DE69910728T2

DE69910728T2 - Verfahren zur Synchronisierung von Basisstationen in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE69910728T2
Application number: DE1999610728
Authority: DE
Inventors: Patrick Blanc
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000315978A; AU2238300A; EP1041746A1; ES2207129T3; EP1041746B1; DE69910728D1; JP4786009B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Feld der drahtlosen Kommunikation, insbesondere die Synchronisation von Basisstationen in einem Funkkommunikationssystem oder -netzwerk.
Funkkommunikationssysteme bestehen aus Zellen, wobei jede Zelle normalerweise einer Basisstation entspricht, an die sich Benutzerendgeräte oder Mobilstationen zum Etablieren einer Kommunikation anschließen können. Aus diversen Gründen ist es notwendig, diese Basisstationen zu synchronisieren; dies ist z. B. der Fall beim UMTS (Universal Mobile Telephone Service), wo ein TDD-(Zeitduplex)-Netzwerk eine Synchronisation von Basisstationen (oder „Node B"s in der UMTS-Spezifikation) auf Rahmenebene benötigt, um eine gute Leistung zu erreichen.
Dieses Problem ist US-A-5 528 597 für den Fall eines TDMA-(Zeitmultiplex-Vielfachzugriff)-Netzwerks diskutiert; dieses Dokument schlägt vor, dass eine neu hinzugefügte Basisstation sich mit einem existierenden Netzwerk von Basisstationen synchronisiert. Die neu hinzugefügte Basisstation empfängt ein Downlink-Signal von einer benachbarten aktiven Basisstation und synchronisiert ihren Empfangsschlitz in dem Kommunikationsrahmen mit einem benachbarten Vorwärts-Zeitschlitz jener Basisstation. Um sich mit benachbarten Basisstationen zu synchronisieren, schaltet die neu hinzugefügte Basisstation erst ihren Sender aus und hört die benachbarten Basisstationen ab, um eine Liste benachbarter Stationen aufzustellen. Sobald diese Liste aufgestellt ist, schaltet die Basisstation ihren Sender ein, um einen Zeitversatz zu den benachbarten Basisstationen basierend auf der festen Zeitbeziehung zwischen Vorwärts- und Rückwärtskanälen in dem System zu messen. Dieses Dokument schlägt auch vor, den Synchronisationsprozess periodisch zu wiederholen, um Verän derungen aufgrund von zeitlicher Drift oder Offset zu begegnen; der Prozess zum Synchronisieren einer aktiven Basisstation wird jedoch nicht im Detail erläutert.
EP-A-0 817 405 beschreibt ein TDMA-TDD-Netzwerk, wo Basisstationen benachbarter Zellen Steuerkanäle mit gleicher Frequenz übertragen; dieses Dokument schlägt vor, einen Zeitschlitz zum Übertragen des Steuerkanals einer Zelle so zu wählen, dass der Zeitschlitz dem Empfangszeitschlitz eines Steuerträgers entspricht, der mit dem Übertragungszeitschlitz des Steuerkanals der Basisstation einer benachbarten Zelle nicht konkurriert. Dies ermöglicht eine gute Konnektivität der Mobilstationen in einer Zelle, da die Übertragungszeitschlitze von Steuerträgern benachbarter Basisstationen nicht mit dem Empfangszeitschlitz des Steuerträgers der Zelle interferieren. Dieses Dokument diskutiert nicht die Synchronisation von Basisstationen, sondern handelt einfach von der Konnektivität innerhalb einer Zelle.
EP-A-0 398 773 diskutiert das Problem der Synchronisation von Mobilstationen und Basisstationen in einem TDMR-Netzwerk; es spricht sich gegen die Synchronisation von Basisstationen aus, die als kostspielig und in einem ein großes Gebiet abdeckenden Netz als unzuverlässig angesehen wird. Dieses Dokument schlägt vor, die Zeitdifferenz zwischen zwei Basisstationen in einer Mobilstation einzuschätzen, in dem gemessen wird:

– die Zeitdifferenz TM_ij zwischen Empfangssignalen von benachbarten Basisstationen i und j;
– die Übertragungszeit t_i und t_j von jeder Basisstation zu der Mobilstation.

Die Zeitdifferenz zwischen zwei Basisstationen wird dann berechnet als TM_ij + t_i – t_j. Diese Berechnung macht einen Handover einfacher und ermöglicht auch eine Lokalisierung der Mobilstation.
