CN1257389A - 同步至少两个时基的处理和被这样同步的基站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于同步至少两个时基的处理,每个时基专用于无线电通信设施的一个基站(10,12,14,16)。该时基是由都具有相同的持续时间的连续的时间块形成的,而该基站是都从具有周期信号的相同的电源供给网络(18)供电。供给网络(18)的信号周期是多倍的每个时间块的持续时间。每个时间块是与电源供给网络(18)的周期信号同步。

Description

同步至少两个时基的处理和被这样同步的基站

本发明涉及同步至少两个时基的处理，每个时基为无线电通信设施的一个基站专用，该时基是由都具有相同的持续时间的时间块形成的，所有的基站由相同的具有周期信号的供电网络供电，其中供给网络的功率信号周期是多倍的每个时间块的持续时间。

当前的无线电通信设施，特别当它们是用于住宅的或者商业网，要求它能够容易地增加这些设施，在其实施期间一个基站能够接收和/或发送信息不需要复杂的调节。特别，应该能够增加新的站到该设施而不涉及合格的技术人员进行新的站与已经安装的其它站的同步，正如该设施的无线电映射功能那样。

然而，在无线电通信设施的不同的基站之间同步是有利的，使得允许由无线电帧形成的数据串同时传输，使同时该设施最小的传输能力的移动性。

通常，每个基站具有阐述单独的时基的可用装置。这个时基是由都具有相同的持续时间的连续的时间块形成的。每个时间块允许数据串的传输。从几个基站发出的数据串的发送的同步相当于同步不同的基站的时基。

每个无线电帧通常分成有限时隙集，正如在图1和2所示。每个无线电帧例如包括16个相同持续时间的连续的时隙。每个时隙允许通常称为“短促脉冲串”的基本的消息的传输。

每个基站具有一个覆盖区域，称为小区。在足够接近的两个小区情况下，路径衰落不提供两个小区的足够的分离，允许分别地在两个相关的小区中传输两个基本的消息，而且同时地或者在部分地重叠时隙中，两个基本的消息使用不同的区别的格式以使它们可以被区别。使用不同的频率(频分)或者也可以通过实现适当的编码方法(码分)可以获得基本的消息的不同的区别的格式。

在图1中部分地表示的是相应于两个相关的小区的两个无线电帧，假设两个小区的基站是无线电帧同步的。

无线电帧的同步允许第一无线电帧2的任何时隙2A的内容确实地与同时地发送的第二无线电帧4的单个时隙4A的内容被同时地传送。

正如图2表示的，如果没有同步，相反地，第一无线电帧6的每个时隙6A的内容部分地重叠第二无线电帧的两个连续的时隙8A，8B传送。

因此，两个时隙8A和8B的内容必须每个时隙具有允许它们从时隙6A的内容或多个内容中区别的一个区别的格式。

更一般地，如果包括相邻的n个基站的设施没有同步，其小区可能彼此干扰，在小区中的任何时隙的内容必须具有区别的格式，允许它从相应于n-1个其它基站的其它无线电帧的2n-2个部分地伴随的时隙的内容中区别出。

另一方面，如果无线电帧是同步的，任何时隙的内容必须具有一个区别的格式，允许它从n-1其它基站发射的其它无线电帧的仅仅n-1时隙的内容中区别出。

每一个区别的格式互斥关系的数量的减少使得它可能增加在几个可能地干扰小区之间给定瞬时的可用的区别格式的数量，因此信息量同时地围绕该设施流动。

已经建议了自动的同步由几个基站发送的无线电帧的几个解决方案。

根据第一解决方案，装备适合发送用于其它基站的同步消息的附加的基站。每个基站同步发送的无线电帧在接收的同步消息上。

第二解决方案提供用于每个基站连接的网络。这个网络寻址同步消息到这些基站。

这些解决方案满意地操作。然而，它们要求在可以建立通信设施内的新的基站的不同的建设者或操作者之间共同操作，这对用于住宅的或者商业使用的系统是不利的。

本发明的目的是提供同步处理和设备，而不要求高资格的技术人员卷入在该设施内建立新的基站的同步，和在该设施中涉及的不同方之间合作分配的设计。

为此目的，本发明的主题是同步至少两个时基，每个时基专用于无线电通信设施的一个基站，该时基是由都具有相同的持续时间的时间块形成的，所有基站由相同的具有周期信号的电源供给网络供电，其中供给网络的供给信号的周期是多倍的每个时间块的持续时间，其特征在于每个时间块是与电源供给网络的周期信号同步的。

