CN1956358B - 基于接入前导的小区同步方法 - Google Patents

Abstract

一种基于接入前导的小区同步方法，包括步骤：主小区通过空中接口在特定的下行时隙传输基于接入前导的小区同步信道；从小区在该特定的时隙接收该小区同步信道，对该同步信道的定时估计和频率估计；通过得到的估计参数，调节从小区的时钟使主从小区同步。本发明的方法可以有效估计小区之间的时间和频率偏差。小区同步方法通过空中接口来实现，减少小区基站对外来时钟的依赖，同时减少小区基站的成本。

Description

基于接入前导的小区同步方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)通信技术领域，具体地说，涉及OFDM通信系统中一种基于接入前导(preamble)的小区同步方法。

背景技术

OFDM通信系统是以OFDM技术为核心的一种通信系统.OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定频带分成许多平坦的正交子载波，在每个子载波上进行调制，并且各子载波并行传输。

OFDM技术已经成功地应用于许多通信系统中，例如，由欧洲电信标准化组织ETSI制定的数字广播(DAB)和地面数字电视(DVB-T)采用OFDM技术为空中接口的无线传输标准，此外无线局域网标准IEEE802.11和无线城域网标准IEEE802.16也都采用了OFDM技术。

OFDM技术的诸多优点使它有可能成为下一代无线蜂窝通信系统的传输技术。当多小区通信系统采用OFDM技术时，为了避免或减少小区间的干扰，一般要求小区之间能够做到同步，特别是时分双工(TDD)系统，更要求小区之间有严格的收发同步。

常见的小区同步是基于公用的外部时钟来实现小区之间的同步，在这种方法里，每个小区的基站都用一个高精度的时钟源，例如GPS时钟源。还有一种常见的同步方法就是同步时钟网，在这种方法里，系统里的基站分成多个级别，不同级别的基站采用不同精度级别的时钟源，时钟源精度级别低的基站向时钟源精度级别高的基站对准来达到小区之间的同步。

在TD-SCDMA系统中，小区同步可以通过空中接口来实现小区同步。在该种方法中，小区基站通过空中接口来传输同步信号来调节小区的时间和频率偏差。该种方法可以降低小区基站建设的成本，减少对外步时钟的依赖。

OFDM技术应用到单频多蜂窝系统时，即每个小区都使用相同的频段，小区之间要求严格同步。目前所有存在的OFDM系统的小区同步都是基于外部时钟或时钟同步网来实现小区之间的同步。为了减少小区基站的成本和减少对外部时钟的依赖，有必要针对OFDM系统研究基于空中接口的小区同步方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于接入前导的小区同步方法。

为实现上述目的，一种基于接入前导的小区同步方法，包括步骤：

主小区通过空中接口在特定的下行时隙传输基于接入前导的小区同步信道，其中，主小区具有高精度的时钟源；

从小区在该特定的时隙接收该小区同步信道，对该同步信道进行定时估计和频率估计；

通过得到的估计参数，调节从小区的时钟使主从小区同步。

本发明的方法可以有效估计小区之间的时间和频率偏差。小区同步方法通过空中接口来实现，减少小区基站对外来时钟的依赖同时减少小区基站的成本。

附图说明

图1是小区同步的流程图；

图2是TDD系统中常用帧结构；

图3是帧结构中的小区同步信道；

图4是小区同步信道时域结构；

图5是小区同步信道的OFDM符号的频域分组；

图6是基于第一种小区同步方法的主从小区分布例图；

图7是基于第一种小区同步方法的主从小区传输帧例图；

图8是基于第二种小区同步方法的主从小区分布例图；

图9是基于第二小区同步方法的主从小区传输帧例图。

具体实施方式

在OFDM系统中，不失一般性，常见的业务帧结构如图2所示，其帧结构分为三部分：下行部分，上行部分和下行到上行之间的保护间隔，其中下行部分由下行时隙构成，上行部分由上行时隙构成。

针对于基于TDD的OFDM系统，本发明提出一种基于接入前导的小区同步方法。

首先在某些帧的下行部分保留特定时隙作为专用小区同步时隙，在该时隙上小区传输小区同步信道。小区之间通过传输小区同步信道来调整小区之间的时间和频率偏差。

帧结构中的同步信道如图3所示，取决于不同帧结构，同步信道可以在下行部分的任何时隙传输。一种比较好的方法在下行到上行之间的保护间隔之前的下行时隙传输小区同步信道，如图3b)所示。

