TW200407045A - Base station synchronization for wireless communication - Google Patents

Description

200407045 五、發明說明（1) 本發明係有關於數位通信系統。特別是，本發明係有 關於一種在一蜂巢式通信系統中同步複數基地台之系統及 方法。 已公開的第三代無線協定要求一種方法，其係基於一 簡單、但昂貴之程序，藉以使各基地台外部同步於一具有 高準確度之外部電源。 支援基地台同步之技術要求一基地台聆聽來自其鄰居 之同步傳輸，如：同步頻道（SC Η)或通用控制物理頻道 (CCPCH)，並從事類似使用者設備（UE)所執行之程序以同 步。另一種方法要求各基地台不時送出一特殊同步資料組 (B u r s t)，以協調胯聽該傳輸之一個或多個鄰居。另一種 方法讓使用者設備量測分別來自兩蜂巢之傳輸之到達時間 差（TD0A)。這些技術在各基地台中使用一高準備度之電 源。由於各基地台具有該電源，這些技術既昂貴且不便。 因此，便存有一系統及方法之需求，其可以在不消耗 額外物理資源的前提下，允許操作基地台間快速，效率且 較不昂貴之同步。 本發明係一種在一無線通信系統中時間同步複數基地 台之系統及方法。該系統決定相關於各基地台之一時間準 確度之一預測值。當一基地台之時間準確度超過臨界值 時，該系統便會決定是否有一鄰居基地台具有一最佳時間 準確度。而該超過臨界值基地台則會根據該基地台及該鄰 居基地台間之一預測時間差進行調整。 熟習該技藝者在閱讀較佳實施例之詳細說明後，當可

200407045 五、發明說明（2) 明白本發明系統及方法之其他目的及優點。 圖式之簡易說明 第一圖係一通信系統之方塊圖。 第二圖係根據本發明一較佳實施例製作之一無線網路 控制器（RNC)之方塊圖。 第三圖係根據本發明一較佳實施例製作之一基地台及 使用者設備之方塊圖。 第四圖係根據本發明一較佳實施例製作之階層時間品 質設計之介紹圖。 第五圖A及第五圖B係根據本發明一較佳實施例製作之 系統之流程圖。 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳實施例係參考圖式說明如下，文中，類 似元件係以類似符號表示。 第一圖係介紹一簡易無線寬頻分碼多址（C D Μ A )或分時 雙工（TDD)之通信系統18。該系統18包括複數B節點 2 6，3 2，3 4，複數無線網路控制器3 6，3 8，4 0，複數使用者設 備2 0, 22, 2 4及一核心網路46。該系統1 8内之一 B節點1 6通 信連結之使用者設備（UE) 2 0- 24。該B節點16具有一單址控 制器（SC)，連結於單一基地台30或複數基地台30! 。 各基地台具有一連結地理區域，即一蜂巢。雖然本發明僅 揭露基地台同步，然熟習該技藝者亦可利用本發明以完成 蜂巢同步。 一群組之B節點2 6, 32, 34係連接一無線網路控制器

200407045 五、發明說明（3) (R N C ) 3 6。該等無線網路控制器3 6…4 0係亦連接該核心網 路4 6。為簡潔起見，下文將只討論單一 B節點，然本發明 實可應用於複數B節點。 根據一較佳實施例，該無線網路控制器3 6係維護該等 B節點26, 32, 34之内及之間的基地台同步。請參考第二 圖，該無線網路控制器3 6可透過其訊息產生裝置5 3以請求 來自一基地台3(^ "·30η或使用者設備2 0, 2 2, 2 4之量測；透 過其量測接收裝置5 4以接收量測；使用其同步控制器5 5以 根據該等量測最佳化地更新其狀態預測；及管理儲存於一 協分差矩陣5 7之一組狀態。該等儲存狀態係用於同步且表 示各基地台相對於一參考值之時間誤差，各時間誤差之改 變率，及基地台3 0間之傳輸延遲。 該無線網路控制器3 6亦管理一組儲存於一資料庫5 9之 量測，其包括：一量測波形（即同步資料組）之到達時間； 由一使用者設備2 0量測來自兩基地台之傳輸之到達時間 差；及狀態不確定性及量測不確定性之預測。該無線網路 控制器3 6使用先進瀘波技術，如K a 1 m a η濾波器，以預測定 義相對時脈遷移之參數，及精鍊出如一元件及其他元件間 確切範圍之參數。該預測時間遷移係用以推論各基地台頻 率參考值間之頻率不符及合理檢查以確保偶爾，約略之不 準嫁量測不會破壞該過程。 該無線網路控制器36指派一時間品質給各基地台3Oi …3 On。這個時間品質是由該無線網路控制器3 6量測，其 藉由選定一基地台為所有其他基地台之時間基準參考值。

