专利名称：电信网中利用系统帧号的时钟同步的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信，具体地说，涉及由电信网的多个处理器维持的实时时钟的同步。
相关技术及其它考虑蜂窝电信系统在(移动)用户设备单元和基站(BS)节点之间使用无线链路(例如空中接口)。基站节点有用于与大量用户设备单元进行无线电连接的发射机和接收机。无线电网络控制器节点(在某些网络中也称为基站控制器[BSC])连接(例如通过陆线或微波)并管理一个或多个基站节点。无线电网络控制器节点又通过控制节点连接到核心通信网络。根据服务或所连接网络的类型，控制节点可以有多种形式。对于诸如PSTN和/或ISDN的面向连接的交换电路网络的连接，控制节点可为移动交换中心(MSC)。而对于诸如因特网的分组交换数据业务(例如)的连接，控制节点可以为网关数据支持节点，通过所述网关数据支持节点可以建立连接到有线数据网、或许一个或多个服务节点的连接。
这样，一个移动用户设备单元和另一方(例如在核心通信网中或另一个移动用户设备单元中)之间的电信连接就包括起始于移动单元并经由基站和无线电网络控制器(RNC)的上行链路以及相反方向的下行链路。在某些类型的电信系统中，控制信息和用户信息在上行链路和下行链路两者上以帧传送。
在处理帧的传输和其它活动中，蜂窝电信网的某些节点使用多个处理器，其中每个都具有带有实时时钟的实时操作系统。在维持对电信网的控制以及处理连接中，实时时钟的同步很重要。因此，所需要的、以及本发明的目的就是用于在电信网中同步实时时钟的技术。
发明简介电信系统利用系统帧号使配备在一个或多个网络节点上的多个实时时钟同步。将系统帧信号(例如脉冲)从信号源(例如振荡器)分发给具有需要与主时钟同步的从属时钟的设备或单元。主处理器向处理器发送时钟设置消息，时钟设置消息包括参考主时钟时间和参考系统帧号。接收时钟设置消息的接受处理器利用参考主时钟时间和参考系统帧号再同步其各自的从属时钟。一种方式下，一旦接收处理器获得参考系统帧号，时钟设置消息就指示接收处理器将其各自的从属时钟设置为参考主时钟时间。另一种方式下，时钟设置消息把参考系统帧号下的实际主时钟时间通知给接收处理器，由此使接收处理器可以计算调整从属时钟时间。
主处理器相对于接收处理器的位置根据不同实施例而变化。例如，在一个实施例中，主处理器和接收处理器置于电信网的同一节点，如基站节点。在这样的实施例中，主处理器和接收处理器可位于电信网的同一节点的不同设备板上。在另一个实施例中，主处理器和接收处理器位于电信网的不同节点，例如主处理器位于无线电网络控制器节点，而一个或多个接收处理器位于电信网的基站节点。
附图简介通过以下的附图所示最佳实施例的更具体的描述，本发明的前述和其它的目的、特征及优点将明显，附图中，参考字符在不同的视图中是指相同的部件。附图不必按照一定比例绘制，重点在于说明本发明的原理。
图1是使用本发明的电信系统的实施例的示意图。
图2是说明在基站采用本发明的同步技术的示意图。
图3是说明在无线电网络控制器(RNC)和基站之间采用本发明的同步技术的示意图。
图4A是说明使用本发明的时钟设置消息(CSM)的第一方式的流程图。
图4B是说明使用本发明的时钟设置消息(CSM)的第二方式的流程图。
图5是本发明的时钟设置消息(CSM)的示例性格式的简图。
发明的详细介绍在以下描述中，出于解释而非限制目的，给出了诸如特定结构、接口和技术等的具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将明白，可以在脱离这些细节的其它实施例中实施本发明。在其它示例中，省略了对众所周知的装置、电路和方法的详细描述，以免不必要的细节使本发明的描述变得模糊。
图1示出电信网18，其中用户设备单元20通过空中接口(例如无线电接口)23与一个或多个基站22通信。基站22通过地面线路(或微波)连接到无线电网络控制器(RNC)24[某些网络中也称为基站控制器(BSC)]。无线电网络控制器(RNC)24又通过称为移动交换中心26的控制节点连接到由云形块28表示的电路交换电话网(PSTN/ISDN)。此外，无线电网络控制器(RNC)24连接到在服务GPRS支持节点(SGSN)25，并通过主干网27连接到网关GPRS支持节点(GGSN)30，通过GGSN 30建立与用云形块32表示的分组转换网络(例如因特网、X.25外部网络)的连接。
