專利名稱：無線電通信系統(tǒng)中無線電站的時間同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于時間同步無線電通信系統(tǒng)的，尤其是具有TDD傳輸方法的移動無線電系統(tǒng)的無線電站的一種方法。
在無線電通信系統(tǒng)中借助于電磁波經(jīng)在發(fā)射和接收的無線電站(例如基站和用戶站)之間的無線電接口傳輸信息(例如語音，圖像信息或其它數(shù)據(jù))。在此用戶站是移動無線電站或其它移動的或甚至固定的終端設(shè)備。在此用位于為各自系統(tǒng)安排的頻帶中的載頻進行電磁波的傳播。對于用經(jīng)無線電接口的CDMA或TD/CDMA傳輸方法的未來的移動無線電系統(tǒng)，例如對于UMTS(通用移動電信系統(tǒng))或第三代的其它系統(tǒng)安排了在約2000MHz的頻帶中的頻率。
如同在DE 198 18 325和EP 98 107 763中已經(jīng)論及的那樣，在TDD傳輸方法(時分雙工作業(yè))上在基站之間的同步性是必要的，以便減小干擾。例如在EP 98 107 763中說明了，從雪球原理的意義上基站相繼在一個事先已同步的基站上定向的，并且按此對準(zhǔn)它們的發(fā)射時刻。此外從在德國運行的C網(wǎng)中公開了，利用一個中央的基站作為時間基準(zhǔn)，周圍的基站持續(xù)地可以同步到此時間基準(zhǔn)上。在這些方法上同步的一種中央檢查或觸發(fā)是必要的，必須相應(yīng)地監(jiān)控此同步。工作量是相應(yīng)地大的，并且在無線電通信系統(tǒng)密集時進一步增長。
其它的同步方法安排在基站中的高度穩(wěn)定的時間基準(zhǔn)，例如高度穩(wěn)定的振蕩器或GPS接收機(全球定位系統(tǒng))。這些裝置都是很費事的，并且必須就地維持在每個基站中。在利用GPS時不能同步在封閉空間中安裝的基站，因為缺少通向GPS衛(wèi)星的無線電接觸。
所以基于本發(fā)明的任務(wù)在于，說明用于時間同步的一種方法，在此方法上以微小的花費使得無線電站分散的和自調(diào)節(jié)的時間同步成為可能。通過具有權(quán)利要求1特征的方法解決此任務(wù)。從屬權(quán)利要求中可獲知本發(fā)明的有利的進一步發(fā)展。
按本發(fā)明，可以是基站但是也可以是移動的移動站的無線電站的相互補償?shù)玫讲捎谩?br> 因此一個第二無線電站經(jīng)無線電接口接收至少一個第一相鄰無線電站的發(fā)射，針對接收的發(fā)射確定一個接收時刻，將此接收時刻與自己發(fā)射的一個發(fā)射時刻作比較，并且發(fā)射比較的結(jié)果作為同步信息。第一無線電站接收同步信息，并且從同步的意義上將此發(fā)射時刻與第二無線電站適配。發(fā)射時刻的正確調(diào)節(jié)代表無線電站的時間上的同步，并且是一個無線電站的時間標(biāo)度線中的或者時隙結(jié)構(gòu)的一個基準(zhǔn)點。
此方法是分散的和不需要費事的附加裝置，因為將無線電接口本身利用于同步。在此在無線電站之間，例如在點對多點連接用信道(廣播信道)中進行通信。在無線電通信系統(tǒng)中，在基站之間的具有信息內(nèi)容的通信否則是不尋常的。即使在無線電站之間的距離改變時，例如在無線電小區(qū)重新配置時，或者在移動的或變更地點的用戶站上同步自行微調(diào)。
按本發(fā)明的一個有利的進一步發(fā)展中，在第一無線電站的發(fā)射中同樣含有了到第二無線電站上的同步信息，由第二無線電站利用此同步信息于同步。以此互相同步多個無線電站，在此當(dāng)兩個無線電站在兩個無線電站的發(fā)射時刻的確定偏差情況下適配這些發(fā)射時刻時，這是特別有利的。以此實現(xiàn)在平等無線電站之間的同步，并且不需要集中檢查的主站。