200407045 五、發明說明（4) 所有其他基地台係指派一可變時間品質，其根據量測及施 加校正以更新。這個時間品質可以是一個整數（如0至 1 0 )。更小的品質數值暗示更好的準確度。或者，這個時 間品質可以是一個連續（如浮點）變數。該參考基地台（主 控基地台）最好永久指派一時間品質0。所有其他基地台則 指派變動且可根據該參考基地台調整之數值。為介紹這個 時間品質階層設計，第四圖係顯示一主控基地台，其中所 有從屬基地台S 1 a v e 1 ，S 1 a v e 2， S 1 a v e 3係指派為根據 該主控基地台變動之時間品質數值。在一實施例中，從屬 基地台S 1 a v e 2之時間品質係指派為根據從屬基地台S 1 a v e 1變動之數值，且從屬基地台S 1 a v e 3係指派為根據從屬基 地台S 1 a v e 1變動之時間品質數值。 該無線網路控制器3 6之正常操作模式係根據儲存於該 無線網路控制器資料庫59之狀態更新一協分差矩陣5 7，其 每隔一預定時間單位更新一次（如··每隔5秒鐘或由一運算 子決定之時間）。該協分差矩陣5 7之一元件係各基地台時 間誤差之預測變異。 當一基地台之時間誤差變異超過一預定臨界值時，該 無線網路控制器3 6會啟始一訊息以支援該基地台之時間誤 差更新。這個更新動作可由下列三種方法之一達成。第一 種是，該基地台根據指示量測來自一鄰居基地台3 (^，3 02… 3 0n之同步資料組之基地台到達時間（BSTOA);第二種是， 具有較佳準確度之一鄰居基地台30η 3 02…3 On根據指示量 測該對象基地台傳輸之基地台到達時間；第三種是，一使

200407045 五、發明說明（5) 用者設備20量測該基地台及一鄰居基地台30η 3 02 _··30η之 同步資料組之基地台到達時間。 在第一種及第二種使用基地台至基地台之基地台到達 時間之方法中，需觀察一基地台傳輸至另一基地台之到達 時間。請參考第三圖，一傳送基地台3 Oi於一預定時間送 出一已知傳輸圖案。該傳輸圖案可以是來自該基地台3(^ 中同步資料組產生裝置6 2之一同步資料組，其在經由一天 線7 0發射前係穿透一隔離裝置6 4。該接收基地台3 Oi利用 其量測裝置6 0偵測該傳送波形，其會在該接收信號相符於 預期標誌時輸出一大數值。若該接收裝置及傳送裝置位於 相同位置且具有準確之同步時脈，則該量測裝置6 0之輸出 便會與該傳送波形同時出現。不過，時脈不準及傳輸路徑 延遲會造成一時間差。 傳輸路徑延遲係以（1 )式定義。 R/c+x (1) R / c係一傳送單元及接收單元間之距離，R，除以光 速，c。X項係補償設備延遲。當基地台距離非常遙遠時， 傳輸路徑延遲通常是由R/c項支配。無線電波以光速旅 行，約1 ft/ns或3xl08 m/s。基地台同步之目的係調準 該等基地台於1 - 3 u s之間。因此，當基地台間隔距離在 1 / 2哩（1公里）等級或更大時，該距離便有意義。然而，對 微微（p i c 〇 )或微（m i c r 〇 )蜂巢而言，其間隔距離為數十公 尺，該距離相較於優勢之量測準確度，X，並無意義。 根據這些考慮，當企圖同步距離遙遠（大於1公里）的

