专利名称：一种实现往返时间测量的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信中往返时间(RTT，Round Trip Time)的测量技术，特别是指一种利用CPRI协议实现往返时间测量的方法。
背景技术：
在宽带码分多址(WCDMA)系统中，基站(NodeB)需要支持手机定位业务，这一般通过测量无线信号上下行环回链路的传播时延RTT的值来实现，并且为保证测量的准确性，在第三代合作伙伴计划(3GPP)协议中对RTT的测量精度规定了较高的要求。
目前，为了推动无线产业的发展，几个NodeB设备供应商提出了基带(BB)和收发信机单元(TRU，Transceiver Unit)之间标准化的通用公共无线接口(CPRI)。CPRI定义了BB和TRU之间的数据接口、链路传输、控制管理等方面的内容。
参见图1所示，基站系统由基带和收发信机单元组成，收发信机单元上设置有天线。目前一个通常的做法是在基带中设立一个统一的时间参考点R0，下行数据经由该点R0发出，经过TRU从天线口输出点R5发送出去，达到手机；上行方向上，手机发出数据达到基站天线口的输入点R6，再经过TRU处理并传送到基带的R0点。这样，基带可以在参考点R0处检测对应数据在上下行链路环回的时间，通过计算得到无线信号从基站天线传到手机，再从手机返回到基站天线(参考图1中虚线所示链路)的环回时间，即RTT测量结果。
无线设备控制器(REC)，即NodeB中的BB与无线设备(RE)，即NodeB中的TRU间数据传输延迟时间量，根据CPRI协议，可以按照如下方式获得。参见图2和图3所示，图2和图3分别为REC与RE间延迟测量的参考点及延迟时间量的示意图。下行方向，REC与RE间的延迟为T12，可通过测量获得；Toffset是RE在处理CPRI接口数据时确定的上下行数据帧的延迟，RE会将这个参数上报给REC；上行数据从RE到REC的时间延迟为T34；T14是REC在参考点R0上实时测量得到的环回链路的延迟。一般情况下，CPRI这段接口在上下行的传输时延上是对称的，即T12＝T34，从而T12＝T34＝(T14-Toffset)/2。
以基带上的R0为参考点，可以方便地检测到上下行对应的信号，从而得到特定信号在整个环回链路上的时延。但是RTT只考虑R5和R6之间的环回时间，现有技术必须在整个环回时间的基础上，扣除R0到R5的时间，和R6到R0的时间。这两段时间又分别包括BB上的处理时延和TRU上地处理时延。如果中间时间计算偏差较大，将会影响RTT测量的要求。
特别是采用CPRI接口后，BB和TRU之间传输处理时延的不确定性进一步增大，这样进一步增加了RTT测量的设计难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现往返时间测量的方法，避免中间时间计算偏差的影响，提高往返时间测量的准确性。
本发明提供的一种实现RTT测量的方法，应用于由BB和TRU组成的支持CPRI协议的基站系统中，包括a)BB在从统一的时间参考点发出的下行数据中加入时间信息，规定当前下行数据从时间参考点到达目标TRU天线输出点的时延量，通过自身CPRI接口转换为下行CPRI帧的形式向目标TRU发送；b)目标TRU通过自身CPRI接口接收BB发来的成下行CPRI帧形式的数据，还原后，根据当前下行数据中的时间信息通过本地天线发送下行数据，使该下行数据到达天线输出点时相对于所述时间参考点的时延量满足时间信息的规定；
c)目标TRU通过本地天线接收移动终端反馈的上行数据，通过自身CPRI接口加入BFN转换为上行CPRI帧的形式，向BB发送；d)BB通过自身CPRI接口接收成上行CPRI帧形式的数据，还原后，确定当前上行数据所对应的下行数据，获取该下行数据时间信息规定的时延量，以及当前上行数据的所述BFN，并根据已知的目标TRU侧上下帧固定时延差，上行数据从目标TRU天线输入点到该TRU输出接口时延量，计算RTT测量值为该上行数据的所述BFN值与目标TRU侧上下帧固定时延差的和，减去下行数据从所述统一时间参考点发出时的BFN计数值、从所述目标TRU侧CPRI接口到天线输出点的总时延量以及上行数据从目标TRU天线输入点到该TRU输出接口时延量的差。