小区同步信道是由一种特定的接入前导(Preamble)构成。该接入前导是由一些特殊的OFDM符号构成，其时域构成如图4所示，其中结构1由两个相同的OFDM符号构成，结构2由一个具有重复部分的OFDM符号构。其中的循环前缀(CP)和前后的空(NULL)部分是可选项，NULL部分的长度取决相邻小区之间的距离。

其中的OFDM符号的生成根据如下方法得到：对所有有用的子载波进行分组，每组由连续的子载波构成。不同的相邻小区分配不同的子载波组。为了进一步避免小区基站之间由于频偏带来的干扰，每个子载波组的边缘上的一些子载波可以不用，作为频域保护带。如图5所示。

当发射机要生成OFDM符号时，选择一已知序列，然后对该已知序列进行差分调制。选择一子载波组并把差分调制得到的符号映射在该子载波组的所有的可用的子载波上或某些特定的子载波比如偶或奇子载波上。其方法如下：

设{s(m)|m＝1，2，...，K-1}对应着该已知序列，{q(m)|m＝1，2，...，K}对应着该组的用来调制该已知的序列的子载波的标号，那么得到的{p(j)|j＝0，1，...，N-1}为：

其中

$a\left(m\right)=\left\{\begin{array}{cc}A& m=1\\ s(m-1)*a(m-1)& m>1\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中A为任一固定值。

然后对{p(j)|j＝0，1，..，N-1}进行OFDM调制就可以得到该OFDM符号。在上述所产生的OFDM符号的方法中，当在所选用的子载波组的所有的可用的子载波上调制已知序列时，生成的OFDM符号对应着结构1的OFDM符号，当在所选用的子载波组的所有的可用的偶子载波上调制已知序列时，生成的OFDM符号对应着结构2的OFDM符号。

小区之间的同步是通过主从方式来实现，基于本发明中的同步信道，有两种主从方式来实现小区间的同步，小区同步的流程图如图1所示。

第一种方法：

在网络规划时，事前定义好那一个小区为主小区，在这种情况下，主小区具有一个高精度的时钟，该主小区的相邻小区作为它的从小区。主小区的基站向其从小区发射小区同步信道，从小区基站接收小区同步信道，通过对小区同步信道定时来调整自身的时钟。如图6所示，图中带有影阴的小区为主小区，不同阴影的主小区表示选用不同的子载波组来生成小区同步信道。该种方式的同步过程如下：

1：当一个新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，如果该基站为主基站时，它会根据上层网络控制中心的控制信息直接传输业务帧，和该小区的用户通信。同时它也会根据上层的控制信息在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道，该小区同步信道的生成方法和结构可以是事前定义也可以由上层控制信息来通知。图6中不同颜色的主小区表示采用不同的子载波组来生成小区同步信道。

2：当一个新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，如果该基站为从基站时，这时该基站不跟该小区的用户通信。首先该基站需要从上层网络控制中心的控制信息知道它的主小区所传输的小区同步信道的信息，包括传输位置和结构。然后，该小区侦听其主小区的小区同步信道，根据接收到的小区同步信道的定时信息调整自身的时钟。通过不断侦听其主小区的小区同步信道来调整自身的时钟到足够的精度后，该小区进入小区同步维护状态，在该状态下，该小区根据上层网络控制中心的控制信息传输业务帧，和该小区的用户通信。

3：在小区同步维护状态下，主小区基站根据上层的控制信息在某些特定的时隙上传输小区同步信道，在这些特定的时隙里，从小区基站不传输任何信号，同时侦听其主小区的小区同步信道，根据接收到的估计参数来不断调整自身的时钟。从而达到维护小区同步的目的。其主从基站传输的业务帧的例子如图7所示。

第二种方法：

将网络所有基站分成多簇，每簇由多个基站组成，其中包括至少一个主基站多个从基站，从基站分成多级别的基站，包括一级从基站，二级从基站，三级从基站，…，M级从基站。在该种情况下，主小区具有一个高精度的时钟。如图8所示，其中标号为1的小区作为主小区，具有高精度的时钟源。标号为2到7的小区为一级从小区，标号为9到19为二级从小区，标号为20到37为三级从小区。

在该种方式下，每簇小区通过多层小区同步信道传播的方法来达到小区之间的同步，其中一级从基站侦听主小区的小区同步信道，二级从基站侦听一级从基站的小区同步信道，…，M级从小区侦听M-1级从基站的同步信道。各级从基站通过接收到的小区同步信道来调整自身的时间。这时M-1级从基站作为M级从小区的主小区。