根据特定的实施模式，本方法包括一个或者多个下面的特性：

在同步的时间块时基站同时地传送数据串，每个数据串在一个时间块时传送，从而保证具有电源供给网络的周期信号的每个数据串传输的同步；

-每个基站产生与电源供给网络的信号同步的一个主时钟信号，从该基站的数据串的传输是通过主时钟信号的预定的状态变化触发的；

-主时钟信号是一个矩形波信号，和数据串的传输是通过检测所述方波信号的一个边缘触发的；

-方波信号的状态变化是由供给网络周期信号的电压通过至少一个参考电压的相交引起的，该或者每个参考电压是供给网络周期信号的最大电压的预定的部分；

-每个基站跟踪供给网络的周期信号的变化，和在检测信号中的不稳定性时，临时中断具有供给网络周期信号的时间块的同步；

-在同步暂时中断期间，该基站跟踪供给网络周期信号的变化和在预定的持续时间之后重新开始时间块与供给网络周期信号的同步，在该过程中忙于检测到信号中的不稳定性；和

-在同步中断的过程中，和在重新开始同步之前，重新开始同步的每个基站传送用于与它通信的移动站注意的宣布再同步的消息。

而且本发明的主题是包含以下装置的类型的无线电通信设施的一个基站：单独用于建立这个站的时基的装置，该时基是由都具有相同的持续时间的连续的时间块形成的，连接到具有周期信号的电源供给网络的装置，供给网络的供给信号周期是多倍的每个时间块的持续时间，和用于同步该基站与连接到相同的供给网络、用于时间块同步的其它基站，其特征在于该同步装置包含用于同步该时间块与电源供给网络的周期信号的装置。

根据特定的实施例，该基站包括一个或者多个下面的特性：

-它包括在时间块时用于发送数据串的装置，每个数据串在一个时间块时传送，从而保证每个数据串传输与电源供给网络的周期信号同步；

-它包括用于产生与电源供给网络的信号同步的一个主时钟信号的装置，和在主时钟信号的预定状态变化时，触发来自该基站的数据串的传输的装置；

-主时钟信号是一个矩形波信号，和数据串的传输是通过检测所述方波信号的一个边缘触发的；

-它包括用于跟踪供给网络的周期信号的变化的装置，和在检测信号中的不稳定性时，临时中断时间块与供给网络周期信号的同步的装置；

-在暂时的中断同步期间，用于跟踪信号变化的装置，以便跟踪供给网络周期信号的变化和在预定的持续时间之后命令恢复时间块与供应网络周期信号的同步，在该过程中没有检测到信号中的不稳定性；和

它包括在同步中断过程中和恢复同步之前，用于发送用于与该基站通信的移动站注意的、宣布再同步的消息的装置。

在阅读下面仅仅以例子同时参见附图的描述时更好的理解本发明，其中：

已经引用的图1和2分别是同时发送的、同步的和非同步的无线电帧对的示意图；

图3是适合于根据本发明实施同步过程的通信设施的示意图；

图4是图3设施的一个基站的示意图；

图5是表示同步帧传输得到的供给电压和时钟信号随时间变化的图；

图6是说明用于同步基站的装置的操作流程图。

在图3中图解地表示的是无线电通信设施的一部分。仅仅表示四个基站10，12，14，16。它们每个适合于发送和接收每个包括十六时隙的无线电帧。该网络例如满足在TDD模式中由ETSI对于UMTS(通用的移动电信系统)定义的技术规范。每个无线电帧的持续时间相应于为每个基站定义的时基的时间块的持续时间，是10ms。

基站10至16从它们连接的共同的供电网18供给电源。网络18例如包括本地电源网络。后者例如传送220Vrms的交流电压。供给信号是周期的并且具有50Hz的固定频率，即20ms的周期。

在考虑的例子中，基站10至16全部是相同的。在图4中表示站10。后者包括链接到天线22的传输装置20，用于发送和接收基本的消息。传输装置20是适合的，正如本身已知的，使得在无线电帧的时隙中根据在输入23接收的同步信号发送和/或接收基本的消息。后者链接到产生同步信号的装置24的输出。装置24是适合于寻址传输装置20的定义在无线电帧的时间中的位置的同步信号。通过该装置24分开同步信号分配的周期等于时间块的持续时间。

则时间块被定义为分开两个连续的同步信号的时间间隔，这个间隔允许发送和/或接收无线电帧中的基本的消息。

产生该同步信号的装置24由驱动单元25控制的。后者也控制该传输装置20。

用于分析由供给网络18传送的电压的装置26链接到该驱动单元25，以使后者根据供给电压的变化控制装置20和24。

分析装置26特别适合于监视供给信号频率的变化。它们特别地适合与检测这个信号的频率不稳定性和比较这个不稳定性与预定的不稳定性阈值。它们产生表示供给信号稳定性的指示符I。