WO-A-94 28 643 diskutiert Funk-Synchronisation von Basisstationen in einem TDMA-Netzwerk vom GSM-Typ. Dieses Dokument schlägt vor, benachbarte Basisstationen abzuhören, um eine Synchronisation einer Zelle abzuleiten. Dies ist in diesem Dokument kein Problem, da benachbarte Basisstationen unterschiedliche Frequenzen verwenden.
US-A-5 519 759 diskutiert ebenfalls Funk-Synchronisation von Basisstationen in einem DECT-Netzwerk. Dies Dokument schlägt vor, eine feste Reihenfolge zum Synchronisieren von Basisstationen zu definieren und die gleiche Reihenfolge jedes Mal zu verwenden, wenn die Basisstationen synchronisiert werden müssen. Es offenbart nicht, wie eine „Slave"-Station sich mit der entsprechenden „Master"-Station synchronisieren sollte.
US-A-5 363 376 offenbart, dass in einem TDM/TDMA-Digital-Funkkommunikationssystem eine Zeitsynchronisation zwischen festen Anschlüssen erreicht wird durch Einstellen der Zeitlage eines ersten Anschlusses in Reaktion auf die durchschnittliche Zeitdifferenz zwischen der Zeitlage dieses ersten Anschlusses und der von dem ersten Anschluss gemessenen Zeitlage der von einer festgelegten Anzahl anderer Anschlüsse in dem System übertragenen Downlink-Signale, wobei diese Downlink-Signale am ersten Anschluss erfasst und als diejenigen mit den höchsten Signalqualitätsmaßen bestimmt werden. Jeder der anderen Anschlüsse in dem System führt sequentiell den gleichen Prozess durch, und der gesamte Prozess wird mehrere Male an allen Anschlüssen iteriert, bis die Zeitlage des Systems konvergiert. Außerdem wird eine Zeitlagendifferenz auch durch eine geschätzte oder berechnete Ausbreitungsverzögerung angepasst, und eine geschätzte Verzögerung wird aus einer bekannten durchschnittlichen Distanz zwischen Anschlüssen, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, bestimmt, oder alternativ kann die tatsächliche Ausbreitungsverzögerung berechnet werden, wenn der Empfängeranschluss mit einer zentralisierten Datenbank verbunden ist, die die Koordinaten jedes Anschlusses innerhalb des Systems speichert.
Die vorliegende Erfindung behandelt das Problem des Synchronisierens von Basisstationen in einem Funkkommunikationsnetzwerk in einem TDD-Modus. In einem solchen Modus wird die gleiche Frequenz zum Senden und Empfangen durch eine Basisstation genutzt. Die Erfindung behandelt das Problem, dass sich aus der Verwendung der gleichen Frequenz durch benachbarte Stationen ergibt. Dieses Problem tritt insbesondere auf, wo das Frequenzwiederverwendungsmuster Eins ist; in diesem Fall verwenden alle Zellen die gleiche Frequenz.
Die Erfindung behandelt auch die neuen Probleme, die auftreten können, wenn eine Basisstation ausgeschaltet wird, um sich mit den benachbarten Basisstationen zu synchronisieren. Wenn diese Lösung angewendet wird, um die Synchronisation zwischen aktiven Basisstationen aufrechtzuerhalten, kann sie Probleme bei Benutzerendgeräten verursachen; Benutzerendgeräte überwachen nämlich die Basisstationen, und eine unerwartete Abschaltung von Basisstationen kann ein Problem verursachen. Zusätzlich kann eine Basisstation, die sich mit einer anderen Basisstation synchronisieren will, daran gehindert sein, insbesondere, wenn benachbarte Basisstationen gleichzeitig ausgeschaltet werden.
Die Erfindung liefert eine Lösung dieser Probleme, die in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
Ein Funkkommunikationssystem, das die Erfindung verkörpert, wird nun als nichteinschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 ein Flussdiagramm des anfänglichen Synchronisationsprozesses ist, wenn eine Basisstation zu dem Netzwerk hinzugefügt wird;
2 die Aufnahme der Zeitlagenreferenz zeigt;
3 die Aufnahme der Zeitlagenreferenz, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zeigt, wenn eine Mobilstation verwendet wird, um zwei Basisstationen zu synchronisieren;
4 eine Mobilstation und zwei Basisstationen zeigt, die den Prozess aus 3 ausführen.
