WO2001020816A1 - Synchronisation method - Google Patents

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WO2001020816A1
WO2001020816A1 PCT/DE2000/003112 DE0003112W WO0120816A1 WO 2001020816 A1 WO2001020816 A1 WO 2001020816A1 DE 0003112 W DE0003112 W DE 0003112W WO 0120816 A1 WO0120816 A1 WO 0120816A1
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WO
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central unit
units
core
remote
delay time
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Application number
PCT/DE2000/003112
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German (de)
French (fr)
Inventor
Zoran Gardijan
Jörg Dauerer
Gerhard Steib
Birgit Gruber-Waldhauser
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2662Arrangements for Wireless System Synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2662Arrangements for Wireless System Synchronisation
    • H04B7/2671Arrangements for Wireless Time-Division Multiple Access [TDMA] System Synchronisation
    • H04B7/2678Time synchronisation
    • H04B7/2687Inter base stations synchronisation
    • H04B7/2693Centralised synchronisation, i.e. using external universal time reference, e.g. by using a global positioning system [GPS] or by distributing time reference over the wireline network

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing a device consisting of a central unit and units spaced therefrom, in particular for use in a base station of a radio communication system.
  • radio communication systems messages (for example languages, image information or other data) are transmitted with the aid of electromagnetic waves via a radio interface.
  • the radio interface relates to a connection between a base station and mobile stations, it being possible to supply fixed radio stations instead of the mobile stations.
  • the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system.
  • the carrier frequencies are in the range of 900, 1800 or 1900 MHz.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • third generation systems frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
  • a base station with a multiplicity of transmitting / receiving units is known, the transmitting / receiving units with a central unit of the base station using at least one individual line according to a point-to-point - Connection for the transmission of traffic data are connected.
  • the central unit contains a central time base from which the local time bases of the remote transmitter / receiver units are derived. Since the length of the connection lines between the central unit and the remote transceiver units is different, the signal propagation times on these connections are different.
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  • the maximum delay value which corresponds to the maximum cable length, can be made variable so that there is no unnecessary delay if this should not be necessary.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the communication between the central unit and remote transmitters of a base station
  • FIG. 1 shows a base station BTS of a radio communication system consisting of a central unit CORE and a plurality of remote transmitting / receiving units CU1 ... CU3.
  • the central unit CORE and the transceiver units CU1 ... CU3 are connected in accordance with the prior art mentioned via a star-shaped structure of individual lines CC-Link, so that a point-to-point connection for traffic data to be transmitted S results.
  • each remote transmitting / receiving unit CU1 ... CU3 and the central unit CORE have an interface device SELIC (Serial Link Interface Control), whereby the data transmission on the serial link CC-Link is established.
  • SELIC Serial Link Interface Control
  • the exact base clock signal must be transmitted to each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3, where it is used to generate the system clock (for example 26 MHz for GSM).
  • the system clock is used to generate the RF transmission frequency and LO frequencies (Local Oscillator), which are required to receive the RF frequency.
  • the jitter must therefore be very low in order to meet the GSM framework.
  • System-specific signals such as the 577 ⁇ s long GSM time frame signal, must be generated on each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3. Furthermore, system-specific signals and the counters from each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3 must be synchronized with each other.
  • the synchronization of the various units of the base station BTS must be quick and it must be reliable, for example after new transmitter / receiver units have been introduced, for example due to maintenance work or expansion of the system.
  • the delay time of a single connection is measured continuously as follows:
  • the SELIC interface of the CORE central unit transmits a burst, i.e. a digital word to the SELIC interface of the remote transmitting / receiving units CU1 ... CU3, and a counter is started in the central unit CORE.
  • the interface SELIC of the remote unit CU1 ... CU3 After receiving the burst of the central unit CORE, the interface SELIC of the remote unit CU1 ... CU3 sends a burst back after an internal delay time.
  • the internal delay time is formed by the internal processing time of the remote unit CU1 ... CU3, which is required to generate the return burst and is known, or by a preset delay, which includes the internal processing time.
  • the central unit CORE stops the counter by receiving the returned burst signal.
  • the delay time dp is then calculated as follows:
  • tg is the total time that the burst needs to get from the central unit CORE to the corresponding remote unit CU1 ... CU3 and back again, tp the usually preset internal delay or processing time within the remote units CU1 ... CU3 is and dp then gives the delay time of the respective line.