如果大量無線電站應(yīng)互相同步的話，當(dāng)發(fā)射時刻的改變不是突然的話，則是較好的。在許多相互作用的網(wǎng)絡(luò)中否則在巨大的范圍中另外的適配又會是必要的。所以當(dāng)兩個無線電站發(fā)射時刻的推移大致同等大時，則是有利的。一種另可選擇的方案考慮了，只有一個無線電站推移發(fā)射時刻，也就是通過在較遲發(fā)射意義上的推移。以此防止丟失一個應(yīng)發(fā)射的塊?？墒且部梢浴跋蚝蟆蓖埔苾蓚€無線電站的發(fā)射時刻。
為了避免在同步時的不穩(wěn)定性，重復(fù)進行同步，在此只有在某些區(qū)間之內(nèi)的發(fā)射時刻的適配是允許的，這些區(qū)間相當(dāng)于無線電站之間信號交換的一種多次重復(fù)。這些間隔例如有一個幀持續(xù)時間的多倍。此外通過在同步之前的對比較結(jié)果求平均值來提高穩(wěn)定性。
例如當(dāng)對于上行或下行方向的一個幀的各個時隙由不同的基站利用時，按本發(fā)明方法的應(yīng)用特別在用TDD傳輸方法的無線電通信系統(tǒng)中是有利的。在此基站可以在相同頻帶中用存在的接收器分析處理另外基站的發(fā)射。不需任何外加的硬件。對于UMTS安排了一個寬帶的頻帶，在此借助于一種連接獨有的擴展碼區(qū)別在頻帶之內(nèi)同時傳輸?shù)男盘?。在時隙之內(nèi)傳輸無線電塊，在此為了補償針對同步的調(diào)節(jié)波動安排了允許針對發(fā)射時刻的較小不精確性的保護時間。
產(chǎn)生所建議方法的一種其它的改進，如果無線電站允許定向的傳播(智能天線)，并且因此將同步信息定向地傳播到相鄰的無線電站上，或者如此規(guī)定接收時刻，使得在兩個無線電站上的接收時刻在多路傳播的多個信號組分之內(nèi)是各自針對最短的或最強的接收的傳播路徑的。以此提高具有多路傳播的無線電系統(tǒng)中的時間確定的精度。
用附圖詳述本發(fā)明的實施例。
在此

圖1示出了一個無線電通信系統(tǒng)；圖2示出了基站和用戶站之間TDD無線電接口的示意圖；圖3示出了基站的一種布置；圖4示出了時隙到基站上的劃分；和圖5示出了同步方法的描述。
作為無線電通信系統(tǒng)實例的在圖1中所示的移動無線電系統(tǒng)，由相互聯(lián)網(wǎng)的或建立通向固定網(wǎng)PSTN通道的許多移動交換站MSC組成。此外這些移動交換站MSC是與用于基站BS控制的和用于無線電技術(shù)資源分配的各自至少一個裝置RRC，意即與一個無線電資源管理器連接的。這些裝置RRC中的每一個又使通向至少一個基站BS的連接成為可能。這樣的基站BS可以經(jīng)無線電接口建立通向用戶站的，例如移動站MS或其它方面的移動和固定終端設(shè)備的連接。通過每個基站BS形成至少一個無線電小區(qū)。
圖1中示范性地表示了用于傳輸數(shù)據(jù)的連接V1、V2、V3。一個操作和維護中心OMC實現(xiàn)移動無線電系統(tǒng)或其部分用的檢查和維護功能。這種結(jié)構(gòu)的功能性是可以用到在其中本發(fā)明可得到采用的另外的無線電通信系統(tǒng)上的，尤其是用于具有無線用戶連接的用戶通道網(wǎng)和用于在非特許頻段中運行的基站和用戶站。
從圖2中可以看出TDD無線傳輸(時分雙工作業(yè))的幀結(jié)構(gòu)。在寬帶的頻段之內(nèi)，例如帶寬B＝5MHz之內(nèi)，按照一個TDMA組分(時分多址)進行著相等持續(xù)時間的多個時隙ts的，例如每個幀fr的16個時隙ts1至16的一種劃分。多個幀fr形成一個復(fù)幀等等；因此形成一個信道結(jié)構(gòu)。給每個基站BS1至BS3分配了幾個時隙ts(請見圖4)。各自在下行方向DL上利用時隙ts的一部分，在上行方向UL上利用時隙的一部分。
在此TDD傳輸方法上上行方向UL用的頻帶相當(dāng)于下行方向DL用的頻帶。對于其它的載頻重復(fù)相同的內(nèi)容。通過上行或下行方向UL、DL用的時隙ts的可改變的分配可以進行多種多樣的不對稱的資源分配，而通過將時隙ts任意地分配到基站BS1至BS3上可以進行取決于負荷地適配分配給一個基站BS的無線電技術(shù)資源。
在用于分配無線電技術(shù)資源的裝置RRC中進行時隙ts的分配，在此一個時隙ts是只分配給一個基站BS1至BS3的。通過裝置RRC將分配給一個基站BS1的時隙ts信令給此基站。
