专利名称：无线通信系统中的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统的无线电基站中的方法和时间同步装置。特别地本发明涉及确定无线电基站之间的时间同步偏移。
背景技术：
通用移动电信系统(UMTS)是设计为继GSM之后的第三代移动通信技术中的一个。3GPP长期演进(LTE)是第三代合作伙伴项目(3GPP)内的项目来改进UMTS标准以应付改进的服务(例如更高的数据率)、改进的效率、更低的成本等方面的未来要求。通用陆地无线接入网络(UTRAN)是UMTS系统的无线电接入网络并且演进型UTRAN (e_UTRAN)是LTE系统的无线电接入网络。如图I中所示，e-UTRAN典型地包括无线连接到无线电基站(RBS)IlOa-C(通常被称作eNodeB)的用户设备(UE)150。eNodeB为被称作小区120a_c的一个或多个区域服务。在图I中，服务小区120a服务UE 150。小区120b和120c是相邻小区。在e-UTRAN中，eNB IlOa-C直接连接到核心网络并且可通过X2接口彼此通信。然而，在UTRAN中，RBS或NodeB (NB)经由控制连接到其的NB的无线电网络控制器而连接到核心网络。对于为何使用同步的RBS，有若干原因。在时分双工用于单独的上行链路和下行链路信号的时分双工(TDD )系统(例如TDD-LTE、TDD-UMTS以及时分同步的码分多址(TD-SCDMA))中，同步是强制的。NB需要与某一预定义的频率和相位精度同步。相位对准的要求小于3μ s并且频率精度应该在50 ppb内。在不同频率用于上行链路和下行链路信号的频分双工(FDD)系统(例如FDD-LTE和FDD-UMTS)中，时间同步是可选的。然而，对于某些服务和算法(例如组播广播单频网络(MBSFN)和小区间干扰协调)的执行，同步是必要的。一般而言，同步的无线电网络允许网络中的更高容量。根据3GPP标准，通过全球定位系统(GPS)卫星来实现RBS间空中时间(air time)同步。来自卫星的信号指示提供绝对定时参考的GPS时间。例如，GPS时间可用于同步空中的帧时间并且因此可以实现RBS间空中时间同步。使用GPS来同步的问题在于GPS信号可能是不可用的(例如，由于坏天气或由于出错的GPS接收器)。然而，RBS将仍然需要提供服务给UE,优选直到GPS信号恢复。典型地，对网络的操作员的要求是能够在至少GPS不可用的24小时期间提供服务给用户。这近似地是接收出错的GPS接收器的通知并发送某个来代替它所需的时间。在不存在GPS信号期间的RBS服务的持续性是系统的非常重要的特性，特别是对于同步对于功能网络是强制的TDD系统。对于FDD系统，对于维持高的系统容量和某些服务它是重要的。当没有可接收的GPS信号时保持相位稳定性的一个方案是使用安装有恒温器的压控晶体振荡器(Oven mounted Voltage Controlled Crystal Oscillator,0VCX0),0VCX0可以在比普通振荡器更长时间期间在不存在时间参考信号的情况下维持非常高的频率稳定性。0VCX0会在24小时内没有GPS信号的情况下使能稳定的相位(+/-1，5 μ s)的维持，而通常用在RBS中的普通振荡器维持大约30分钟内的相位稳定性。0VCX0的缺点是它非常
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当没有可接收的GPS信号时改进相位稳定性的另一可能的方案是使用超级主时钟(grand master clock)和分布式从时钟概念(例如,根据IEEE 1588规格)。然而,此方案是基于特殊分组交换过程来补偿分组越过网络所耗的时间，并且由于分组时延将取决于网络负载，所以无法确保这样的方案的定时精度。另一缺点在于不支持该方案的网络元件将降低在从时钟中达到的定时精度。
发明内容