  • the remote transmitter units CU have defined an internal time base that is delayed by a maximum delay time dmax. This maximum delay time dmax is now reduced by the individual delay time dpl ... dp3 determined for each connection, as a result of which all remote units CU1 ... CU3 run synchronously.
  • the delay time dp calculated by the central unit CORE is transmitted to the corresponding remote unit CU1 ... CU3 in a synchronization field of the protocol of the CC-Link. If a transmission rate of 16,384 Mbit / s is used, the minimum compensable delay time is 61 ns, since the delay is compensated in multiples of a period of the transmission frequency.
  • the maximum delay that can be compensated by the interface depends on the maximum length of the CC link, which can be, for example, 300 according to the catalog of requirements. Therefore, the maximum delay that can be compensated within the interface device SELIC is 2 ⁇ s, and a word length of 6 bits is sufficient in this case to transmit the delay time.

Abstract

The invention relates to a method for synchronising the physically separate units of a device consisting of a central unit and units which are separate from said central unit and connected thereto. Said method comprises the following steps: measuring a respective delay time between the central unit and the separate units; delaying the internal clock of each separate unit by a maximum delay; and subtracting the delay times detected respectively from the time base of each separate unit as delayed by the maximum delay time.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur SynchronisationSynchronization procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation einer Vorrichtung bestehend aus einer Zentraleinheit und davon räumlich abgesetzten Einheiten, insbesondere für einen Einsatz in einer Basisstation eines Funk-Kommunikationssystems .The invention relates to a method for synchronizing a device consisting of a central unit and units spaced therefrom, in particular for use in a base station of a radio communication system.
In Funk-Koiαmunikationssystemen werden Nachrichten (beispielsweise Sprachen, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle übertragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Verbindung zwischen einer Basisstation und Mobilstationen, wobei anstelle der Mobilstationen noch ortsfeste Funkstationen versorgt werden können. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Beim bekannten GSM-Mobilfunksystem (Global System for Mobile Com u- nication) liegen die Trägerfrequenzen im Bereich von 900, 1800 oder 1900 MHz. Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommuni- cation System) oder andere Systeme der dritten Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.In radio communication systems, messages (for example languages, image information or other data) are transmitted with the aid of electromagnetic waves via a radio interface. The radio interface relates to a connection between a base station and mobile stations, it being possible to supply fixed radio stations instead of the mobile stations. The electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system. In the known GSM mobile radio system (Global System for Mobile Communication), the carrier frequencies are in the range of 900, 1800 or 1900 MHz. For future radio communication systems, for example the UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) or other third generation systems, frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
Ferner ist aus der älteren deutschen Patentanmeldung DE 197 55 379.6 eine Basisstation mit einer Vielzahl von Sende- /Empfangseinheiten bekannt, wobei die Sende-/Empfangseinhei- ten mit einer Zentraleinheit der Basisstation mittels zumin- dest einer individuellen Leitung gemäß einer Punkt-zu-Punkt- Verbindung zur Übertragung von Verkehrsdaten verbunden sind. Dabei enthält die Zentraleinheit eine zentrale Zeitbasis, von der die lokalen Zeitbasen der abgesetzten Sende- /Empfangseinheiten abgeleitet werden. Da die Länge der Ver- bindungsleitungen zwischen der Zentraleinheit und den abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten unterschiedlich ist, sind die Signallaufzeiten auf diesen Verbindungen unterschiedlich.
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Furthermore, from the older German patent application DE 197 55 379.6 a base station with a multiplicity of transmitting / receiving units is known, the transmitting / receiving units with a central unit of the base station using at least one individual line according to a point-to-point - Connection for the transmission of traffic data are connected. The central unit contains a central time base from which the local time bases of the remote transmitter / receiver units are derived. Since the length of the connection lines between the central unit and the remote transceiver units is different, the signal propagation times on these connections are different.
Figure imgf000004_0001
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System zuläßt. Von dieser künstlichen festen Verzögerung wird die gemessene Verzögerung aufgrund der Laufzeit substrahiert . Danach laufen alle abgesetzten Einheiten untereinander synchron, wobei die Genauigkeit in der Taktrate des Übertra- gungstaktes liegt.System allows. The measured delay due to the transit time is subtracted from this artificial fixed delay. Then all the remote units run synchronously with one another, the accuracy being in the clock rate of the transmission clock.