在時隙ts之內(nèi)以無線電塊傳輸多個連接的信息。數(shù)據(jù)是連接獨有地用一個精密結(jié)構(gòu)，用一種擴展碼C擴展的，使得在接收方面例如n個連接是可通過這個CDMA組分(碼分多址)分離的。安排了短的保護時間-無線電塊長度與一個時隙ts的長度的差值-，這些保護時間用作為時間同步用的允差。
這三個基站BS1至BS3要么是安置在相同的所在地上的和負責(zé)不同的區(qū)，要么是安置在不同的所在地上的，圖3。基站BS的傳播圖至少部分地互相重疊。每個基站BS1至BS3負責(zé)給其分配了一個無線電小區(qū)指示器的一個無線電小區(qū)。圖3中所示的基站BS1至BS3的設(shè)立與時隙ts到三個基站BS1至BS3上的劃分一起，導(dǎo)致對同步的很高的要求，因為基站BS1至BS3的發(fā)射不應(yīng)在無線電小區(qū)的任何地點未受要求地重疊。
按本發(fā)明經(jīng)無線電接口通過參與的相鄰基站之間時隙差值的不斷重復(fù)的發(fā)射、接收、測量和分析處理來一直進行相鄰基站的時間同步，直到通過適配發(fā)射時刻消除了時隙差值和由此達到了時間同步性時為止。
在此一個第二基站BS2在一個第一步驟中接收是一個相鄰基站的一個第一基站BS1的發(fā)射，在此這些發(fā)射可能已經(jīng)含有由第一基站BS1求出的，關(guān)于基站BS1、BS2之間的時間差值的同步信息。
在一個第二步驟中，在第二基站BS2中確定第一基站BS1的發(fā)射的接收時刻，并且進行與第二基站自己的發(fā)射的比較。
在一個第三步驟中，發(fā)射此比較的結(jié)果作為同步信息，并且又由第一基站BS1接收和分析處理。
在第三步驟之前和之后按照比較的結(jié)果適配第二基站BS2的發(fā)射時刻。
本方法既可利用于無線電塊時隙層面上的精細同步，也可利用于時幀層面上的粗同步或基礎(chǔ)同步。
雖然按本發(fā)明的同步方法基于發(fā)射的同時性，然而在本發(fā)明的一個其它的發(fā)展上，例如通過附加的偏移值如此改變此同步方法，使得在兩個基站的發(fā)射時刻之間實現(xiàn)一種恒定的固定的時間推移。當(dāng)應(yīng)由基站負責(zé)不同的小區(qū)大小，并且在可預(yù)先規(guī)定的區(qū)中，例如在兩個小區(qū)的過渡段中(對于轉(zhuǎn)交是重要的)，兩個基站BS1、BS2的發(fā)射應(yīng)同時到達時，這則是特別有利的。如果小區(qū)邊緣不是準(zhǔn)確地在基站BS1、BS2之間的中心里的話，偏移則用于適配。
現(xiàn)在借助按圖5的基站BS1、BS2同步用的一個實例說明本發(fā)明。應(yīng)同步的無線電站都也可以至少部分地是移動站或另外的用戶站。
通過測量和發(fā)射在具有點對多點連接的信道中的第一和第二基站BS1和BS2的時隙差值進行同步。為了說明問題假設(shè)，由位于距第一和第二基站BS1、BS2相等距離上的一個測量點查明，開始時第一基站BS1的發(fā)射時刻位于第二基站BS2的發(fā)射時刻之前達某個值-在這里為4ns-。此外假設(shè)，基站BS1、BS2發(fā)射的結(jié)構(gòu)，尤其是時間的序列和類型各自在另外的基站BS2、BS1中被接收，并且因此是已知的。
通過推移的時隙，第一基站BS1始終比在第一基站的自己的時隙中所期望的遲后D1＝(W+4)ns以地接收第二基站的一個發(fā)射(信號)。相反地第二基站BS2始終比按自己的時隙所期望的提前D2＝(4-W)ns地接收第一基站BS1的一個信號?？梢詫⒋瞬钪刀x為在期望結(jié)果(在自己的時隙之后期望的接收時刻)和實際結(jié)果(測量的接收時刻)之間的OTD(監(jiān)測時間差值)。
在此W是由于信號的有限傳播速度的附加延遲的值(在絕對時間中這應(yīng)稱為“遲后(W-8)ns”，并且然后當(dāng)W很小或等于0時，意味著“遲后-8ns”，也就是“提前8ns”)。