本发明的实施例的目的是解决以上略述的问题和缺点中的一些，并且当用于参考定时的GPS信号丢失时以准确且成本有效率的方式延长RBS相位稳定性。另一目的是建立FDD系统中的时间同步而不使用GPS信号。由根据独立权利要求的方法和装置并且由根据从属权利要求的实施例来实现这些目的和其它。根据本发明的第一方面，提供一种用于连接到无线通信系统的第一和第二无线电基站的时间同步装置的方法。该方法是在第一无线电基站已经传送切换(handover)命令 给用户设备之后执行的，该命令指示给第二无线电基站的切换。该方法包括从第一无线电基站检索由用户设备使用以在切换之前调整其传送定时的第一定时提前值，以及随机接入前置码(preamble)的接收定时的测量。随机接入前置码在同步期间从用户设备传送到第二无线电基站。该方法还包括从第二无线电基站检索由用户设备使用以在切换之后调整其传送定时的第二定时提前值，以及基于检索到的第一定时提前值、第二定时提前值、以及接收定时的测量来确定第一和第二无线电基站之间的时间同步偏移。根据本发明的第二方面，提供一种可连接到无线通信系统的第一和第二无线电基站的时间同步装置。该装置包括第一检索单元，配置为从第一无线电基站检索由用户设备使用以在从第一到第二无线电基站的切换之前调整其传送定时的第一定时提前值，以及在同步期间由用户设备传送到第二无线电基站的随机接入前置码的接收定时的测量。该装置还包括第二检索单元，配置为从第二无线电基站检索由用户设备使用以在切换之后调整其传送定时的第二定时提前值。此外，该装置包括确定单元，配置为基于检索到的第一定时提前值、第二定时提前值以及接收定时的测量来确定第一和第二无线电基站之间的时间同步偏移。根据本发明的第三方面，提供一种包括根据第二方面的时间同步装置的无线电基站。本发明的实施例的优势在于当GPS时间参考信号丢失时，它们允许延长的RBS服务时间。本发明的实施例的另一优势在于它们使建立FDD系统中的时间同步而甚至无需GPS信号成为可能。本发明的实施例的又一优势在于对于实现不需要昂贵的硬件，因此使能低成本的方案。本发明的实施例的另外的优势在于可以在RBS对之间维持同步的时基。若一个RBS接入GPS源，则直接地或经由另一配对，RBS也维持对GPS的同步。当结合附图考虑时，本发明的其它对象、优势和新颖的特征将从本发明的下文详细描述而变得明显。
图I示意性地图示在其中可实现本发明的传统的LTE无线电接入网络。图2示意性地图示根据现有技术的e-UTRAN中的RA过程。图3示意性地图示根据现有技术的近的用户、中距离用户、远的用户的RA子帧中的eNB上的前置码定时。图4a示意性地图示根据现有技术的e-UTRAN中的HO过程。图4b示意性地图示本发明的实施例的基本概念。图5a和图5b示意性地图示在本发明的实施例中使用的不同TA值在传播延迟方面对应何物。 图6示意性地图示由源和目标RBS以及由UE在HO之前和之后传送的子帧的定时。图7a_b是根据本发明的实施例的时间同步装置中的方法的流程图。图8a示意性地图示根据本发明的实施例的时间同步装置。图Sb示意性地图示根据本发明的实施例的无线电基站。
具体实施例方式在下文中，将参考某些实施例和附图来更详细地描述本发明。出于解释且并非限制的目的阐述了具体细节，例如特定场景、技术等，以便提供本发明的深入理解。然而，对于本领域的技术人员而言，可在背离这些具体细节的其它实施例中实践本发明将是明显的。此外，本领域技术人员将意识到，可使用软件功能结合已编程的微处理器或通用计算机和/或使用专用集成电路(ASIC)来实现本文以下解释的功能和组件。也将意识到尽管当前发明主要是以方法和装置的形式来描述，但本发明还可实施在计算机程序产品中以及在包括计算机处理器和耦合到该处理器的存储器的系统中，其中存储器是用可执行本文所公开的功能的一个或多个程序来编码。本文以对参考特定示例场景的方式来描述本发明。关于e-UTRAN在非限制性的一般上下文中描述在本发明的特定实施例中。但应注意还可以将本发明和其示范性实施例应用到具有类似的随机接入过程的其它类型的无线电接入网络。