200407045 五、發明說明（6) 基地台時，取得間隔距離便很重要。當企圖同步間隔距離 5 0公尺内之基地台時，實際位置便無關緊要。待執行基地 台到達時間之量測後，儲存於無線網路控制器資料庫5 9之 已知傳遞距離係減去，且兩者之差係視為該等基地台間之 時間不準。 第三種方法係量測由一使用者設備觀察，發送自兩不 同基地台之傳輸間之相對到達時間差（TDO A )。該使用者設 備係量測並報告來自兩基地台之傳輸間之觀察到達時間差 (T DO A )。該無線網路控制器3 6送出一訊息至該等使用者設 備2 0，2 2，2 4，藉以量測兩基地台之到達時間差。當接收到 該訊息時，使用者設備2 0，2 2，2 4係經由其天線7 2及隔離裝 置6 6接收兩基地台之傳輸，並使用該使用者設備量測接收 裝置6 8量測到達時間差及將該量測傳送至其連結之基地 台。 若該使用者設備位置為已知（即其至兩基地台之範圍 r 1及r 2為已知）且兩基地台時間均是正確的，到達時間差 係以（2 )式定義。 (rl-r2)/c (2) 由該數值之量測誤差可以是時間基準不準的指標。如 熟習該技藝者所知，若範圍r 1及r 2足夠小以至於在微微尺 寸（pico-sized)蜂巢中為真，則其數值並不需要知道。觀 察到達時間差可直接用作傳輸時間差之一量測。 當一種方法選定時，適當訊息係傳送至一基地台3 0! •••30n或一使用者設備2 0, 2 2, 24。若該訊息係送至一基地

第10頁 200407045 五、發明說明（7) 台3 02，該基地台係被告知要觀察及量測那一個鄰居。若 該訊息係送至一使用者設備2 2，該使用者設備係被告知要 觀察那一個基地台及其自己之基地台。 請再回到第二圖，該無線網路控制器3 6已在其資料庫 59中儲存各基地台3〇i…30n間之範圍。該無線網路控制器 3 6隨後檢查以得知是否需要更新一鄰居基地台3 0!，其相 較於該基地台3 02具有一更好之時間品質。當發現這樣之 一鄰居基地台3 Oi時，一訊息係啟始至該鄰居基地台以自 該"非同步π (〇 u t 〇 f s y n c )基地台3 0 2擷取一量測。或者， 該無線網路控制器3 6係能夠送出一訊息至該π非同步π基地 台3 02，並要求其擷取該鄰居基地台3 Oi之一量測。該被要 求基地台（該π非同步π基地台3 02 )，為本實施例之目的， 隨後擷取該π同步n ( i η - s y n c)基地台3 0 i之量測並將該量測 數值送回該無線網路控制器量測裝置5 4。該無線網路控制 器量測裝置54轉交該量測數值至該同步控制器55，其藉由 減去該傳遞時間R / c以計算該量測之傳輸時間。 當該無線網路控制器同步控制器5 5計算該傳輸時間 後，該數值係與儲存於無線網路控制器資料庫5 9之數值比 較。該無線網路控制器同步控制器55隨後計算Ka 1 man濾波 器增益，並利用計算及預定到達時間之差值及通用增益， 以更新協分差矩陣5 7中之狀態。若該差值大於某個臨界 值，該無線網路控制器訊息產生裝置5 3隨後會發送另一訊 息至該π非同步π基地台3 以調整其時間基準及其參考頻 率，藉以在該無線網路控制器3 6的控制下與其他基地台