如本领域技术人员所了解的那样，当用户设备单元20参与移动电话连接时，通过指定的无线电信道上的空中接口23，将来自用户设备单元20的信令信息和用户信息发送到一个或多个基站22。基站具有能够发送和接收参与连接或会话的无线电信号的无线电收发信机。对于从用户设备单元20到参与连接的其它方的上行链路上的信息，基站将无线电获得信息转换成数字信号，该数字信号被转发给无线电网络控制器(RNC)24。由于用户设备单元20可能地理地移动位置并可能相对于基站22发生越区切换，因而无线电网络控制器(RNC)24便协调多个可能参与连接或会话的基站22的参与。在上行链路上，无线电网络控制器(RNC)24从一个或多个基站22中采集用户信息帧以在用户设备单元20和其它方之间建立连接，无论所述其它方是在PSTN/ISDN 28上还是在分组转换网(例如因特网)32上。
在此介绍的示例性实施例恰巧采用码分多址(CDMA)，其中在基站和特定移动台之间传送的信息由数学编码(例如扩频码)调制，以便将所述信息与使用相同无线电频率的其它移动台信息区分开。因此在CDMA中，基于编码区分各个无线电链路。在Garg、VijayK等人的“无线/个人通信中CDMA的应用”一文(Prentice Hall(1997))中阐述了CDMA的各个方面。考虑CDMA的分集方面，将图1中用户设备单元20描述为与多个基站22联系(例如基站221和基站222)。
本发明具体涉及电信网18中实时时钟的同步，在所述电信网中，信息以帧或信息包的形式在上行链路和下行链路两者上传送。对每帧连续编号以包括识别帧号(FN)。帧号(FN)又基于在基站22和无线电网络控制器(RNC)24两者上都维持的系统帧号(SFN)。
SFN在无线电网络控制器(RNC)24和基站22之间同步。在这方面，每个基站22都有系统帧号(SFN)振荡器，SFN振荡器将系统帧号分发到基站22的所有板。因此，当基站22启动时，所述SFN振荡器与无线电网络控制器(RNC)24同步，然后每个基站22利用该SFN振荡器保持其自身的SFN计数器。随后，当无线电网络控制器(RNC)24向基站22发送用于最终转发给用户设备单元20的用户数据帧时，每个帧都用帧号(FN)作了标记。这个帧号(FN)实际上是从SFN得到的，例如SFN的模72。利用这个帧号FN以及由基站22保持的SFN，基站22可在指定时刻发送帧。
本发明实时时钟的同步适用于多个实施例，图2给出第一示例。具体地说，图2示出电信网18的代表性基站22。图2中的示例基站22包括多个单元或设备板200M，200S1，…200Sn。每个设备板200都有板处理器202，它运行具有实时时钟206的实时操作系统(RTOS)204。
图2中，设备板200M命名为“主板”，由于事实上它的实时时钟206M被认为是主实时时钟(主时钟206M)。此外，在所示实施例中，设备板200M包括系统帧信号源，即SFN振荡器210。主板200M的处理器202M经由接口212并通过控制总线214与其它设备板200的处理器进行通信。
在图2示例中，与主设备板200M不同，设备板200在此称为从属板，只用于本发明的同步中其各自的作用。考虑到同步，从属板200S1至200Sn上的实时时钟206都从属于主时钟206M。此外，从属板200S1至200Sn通过SFN信号线216接收来自SFN振荡器210的系统帧信号。
在所示实施例中，SFN振荡器210输出脉冲，在所示实施例中每10毫秒出现一个所述脉冲。SFN振荡器210发出的脉冲提供给每个从属板200S1至200Sn上的SFN计数器220。SFN计数器220维持脉冲的计数，所述脉冲包括SFN信号线216上接收的系统帧信号。此外，主处理器202M接收系统帧信号并对其计数。当主处理器200M确定SFN振荡器210已发出完整的一组系统帧信号时，主处理器200M在复位线222上发出复位信号。