该方法目标TRU发出的所述上行CPRI帧形式数据的BFN为与当前上行数据同时刻被目标TRU收到的下行CPRI帧的BFN值与目标TRU侧所述上下帧固定时延差。
该方法步骤b)所述下行数据发送过程包括目标TRU用所述下行数据时间信息中规定所述时延量，减去下行数据从所述统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口所经过的时延量，再减去该目标TRU内部固定的下行数据从CPRI接口到天线输出点的时延量，所得到的差值作为需缓存时间量；按照需缓存时间量对当前下行数据在缓存后向天线发送；步骤d)所述目标TRU侧CPRI接口到天线输出点的总时延量为所述缓存时间量与下行数据从目标TRU的CPRI接口到天线输出点传输过程的时延量。
该方法所述下行数据从统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口的时延量为下行数据从统一的时间参考点到BB的CPRI接口之间的时延量与从BB的CPRI接口到目标TRU的CPRI接口之间的时延量的和。
该方法所述步骤b)前进一步包括测量所述下行数据从BB的CPRI接口到目标TRU的CPRI接口之间的时延量。
该方法所述基站系统为级联结构。
该方法所述下行数据从统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口的时延量为下行数据从统一的时间参考点到BB的CPRI接口之间的时延量，BB和目标TRU之间下行方向上，BB与邻近TRU、临近的TRU与TRU的CPRI接口之间的数据传输时延量，TRU内部CPRI接口之间的数据传输时延量的累加和。
该方法所述步骤b)前进一步包括分别测量BB和目标TRU之间下行方向上，BB与邻近TRU，以及临近的TRU与TRU的CPRI接口之间各段的数据传输时延量。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种实现往返时间测量的方法，利用CPRI协议下的基站系统中，Node B的帧号(BFN，Node B Frame Number)基于统一时间参考点这一特性，通过在下行数据中加入时间信息规定下行数据从统一的时间参考点到达目标TRU天线输出点的延迟量等简单的技术手段，使RTT测量的不受数据在基站系统内部传输过程中各段时延测量精度的影响，大大提高了RTT测量的准确性。
图1为基站系统基本组网结构示意图；图2为在现有基本组网结构的基站系统中RTT测量过程的示意图；图3为图2的测量过程中REC与RE间测量的延迟时间量示意图；图4为本发明在基本组网结构的基站系统中RTT测量过程的示意图；图5为本发明在级联组网结构的基站系统中RTT测量过程的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
根据CPRI协议，基站中交互的每个CPRI帧都有一个Node B的帧号(BFN，Node B Frame Number)，范围是0～4095，单位是10ms。在基站的BB侧设置有唯一的实时计时器，每个从BB侧发出的CPRI帧都以实时计数器的计数值作为BFN。从TRU侧发出的CPRI帧则以同时刻从BB接收到的CPRI帧的BFN值减去本地的上下帧的固定时延差Toffset作为BFN。
本发明方案在采用CPRI协议后，利用BFN在基站系统内部基于统一的定时参考这一特性，在TRU上控制上下行数据的收发定时，在BB上直接计算TRU所提供的定时信息，最后扣除TRU上R2到R5的时延T25和R6到R3的时延T63，从而得到T56，即RTT测量值。屏蔽了CPRI接口和基带处理时延的影响，保证RTT测量只和TRU上处理有关，从而提高了RTT测量精度。
