专利名称：一种家庭基站间同步的获取与保持方法
技术领域：
本发明属于移动通信网络技术领域，涉及ー种家庭基站间同步的获取与保持方法。
背景技术：
家庭基站(Home NodeB7HNB)又被称为毫微微蜂窝基站(Femtocell)，是ー种小型的蜂窝基站。一般在家庭室内或小型商业机构中使用，主要用来改善无线信号的室内覆盖和分流高速数据流量，以提高宏网络的容量。
TD-SCDMA是ー种时分复用的同步CDMA技术，对同步的要求很高。家庭基站作为一种NodeB类,也必须进彳丁豕庭基站之间的同步。如果豕庭基站与宏基站之间或豕庭基站之间不同步，会产生严重的干扰。因此，家庭基站的同步十分重要。家庭基站是ー种用户端设备，具有数量庞大、即插即用、位置和上电的任意性等特征，无法按传统方法对其进行统ー的规划和优化，对同步问题也提出了很高的要求。HNB可以通过侦听邻近基站的无线信号来实现同步。在TD-SCDMA系统中，定义了特殊的帧结构来实现同歩。如图I所示，以5ms为ー个子帧，每个子帧包括7个业务时隙(TSO TS6)和3个特殊时隙，分别为下行导频时隙(DwPTS)，保护时隙(GP)和上行导频时隙(UpPTS)。业务时隙包括两个数据域和ー个144码片的中间码，中间码作为训练序列进行多用户检測，并为上行同步保持提供检测基准。下行导频时隙DwPTS用于下行同步和小区初捜，由64码片的下行同步码和32码片的保护间隔构成，时长75us。保护时隙GP用于下行到上行转换的保护。在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰上行导频时隙工作；在随机接入时确保UpPTS可以提前发射以防止对DwPTS产生干扰。上行导频时隙UpPTS用于建立上行初始同步和随机接入，包含128码片的上行同步码和32码片的保护间隔。家庭基站之间的空ロ同步是指家庭基站与同步源(可以是宏基站，也可以是其他家庭基站)的无线帧的起始时间相同，具体地，使它们的DwPTS时隙的起始时间相同。如图I所示，同步源NodeBj中的下行导频时隙DwPTS的起始时间为b，由于传输时延的原因，HNBi侦听到DwPTS时隙的起始时间是b延迟了も之后的时间h，其中も是HNBi与NodeBj之间的传输时延。为了使HNBi与NodeBj保持同步，HNBi应该在侦听到NodeBj的DwPTS时隙的时间h的基础上，将自己的DwPTS的起始时间提前も，即tQ时亥lj。这样，HNBi与NodeBj的帧的起始时间相同，实现了 HNBi与NodeBj之间的同歩。因此，空ロ同步的关键是测量两个节点之间的传输时延も。为了实现这个目的，家庭基站HNBi首先与同步源NodeBj建立下行同歩，然后伪装成UE向同步源NodeBj发起ー个“假”随机接入过程来获得传输时延。现有的家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行空ロ同步的过程(简称为完备同步过程)包括如下步骤I)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定小区使用的下行同步码和下行导频时隙的起始时间ち，建立下行同步；2)家庭基站HNBi确定NodeBj使用的Midamble码、扰码等，锁定下行同步；
3)家庭基站HNBi与NodeB^建立主公共控制物理信道的同步，控制复帧同步，在BCH信道读取小区广播信息；4)家庭基站HNBi随机选择可用的上行同步码，在上行导频时隙发送该码。在接下来的4个子帧内检查NodeBj发来的FPACH响应，根据响应中的相关信息估计出HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延dj ；5)家庭基站HNBi根据も和も调整下行导频时隙的起始时间，完成与NodeBj的同
止/J/ O此方法的缺陷是需要占用较多的系统资源，耗时也比较长。而且，为了保持家庭基站与同步源之间的同步，需要周期性地执行这个过程。如果使用上述过程，会浪费家庭基站的较多资源，降低提供业务的能力。在TD-SCDMA系统中，UE上行同步的保持是在通信过 程中利用数据传输信道的中置码进行。但是，家庭基站与同步源之间没有直接的数据传输信道，所以无法使用中置码的方式进行同步保持的控制。此外，所述空ロ同步过程的另ー个不足是，家庭基站仅与ー个邻节点进行同步，此时存在与其他邻节点之间不同步的情況。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种家庭基站间同步的获取与保持方法，该方法使家庭基站通过空中接ロ实现同步并保持同步。