Die Erfindung schlägt vor, benachbarte Basisstationen zum Synchronisieren einer Basisstation abzuhören, sei es, wenn die Basisstation zu dem Netzwerk hinzugefügt wird, oder um die Synchronisation zwischen aktiven Basisstationen aufrechtzuerhalten. Um benachbarte Basisstationen abzuhören, schlägt die Erfindung vor, den Sender einer Basisstation auszuschalten, sie schlägt deshalb vor, das Ausschalten von Basisstationen in dem Netzwerk so zu verwalten, dass benachbarte Basisstationen nicht gleichzeitig ausgeschaltet werden. Die Erfindung bringt so eine Lösung für die durch die Ausschaltung von Basisstationen bei den Mobilstationen hervor gerufenen Probleme.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf UMTS und wird in dem Rest der vorliegenden Beschreibung mit Bezug auf diesen Typ von Funkkommunikationsnetzwerk beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese bevorzugte Ausgestaltung beschränkt ist und auch auf andere Typen von TDD-Funkkommunikationssystemen oder allgemeiner auf Übertragungssysteme anwendbar ist, wo benachbarte Basisstationen die gleiche Frequenz verwenden, so dass eine Basisstation ihren Sender ausschalten muss, um sich mit einer anderen Basisstation zu synchronisieren.
In einem UMTS-TDMA-TDD-System überträgt jede Basisstation zu Signalisierungszwecken einen BCCH (Broadcast Control Channel). Nach der gegenwärtigen UMTS-Spezifikation umfasst der BCCH einen Synchronisationskanal (SCH) und einen Broadcast-Kanal (BCH). Der SCH wird in einem Zeitschlitz jedes Rahmens übertragen und umfasst zwei Synchronisationsspitzen. Der BCH ist tatsächlich der den BCCH unterstützende physikalische Kanal; er wird nicht notwendigerweise in jedem Rahmen übertragen. Es wird in Betracht gezogen, dass der BCH in jedem Multirahmen nur eine gegebene Zahl von Malen übertragen wird.
Eine Mobilstation oder UE (User Equipment) in einer Zelle decodiert den von deren Basisstation gesendeten BCCH und kann auch einen Teil des BCCH benachbarter Zellen decodieren; dies ermöglicht der Mobilstation die Vorbereitung eines Handover und vermeidet jede mögliche Zweideutigkeit auf dem BCCH. Tatsächlich wird jede mögliche Verwechslung zwischen dem BCCH der Basisstation und dem BCCH einer entfernten Basisstation vermieden, indem der BCH benachbarter Basisstationen decodiert wird, um die gegenwärtigen Basisstationen zu erkennen.
1 ist ein Flussdiagramm des anfänglichen Synchronisationsprozesses, wenn eine Basisstation zu dem Netzwerk hinzugefügt wird; sie zeigt, wie gemäß der Erfindung eine Basisstation ihre Übertragung ausschaltet, um benachbarte Basisstationen abzuhören und in der Lage zu sein, sich mit einer der benachbarten Basisstationen zu synchronisieren.
In Schritt 1 wird die neue Basisstation – in dem Flussdiagramm der 1 mit BS_new bezeichnet – initialisiert und hört den SCH benachbarter Zellen auf der zugewiesenen Frequenz oder Frequenzen ab. Wie oben diskutiert, entspricht im TDD-Modus wenigstens eine dieser Frequenzen der Frequenz der neuen Basisstation, so dass die neue Basisstation zum Abhö ren von benachbarten Basisstationen die Übertragung ausschalten muss.
In Schritt 2 stellt die Basisstation nach dem Abtasten der zugewiesenen Frequenzen fest, ob sie einen SCH von anderen Basisstationen empfangen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Prozess über zu Schritt 3, und wenn dies der Fall ist, geht der Prozess über zu Schritt 4.
In Schritt 3 hat die neue Basisstation geprüft, ob sie allein in dem Netzwerk ist, und hat festgestellt, dass sie in dem Netzwerk allein ist; in diesem Fall liefert die Basisstation die Zeitlagenreferenz, mit der sich in einem späteren Stadium andere BS synchronisieren. Die Basisstation kann ihren Betrieb in einem normalen Modus beginnen.
In Schritt 4 hat die neue Basisstation festgestellt, dass andere Basisstationen bereits um die neue Basisstation herum platziert sind; also kann wenigstens eine dieser Basisstationen für die Synchronisierung genutzt werden. Die Basisstation synchronisiert sich mit einer dieser Stationen, z. B. mit der am besten zu empfangenden Basisstation BS_ref, durch Abhören des SCH der am besten empfangenen Basisstation BS_ref. Die neue Basisstation erhält so eine Synchronisationsreferenz T_new. Eine Möglichkeit, diese erste Synchronisation fortzusetzen, ist, vorzugehen wie in der anfänglichen Zellensuchprozedur für eine Mobilstation, die in „UMTS XX.13, UTRA TDD, Physical Layer Procedures Description", Version 0.5.0, Tdoc SMG2 UMTS L1 613/98, Dezember 1998, beschrieben.
