專利名稱：時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電信領域，特別是涉及時分雙工同步碼分多址基站間幀同步的方法和裝置。
背景技術：
在第三代移動通信中，3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴計劃)對時鐘同步提出了較高的要求，尤其在時分雙工系統(tǒng)中，提出了接力切換的概念，它適用于同步CDMA(Code Division MultipleAccess，碼分多址)移動通信系統(tǒng)，是TD-SCDMA(Time Division Duplex-Synchronous Code Division Multiplex Access，時分雙工同步碼分多址)移動通信系統(tǒng)的核心技術之一。使用該方法可以在使用不同載頻的TD-SCDMA基站之間，實現不中斷通信、不丟失信息的越區(qū)切換。要做到接力切換，不僅要求RNC(Radio Network Control，無線網絡控制)與Node B(基站子系統(tǒng))之間同步，還要求各Node B之間的時鐘與相位一致，并且時刻也是一致的，即空中口的幀號計數一致。只有這樣，才能滿足系統(tǒng)的要求。為此在規(guī)范《3GPP TS25 402》中提出了對于一個同步小區(qū)其SFN(Cell System FrameNumber counter，小區(qū)系統(tǒng)幀號計數)應與BFN(Node B Frame Numbercounter，基站子系統(tǒng)幀號計數)一致，而BFN是由各站點產生的，故各站點的BFN都與SFN要保持同步，即數值是一樣的。只有這樣相鄰小區(qū)才可以做到接力切換。
對于Node B之間的同步，協議中提出了兩種同步方式，一種是空中同步。另一種是站點間提供同步接口。對于空中同步首先需要一個帶GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))的主站，它能夠提供絕對的時鐘參考。然后RNC根據主站的SFN，依次算出與其它站的差別，再命令各站點依次調整。每個站點要經過四個步驟的調整。預同步、頻率調整、初始相位調整、同步階段準備。當中每一步要反復多次。而且要保證所有的站點都同步后，才可進入全網同步。這樣勢必有大量的握手信息，計算判斷。從而造成同步慢，啟動時間慢。過分依賴主站以及同步精度較低等問題。另外還有RNC與Node B之間傳輸的延時也給實現帶來了較大的困難。而對于站點間的同步接口，協議中提出由一個帶GPS的主站產生一個標準的同步信號，并采用RS485信號標準，將此信號依次傳遞再生。這在同一機房內的站點是可行的。但是當站點間的距離較遠時，傳輸較易受到干擾以及延時的因素，并不是很可靠。另外當傳遞的數目增加時，再生累積的誤差也越大。影響了時鐘的精度及SFN的可靠性。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的方法和裝置，解決現有同步技術需要RNC參與、產生大量的握手信息、傳輸延時易累積誤差、系統(tǒng)可靠性差以及互相影響的技術問題。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的方法，其特點在于，采用全球定位系統(tǒng)作為統(tǒng)一參考源，各基站系統(tǒng)根據全球定位系統(tǒng)提供的時間信息得出幀號，從而保證各基站的小區(qū)系統(tǒng)幀號的一致；各基站系統(tǒng)的控制時鐘板還通過松耦合的鎖相方式與全球定位系統(tǒng)的秒脈沖定時信號保持頻率與相位上的同步。
上述的方法，其特點在于，進一步包括如下步驟步驟一，各基站系統(tǒng)上電，全球定位系統(tǒng)自動進行衛(wèi)星跟蹤；步驟二，判斷衛(wèi)星跟蹤是否成功，是則轉步驟三，否則轉回步驟二；步驟三，各基站系統(tǒng)從全球定位系統(tǒng)得到所述時間信息和所述秒脈沖定時信號；步驟四，各基站系統(tǒng)定時獲取所述時間信息，通過計算得出幀號并與硬件計數的幀號進行比較，如不一致則進行告警；各基站系統(tǒng)啟動所述松耦合的鎖相環(huán)實現環(huán)路濾波器的鎖相算法，根據所述秒脈沖定時信號同步頻率與相位。
