繁ToA测量将是必要的。使用DL同步控制帧的过程将会在上行链路方向和下行链路方向都导致过多的附加业务。对于具有大量业务的“有效”连接，不可能使用该功能。要指出的是，对于上行链路方向，没有标准化的等同于该方法的解决方案，上行链路解决方案是供应厂商特定的。
发明概述
当前用于实现帧同步的解决方案具有很大的缺点，即，在上行链路和下行链路中潜在的不必要的缓冲和延迟。这里提出一种假设，假设不同的RAB类型(和业务源)对延迟以及帧同步过程都有不同的要求。虽然当前的帧同步设计可能非常适合语音，但是这些设计未必提供用于例如传送数据的确认模式(AM)载体(bearer)的可能最好的业务。
根据QoS分类，语音业务属于“会话”类。该QoS分类对延迟和延迟抖动具有最严格的延迟要求。语音业务应当划分优先级通过Iub接口，这导致对语音要有严格的延迟要求。相对于其他业务，延迟偏移量因此对于语音业务来说是最紧要的。语音业务通常使用TM载体来实现，尽管不必要是这种情况(例如，IP语音)。
由于在语音编码器与解码器之间的端到端路径中的缓冲是有限的，因此语音对延迟抖动特别敏感。一旦语音编码器-解码器对同步到指定(单向)延迟，大的抖动可能造成帧丢失，从而导致主观语音质量下降。因此，在当前的帧同步解决方案中最重要的是维持传输的延迟和步调。假设在口头通信中人类对短的延迟(例如，小于150毫秒的延迟)感知不灵敏，则绝对延迟不怎么重要。然而，在呼叫期间，可接受的延迟变化(抖动)被限制到1毫秒。
属于交互类或流传送类的分组交换载体(PS)对延迟具有相对较宽松的要求。PS载体因此能够使用AM模式来实现，以便提高无线资源效率。由于对延迟的形式要求不严格，因此与帧同步相关的偏移可设置为相当宽松的值。
由于在QoS方面宽松的延迟要求，公共的错觉是假设分组数据性能对延迟不敏感。实际上，分组数据业务也通过高延迟的连接工作，但是性能严格取决于等待时间。对于例如远程登陆一样的高度交互业务，这尤其是真的，高度交互业务的特征在于它的请求-响应特性。在游戏应用的情况下，众所周知的是，在低等待时间连接背后的玩游戏者比经历了长延迟的玩游戏者更有竞争优势。另外，我们还指出如果端到端延迟很高，则web业务和FTP传输会受到影响。在这些情况中，不仅对人类动作的慢响应很重要(在打游戏以及远程登陆时)，而且由TCP协议设置的要求也很重要。TCP性能高度取决于通过拥塞控制机制以及TCP会话建立和释放过程中的端到端延迟。
这样，与语音业务相比较，分组数据业务对抖动的敏感性小的多，但是潜在地对延迟更敏感。因此，对于为在任何时刻可被支持的分组数据载体提供最低的链路等待时间具有很强的诱惑力，甚至将要以一些延迟抖动作为代价。
根据本发明的第一方面，提供一种通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iub/Iur接口传送数据的方法，其中，通过把发送节点的数据帧发送延迟一个偏移延迟来实现在接收节点上的帧同步，该方法包括：
对于语音业务，将所述偏移延迟定义为基本上固定的延迟；和
对于数据业务，定义初始偏移延迟，并基于从接收节点接收的到达时间反馈动态地改变发送节点上的延迟，从而优化偏移延迟。
根据本发明的第二方面，提供一种在UMTS陆地无线接入网UTRAN中使用的节点，该节点包括：
用于经由Iub/Iur接口以初始定时偏移向一个或多个接收节点发送数据帧的装置；和
用于基于从接收节点(或多个接收节点)接收的到达时间反馈来对数据业务动态地改变偏移量、同时维持该定时偏移对于语音业务基本上不变的装置。
本发明的目的是克服或至少减轻通过Iur/Iub接口的已知帧同步技术的缺点。这些和其他的目的通过提供使得能够在接收机上更加连续地监控帧ToA的过程来实现。
根据本发明的第二方面，提供一种优化定时偏移的方法，其中数据帧通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iur/Iub接口以该定时偏移来发送，该方法包括：