Die Basisstation ist in der Lage, die gleiche Prozedur wie eine Mobilstation anzuwenden; der einzige Unterschied ist, dass die Basisstation eine bessere Empfindlichkeit erfordern kann, da sie sich in einem Abstand von etwa dem doppelten des BS-UE-Abstandes befindet. Der Interferenzpegel kann auch größer als für die Mobilstation sein, und deshalb muss das Empfindlichkeitsniveau 3 bis 5 dB besser als für eine UE sein. Eine Bewertung dieses Empfindlichkeits- und Interferenzpegel-Unterschiedes hängt ab von der Definition des Kanals, mit dem die Basisstation sich synchronisiert, d. h. dem SCH bei dem Beispiel des UMTS. In jedem Fall ist eine Verbesserung der Empfindlichkeit erreichbar, wenn die Verwendung von Antennendiversität an der BS und eine mögliche bessere Empfänger-Rauschzahl in Betracht gezogen wird.
Die in Schritt 4 erreichte erste Synchronisation hängt ab von einer Ausbreitungsverzögerung von der Referenz-Basisstation zu der neuen Basisstation. Im Falle eines TDMA-TDD-Modus, wie im UMTS vorgesehen, erlaubt die Synchronisationsinformation einer neuen Basisstation, mit den Rahmen der benachbarten Basisstationen synchronisierte Rahmen zu definieren: ein um ca. 20 μs verschobener Zeitschlitzoffset kann erhalten werden, entsprechend dem Abstand zwischen der Referenz-Basisstation und der neuen Basisstation. Eine bessere Synchronisation kann erreicht werden durch den in Schritten 6 bis 10 beschriebenen iterativen Prozess.
Allgemeiner kann die Basisstation eine beliebige Synchronisationsprozedur verwenden, um eine Synchronisation mit der bereits sendenden Basisstation zu erreichen.
Sobald die neue Basisstation die erste Synchronisation aufgenommen hat, geht der Prozess über zu Schritt 5. In Schritt 5 beginnt die neue Basisstation, SCH und BCH entsprechend der in Schritt 4 erhaltenen ersten Synchronisationsinformation zu senden.
In Schritt 6 fordert die Basisstation BS_new die Referenzstation BS_ref auf, ihren SCH abzuhören, um die Zeitdifferenz t₁ zwischen der Synchronisationsreferenz T_ref und der Empfangszeitreferenz T_new des SCH von BS_new zu bewerten. Zu diesem Zweck muss die Referenz-Basisstation BS_ref ihre SCH-Übertragung unterbrechen, um den SCH der neuen Basisstation BS_ref abhören zu können, der auf der gleichen Frequenz und ungefähr zur gleichen Zeit übertragen wird.
Schritt 7 zeigt, dass nach Schritt 6 die Referenz-Basisstation den SCH der neuen Station abhört und die Zeitdifferenz berechnet; für diese Berechnung berücksichtigt die Referenz-Basisstation die Ausbreitungszeit zwischen der neuen Basisstation und der Referenz-Basisstation. Wie in Schritt 7 gezeigt, kann die Berechnung der Zeitdifferenz t₁ die folgende Formel verwenden: 2·t1 – Tref – Trnew,wobei T_rnew die Zeit ist, zu der das SCH-Signal von der neuen Basisstation empfangen wird; der Grund für den Faktor 2 in der Formel wird mit Bezug auf 2 besprochen: eine erste Verschiebung entspricht der Ausbreitungszeit des SCH-Signals von der Referenz-Basisstation zu der neuen Basisstation; eine zweite Verschiebung entspricht der Ausbreitungszeit des SCH-Signals von der neuen Basisstation zu der Referenz-Basisstation.
Die Referenz-Basisstation BS_ref sendet dann die berechnete Zeitdifferenz t₁ zu der neuen Basisstation, und der Prozess geht über zu Schritt 8. Die Übertragung dieser Zeitdifferenz wird ebenfalls unten diskutiert.
In Schritt 8 aktualisiert die neue Basisstation ihre Zeitdifferenz T_new entsprechend t₁.
Der Prozess geht dann über zu Schritt 9, wo die neue Basisstation BS_new ihren Sender ausschaltet und die Zeitdifferenz t₂ zwischen T_new und der auf dem SCH der Referenz-Basisstation BS_ref empfangenen Zeitreferenz bewertet. Wenn die Synchronisation der Referenz-Basisstation und der neuen Basisstation perfekt ist, entspricht diese Differenz t₂ nur der Ausbreitungszeit von der Referenz-Basisstation zu der neuen Basisstation und ist gleich t₁.