Vorteilhafterweise ist daher eine Gleichlänge von Leitungen nicht mehr erforderlich. Auch können zusätzliche Treiber in die Leitung eingesetzt werden, um beispielsweise unterschied- liehe Übertragungsmedien zu gestatten. Der maximale Verzögerungswert, der der maximalen Leitungslänge entspricht, kann variabel gestaltet werden, damit nicht unnötig lange verzögert wird, falls dies nicht erforderlich sein sollte.It is therefore advantageously no longer necessary to have the same length of lines. Additional drivers can also be used in the line, for example to allow different transmission media. The maximum delay value, which corresponds to the maximum cable length, can be made variable so that there is no unnecessary delay if this should not be necessary.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend anhand zweier Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:A preferred embodiment is explained below using two drawings. Show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kommunikation zwischen Zentraleinheit und abgesetzten Sendeeinrichtungen einer Basisstation, undFig. 1 is a schematic representation of the communication between the central unit and remote transmitters of a base station, and
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der individuellen Verzögerung aufgrund von unterschiedlichen Signallaufzeiten.2 shows a time diagram of the individual delay due to different signal propagation times.
Fig. 1 zeigt eine Basisstation BTS eines Funk-Kommunikations- systems bestehend aus einer Zentraleinheit CORE sowie mehreren abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3. Dabei sind die Zentraleinheit CORE und die Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3 entsprechend dem genannten Stand der Technik über eine sternförmige Struktur von individuellen Leitungen CC- Link verbunden, so daß sich eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung für zu übertragende Verkehrsdaten S ergibt. Ferner weist jede abgesetzte Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3 und die Zentraleinheit CORE eine Schnittstelleneinrichtung SELIC (Serial Link Interface Control) auf, wodurch die Datenübertragung auf der seriellen Verbindung CC-Link hergestellt wird. Die Synchronisation der Basisstation BTS, d.h. die Unterein- ander-Synchronisation der abgesetzten Sende- /Empfangseinheiten CU1...CU3, hat die folgenden vier Hauptaufgaben:1 shows a base station BTS of a radio communication system consisting of a central unit CORE and a plurality of remote transmitting / receiving units CU1 ... CU3. The central unit CORE and the transceiver units CU1 ... CU3 are connected in accordance with the prior art mentioned via a star-shaped structure of individual lines CC-Link, so that a point-to-point connection for traffic data to be transmitted S results. Furthermore, each remote transmitting / receiving unit CU1 ... CU3 and the central unit CORE have an interface device SELIC (Serial Link Interface Control), whereby the data transmission on the serial link CC-Link is established. The synchronization of the base station BTS, ie the synchronization of the remote transmitter / receiver units CU1 ... CU3, has the following four main tasks:
a) Kompensation der Verzögerung aufgrund der Leitungen CC- Link: beispielsweise muß in beispielsweise in dem bekannten GSM-Mobilfunksystem eine Zeitdifferenz zwischen zwei Trägern von weniger als einem Viertel Bit, was etwas weniger als 1 μs ist, sichergestellt werden.a) Compensation of the delay due to the lines CC-Link: for example, in the known GSM mobile radio system, a time difference between two carriers of less than a quarter bit, which is slightly less than 1 μs, must be ensured.
b) Bei dem GSM-System muß das genaue Basistaktsignal an jede abgesetzte Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3 übertragen werden, wo es zum Erzeugen des Systemtakts (beispielsweise 26 MHz für GSM) verwendet wird. Der Systemtakt wird zur Erzeugung der RF-Übertragungsfrequenz und von LO-Frequenzen (Local Oscillator) verwendet, die zum Empfangen der RF-Frequenz benötigt werden. Daher muß der Jitter sehr gering sein, um die GSM-Rahmenbedingungen zu erfüllen.b) In the GSM system, the exact base clock signal must be transmitted to each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3, where it is used to generate the system clock (for example 26 MHz for GSM). The system clock is used to generate the RF transmission frequency and LO frequencies (Local Oscillator), which are required to receive the RF frequency. The jitter must therefore be very low in order to meet the GSM framework.
c) Systemspezifische Signale, wie beispielsweise das 577 μs lange GSM-Zeitrahmensignal, müssen auf jeder abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3 erzeugt werden. Ferner müssen systemspezifische Signale und die Zähler von jeder ab- gesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3 miteinander synchronisiert werden.c) System-specific signals, such as the 577 μs long GSM time frame signal, must be generated on each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3. Furthermore, system-specific signals and the counters from each remote transmitter / receiver unit CU1 ... CU3 must be synchronized with each other.
d) Die Synchronisation der verschiedenen Einheiten der Basisstation BTS muß schnell erfolgen, und sie muß verläßlich sein, beispielsweise, nachdem neue Sende-/Empfangseinheiten beispielsweise aufgrund von Wartungsarbeiten oder Erweiterung des Systems eingebracht wurden.d) The synchronization of the various units of the base station BTS must be quick and it must be reliable, for example after new transmitter / receiver units have been introduced, for example due to maintenance work or expansion of the system.