在本发明的实施例中，通过取决于两个eNB(它们中的一个是需要时间同步的eNB )之间的用户设备(UE)切换的方案来解决调整已经丢失GPS时间参考信号(例如，因为出错的GPS接收器)的eNodeB (eNB)的时间同步的问题。从源eNB和目标eNB检索由执行切换的UE使用的定时提前(Timing Advance，TA)值。第一 TA值是由UE使用以在切换之前调整其定时的TA值并且因此它从源eNB检索。第二 TA值是由UE在切换之后使用的TA值并且因此它从目标eNB检索。此外，源eNB测量随机接入前置码的接收定时，随机接入前置码是由UE传送到目标eNB以便UE获取上行链路同步。根据本发明的实施例的方案的先决条件是切换过程中所涉及的eNB中的一个已经存取GPS时间参考信号，或至少eNB中的一个具有当前充分的时间同步精度，例如在当一个eNB从GPS锁定的又一 eNB获得其定时的情况下。TA值是隐含包括到当前与UE通信的eNB的距离的参数。UE需要此参数通过它离eNB越远则越早的数据的开始传送来补偿传播延迟。若没有作出调整，则来自远离eNB的UE的传送可与来自较接近eNB的UE的传送同时到达并且因此丢失eNB中的接收的时间对准。TA参数值从在eNB的上行链路接收定时、随机接入前置码或普通数据传送检索，并且传送到UE。UE将使用TA值来提前或延迟其到eNB的传送的定时，以便补偿传播延迟。以此方式，eNB可以控制来自不同UE的传送以与eNB的接收器窗口时间对准。任何无线通信系统的基本要求是UE请求连接建立的可能性。这通常称为随机接A (Random Access, RA)。RA的一个目的是建立上行链路同步。随机接入不仅用于初始接入，也用在上行链路的不活动时期之后(当丢失上行链路同步即使UE仍然连接时)。图2示意性地图示e-UTRAN中的RA过程，包括UE 210和eNB 250。执行RA尝试的UE已经从小区搜索过程获取下行链路同步211。第一步骤是RA前置码212到eNB的传送。前置码的主要目的是指示RA尝试并且获取上行链路时间同步。前置码允许eNB估计传播延迟并且定义用于调整UE传送定时的TA值。在UE上的上行链路帧的开始是相对于在UE上的下行链路帧的开始而定义的。由于eNB与UE之间的传播延迟，因此上行链路传送将相对于在eNB上 的下行链路传送定时延迟。由于UE与eNB之间的距离未知，所以在对应于eNB与UE之间的距离的两倍的上行链路定时中将存在不确定性。为说明RA子帧中的这一不确定性，前置码短于子帧。图3示意性地图示在接近eNB的用户301、中距离用户302、远的用户303的RA子帧304中的在eNB上的前置码定时。网络广播信息到关于其中允许RA前置码传送的无线电资源的所有UE。在这些无线电资源中没有排定上行链路传送来避免数据与前置码之间的干扰。转回RA过程，eNB将响应于所检测的RA尝试并且作为RA过程的第二步骤，传送消息(RA响应213)，除其它事情之外该消息还包括基于前置码的接收定时而计算的定时校正或TA值以及指示UE应该用于后续消息的传送的资源的调度许可。当UE接收到RA响应213时，它根据TA值而调整214其上行链路传送定时。在RA过程中，因此传送前置码212而没有TA调整，而所有后续子帧基于TA值时间对准。当使用基于争用(contention)的RA时，UE从一组随机可选的前置码中选择前置码。当发送RA前置码时有某一概率的争用，意味着多于一个UE同时选择相同的RA前置码来使用。解决这些冲突是RA过程的后续无线电资源控制(RRC)信令215的一部分。UE传送必要的消息到使用RA响应中所指示的资源的网络并且将争用解决消息传回到UE，其结束RA过程。若RA过程是成功的，则建立连接并且UE和eNB可交换用户数据216。eNB负责基于所传送的用户数据的测量而持续地更新用于UE的TA值，并且将TA值的调整转发到UE0HO过程可描述为在UE与源eNB之间的一组连续的HO RRC信令消息。