网关设备、基站设备、通信网络和同步方法

专利名称：网关设备、基站设备、通信网络和同步方法
技术领域：
本发明涉及移动通信中的同步技术，具体地讲，涉及一种能够支 持射频合并的网关设备、基站设备、通信网络和同步方法。
背景技术：
在3GPP的长期演进(LTE)中，核心网采用两层扁平网络架构， 也就是由原来的WCDMA/HSDPA阶段的NodeB、 RNC、 SGSN和GGSN 四个主要的网络单元，演进为eNodeB (eNB)，即演进型基站(下面 简称'基站')，和接入网关(aGW)两个主要的网络单元，并且核心 网采用全IP分布式结构，支持IMS、 VoIP、 SIP和MobileIP等等。图1示出了LTE中网络的结构。接入网关aGW与多个基站eNl， eNB2和eNB3连接，它们之间的接口称为S1接口 。上述的多个基站eNB 之间以网格(mesh)的形式(图l中的虚线)连接，基站eNB之间的接 口称为X2接口。基站eNBl 3的各个小区中示意性地显示了多个用户 设备UE11 E12， UE21 23以及UE31 33。在LTE中，无线接口的物理层下行传输方案采用OFDM，而上行 传输方案采用SC-FDMA技术。由于采用了OFDM体制，不同小区中相同的无线信号能够在空中进行自然的合并以提升信号强度，而无需额 外的处理开销，即可以进行射频合并(RF combining)。因此，对于LTE中的EMBMS来说，支持在单频网(SFN)多小区传输模式下的空中射频合并来提高小区边界的增益己经被定义为一个 基线(baseline)需求，因为EMBMS需要将同一业务数据发送给不同的多个用户。在SFN中的基站eNB已经在物理层的帧定时上达到了同步，并且精 度已经可以满足EMBMS的射频合并的要求。但是，为了保证射频合并 的有效性，必须要求被合并的无线信号在MBMS业务的内容上保持同 步和一致性。也就是说，在MBMS业务的多小区发送上还要保证第2 层(L2)的传输同步。此外，在LTE的网络架构设计中，IP组播(IP Multicast)传输已 经被扩展到了基站eNB。利用IP Multicast, —个MBMS业务分组会被 发送一次到一组基站eNB。当前的IP multicast路由协议规定了每个基 站eNB到接入网关aGW之间的路由主要依赖于当前的网络拓扑结构， 并且保持不变，除非有相关的路由器损坏了，但是这种情况很少发生。 另外，网络中的路由器的处理能力以及网络的传输负载在进行网络优 化的时候会进行优化。所以，影响在基站eNB到接入网关aGW的不同 传输路径上不同传输时延的主要因素通常就只有不同的传输路径。也 就是说，尽管在SFN区域中基站eNB在物理层的帧定时上己经同步了， 但是由于不同的路由也会导致相同的MBMS数据分组在不同的时间到 达不同的基站eNB。图2是用来说明相同的数据分组从接入网关传输到不同的基站的 时延的示意图。如图2 (a)所示，从接入网关aGW传输到基站eNBl的数据分组所经过的路由是接入网关30\￥==>路由器111 ==>基站eNBl。从接入网关aGW传输到基站eNB2的数据分组所经过的路由是 接入网关aGW二二〉路由器R2^二〉路由器R3二二〉基站eNB2。相同数据分组经过不同的传输路径必然产生不同的时延。如图2 (b)所示，数据分组在To时刻同时从接入网关aGW向基站 eNBl和eNB2传输，到达基站eNBl的时刻是T,，而到达基站eNB2的时 刻是丁2。因此相同的数据分组到达不同的基站eNB就出现了时延TD-这样，如果基站eNBl和eNB2接收到接入网关aGW发来的数据分 组后马上就发送出去，很明显，相同内容的数据分组在不同的基站eNB 被异步地发送给用户设备UE。这必然导致这些数据分组不能被正确地 合并，甚至会造成额外的干扰。此外，同一个数据分组在到达基站eNB 后，每个基站eNB需要对其进行分段、编码和调制成帧等处理，不一 致的成帧处理时间也会影响到这些数据的射频合并
发明内容
鉴于上述问题，完成了本发明。本发明的目的是提出一种网关设备、基站设备、通信网络和同步方法，以满足LTE中对MBMS分组的 射频合并的要求。在本发明的一个方面，提出了一种在接入网关和基站之间进行同步的方法，包括步骤在第一时刻，从接入网关向各个基站发送同步 请求信号；在第二时刻，各个基站接收同步请求信号；在第三时刻， 各个基站向接入网关发送同步响应信号，所述同步响应信号包括第二 时刻和第三时刻；在第四时刻，接入网关接收同步响应信号；以及基 于第一时刻，第二时刻，第三时刻和第四时刻，针对各个基站计算接 入网关的时间系统与各个基站的时间系统之间的映射关系。在本发明的另一方面，提出了一种在接入网关和基站之间进行同 步的方法，包括步骤在第一时刻，从接入网关向各个基站发送同步 请求信号；在第二时刻，各个基站接收所述同步请求信号；在第三时 刻，各个基站向接入网关发送同步响应信号，所述同步响应信号包括 第二时刻和基站的时间系统相对于基准时间的第一偏置；接入网关接 收同步响应信号，并基于第一偏置和接入网关的时间系统相对于基准 时间的第二偏置，针对各个基站计算接入网关的时间系统与各个基站 的时间系统之间的映射关系。在本发明的又一方面，提出了一种网关设备，包括通信装置， 用于在第一时刻向至少一个基站设备发送同步请求信号，以及在第四 时刻接收从各个基站设备发送的同步响应信号，所述同步响应信号中 包括各个基站设备接收到同步请求信号的第二时刻以及发送同步响应 信号的第三时刻；以及计算装置，根据第一时刻、第二时刻、第三时 刻以及第四时刻，针对各个基站设备，计算网关设备的时间系统与各 个基站设备的时间系统之间的映射关系。在本发明的又一方面，提出了一种基站设备，包括通信装置， 接收同步请求信号，向网关设备发送接收同步请求信号的时刻和发送 同步请求响应信号的时刻，从网关设备接收基站设备的时间系统与网