参见图4所示，为CPRI协议下基本组网结构的基站系统，包括一个BB和TRU，BB和TRU中各自有一个CPRI接口用于二者之间的通信。为描述方便在BB侧的CPRI接口处示出有下行参考点R1和上行参考点R4，在TRU侧的CPRI接口处示出有下行参考点R2和上行参考点R3。另外，图中R0表示BB统一的时间参考点，R5和R6分别为TRU天线的输出点和输入点。
下面根据数据从基带时间参考点R0开始，下行发送出去，经过TRU，再从上行接收回来到R0处，这样一个上下行数据的测量过程为例来对本发明方案进行详细描述。在该系统中BB与TRU之间通过CPRI接口连接，数据以CPRI帧的形式发送。
步骤11，BB从统一的时间参考点R0向TRU发送下行数据，在该下行数据中加入有时间信息，规定该下行数据到达TRU天线输出点R5时相对于R0发出时的时延量，为以后计算方便，时延量的单位可以采用BFN的计数单位，该下行数据在R1处的CPRI接口被转换为CPRI帧后向TRU发送。
步骤12，通过上面所述CPRI协议规定的方法测量下行CPRI帧从BB侧CPRI接口R1到TRU侧CPRI接口R2之间的时延量T12。
举例来说，BB于某时刻向TRU发送CPRI帧，该帧通过本地CPRI接口R1发出时BFN为a1。该CPRI帧被发出后经过传输时延T12到达TRU的CPRI接口R2，TRU收到后通过CPRI接口R3向BB发送上行CPRI帧，将发送的CPRI帧中标识的时间信息时延Toffset，即BFN为a1-Toffset。BFN为a1-Toffset的上行CPRI帧，经过上行传输时延T34到达BB侧CPRI接口R4，BB根据收到CPRI帧中的时间信息，得知它收到了对应于BFN为a1下行帧的上行帧。并且，这一过程中总的时延量T14可以在BB侧测量得到，又由于T14＝T12+T34+Toffset，其中Toffset是已知量可通过查询得到，并假定T12＝T34，这样就可以计算得到T12＝(T14-Toffset)/2。
由于时延T12是一个固定值，因此如果基站系统连接没有变动，T12只测一次就可以了，保存后在以后的RTT测量过程就不用执行本步骤。但是，如果发生变动，包括更换模块、更换电缆、上下电等，则需要重测。
步骤13，TRU通过R2处的CPRI接口接收步骤11中BB发出的下行CPRI帧还原为下行数据，然后，TRU根据该数据中的时间信息，计算若要使该下行数据到达本地天线输出点R5时的BFN值满足时间信息的规定，则需要对其缓存的时间量。即首先根据测量得到的T12和已知的下行数据在BB内部从R0发送到R1的时延T01，计算出该下行数据从R0到R2的时延T02＝T12+T01；另外，由于一般情况下，TRU侧从R2到R5的时延T25以及R6到R3的时延T63在系统设计过程中就已确定，因此可通过查表等方式，获得下行数据从R2到R5的处理时延T25；这样，TRU可计算得到若要满足时间信息的规定则需要对该下行数据进行缓存的时间量为Tdelay-T02-T25。于是，TRU在R2在对该下行数据进行Tdelay-T02-T25的缓存后从R2发送出去，该下行数据经过T25时延到达R5并发出，这样保证R0到R5之间的时延满足规定的时延量Tdelay。从这里可以看出加入的所述时间信息应保证Tdelay≥T02+T25，可以看出，如果刚好Tdelay＝T02+T25，则TRU将不进行缓存。
步骤14，手机接收到该下行数据后，将向基站发送上行数据以作出响应，对应的上行数据从手机发出后，在TRU天线的输入点R6处被TRU接收到，经过时延T63到达R3处的CPRI接口，加入BFN转换为上行CPRI帧的形式，向BB发送。此处上行CPRI帧中BFN的确定方法与上述步骤12中举例的相同，即按照CPRI定义，该上行CPRI帧的BFN为对应同时刻TRU收到的下行CPRI帧的BFN值减去Toffset。
步骤15，BB通过R4处的CPRI接口接收TRU发来的上行CPRI帧还原为上行数据后，利用已有技术，根据上行数据和下行数据的对应关系在基带进行搜索可确定该上行数据所对应的下行数据，然后获取该下行数据的时间信息，从而得到Tdelay；获取该上行数据对应所述上行CPRI帧的BFN值，其中这里的BFN值是在CPRI接口R3处加上去的；再结合已知的T63和Toffset，计算得到时延T56，即RTT的测量值。