第一基站BS1將由第一基站BS1測量的為D1＝(W+4)的延遲發(fā)射到第二基站BS2上，并且第二基站BS2將由第二基站測量的為D2＝(W-4)的延遲發(fā)射到第一基站BS1上。又在點對多點連接的信道中進行此發(fā)射，在此類似于移動站用的TA值(定時超前)指出時間差值，并且采用無線電小區(qū)指示器作為尋址信息。為了用一個正的信令也指出負的差值，采用一種負的偏移。例如由一個基站BS一次對每個幀fr發(fā)射一個或多個這樣的同步信息。從尋址信息中得出，信息是定向到哪個相鄰基站BS的。
因此按一個第一方案安排了，每隔X個幀向每個相鄰的基站BS信令時間差值。一個第二方案安排了，僅在需要時，也就是在某個大小的偏差時進行信令。一個第三方案在于，通過相鄰基站BS安排信令作為對通知的應(yīng)答。如果第二基站BS2接收第一基站BS1的同步信息的話，第二基站則盡可能早地應(yīng)答。方案2和3可以有利地組合。
基站BS1和BS2因此識別由它們本身和各自由另外的基站測量的延遲，并且現(xiàn)在可以采用此延遲用于補償它們的發(fā)射時刻或時隙，使得由此實現(xiàn)時間同步。
對此第一基站BS1通過運算((W+4)-(W-4))/2算出第一基站BS2的發(fā)射時刻位于第二基站BS2的發(fā)射時刻之前4ns。第二基站BS2相反地從((W-4)-(W+4))/2中算出，第二基站的發(fā)射時刻位于第一基站BS1的發(fā)射時刻“之前”-4ns(意即也就是遲后4ns)。
基站BS1和BS2可以用信息以不同方式同步它們的發(fā)射時刻，例如1.BS1向后推移發(fā)射時刻達4ns/2＝2ns，而BS2向后推移發(fā)射時刻達-4ns/2=-2ns，意即向前2ns。在圖5中表示了這種情況。
2.BS1和BS2通過相互的信令或通過配置數(shù)據(jù)知道，誰讓它的發(fā)射時刻不改變，而誰推移。
在應(yīng)用按本發(fā)明方法時例如可以確定一個方案，只準(zhǔn)返回推移發(fā)射時刻，以便避免例如第二基站BS2用的數(shù)據(jù)塊的損失。例如當(dāng)?shù)诙綛S2應(yīng)恒定地保持發(fā)射時刻時，第一基站BS1則必須將發(fā)射時刻向后推移達4ns，以便實現(xiàn)同步性。
在同步了發(fā)射時刻之后，基站BS1、BS2僅還測量和接收測量的D1’＝D2’＝W ns的延遲等等，由此以(W-W)ns＝0得出，發(fā)射時刻正好一致。通過按上述三個步驟不斷繼續(xù)發(fā)射、接收和測量發(fā)射時刻的觀察差值來微調(diào)和因此持續(xù)地維持同步性。
以相同方式可以應(yīng)用此方法于多于兩個基站BS之間的同步。在此對于每個基站副BSi-BSj(i，j＝1…n)另行實施按以上實例的步驟和計算。對此，肯定地尤其是按序號1說明的同步方法(對分計算的發(fā)射時刻推移)是特別有利的。在對于不同的相鄰基站計算不同的發(fā)射時刻推移的情況下，則可以通過對不同結(jié)果的平均值計算確定每個基站的產(chǎn)生的推移。
為了避免網(wǎng)絡(luò)范圍的同步的不穩(wěn)定性，僅在某些較長的區(qū)間中進行發(fā)射時刻，并且在此區(qū)間之內(nèi)或者超出此區(qū)間之外對計算的結(jié)果求平均值。
當(dāng)在基站上采用定向天線或可調(diào)節(jié)天線(SDMA或智能天線)時，則可以采用這些天線用于改進此方法。對此將在同步信息發(fā)射時的天線傳播圖正好瞄準(zhǔn)相鄰基站。對于移動站反正不需要對于同步所必要的信息。如果相鄰的基站BS沒有直接的視線連接，則在基站BS之間的電位的多路傳播的型面卻是倒易的。因此可能的是，對于接收時刻的確定例如在最短的路徑或最強接收路徑上進行一種確定，因為這個路徑對于基站副各自是相同的路徑。
即使當(dāng)應(yīng)同步的無線電站移動或已改變它們的所在地時，按本發(fā)明的時間同步方法因此無附加技術(shù)花費地保證一種完全獨立的，自行校正的同步。
權(quán)利要求