关设备的时间系统之间的映射关系和从网关设备发送的包括期望下发 时刻的数据分组；以及转换装置，基于映射关系将期望下发时刻转换 为基站设备的时间系统下的实际下发时刻。在本发明的又一方面，提出了一种网关设备，包括通信装置， 用于在第一时刻向至少一个基站设备发送同步请求信号，并在此后接 收从各个基站设备发送的同步响应信号，所述同步响应信号中包括各 个基站设备接收到同步请求信号的第二时刻以及基站的时间系统相对 于基准时间的第一偏置；以及计算装置，基于第一偏置和接入网关的 时间系统与基准时间之间的第二偏置，针对各个基站计算网关设备的 时间系统与各个基站设备的时间系统之间的映射关系。在本发明的又一方面，提出了一种基站设备，包括通信装置， 接收同步请求信号，向网关设备发送接收到同步请求信号的时刻和基 站设备的时间系统相对于基准时间的偏置，从网关设备接收基站设备 的时间系统与网关设备的时间系统之间的映射关系以及从网关设备发 送的包括期望下发时刻的数据分组；以及转换装置，基于映射关系将 期望下发时刻转换为基站设备的时间系统下的实际下发时刻。在本发明的又一方面，提出了一种包括上述的网关设备和基站设 备的通信网络。利用本发明的上述结构和方法，在LTE中传输MBMS数据分组时，避免了因为路径延迟和抖动误差而导致接入网关和基站不能准确同步 的问题，使得各个基站能够针对MBMS数据分组确定相同的下发时刻，从而用户设备端能够执行正确的射频合并。


从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中图1示出了LTE中网络的结构；图2是用来说明相同的数据分组从接入网关传输到不同的基站的 时延的示意图；图3示出了根据发明实施方式的网络结构图； 图4示出了根据本发明第一实施方式的接入网关的结构框图；图5示出了根据本发明第一实施方式的基站的结构框图；图6示出了在第一实施方式的接入网关和基站之间执行的操作的流程图；图7示出了用来说明在单频网区域内接入网关与基站各自的帧号计数器之间关系的示意图；图8示出了用来说明在无公共参考时间的情况下接入网关和基站之间的同步操作的示意图；图9示出了统一的下发时刻的确定和发送的实例；图10示出了用来说明重新同步操作的示意图；图ll是示出了两个单频网区域的物理层帧定时之间的关系的图；图12示出了用来说明'抖动，误差的示意图；图13示出了用来消除'抖动'误差而设置长帧的示意图；图14示出了根据第二实施方式的网络结构图；图15示出了根据本发明第二实施方式的接入网关的结构框图；图16示出了根据本发明第二实施方式的基站的结构框图；图17示出了用来说明在具有外部公共参考时间的情况下AFN和BFN-i之的关系的图；图18示出了用来说明在有公共参考时间的情况下接入网关和基站之间的同步操作的示意图；以及图19示出了用来说明LTE下为了进行射频合并所要求的三层同步结构的示意图。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽 然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组 件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将 被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。第一实施方式
图3示出了根据发明实施方式的网络结构图。如图3所示，为了便于说明，仅仅示出了一个接入网关aGW，处于同一个单频网(SFN) 区域中的两个基站eNBl和eNB2，以及用户设备UEll、 UE12、 UE21、 UE22和UE23，并且省略了其他的一些设备，例如路由器等等。很明显， 这种网络结构仅仅是用于说明本发明的目的，而不是意味着实际投入 使用的网络具有与上述完全相同的结构，本领域的普通技术人员可以 采用多个接入网关aGW和更多的基站eNB以及添加其他的辅助设备。图4示出了根据本发明第一实施方式的接入网关的结构框图。图5 示出了根据本发明第一实施方式的基站的结构框图。如图4所示，第一实施方式的接入网关aGW包括用于缓冲从多媒体 广播多播中心发送的MBMS数据分组的网关缓冲器llO，控制整个接入 网关的操作的网关控制器120,下发数据分组以及信令并接收来自用户 设备UE的信号的网关通信单元130，充当接入网关的系统定时器的网 关帧号计数器150，以及用于根据通信单元接收的来自用户设备UE的 信号计算传输时延和下发时刻的计算单元140。如图5所示，第一实施方式的基站eNBl包括与接入网关aGW通信 的基站通信单元210，用于缓冲从接入网关发送的MBMS数据分组的基 站缓冲器220，控制整个基站eNBl的操作的基站控制器230，用于根据 接入网关aGW发送的映射关系将MBMS数据分组的下发时刻转换成自 身的BFN格式的下发时刻的转换单元250，基站帧号计数器270，用于 对接收的MBMS数据分组迸行分段、成帧和调制操作的数据处理单元 240，以及用于将数据处理单元240处理后的数据分组在由转换单元250 所转换得到的下发时刻发送给用户设备UE的发送单元260。另一基站 eNB2具有与上述基站eNBl相同的结构，这里不再详细描述。虽然上面以分开的功能模块的形式给出了接入网关aGW和基站 eNB的结构，但是这仅仅是出于清楚地说明接入网关aGW和基站eNB 的功能的目的，本领域的普通技术人员可以想到将上述的一个或多个 甚至全部的功能由单个集成的硬件来实现，或者将部分的功能用硬件 来实现而其他的功能由软件来实现，或全部功能由软件来实现。