当源和目标小区在不同的eNB中时，也需要源与目标eNB之间的信令的若干X2消息。在图4a的信令图表中示意性地图示HO过程，其涉及UE 420、源eNB 430以及目标eNB 440。该过程开始于当UE传送测量报告消息401到源eNB时，其中测量报告指示需要HO。因此测量报告触发HO过程，并且是基于服务和相邻小区中的下行链路无线电信道质量测量。UE报告“最佳小区”列表，其包含具有比服务小区更高的无线电信道质量的所有相邻小区。源eNB基于测量报告中的“最佳小区”列表而作出HO决定402，并且在信号403中经由X2接口发送HO请求到确定为目标的eNB。目标eNB通过准入控制过程404保留资源，并且将HO请求确认405发送回源eNB。当源eNB接收到确认405时，它发送HO命令406到UE。然后UE将通过包括信号407、408、409的RA过程而接入目标小区，类似于上述过程，其结束于传送到目标eNB的HO证实消息410。
为了允许在HO过程期间的更有效率的RA，目标小区eNB选择分配给UE用于随机接入过程的前置码。目标小区eNB也通知源小区eNB关于分配给UE以用于在HO的随机接入过程的RA前置码。源eNB在HO命令中通知UE关于所分配的前置码。由于将无疑哪个UE尝试接入目标eNB，所以这将加速HO过程。因此使用所分配的前置码来执行上行链路同步。参考图4b来描述本发明的基本概念，图4b图示本发明的实施例的信令图表。如图4a中所示，已经由来自UE 420的测量报告410触发HO过程，并且由UE接收HO命令406，因此UE将开始与目标eNB 440的RA过程。在HO之前，源eNB已经计算被称作TAl的TA值，TAl由UE使用以在HO完成之前调整其传送定时。由于源eNB 430知道哪个RA前置码将由UE 420使用来在RA过程期间获取与目标eNB 440的上行链路同步，源eNB 430中的时间同步装置还可检测并测量411传送到目标eNB 440的前置码的接收定时。通过测量此前置码的定时，源eNB中的时间同步装置将能够计算用于UE的TA值TA3。然而，由于目标eNB 440负责在切换之后计算并转发正确的TA值(被称作TA2)到UE，所以TA3将不被转发到UE。TA3值可与TAl和TA2值一起使用来导出目标440与源eNB 430之间的偏移，并且因此可用于调整源或目标eNB的同步。通过源和目标eNB之间的X2接口交换412关于不同TA值的信息。交换何种信息取决于需要同步的eNB中的一个，并且其中确定偏移的eNB中的一个。在本发明的第一实施例中，在源eNB的时间同步装置中确定偏移，并且在第二实施例中在目标eNB的时间同步装置中确定偏移。优选当源eNB中需要时间同步的调整时，使用第一实施例。备选地，将在此第一实施例中在源eNB中所计算的偏移转发到目标eNB，以便目标eNB基于该偏移来调整其时间同步。因此任何源和目标eNB的时间同步装置可检索以下信息
-TAl，对应于从源eNB到UE的传播延迟的两倍；
-TA2，对应于从目标eNB到UE的传播延迟的两倍；
-T A 3， 对应于从源e N B至Ij U E的传播延迟(即M TAl )，但与从目标eNB到UE的传播延迟(即M TA2)的偏移以及在源和目标eNB之间的时间同步之差(即偏移)。图5a和图5b示意性地图示在传播延迟方面不同TA值对应于何物。如以上已经所述的，因为TA值对应于从eNB传送到UE并再次回到eNB的信号的延迟，所以有可能估计UE和eNB之间的传播延迟作为TA值的一半。因此图5a图示基于在HO之前所使用的TAl值可估计源eNB 430和UE 420之间的传播延迟，并且基于在切换之后所使用的TA2值可估计目标eNB 440和UE 420之间的传播延迟。UE在HO之前所处于的状态在下文中被称作状态A，并且UE在HO之后所处于的状态被称作状态B。在状态A中，UE时间被锁定到源eNB。源eNB知道对应于TAl的UE的TA。因此，从源eNB到UE的传播延迟是14 TAl。在状态B中，UE时间被锁定到目标eNB。