Der Prozess geht dann über zu Schritt 10; in diesem Schritt berechnet die neue Basisstation die Differenz t₁ und t₂ und vergleicht den Betrag dieser Differenz mit einem Schwellwert Δt. Wenn der Betrag der Differenz kleiner als der Schwellwert ist, geht der Prozess über zu Schritt 11; andernfalls geht der Prozess wieder zu Schritt 6, und die Berechnung von t₁ und t₂ wird erneut durchgeführt. Die Synchronisation der neuen Basisstation ist also ein iterativer Prozess, der weitergeht, bis die benötigte Genauigkeit Δt erreicht ist.
In Schritt 11 ist die anfängliche Synchronisation der neuen Basisstation beendet. Die neue Basisstation kann dann den Normalbetrieb aufnehmen.
Informationsaustäusche zwischen BS – Übertragung von t₁ von der Referenz-Basisstation zu der neuen Basisstation und Übertragung von t₂ von der neuen Basisstation zu der Referenz-Basisstation – können auf der Luftstrecke unter Verwendung der Transportkanäle RACH (Random Access Channel) und FACH (Fast Access Channel) oder über das UTRAN oder den Basisstationscontroller übertragen werden. Die Verwendung des UTRAN ist bevorzugt, da die Übertragung von Zeitdifferenzen auf der Luftschnittstelle zu starken Interferenzspitzen bei RACH-Zugriffsschlitzen und FACH-Schlitzen führen könnte; tatsächlich kann es, wie oben diskutiert, notwendig sein, dass die Basisstationen höhere Sendeleistung als die Mobilstationen in der Zelle verwenden.
Um den SCH einer anderen Basisstation abzuhören, sollte jede Basisstation, wie oben diskutiert, die Übertragung ihres eigenen SCH unterbrechen. Es ist auch bevorzugt, dass die Basisstation Mobilstationen aus ihrer eigenen Zelle daran hindert, den RACH-Kanal beim Senden von Anforderungen an andere Basisstationen zu verwenden, so dass sie ihren SCH abhören können. Aus diesem Grund kann es leichter sein, alle Signalisierungsinformation zwischen Basisstationen über das UTRAN auszutauschen. Die einzig verbleibende Anforderung an die Luftschnittstelle wäre dann die Unterbrechung von SCH-Übertragung zum Abhören des SCH der anderen Basisstation, um die Zeitdifferenz zu berechnen.
Der Prozess aus 1 wird mit Bezug auf 2 weiter erläutert. 2 zeigt die Aufnahme der Zeitreferenz gemäß dem Prozess aus 1; es zeigt nur die Zeitdifferenz für jede Basisstation, mit anderen Worten, die Position der Synchronisationssignale auf dem SCH mit Bezug auf die Zeitschlitze eines TDMA-Systems.
15 zeigt den SCH der Referenz-Basisstation; wie in der Figur gezeigt, ist er in dem Zeitschlitz korrekt synchronisiert, da die Referenz-Basisstation zum Synchronisieren anderer Stationen benutzt wird.
16 zeigt die Zeitlage des Empfangs der Referenz-Basisstation SCH durch die neue Basisstation, wie er in Schritt 4 des Flussdiagramms aus 1 vorkommt; wie oben diskutiert, empfängt die neue Basisstation den SCH der Referenz-Basisstation mit einem Zeitversatz t₁, der der Ausbreitungszeit des SCH von der Referenz-Basisstation zu der neuen Basisstation entspricht.
17 zeigt das Senden des SCH der neuen Basisstation durch diese an die Referenz-Basisstation; der Versatz mit Bezug auf den Referenz-Zeitschlitz ist immer noch t₁.
18 zeigt den Empfang des SCH durch die Referenz-Basisstation; wie mit Bezug auf Schritt 7 erläutert, ist der Zeitversatz gleich 2·t₁.
19 zeigt die neue Basisstation, die ihre Zeitreferenz entsprechend dem von der Referenz-Basisstation empfangenen Wert von t₁ anpasst; wie oben diskutiert, wird dieser Wert vorzugsweise von dem UTRAN gesendet.
20 zeigt die neue Basisstation, die einen anderen SCH von der Basisstation empfängt, um t₂ zu berechnen, wie in Schritt 9 von 1 gezeigt.
Der Prozess der 1 und 2 gewährleistet die Synchronisation der Referenz-Basisstation und der neuen Basisstation, so dass eine neu hinzugefügte Basisstation auf Zeitschlitzniveau mit einer existierenden Basisstation synchronisiert wird; dies gewährleistet, dass Schlitze in benachbarten Zellen untereinander nicht überlappen. Im TDD-Modus

– reduziert dies Interferenzsituationen zwischen Mobilstationen oder zwischen Basisstationen;
– ermöglicht dies die Implementierung von dynamischen Kanalzuweisungsprozeduren zum Verwalten der TDMA-Komponente des TDD-Modus.