上述的方法，其特點在于，所述松耦合的鎖相環(huán)包括恒溫晶振、數模轉換芯片、中央處理器和可編程門陣列，并由所述中央處理器來實現所述環(huán)路濾波器的鎖相算法。
上述的方法，其特點在于，所述步驟二中，如果全球定位系統(tǒng)跟蹤上四顆衛(wèi)星，則衛(wèi)星跟蹤成功。
上述的方法，其特點在于，各基站系統(tǒng)按照預定的時間間隔獲取所述時間信息。
為了更好的實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供了一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的裝置，其特點在于，各基站系統(tǒng)的控制時鐘板都通過接口連接一全球定位系統(tǒng)卡，所述全球定位系統(tǒng)卡連接有天線，各基站系統(tǒng)采用全球定位系統(tǒng)作為統(tǒng)一參考源，根據全球定位系統(tǒng)提供的時間信息得出幀號，從而保證各基站的小區(qū)系統(tǒng)幀號的一致；各基站系統(tǒng)的控制時鐘板還通過松耦合的鎖相方式與全球定位系統(tǒng)的秒脈沖定時信號保持頻率與相位上的同步。
上述的裝置，其特點在于，所述松耦合的鎖相環(huán)包括恒溫晶振、數模轉換芯片、中央處理器和可編程門陣列，并且通過所述中央處理器來實現環(huán)路濾波器的鎖相算法。
上述的裝置，其特點在于，所述接口為RS232接口。
上述的裝置，其特點在于，所述全球定位系統(tǒng)卡按照預定的時間間隔向所述控制時鐘板發(fā)送所述時間信息。
本發(fā)明的技術效果在于本發(fā)明采用GPS做為統(tǒng)一參考源，不需要RNC的參與，由NodeB自行實現同頻同相及幀號時間相同，從而能夠有效解決現有技術中存在的實現起來難、同步慢、系統(tǒng)可靠性差以及互相影響的問題；本發(fā)明站點之間可以不互相依賴，從而使鎖定時間很短，沒有頻率和相位的累積誤差；本發(fā)明實現起來比較容易，出現問題也很容易定位；GPS卡也是通用的一種設備，無需額外的要求，使得這種方法和裝置移植起來很容易。
下面結合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的具體實施例。
圖1是Node B基站與GPS的連接示意圖；圖2是幀同步的示意圖；圖3是系統(tǒng)控制時鐘板上實現幀號一致的時序圖；
圖4是兩個站點的系統(tǒng)控制時鐘板上實現幀號一致的時序圖；圖5是系統(tǒng)控制時鐘板上實現與GPS同頻同相的原理框圖；圖6是系統(tǒng)控制時鐘板上實現與GPS同頻同相的時序圖；圖7是全同步的步驟流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種實現Node B各站點完全同頻同相，以及SFN幀完全一致的方法和裝置，采用GPS做為統(tǒng)一參考源，不需要RNC的參與，由NodeB自行實現同頻同相及幀號時間相同。站點之間可以不互相依賴。從而使鎖定時間很短，沒有頻率和相位的累積誤差。實現起來比較容易，出現問題也很容易定位。GPS卡也是通用的一種設備，無需額外的要求。使得這種方法和裝置移植起來很容易。
本發(fā)明的核心是根據GPS提供的接口信號，通常包括兩種一是秒脈沖1PPS(1 pulses per second，1秒脈沖定時信號)，另一個是標準串口。一方面系統(tǒng)控制時鐘板通過串口通信可以得到GPS的TOD(time of day，年月日時分秒信息)。并根據TOD算出此刻的GPS time。然后利用公式得出該秒的幀號。由于各站點的參考源都是GPS，從而可以做到幀號是一樣。另一方面系統(tǒng)控制時鐘板還需通過松耦合的鎖相方式與GPS的PPS保持頻率與相位上的同步。其工作過程是Node B系統(tǒng)上電后，GPS自動進行衛(wèi)星跟蹤。當跟蹤上后，輸出精確的秒脈沖信號和TOD時間。系統(tǒng)控制時鐘板上有恒溫晶振、DA(Digital to Analog數模轉換)芯片、CPU(Central Processing Unit，中央處理器)以及FPGA(Field Programable Gate Array，可編程門陣列)構成的松耦合的鎖相環(huán)，利用CPU來實現環(huán)路濾波器的鎖相算法。從而保證與1PPS信號保持頻率與相位上的一致。TD-SCDMA的SFN是每10ms產生一個幀號。系統(tǒng)控制時鐘板利用鎖定的時鐘分頻產生10ms信號，并在每個10ms信號的上升沿的時候計數得到幀號。當GPS鎖定后，系統(tǒng)控制時鐘板通過串口通信查到GPS time(GPS時刻)。算出SFN后，在下一個秒脈沖信號到來時，將新的幀號生效。然后系統(tǒng)控制時鐘板的幀號再根據10ms時鐘依次累加。
