CN1913393B - 实现时分双工系统全网基站同步的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现时分双工系统全网基站同步的方法，包括：在系统的各基站上获取全球定位系统GPS标准时钟脉冲；对GPS标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；在10ms时钟脉冲沿对该基站的BFN计数；各基站依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取该基站的BFN。本发明还公开了一种实现时分双工系统全网基站同步的装置，包括：设置于各基站的GPS接收机、第一分频器和主BFN计数器。利用本发明，可以实现时分双工系统全网基站的同步，保证不同基站间的正确切换，提高系统整体性能。

Description

实现时分双工系统全网基站同步的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种实现时分双工系统基站间时间参考同步的方法及装置。

背景技术

作为ITU(国际电信联盟)正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一，TD-SCDMA(时分-同步码分多址)系统集CDMA(码分多址)和TDMA(时分多址)等技术优势于一体，系统容量大，频谱利用率高，抗干扰能力强。

TD-SCDMA是TDD工作模式，在TDD(时分双工)模式的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。该模式在不对称业务中有着不可比拟的灵活性，TD-SCDMA只需一个不对称频段的频率分配，其每载波为1.6MHz，可充分利用无线频谱，并达到高效率传送非对称业务数据的目的。

TDD系统有如下特点：

(1)不需要成对的频率，能使用各种频率资源，适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；

(2)上下行工作于同一频率，电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；

(3)设备成本较低，比FDD系统低20％-50％。

在蜂窝移动通信系统中，为了避免相邻基站(基站)的收发时隙交叉，减小干扰，并支持基站间的无缝越区切换，系统内所有基站之间必须保持严格的同步。对于TDD系统，基站同步主要是指系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时。

在每个基站中，都有一个BFN(基站帧号)计数器，该计数器每隔10ms计数一次，在0～4095内循环计数。由于帧号是按固定10ms间隔进行累加的，因此基站采用帧号计数的方法来标识不同的时间点。

图1所示为各基站帧头不同步的情形：基站2的帧头落后于基站1的帧头的时间为ΔT；

图2所示为各基站帧头同步的情形：只保证了基站1和基站2的帧头同步，但帧号相差100。

图3所示为各基站帧号同步的情形：在同一个时间点，基站的帧号完全相同。

如果不能保持各NodeB的BFN帧头和帧号同步，尤其是不能保持BFN帧头同步，就无法实现NodeB间的切换等特性。

在现有技术中，还没有可以实现各NodeB的BFN帧头和帧号同步的有效方法。

本发明的目的是提供一种实现时分双工系统全网基站同步的方法，以克服现有技术中由于各NodeB的BFN帧头和帧号不同步，无法实现NodeB间切换的缺点，使TDD系统全网基站同步，提高系统性能。

本发明的另一个目的是提供一种实现时分双工系统全网基站同步的装置，以保证TDD系统全网不同NodeB间的切换。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种实现时分双工系统全网基站同步的方法，所述方法包括步骤：

A、在所述系统的各基站上获取全球定位系统GPS标准时钟脉冲；

B、对所述GPS标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；

C、在所述10ms时钟脉冲沿对该基站的主BFN计数；

D、各基站主BFN计数器依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取该基站的主BFN。

所述步骤A包括：

A1、在所述系统的各基站上设置GPS接收机；

A2、通过所述GPS接收机获取GPS标准时钟脉冲。

所述步骤C具体为：

各基站统一在所述10ms时钟脉冲的上升沿或下降沿对该基站的BFN计数。

所述步骤D具体为：

D1、各基站获得GPS接收机上报的GPS Time；

D2、按以下公式计算得到各基站的BFN：

BFN＝(GPS Time×100)mod 4096，

其中，GPS Time是以1980年1月6日零时零分零秒为起点所历经的秒数。

所述基站还包括：子BFN计数器，所述方法还包括步骤：

对所述GPS标准时钟脉冲进行分频，产生时间间隔为10ms整数倍的时钟脉冲，设该时钟脉冲的周期为T；

各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN。

所述各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN包括：

G1、主BFN计数器在T脉冲沿到达时，依据自身的帧号，计算下一个T脉冲沿到达时刻的帧号；

G2、将计算得到的所述下一个T脉冲沿到达时刻的帧号在下一个T脉冲沿到达时刻前发送至子BFN计数器；

G3、子BFN计数器在收到主BFN计数器发送的帧号后的下一个T脉冲沿应用该帧号。

所述各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数， 并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN还包括：