1.用于無線電通信系統(tǒng)中無線電站(BS)時間同步的方法，其中一個第二無線電站(BS2)經(jīng)無線電接口接收至少一個第一相鄰無線電站(BS1)的發(fā)射，針對接收的發(fā)射在第二無線電站(BS2)中確定一個接收時刻，將接收時刻與第二無線電站(BS2)的自己的發(fā)射的一個發(fā)射時刻比較；由第二無線電站(BS2)發(fā)射比較的結(jié)果作為同步信息；由第一無線電站(BS1)接收同步信息；和在同步的意義上將第一無線電站(BS1)的發(fā)射時刻與第二無線電站(BS2)適配。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中在第一無線電站(BS1)的發(fā)射中同樣含有了到第二無線電站(BS2)上的同步信息，由第二無線電站(BS2)利用這些同步信息用于同步。
3.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中在兩個無線電站(BS1，BS2)的發(fā)射時刻的查明的偏差情況下，兩個無線電站(BS1，BS2)適配發(fā)射時刻。
4.按權(quán)利要求3的方法，其中兩個無線電站(BS1，BS2)的發(fā)射時刻的推移大致是相等大小的。
5.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中僅通過在遲后發(fā)射的意義上的推移來適配發(fā)射時刻。
6.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中重復(fù)地進行同步，在此情況下間隔為一個幀持續(xù)時間的多倍。
7.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中在同步之前進行比較結(jié)果的平均值計算。
8.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中一個頻帶之內(nèi)的無線電接口按時分復(fù)用法是組織到各自形成一個幀(fr)的多個時隙(ts)中的，選擇地在上行或下行方向(UL，DL)上利用時隙(ts)，和一個幀(fr)的時隙(ts)是分配給不同無線電站(BS)的
9.按權(quán)利要求8的方法，其中頻帶是寬帶的，并且借助于一個連接獨有的擴展碼(C)區(qū)別在頻帶之內(nèi)同時傳輸?shù)男盘枴?br> 10.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中同步是針對無線電塊的發(fā)射時刻的精密同步。
11.按權(quán)利要求1至9之一的方法，其中同步是針對一個幀(fr)的開始的粗同步。
12.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中在針對無線電站(BS1，BS2)的發(fā)射時刻的同步時考慮恒定的時間的偏移值。
13.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中無線電站(BS1，BS2)允許定向的傳播，并且將同步信息定向地傳播到相鄰的無線電站(BS1，BS2)上。
14.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中在兩個無線電站(BS1，BS2)上的接收時刻是在多路傳播的多個信號組分之內(nèi)各自針對最短的或最強接收的傳播路徑的。
15.按以上權(quán)利要求之一的方法，其中無線電站(BS1，BS2)是基站或用戶站。
全文摘要
按本發(fā)明可以是基站的但是也可以是移動著的移動站的無線電站的互相補償?shù)玫讲捎谩Ｒ虼艘粋€第二無線電站經(jīng)無線電接口(例如UMTS用的TDD)接收至少一個相鄰的第一無線電站的發(fā)射,針對接收的發(fā)射確定一個接收時刻,將此接收時刻與自己發(fā)射的一個發(fā)射時刻作比較,和將比較的結(jié)果作為同步信息來發(fā)射。第一無線電站接收此同步信息,并且從同步的意義上將發(fā)射時刻與第二無線電站適配。
文檔編號H04B7/26GK1262586SQ99125349
公開日2000年8月9日 申請日期1999年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月17日
發(fā)明者C·門策爾 申請人:西門子公司