该种方式的同步大致可以分为初始小区同步和小区同步维护两个过程。

当一个新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，它需要进行如下的初始小区同步步骤。

1：如果该基站为主基站时，它会根据上层网络控制中心的控制信息直接传输业务帧，并和该小区的用户通信。同时它也会根据上层的控制信息在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道。

2：如果该基站为从基站时，这时该基站不支持业务的传输。首先上层网络控制中心通知该小区需要接收那个小区发射的小区同步信道以及该同步信道的信息，包括传输位置和结构。

3：该新的从基站侦听需要接收的小区同步信道，如果该从基站能够从接收到的小区同步信道的定时信息直接调整自身的时钟，那么该从基站直接调整自身的时钟。否则，该从基站将小区同步信道的定时信息向上层网络资源中心汇报，然后执行步骤4。该从基站是否能够直接调整自身的时钟由上层网络资源中心通知。

4：上层网络控制中心得到该新的从基站接收到的小区同步信道的定时信息后，根据小区之间的位置和多次小区同步信道的定时信息可以计算该新的从基站需要调整的时间调整量，然后通知该新的从基站调整它自身的时钟。

5：重复步骤3和4，直到该新的从基站的时钟准确到进入符合小区同步维护的标准。

小区同步维护过程用来维护小区同步的精度。在该过程中，每个小区都支持业务的传输，并且除了主小区外，每个小区都有可能向别的小区发射小区同步信道，同时也有可能接收别的小区的小区同步信道，该过程有大概如下的步骤：

1：在这个过程中，小区从上层网络控制中心的控制信息中得知该小区属于那种类型的小区，如果该小区为主小区，它只需要根据上层的控制信息的通知在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道。如果该小区为某一级别的从小区，比如为M级从小区，该小区需要根据上层的控制信息的通知在特定帧的特定时隙上传输小区同步信道及该信道的生成方法，同时上层的控制信息通知该小区需要在特定的时隙里不传输任何信号，而是接收来自某一或几个上级从基站，即(M-1)级的小区同步信道。

2：该从基站侦听需要接收的小区同步信道，如果该从基站能够从接收到的小区同步信道的定时信息直接调整自身的时钟，那么该从基站直接调整自身的时钟。否则，该从基站将小区同步信道的定时信息向上层网络资源中心汇报，然后执行步骤3。该从基站是否能够直接调整自身的时钟由上层网络控制中心通知。

3.上层网络控制中心得到该从基站接收到的小区同步信道的定时信息后，根据小区之间的位置和多次小区同步信道的定时信息可以计算该从基站需要调整的时间调整量，然后通知该从基站调整它自身的时钟。

4.无限重复步骤2和3，从而达到维护小区同步的目的。

第二种方式的小区维护过程的小区级别分配和小区同步信道传输的简单例图如图8和图9所示。在该图例中，共有37个小区组成一簇，其中标号为1的小区作为主小区，具有高精度的时钟源。标号为2到7的小区为一级从小区，标号为9到19为二级从小区，标号为20到37为三级从小区。主小区在第3K帧的下行某个时隙里传输小区同步信道，一级从小区在这个时间段里不传输任何信号，用来接收主小区的小区同步信道。一级从小区在第3K+1帧的下行某个时隙里传输小区同步信道，在这个时间段里，二级从小区在这个时间段里不传输任何信号，用来接收一级从小区的小区同步信道。二级从小区在第3K+2帧的下行某个时隙里传输小区同步信道，在这个时间段里，三级从小区在这个时间段里不传输任何信号，用来接收二级从小区的小区同步信道。

Claims (13)

1.一种基于接入前导的小区同步方法，包括步骤：

主小区通过空中接口在特定的下行时隙传输基于接入前导的小区同步信道，其中，主小区具有高精度的时钟源；

从小区在该特定的时隙接收该小区同步信道，对该同步信道进行定时估计和频率估计；

通过得到的估计参数，调节从小区的时钟使主从小区同步；

小区同步信道由一个接入前导构成，该小区同步信道包含两个空的部分，分别位于接入前导的前后；

所述接入前导由两个相同的OFDM符号或一个具有重复结构的OFDM符号构成，接入前导前面可以放置循环前缀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在生成OFDM符号时将OFDM符号内可用的子载波进行分组，每一子载波组里包含一段连续的子载波，每个分组的高频率端和低频率端保留一定数量的子载波作为保护带。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当发射机生成OFDM符号时，发射机选择一已知的序列，并对该序列进行差分调制，然后将调制得到的信号放置在该选择的子载波组上特定的可用的子载波上，其他子载波上放置零，并进行IFFT操作，生成该OFDM符号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将差分调制得到的信号放置在该选择的子载波组上所有的可用的子载波上，其他子载波上放置零，并进行IFFT操作，生成该OFDM符号。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将差分调制得到的信号放置在该选择的子载波组上所有的可用的偶或奇子载波上，其他子载波上放置零，并进行IFFT操作，生成该OFDM符号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：同步信道可以在下行信道的任何时隙传输。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在下行到上行之间的保护间隔之前的下行时隙传输小区同步信道。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：事前定义主从小区，主小区具有一个高精度的时钟，该主小区的相邻小区作为它的从小区。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：所述小区同步包括步骤：