当有多个子BFN计数器时，重复进行步骤G1至步骤G3，直到所有子BFN计数器都与主BFN计数器同步。

所述主BFN计数器按以下公式计算下一个T脉冲沿的帧号：

N1＝(N0+T/10)mod 4096，其中，N0为T脉冲沿到达时刻的帧号，N1为下一个T脉冲沿到达时刻的帧号。

一种实现时分双工系统全网基站同步的装置，所述系统包括多个基站，所述装置包括：

设置于各基站的GPS接收机，用于接收GPS信号，并根据GPS信号产生标准时钟脉冲；

第一分频器，耦合于所述GPS接收机，用于对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；

主BFN计数器，分别耦合于所述GPS接收机和所述第一分频器，对所述第一分频器产生的10ms时钟脉冲进行计数，并根据所述GPS接收机输出的GPS标准时间计算基站的BFN。

所述装置进一步包括：

第二分频器和至少一个子BFN计数器，其中，

第二分频器耦合于所述GPS接收机，用于对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，产生10ms整数倍的时钟脉冲，并将该时钟脉冲分别传送给主BFN计数器和各子BFN计数器；

各子BFN计数器分别耦合于所述主BFN计数器，对所述第一分频器产生的10ms时钟脉冲进行计数，并通过从主BFN计数器发来的信息，同步该子BFN计数器。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过在TDD系统的各基站中设置GPS接收机，在GPS接收机产生的标准时钟脉冲基础上进行分频，产生BFN计数脉冲，由于GPS接收机可以接收到精确的时间信息，因此可以保证全网各基站BFN计数器的帧头和帧号严格同步，满足不同基站间切换的需求。当基站有多个BFN计数器时，各基站的主BFN计数器依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取主BFN帧号，根据该主BFN帧号同步其他子BFN帧号，无需增加GPS接收机的串口，即可保证每个基站内部主BFN计数器与子BFN计数器之间的同步，实现简单方便。

附图说明

图1是各NodeB帧头不同步的情形示意图；

图2是各NodeB帧头同步的情形示意图；

图3是各NodeB帧号同步的情形示意图；

图4是本发明方法的第一实施例实现流程图；

图5是各基站BFN计数器帧头同步的实现示意图；

图6是各基站BFN计数器帧号同步的实现示意图；

图7是本发明方法的第二实施例实现流程图；

图8是各基站内部主BFN计数器与子BFN计数器同步的实现示意图；

图9是本发明装置第一实施例的结构示意图；

图10是本发明装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于在TDD系统的全网各基站上设置GPS接收机，对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，作为BFN计数器的计数脉冲；在GPS时间上报的脉冲沿，各基站的主BFN计数器采用相同的公式计算得到主BFN的帧 号。当基站有多个BFN计数器时，各基站的主BFN主数器通过上述方式进行同步的同时，还要负责对所属基站的其他各子BFN计数器进行同步。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在TDD系统中，为了实现不同基站间的正确切换，首先要保证各基站的严格同步。在各基站中，通常有一个或多个BFN计数器。由于帧号的计数是按固定10ms间隔进行累加的，因此NodeB采用帧号计数的方法来标识不同的时间点。由图1至图3所示的各基站帧头、帧号关系的不同情况可见，如果各基站的帧号同步，则在同一个时间点，基站的帧号是完全相同的，可以使各基站间保持严格的同步。如果各基站的帧头同步，而各基站在同一时间点的帧号有差异时，只要能测出这个差异，并加以相应的补偿，也可以使各基站间保持严格的同步。本发明提供的方法能够保证各基站间实现严格的同步。

参照图4，图4示出了本发明方法的第一实施例实现流程。

在该实施例中，假设各基站只有一个主BFN计数器。该流程包括以下步骤：

步骤401：在系统的各基站上获取全球定位系统GPS标准时钟脉冲。

在系统的各基站上设置GPS接收机，通过GPS接收机获取GPS标准时钟脉冲。

全球定位系统GPS是集无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。由于GPS定位需要非常精确的时间，每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所以GPS接收机可以接收到精确的时间信息，并输出GPS标准时钟脉冲。

步骤402：对GPS标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲。

步骤403：在10ms时钟脉冲沿对该基站主BFN计数。

根据实际应用需要，各基站可以统一在10ms时钟脉冲的上升沿或下降沿对该基站主BFN计数。这样，使基站的各BFN计数器的帧头保持了同步。

各基站BFN计数器帧头同步的实现示意图如图5所示。

步骤404：各基站主BFN依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取该基站的主BFN帧号。

计算公式如下：

BFN＝(GPS Time×100)mod 4096，

其中，GPS Time是以1980年1月6日零时零分零秒为起点所历经的秒数。

由于各基站依据相同的公式，且应用帧号的时机均在GPS时间上报的脉冲沿，因此，使各基站主BFN计数器之间实现了同步。

各基站BFN计数器帧号同步的实现示意图如图6所示。

参照图7，图7示出了本发明方法的第二实施例实现流程。

在该实施例中，假设各基站有一个主BFN计数器和多个子BFN计数器。这样，不仅需要各基站的主BFN计数器之间保持同步，而且还需要主BFN计数器同步与其同属一个基站的各子BFN计数器。

