一种无线传输系统的前传接口的同步方法与流程

1.本发明属于信息技术领域，具体涉及一种无线传输系统的前传接口的同步方法。


背景技术：

2.在第三代合作伙伴计划(“3gpp”)无线系统中，现有的前传接口主要采用的接口类型为通用公共无线电接口(“cpri”)和增强型通用公共无线电接口(“ecpri”)。在cpri、ecpri接口协议中，有比较完善的帧同步、时间同步及延时测量方法。其中，图1示出了基于3gpp无线系统的前传接口的延时模型，图2示出了带无线设备(“re”)网络的3gpp无线系统的前传接口延时模型。
3.如图1和图3所示，在单re系统中，无线设备控制器(“rec”)的发射接口记为r1，接收接口记为r4；无线设备(“re”)的接收接口记为r2，发射接口记为r3。参照常用的前传接口协议(cpri/ecpri)，无线设备控制器(“rec”)在接口建立链接后可根据无线帧头发射和返回的时间测量到总延时t14的值(总延时t14表示主端口发射和接收一个帧之间的延时)，同时无线设备控制器(“rec”)根据接口通信可以获取到来自于无线设备(“re”)端的时间偏移toffset的值(该时间偏移toffset表示从端口接收和发射一个帧之间的延时)，通过近似计算公式t12＝t34＝(t14
‑
toffset)/2可以获取到下行延时t12和上行延时t34。获取到上下行时间后，无线设备控制器(“rec”)或无线设备(“re”)可以通过调整帧头位置使re端的天线端口ra的帧头与pps(秒脉冲)对齐，实现数据同步和帧同步。图中的bfn为基站节点帧号，hfn为超帧号。图中，1、t2a为re接收到上一级无线设备发送的数据并将该数据发送到这一级无线设备的天线端口ra的处理延时。ta3为re接收到天线端口ta的数据并将该数据发送到上级rec或re的前接口的物理端口的处理延时。tbdelaydl为某一级的re收到其上级设备的数据并发送到其下一级设备的处理延时。tbdelayul为某一级的re收到其下级设备的数据并发送到其上一级设备的前传接口的物理端口的延时。
4.如图2和图4所示，在re网络系统中，无线设备控制器(“rec”)作为第1级re网络和至少一个re构成一对主(“master”)/从(“slave”)端口，且这些下级的re可以进一步作为re网络来与其下级构成主/从端口，下级的re也可以进一步作为re网络。对前传接口链路延时的测量原理以单re系统的原理为基础。在图4中作为re网络的re只有一个，其下行的发射接口记为rb1，接收接口即为rb4，其上行的接收接口记为rb2，发射接口记为rb3；无线设备控制器(“rec”)和最下级的无线设备(“re”)的标记方式则与图1相同，rec的发射接口记为r1，接收接口记为r4；re的接收接口记为r2，发射接口记为r3。无线设备控制器(“rec”)在接口建立链接后可根据无线帧头发送和返回的时间测量到对应于不同无线设备(“re”)(即，对应于上级的re网络和其下级r)的无线设备控制器的综合总延时t14、第i级总延时t14
(i)
的值(在图4中i为1，2)，每个第i级re网络可以根据其下级的第i+1级re的第i+1级总延时t14
(i+1)
的值来计算出第i级re网络接收到的来自于其下级的re的第i级时间偏移toffset
(i)
，以近似计算得到第i级下行延时t12
(i)
、第i级上行延时t34
(i)
。每一级的re网络逐级上报本级re测量的延时结果，最终rec根据re网络拓扑和各节点的延时值计算得到rec到各re的延时
值。rec或re可根据re网络中各自的上下行延时调整帧头位置使各re端的天线端口ra的帧头与pps对齐，实现数据同步和帧同步。
5.根据前传接口协议中对系统延时测量及同步的描述和原理，由于存在高速传输链路中物理层延时跳动影响、不同测设率光纤延时影响等，采用协议规定的基本延时测量方案，延时测量误差较大，仅仅适用于对同步精度要求不高的场合，特别是在re网络系统中，由于测量误差的叠加，很容易导致系统不稳定甚至丧失系统功能。根据对现有技术系统的分析，现有的前传接口延时测量及同步技术主要有以下几点不足：
6.1)对上下行链路延时的测量及同步中，并未考虑到由于高速传输接口在每次上电后的延时抖动，所以单纯采用总延时t14求平均的方法测量精度较差；
7.2)对上下行链路延时的测量及同步中，未考虑到toffset收发链路的延时可能不同的问题，单纯采用toffset/2计算链路延时误差较大；
8.3)缺少传输链路中其他物理因素(如不同光纤延时不同)的估计。