图6示出了在第一实施方式的接入网关和基站之间执行的操作的 流程图。如图6所示，在步骤SIO，在基站eNBi (i=l,2)和接入网关aGW完 成系统上电之后，或者在某一事件，例如每日预定的时刻，触发的情 况下，执行基站eNBi和接入网关aGW之间的同步处理过程，以获得用 来计算接入网关aGW的系统帧号AFN和各个基站eNBi的系统帧号 BFN-i之间的对应关系或者映射关系(Ai)以及接入网关aGW与各个 基站eNBi之间的传输时延TDi。由于接入网关aGW和基站eNBi的系统定时采用的并不是绝对时 间，而是采用了各自的系统帧号作为各自系统的定时，因此下面首先 说明上述两种计数器，即网关帧号计数器150和基站帧号计数器270之 间的关系。图7示出了用来说明在SFN区域内接入网关与基站各自的帧号计数器之间关系的示意图。图7中的AFN表示接入网关aGW自身的帧号形式的时间计数器， BFN-l表示基站eNBl自身的帧号形式的时间计数器，且BFN-2表示基 站eNB2自身的帧号形式的时间计数器，并且AFN和BFN的精度都是1/8 帧。也就是说，BFN-l表示基站eNBl中的基站帧号计数器270的计数值， 与WCDMAR6中的BFN定义类似，它是基站eNB的作为网络同步的时 间参考，取值范围是0 4095。 AFN表示接入网关aGW中的网关帧号计 数器150的计数值，类似于WCDMAR6中的RFN定义，它是接入网关 aGW中作为网络同步的时间参考，取值范围也是0 4095。网关帧号计 数器270和基站帧号计数器150在接入网关aGW和基站eNBl上电启动 初始化完成后分别独立进行计数。在SFN区域中，由于在物理层的帧 定时上已经保证了同步，所以SFN区域中的各个基站eNBi的BFN-i在帧 边界上是对齐的，但是在无公共的参考时间的情况下基站eNBi的帧号 与接入网关aGW的的帧号之间通常是有偏置的，如图7所示。虽然接入网关的帧号与基站的帧号之间存在偏置，但是这并不会 对数据传输产生不利的影响，因为数据传输是从每个帧的边界开始的， 并且每个帧都打上了帧号作为时戳。所以，只要保证SFN区域中的各 个基站eNBi要发送的相同MBMS数据帧是在对齐的BFN帧边界开始发 送，就能够满足传输层的同步要求。图8示出了在无公共参考时间的情况下接入网关和基站之间的同 步操作示意图。如图8所示，首先，网关控制器120通过网关通信单元130向SFN区 域内的各个基站eNB发送下行同步信号，例如下行同步控制帧，请求 与各个基站eNBi同步，并记下网关帧号计数器150的当前帧号，作为下 发时刻T1 (第一时刻)，其中该下行同步信号中包含了所述的下发时 刻T1。很明显，这里的下发时刻T1 (第一时刻)是接入网关的时间系 统下的时刻。然后，各个基站eNBi通过基站通信单元210接收到下行同步信号 时，记下基站帧号计数器270的当前帧号，作为接收到下行同步信号的 时刻T2i (第二时刻)这里i标记基站eNBi的编号，i二l， 2，并且各自回复一个诸如上行节点同步控制帧的上行节点同步信号作为响应，所 述上行节点同步信号中至少包含有以基站帧号为格式的、相应的基站 eNBi接收到下行同行信号的时刻T2i和发送上行节点同步信号的时刻 T3j (第三时刻)，也可以包含有上述的下发时刻T1，如图8所示。同 样，这里的T2j (第二时刻)和T3j (第三时刻)是基站的时间系统下的 时刻。然后，网关控制器120通过网关通信单元130接收各个基站eNBi发 送的各个上行节点同步信号，并且记下网关计数器150的当前帧号，作 为收到各个上行节点同步信号的时刻T4i (第四时刻)。注意，如上所 述，这些帧号的精度时l/8帧，并且这里的T4i (第四时刻)是接入网关 的时间系统下的时刻。这里，假设下行传输和上行传输具有相同的时延。对于每一个基 站eNBi有(注意，由于下面的描述是针对各个基站的，所以省略了下标i):<formula>formula see original document page 15</formula> ---(1)其中T2i，和T3i，分别是与BFN格式的T2i和T3i相对应与AFN格式的 帧号(时刻)，贝U: <formula>formula see original document page 16</formula> ---(2)于是<formula>formula see original document page 16</formula> ---(3)最终可以得到BFN与AFN之间的映射关系<formula>formula see original document page 16</formula> ---(4)以及该路由上接入网关aGW与基站eNB之间的传输时延<formula>formula see original document page 16</formula>---(5)其中Roimd表示舍入函数，而Ceil表示上整数函数。计算单元140利用 上述接收到的各个时刻以及上面确定的公式(4)和(5)来计算映射 关系和传输时延。下面结合图8中的具体数值以接入网关aGW和基站eNBl为例来进 一步描述上述的同步时间信息获取过程。如图8所示，接入网关aGW的网关通信单元130在网关帧号计数器 150的当前帧号，即时刻T1二4094.250发送下行节点同步信号给基站 eNB，其中带有下发时刻T1。然后，基站eNBl的基站通信单元210在 基站帧号计数器270的当前帧号，即时刻T2,二149.875接收到该下行节 点同步信号。基站eNBl通过基站通信单元210在基站计数器270的当前帧号，即 T3,二151.125发送上行节点同步信号，其中带有接入网关aGW的下发 时刻T1，基站eNBl接收下行节点同步信号的时刻T2，以及基站eNBl发 送上行节点同步信号的时刻T3,。但是，如上所述，由于接入网关aGW 可以记下时刻T1，所以在上行节点同步信号中并不一定要包含时刻 Tl。接入网关aGW的网关通信单元130在网关帧号计数器150的当前帧 号，即时刻T4，二2.875接收到该上行节点同步信号。然后，在步骤S20，计算单元140利用T1、 T2,、 T3,和T4，和上述的 公式(4)和(5)进行计算，可以得到接入网关帧号AFN与该基站帧号BFN-1之间的映射关系<formula>formula see original document page 16</formula>