用于产生同步信号的装置24和分析的装置26两者包含一个类似的输入28。这个输入28链接传送实质上恒定等于13MHz的的高频时钟信号的一个本地的时钟32。这个时钟信号是由基站10内的时钟32产生的并且与其它基站的相应的时钟信号无关。

装置26的第二输入30链接到产生与供给网络18的正弦信号同步的主时钟信号的装置34。主时钟信号是一个方波信号。

装置26的第三输入35链接到装置24，以便接收辅助时钟信号，该辅助时钟信号类似于在输入30接收的主时钟信号并且只要基站是在与供给网络同步的模式就与后者信号对齐。

装置26的第四输入36链接到驱动单元25。它接收从单元25发出的一个指示，指示辅助的时钟信号刚刚利用某一个数量D校正，确定这个数量D以便保持辅助的时钟信号与主时钟信号校准，或者以便再同步它与主时钟信号。

向着共同的供电网18前进，装置34包括用于降低电压的装置37和一个带通过滤器38，带通过滤器38的输出连接一个滞后比较器39。

降低电压的装置37例如包括一个无源的分压器，一个变压器，或者一个低增益工作的乘法器电路。它们例如执行以等于31的一个降低因数降低该电压。

带通过滤器38的通带中心在由网络18传送的供给信号的中频，那就是说50Hz。

滞后比较器39包括两个翻转阈值+V_ref和-V_ref，它们的值是相等并且相对于零电压是相反的。

装置26适合于计算在输入30接收的主时钟信号和在输入35接收的并且始发于装置24的辅助的时钟信号之间的相对相移D。这个相移D表示成辅助的时钟信号的上升沿和主时钟信号的上升沿之间的许多时钟周期32。

此外装置26适合于跟得上辅助的时钟信号的绝对相位O。每次装置25对装置26指示辅助的时钟信号刚刚由D校正时，绝对相位O递增相移D。

每次计算出相对相位移D时，装置26在日报表中存储主和辅助的时钟信号之间的绝对相移D′＝D-O。装置26还产生主时钟信号的频率稳定度的指示符I，借助保持的日报表，通过观察绝对相移D’随时间变化来进行的。当在计数为许多时钟周期32的至少某一个时间期间绝对的相移D’变化最多没有变化某一个阈值时，认为主时钟信号是稳定的。让我们注意，绝对的相移D’的变化在我们的例子中是估计的模20ms，例如在13MHz的时钟，20ms给出260,000时钟周期，因此绝对的相移D从259,999到0变化是小的变化(259,999实际上等于-1模260,000)。

取决于每个时隙持续时间的估计，装置26确定供给网络的周期信号是否具有稳定的频率或者超过预定时间间距。根据装置25产生的对(I，D)，其中I为表示主时钟信号稳定性的指示符，而D是应用到辅助的时钟信号的校正的相对相位移，以便与主信号再校准，驱动单元25将该站的操作放入与供给信号同步的模式，其中辅助时钟信号与主时钟信号同步，或者进入与供给信号不同步的模式，其中由装置24建立的辅助的时钟信号在内部时钟32的基础上单独地进展。

当驱动装置25命令通过位移D重新校准或者再同步辅助的时钟信号与主时钟信号时，它们则通知装置26。

因此，根据驱动单元25的控制模式由传输装置20处理的无线电帧的时钟或者是与电源供给网络18的周期信号或者与单独地从基站的内部时钟构成的辅助时钟信号同步。

该同步信号是由装置24在辅助的时钟信号基础上建立的。一方面在每次接收辅助的时钟信号的上升沿时，另一方面在接收上升沿滞后10ms终了之后，这个同步信号寻址传输装置20。滞后10ms的终了根据内部时钟32确定。

因此，在与供给信号同步的模式中，同步信号以100Hz的频率分配给传输装置20，同时与具有50Hz频率的供给信号同步。

辅助的时钟信号是在装置24内构成的方波信号。它具有等于供给网络的理论频率的固定频率。它是通过实现适合的计数器获得的，计数器求和在高频从时钟32接收的脉冲。装置24适合于以驱动装置25传送的任何相移D再校准这个信号。

参见图6详细描述在任何一个同步模式内的基站的操作情况。

此外，每个基站包括装置40，用于估计无线电通信量负载。装置40适合于确定由有关的站覆盖的范围的负载。它们链接到驱动单元25，以使后者可以控制传输装置20，以便当后者执行与供给网络18的信号再同步时，触发发送注意当前与有关的基站通信的移动站的再同步消息。