对于指定的Iur/Iub接口或将通过其发送相同用户平面数据的Iur/Iub接口集，定义由接收节点(或多个节点)使用的数据帧接收窗口的持续时间；
以初始定时偏移从发送节点发送数据帧；
以步进方式降低发送节点上的定时偏移；和
响应于发送节点上接收到晚到达时间错误报告，调整发送节点上的定时偏移。
在本发明的一些实施例中，初始定时偏移可设置为一个值，该值足以保证在接收节点或每一个接收节点上将在定义的接收窗口内接收到帧的可能性。在其它实施例中，初始定时偏移可设置为一个值，该值足够短以便保证在所定义窗口之外接收到较早帧，从而触发晚到达时间错误报告的发送的可能性。
根据本发明的第三方面，提供一种优化定时偏移的方法，其中数据帧通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iur/Iub接口以该定时偏移发送，该方法包括：
对于指定的Iur/Iub接口或将通过其发送相同用户平面数据的Iur/Iub接口集，定义由接收节点(或多个节点)使用的数据帧接收窗口的持续时间；
以初始定时偏移从发送节点发送数据帧；
在该接收节点或每一个接收节点上，收集和/或计算所接收数据帧的到达时间统计数字；
周期性她向发送节点报告所述统计数字；和
基于所接收的统计数字调整发送节点上的定时偏移。
在接收节点上收集的统计数字可以是与到达时间有关的任何适合的统计数字。优选地，这些包括在某个时间间隔接收到的数据帧的到达时间的平均值、最小值、最大值和方差中的一个或多个，其中，时间间隔通常是自最后一个统计数字报告发送到发送节点以后的时间间隔。
该方法可包括从发送节点向该接收节点或每一个接收节点发送指令，该指令识别将在该接收节点上收集并发送到发送节点的统计数字。该指令可以识别这些统计数字必须发送的规律性、或定义应何时发送这些统计数字的事件(例如，基于一个或多个参数中的变化)。
该方法可包括从发送节点向指示统计数字返回的接收节点或每一个接收节点发送轮询请求。
发送节点可以是无线网络控制器RNC、或节点B中的一个。该接收节点或每一个接收节点将是RNC或节点B中的另一个。本发明的不同方面可应用于上行链路方向和下行链路方向之一，或在两个方向都应用。
本发明的不同方面尤其可应用于宏分集情况下，其中，相同的用户平面数据经由两个或更多个节点B在用户设备UE和RNC之间发送。
通过在发送节点上实现的智能来执行定时偏移调整。可使用一些预定的算法和从该接收节点或每一个接收节点接收的信息来改变偏移量。
根据本发明的第四方面，提供一种在UMTS陆地无线接入网UTRAN中使用的节点，该节点包括：
用于经由Iub/Iur接口以初始定时偏移向一个或多个接收节点发送数据帧的装置；和
用于以步进方式降低定时偏移的装置；和
用于响应于晚到达时间错误报告的接收来调整定时偏移的装置。
根据本发明的第五方面，提供一种在UMTS陆地无线接入网UTRAN中使用的节点，该节点包括：
用于经由Iub/Iur接口以初始定时偏移向一个或多个接收节点发送数据帧的装置；和
用于接收从接收节点或每一个接收节点周期性发送的与在相应接收节点上的数据帧到达时间有关的统计数字数据，并且用于基于接收的统计数字来调整定时偏移的装置。
本发明第三方面和第四方面的节点可以是无线网络控制器或节点B。
这里用来定义通信网络和无线接入网的术语是专用于3G的，即，UMTS、UTRAN、和Iub/Iur。然而，本领域技术人员将会理解，本发明也可应用于3G的增强或后续，包括4G，不管怎样，在相关标准和协议中，这些术语用于描述等同的部件和接口。
附图简述
图1示意性地图示UMTS网络的UTRAN；
图2示意性地图示规定在图1中UTRAN的RNC、节点B、和UE之间通信的用户平面协议；
图3图示在图1中UTRAN的RNC和节点B上的帧同步要求；