以及，接入网关aGW在这条传输路径上到达该基站eNBl的传输时延丁D, = CeillXCT2广Tl+T4广T30 mod 4096) /2] = 2 。 这样，可以获得接入网关aGW与各个基站eNB之间的映射关系Ai 和传输时延TDi。此外，由于接入网关aGW和基站eNBi都有各自的时钟漂移，因此 AFN与BFN-i之间的映射关系Ai也会随着变化。根据3GPP TS 25.104 中规定基站的频偏误差精度的最小要求是0.1ppm，则可以计算经过一 天时间后，基站eNBi和接入网关aGW的时钟漂移有 3600*24*0.1 *10-6=8.64ms因此，每天基站eNBi和接入网关aGW会漂移l帧左右，则接入网 关aGW和基站eNBi之间的最大时钟漂移是一天2丰8.64ms。为了保证AFN与BFN-i之间的对应映射关系Ai的精确性，接入网 关aGW与基站eNBi之间的同步过程的频度为每天执行2次。在获得AFN和各个BFN-i之间的映射关系Ai和传输时延TDi之后， 在步骤S30，网关控制器120通过网关通信单元130向基站eNBi发送节点 同步信息信号，也就是将上述计算出的映射关系Ai发给相应的基站 eNBi。然后，基站eNBi接收到节点同步信息信号之后，各个基站eNBi的 基站控制器230通过基站通信单元210向接入网关aGW发送一个节点同 步信息确认信号，以确认相应的基站eNBi确实接收到了映射关系Ai。在步骤S40，每当有一个MBMS数据分组要从接入网关aGW发往基 站eNBi时，由接入网关aGW来确定这个即将发送的MBMS数据分组在 各个基站eNBi的统一的期望下发时刻AFNexpeet，该期望下发时刻采用 AFN的格式。在确定这个统一的期望下发时刻时，需要考虑各个基站eNBi与接 入网关aGW之间最大的传输时延MaxTD，所有基站的最大处理时延 Tp咖以及一个额外的保护间隔T薩gin。上述的最大传输时延MaxTD，最大处理时延T^以及保护间隔Tmargin之和被称为等待时间WT。 根据步骤S10的接入网关aGW与基站eNBi之间的节点同步时间信 息获取过程所获得的结果，可以得到接入网关aGW到其下所有的基站 eNB的传输时延TDi，并从这些所有的传输时延中得到最大的传输时延 MaxTD。此外，考虑到每个基站eNBi在接收到一个MBMS数据分组后还要 做一些额外的处理，例如由数据处理单元240执行的分段，编码，调制 等操作。所以，事先确定一个最大的处理时延Tp^，在确定统一期望 下发时刻时需要在等待时间中加上这个因素。这个最大的处理时延 Tp,。e通常是预定的，例如通过统计的手段或者基于基站的处理能力而 事先得到的。此外，保护间隔的确定需要考虑到一个MBMS数据分组在发送到 基站eNB后会被分割成为数据帧下发的事实。为了保证在每个基站 eNBi对该MBMS数据分组有相同的分割，对于MBMS业务数据来说， 相关的基站都应该进行同样的TFC参数配置，以保证MBMS数据分组 的分割和编码调制是一致的。因此，基站不会对MBMS数据进行级联 操作，属于同一个MBMS数据分组的数据帧在每个基站都是被连续发 送的。另外，考虑到数据帧的下发时刻必须要让后续数据分组的数据帧 在前一个数据分组的数据帧发送完毕之后再发送。因此，在保护间隔 中需要将一个MBMS数据分组可以被分割成几个数据帧的因素加上。为了对MBMS数据分组进行同样的分段， 一种简单的操作就是预 先定义和在接入网关aGW和基站配置每个MBMS业务的资源块参数， 例如IP参数。接入网关aGW已知MBMS数据帧的传输块长度，并且这 种分段对于该MBMS业务来说是固定不变的。对于每个MBMS数据分组，接入网关aGW的计算单元140确定统一的期望下发时刻为AFNexpect= (AFNstart + WT) mod 4096 = (AFNstart + MaxTD + Tproc + Tmargin) mod 4096 ---(6)
图9示出了统一的下发时刻的确定和发送的实例。如图9所示， AFNstart=4094，且MaxTD =3， Tproc=l， 丁丽^=3，即WT:7，贝lj AFNexpect= (4094 + 7) mod 4096 = 5。然后，在步骤S50，接入网关aGW在待发送的MBMS数据帧中指示期望的下发时刻AFNexpeet。在每个MBMS数据分组中，统一的期望下发时刻AFNexpect作为带内信息发送给每个基站eNBi。如图10所示，在从 接入网关aGW发送给各个基站eNBi的分组中包含了统一的下发时刻 AFNeXpect—5 o在步骤S60，各个基站eNBi接收到MBMS数据分组后，根据它自己 的BFN-i与接入网关的AFN之间的映射关系A將MBMS数据分组中的统一期望下发时刻AFNexp^转换为自己的BFN-i格式的下发时刻，艮卩BFNtansmiti= (AFNexpeet+Ai) mod 4096 ---(7)如图9所示，对于基站eNBl而言，映射关系Aj二150，因此基站 eNBl的下发时刻BFN加，it,二(5 + 150)mod 4096= 155。对于基站eNB2 而言，映射关系Ai二404，因此基站eNB2的下发时刻BFNtran加it2二 (5 + 404) =409。此外，在各个基站eNB接收到MBMS数据分组并且计算出相应的 BFNtr^miti后，将该帧号与基站当前的帧号相比较。如果所计算出的BFNt讓miti位于基站的当前帧号之前，也就是所计算出的BFNtrans涵并不适用，则向接入网关aGW发送一个定时调整信号，请求重新同步。图10示出了用来说明重新同步的操作的示意图。如图10所示，如 果基站eNB2发现计算出的BFNt薩础2不适用，则向接入网关aGW发送 一个定时调整信号。然后，接入网关aGW接收到该定时调整信号之后， 向该单频网区域内所有的基站eNB再次发送下行节点同步信号，以执 行重新同步操作。之后的步骤与上面己经描述过的步骤完全相同，这 里不再进行详细的描述。以上描述的是针对单个SFN区域内的基站为了满足射频合并而进 行的同步操作。如果整个SFN区域被划分成了多个子SFN区域，则在每 个子SFN区域中，各个基站在物理层的帧定时上己经同步，但是不同 的子SFN区域的帧定时边界并没有严格对准，不同的子SFN区域的帧定