9.现有的前传接口延时测量及同步技术的误差较大，使得在re延时网络中，由于各节点延时误差的叠加，可能导致系统中某一单元工作不正常。因此，急需一种新的同步方法，以在3gpp无线nr系统及相关改进的无线通信系统中，解决在不同场景下作为基带处理单元(“bbu”)的rec和作为射频拉远单元(“ru”)的re网络之间cpri/ecpri链路的帧同步数据同步误差较大问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种无线传输系统的前传接口的同步方法，以实现高精度的延时测量和同步。
11.为了实现上述目的，本发明提供一种无线传输系统的前传接口的同步方法，包括：
12.s1：建立无线传输系统的前传接口的链路同步模型；所建立的前传接口的链路同步模型包括至少一组彼此匹配的上级设备和下级设备，且包括位于上级设备和下级设备的内部的传输物理点和位于彼此匹配的上级设备和下级设备之间的外部光纤；
13.s2：测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响。
14.在所述步骤s2中，测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，包括：
15.s21：在每次上电后，利用上级设备和下级设备获取所建立的前传接口的延时链路同步模型中的所有传输物理点的传输延时；
16.s22：利用预先针对光纤的不同光纤参数和不同环境参数所获取光纤延时的拟合公式，根据当前的外部光纤的光纤参数和环境参数，确定外部光纤的传输延时。
17.在所述步骤s21中，上级设备获取自身的所有传输物理点的传输延时，下级设备获取自身的所有传输物理点的传输延时，且上级设备通过接口协议收到下级设备所传输的下级设备自身的所有传输物理点的传输延时。
18.在所述步骤s2中，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响，具体包括：
19.s21’：参照前传接口的接口协议中与同步相关的延时的计算公式，将各个影响因素所造成的传输延时代入所述计算公式，以得到彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时；
20.s22’：无线设备控制器通过接口协议并根据彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时来得到无线设备的同步延时调整值并传输给无线设备，无线设备控制器和无线设备分别根据获取的同步延时调整值来同步调整数据和帧头。
21.在所述步骤s21’中，彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时包括总延时t14、下行延时t12和上行延时t34。
22.在所述步骤s1中，一组彼此匹配的上级设备和下级设备包括依次连接的上行设备用户逻辑单元的输出接口、第一发送缓冲区、第一物理层发送部分、第一光纤、第二物理层接收部分、第二接收缓冲区、下级设备用户逻辑单元的输入接口、下级设备用户逻辑单元的输出接口、第二发送缓冲区、第二物理层发送部分、第二光纤、第一物理层接收部分、第一接收缓冲区、以及上行设备用户逻辑单元的输出接口；
23.其中，上行设备用户逻辑单元的输出接口、第一发送缓冲区、第一物理层发送部分、第一物理层接收部分、第一接收缓冲区、上行设备用户逻辑单元的输出接口均为上行设备的一部分；第二物理层接收部分、第二接收缓冲区、下级设备用户逻辑单元的输入接口、下级设备用户逻辑单元的输出接口、第二发送缓冲区、第二物理层发送部分均属于下行设备的一部分；第一发送缓冲区、第一物理层发送部分、第二物理层接收部分、第二接收缓冲区、下级设备用户逻辑单元的输入接口、下级设备用户逻辑单元的输出接口、第二发送缓冲区、第二物理层发送部分、第一物理层接收部分、第一接收缓冲区均为传输物理点；第一光纤和第二光纤为外部光纤；
24.且在所述步骤s22’中，总延时t14为：
25.t14＝t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9+t10+2
×
topt；
26.下行延时t12为：
27.t12＝t1+t2+t3+t4+t5+topt；
28.上行延时t34为：
29.t34＝t6+t7+t8+t9+t10+topt；
30.其中，t1为第一发送缓冲区的传输延时，t2为第一物理层发送部分的传输延时，t3为第二物理层接收部分的传输延时，t4为第二接收缓冲区的传输延时，t5为下级设备用户逻辑单元的输入接口的传输延时，t6为下级设备用户逻辑单元的输出接口的传输延时，t7为第二发送缓冲区的传输延时，t8为第二物理层发送部分的传输延时，t9为第一物理层接收部分的传输延时，t10为第一接收缓冲区的传输延时，topt为外部光纤的传输延时。
31.在所述步骤s1中，彼此匹配的上级设备和下级设备的数量为1组，且所述步骤s21’由无线设备控制器来进行。