圖1是Node B基站10與GPS的連接示意圖。GPS卡11通過饋線與天線12相連。GPS卡11的工作電源由基站10提供。上電后，GPS卡11就可以自動進行衛(wèi)星跟蹤，同時系統(tǒng)控制時鐘板13通過RS232口與GPS卡進行通信，查詢GPS當前的工作狀態(tài)。同時控制GPS的工作模式，以及秒脈沖的輸出。當GPS跟蹤上4顆衛(wèi)星后，此時系統(tǒng)控制時鐘板認為GPS工作正常了。將其設為位置保持模式，并讓GPS卡11定時發(fā)回TOD時間以及相關工作狀態(tài)。此時輸出的1PPS秒脈沖信號是精確的了。
圖2是空中幀同步的示意圖，不同的Node B基站，其幀號及時隙都要同步。這樣才可以使鄰近小區(qū)不同的UE在發(fā)送接收消息時信號不會交迭。
圖3是系統(tǒng)控制時鐘板上實現幀號一致的時序圖。系統(tǒng)控制時鐘板上的恒溫晶振通過分頻產生周期為10ms的幀時鐘。在每個時鐘的上升沿來的時候幀號計數器加1，這就是SFN。它的范圍是0-4095。由于各站點無法同時上電，故幀號肯定是無法一致的。需要GPS來使各站點的幀號一致。系統(tǒng)控制時鐘板在GPS鎖定衛(wèi)星的情況下，發(fā)送周期(如10秒)查詢TOD命令。則GPS卡每隔10秒(間隔時間可以根據需要設定，此處以10秒為例)則向系統(tǒng)控制板發(fā)送該秒的GPS time。因為幀號以10ms為周期的，而1秒內有100個幀號，因此SFN＝(GPS time×100)mod4096，而GPS times的值為0-604799，GPS time以星期為周期進行計時，604800＝60×60×7×24。它的周期是1024個星期。但由于604800mod4096不是一個整數，故對于同一時刻但不同周的Gps time其幀號是不同的，故還需要計算當前的GPS time的周數。根據國際上的規(guī)定，GPS的WEEK是這樣定義的1980年1月5日24點或1月6日凌晨，GPS time為0，并從那時開始計時。GPS week的周期為0-1023。因此要先查到GPS week，再查到當前秒的GPS time。
如果沒有GPS time，也可以通過UTC時間來轉換。即根據當前的年月日時分秒，與GPS絕對時間1980年1月5日24點或1月6日凌晨相比，算出GPS week，以及GPS time。并將相應的閏秒算上。因此最后SFN＝{〔(604800×GPS week)+GPS time〕×100}mod4096GPS卡每隔10秒向系統(tǒng)控制時鐘板發(fā)送TOD時間，考慮到傳輸的延時及相關處理，一般是在幾百微秒，故在秒脈沖上升沿過后的T1時刻，系統(tǒng)控制時鐘板可以接收到TOD。CPU開始計算SFN幀號。在T2時刻計算完后，則可以向硬件置起始幀號了。此時將CPU寫入控制信號。在該秒內的幀號是完全一樣的。為了與其它站點的幀號一樣，硬件在下一個秒脈沖信號的上升沿來的時候讓新的幀號再生效，此時幀號應加上100。由于幀號周期是10ms，置幀號時為了不影響到其它的幀號，在硬件上將需要處理置位信號，使它在一個幀號周期內。將CPU的控制信號變?yōu)橐粋€4ms左右的窄脈沖。在T3時刻完成新幀號的置數，在T4時刻按照新的幀號進行累加計數。這樣以GPS為絕對時刻，加上相關的處理，即使不同時間上電，仍可以保證所有的幀號是完全一致的。另外由于其它因素造成幀號不一致時，也可以通過后臺的網管系統(tǒng)發(fā)起幀號同步的命令。則重新根據新的TOD進行幀號的計算。
在圖4是兩個站點的情況，每個站點通過鎖GPS的1PPS信號，再生出系統(tǒng)內的1S信號，由于是松耦合的鎖相方式，1S信號會在GPS的1PPS信號的左右緩慢地來回漂動。而各系統(tǒng)的幀時鐘信號是與各自的1S信號的上沿對齊的。當兩站點的幀時鐘信號的上沿位于1PPS的兩側時，如果以1PPS的上沿來置位幀號時，必然會造成兩站點的幀號差1，故幀號置位信號必須應該在以1PPS信號為中心的有一定寬度信號。寬度大于3us并小于幀時鐘的半個周期。在這里做的是4ms的寬度。