ー种家庭基站间同步的获取与保持方法，包括以下步骤步骤SI，家庭基站HNBj建立并维护邻节点列表，初始化各邻节点的參数；步骤S2，家庭基站HNBi周期性地选择ー个邻节点NodeBj作为同步源；步骤S3，家庭基站HNBi判断与同步源NodeBj需要执行的同步类型；如果同步次数Nj等于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行完备同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间;如果同步次数Nj大于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行快速同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间hj ；步骤S4，家庭基站HNBi更新自己的同步时间h，并修改同步次数％，然后转回到业务模式。作为本发明的一种优选方案，所述邻节点的參数包括同步次数％ ;步骤SI中，所有邻节点的同步次数％初始化为O ;所述邻节点为家庭基站或宏基站。作为本发明的另ー种优选方案，步骤S2中，所述同步源是随机地或使用轮询的方式从邻节点中选择的。作为本发明的再一种优选方案，步骤S3中，所述完备同步过程为S31)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定小区使用的下行同步码和下行导频时隙的起始时间ち，建立下行同步；S32)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj使用的编码，锁定下行同步；S33)家庭基站HNBi与同步源NodeBj建立主公共控制物理信道的同步，控制复帧同步，在BCH信道读取小区广播信息；S34)家庭基站HNBi随机选择可用的上行同步码，在上行导频时隙发送所述上行同步码；然后在接下来的4个子帧内检查同步源NodeBj发来的FPACH响应，根据FPACH响应中的相关信息估计出家庭基站HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延も，并保存も；
S35)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj.的同步时间= trdJO作为本发的再一种优选方案，步骤S3中，所述快速同步过程包括如下步骤S31’)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定下行导频时隙的起始时间ち；家庭基站HNBi利用步骤S34)中保存的も确定同步源NodeBj 的同步时间 tij = tj-dj ；S32’)如果在ー个子帧内没有检测到下行同步码，延迟I帧后继续搜索，直到检测到为止；作为本发明的再一种优选方案，步骤S4的详细实现过程为S41)家庭基站HNBi根据自己当前同步时间和本次同步过程获得的同步源NodeBj的同步时间，用下述迭代方式更新自己的同步时间、
tj (k+1) = λ tj (k) + (I- λ ) tjj (k)其中，Mk)表示家庭基站HNBi当前的同步时间ふ(k+Ι)表示家庭基站HNBi更新后的同步时间，tu(k)表示家庭基站HNBi与同步源NodeBj本次同步过程获得的同步时间，入是ー个优化參数，O < λ < I ;S42)同步次数Nj加I ;如果Nj > Nmax则说明快速同步次数已经达到上限，下一次需要重新执行完备同步过程，重新设置％等于零；其中，Nfflax为设定的快速同步次数的最大值；S43)家庭基站HNBi从同步处理模式转移到业务模式；S44)返回步骤S2进入下一个同步周期。本发明的有益效果在于本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方法占用资源少、速度快，无需中心节点控制，具有自组织、自优化的能力。
图I为家庭基站中的帧结构传输示意图；图2为家庭HNB在3个工作模式中的转换示意图；图3为本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方法的流程示意图。