200407045 五、發明說明（8) 3 0 3 "·30ηπ 同步π 。 該基地台3 02執行要求之調整並將其回報給該無線網 路控制器量測裝置5 4。該無線網路控制器3 6内之資料庫係 更新，包括：該對象基地台3 02之時間參考校正，其時間 改變率，其協分差矩陣5 7之更新（最重要地，具有其預測 R M S時間誤差及遷移誤差），及其時間品質之更新。請參考 第四圖，一基地台（其時間基準係根據與其他基地台比較 以校正）絕不能指派一等於或好於其從屬基地台之時間品 質。這個移序可以確保穩定性。其說明如下，若欲校正一 基地台S 1 ave 2，則基地台S 1 av e 2只能指派小於其從屬基 地台S 1 a v e 1時間品質之一數值。這可以確保一基地台之 時間品質不會同步一同級或下級之從屬基地台，其最後可 能會導致一群集基地台遷移成π非同步π於該主控基地台。 如先前所述，擷取量測以調整該π非同步”基地台3 02 之另一種方法係使用一使用者設備2 0，2 2，2 4。若該無線網 路控制器3 6係選擇這種方法，一訊息係發送至該使用者設 備2 2以量測該π非同步π基地台3 02及該π同步π基地台3 Oi之 同步資料組。當使用者設備2 2擷取該等量測時，該等量測 係發送至該無線網路控制器3 6並進行處理。類似於上述方 法，該等量測係與儲存於該無線網路控制器資料庫5 9及協 分差矩陣5 7之已知量測及發送至該”非同步π基地台3 02之 一調整量測比較。 第五圖Α及第五圖Β係介紹根據本較佳實施例之系統之 流程圖。該無線網路控制器3 6每隔一單位時間更新該協分

第12頁 200407045 五、發明說明（9) 差矩陣5 7及資料庫5 9 —次（步驟5 0 1 )。當該無線網路控制 器3 6側測到一基地台3 03…3 0n時間誤差變異超過一預定臨 界值時（步驟5 0 2 )，該無線網路控制器3 6決定是否使用一 基地台以量測基地台到達時間或使用一使用者設備以量測 到達時間差，藉以更新該π非同步π基地台之時間誤差變異 (步驟5 0 3 )。若該無線網路控制器3 6決定量測基地台到達 時間，一訊息係傳送至該π非同步π基地台之一鄰居基地 台，藉以量測該基地台到達時間，或者，該訊息係傳送至 該π非同步π基地台，藉以量測該鄰居基地台之到達時間 (步驟5 0 4 )。適當之基地台隨即擷取必要量測（步驟5 0 5 )， 並將該量測傳送至該無線網路控制器3 6 (步驟5 0 6 )。若該 無線網路控制器3 6決定量測到達時間差，該無線網路控制 器3 6係傳送一訊息至一使用者設備，藉以量測兩基地台之 到達時間差（步驟5 0 7 a )，其中一個為π非同步π基地台。該 使用者設備量測各基地台之到達時間差（步驟5 0 7 b )，並將 該等量測之差值傳送至該無線網路控制器3 6 (步驟5 7 c )。 當該無線網路控制器3 6接收適當量測時（步驟5 0 8 )，該無 線網路控制器3 6係將該量測與儲存於該無線網路控制器資 料庫59中之數值比較（步驟509)。若該差值大於某個臨界 值，該無線網路控制器3 6係傳送一訊息至該π非同步π基地 台，藉以根據該差值調整其時間基準或其參考頻率（步驟 5 1 0 )。該π非同步π基地台係執行要求之調整（步驟5 1 1 )並 將其回報給該無線網路控制器3 6 (步驟5 1 2 )。該無線網路 控制器資料庫5 9及協分差矩陣5 7隨即更新以合併該等新數

第13頁 200407045 五、發明說明（10) 值（步驟5 1 3 )。 一較佳實施例係一系統及方法，其存放於各無線網路 控制器3 6。在習知技藝中，一控制無線網路控制器（C -R N C )直接通信於其基地台且一伺服無線網路控制器（S -RNC)直接通信於其使用者設備。在鄰居基地台係由不同無 線網路控制器（RN C)控制的情況中，可能會需要增加控制 無線網路控制器及伺服無線網路控制器間之通信，以控制 鄰居基地台及使用者設備。 另一實施例要求各對基地台可以彼此聆聽以將其頻率 移近至另外一個基地台。調整之相對數量則由一組獨特之 權值（其指派給各基地台且儲存於該無線網路控制器資料 庫5 9中）定義。調整各基地台的過程與較佳實施例所述者 相同，除了 ”非同步π基地台及π同步ff基地台均需要根據指 派給各基地台之權值調整以外。利用不同的權值，吾等可 達到不同程度（由完全中心至完全分散）之向心性。 本發明之最佳實施例係使一無線網路控制器3 6能夠發 送一時間校正及/或頻率校正至一基地台3 0 3…3 0n。該主控 基地台係負責確保各基地台具有從屬於該主控基地台之一 時間參考值，其準確落於一指定限制内。該無線網路控制 器3 6，於其演算法及校正中，假設具有一可忽略之誤差存 在於該主控基地台及其基地台之間，並因此假設所有基地 台具有相同之時間參考值。 因此，該無線網路控制器3 6並不企圖預測該主控基地 台及其基地台間之個別時間誤差，且該主控基地台必須降