Eine Synchronisation von Basisstationen gemäß der Erfindung vermeidet im TDD die Verwendung von verteilten DCA-Prozeduren in der Mobilstation (wie etwa DECT-DCA-Algorithmen), um Interferenzsituationen auszuweichen, und wählt die verfügbaren Schlitze. Im Vergleich zur Kapazität eines nicht synchronisierten Netzwerks ist die Kapazität eines erfindungsgemäßen Netzwerks aufgrund von reduzierter Schlitzüberlappung zwischen Zellen signifikant höher. Die Erfindung begrenzt die Erzeugung von nicht kontrollierten Quellen von Interferenz in dem Netzwerk, von denen die Nicht-Synchronisation von Uplink- und Downlink-Übertragungen viele erzeugen kann, die die Funkressourcenverwaltungsfunktionen stören könnten.
Wie in der Beschreibung von 1 und 2 diskutiert, impliziert die Synchronisation von Basisstationen nach der Erfindung, dass jede Basisstation zu irgend einem Zeitpunkt die andere Basisstation abhört; in einem Netzwerk, wo benachbarte Basisstationen auf der gleichen Frequenz senden, bedeutet dies, dass die abhörende Basisstation ihren Sender ausschalten sollte. Dies kann Probleme für die Synchronisation von neuen Basisstationen hervorrufen, insbesondere, wenn Basisstationen ausgeschaltet werden, die einer neuen Basisstation benachbart sind. Das Problem ist noch schwieriger, wenn alle einer neuen Basisstation benachbarten Basisstationen ihre Sender gleichzeitig ausschalten. Während der anfänglichen Synchronisation des Netzwerks gemäß dem Prozess aus 1 und 2 kann dies beispielsweise geschehen, wenn zwei benachbarte Basisstationen als Referenz-Basisstationen für zwei neu hinzugefügte Basisstationen verwendet werden.
Um Probleme zu begrenzen, die durch Ausschalten der Sender der Basisstationen verursacht werden, schlägt die Erfindung vor, dass das Netzwerk die Ausschaltung überwacht, so dass eine gegebene Basisstation ihre Übertragung nicht zu der gleichen Zeit wie benachbarte Basisstationen ausschaltet. Vorzugsweise gewährleistet das Netzwerk, dass eine gegebene Basisstation ihre Übertragung nicht zur gleichen Zeit wie irgend eine ihrer benachbarten Basisstationen ausschaltet.
Diese Verwaltung des Ausschaltens kann in dem Basisstationscontroller des Netzwerks durchgeführt werden; es können Verfahren ähnlich den Frequenzzuteilungsverfahren verwendet werden, um Autorisierungen an jede einzelne Basisstation zu vergeben.
Das Problem tritt nicht nur bei der anfänglichen Synchronisation neuer Basisstation auf; sobald nämlich eine anfängliche Synchronisation ausgeführt ist, ist es nötig, die Synchronisation zu warten, da Basisstationsuhren relativ zuein ander Schlupf aufweisen können. Die Wartungsrate hängt ab von der Stabilität der BS-Taktgeber und von der benötigten Genauigkeit. Die Synchronisation kann gewartet werden, indem z. B. zwischen benachbarten Basisstationen der Prozess der Schritte 6 bis 10 aus 1 durchgeführt wird. Wiederum macht es eine solche Synchronisation von Basisstationen untereinander notwendig, den Sender von abhörenden Basisstationen auszuschalten.
Wie für die anfängliche Basisstationssynchronisation schlägt die Erfindung zum Warten der Synchronisation vor, einer Basisstation das Ausschalten ihres Senders nur zu erlauben, wenn benachbarte Basisstationen senden. Dies kann wiederum durchgeführt werden, indem das Ausschalten von Basisstationen in dem Netzwerk, beispielsweise auf UTRAN-Ebene, verwaltet wird.
Es wird daher vorgeschlagen, dass jede BS an die UTRAN die SCH-Referenzzeitdifferenzen mit all ihren benachbarten Basisstationen meldet, vorausgesetzt, dass die Basisstation die Signale der benachbarten Basisstationen mit einem zum Bewerten dieser Zeitdifferenz ausreichenden Pegel empfängt. Das UTRAN könnte dann Information über Zeitdifferenzen zwischen allen Basisstationen sammeln und fordert einige Basisstationen auf, ihre Zeitreferenz um eine gegebene Verschiebung zu ändern, um eine globale Synchronisation aufrechtzuerhalten. Die Gesamtsteuerung sollte es erlauben, die Zahl der Resynchronisationen zu verringern und eine gute Synchronisation jeder Basisstation mit ihren Nachbarn zu gewährleisten.