32.在所述步骤s1中，彼此匹配的上级设备和下级设备的数量为多组；其中一个上级设备是无线设备控制器且下级设备是无线设备，其他的上级设备是作为无线设备网络的无线设备且下级设备是位于该无线设备网络的下级的无线设备；所述步骤s21’通过将所有传输延时发送给无线设备控制器来由无线设备控制器来进行，或者所述步骤s21’由每一组彼此匹配的上级设备和下级设备中的上级设备来进行，以将获得的各组彼此匹配的上级设备
和下级设备之间的与同步相关的延时均汇报给无线设备控制器。
33.在所述步骤s22’中，所述无线设备控制器通过接口协议并根据各个无线设备的拓扑关系以及各组彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时来得到所有无线设备的同步延时调整值，无线设备控制器和各个无线设备分别根据获取到的同步延时调整值来同步调整数据和帧头。
34.本发明通过建立无线传输系统的前传接口的链路同步模型，通过测量模型中传输物理点和外部光纤方面的影响因素所造成的传输延时来优化无线传输系统中前传接口的延时精度计算，大幅度提高数据和帧头同步精度，并实现系统能力提升。由此，本发明通过在前传接口的接口协议中对传输延时测量改进加强，可以有效提升收发数据的延时，从而有效的减小信号的时偏，提高同步精度，增加了系统的性能，并且将本专利运用到复杂拓扑网络传输系统例如超大级联系统中，可以通过精确计算不同网络节点传输链路的延时影响，完成各节点数据和帧头高精度同步，减小级联系统各单元的数据传输同步偏差，提升系统规模和系统稳定性。
附图说明
35.图1是现有的不含re网络的无线传输系统的前传接口延时模型的原理图；
36.图2是现有的含re网络的无线传输系统的前传接口延时模型的原理图；
37.图3是如图1所示的不含re网络的无线传输系统的前传接口延时模型的时序图；
38.图4是如图2所示的含re网络的无线传输系统的前传接口延时模型的时序图；
39.图5是本发明的无线传输系统的前传接口的链路同步模型的原理图。
具体实施方式
40.下面结合附图，给出本发明的一个实施例，对本发明的方案做进一步详细的解释和说明。
41.本发明的前传接口的延时测量及同步方法适用于3gpp无线nr系统，同时也适用于其他各类无线通信系统，尤其是高速传输的无线通信系统。此外，本发明可以适用于cpri/ecpri协议，也可适用于基于其他任意的针对前传接口的协议，如基于万兆以太网的自定义前传接口协议。
42.实施例一应用于不含re网络的无线传输系统的前传接口的同步方法
43.在本实施例中，本发明的无线传输系统的前传接口的同步方法，具体包括如下步骤：
44.步骤s1：建立如图5所示的无线传输系统的前传接口的链路同步模型；
45.所建立的前传接口的链路同步模型包括一组彼此匹配的上级设备和下级设备。在本实施例中，由于不含re网络，因此，上级设备是无线设备控制器，下级设备是无线设备。
46.如图5所示，所建立的前传接口的链路同步模型包括位于上级设备和下级设备的内部的传输物理点和位于彼此匹配的上级设备和下级设备之间的外部光纤；一组彼此匹配的上级设备和下级设备包括依次连接的上行设备用户逻辑单元的输出接口101、第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第一光纤、第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、
第二物理层发送部分8、第二光纤、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10、以及上行设备用户逻辑单元的输出接口102。
47.其中，上行设备用户逻辑单元的输出接口101、第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10、上行设备用户逻辑单元的输出接口102均为上行设备的一部分；第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8均属于下行设备的一部分；第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10这10个模块均为传输物理点。第一光纤和第二光纤为外部光纤。
48.整个前传接口的链路同步模型受到10个传输物理点的影响(分别为图中数字标注位置)，同时也受到外部光纤(即第一光纤、第二光纤)影响。
49.步骤s2：测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响。
50.在所述步骤s2中，测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，具体包括：