该流程包括以下步骤：

步骤701：各基站的主BFN计数器通过对GPS标准时钟脉冲进行分频产生10ms时钟脉冲进行计数，并依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取主BFN帧号。

详细过程同第一实施例，在此不再详细描述。

步骤702：对GPS标准时钟脉冲进行分频，产生时间间隔为10ms整数倍的时钟脉冲，设该时钟脉冲的周期为T。

在设计时，T的长短要根据主BFN计数器至子BFN计数器的数据传输时间来决定，使T的取值大于主BFN计数器至子BFN计数器的数据传输最长时间，且是10ms的整数倍，这样就可以保证主BFN计数器在周期T以内将主BFN帧号传送给子BFN计数器。

步骤703：各子BFN计数器在10ms时钟脉冲沿进行子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息，同步该子BFN帧号。

具体过程如下：

主BFN计数器在T脉冲沿到达时，依据自身的帧号，计算下一个T脉冲沿到达时刻的帧号：

N1＝(N0+T/10)mod4096，其中，N0为T脉冲沿到达时刻的帧号，N1为下一个T脉冲沿到达时刻的帧号。

然后将得到的帧号在下一个T脉冲沿到达时刻前发送至子BFN计数器；子BFN计数器在收到主BFN计数器发送的帧号后的下一个T脉冲沿应用该帧号。

如果有多个子BFN计数器，则重复进行以上步骤。

例如，如果有3个子BFN计数器，则经过3T周期，即可使该基站内的3个子BFN计数器与主BFN计数器实现同步。

每个基站内部主BFN计数器与各子BFN计数器同步的实现示意图如图8所示。

参照图9，图9示出了本发明装置第一实施例的结构示意图：

在各基站中设置本发明装置，该装置包括：

GPS接收机S1、主BFN计数器S2和第一分频器S3。其中，GPS接收机S1用于接收GPS信号，并根据GPS信号产生标准时钟脉冲，然后由第一分频器对该标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；GPS接收机通过串口输出GPS时间数据给主BFN计数器。这样，主BFN计数器将第一分频器产生的10ms时钟脉冲作为计数脉冲，进行计数，并根据GPS接收机输出的GPS标准时间计算BFN帧号，在GPS时间上报的脉冲沿应用该帧号。

计算公式为：BFN＝(GPS Time×100)mod4096，

其中，GPS Time是以1980年1月6日零时零分零秒为起点所历经的秒数。

由于各基站依据相同的公式，且应用帧号的时机均在GPS时间上报的脉冲沿，因此，通过该装置各基站主BFN计数器之间实现了同步。

通常情况下，根据基站功能需要，基站不仅需要有一个主BFN计数器，而且还会有多个子BFN计数器。这样，不仅需要各基站的主BFN计数器之间保持同步，而且还需要主BFN计数器同步与其同属一个基站的各子BFN计数器。

当然，如果将GPS接收机通过串口输出的GPS时间数据同时发送给各子BFN计数器也可实现子BFN计数器与主BFN计数器的同步，但这就会要求GPS的串口输出数目众多，这是难以实现的；同时，该数目还随着实际基站系统内子BFN计数器的个数变化而变化，即该数目要求是可变的，这一点也是难以实现的；同时，还要求每个子BFN计数器都要进行GPS串口数据的解析和处理，会大大增加系统内的实现复杂度。

参照图10本发明装置的第二实施例，利用该实施例所示装置，不仅可以实现各基站内的主BFN计数器的同步，而且还能实现主BFN计数器与各子BFN计数器的同步。

同样，在该实施例中，本发明装置包括：GPS接收机S1、主BFN计数器S2和第一分频器S3，而且实现各基站主BFN计数器同步的原理与第一实施例相同，在此不再详细描述。

该装置除上述各组成部分外，还包括：第二分频器S4和多个子BFN计数器S21、S22、...、S2n。

其中，第二分频器通过电缆线与GPS接收机相连，用于对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，产生10ms整数倍的时钟脉冲，并将该时钟脉冲分别传送给主BFN计数器和各子BFN计数器；