例如假设BB要求下行数据经过Tdelay延时后在TRU的R5点发出，该下行数据在R0处被发出时，实时计数器的BFN计数值为A0，则该下行数据从R5处发出时刻的BFN计数值A1应该为A1＝A0+Tdelay；另外，R2到R5的总延时为A2，其中A2包括下行数据从R2到R5发送过程的时延T25，再加上TRU对数据进行缓存时间；并假设Toffset＝A3(单位为10ms)，T63＝A4(单位为10ms)，然后在CPRI的BFN＝A5时收到对应的上行数据，那么RTT测量结果为A5+A3-A0-A2-A4(单位为10ms)。
下表1给出一个实际中的测试示例，表中的数字以10ms为单位。
表1从表1中可以看出，下行数据在R0点发出时的BFN为16，并规定在该下行数据到达R5时的时延量Tdelay为16，则到达R5时的BFN为32；TRU收到下行帧后，计算需要缓存的时间量＝Tdelay-(T01+T12)-T25＝16-(1+3)-5＝7；上行CPRI帧形式在TRU侧被CPRI接口R3发出时的BFN为35，这样，计算得到RTT＝R3发出的BFN+Toffset-R2到R5的总延时-R0发出的BFN-T63＝35+9-12-16-6＝10。
从上面所述中可以看出，由于本发明在R2和R3两个参考点上进行数据处理时，都是以下行CPRI帧中的定时信息BFN为参考，而且R3和R2定时标识之间是固定偏差Toffset。RTT测量是这两个参考点定时之差，以及上下行BFN帧号之差，再扣除TRU板上时延，而得到的。因此，RTT测量将和R2前面和R3后面的基带部分不再有关系，不再受CPRI接口和基带部分时延的影响。
如果BB上处理时延T01有误差，或者CPRI接口上传输时延测量不准，即T12有较大误差，将会导致TRU上缓存引入这些误差，同时R5的下行发送时间也直接引入这些误差。但是这些误差也会直接累加在R3发出时间上，最终在T56(RTT)的测量计算中相互抵消掉。
本发明方案屏蔽掉了BB上处理时延、CPRI接口上传输时延的影响，只和TRU上下行的处理时延和TRU上对BFN计时的时钟精度有关。
另外，基站系统还会存在级联的情况，参见图5所示，基站系统由一个BB和多个TUR级联组成，BB与TRU，以及TUR与TRU之间通过CPRI接口连接。其它情况与图4所示的基站系统类似。
下面根据数据从基带统一的时间参考点R0开始，下行发送出去，到达RE-n(第n个RRU)，再从上行接收回来到R0处，这样一个测量过程为例来描述本发明方案。
步骤21，BB从统一的时间参考点R0向TRU发送下行数据，并在下行数据中包含有时间信息，规定该下行数据到达TRUn天线输出点Rn-5时相对于R0发出时的时延量，同样，时延量的单位可以采用BFN的计数单位，该下行数据在R1处的CPRI接口被转换为CPRI帧后向TRU发送。
步骤22，通过上面所述CPRI协议规定的方法，分别测量下行数据在BB到TRU1，和TRU1到TRUn的相邻接口Rk-1与Rk-2之间的时延量Tk-12(k＝1，2，...，n)。
同样，本步骤如果基站系统连接没有变动，也可只执行一次就可以了，保存后在以后的RTT测量过程就不用再执行。
步骤23，下行CPRI帧被逐级转发，被TRUn的Rn-2处的CPRI接口接收，并还原为下行数据，TRUn对BB测量的Tk-12(k＝1，2，...，n)，以及上行数据在BB内部、中间各级REk(k＝1，2，...，n-1)上转发到下级RRU的时延，即接口R(k-1)-2到Rk-1(k＝1，2，...，n-1)的时延，进行累加，得到数据从R0到Rn-2的时延T0n。其中，Rk-1(k＝1，2，...，n-1)都是基站系统内部已知的固定参数。RRU再根据系统设计，通过查表等方式，获得RRU上的下行数据从Rn-2到Rn-5的处理时延(Tn-25)。从而RRU计算得到需要对数据进行缓存的时间量为Tn-delay-T0n-Tn-25。这样，RRUn对Rn-2接收到的当前下行数据，进行(Tn-delay-T0n-Tn-25)的缓存后，经过后面Tn-25的处理时延，从Rn-5将数据发送出去。同样，本步骤中如果刚好Tn-delay＝T0n+Tn-25，则TRU将不进行缓存。