时在边界上最多相差小于一帧(10ms)，而这恰恰满足了软合并的要 求，因为软合并所允许的最大传输时延是40ms。图1 l示出了两个子SFN区域的物理层帧定时之间的关系。如图11 所示，接入网关aGW下的四个基站eNBl-4中的基站eNBl-2属于SFN区 域l，而基站eNB3-4属于SFN区域2，两个区域中两个基站的物理层帧 定时是严格对准的，而两个区域之间的帧定时有偏差，但是偏差不大 于10ms。因此，釆用本发明，不仅能够在单个SFN区域内满足射频合并的 要求，即使在不同的子SFN区域之间，也可以满足软合并的要求。另外，由于IP传输技术的使用，造成了接入网关发送到基站的数 据以及在进行接入网关与基站之间的节点同步测量时会存在"抖动" 误差，原因在于IP传输技术的性能与网络的负载非常相关，在负载较 大和负载较小的情况下，所测量的接入网关和基站之间的传输时延也 是不同的。图12示出了用来说明'抖动'误差的示意图。图12中的AFN表示 接入网关aGW自身的帧号形式的时间计数器，BFN-l表示基站eNBl自 身的帧号形式的时间计数器，并且AFN和BFN的精度都是l/8帧。如图 12所示，从AFN的帧号4095发出的信号应该在基站eNBl的帧号 T2产150.875到达，但是由于网络负载的变化，实际的测量的到达时刻 是T2r-150.500或者T2,"-151.125。当因为抖动而使得测量结果位于不 同的帧中时，就会对测量的精度造成影响，进而影响到对该基站eNB发送数据分组的下发时刻BENtran^t的精确性。为了解决上述的'抖动，误差问题，接入网关aGW可以执行与基 站eNB之间的同步处理过程多次，例如5 10次，并将各个同步处理过 程所获得的传输时延平均来获得最终的传输时延。这样，可以将抖动 误差分散到多次的测量结果中，来获得更精确的结果，从而降低了 '抖 动'误差的影响。鉴于'抖动，误差产生的原因是由于接入网关aGW发送的帧到达 基站eNB可能会跨帧，如果帧长足够达大到超过接入网关aGW到基站 eNB的最大的传播时延，则抖动误差问题可以被完全避免。图13示出
了用来消除'抖动'误差而设置长帧的示意图。如图13所示，如果接入网关aGW到基站eNB的最大传输时延是10ms，帧长可以设为大于 10ms，例如40ms。这样，'抖动，误差始终是落在一个帧内，这样就 不会对数据传输产生实质性的影响。长帧的设置可以釆用超帧的方式， 在这种情况下，系统同步也只需要以超帧为粒度。以上的第一实施方式说明的是在没有外部参考时间的情况下如何 进行同步操作的详细过程。但是，本发明同样可以采用具有公共外部 参考时间的形式来实现。第二实施方式如上所述，本发明中的接入网关aGW和基站eNB可以采用公共的 外部时间作为参考时间。例如基站eNB与接入网关aGW有公共的外部 时间参考源，如GPS或Galileo系统，并且基站eNB和接入网关aGW都 和外部的时间参考系统保持同步。图14示出了根据第二实施方式的网络结构图。如图14所示，卫星 STLT，例如GPS卫星或者Galileo卫星向与相应的接收机连接的基站 eNBl和eNB2，以及接入网关aGW提供统一的时间基准。图15示出了根据本发明第二实施方式的接入网关aGW的结构框 图。图16示出了根据本发明第二实施方式的基站eNB的结构框图。如图15所示，第二实施方式的接入网关aGW包括用于缓冲从多媒 体广播多播中心发送的MBMS数据分组的网关缓冲器310，控制整个接 入网关的操作的网关控制器320，下发数据分组以及信令并接收来自用 户设备UE的信号的网关通信单元330,充当接入网关的系统定时器的 网关帧号计数器350，用于根据通信单元接收的来自UE的信号计算时 延和下发时刻的计算单元340,以及外部参考时钟360，例如GPS接收 机或者Galileo系统接收机。如图16所示，第二实施方式的基站eNBl包括与接入网关aGW通信 的基站通信单元410，用于缓冲从接入网关发送的MBMS数据分组的基 站缓冲器420，控制整个基站eNBl的操作的基站控制器430，用于根据 接入网关aGW发送的映射关系将MBMS数据分组的下发时刻转换成自