Eine Reihe von Lösungen können gewährleisten, dass eine gegebene Basisstation sich nicht zur gleichen Zeit wie ihre benachbarten Basisstationen ausschaltet. Die einfachste Lösung ist, ein regelmäßiges Muster auf einer Multirahmenebene von z. B. 720 ms zu verwenden: in diesem Fall unterbre chen benachbarte Basisstationen ihren SCH einen nach der anderen. In diesem Fall könnte eine Art von „geschlitztem Modenmuster" mit einem Wiederverwendungsfaktor von 72 oder darunter in dem TDD-Netzwerk implementiert werden. Tatsächlich ist im Wesentlichen erforderlich, dass jede Basisstation ihre SCH-Übertragung nicht in dem gleichen Rahmen unterbricht wie ihre sechs engsten Nachbarn. Ein SCH-Schlitz pro Multirahmen sollte ausreichend sein, um die Synchronisation zu warten. Es könnte sogar zu viel sein, doch eine geringere Rate könnte Signalisierungsprobleme hervorrufen.
Eine andere Lösung ist, dass jede Basisstation jedes Mal eine Genehmigung durch das Netzwerk anfordert, wenn sie sich zum Abhören ausschalten will. Diese Lösung beinhaltet offensichtlich mehr Signalisierung.
Einem Merkmal der Erfindung zufolge kann eine Station die Zeit ihrer Ausschaltung verbreiten. Wenn ein Multirahmen-Muster verwendet wird und eine Basisstation in einem Schlitz des Multirahmens ausgeschaltet wird, kann die Basisstation die Nummer des Schlitzes verbreiten, in welchem sie sich ausschaltet. Auch wenn das Ausschalten nicht auf einer periodischen Grundlage stattfindet, kann eine Basisstation die Zeit ihrer Ausschaltung verbreiten, z. B. für die nächsten zwei Rahmen.
In beiden Fällen kann die verbreitete Information von Mobilstationen genutzt werden, um die Ausschaltung einer Basisstation vorherzusehen. Dies kann es einer Mobilstation ermöglichen, eine Basisstation zu der Zeit, in der sie ausgeschaltet ist, nicht zu berücksichtigen, wenn die Mobilstation den mittleren Pegel der Basisstation berechnet. Ein Vorhersehen des Ausschaltens von Basisstationen kann einer Mobilstation auch zu einer Zeit helfen, wo sie einen Handover von einer Zelle zur anderen durchführt.
Die verbreitete Information könnte auch von anderen Basisstationen genutzt werden, um festzulegen, ob sie ihre Sender ausschalten dürfen oder nicht.
Die Erfindung bringt eine Lösung noch eines weiteren Problems. Gemäß dem oben offenbarten Synchronisationsschema wird das Netzwerk von einer Basisstation zur nächsten synchronisiert, doch kann es vorkommen, dass Teilnetzwerke unabhängig voneinander synchronisiert werden und einander so nahe kommen, dass eine Resynchronisierung zwischen ihnen erforderlich ist. Eine Resynchronisation kann unter Verwendung des gleichen Prozesses wie oben vorkommen; es ist auch möglich, eine spezifische Prozedur zu verwenden, wenn Basisstationen nicht nahe genug sind, um sich gegenseitig zu synchronisieren. In diesem Fall schlägt die Erfindung vor, Basisstationen jedes Netzwerks unter Verwendung einer Mobilstation zu synchronisieren.
3 zeigt die Aufnahme der Zeitlagenreferenz, wenn eine Mobilstation zum Synchronisieren zweier Basisstationen verwendet wird, was nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, während 4 eine Mobilstation und zwei Basisstationen zeigt, die den Prozess von 3 durchführen. Wie in 4 gezeigt, sind erste und zweite Basisstationen BS₁ und BS₂, jeweils mit ihrer eigenen Zeitreferenz T₁, T₂, nahe genug, dass eine Mobilstation MS von beiden Basisstationen empfangen und an sie senden kann; zur Erläuterung wird angenommen, dass die erste und die zweite Basisstation nicht nahe genug sind, um ihre SCH abzuhören.