第14頁 200407045 五、發明說明（11) 低或補償該主控基地台及其他基地台間之時間誤差，因為 該連結無線網路控制器3 6並不會執行一校正。這個實施例 揭示一無線網路控制器3 6及一主控基地台間之一完全介 面。該完全介面可使該主控基地台施加其解決方案以適於 微微蜂巢之從屬同步。 在另一個實施例中，各基地台具有一獨立之時間及頻 率參考值，其能夠使一無線網路控制器3 6發送時間校正 及/或頻率校正至各基地台。該無線網路控制器3 6，在其 演算法及校正中，預測表示各基地時間及頻率誤差之狀 態。 因此，該無線網路控制器3 6企圖預測各基地台及該主 控基地台間之個別時間誤差，相關於一基地台之量測並無 助於預測另一基地台之狀態。因此，基地台製造者只需要 在基地台之定時及時間遷移中提供寬鬆界限之誤差，且各 基地台必須在空中傳送至另一基地台（相同或不同之基地 台）時，具有一可接受之連接性。 這個實施例有利於大蜂巢區域，其基地台間之距離較 遠。然而，其透過相關於一基地台（其從屬於一主控基地 台之時間參考值）之量測以校正一基地台（其從屬於相同主 控基地台之時間參考值）之能力卻受到限制。 在這個實施例中之各基地台係使用獨立之時間參考 值，但該主控基地台係提供一頻率參考值。一無線網路控 制器3 6係發送各基地台之時間校正及/或單一頻率校正至 一主控基地台。該無線網路控制器3 6係確保各基地台之時

第15頁 200407045 五、發明說明（12) 脈係頻率從屬於該主控基地台之時脈。該無線網路控制器 3 6，在其演算法及校正中，係假設具有一可忽略之遷移誤 差存在於該主控基地台及其指派基地台之間，並預測被視 為常數之偏移量。 因此，該無線網路控制器3 6預測該主控基地台及其基 地台間之個別時間誤差，及該基地台相較於該主控基地台 之通用頻率遷移。 這個實施例的特徵類似於前一個實施例所述，其中與 該主控基地台距離較遠的基地台較有利。這個實施例提供 一種機制以移除長距離之時間不準。利用該等時間偏移量 為穩定的假設，這個實施例係利用相關於任何基地台（其 頻率從屬於該主控基地台之時脈）之一量測，藉以更新所 有基地台（其從屬於該主控基地台）之遷移率。 另一個實施例係使該無線網路控制器3 6提供對該主控 基地台之預測，藉以支援從屬該主控基地台之基地台同 步。一無線網路控制器3 6係發送各連結基地台之時間校正 及/或頻率校正至其主控基地台。該主控基地台確保其連 結基地台分別具有從屬於該主控基地台之一時間參考值， 其準確落於一指定限制内。該主控基地台可以選舉以使用 該基地台獨特之預測以用於該基地台同步。該無線網路控 制器3 6，在其演算法及校正中，產生該主控基地台及其基 地台間之時間及頻率誤差之一最佳預測。在執行狀態預測 時，該無線網路控制器3 6係加權該等量測及該基地台誤差 不確定性間之相對信任。

第16頁 200407045 五、發明說明（13) 因此，該無線網路控制器3 6係企圖預測該主控基地台 及其基地台間之個別時間誤差，且該主控基地台係降低 及/或補償該主控基地台及各基地台（其從屬於其時間參考 值）之時間誤差，或要求來自該無線網路控制器3 6之協 助。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然熟習該技藝 者當可於本發明範圍内進行其他變動，故本發明範圍應以 下列申請專利範圍界定。