其中，各个TRU在上下行数据的转发时，要保证上下级CPRI帧中的数据和其BFN定时的对应关系不变，以便根据数据的时间定时进行正确的计算。例如，上级TRU下行发送CPRI帧中，某个CPRI帧和某个BFN对应，在其下级TRU收到并处理该CPRI帧时，要保证这一对应关系。
步骤24，手机接收到该下行数据后，将向基站发送上行数据以作出响应，对应的上行数据从手机发出后，在TRUn天线输入点Rn-6处被接收到，经过处理时延Tn-63到达Rn-3处的CPRI接口，加入BFN转换为上行CPRI帧，发送给上级RE，最终到达BB的R0处。此处上行CPRI帧中BFN的确定方法与上面步骤12和14中所述相同，即按照CPRI定义，在当前上行帧的BFN为对应同时刻TRUn于Rn-1处收到的下行CPRI帧的BFN值减去Tn-offset。
步骤25，上行CPRI帧被逐级转发，由BB通过R1-4处的CPRI接口接收到还原为上行数据后，根据上行数据和下行数据的对应关系确定该上行数据对应的下行数据，获取该下行数据的时间信息，从而得到Tn-delay；获取该上行该上行数据所对应所述上行CPRI帧的BFN值，其中这里的BFN值是在CPRI接口Rn-3上加上去的；再结合已知的Tn-63和Tn-offset，计算得到Tn-56的时延，即得到REn的RTT测量。
例如假设BB要求下行数据经过Tn-delay延时后在TRUn的Rn-5发出，该下行数据在R0处被发出时，实时计数器的BFN计数值为A0，则该下行数据从Rn-5处发出时刻的BFN计数值A1应该为A1＝A0+Tn-delay；另外，Rn-2到Rn-5的总延时为A2，其中A2包括下行数据从Rn-2到Rn-5的处理时延Tn-25，加上TRU对数据进行缓存时间；并假设TRUn侧的Tn-offset＝A3，Tn-63＝A4，BB的CPRI接口收到该上行CPRI帧的BFN＝A5，那么RTT测量结果为A5+A3-A0-A2-A4(单位为10ms)。
从上面所述中可以看出，由于本发明在Rn-2和Rn-3两个参考点上进行数据处理时，都是以下行CPRI帧中的BFN为参考，而Rn-3和Rn-2定时标识之间是固定偏差Tn-offset。RTT测量是这两个参考点定时之差，以及上下行BFN帧号之差，再扣除TRU板上时延，而得到的。因此，RTT测量将和Rn-2前面和Rn-3后面的级联部分不再有关系，不再受其它级联TRU和BB部分时延的影响。
如果BB和前级TRU上处理延时T0n有误差，或者各个CPRI接口上传输延时测量不准(同样TOn引入了误差)，将会导致REn缓存引入这些误差，同时Rn-5的下行发送时间也直接引入这些误差。但是这些误差也会直接累加在Rn-3发出时间上，最终在Tn-56(REn的RTT)的测量计算中抵消掉。
因此，本发明方案屏蔽掉了BB上处理延时、各个前级RRU上处理延时、各个CPRI接口上传输延时的影响，是RTT测量值只和本级REn的上下行的处理延时和REn上对BFN计时的时钟精度有关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种实现RTT测量的方法，应用于由BB和TRU组成的支持CPRI协议的基站系统中，其特征在于，包括a)BB在从统一的时间参考点发出的下行数据中加入时间信息，规定当前下行数据从时间参考点到达目标TRU天线输出点的时延量，通过自身CPRI接口转换为下行CPRI帧的形式向目标TRU发送；b)目标TRU通过自身CPRI接口接收BB发来的成下行CPRI帧形式的数据，还原后，根据当前下行数据中的时间信息通过本地天线发送下行数据，使该下行数据到达天线输出点时相对于所述时间参考点的时延量满足时间信息的规定；c)目标TRU通过本地天线接收移动终端反馈的上行数据，通过自身CPRI接口加入BFN转换为上行CPRI帧的形式，向BB发送；d)BB通过自身CPRI接口接收成上行CPRI帧形式的数据，还原后，确定当前上行数据所对应的下行数据，获取该下行数