Dies kann z. B. geschehen, wenn der Wegverlust zwischen zwei benachbarten Basisstationen zu groß ist, um den Synchronisationsbedarf zu erfassen, während Mobilstationen an der Zellengrenze beide Basisstationen mit ausreichendem Pegel empfangen können. Diese Mobilstationen berichten BCCH-Messungen von zu unterschiedlichen Teilnetzwerken gehörenden Basisstationen an das UTRAN, das dann das Problem erfassen kann. In diesem Fall ist es jedoch nicht möglich, eine direkte Synchronisation zwischen Basisstationen auf der Funkschnittstelle durchzuführen, doch schlägt die Erfindung vor, die Mobilstation als ein Relais zu verwenden.
Die Lösung wird mit Bezug auf 3 erläutert; mit Bezug auf 2 ist nur der Versatz in Bezug auf den Schlitz in der Figur dargestellt. Bei 25 überträgt die erste Basisstation ihren SCH. Dieser wird bei 26 von der Mobilstation mit einem Versatz T_p1 empfangen, der für die Ausbreitungszeit von der ersten Basisstation zur Mobilstation repräsentativ ist. Dieser Versatz kann durch die erste Basisstation für Zwecke der Zeitvorsprungssteuerung verwendet werden, wie an sich bekannt.
Bei 27 überträgt die zweite Basisstation ihren SCH. Die Mobilstation empfängt den SCCH bei 28 mit einem Versatz T_p2 mit Bezug auf T₂, der repräsentativ ist für die Übertragungszeit von der zweiten Basisstation zu der Mobilstation; t_D ist der Zeitversatz zwischen dem von der ersten Basisstation empfangenen SCH und dem von der zweiten Basisstation empfangenen SCH.
Bei 29 überträgt die Mobilstation ihre Daten mit einem Zeitvorsprung T_p1 auf Schlitz #i. Aufgrund des Zeitvorsprungs werden die Daten von der ersten Basisstation im Schlitz #i empfangen, siehe 30. Die zweite Basisstation empfängt jedoch, wie bei 31 gezeigt, Mobilstationsdaten auf dem Schlitz #j mit einer Verzögerung t₁.
In diesem Fall können T_p2 und Δt berechnet werden durch Lösen von zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten. ΔT = Tp2 – tD – Tp1 ΔT = t1 – Tp2 – Tp1.
Mit anderen Worten misst die Mobilstation die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang von Synchronisationssignalen von beiden Basisstationen; anschließend wird die Mobilstation mit der ersten Basisstation synchronisiert, und die zweite Basisstation misst dann den Versatz von von der Mobilstation kommend empfangenen Daten.
Dieser Prozess zum Synchronisieren von Basisstationen über eine Mobilstation, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann sogar durchgeführt werden, wenn es keine Verwaltung des Ausschaltens der Basisstationen gibt. Dies ergibt eine einfache Lösung zum Synchronisieren von Subnetzwerken oder expandierenden Netzwerken.
Dem Fachmann ist klar, dass die oben offenbarten bevorzugten Ausgestaltungen geändert werden können. Insbesondere wurde die Erfindung mit Bezug auf ein TDD-Netzwerk diskutiert, ist aber auf andere Typen von Netzwerken anwendbar, wo benachbarte Basisstationen auf der gleichen Frequenz senden, z. B. für ein FDD-Netzwerk mit einem Frequenzwiederverwendungsmuster von Eins. Die Erfindung wurde zwar mit Bezug auf UMTS beschrieben, doch ist sie auch auf herkömmliche TDMA-TDD-Netzwerke anwendbar.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren von Basisstationen in einem drahtlosen Kommunikationssystem, bei dem benachbarte Basisstationen auf einer gleichen Frequenz senden, wobei das Verfahren das Abschalten der Übertragung in einer Basisstation zum Abhören von benachbarten Basisstationen derart, dass eine gegebene Basisstation ihre Übertragung nicht zur gleichen Zeit wie benachbarte Basisstationen abschaltet, umfasst, wobei das Verfahren das Synchronisieren einer Basisstation auf eine Referenzstation umfasst, mit: – einem Schritt (4) des Abschaltens der Basisstation zum Abhören eines Synchronisationssignals der Referenzstation; – einem Schritt (7) des Abschaltens der Referenzstation zum Abhören eines Synchronisationssignals der Basisstation; – in der Referenzstation, einem Schritt des Berechnens der Verschiebung des von der Basisstation empfangenen Synchronisationssignals und des Sendens dieser Verschiebung; – in der Basisstation, einem Schritt (8) des Synchronisierens gemäß der empfangenen Verschiebung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Referenzbasisstation eine am besten zu empfangende Basisstation ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das System ein TDD-System ist.
Drahtloses Kommunikationssystem, das das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt.