TWI304689B - Base station synchronization for wireless communication systems - Google Patents

Description

1304689 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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。 【先前技術】 ^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(SCH)或通用控制物理頻道(CCPCH)， 並k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i也口不日守送出一特殊同步資料組(Burst)，以協調跨聽 。亥傳輸之-個或多购居。另—種方法讓使用者設備量測分別 來自兩蜂巢^傳輸之到達時間差(TD〇A)。這些技術在各基地 台中使用-南準備度之電源。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—純及方法之需求，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。 【發明内容] /本發明係—種在—無線通信系統巾時朗步複數基地台 之系統及方法。該系統決定相_各基地台之—時醉確度之 了預：。當一基地台之時間準確度超過臨界值時，該系統便 g决疋疋否有-鄰居基地台具有—最佳時間準確度。而該超過 1304689 ㉟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。 热習该技藝者在閱讀較佳實施例之詳細說明後，當可明 白本發明系統及方法之其他目的及優點。 【實施方式】 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(CDMA)或分時 又工(TDD)之通信系統18。該系統18包括複數B節點 26,32,34，複數無線網路控制器36,38,40，複數使用者設備 2〇,22,24及一核心網路46。該系統18内之一 b節點16通信 連結之使用者設備(υ_·24。該B _ 16具有-單址控制器 (SC)，連結於單一基地纟3“戈複數基地台脚，。各基地 台具有-連結地職域，即—蜂巢。軸本發雜揭露基地台 同步，賴習該技藝者亦可本發明以完成蜂巢同步。 羊、、且之B節點26,32,34係連接一無線網路控制器 缚無線網路控制器36···40係亦連接該核心網路 :、、、簡/糸起見，下文將只討論單—B亂點，穌發明實可 應用於複數B節點。 、 "根據-較佳實施例，該無線網路控制器％係維護該等b =點26,32,34之内及之間的基地台同步。請參考第二圖，該益 ，，'轉控制器36可透過其訊息產生裝置53以請求來自一基地 =以Γιΐ使用者設備2G，22,24之量測；麵其量測接收裝 置54以接收_;使用其同步控制器55以根據該等量測最佳 Ι3Ό4689 化地更新其狀態酬；及管理儲存於—協分差 狀態。該等儲存狀態係麟同步且表示各 二之-組 值之時間綠，辦_差技醉，及 延遲。 該無線網路控制器36亦管理—組儲存於 量測，其包括：-量測波形(即同步資料組)之到達時間= 態:確定性及量測不確定性之預測㈠亥無線網路二二 ，Kalman;_ ’ ㈣相對時脈： ϊΐί?備20一量測來自兩基地台之傳輸之到達時間差，·及狀 使 ί之參ΐ ’及精鍊出如一元件及其他元件間確切範圍:::遷 絲線網路控㈣36指派—_品質給各基地台3〇广· 這個咖品質是由該無軸路控繼36制，其藉由選 • &一基地台為所有其他基地台之時間基準參考值。所有其他基 cr係才曰派可艾時間品質，其根據量測及施加校正以更新。 這個時間品質可以是—健數(如Q錢)。更小的品質數值暗 不更好的準確度。或者，這辦間品質可以是—個連續(如浮 …、占）艾數及茶考基地台（主控基地台)最好永久指派一時間品質 0 °所有其他基地台翻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 地口，其中所有從屬基地台Slave 1，Slave2，Slave 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Slave 2之時間品質係指派為根據從屬基地台slavel 1304689 基地台 =之：=lave3係指派為根據從屬 錄_lt、f，路㈣1136之正f操作模式係根據儲存於該無 、、箱:^貝料庫59之狀態更新—協分差矩陣57 更新一次(如:每隔5秒鐘或由-運算子= 測變1協分差轉57之-元件係各基地台時間誤差之預

當-基地台之時間誤差變異超過—狀臨界值時，該益 ^網路控㈣36會啟始-訊息以支援該基地台之時間誤差更 其二個更新動作可由下列三種方法之—達成。第—種是，該 土地台根據指示量測來自一鄰居基地台3〇ι，3〇2..·3〇η之人 社、隹Γ料組之基地台到達時間(bstoa);第二種是，具有較 之—鄰居基地台3Gl，3()2...3(U_旨示量測該對象基 口傳輸之基地台到達時間；第三種是，—使用者設備％量 也台及—鄰居基地㈣眞.鳴之同步資料組之基地 台到達時間。 、第種及第一種使用基地台至基地台之基地台到達時 2方法中，需觀察—基地台傳輸至另—基地台之到達時間。 ^考第三ϋ，一傳送基地台3W—預定時間送出—已知傳 輸，案。該傳輸圖案可以是來自該基地台外中同步資料組產 ^置62之一同步資料組，其在經由-天、線70發射前係穿透 值^離裳置64。該接收基地台3〇1利用其量測裝置60偵測該 皮形，其會在該接收信號相符於預期標誌時輸出一大數 值若忒接收裝置及傳送裝置位於相同位置且具有準確之同步 1304689 … 日夺脈，則該量測裝置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-傳达單％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f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i她s或3 • x108 ^。基地台同步之目的係調準該等基地台於1_3 us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。_，對微微(㈣或微(mi㈣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讀度，X， 並無意義。 根據这些考慮，#企圖同步距離遙遠(大於i公里)的基地 台時，取得間隔距離便很重要。當企圖同步間隔距離50公尺 内t基地台時’實際位Μ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59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。 第二種方法係量測由—使用者設備觀察，發送自兩不同 ，地台之傳輸間之相_達時_TD0A)。 =並報告來自兩基地台之傳輸間之觀察到達時： =0A)，線網路控㈣36送出_訊息至該等使用者設傷 士，2,24，猎以量測兩基地台之到達酬差。當接收到該訊自 日二使用者設備20,22,24龜域天線72及隔離裝置66接^ 兩土地口之傳輸，並使用該使用者設備量測接收裝置邰量剛 1304689 到達時間差及將該量嶋送至魏結之基地台。 若該使用者設備位置為已知(即其至兩基地台之範圍^ =2義為已知)且兩基地台時間均是正麵，帅娜係以⑺ (2) (rl-r2)/c 由減值之制誤討叹時準 習該技藝7知，若細rlh2㈣小以至於在微微尺; trr蜂巢巾絲，财數值並不需要知道。觀察到達時 間差可直接用作傳輸時間差之一量測。 當-種方法選定時，適當訊息係傳送至—基地台301...30 =一使用者設備20,22,24。若該訊息係送至一基地台3〇2，該° 土地台係被紗要觀察及量_ —個鄰居。若該訊息係送至一 使^者設備22 ’該使用者設備係被告知要觀察那—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36已在其資料庫59 各基地°外处間之範圍。該無線網路控制器36隨 iftT得知是料要絲—轉基地台3Gi，其她於該基 ^士302具有-更好之時間品f。#發現這樣之—鄰居基地台 刈日守，-訊息係啟始至該鄰居基地台以自該”非同步”㈣成 sync)基地台3〇2擷取一量測。或者，該無線網路控制器 訊息至!”非同步”基地台302，並要求其擷取該鄰 土i、口 30丨之一罝測。該被要求基地台(該，，非同步”基地台 3〇2) ’，本實施例之目的’隨後擷取該"同步，，(in_sync)基地: 3〇】之量顯將該量測數值送_無_路控㈣量測裝& Ϊ304689 54 該數路控制器同步控制器55計算該傳輸時間後， = ：子於無線網路控制器資料庫59之數值比較。哕

=2制_控制器55隨後計算Kalman濾細曾 ;矩1/預，達時間之差值及通用增益，以更新協 :控制哭之狀，。若該差值大於某個臨界值，該無線網 美祕a °°°心絲置53隨後會發送另—訊息至該”非同步” 二Γ卜整其時間基準及其參考頻率，藉以在該無線網 路&制為36的控制下與其他基地台3〇3·..3(ν同步”。 地台3〇2執行要求之調整並將其回報給該無線網路 -iJ為罝測裝置54。該無線網路控制器％内之資料庫係 新，包括：該對象基地台3〇2之時間參考校正，其時間改變率， 其協分差矩陣57之更新(最重要地，具有其預測謂時間誤 差及遷移誤差），及其時間品f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^ 派-等於或好於其從雜地台之時間品質。這個移序可以確保 穩定性。其說明如τ，若欲校正一基地纟Slave 2，則基地台 Slave 2只能‘派小於其從屬基地台gave 1時間品質之一數 值。這可以雜-基地台之時H不會同步—職或下級之 從屬基地台，其最後可能會導致一群集基地台遷移成"非同步，， 於該主控基地台。 如先前所述，擷取量測以調整該，，非同步"基地台3〇2之另 11 1304689 -種方法係使用-朗者設備2G，22,24。若該無線網路控制器 36係選擇這種方法，—訊息係發送至該使用者賴22二 該”非同步”基地台3〇2及該”同步”基地台刈之同步細且。當] 使用者設備22擷取該等量測時，該等量測係發送至該益線網 ，控制器36並進行處理。類似於上述方法，該等量測係與儲 存於该無線網路控制器資料庫59及協分差矩陣57之已知 及發送至該，，非同步”基地台3〇2之一調整量測比較。 、 第五圖A及第五圖B係介紹根據本較佳實補之系統之 流，圖。該無線網路控㈣36每隔—單位時間更新該協分差 矩陣57及資料庫59 一次(步驟5〇υ。當該無線網路控制哭36 (t^2f 3〇3'·'3〇η 卜驟5〇2)，该热線網路控制器36決定是否使用一基地台 測基地台到鱗間或使用__使用者設備以量酬料間差，藉 以更新該，，非同步”基地台之時間誤差變異(步驟5〇3)。若該^ ° ^ °之一鄰居基地台，藉以量測該基地台到達時 間’或者’该訊息係傳送至兮” ^ 居基地台之到達時㈣量測該鄰 旦 〗曰 1(，驟5〇4)。適當之基地台隨即榻取必要 5^ ^/ΓΙ，並將該量測傳送至該無線網路控制器36(步驟 36決定量測到物差，該無線 地—訊息至—使用者設備，藉以量測兩基 i (步驟5G7a)，其中一個為'，非同步”基地台。 等量測之測各基地台之到達時縣(步驟5G7b)，並將該 ΐ網路㈣"tl至該無線網路控制器36(步驟57c)。當該無 線，侧屬、36接收適當量測時(步驟5〇8)，該無線網路控制 12 1304689 為36係將該量測與儲存於該無線網路控制器資料庫％中之數 值比較(步驟509)。若該紐大於某佩界值，該無線網路控 制器36係傳送-訊息至該，，非同步”基地台，藉以根據該差值 调整其時間基料其參考頻率(步驟5⑼。該，，賴步"基地台 係執行要权織(步驟511泣將其回報給該無_路控制 36(步驟512)。該無線網路控制器資料庫外及協分差矩陣57 隨即更新以合併該等新數值(步驟513)。

”-較佳貫施例係-系統及方法，其存放於各無線網路控 制器36。在習知技藝中，一控制無線網路控制器(^跳)直接 通k於其基地台且-舰無線網路控直接通信於 其使用者設備。在鄰居基地台係由不同無線網路控制器师c) f制的情对，可能會需要增加控糖、_路控繼及 線網路控彻批驗，贿_嶋地纽·者設備Γ 、斤5 JK 4^^例要求各對基地自可以彼此跨聽以將其頻率移 °調整之相對數量則由—_特之權值 ;義。調整各基地台的擁與健職者綱，中; 台及:同步”基地台均需要根據指派給各 榷值凋正以外。利用不同的權值 全中心谢分散)之向心性^可相不同賴由完 0^發^^佳實_錢—無、_路㈣]H36能夠發送 吻間权正及/或_校正至—基地台3 糾么达 台係負責確保各美地^ 3 n。5亥主控基地 考值，其準確 ===；=_台之—時間參 、才曰疋限_。錢線網路控制器％，於 13 1304689 地台二:，有—可'忽略之誤差存在於該主控基 參考值Γ 間，並因此假設所有基地台具有相同之時間 及盆制1136並不企圖預測該主控基地台 t誤差，且該主控基地台必須降低或補 網轉，咖連結無線 #兮士 ^甘LLy 土仏口间疋疋全介面。該完全介面可 °施加其解決方案以適於微微蜂巢之從屬同步。 參考貝m，各基地台具有一獨立之時間及頻率 率校制器36發送時間校正及/或頻 正中，預測表示各基地時間及頻率誤差之狀態。……法及枝 因此，該無線網路控制器36企圖 基地台間之個別時間誤差，相關於台及該主控 騎及時間遷移中提供寬鬆界限 2基^ : 中傳送至另一基地且口基地台必須在空 之連接性 之基地台)時，具有一可接受 遠。^實^^利於大蜂巢區域，其基地台間之距離較 時間一基 台之時間參考值)之能力;受心(其從物 在這個實施例中之各基地台係使用獨立之時間參考值， 14 1304689 储供一頻率參考值。-無線網路控制器％ 二 土也口之日守間校正及/或單一頻率校正至一主押美地 二控基地台之時脈。該無_路控制H 36，在其濟瞀法 二=中’係假設具有一可忽略之遷移誤差存在於該主押:地 口及八指派基地台之間，並預測被視為常數之偏移量。土 △門丨路控 36預測該主控基地台及其基地 差，及該基地台相較於該主控基地台之通用 這個實施_雜_於前—個實蝴所述， 較遠的基地台較有利。這個實施例提供-種機 机、時間不準。利用該等時間偏移量為穩定的假 二其^貫施例係相Μ於任何基地台(其頻率從屬於該主 =====測，細域财紐邮從屬於該 另-個實施例係使該無線網路控制器％提供對該主控基 地口之預測’藉以支援從屬該主控基地台之基地台同步。—盔 7路控制ϋ 36係發送各賴基地台之_校正及/或頻树 至>、主控基地台。該主控基地台確保其連 從屬於該主控基地台之-日瓣考值，其準確落於—齡限= 内^主控基地台可以鱗以使用該基地台觸之預測以用於 以基地台同步。該無線網路控制器36，在其演算法及校正中， 產生該主縣地自及其基地台間之_及辭誤差之一最佳 預測。在執行狀態預測時，該無線網路控制器％係加權該等 15 1304689 量測及該基地台誤差不確定性間之相對信任。 =，該無_路控制器36係企_難主控基地台及 夺間誤差’且該主控基地台係降低及/或補 I土i台及各基地台(其從屬於其時間參考值)之時間 誤差’或要求來自該無線鱗㈣H 36之協助。 雖然本|明已赌佳實施_露如上，賴習該技藝者

^可於本發__進行其他變動，故本發明翻應以下列申 請專利範圍界定。 【圖式簡單說明】 第一圖係一通信系統之方塊圖。 第二圖係根據本發日月-較佳實施㈣作之—無線網路控制器 (RNC)之方塊圖。 第二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。 苐五圖A及弟五圖B係根據本發明一較佳實施例製作之系統之 流程圖。 【主要元件符號說明】 16、26、32、34 ·· B節點 18 ··通信系統 20、22、24 :使用者設備 16 1304689 30、3〇r"30n :基地台 36、38、40 :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. 年矧％日修正替換頁 •1504689 十、申請專利範圍： 1. 一種在一無線網路控制器上執行以維護複數個基地台同 步的方法，包含下列步驟： 更新一協分差矩陣和一資料庫； 偵測一第一基地台的一時間誤差變異超過一預定臨界 值； 傳輸一訊息以指示一使用者設備，對從該第一基地台和 一參考基地台所傳輸的訊息間進行一到達時間差的測量； 接收到達時間差測量值； 一比較；以及 將該到達時縣測量值與儲存在該資料庫的—數值做 傳輸-訊息至該第-基地台，以該比較為基礎調整該第 一基地台傳輸時間。

   一時間參考值以及該複數基 先前接收的到達時間差測量值、一 地台中的每一個的時間改變率。 4.根據申請專糧圍第3項所述的方法，f免括

   在該資料庫的 預定的到達時 ^04689 卜年鳴日修正 間差臨界值；以及 輪-調=;;!=定的到達時間差，^ 5·根據申請翻顧第4項所述的方法，更包括· 該調整，其中該調整報告包括根據所傳輸的 Λ息而调整的該第一基地站的-傳輸時間；以及 根據該調整而更新該資料庫及該協分差矩陣。 β，據申請專利範圍第5項所述的方法，其中該參考基地台 =於-節點Β的—主控基地台，以及其中該第—基地 屬該主控基地台。 參 19