各子BFN分别与主BFN计数器相连，对第一分频器产生的10ms时钟脉冲进行计数，并通过从主BFN计数器发来的信息，同步该子BFN帧号。

主BFN计数器与各子BFN计数器之间同步的实现可参照图8所示：

主BFN计数器在T脉冲沿到达时，依据自身的帧号，计算下一个T脉冲沿到达时刻的帧号：

N1＝(N0+T/10)mod4096，其中，N0为T脉冲沿到达时刻的帧号，N1为下一个T脉冲沿到达时刻的帧号。

然后将得到的帧号在下一个T脉冲沿到达时刻前发送至子BFN计数器。

帧号的发送可以通过主BFN计数器与子BFN计数器的数据传输通道发送，T的长短是根据主BFN计数器至子BFN计数器的数据传输时间来决定的，T的取值要大于主BFN计数器至子BFN计数器的数据传输最长时间，且是10ms的整数倍，这样即可保证主BFN计数器一定能在T以内将主BFN帧号传送给子BFN计数器。

子BFN计数器在收到主BFN计数器发送的帧号后的下一个T脉冲沿应用该帧号。

如果有多个子BFN计数器，则重复进行以上步骤。

如果有n个子BFN计数器，则经过n*T个周期，即可使该基站内的n个子BFN计数器全部与主BFN计数器实现同步。

可见，利用本发明装置，不需要主BFN计数器向子BFN计数器转发GPS标准时间，即可简单方便地实现各基站内主BFN计数器与各子BFN计数器的同步。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种实现时分双工系统全网基站同步的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、在所述系统的各基站上获取全球定位系统(GPS)标准时钟脉冲；

B、对所述GPS标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；

C、在所述10ms时钟脉冲沿对该基站的主基站帧号(BFN)计数；

D、各基站主BFN计数器依据相同的公式，在GPS标准时间上报的脉冲沿获取该基站的主BFN。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、在所述系统的各基站上设置GPS接收机；

A2、通过所述GPS接收机获取GPS标准时钟脉冲。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体为：

各基站统一在所述10ms时钟脉冲的上升沿或下降沿对该基站的主BFN计数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

D1、各基站获得GPS接收机上报的GPS Time；

D2、按以下公式计算得到各基站的BFN：

BFN＝(GPS Time×100)mod 4096，

其中，GPS Time是以1980年1月6日零时零分零秒为起点所历经的秒数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站还包括：子BFN计数器，所述方法还包括步骤：

对所述GPS标准时钟脉冲进行分频，产生时间间隔为10ms整数倍的时钟脉冲，设该时钟脉冲的周期为T；

各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN包括：

G1、主BFN计数器在T脉冲沿到达时，依据自身的帧号，计算下一个T脉冲沿到达时刻的帧号；

G2、将计算得到的所述下一个T脉冲沿到达时刻的帧号在下一个T脉冲沿到达时刻前发送至子BFN计数器；

G3、子BFN计数器在收到主BFN计数器发送的帧号后的下一个T脉冲沿应用该帧号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述各子BFN计数器在所述10ms时钟脉冲沿进行基站的子BFN计数，并通过从主BFN计数器发来的信息同步该子BFN还包括：

当有多个子BFN计数器时，重复进行步骤G1至步骤G3，直到所有子BFN计数器都与主BFN计数器同步。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主BFN计数器按以下公式计算下一个T脉冲沿的帧号：

N1＝(N0+T/10)mod 4096，其中，N0为T脉冲沿到达时刻的帧号，N1为下一个T脉冲沿到达时刻的帧号。

9.一种实现时分双工系统全网基站同步的装置，所述系统包括多个基站，其特征在于，所述装置包括：

设置于各基站的全球定位系统(GPS)接收机，用于接收GPS信号，并根据GPS信号产生标准时钟脉冲；

第一分频器，耦合于所述GPS接收机，用于对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，产生10ms时钟脉冲；

主基站帧号(BFN)计数器，分别耦合于所述GPS接收机和所述第一分频器，对所述第一分频器产生的10ms时钟脉冲进行计数，并根据所述GPS接收机输出的GPS标准时间计算基站的BFN。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

第二分频器和至少一个子BFN计数器，其中，

第二分频器耦合于所述GPS接收机，用于对GPS接收机输出的标准时钟脉冲进行分频，产生10ms整数倍的时钟脉冲，并将该时钟脉冲分别传送给主BFN计数器和各子BFN计数器；

各子BFN计数器分别耦合于所述主BFN计数器，对所述第一分频器产生的10ms时钟脉冲进行计数，并通过从主BFN计数器发来的信息，同步该子BFN计数器。

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