Verfahren zur Synchronisation von Baugruppen einer Basisstation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation von Baugruppen einer Basisstation auf ein Referenz-Taktsignal.
Es ist bekannt, zur Synchronisation von abgesetzten Einheiten bzw. von Baugruppen einer Basisstation einen so genannten "Master-Oszillator" zu verwenden, der eine hohe absolute Fre- quenzgenauigkeit aufweisen muss. Der Oszillator wird dabei über eine Phasenregelschleife auf ein Referenzsignal einer im allgemeinen externen Referenzquelle abgestimmt.
Beispielsweise wird als Referenz für eine absolute Zeit- bzw. Phasengenauigkeit ein GPS-Signal ("Global Positioning System", GPS) verwendet, das über eine GPS-Antenne empfangen wird. Die GPS-Antenne ist dabei üblicherweise nahe einer Sen- de-Empfangsantenne der Basisstation angeordnet. Das empfangene GPS-Signal muss dann üblicherweise über eine längere Wegstrecke unter Verwendung einer eigens dafür vorgesehenen
Ubertragungsverbindung bzw. Leitung zum Master-Oszillator geleitet werden. Dies erfolgt aufgrund der Leistungslange im allgemeinen unter einer betrachtlichen Signaldampfung. Zusatzlich werden hohe Kosten durch die Leitungslange und durch einen zusatzlichen Leitungs-Montageaufwand verursacht.
Insbesondere bei raumlich getrennten Baugruppen einer Basisstation, die als "Tower-Mounted-Radio"-Anordnung ausgebildet ist, sind diese Nachteile bedeutend. Dabei ist eine als "Ra- dio-Head" bezeichnete erste Baugruppe antennennah angeordnet, wahrend weitere Baugruppen antennenfern angeordnet sind. Entsprechend ist es notwendig, sowohl die abgesetzte erste Baugruppe als auch die restlichen Baugruppen mit dem Referenzsignal hochgenau zeitlich zu synchronisieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für eine hochgenaue Zeitsynchronisation von verteilten
Baugruppen einer Basisstation anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteranspru- chen angeben.
Beim erfindungsgemaßen Verfahren werden seitens einer ersten Baugruppe ein lokales Taktsignal und ein Rahmen gebildet. Das Taktsignal und der Rahmen werden unter Verwendung einer synchronen Übertragung mit vorhersagbarer Laufzeit an eine zweite Baugruppe übertragen. Seitens der zweiten Baugruppe wird ein Referenz-Taktsignal empfangen und eine Phasendifferenz und eine Zeitdifferenz zwischen dem übertragenen Taktsignal einerseits und dem Referenz-Taktsignal andererseits bestimmt.
Die Phasendifferenz und die Zeitdifferenz werden von der zweiten Baugruppe zur ersten Baugruppe über eine Verbindung ohne vorhersagbare Laufzeit übertragen. Seitens der ersten Baugruppe werden die Phasendifferenz und die Zeitdifferenz zur Ermittlung einer Stellgroße verwendet, wobei die Stellgroße die Bildung des lokalen Taktsignals derart steuert, dass die erste und die zweite Baugruppe zeitsynchronisiert sind.
Mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens kann eine für die ausschließliche Übertragung des hochgenauen Referenzsignals vorgesehene Ubertragungsleitung eingespart werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die Zeitsynchronisation unter Verwendung einer CPRI-Schnittstelle bzw. eines CPRI-Netzwerks, das ohnehin zwischen den Baugruppen zur Übertragung von Daten- und Steuersignalen vorhanden ist.
Mit einer CPRI-Schnittstelle ist es möglich, Entfernungen bis zu 10 km zu überbrücken.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung naher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens, und
FIG 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens .
FIG 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens .
Eine erste Baugruppe REC und eine zweite Baugruppe RE einer Basisstation BTS sind bevorzugt über ein Netzwerk CPRI mit- einander verbunden. Das CPRI-Netzwerk ermöglicht eine synchrone Übertragung von Signalen mit einer vorhersagbaren Laufzeit zwischen den Baugruppen RE und REC.
Die erste Baugruppe REC beinhaltet einen Oszillator VCXO und einen Rahmengenerator RG, wobei mit Hilfe des Oszillators
VCXO ein lokales Taktsignal CLK und mit Hilfe des Rahmengenerators RG ein Rahmen Frame gebildet wird.