51.步骤s21：在每次上电后，利用上级设备和下级设备获取所建立的前传接口的延时链路同步模型中的所有传输物理点的传输延时；
52.其中，上级设备通过现有的高速传输延时测量技术获取自身的所有传输物理点的传输延时(即获取第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10这4个传输物理点的传输延时)；下级设备获取自身的所有传输物理点的传输延时(即获取第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8这6个传输物理点的传输延时)；且上级设备通过接口协议收到下级设备所传输的下级设备自身的所有传输物理点的传输延时，由此，上级设备可以获取到所有传输物理点的传输延时(即第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8、第一物理层接收部分9以及第一接收缓冲区10这10个传输物理点的传输延时t1～t10)。
53.特别是针对某些传输物理点每次上电传输延时不同的情况，在每次上电后都会进行精确详细的测量以获取该传输物理点的传输延时，传输延时的精度需要达到ts，ts为高速物理层传输周期。例如ts＝10ghz，传输延时的精度为100ps。
54.步骤s22：利用预先针对光纤的不同光纤参数和不同环境参数所获取光纤延时的拟合公式，根据当前的外部光纤的光纤参数和环境参数，确定外部光纤的传输延时。
55.其中，光纤参数包括：波长、光纤长度、传输模式和折射率。
56.环境参数包括：温度和湿度。
57.光纤延时的拟合公式为：
58.topt＝∑xi，
59.其中，topt为外部光纤的传输延时，xi为第i个影响因素的实测拟合延时值，影响因素包括光纤参数和环境参数。
60.在所述步骤s2中，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响，具体包括：
61.步骤s21’：参照前传接口的接口协议中与同步相关的延时的计算公式，将各个影响因素所造成的传输延时代入所述计算公式，以得到彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时；
62.在本实施例中，前传接口的接口协议为cpri或ecpri协议。
63.在本实施例中，彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时包括总延时t14、下行延时t12和上行延时t34。如上文所述，总延时t14表示上级设备发射和接收一个帧之间的延时。其中，总延时t14不用传递到下级的无线设备(re)，但会根据拓扑网络逐级上传，以评估系统的总体延时。
64.其中，总延时t14为：
65.t14＝t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9+t10+2
×
topt；
66.下行延时t12为：
67.t12＝t1+t2+t3+t4+t5+topt；
68.上行延时t34为：
69.t34＝t6+t7+t8+t9+t10+topt；
70.其中，t1为第一发送缓冲区1的传输延时，t2为第一物理层发送部分2的传输延时，t3为第二物理层接收部分3的传输延时，t4为第二接收缓冲区4的传输延时，t5为下级设备用户逻辑单元的输入接口5的传输延时，t6为下级设备用户逻辑单元的输出接口6的传输延时，t7为第二发送缓冲区7的传输延时，t8为第二物理层发送部分8的传输延时，t9为第一物理层接收部分9的传输延时，t10为第一接收缓冲区10的传输延时，topt为外部光纤的传输延时，单位均为秒。
71.由于无线设备控制器获取自身的第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10的传输延时，并通过接口协议收到由无线设备所传输的第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8的传输延时，因此最终计算的下行延时t12和上行延时t34的计算结果非常精确，可以精确到5ns以内。
72.在本实施例里中，所述步骤s21’由无线设备控制器来进行。
73.步骤s22’：无线设备控制器通过接口协议并根据彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时来得到无线设备的同步延时调整值并传输给无线设备，无线设备控制器和无线设备分别根据获取的同步延时调整值来同步调整数据和帧头。
74.由此，实现了数据和帧头高精度同步，大大提高了系统同步精度和性能。
75.实施例二应用于含re网络的无线传输系统的前传接口的同步方法