目标eNB知道对应于TA2的UE的TA。因此，从目标eNB到UE的传播延迟是y2 TA2。图5b图示当UE处于状态B时在源eNB 430的时间同步装置作出UE 420的上行链路传送的测量时的情形。因此装置可导出TA3，其是应该已经发送到UE 420的TA值(假设它会仍然处于状态A)。在本发明的实施例中，使用状态A与状态B之间的转变来作出对目标eNB的RA前置码传送的上行链路测量。使用前置码的优势在于源和目标eNB可已知传送的时间和实际前置码，这将使它容易检测。此外，执行前置码的传送而不使用如以上已经描述的任何TA调整，即只要UE接收到目标eNB同步信息就执行前置码的传送(也参见图5b)。这移除了计算两个eNB之间的偏移的式子中的一个未知参数。因此，基于TA1、TA2以及TA3，放置在两个eNB中的任何一个中的时间同步装置可确定eNB之间的时间同步中的偏移。然后，由缺乏GPS同步信号的两个eNB中的一个可使用此偏移来调整其振荡器。在图6中示意性地图示在源eNB上的子帧601和在目标eNB上的子帧602的传送定时，以及处于状态A的UE上的子帧603 (在HO之前)和在状态B中的UE上的子帧604 (在HO之后)的接收定时。由于缺乏GPS同步信号，所以eNB时间同步中的一个漂移，并且因此在源和目标eNB定时之间存在偏移615。在水平线610之上，目标eNB 滞后于源eNB，并且在水平线610之下，目标eNB定时提前于源eNB定时。当在处于状态A的UE上接收时的子帧的时间延迟616对应于TAl值的一半，并且当在处于状态B的UE上接收时的子帧的时间延迟617对应于TA2值的一半。在图中也指示TA3值618，其图示从处于状态B的UE传送的前置码的源eNB上的接收时间接收时间604加上传播延迟616。因此以下式子可用于导出源和目标eNB之间的偏移615
权利要求
1.一种用于连接到无线通信系统的第一无线电基站和第二无线电基站的时间同步装置的方法，所述方法在所述第一无线电基站已经传送切换命令给用户设备之后执行，所述命令指示到所述第二无线电基站的切换，所述方法包括 -从所述第一无线电基站检索 由所述用户设备使用以在所述切换之前调整其传送定时的第一定时提前值(710)，和 随机接入前置码的接收定时的测量(720)，所述随机接入前置码在同步期间从所述用户设备传送到所述第二无线电基站， -从所述第二无线电基站检索(730)由所述用户设备使用以在所述切换之后调整其传送定时的第二定时提前值， -基于检索到的第一定时提前值、第二定时提前值以及所述接收定时的测量来确定(740 )所述第一无线电基站和所述第二无线电基站之间的时间同步偏移。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述装置放置在所述第一无线电基站中，并且其中通过X2接口检索所述第二定时提前值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于所确定的时间同步偏移来调整(750)所述第一无线电基站的定时。
4.根据权利要求2所述的方法，其中通过所述X2接口将所确定的时间同步偏移传送给所述第二无线电基站，以便所述第二无线电基站基于所述所确定的时间同步偏移来调整其定时。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述装置放置在所述第二无线电基站中，并且其中所述第一定时提前值以及所述随机接入前置码的所述接收定时的测量是通过X2接口进行检索的。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括基于所确定的时间同步偏移来调整(760)所述第二无线电基站的定时。