在图5表示的是用于产生主时钟信号的装置34的操作模式。

正弦曲线C1表示在由装置37降低电压和由带通过滤器38滤波之后供给网络18的电压对于时间的变化。获得的正弦信号具有50Hz的频率，以使该信号的周期是20ms，也就是说两倍于无线电帧的持续时间。

比较器39适合于比较该电压与+V_ref和-V_ref表示的两个阈值。这两个阈值电压有利地是等于供给电压最大值的一部份。在考虑的例子中，参考电压采取等于在滤波器38输出电压的三分之一。

曲线C2表示比较器39的输出值为电压变化的函数。

当供给电压变得大于参考电压+V_ref时，比较器的输出值转到1。当供给电压变得小于该参考电压时这个值转到零。

因此在比较器39的输出获得形成主时钟信号的方波信号。后者的频率准确地对应供给信号的频率。

当传递给传输装置20的同步信号取决于主时钟信号时，该无线电帧与电源供给网络18的周期信号同步。因为该网络的供给信号的振荡周期是每个时间块的持续时间的多倍，在供给信号周期期间同步装置24发送整数的同步信号到传输装置20，在这里整数等于2。在接收该同步信号时，装置20开始无线电帧的处理。

每个基站连接到相同的供电网，它们都以类似的方式与相同的参考信号同步。因此，无线电帧都同时地传送和与它们包括的时隙满意的同步。

在图6表示的是驱动单元25的操作流程图，特别是用于控制产生同步信号的装置24的逻辑的流程图。

在状态100，认为同步信号是由供给信号的频率固定的。因此，无线电帧的处理是与供给信号同步的。

在步骤104，装置25从装置26接收一对(I，D)。如果I指示已经检测到幅度大于预定义阈值的频率不稳定性，在步骤106，基站转换到与供给信号不同步的操作模式，其中由装置24产生的辅助的时钟信号不再与主时钟信号校准，但是在输入端28接收的时钟信号的基础上单独地变化。如果I不指示任何频率不稳定性，在步骤107相移D加到辅助的时钟信号，使得保持它们与主时钟信号校准。因此保持与供给信号同步的模式。

在步骤107，驱动单元25命令装置24利用相移D再校准辅助的时钟信号。单元25也通知分析装置26这个再校准。

当转换到不与供给信号同步的模式时，通过到状态106，由装置24产生的同步信号对应于不从属供给信号的辅助的时钟信号。开始，后者与检测到不稳定性的边缘之前的主时钟信号的最后一个上升沿校准。随后它的频率通过计数时钟32的脉冲被加上。

则不再在长时期保证该设施不同的基站的相互同步，因为每个站的同步信号是由它的内部时钟32确定的和因为不同的内部时钟32可能彼此漂移。则该设施的传输能力降低了。

在步骤108，驱动单元25可能从分析装置26接收一对(I，D)。这是因为分析装置26为了检测频率不稳定性周期的末尾连续地分析供给电压。因此，如果对于持续时间大于参考持续时间，没有检测到不稳定性大于预定门限值，分析装置26分配一配对(I，D)给驱动单元25，其中I指示主时钟信号是稳定的。如果收到这样的一对，驱动单元25转到步骤110，否则基站继续以与供给信号不同步的模式操作。

在步骤110，驱动单元25检验由估计装置40指示的无线电通信量对于再同步是否是适当的，也就是说例如它小于极限负荷。如果不是这样的情况，保持与供给信号不同步的模式。

一旦无线电通信量负荷允许，在步骤112，驱动单元25就命令传输装置20发送通知注意与该基站通信的移动站的再同步的消息。这个消息指示移动站将重新开始与供给信号同步模式的瞬间。该消息通知由每个移动站在公共的广播信道或者专用于这个移动站的信道上收到再同步。

在步骤114，分析装置26处理再同步滞后完成。在后者完成之后，如果在步骤116测试主时钟信号为稳定的，则在步骤120该基站转换为与供给信号同步的模式。这包含命令装置24通过校正从装置26收到的的相移D再校准后者的辅助的时钟信号，和报告这个校正给装置26。这个转换是在单个无线电帧的持续时间内执行的。