Das lokale Taktsignal CLK und der Rahmen Frame werden unter Verwendung der synchronen Übertragung mit vorhersagbarer Laufzeit an eine zweite Baugruppe RE übertragen.
Zur Übertragung des Taktsignals CLK und des Rahmens Frame wird bevorzugt ein Layerl-Protokoll des CPRI-Netzwerks ver- wendet.
Seitens der zweiten Baugruppe RE wird ein Referenz-Taktsignal GPS über einen GPS-Receiver empfangen.
Die zweite Baugruppe RE beinhaltet einen Phasenindikator PD und einen Zeitindikator TD, mit denen eine Phasendifferenz PDIF und eine Zeitdifferenz TDIF zwischen dem übertragenen
Taktsignal CLK einerseits und dem Referenz-Taktsignal GPS andererseits bestimmt wird.
Die Phasendifferenz PDIF und die Zeitdifferenz TDIF werden von der zweiten Baugruppe RE zur ersten Baugruppe REC über eine Verbindung ohne vorhersagbare Laufzeit übertragen.
Diese Übertragung wird bevorzugt als Paketdatenubertragung unter Verwendung eines Internet-Protokolls durchgeführt.
Bevorzugt ist die Verbindung ohne vorhersagbare Laufzeit als Control&Management-Kanal (C&M) des CPRI-Netzwerks ausgebildet.
Seitens der ersten Baugruppe REC wird die Phasendifferenz
PDIF und die Zeitdifferenz TDIF zur Ermittlung einer Stellgroße SG verwendet, mit der die Bildung des lokalen Taktsignals CLK gesteuert wird. Diese Steuerung erfolgt derart, dass eine Zeitsynchronisierung der ersten Baugruppe REC und der zweiten Baugruppe RE durchgeführt wird.
Bevorzugt wird eine zeitliche Häufigkeit bestimmt, mit der die Messergebnisse von Phasendifferenz PDIF und Zeitdifferenz TDIF seitens der ersten Baugruppe REC empfangen werden. Diese Häufigkeit wird bei der Ermittlung der Stellgroße zusatzlich berücksichtigt .
In einer bevorzugten Weiterbildung werden die Zeitpunkte der Messungen der Phasendifferenz PDIF und der Zeitdifferenz TDIF mit einer Rahmennummer gekennzeichnet und an die erste Baugruppe REC übermittelt, um diese Zeitpunkte bei der Ermittlung der Stellgroße des Oszillators VCXO berücksichtigen zu können .
Vom GPS-Empfanger wird beispielsweise ein Zeitsignal GPS in Form von einem Puls pro Sekunde an die zweite Baugruppe RE übertragen. Alternativ dazu kann eine als "GPS time of week
tl" bezeichnetes Zeitsignal als Wochenzeit tl an die zweite Baugruppe RE übertragen werden.
Seitens der ersten Baugruppe REC ist dem Oszillator VCXO ein Schleifenfilter LF zur Bildung der Stellgröße SG vorgeschaltet, an den die Zeitdifferenz TDIF und die Phasendifferenz PDIF gelangt.
Der Oszillator VCXO kann beispielsweise als Ofenquarz ausge- bildet sein.
Der Master-Oszillator VCXO ist ausgangsseitig mit einer Zähleinheit "frame counter and tθ" verbunden, die Schwingungsperioden des Master-Oszillators VCXO zunächst innerhalb eines Rahmen "frame" zählt.
Beispielsweise wird bei einem UMTS-Funkkommunikationssystem ein UMTS-Rahmen "frame" der zeitlichen Länge von 10ms verwendet. Bei einer Schwingungsfrequenz von 38,4 MHz zählt die Zähleinheit "frame counter and tθ" in einem ersten Teil von einem Wert "0" bis "383999" und beginnt dann erneut vom Wert "0" an zu zählen. Zu diesem Zweck weist die Zähleinheit "frame counter and tθ" einen ersten Zähler Zl auf.
In einem zweiten Teil werden durch die Zähleinheit "frame counter and tθ" nun Rahmen "frame" gezählt, wobei ein zweiter Zähler Z2 der Zähleinheit "frame counter and tθ" erhöht wird. Die Erhöhung erfolgt immer dann, wenn der erste Zähler Zl im vom oben genannten Wert "383999" auf den Wert "0" springt.