具体实施例方式本发明所要解决的技术问题是1)家庭基站空ロ同步以及同步保持过程占用资源多、耗时长的问题；2)仅与ー个同步源进行同步时存在与其它邻基站间不同步的问题。本发明公开了ー种家庭基站间同步的获取与保持方法，该方法使用ー种快速同步过程以減少家庭基站空ロ同步以及同步保持过程中占用的资源，并缩短同步过程的耗时；该方法中的家庭基站与邻节点进行空ロ同步，然后使用一种迭代的方式更新自己的同步时间。在家庭基站的相互影响、相互协作下，实现家庭基站所在区域的所有家庭基站的同歩。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进ー步详细说明。实施例一家庭基站是基站的ー类，要为所属的UE提供服务。普通基站的DwPTS时隙只用来发送下行同步码，UpPTS时隙只用来接收上行同步码。而为了满足空ロ同步的要求，家庭基站必须在进行空ロ同步时暂停向UE提供业务。如，在DwPTS接收并检测NodeBj.发送的下行同步码吋，暂停在DwPTS时隙发送自己的下行同步码；在UpPTS时隙向NodeBj发送上行同步码时，无法接收所属UE发送的上行同步码。为此，为进行空ロ同步的家庭基站定义如下三种工作模式I、业务模式HNB为所属UE提供正常的业务；HNB要在DwPTS时隙向所属UE发送下行同步码，在UpPTS时隙接收并处理所属UE的上行同步，在业务时隙处理常规NodeB业务。2、完备同步处理模式HNB在DwPTS时隙接收同步源NodeB的下行同步码，在UpPTS时隙向NodeB发送上行同步码；此模式下HNB不能在DwPTS时隙发送，也不能在UpPTS时隙接收。3、快速同步处理模式HNB在DwPTS时隙接收NodeB的下行同步码；此模式下HNB不能在DwPTS时隙发送，但能在UpPTS时隙接收。
在上述两种与同步处理相关的模式下，受影响的仅是与DwPTS时隙和UpPTS时隙相关的操作，不会影响HNB的其他业务时隙。HNB可根据需要在上述3个工作模式中进行转换，转换方式如图2所示。家庭基站进行空ロ同步的关键是获得HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延d，然后根据检测到的NodeBj的DwPTS时隙的起始时间ち来确定HNBi的下行导频时隙的起始时间。家庭基站一旦部署之后，位置基本上是固定的，其与选定的同步源之间的距离不变，它们之间的传输时延d也是固定的，或者变化范围极小可以忽略。利用这ー特点，可以采用ー种快速同步过程代替完备同步过程。快速同步过程的目的是检测同步源的DwPTS的起始时间も。家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行快速同步的过程包括以下步骤I)家庭基站HNBi在DwPTS侦听同步源NodeBj的下行同步码，确定本次侦听获得的DwPTS的起始时间も；2)根据上次完备同步过程測量出的传输时延も计算出家庭基站HNBi的DwPTS的正确位置，据此调整家庭基站HNBi的同步时间。快速同步过程具有同步速度快、占用资源少的优点。其不足是只能检测到同步源的同步时间的变化，而不能检测到传输时延d的变化。因此，家庭基站仍然需要周期性地与同步源进行一次完备同步过程，重新测量传输时延d。实现时，家庭基站HNBi与同步源NodeBj需要先执行完备同步过程^NBi与同步源NodeBj经过最多Nmax次快速同步过程后，必须进行一次完备同步过程来重新测量传输时延も。为了实现以上目的，家庭基站HNBi要建立邻节点列表。邻节点可能是宏基站，也可能是其他家庭基站。HNBi为每个邻节点NodeBj维护用于同步的两个參数1)同步次数Nj ；2)传输时延も。其中，同步次数Nj记录与同步源NodeBj-行同步过程的次数；传输时延も记录家庭基站HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延。本实施例提供ー种家庭基站间同步的获取与保持方法，如图3所示，该同步方法中，每个家庭基站都进行以下的同步过程，互相协作来达到所有家庭基站之间的同步；其中ー个家庭基站HNBi同步和保持同步的过程具体包括以下步骤
步骤1，家庭基站HNBi建立并维护邻节点列表，初始化各邻节点參数。具体地，所有邻节点NodeBj的同步次数％初始化为O。步骤2，家庭基站HNBi周期性地选择ー个邻节点NodeBj作为同步源。同步源可以随机地从邻节点中选择，优选地，可以使用轮询的方式逐个选择。步骤3，家庭基站HNBi判断与同步源NodeBj需要执行的同步类型。如果％等于0，说明家庭基站HNBi与同步源NodeBj需要进行完备同步过程。此时，家庭基站HNBi进入完备同步处理模式，执行以下完备同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间和传输时延dJO具体实现过程包括如下步骤31)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定小区使用的下行同步码和DwPTS时隙的起始时间ち，建立下行同步；32)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj使用的Midamble码、扰码等，锁定下行同步； 33)家庭基站HNBi与同步源NodeB^建立主公共控制物理信道的同步，控制复帧同步，在BCH信道读取小区广播信息；34)家庭基站HNBi随机选择可用的上行同步码，在UpPTS时隙发送该码。