7.根据权利要求5所述的方法，其中通过所述X2接口将所确定的时间同步偏移传送给所述第一无线电基站，以便所述第一无线电基站基于所述所确定的时间同步偏移来调整其定时。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中确定(740)时间同步偏移包括基于所述随机接入前置码的所述接收定时的测量来确定(741)第三定时提前值，以及基于所述第三定时提前值与所述第一和所述第二定时提前值之和的一半之间的差来确定(742 )所述时间同步偏移。
9.一种时间同步装置(800)，可连接到无线通信系统的第一无线电基站(880)和第二无线电基站(890)，所述装置包括 -第一检索单元(810)，配置为从所述第一无线电基站(880)检索 由用户设备使用以在从所述第一无线电基站到所述第二无线电基站的切换之前调整其传送定时的第一定时提前值，和 在同步期间由所述用户设备传送到所述第二无线电基站的随机接入前置码的接收定时的测量， -第二检索单元(820)，配置为从所述第二无线电基站(890)检索 由所述用户设备使用以在所述切换之后调整其传送定时的第二定时提前值，-确定单元(830)，配置为基于检索到的第一定时提前值、第二定时提前值以及所述接收定时的测量来确定所述第一无线电基站和所述第二无线电基站之间的时间同步偏移。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置配置为放置在所述第一无线电基站中，并且其中所述第二检索单元配置为通过X2接口从所述第二无线电基站检索所述第二定时提前值。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括调整单元(840)，配置为基于所确定的时间同步偏移来调整所述第一无线电基站的定时。
12.根据权利要求10或11所述的装置，还包括传送单元(850)，配置为通过所述X2接口传送所确定的时间同步偏移到所述第二无线电基站，以便所述第二无线电基站基于所述所确定的时间同步偏移来调整其定时。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置配置为放置在所述第二无线电基站中，并且其中所述第一检索单元配置为通过X2接口从所述第一无线电基站检索所述第一定时提前值以及所述随机接入前置码的所述接收定时的测量。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括调整单元(840)，配置为基于所确定的时间同步偏移来调整所述第二无线电基站的定时。
15.根据权利要求13或14所述的装置，还包括传送单元(850)，配置为通过所述X2接口传送所确定的时间同步偏移到所述第一无线电基站，以便所述第一无线电基站基于所述所确定的时间同步偏移来调整其定时。
16.根据权利要求9-15中的任一项所述的装置，其中所述确定单元(830)还配置为基于所述随机接入前置码的所述接收定时的测量来确定第三定时提前值，以及基于所述第三定时提前值与所述第一定时提前值和所述第二定时提前值之和的一半之间的差来确定所述时间同步偏移。
17.一种无线电基站(880)，包括根据权利要求9-16中的任一项所述的时间同步装置(800)。
全文摘要
本发明涉及一种用于已经丢失其GPS信号的RBS的时间同步的方法和装置。时间同步装置中的该方法包括从第一无线电基站检索由用户设备使用以在切换之前调整其传送定时的第一定时提前值(710)，以及随机接入前置码的接收定时的测量(720)。随机接入前置码在同步期间从用户设备传送到第二无线电基站。该方法还包括从第二无线电基站检索(730)由用户设备使用以在切换之后调整其传送定时的第二定时提前值，以及基于检索到的第一定时提前值、第二定时提前值以及接收定时的测量来确定(740)第一和第二无线电基站之间的时间同步偏移。
文档编号H04W56/00GK102948230SQ201080066633
公开日2013年2月27日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者张春辉, J.奥斯特林, 苏又平 申请人:爱立信(中国)通信有限公司