圖5、圖6是系統(tǒng)控制時鐘板上實現與GPS同頻同相的原理框圖及時序圖，雖然置初始幀號可以保證各站點的起始計數完全一樣，但是由于計數的時鐘是各Node B系統(tǒng)自行產生的，如果不同步，會影響到隨后的計數，而且站點相互之間的時隙也會干擾。因此各Node B基站的時鐘及相位一定要與GPS同步，從而保證各站點間的頻率和相位是一致的。
GPS的的秒脈沖信號經過線路接口部分進入系統(tǒng)控時鐘板，單板上的恒溫晶振(頻率可為10MHz)經過分頻產生1S信號，這兩個信號都進入單板的FPGA，進行鑒頻鑒相。輸出的相位誤差數據再到CPU進行分析計算，然后將計算的結果調整DA芯片，從而控制OCXO(Oven Control Crystal Oscillator，恒溫晶體振蕩器)的輸出頻率。
這里的關鍵是CPU的鎖相算法，它不僅要求同頻，還需要做到同相，即要求鎖定后與GPS保持頻率一致，相位對齊。根據TD-SCDMA的協議要求，兩個站點間的相位差不能大于3us。
CPU采用松耦合的鎖相算法。一方面監(jiān)控頻率的變化，另一方面監(jiān)控相位的變化。由于Δf＝dφ/dt，頻率的變化是相位對時間的微分。通過累計相位的誤差，算出變化的頻率值，然后調整DA后，使頻率與GPS保持一致。對于相位的一致，在開始快捕時，通過邏輯的控制，用GPS的上沿來清零一次本地產生1S信號的計數器，使二者的時鐘上升沿在初始時刻是對齊的，隨后再進行頻率和相位的跟蹤。對于當頻率基本一致，而相位緩慢朝一個方向漂動時，仍需要回調。算法中時刻監(jiān)控相位的變化，一旦相位超出范圍時(如500ns)，軟件可以發(fā)起讓相位同步的命令，使硬件的計數器清零，從而使相位再次對齊。軟件也可以上報告警，由后臺定時發(fā)起相位對齊命令。這樣就可以保證與GPS的相位差不超過500ns。OCXO產生的1S信號與GPS的秒脈沖信號做到同頻同相后，然后用此1S信號作為同步清零信號和10MHz(或61.44MHz，與10MHz同步)再分頻產生系統(tǒng)所需的其它時鐘，如10ms信號，chip時鐘等。這樣各站點的10ms信號的上升沿基本是一致的。從而防止了時隙的交叉。如圖中站點1和站點2的每個時隙是基本對齊的。
圖7是全同步的軟件流程框圖。如圖所示，包括如下步驟步驟510，開始，Node B系統(tǒng)上電，GPS自動進行衛(wèi)星跟蹤；步驟520，判斷GPS是否跟上四顆衛(wèi)星，是則執(zhí)行步驟530和步驟570，否則返回步驟520；步驟530，設置GPS卡相關工作模式，啟動CPU的鎖相環(huán)程序，開始跟蹤GPS的秒脈沖；步驟540，判斷鎖相環(huán)是否與GPS秒脈沖同頻同相，是則執(zhí)行步驟550，否則執(zhí)行步驟560；步驟550，同步正確，返回步驟540。
步驟560，進行告警，返回步驟540。
步驟570，定時獲取TOD時間，計算幀號，并將幀號給硬件進行自動計數；步驟580，判斷硬件計數的幀號是否與TOD算出的幀號一致，是則執(zhí)行步驟590，否則返回步驟570。
步驟590，同步正確，返回步驟580。
以上過程可進一步描述為Node B系統(tǒng)上電后，GPS自動進行衛(wèi)星跟蹤。當跟蹤上后，就可以輸出精確的秒脈沖信號和TOD時間。此時系統(tǒng)控制時鐘板一方面設置GPS為位置保持模式，啟動CPU的鎖相環(huán)程序。開始跟蹤GPS的秒脈沖，使產生的1S信號與GPS信號頻率與相位一致。并定時讀取相位值及計算頻率值來判斷是否鎖定GPS秒脈沖。另一方面可以定時獲取TOD時間，然后算出該秒內的SFN，并根據需求置給硬件的幀號計數器。同時軟件也可讀取硬件計數的幀號，并與根據TOD算出的幀號相比，當不一致時，可以給出告警，或根據命令置位新的幀號。