新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，如果该基站为主基站时，主基站根据上层网络控制中心的控制信息直接传输业务帧，同时主基站也会根据上层的控制信息在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道，该小区同步信道的生成方法和结构事前定义或由上层控制信息来通知；

该基站为从基站时，首先该基站需要从上层网络控制中心的控制信息知道它的主小区所传输的小区同步信道的信息，包括传输位置和结构，然后，该小区侦听其主小区的小区同步信道，根据接收到的小区同步信道的定时信息调整自身的时钟。通过不断侦听其主小区的小区同步信道来调整自身的时钟到足够的精度后，该小区进入小区同步维护状态；

在小区同步维护状态下，小区根据上层网络控制中心的控制信息传输业务帧，和该小区的用户通信，主小区基站根据上层的控制信息在某些特定的时隙上传输小区同步信道，在这些特定的时隙里，从小区基站不传输任何信号，同时侦听其主小区的小区同步信道，根据接收到的估计参数来不断调整自身的时钟。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

将网络所有基站分成多簇，每簇由多个基站组成，其中包括至少一个主基站多个从基站，从基站分成多级别的基站，包括一级从基站，二级从基站，三级从基站，…，M级从基站，主小区具有一个高精度的时钟。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：每簇小区通过多层小区同步信道传播的方法来达到小区之间的同步，其中一级从基站侦听主小区的小区同步信道，二级从基站侦听一级从基站的小区同步信道，…，M级从小区侦听M-1级从基站的同步信道，各级从基站通过接收到的小区同步信道来调整自身的时间。

12.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于当一个新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，它需要进行如下的小区同步步骤：

1：新小区的基站加入网络或某个小区基站重新启动时，如果该基站为主基站时，它会根据上层网络控制中心的控制信息直接传输业务帧，并和该小区的用户通信，同时它也会根据上层的控制信息在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道；

2：该基站为从基站时，这时该基站不支持业务的传输，首先上层网络控制中心通知该小区需要接收某一特定的小区发射的小区同步信道以及该同步信道的信息，包括传输位置和结构；

3：该新的从基站侦听需要接收的小区同步信道，如果该从基站能够从接收到的小区同步信道的定时信息直接调整自身的时钟，那么该从基站直接调整自身的时钟，否则，该从基站将小区同步信道的定时信息向上层网络资源中心汇报，然后执行步骤4，该从基站是否能够直接调整自身的时钟由上层网络资源中心通知；

4：上层网络资源中心得到该新的从基站接收到的小区同步信道的定时信息后，根据小区之间的位置和多次小区同步信道的定时信息可以计算该新的从基站需要调整的时间调整量，然后通知该新的从基站调整它自身的时钟；

5：重复步骤3和4，直到该新的从基站的时钟准确到进入符合小区同步维护的标准。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于小区同步包括步骤：

1：小区从上层网络控制中心的控制信息中得知该小区属于哪种类型的小区，如果该小区为主小区，它只需要根据上层的控制信息的通知在某些帧的某些时隙上传输小区同步信道，如果该小区为某一级别的从小区，比如为M级从小区，该小区需要根据上层的控制信息的通知在特定帧的特定时隙上传输小区同步信道及该信道的生成方法，同时上层的控制信息通知该小区需要在特定的时隙里不传输任何信号，而是接收来自某一或几个特定的上级从基站，即(M-1)级的小区同步信道；

2：该从基站侦听需要接收的小区同步信道，如果该从基站能够从接收到的小区同步信道的定时信息直接调整自身的时钟，那么该从基站直接调整自身的时钟，否则，该从基站将小区同步信道的定时信息向上层网络资源中心汇报，然后执行步骤3，该从基站是否能够直接调整自身的时钟由上层网络控制中心通知；

3：上层网络资源中心得到该从基站接收到的小区同步信道的定时信息后，根据小区之间的位置和多次小区同步信道的定时信息可以计算该从基站需要调整的时间调整量，然后通知该从基站调整它自身的时钟；

4：无限重复步骤2和3，从而达到维护小区同步的目的。

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