第17頁 200407045 圖式簡單說明 第一圖係一通信系統之方塊圖。 第二圖係根據本發明一較佳實施例製作之一無線網路控制 器（RNC)之方塊圖。 第三圖係根據本發明一較佳實施例製作之一基地台及使用 者設備之方塊圖。 第四圖係根據本發明一較佳實施例製作之階層時間品質設 計之介紹圖。 第五圖A及第五圖B係根據本發明一較佳實施例製作之系統 之流程圖。 元件符號說明： 1 6、2 6、3 2、3 4 : B 節點 1 8 :通信系統 2 0、2 2、2 4 :使用者設備 30、30! —30n ••基地台 3 6、3 8、4 0 :無線網路控制器 46 核 心 網 路 54 量 測 接 收 裝 置 55 同 步 控 制 器 57 協 分 差 矩 陣 59 資 料 庫 60 量 測 裝 置 62 同 步 資 料 組 產生裝置 64 隔 離 裝 置 70 天 線

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Claims (1)

1. 200407045 六、申請專利範圍 1. 一種在一無線通信系統中，時間同步複數基地台之方 法，該方法係包括： 決定與各個基地台關連之一時間精確度之一預測； 對於各個基地台，其預測係超於一臨界值，而言： 決定該等基地台之一鄰近者，其決定預測係表示一較佳之 時間精確度，相對於該超臨界值基地台； 決定該超臨界值基地台及該鄰近者基地台間之一預測時間 差，其包括： 在該超臨界值基地台接收一第一訊息以傳送一通信叢訊； 以及 在該鄰近者基地台接收該通信叢訊； 依據該預測時間差，其係表示於利用該接收通信叢訊所產 生之一第二訊息中，調整該超臨界值基地台之一時序；以 及 更新該超臨界值基地台之該預測，其中，該更新預測係表 示一較差之時間精確度，相對於該鄰近者基地台。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等第一及 第二訊息係利用一無線網路控制器（RNC )進行傳送。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該調整動係 依據該無線網路控制器（R N C )之一第三訊息以達成。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該無線網路 控制器（RNC )係儲存及更新該決定預測。 5 .如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該無線網路 控制器（R N C )係組合該等第一、第二、或第三訊息之任

   第19頁 200407045 六、申請專利範圍 一者及該等訊息之另一者。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等基地台 之一第一基地台係指派以其決定預測，其具有一最佳之時 間精確度，並且，所有其他基地台之時序係從動於該第一 基地台。 7. —種基地台同步系統，用以在一無線通信系統中，時間 同步複數基地台，該基地台同步系統係包括： 一無線網路控制器（R N C )，用以協調及同步該等基地 台，其包括： 一資料庫，用以儲存自該等基地台接收之同步資訊；以及 一同步控制器，用以自該等基地台偵測一非同步基地台、 選擇複數量測技術之一者以時間同步該非同步基地台及該 等基地台、及依據該選擇量測技術以調整該非同步基地台 之一時序；以及 一量測裝置，因應該無線網路控制器（RNC )，用以實施 該選擇量測技術，該等量測技術係包括：在該非同步基地 台接收一第一訊息，利用該非同步基地台以量測該等基地 台之一鄰近者之時序，藉以傳送一通信叢訊、在該鄰近者 基地台接收該通信叢訊、及利用該鄰近者基地台以量測該 非同步基地台之時序。 8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該同步資訊 係包括與各個該等基地台關連之一時間精確度之一預測； 以及一協方差矩陣，用以儲存與各個該等基地台關連之一 組狀態。

   200407045 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第8項所述之系統，其中，該等基地台 係包括： 一第一基地台，其中，該時間精確度預測係表示一最佳時 序精確度；以及 該等基地台之其餘者之時序係從動於該第一基地台。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之系統，其中，該量測技術 更包括利用一使用者設備以量測該非同步基地台及該等基 地台之該一者間之一該來臨時間，該使用者設備（U E )係 包括一量測裝置，用以量測該非同步基地台及該等基地台 之該一者之該來臨時間。

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