图4示意性地图示根据本发明第一实施例的定时偏移优化过程；和
图5示意性地图示根据本发明第二实施例用于优化定时偏移的过程。
本发明一些实施例的详述
对于分组交换业务，对抖动较低的敏感性已经使得可以利用确认模式RLC来实现分组交换域载体。AM模式本身通常也引入延迟抖动，因为SDU遭受到传输损耗被延迟，直到重新发送修复它们。按顺序的递送进一步增加了RAB出口业务接入点(SAP)上的业务突发(burstiness)。由于在目前的IP主干网络中没有QoS保证，因此突发实际上是IP业务中的固有特征。如果对分组延迟具有一些端到端要求，如对于流传送应用，这些要求通常通过在发出之前缓冲来处理。
另外，要指出的是，不需要面向AM RLC的帧的严格步调。由于AM RLC不能维持通过其出口SAP的任何步调的递送，因此这是真实的。在低帧协议等待时间的情况下，RLC往返时间(RTT)可以被缩短，并且业务的端到端感觉将被改善。
上面已经参考图1-3讨论了对设置在UTRAN中通过Iub/Iur接口发送帧的偏移延迟的要求。将会理解的是，对于很少丢失帧的最小的端到端数据传输延迟，由于它对分组数据业务是期望的，所以希望在尽可能接近最晚到达时间(LtoA)的时间接收帧(参见图3)，在“太晚”的区域中有非常少的接收。如上面所指出的，现有的设置偏移延迟的过程不能提供以最佳方式实现其的有效手段。任何ToA数据很少只由帧发送机接收，以便具有过多偏移的非常谨慎的解决办法是可行的，或者有必要通过Iub/Iur接口发送相当多的附加测量业务。
第一个优选解决方案提供了一种自适应发送偏移控制方法，通过该方法，连续调整Iub/Iur接口上的延迟，以使其适应传输网络内的主要状态。使用该方法，原则上可以获得任何时间点上最低可能的延迟，并适用于任何传输网络拓扑。通过连续(但是缓慢地)降低发送节点上的发送偏移来不断挑战ToAWE限度，当在ToAWE点之后接收到帧时，接收节点发出定时调整帧。当发送节点接收到定时调整帧时，定时偏移增加了一个比单个缩减步长更大的量。
图4中图示了该过程。对于每一个连续发送的帧，通过将偏移降低一个量或步长α，在发送节点上连续探测偏移的最低限度。当击中该限度时，即，在ToAWE和发送节点接收的定时调整帧之后接收到第一帧时，偏移被增加步长β(其中，β＝kα，k是大于1的常数)。要指出的是，可以根据分数α/β来确定定时调整帧相对于数据帧数的平均数。还要指出的是，传输网络延迟的变化优选地用α和β的步长来反映：如果延迟变化很慢，则该方法可用很小的步长来工作，即，到达非常接近“最佳”偏移的稳定工作点。
步长α和β可以是固定大小的，或者，其中的一个或者两个是可变大小的。在后一情况中，可以根据在发送节点上从接收节点接收到的反馈定时信息来自适应地改变步长大小。
可使用版本99的3G标准25.402、25.427、25.435来应用这里提出的机制。当然，该机制还可能适用于以后的版本以及其他标准。
优化帧同步问题的一个替换解决方案是在接收节点(例如节点B)上定义并实现测量功能，测量功能为每一个传输载体监控ToA过程、并向发送节点(例如RNC)报告到达过程的统计数字。通常在某个预定的时间间隔内收集这些统计数字。基于接收到的统计数字信息、在RNC上的智能将判断是否有增加或减小定时偏移的理由。这在图5中被示意性地图示。
ToA过程的统计数字信息可以是任何标准的统计数字信息。然而，有用并且容易产生的例子是在预定周期内的ToA的平均值、最小值和最大值，并且可能地是方差。使用接收到的统计数字，发送节点容易确定是可以减小定时偏移，还是必须增加定时偏移。
基于接收到的ToA统计数字，接收节点可以确定将帧处理可靠性对换为传输延迟：如果某个部分的帧损失是可接受的，则发送节点可确定设置偏移，以便某个百分比的已发送帧在“太晚”的区域内“击中”接收节点。这与传统方法形成对比，在传统方法中，设置偏移以便帧从不在该区域内到达，或者很少(例如，在错误的情况下)在该区域内到达。