76.根据本发明的实施例二的前传接口的同步方法与上文的根据实施例一的无线传输系统的前传接口的同步方法的步骤基本相同，其同样包括：
77.步骤s1：建立如图5所示的无线传输系统的前传接口的链路同步模型；
78.步骤s2：测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响。
79.同样地，在所述步骤s2中，测量所述链路同步模型中传输物理点和外部光纤这两个方面的各个影响因素所造成的传输延时，包括：
80.步骤s21：在每次上电后，利用上级设备和下级设备获取所建立的前传接口的延时链路同步模型中的所有传输物理点的传输延时；
81.步骤s22：利用预先针对光纤的不同光纤参数和不同环境参数所获取光纤延时的拟合公式，根据当前的外部光纤的光纤参数和环境参数，确定外部光纤的传输延时。
82.在所述步骤s2中，利用所述传输延时消除或减弱各个影响因素对前传接口的同步的影响，具体包括：
83.步骤s21’：参照前传接口的接口协议中与同步相关的延时的计算公式，将各个影响因素所造成的传输延时代入所述计算公式，以得到彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时；在本实施例中，前传接口的接口协议cpri或ecpri接口协议。在所述步骤s21’中，某一个设备作为下级设备时的下级设备用户逻辑单元的输入接口5的传输延时t5和下级设备用户逻辑单元的输出接口6的传输延时t6需要通过该设备的下级设备的总延时t14向该设备传递来得到。
84.步骤s22’：无线设备控制器通过接口协议并根据彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时来得到无线设备的同步延时调整值并传输给无线设备，无线设备控制器和无线设备分别根据获取的同步延时调整值来同步调整数据和帧头。
85.根据本发明的实施例二的前传接口的同步方法与实施例一的区别仅仅在于：
86.在本实施例中，由于无线传输系统含作为无线设备网络的无线设备，因此，在步骤s1中，建立的前传接口的链路同步模型包括多组彼此匹配的上级设备和下级设备。其中一个上级设备是无线设备控制器且下级设备是无线设备；其他的上级设备是作为无线设备网络的无线设备且下级设备是位于该无线设备网络的下级的无线设备。由此，一共组成了多组彼此匹配的上级设备和下级设备。
87.如图5所示，所建立的前传接口的链路同步模型包括位于上级设备和下级设备的内部的传输物理点和位于彼此匹配的上级设备和下级设备之间的外部光纤；每一组彼此匹配的上级设备和下级设备包括依次连接的上行设备用户逻辑单元的输出接口101、第一发送缓冲区1、第一物理层发送部分2、第一光纤、第二物理层接收部分3、第二接收缓冲区4、下级设备用户逻辑单元的输入接口5、下级设备用户逻辑单元的输出接口6、第二发送缓冲区7、第二物理层发送部分8、第二光纤、第一物理层接收部分9、第一接收缓冲区10、以及上行设备用户逻辑单元的输出接口102。
88.在本实施例中，所述步骤s21’不仅可以通过将所有传输延时发送给无线设备控制器来由无线设备控制器来进行，也可以由每一组彼此匹配的上级设备和下级设备中的上级设备来进行，以将获得的各组彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时均汇报给无线设备控制器。
89.在所述步骤s22’中，所述无线设备控制器通过接口协议并根据各个无线设备的拓扑关系以及各组彼此匹配的上级设备和下级设备之间的与同步相关的延时来得到所有无
线设备的同步延时调整值，无线设备控制器和各个无线设备分别根据获取到的同步延时调整值来同步调整数据和帧头，从而实现无线设备控制器和各个无线设备的精确同步。
90.由此，本发明通过建立无线传输系统的前传接口的链路同步模型，通过测量模型中传输物理点和外部光纤方面的影响因素所造成的传输延时来优化无线传输系统例如3gpp无线系统中的前传接口的延时精度计算，大幅度提高数据和帧头同步精度，并实现系统能力提升。由此，本发明通过在cpri/ecpri协议中对cpri/ecpri传输延时测量改进加强，可以有效提升收发数据的延时，从而有效的减小信号的时偏，提高同步精度，增加了系统的性能，并且将本专利运用到复杂拓扑网络传输系统例如超大级联系统中，可以通过精确计算不同网络节点传输链路的延时影响，完成各节点数据和帧头高精度同步，减小级联系统各单元的数据传输同步偏差，提升系统规模和系统稳定性。
91.以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书和说明书内容所做的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽叙述的均为常规技术内容。