Da die Verbindung CC-Link die einzige Möglichkeit ist, eine gemeinsame Zeitbasis für alle abgesetzten Sendeeinheiten CU zu schaffen, ist es notwendig, die Verzögerungszeit, die zwischen der Zentraleinheit CORE und den einzelnen Sendeeinhei- ten CU existiert, zu kompensieren, um richtige Taktsignale generieren zu können.Since the CC-Link connection is the only way to create a common time base for all remote transmission units CU, it is necessary to determine the delay time between the central unit CORE and the individual transmission units. ten CU exists to compensate in order to be able to generate correct clock signals.
Anhand der Fig. 2 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Syn- chronisationsverfahren dargestellt.The synchronization method according to the invention is illustrated below with reference to FIG. 2.
Die Verzögerungszeit einer einzelnen Verbindung wird kontinuierlich wie folgt gemessen:The delay time of a single connection is measured continuously as follows:
Die Schnittstelle SELIC der Zentraleinheit CORE überträgt einen Burst, d.h. ein digitales Wort, an die Schnittstelle SELIC der abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1...CU3, und es wird ein Zähler in der Zentraleinheit CORE gestartet. Die Schnittstelle SELIC der abgesetzten Einheit CU1...CU3 sendet nach Erhalt des Burst der Zentraleinheit CORE einen Burst nach Ablauf einer internen Verzögerungszeit wieder zurück. Die interne Verzögerungszeit wird durch die internen Bearbeitungszeit der abgesetzten Einheit CU1...CU3, die zum Generieren des Rücksendebursts benötigt wird und bekannt ist, oder durch eine voreingestellten Verzögerung, die die interne Bearbeitungszeit umfaßt, gebildet. Die Zentraleinheit CORE stoppt dann den Zähler mit dem Empfangen des rückgesendeten Burst-Signals.The SELIC interface of the CORE central unit transmits a burst, i.e. a digital word to the SELIC interface of the remote transmitting / receiving units CU1 ... CU3, and a counter is started in the central unit CORE. After receiving the burst of the central unit CORE, the interface SELIC of the remote unit CU1 ... CU3 sends a burst back after an internal delay time. The internal delay time is formed by the internal processing time of the remote unit CU1 ... CU3, which is required to generate the return burst and is known, or by a preset delay, which includes the internal processing time. The central unit CORE then stops the counter by receiving the returned burst signal.
Die Verzögerungszeit dp wird dann wie folgt berechnet:The delay time dp is then calculated as follows:
dp = (tg - tp)/2,dp = (tg - tp) / 2,
wobei tg die Gesamtzeit ist, die der Burst benötigt, um von der Zentraleinheit CORE zur entsprechenden abgesetzten Einheit CU1...CU3 hin und wieder zurück zu gelangen, tp die üblicherweise voreingestellte interne Verzögerungs- oder Bearbeitungszeit innerhalb der abgesetzten Einheiten CU1...CU3 ist und dp dann die Verzögerungszeit der jeweiligen Leitung ergibt. Die abgesetzten Sendeeinheiten CU haben eine interne Zeitbasis definiert, die um eine maximale Verzögerungszeit dmax verzögert ist. Diese maximale Verzögerungszeit dmax wird nun um die für jede Verbindung ermittelte individuelle Verzöge- rungszeit dpl...dp3 verringert, wodurch alle abgesetzten Einheiten CU1...CU3 synchron laufen.where tg is the total time that the burst needs to get from the central unit CORE to the corresponding remote unit CU1 ... CU3 and back again, tp the usually preset internal delay or processing time within the remote units CU1 ... CU3 is and dp then gives the delay time of the respective line. The remote transmitter units CU have defined an internal time base that is delayed by a maximum delay time dmax. This maximum delay time dmax is now reduced by the individual delay time dpl ... dp3 determined for each connection, as a result of which all remote units CU1 ... CU3 run synchronously.