所有的基站通常是与相同的供给信号同步，在同时的时间块时它们处理互相同步的无线电帧，以使不同的时隙之间的干扰危险最小。

在前述的例子中，供给网络的周期是每个无线电帧持续时间的两倍。然而该同步处理可以不顾供给网络的周期来实施，这个周期等于每个无线电帧持续时间的整数倍。

而且，与周期的供给信号同步可以对于每个时隙而不是对于每个无线电帧进行。时基的单元时间块则是一个时隙的持续时间。在这种情况下，供给网络的周期等于32倍的每个时隙的持续时间，以使实际的再同步可以仅仅每32时隙进行，中间的同步信号是从内部时钟32产生的。

通常，根据本发明的处理，在有关时基的时间块发送的任何数据串可以与供给信号同步，供给网络的周期是多倍的形成时基的时间块的持续时间。

Claims (15)

1.一种用于同步至少两个时基的处理，每个时基专用于无线电通信设施的一个基站(10，12，14，16)，该时基是由都具有相同的持续时间的连续的时间块形成的，而各基站都是从具有周期信号的相同的电源供给网络(18)供给的，其中供给网络(18)的供给信号的周期是每个时间块持续时间的多倍，其特征在于：每个时间块是与电源供给网络(18)的周期信号同步。

2.根据权利要求1的处理，其特征在于基站(10，12，14，16)在同步的时间块上同时地传送数据串，每个数据串在一个时间块上传送，从而保证每个数据串的传输与电源供给网络(18)的周期信号同步。

3.根据权利要求2的处理，其特征在于每个基站(10，12，14，16)产生与电源供给网络(18)的信号同步的一个主时钟信号，和从该基站的数据串的传输是由主时钟信号的预定的状态变化触发的。

4.根据权利要求3的处理，其特征在于该主时钟信号是一个方波信号而数据串的传输是通过所述方波信号边缘的检测触发的。

5.根据权利要求4的处理，其特征在于方波信号状态变化是由供给网络(18)的周期信号的电压通过至少一个参考电压的相交引起的，该或者每个参考电压是供给网络(18)的周期信号的最大电压的一个预定的部分。

6.根据前述的权利要求的任何一个权利要求的处理，其特征在于每个基站(10，12，14，16)跟踪供给网络(18)的周期信号的变化，和在检测该信号的不稳定性时，临时中断时间块与供给网络(18)的周期信号的同步。

7.根据权利要求6的处理，其特征在于：在同步暂时中断期间，基站(10，12，14，16)跟踪供给网络(18)的周期信号的变化并且在预定的持续时间之后重新开始时间块与供给网络(18)的周期信号的同步，在该过程中没有检测到该信号的不稳定性。

8.根据权利要求6或者7的处理，其特征在于在同步中断的过程中，和在重新开始同步之前，将重新开始同步的每个基站(10，12，14，16)注意与它通信的移动站发送通知再同步的消息。

9.一种无线电通信设施的基站(10，12，14，16)，该类型的基站包括用于建立这个基站单独的时基的装置，该时基是由都具有相同的持续时间的连续的时间块形成的，到具有周期信号的电源供给网络(18)的连接装置，供给网络(18)的供给信号周期是每个时间块持续时间的多倍，和用于同步该基站与连接到相同的供给网络、用于时间块同步的其它基站，其特征在于该同步装置包含用于同步该时间块与电源供给网络(18)的周期信号的装置。

10.根据权利要求9基站，其特征在于：它包括在时间块时用于发送数据串的装置，每个数据串在一个时间块时传送，从而保证每个数据串传输与电源供给网络(18)的周期信号同步。

11.根据权利要求10的基站，其特征在于它包括用于产生与电源供给网络(18)的信号同步的一个主时钟信号的装置(34)，和在主时钟信号的预定的状态变化时，用于触发从该基站的数据串的传输的装置(24，25)。

12.根据权利要求11的基站，其特征在于该主时钟信号是一个方波信号，而数据串的传输是通过所述方波信号边缘的检测触发的。

13.根据权利要求9至12的任何一个权利要求的基站，其特征在于：它包括用于跟踪供给网络(18)的周期信号的变化的装置(26)，在检测该信号的不稳定性时用于临时中断时间块与供给网络(18)的周期信号的同步的装置(26，24)。

14.根据权利要求13的基站，其特征在于：用于跟踪该信号变化的装置(26)适合在同步暂时中断期间跟踪供给网络(18)的周期信号的变化并且在预定的持续时间之后重新命令恢复时间块与供给网络(18)的周期信号的同步，在该过程中没有检测到该信号不稳定性。

15.根据权利要求13或者14的基站，其特征在于：它包含注意与该基站通信的移动站用于在同步中断的过程中和在同步恢复之前发送一个消息通知再同步的装置(20，25，40)。

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