Beim beispielhaften UMTS-Funkkommunikationssystem würde der zweite Zähler Z2 vom Wert "0" bis zu einem Wert "4095" zählen und damit eine "Node B frame number, BFN" indizieren, die in 3GPP TS 25.402 definiert ist und im CPRI-Standard verwendet wird.
In einem dritten Teil der Zähleinheit "frame counter and tθ" wird eine Zeitvariable tθ verwaltet. Beim beispielhaften
UMTS-Funkkommunikationssystem wird die Zeitvariable tθ immer um einen Wert von "40.96 sec" erhöht, wenn der zweite Zahler Z2 vom Wert "4095" auf den Wert "0" springt.
Der erste Zahler Zl, der die Werte von "0" bis "383999" zahlt, der zweite Zahler Z2, der die Werte von "0" bis "4095" zahlt und die Zeitvariable tθ stellen ein Uhrzeitsystem dar.
An den Zeitindikator TD wird die Zeitvariable tθ übertragen, wobei diese Übertragung bevorzugt über den CPRI_Kanal "C&M" erfolgt .
Das Uhrzeitsystem kann auf eine Wochenzeit "GPS time of week" tl oder auf eine GPS-Zeit tl bzw. auf die koordinierte WeIt- zeit (UTC) bezogen werden. Dabei sind nachfolgend zwei beispielhafte Möglichkeiten naher beschrieben:
In einer ersten Ausgestaltung gemäß FIG 2 gibt es für die Zahlerstande des ersten Zahlers Zl=11O" und des zweiten Zah- lers Z2="0" für jede Zeitvariable tθ eine Zuordnung zur GPS- Zeit tl, die vom Zeitindikator TD ermittelt wird.
Zu diesem Zweck werden dem Zeitindikator TD die Zahlerstande des ersten Zahlers Zl und des zweiten Zahlers Z2 über die CPRI-Rahmeninformation BFN gemäß dem Standard CPRI, Version V2.0, übertragen. Außerdem wird an den Zeitindikator TD die Zeitvariable tθ übertragen, wobei diese Übertragung bevorzugt über den CPRI_Kanal "C&M" erfolgt.
In einer zweiten Ausgestaltung wird die Zahleinheit "frame counter and tθ" aufgrund einer Information des Zeitindikator TD gezielt ruckgesetzt.
Diese Rucksetzung kann unter Verwendung der Zeitdifferenz "TDIF" erfolgen.
Beispielsweise wird der Zählerstand des ersten Zählers auf den Wert "0" gesetzt, während der Zählerstand des zweiten Zählers auf den Wert "0" für BFN=Z2="0" gesetzt wird.
Durch das gezielte Rücksetzen die CPRI-Rahmens "frame" mit der Wochenzeit tl wird eine Synchronisation derart durchgeführt, dass zum Beginn jeder Sekunde der Wochenzeit tl exakt ein CPRI-Rahmen "frame" beginnt. Im Beispiel erfolgt dies dann, wenn der erste Zähler vom Wert "383999" auf den Wert "0" springt.
Darüber hinaus kann auch für jede GPS-Zeit tl eindeutig ein Zählerstand des ersten Zählers Zl und des zweiten Zählers Z2 definiert werden, wobei der Zählerstand des zweiten Zählers über die "Node B frame number, BFN" definiert wird.
Durch die Zählerstände des ersten und des zweiten Zählers Zl, Z2 können mehrere Basisstationen synchronisiert werden. Dabei erfolgt das gezielte Rücksetzen derart, dass zu einer für al- Ie Basisstationen gleich definierten Zeit die Zählerstände des ersten und des zweiten Zählers auf den Wert "0" definiert gesetzt werden.
Beispielsweise wird dazu ein Zeitpunkt "Montag, 01.01.2007, 0:00' 00'' Uhr" gewählt. Das Rücksetzen kann nicht nur am
"Montag, 01.01.2007, 0:00' 00'' Uhr" erfolgen, sondern kann um beliebige ganzzahlige Vielfache von 40.96sec nach diesem "Montag 0:00' 00'' Uhr" erfolgen.