身的BFN格式的下发时刻的转换单元450，基站帧号计数器470，用于 对接收的MBMS数据分组进行分段、成帧和调制操作的数据处理单元 440，用于将数据处理单元440处理后的数据分组在由转换单元450所转 换得到的下发时刻发送给用户设备UE的发送单元460，以及外部参考 时钟480，例如GPS接收机或者Galileo系统接收机。另一基站eNB2具有 与上述基站eNBl相同的结构，这里不再详细描述。图17示出了在具有外部公共参考时间的情况下AFN和BFN-i之的 关系。如图17所示，接入网关aGW和基站eNB仍然有自己的帧号时间 计数器，接入网关aGW的AFN和基站eNB的BFN-l和BFN-2。尽管这些 帧号计数器是相对独立计数的，但是他们都有公共的GPS或Galileo系 统时间参考，并且在SFN区域内他们的帧定时边界是严格对齐的。接 入网关aGW和基站eNB都己知各自的相对于公共的GPS或Galileo系统 时间参考的帧号偏置，AFN。腕和BFN。ffseti 。在这种情况下，AFN与BFN之间的映射关系是固定不变的，并可 精确的通过AFN。版t和BFN。泡et滩出。下面参考图6所示的步骤和图18给出的示意图来详细说明本发明第二实施方式的同步过程。图18示出了在有公共参考时间的情况下接入网关和基站之间的同步操作的示意图。如图18所示，首先，网关控制器320通过网关通信单元330向SFN 区域内的各个基站eNB发送诸如下行节点同步控制帧的下行节点同步 信号，请求与各个基站eNB同步，并记下网关帧号计数器150的当前帧 号，作为下发时刻T1，其中该下行节点同步信号中可以包含所述的下 发时刻T1。然后，各个基站eNB通过基站通信单元410接收到下行节点 同步信号时，记下基站帧号计数器470的当前帧号，作为接收到下行节 点同步信号的时刻T2j，并且各自回复一个诸如上行节点同步控制帧的 上行节点同步信号作为响应，所述上行节点同步信号中至少包含有以 基站帧号为格式的、相应的基站eNB接收到下行节点同步信号的时刻 T2i和BFN。ffseti，但是也可以包含有上述的下发时刻T1和发送上行节点 同步信号的时刻T3i，如图18所示。 这种情况下，不需要假设上下行具有相等的传输时延，AFN与BFN 之间的映射关系Ai可以直接计算得到-△ ,= Round ((AFN。ffset — BFN。ffseti) mod 4096) ---(8 )接入网关aGW与基站eNB之间的传输时延TDi可以计算得到 TDfCeil [(((T2i + BFNoffseti) mod 4096)-((T1+ AFNoffset) mod 4096)) mod 4096]---(9)其中Round表示舍入函数，而Ceil表示上整数函数。计算单元140利用 上述接收到的各个时刻以及上面确定的公式(8)和(9)来计算映射 关系Ai和传输时延TDj。下面结合图18中的具体数值以接入网关aGW和基站eNBl为例来进一步描述上述的同步时间信息获取过程。接入网关aGW相对于公共参考GPS或Galileo系统时间的AFN帧号 偏置AFN。ffse产4092。基站eNBl相对于公共参考GPS或Gameo系统时间 的BFN帧号偏致BFN。ffset产3942。接入网关aGW在网关帧号计数器350的当前帧号，即T1二4094发 送下行节点同步信号给基站eNBl，并记下当前时刻T1，上述的下行节 点同步信号中可以带有下发时刻T1。实际上，在第二实施方式中，只 要接入网关aGW向基站发送一个下行节点同步信号，就表明发出了同 步请求，并且在同步请求中可以不含有该同步请求所发出的时刻T1。然后，基站eNBl在基站帧号计数器470的当前帧号，即T2,二 149.875接收到该下行节点同步信号。接下来，基站eNB在BFN的当前 帧号，即T3,二151.125发送上行节点同步信号，该上行节点同步信号 中至少带有基站eNBl接收下行节点同步信号的时刻T2!以及该基站 eNBl相对于公共参考GPS或Galileo系统时间的BFN帧号偏置 BFN。ffsetl。当然，上行节点同步信号中也可以带有接入网关aGW的下 发时刻Tl以及基站eNBl发送上行节点同步信号的时刻T3p接下来，接入网关aGW在网关帧号计数器350的当前帧号，即T4j 接收到该上行节点同步信号，以至少获得T2,和BFN。ffseu。
这样，计算单元340就可以利用已经记下的或者从上行节点同步信 号中获得的T1、所获得的T2,和AFN。編与BFN。泡eu信息进行计算，可 以得到AFN与该基站eNBl的BFN之间的映射关系△f Round ((AFNoffset - BFNoffsetl) mod 4096) = 150则:BFN-1=(AFN+150) mod 4096 以及，接入网关aGW在这条传输路径上到达该基站eNBl的传输时延TD1 = Ceil [(((T2! + BFN。ffsetl) mod 4096)—((T1+ AFN。ffset) mod 4096)) mod 4096] = 2这样，可以获得接入网关aGW与各个基站eNBi之间的映射关系A i和传输时延TDi。在获得了上述的映射关系Ai和传输时延TDi之后的步骤与上述结合第一实施方式所做的描述完全相同，这里不再详细说明。这样，本发明与中国专利申请200610029863.7 (名称无线通信 系统中用于进行网络设备间同步的方法和装置；申请日2006年8月9 日)以及另一中国专利申请200610028109.1 (名称无线接入网中为 多播组播业务进行资源调度的方法和设备；申请日2006年6月23 曰)分别给出了给出了在3GPP的长期演进中EMBMS为了进行RF合并 三个层面上的同步处理机制，从而解决了在LTE下MBMS数据分组在 用户设备UE进行射频合并所要解决的问题。图19示出了用来说明LTE下为了进行射频合并所要求的三层同步 结构的示意图。如图19所示，支持MBMS在SFN区域内射频合并的具体分层同步 结构如下物理层帧定时同步(Physical layer frame timing synchronization)这层同步在SFN区域内每个基站eNB的物理层帧定时要求在帧边 界严格对齐，来保证物理层帧定时的同步，如图19中左侧的椭圆所示。 这是对层l的物理定时同步要求，同步的精度要求是微秒级的(见中国 专利申请200610029863.7)。 层2内容传输同步(L2 content transmission synchronization) 这层同步要求相同内容的MBMS业务数据在SFN区域内的每个基 站eNB中在同一个时刻以无线电帧下发出去。