在接收节点上实现的统计数字报告功能应由发送节点来配置。将可以允许或禁止测量。还将可以定义收集测量报告的周期以及何时发送测量报告。例如，该功能可被配置为使得ToA测量报告将在每个100个DL帧的块之后在上行链路中发送。可选地，将可以相对于CFN定义该周期，不管数据是否已发送，CFN都会增加。

Claims (11)

1.一种优化定时偏移的方法，其中数据帧以该定时偏移通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iur/Iub接口发送，该方法包括：
对于指定的将通过其发送相同用户平面数据的Iur/Iub接口或Iur/Iub接口集，定义由一个或多个接收节点使用的数据帧接收窗口的持续时间；
以初始定时偏移从发送节点发送数据帧；
以步进方式降低发送节点上的定时偏移；和
响应于发送节点上接收到晚到达时间错误报告，调整发送节点上的定时偏移，其中定时偏移中的向上调整以比降低定时偏移所用的步长更大的步长来执行。
2.一种优化定时偏移的方法，其中数据帧以该定时偏移通过UMTS陆地无线接入网UTRAN的Iur/Iub接口发送，该方法包括：
对于指定的将通过其发送相同用户平面数据的Iur/Iub接口或Iur/Iub接口集，定义由一个或多个接收节点使用的数据帧接收窗口的持续时间；
以初始定时偏移从发送节点发送数据帧；
在该接收节点或每一个接收节点上，收集和/或计算所接收数据帧的到达时间统计数字；
周期性地向发送节点报告所述统计数字；和
基于所接收的统计数字调整发送节点上的定时偏移。
3.根据权利要求2所述的方法，其中收集的统计数字包括在某个时间间隔内接收到的数据帧的到达时间的平均值、最小值、最大值和方差中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的方法，包括从发送节点向该接收节点或每一个接收节点发送识别将在接收节点上收集并向发送节点发送的统计数字的指令。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述指令识别这些统计数字必须发送的规律性、或定义应何时发送这些统计数字的事件。
6.根据权利要求2所述的方法，进一步包括从发送节点向该接收节点或每一个接收节点发送轮询请求以指示统计数字返回。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中发送节点是无线网络控制器RNC或节点B中的一个，并且该接收节点或每一个接收节点是RNC或节点B中的另一个。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述初始定时偏移足以保证将在定义的接收窗口之内在该接收节点或每一个接收节点上接收到这些帧的可能性。
9.一种在UMTS陆地无线接入网UTRAN中使用的节点，该节点包括：
用于经由Iub/Iur接口以初始定时偏移向一个或多个接收节点发送数据帧的装置；
用于以步进方式降低定时偏移的装置；和
用于响应于晚到达时间错误报告的接收来调整定时偏移的装置，其中定时偏移中的向上调整以比降低定时偏移所用的步长更大的步长来执行。
10.一种在UMTS陆地无线接入网UTRAN中使用的节点，该节点包括：
用于经由Iub/Iur接口以初始定时偏移向一个或多个接收节点发送数据帧的装置；和
用于接收从该接收节点或每一个接收节点周期性发送并与在相应接收节点上的数据帧到达时间有关的统计数字数据、并且用于基于接收的统计数字来调整定时偏移的装置。
11.根据权利要求9或10所述的节点，其中所述节点是无线网络控制器或节点B。
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