綜上所述，本發(fā)明主要是為了滿足TD-SCDMA在接力切換時對切換站點的時鐘及信號的相關要求，也可以避免站點間的同頻干擾。本發(fā)明的實現是通過利用GPS的信號在時鐘相位上一致，同時根據TOD時間算出絕對的SFN。從而可以使所有的站點的SFN都保持一樣。本發(fā)明一方面使用簡便的方法就可以達不同站點間的同頻同相及同幀號的目的，無需RNC的參與，同步時間短。另一方面可以做到精度高，無延時累積誤差等。同時方法簡單便于移植。出現問題易于發(fā)現，維護很方便。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；凡是依本發(fā)明所作的等效變化與修改，都被本發(fā)明的專利范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的方法，其特征在于，采用全球定位系統(tǒng)作為統(tǒng)一參考源，各基站系統(tǒng)根據全球定位系統(tǒng)提供的時間信息得出幀號，從而保證各基站的小區(qū)系統(tǒng)幀號的一致；各基站系統(tǒng)的控制時鐘板還通過松耦合的鎖相方式與全球定位系統(tǒng)的秒脈沖定時信號保持頻率與相位上的同步。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括如下步驟步驟一，各基站系統(tǒng)上電，全球定位系統(tǒng)自動進行衛(wèi)星跟蹤；步驟二，判斷衛(wèi)星跟蹤是否成功，是則轉步驟三，否則轉回步驟二；步驟三，各基站系統(tǒng)從全球定位系統(tǒng)得到所述時間信息和所述秒脈沖定時信號；步驟四，各基站系統(tǒng)定時獲取所述時間信息，通過計算得出幀號并與硬件計數的幀號進行比較，如不一致則進行告警；各基站系統(tǒng)啟動所述松耦合的鎖相環(huán)實現環(huán)路濾波器的鎖相算法，根據所述秒脈沖定時信號同步頻率與相位。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述松耦合的鎖相環(huán)包括恒溫晶振、數模轉換芯片、中央處理器和可編程門陣列，并由所述中央處理器來實現所述環(huán)路濾波器的鎖相算法。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟二中，如果全球定位系統(tǒng)跟蹤上四顆衛(wèi)星，則衛(wèi)星跟蹤成功。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，各基站系統(tǒng)按照預定的時間間隔獲取所述時間信息。
6.一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的裝置，其特征在于，各基站系統(tǒng)的控制時鐘板都通過接口連接一全球定位系統(tǒng)卡，所述全球定位系統(tǒng)卡連接有天線，各基站系統(tǒng)采用全球定位系統(tǒng)作為統(tǒng)一參考源，根據全球定位系統(tǒng)提供的時間信息得出幀號，從而保證各基站的小區(qū)系統(tǒng)幀號的一致；各基站系統(tǒng)的控制時鐘板還通過松耦合的鎖相方式與全球定位系統(tǒng)的秒脈沖定時信號保持頻率與相位上的同步。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述松耦合的鎖相環(huán)包括恒溫晶振、數模轉換芯片、中央處理器和可編程門陣列，并且通過所述中央處理器來實現環(huán)路濾波器的鎖相算法。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述接口為RS232接口。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述全球定位系統(tǒng)卡按照預定的時間間隔向所述控制時鐘板發(fā)送所述時間信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時分雙工同步碼分多址基站間空中幀同步的方法和裝置，本發(fā)明采用全球定位系統(tǒng)作為統(tǒng)一參考源，各基站系統(tǒng)根據全球定位系統(tǒng)提供的時間信息得出幀號，從而保證各基站的小區(qū)系統(tǒng)幀號的一致；各基站系統(tǒng)的控制時鐘板還通過松耦合的鎖相方式與全球定位系統(tǒng)的秒脈沖定時信號保持頻率與相位上的同步。本發(fā)明不需要無線網絡控制器的參與，由基站自行實現同頻同相及幀號時間相同，站點之間可以不互相依賴，從而使鎖定時間很短，沒有頻率和相位的累積誤差。
文檔編號H04B7/26GK1731704SQ20051008620
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權日2005年8月3日
發(fā)明者鐘爽莉, 張建新 申請人:中興通訊股份有限公司