在接下来的4个子帧内检查同步源NodeBj发来的FPACH响应，根据FPACH响应中的相关信息估计出家庭基站HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延も，并保存も；35)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj的同步时间= trdJO步骤4，如果％大于0，说明家庭基站HNBi与同步源NodeBj需要执行快速同步过程。此时，HNBi进入快速同步处理模式，执行以下快速同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间;所述快速同步过程包括如下步骤41)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定DwPTS时隙的起始时间も；家庭基站HNBi利用步骤34)中保存的も确定同步源NodeBj的同步时间t^· = tj-dj ；42)如果在该子帧内没有检测到下行同步码，延迟I帧后继续搜索，直到检测到为止。步骤5,家庭基站HNBi更新同步时间h并修改同步次数Nj ;具体包括如下步骤51)家庭基站HNBi根据自己的当前同步时间和本次同步过程获得的同步源NodeBj的同步时间，用下述迭代方式更新自己的同步时间、(k+1) = λ ti(k) + (l-A )tij(k)其中ti(k)表示家庭基站HNBi当前的同步时间，tjk+l)表示家庭基站HNBi更新后的同步时间，tu(k)表示家庭基站HNBi与同步源NodeBj本次同步过程获得的同步时间，入是ー个优化參数，O < λ < I ;52)同步次数Nj加I ;如果Nj > Nfflax则说明快速同步次数已经达到上限，下一次需要重新执行完备同步过程，重新设置％等于零；Nmax为设定的快速同步次数的最大值；53)家庭基站HNBj从同步处理模式转移到业务模式；54)返回步骤2进入下一个同步周期。本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方法采用了ー种快速同步过程，每个家庭基站周期性地与选定的同步源进行同步，获得同步源的同步时间，然后使用迭代的方式更新自己的同步时间；家庭基站与所有邻节点进行同步，在所有邻节点相互影响、相互协作下，实现了所在区域的所有家庭基站的同步；这种快速同步过程具有占用资源少耗时短的优点。本发明中的家庭基站HNBi要与NodeBj进行空ロ同步，需要具有如下的功能I)具有与同步源NodeBj建立下行同步的能力，即在DwPTS时隙接收并检测NodeBj的下行同步码的能力；2)具有在UpPTS时隙向同步源NodeBj发送上行同步码的能力；3)具有接收并读取同步源NodeBj.发送的FPACH信息的能力。本发明实现了家庭基站之间的同歩。由于家庭基站的行为具有动态特性，常有新的家庭基站加入或者某个家庭基站关闭的情況，为了维持同步，家庭基站维护并更新邻节点列表。本发明采用多点协作的方式来实现家庭基站与宏基站(或其他家庭基站)之间的同步。通过侦听同步源的无线信号，家庭基站从同步源获得相应的同步时间，然后确定家庭 基站的同步时间。相比单同步源的方法，本发明所述的多点协作同步的方法同步精度高，且同步比较稳定，受单个同步源同步误差的影响较小，能够避免因单个同步源的同步信道质量波动、同步源自身定时不准等原因造成的同步误差较大的情况。此外，本发明采用分布式方法解决了家庭基站等分布式网络的节点同步难题，无需中心节点控制，具有自组织、自优化的能力。本发明可适用于TD-SCDMA以及TD-LTE未来演进系统的家庭基站等分布式网络。本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求
1.一种家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤SI，家庭基站HNBi建立并维护邻节点列表，初始化各邻节点的参数； 步骤S2，家庭基站HNBi周期性地选择一个邻节点NodeBj作为同步源； 步骤S3，家庭基站HNBi判断与同步源NodeBj需要执行的同步类型；如果同步次数Nj等于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行完备同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间;如果同步次数Nj大于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行快速同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间hj ； 步骤S4，家庭基站HNBi更新自己的同步时间ti;并修改同步次数Nj，然后转回到业务模式。