也就是如上结合第一和 第二实施方式所述，首先在接入网关aGW和基站eNB之间进行同步操 作，确定要发送的MBMS数据分组的下发时刻，然后以IP分组的形式 将MBMS数据分组从接入网关aGW发送给各个基站eNB，并在所确定 的下发时刻BFNt,mit (见图19中中间的椭圆)以无线电帧的形式发送 给用户设备UE。这样可以保证在手机端能够对同样内容的数据进行及 时的射频合并。腸 层3业务调度同步'(L3 service scheduling synchronization )空中接口的射频合并是针对相同的物理资源而言的，因此要求对 于相同的MBMS业务数据在SFN区域内的不同基站eNB要用相同的时频资源来发送，如图19中最右侧椭圆所示。也就是说，在不同的基站 eNB上用于MBMS业务传输的物理资源块(physical resource block)分 配图样(pattern)在每个调度周期必须是相同的。如图19所示，MBMS 业务1 4分别用各自的时频资源来发送(见中国专利申请 200610028109.1)。上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应 该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于 本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权 利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种在接入网关和基站之间进行同步的方法，包括步骤在第一时刻，从接入网关向各个基站发送同步请求信号；在第二时刻，各个基站接收同步请求信号；在第三时刻，各个基站向接入网关发送同步响应信号，所述同步响应信号包括第二时刻和第三时刻；在第四时刻，接入网关接收同步响应信号；以及基于第一时刻，第二时刻，第三时刻和第四时刻，针对各个基站计算接入网关的时间系统与各个基站的时间系统之间的映射关系。
2. 如权利要求l所述的方法，还包括步骤 接入网关将包括映射关系的信息发送给各个基站。
3. 如权利要求2所述的方法，还包括步骤各个基站接收所述信息之后，向接入网关发送确认信号。
4. 如权利要求2所述的方法，还包括步骤基于第一时刻，第二时刻，第三时刻和第四时刻，针对各个基站 计算接入网关与各个基站之间的传输时延；确定所述传输时延中最大的传输时延；接入网关基于大于所述最大传输时延的等待时间确定要发送的数据分组的期望下发时刻；以及将期望下发时刻发送给各个基站。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述将期望下发时刻发送给 各个基站的步骤包括-将期望下发时刻指示在数据分组中；以及 将带有期望下发时刻的数据分组发送给各个基站。
6. 如权利要求5所述的方法，还包括步骤各个基站接收数据分组；基于所述映射关系，将所述数据分组中的期望下发时刻转换为以 基站的时间系统为格式的实际下发时刻。
7. 如权利要求6所述的方法，还包括步骤基站通过比较实际下发时刻与基站的时间系统的当前时间来判 断实际下发时刻是否可用；以及如果实际下发时刻不可用，基站向接入网关发送重新同步请求信 号，请求重新同步。
8. 如权利要求4所述的方法，其中多次执行与传输时延的获得 相关的步骤，并将各次获得的传输时延平均，作为各个基站与接入网 关之间的最终传输时延。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述同请求步信号和同步响 应信号是以控制帧的形式发送的。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述控制帧的长度大于10ms。
11. 如权利要求l所述的方法，其中所述同步请求信号包括所述 第一时刻，以将所述第一时刻发送给各个基站；以及所述同步响应信 号还包括所发送的第一时刻。
12. —种在接入网关和基站之间进行同步的方法，包括步骤 在第一时刻，从接入网关向各个基站发送同步请求信号； 在第二时刻，各个基站接收所述同步请求信号； 在第三时刻，各个基站向接入网关发送同步响应信号，所述同步响应信号包括第二时刻和基站的时间系统相对于基准时间的第一偏 置；接入网关接收同步响应信号，并基于第一偏置和接入网关的时间 系统相对于基准时间的第二偏置，针对各个基站计算接入网关的时间 系统与各个基站的时间系统之间的映射关系。
13. 如权利要求12所述的方法，还包括步骤接入网关将包括映射关系的信息发送给各个基站。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括步骤各个基站接收所述信息之后，向接入网关发送确认信号。
15. 如权利要求12所述的方法，还包括步骤基于第一时刻，第二时刻，第一偏置和接入网关的时间系统相对 于基准时间的第二偏置，针对各个基站计算接入网关与各个基站之间 的传输时延；确定所述传输时延中最大传输时延；基于大于所述最大传输时延的等待时间确定要发送的数据分组 的期望下发时刻；以及将期望下发时刻发送给各个基站。
16. 如权利要求15所述的方法，其中所述将期望下发时刻发送 给各个基站的步骤包括将期望下发时刻指示在所述数据分组中；以及 将带有期望下发时刻的数据分组发送给各个基站。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括步骤 各个基站接收数据分组；基于映射关系，将所述数据分组中的期望下发时刻转换为以基站 的时间系统为格式的实际下发时刻。
18. 如权利要求17所述的方法，还包括步骤 基站通过比较实际下发时刻与基站的时间系统的当前时间来判断所述实际下发时刻是否可用；以及如果所述实际下发时刻不可用，基站向接入网关发送重新同步请 求信号，请求重新同步。