据时间信息规定的时延量，以及当前上行数据的所述BFN，并根据已知的目标TRU侧上下帧固定时延差，上行数据从目标TRU天线输入点到该TRU输出接口时延量，计算RTT测量值为该上行数据的所述BFN值与目标TRU侧上下帧固定时延差的和，减去下行数据从所述统一时间参考点发出时的BFN计数值、从所述目标TRU侧CPRI接口到天线输出点的总时延量以及上行数据从目标TRU天线输入点到该TRU输出接口时延量的差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，目标TRU发出的所述上行CPRI帧形式数据的BFN为与当前上行数据同时刻被目标TRU收到的下行CPRI帧的BFN值与目标TRU侧所述上下帧固定时延差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)所述下行数据发送过程包括目标TRU用所述下行数据时间信息中规定所述时延量，减去下行数据从所述统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口所经过的时延量，再减去该目标TRU内部固定的下行数据从CPRI接口到天线输出点的时延量，所得到的差值作为需缓存时间量；按照需缓存时间量对当前下行数据在缓存后向天线发送；步骤d)所述目标TRU侧CPRI接口到天线输出点的总时延量为所述缓存时间量与下行数据从目标TRU的CPRI接口到天线输出点传输过程的时延量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下行数据从统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口的时延量为下行数据从统一的时间参考点到BB的CPRI接口之间的时延量与从BB的CPRI接口到目标TRU的CPRI接口之间的时延量的和。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤b)前进一步包括测量所述下行数据从BB的CPRI接口到目标TRU的CPRI接口之间的时延量。
6.根据权利要求1、2、3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述基站系统为级联结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述下行数据从统一的时间参考点到达目标TRU的CPRI接口的时延量为下行数据从统一的时间参考点到BB的CPRI接口之间的时延量，BB和目标TRU之间下行方向上，BB与邻近TRU、临近的TRU与TRU的CPRI接口之间的数据传输时延量，TRU内部CPRI接口之间的数据传输时延量的累加和。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤b)前进一步包括分别测量BB和目标TRU之间下行方向上，BB与邻近TRU，以及临近的TRU与TRU的CPRI接口之间各段的数据传输时延量。
全文摘要
本发明公开了一种实现RTT测量的方法，包括BB发送包含有时间信息的下行数据，规定当前下行数据从时间参考点到达目标TRU天线输出点的时延量；目标TRU收到下行数据后，根据当前下行数据中的时间信息发送下行数据，使其到达天线输出点时相对于时间参考点的时延量满足时间信息的规定；目标TRU接收移动终端反馈的上行数据，在当前上行数据中加入时间信息以标识当前上行数据与其对应的下行数据之间的对应关系，向BB发送；BB根据当前上行数据所对应的下行数据时间信息规定的时刻值，本地接收该下行数据的时刻值，目标TRU侧上下帧数据固定时延量，上行数据从目标TRU天线输入点到该TRU输出接口时延量，计算RTT测量值。
文档编号H04W88/08GK1798410SQ20041009704
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月21日 优先权日2004年12月21日
发明者蒋亚军 申请人:华为技术有限公司