2.根据权利要求I所述的家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于所述邻节点的参数包括同步次数Nj ;步骤SI中，所有邻节点的同步次数Nj初始化为O ;所述邻节点为家庭基站或宏基站。
3.根据权利要求I所述的家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于步骤S2中，所述同步源是随机地或使用轮询的方式从邻节点中选择的。
4.根据权利要求I所述的家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于，步骤S3中，所述完备同步过程为 531)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定小区使用的下行同步码和下行导频时隙的起始时间建立下行同步； 532)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj使用的编码，锁定下行同步； 533)家庭基站HNBi与同步源NodeBj建立主公共控制物理信道的同步，控制复帧同步，在BCH信道读取小区广播信息； 534)家庭基站HNBi随机选择可用的上行同步码，在上行导频时隙发送所述上行同步码；然后在接下来的4个子帧内检查同步源NodeBj发来的FPACH响应，根据FPACH响应中的相关信息估计出家庭基站HNBi与同步源NodeBj之间的传输时延d」，并保存(Ij ； 535)家庭基站HNBi确定同步源NodeBj的同步时间=trdJO
5.根据权利要求4所述的家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于，步骤S3中，所述快速同步过程包括如下步骤 S31’)家庭基站HNBi在一个子帧的时间内搜索同步源NodeBj发送的下行同步码，确定下行导频时隙的起始时间tj，家庭基站HNBi利用步骤S34)中保存的dj确定同步源NodeBj的同步时间hj = tj-dj ； S32’)如果在一个子帧内没有检测到下行同步码，延迟I帧后继续搜索，直到检测到为止。
6.根据权利要求I所述的家庭基站间同步的获取与保持方法，其特征在于，步骤S4的详细实现过程为 S41)家庭基站HNBi根据自己当前同步时间和本次同步过程获得的同步源NodeBj的同步时间，用下述迭代方式更新自己的同步时间\ ti (k+Ι) = λ ti(k) + (l-A )tij(k) 其中，ti(k)表示家庭基站HNBi当前的同步时间，tdk+1)表示家庭基站HNBi更新后的同步时间，tij(k)表示家庭基站HNBi与同步源NodeBj本次同步过程获得的同步时间，λ是一个优化参数，O < λ < I ; 542)同步次数Nj加I;如果Nj > Nmax则说明快速同步次数已经达到上限，下一次需要重新执行完备同步过程，重新设置％等于零；其中，Nmax为设定的快速同步次数的最大值； 543)家庭基站HNBj从同步处理模式转移到业务模式； 544)返回步骤S2进入下一个同步周期。
全文摘要
本发明公开了一种家庭基站间同步的获取与保持方法，包括步骤S1，家庭基站HNBi建立并维护邻节点列表，初始化各邻节点的参数；步骤S2，家庭基站HNBi周期性地选择一个邻节点NodeBj作为同步源；步骤S3，家庭基站HNBi判断与同步源NodeBj需要执行的同步类型；如果同步次数Nj等于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行完备同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间tij；如果同步次数Nj大于0，家庭基站HNBi与同步源NodeBj进行快速同步过程，获得同步源NodeBj的同步时间tij；步骤S4，家庭基站HNBi更新自己的同步时间ti，并修改同步次数Nj。本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方法占用资源少、速度快，无需中心节点控制，具有自组织、自优化的能力。
文档编号H04W8/00GK102833719SQ201110165088
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者刘立刚, 杨旸, 徐景, 王江 申请人:上海无线通信研究中心