19. 如权利要求12所述的方法，其中中多次执行与传输时延的 获得相关的步骤，并将各次获得的传输时延平均，作为各个基站与接 入网关之间的最终传输时延。
20. 如权利要求12所述的方法，其中所述同步请求信号和同步 响应信号是以控制帧的形式发送的。
21. 如权利要求20所述的方法，其中所述控制帧的长度大于 10ms。
22. 如权利要求12所述的方法，其中所述同步请求信号包括第 一时刻，以将所述第一时刻发送给各个基站；以及所述同步响应信号 还包括第三时刻和所发送的第一时刻。
23. —种网关设备，包括通信装置，用于在第一时刻向至少一个基站设备发送同步请求信号，以及在第四时刻接收从各个基站设备发送的同步响应信号，所述 同步响应信号中包括各个基站设备接收到同步请求信号的第二时刻以及发送同步响应信号的第三时刻；以及计算装置，根据第一时刻、第二时刻、第三时刻以及第四时刻， 针对各个基站设备，计算网关设备的时间系统与各个基站设备的时间 系统之间的映射关系。
24. 如权利要求23所述的网关设备，其中，所述通信装置将包括 了所述计算装置所计算出的映射关系的信息发送给各个基站设备。
25. 如权利要求24所述的网关设备，其中，所述计算装置根据第一时刻、第二时刻、第三时刻以及第四时刻，针对各个基站设备，计 算网关设备与各个基站设备之间的传输时延，选择所述传输时延中的 最大传输时延，并基于大于所述最大传输时延的等待时间确定要发送 的数据分组的期望下发时刻。
26. 如权利要求25所述的网关设备，其中，所通信装置将期望下 发时刻指示在要发送的数据分组中，并将所述数据分组发送给各个基 站设备。
27. —种基站设备，包括通信装置，接收同步请求信号，向网关设备发送接收同步请求信 号的时刻和发送同步请求响应信号的时刻，从网关设备接收基站设备 的时间系统与网关设备的时间系统之间的映射关系和从网关设备发送 的包括期望下发时刻的数据分组；以及转换装置，基于映射关系将期望下发时刻转换为基站设备的时间 系统下的实际下发时刻。
28. 如权利要求27所述的基站设备，还包括控制装置，用于通过比较所述实际下发时刻和基站设备的时间系统的当前时间来确定所述 实际下发时刻是否可用；以及如果所述实际下发时刻不可用，控制所 述通信装置发送重新同步请求信号，请求重新同步。
29. 如权利要求28所述的基站设备，其中所述通信装置将所述实 际下发时刻指示在数据分组中，并向用户设备发送所述数据分组。
30. —种网关设备，包括通信装置，用于在第一时刻向至少一个基站设备发送同步请求信 号，并在此后接收从各个基站设备发送的同步响应信号，所述同步响 应信号中包括各个基站设备接收到同步请求信号的第二时刻以及基站 的时间系统相对于基准时间的第一偏置；以及计算装置，基于第一偏置和接入网关的时间系统与基准时间之间 的第二偏置，针对各个基站计算网关设备与各个基站设备的时间系统 之间的映射关系。
31. 如权利要求30所述的网关设备，其中，所述通信装置包括了所述计算装置所计算出的映射关系的信息发送给各个基站设备。
32. 如权利要求31所述的网关设备，其中，所述计算装置基于第 一时刻，第二时刻，第一偏置和接入网关的时间系统相对于基准时间 的第二偏置，针对各个基站计算网关设备与各个基站设备之间的传输 时延，选择所述传输时延中的最大传输时延，并基于大于所述最大传 输时延的等待时间确定要发送的数据分组的期望下发时刻。
33. 如权利要求32所述的网关设备，其中，所通信装置将期望下发时刻指示在数据分组中，并将所述数据分组发送给各个基站设备。
34. —种基站设备，包括通信装置，接收同步请求信号，向网关设备发送接收到同步请求 信号的时刻和基站设备的时间系统相对于基准时间的偏置，从网关设 备接收基站设备的时间系统与网关设备的时间系统之间的映射关系以 及从网关设备发送的包括期望下发时刻的数据分组；以及转换装置，基于映射关系将期望下发时刻转换为基站设备的时间 系统下的实际下发时刻。
35. 如权利要求34所述的基站设备，还包括控制装置，用于通过比较所述实际下发时刻和基站设备的时间系统的当前时间来确定所述 实际下发时刻是否可用；以及如果所述实际下发时刻不可用，控制所 述通信装置发送重新同步请求信号，请求重新同步。
36. 如权利要求35所述的基站设备，其中所述通信装置将所述实际下发时刻指示在所述数据分组中，并向用户设备发送所述数据分组。
37. —种通信网络，包括至少一个如权利要求23所述的网关设备和至少一个如权利要求27所述的基站设备。
38. —种通信网络，包括至少一个如权利要求30所述的网关设备 和至少一个如权利要求34所述基站设备。
全文摘要
公开了一种网关设备、基站设备、通信网络和同步方法，所述方法包括步骤在第一时刻，从接入网关向各个基站发送同步请求信号；在第二时刻，各个基站接收同步请求信号；在第三时刻，各个基站向接入网关发送同步响应信号，所述同步响应信号包括第二时刻和第三时刻；在第四时刻，接入网关接收同步响应信号；以及基于第一时刻，第二时刻，第三时刻和第四时刻，针对各个基站计算接入网关与各个基站的时间系统之间的映射关系。利用上述结构和方法，在LTE中传输MBMS数据分组时，避免了路径延迟和抖动误差导致的接入网关和基站不能准确同步的问题，使得各个基站能够针对MBMS数据分组确定相同的下发时刻，从而用户设备端能够执行正确的射频合并。
文档编号H04L12/66GK101132222SQ200610109908
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月22日 优先权日2006年8月22日
发明者华 晁, 汪勇刚, 河 王, 胡中骥, 邢平平, 宇 陈 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司