Die von der Zentraleinheit CORE berechnete Verzögerungszeit dp wird an die entsprechende abgesetzte Einheit CU1...CU3 in ein Synchronisationsfeld des Protokolls des CC-Links übertragen. Wird eine Übertragungsrate von 16.384 Mbit/s verwendet, so beträgt die minimal kompensierbare Verzögerungszeit 61 ns, da die Verzögerung in Vielfachen einer Periode der Ubertra- gungsfrequenz kompensiert wird. Die maximale Verzögerung, die von der Schnittstelle kompensiert werden kann, hängt von der maximalen Länge des CC-Links ab, der entsprechend dem Anforderungskatalog beispielsweise 300 betragen kann. Daher beträgt die maximale Verzögerung, die innerhalb der Schnittstelleneinrichtung SELIC kompensiert werden kann, 2 μs, und eine Wortlänge von 6 Bit zur Übertragung der Verzögerungszeit ist in diesem Fall ausreichend. The delay time dp calculated by the central unit CORE is transmitted to the corresponding remote unit CU1 ... CU3 in a synchronization field of the protocol of the CC-Link. If a transmission rate of 16,384 Mbit / s is used, the minimum compensable delay time is 61 ns, since the delay is compensated in multiples of a period of the transmission frequency. The maximum delay that can be compensated by the interface depends on the maximum length of the CC link, which can be, for example, 300 according to the catalog of requirements. Therefore, the maximum delay that can be compensated within the interface device SELIC is 2 μs, and a word length of 6 bits is sufficient in this case to transmit the delay time.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Synchronisation von Einheiten (CU1...) einer Vorrichtung bestehend aus einer Zentraleinheit (CORE) und damit verbundener räumlich abgesetzter Einheiten (CU1...), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:1. Method for the synchronization of units (CU1 ...) of a device consisting of a central unit (CORE) and associated spatially remote units (CU1 ...), characterized in that the method comprises the following steps:
Messen einer jeweiligen Verzögerungszeit (dpi...) zwischen der Zentraleinheit (CORE) und den abgesetzten Einheiten (CU1...)Measuring a respective delay time (dpi ...) between the central unit (CORE) and the remote units (CU1 ...)
Verzögern einer Zeitbasis jeder abgesetzten Einheit (CU1...) um eine maximale Verzögerungszeit (dmax)Delaying a time base of each remote unit (CU1 ...) by a maximum delay time (dmax)
Subtrahieren der jeweils ermittelten Verzögerungszeiten (dpi...) von der um die maximale Verzögerungszeit (dmax) ver- zögerten Zeitbasis jeder abgesetzten Einheit (CU1...).Subtract the respectively determined delay times (dpi ...) from the time base delayed by the maximum delay time (dmax) of each remote unit (CU1 ...).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Verzögerungszeiten (dpi...) von der Zentraleinheit (CORE) bestimmt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the respective delay times (dpi ...) are determined by the central unit (CORE).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CORE) zur Bestimmung einer Laufzeit ein digitales Wort in Form eines Bursts an die jeweilige abgesetzte Einheit (CU1...) absetzt, einen Zähler startet und den Zähler nach Wiedererhalt des zurückgesandten Bursts stoppt.3. The method according to claim 2, characterized in that the central unit (CORE) for determining a runtime sends a digital word in the form of a burst to the respective remote unit (CU1 ...), starts a counter and the counter after receipt of the returned Bursts stops.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine interne Verzöge- rungszeit innerhalb der abgesetzten Einheiten (CU1...) berücksichtigt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an internal delay time within the remote units (CU1 ...) is taken into account.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Verzögerungszeit voreingestellt sind.5. The method according to claim 4, characterized in that the internal delay time are preset.
6. Basisstation (BTS) eines Funk-Kommunikationssystems mit einer Zentraleinheit (CORE) und mit der Zentraleinheit (CORE) sternförmig verbundenen abgesetzten Einheiten (CUl...), wobei die abgesetzten Einheiten (CUl...) nach dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche synchronisiert werden. 6. Base station (BTS) of a radio communication system with a central unit (CORE) and with the central unit (CORE) star-shaped connected units (CUl ...), the remote units (CUl ...) being synchronized according to the method of one of the preceding claims.
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