从属板200S1至200Sn的每个都有一个或多个特性功能，一般由位于相应的板上的功能块230S1至230Sn来表示。功能块230S1至230Sn的每个都可执行一个或多个基站功能。例如，功能块230S1可以是用于通过空中接口23实现通信的发射机/接收机。功能块230Sn可以是用作连接到电信网18另一节点(例如，诸如无线电网络控制器(RNC)24)的接口，在此情况下，设备板200Sn起扩充板的作用。类似地，基站22的数个设备板200用作发射机/接收机板。然而，基站22所备有的具体身份及功能的混合并不与本发明有密切关系，提供上述功能只是为了说明。
应该理解，图2没有说明在基站22的设备板200之间的用户数据帧的传送等。可以以任何传统方式进行用户数据帧的这种传送，例如，诸如通过ATM帧中的封装。相应地，在某些实施例中，可以提供诸如ATM交换的交换，用于帮助例如在基站22的设备板之间的用户数据帧的传送。
本发明寻求将从属时钟206S与主时钟206M同步。假定主时钟206M已被准确地维持或保持(例如，通过无线电网络控制器(RNC)24)，并假定主处理器的SFN计数器已适当地同步(例如从开启时起)。本发明的同步利用在电信系统18的多个设备板200上维持的系统帧号(SFN)。在这一方面，如上所述，SFN振荡器210在线216上输出脉冲。线216上的脉冲由SFN计数器220计数，每个设备板200因此知道每个用户数据帧的帧号(FN)和SFN，因此设备板200在适当的时刻可通过空中接口发送帧。此外，主处理器202M对系统帧脉冲进行计数并确定系统帧号何时应复位为0。当主处理器202M确定系统帧号应复位为0时，所述主处理器202M就在线222上发送复位信号。
根据本发明，主处理器202M在控制总线214上向每个从属板200S1至200Sn的接收处理器202S发送时钟设置消息(CSM)500。图5示出代表性时钟设置消息(CSM)500的示例格式。时钟设置消息(CSM)500包括消息类型标识字段502，消息类型标识字段502将控制总线214上传送的时钟设置消息CSM与其它类型的消息区分开来。此外，时钟设置消息(CSM)500包括字段506(称为参考系统帧号字段504)中的参考系统帧号，以及字段504(称为参考主时钟时间字段506)中的参考主时钟时间。参考主时钟时间字段506以时、分、秒的格式(时.分.秒)指定参考主时钟时间。如果控制总线214在主设备板200M和各个从属板200S1至200Sn之间使用寻址方式而不是专用连接方式，则在时钟设置消息(CSM)500中还要求地址字段。还可能包括其它字段，例如奇偶校验字段或校验和字段。
在本发明的第一方式中，一旦接收处理器检测到其各自的SFN计数器220已经达到某个数量，该数量等于包含在参考系统帧号字段504中的值(例如示例中SFN＝X)，则时钟设置消息(CSM)500便指示接收从属处理器202S将其各自的从属时钟206S设置到指定的实时(如参考主时钟时间字段506中指定的)。
图4A示出本发明的第一方式，其中在步骤4A-1，主处理器202M准备并发送(经由接口212M并通过控制总线214)具有图5所示格式的时钟设置消息(CSM)500。图4A的步骤4A-2说明从属处理器202S接收并处理时钟设置消息，这包括例如存储所接收的参考系统帧号字段504和参考主时钟时间字段506中的值。SFN振荡器210继续在SFN信号线216上提供系统帧信号(脉冲)，以至最终发送将会被计数为SFN＝X的脉冲(步骤4A-3)。从属处理器202S监视由其各自的SFN计数器220维持的系统帧脉冲的计数。如步骤4A-4所表示的那样，当SFN计数器220的计数达到包含在参考系统帧号字段504中的数值时(例如SFN＝X)，有关的从属处理器202将其从属时钟206S复位为时钟设置消息(CSM)500中所指定的时间。这样，当由SFN计数器220维持的系统帧号信号的计数号与参考系统帧号字段504中的值有预定关系时，从属时钟206S被复位为参考主时钟时间字段506中所带的时.分.秒值。换言之，从属时钟206S一旦达到参考系统帧号字段504中指定的SFN＝X，则被复位为时钟设置消息(CSM)500的参考主时钟时间字段506中指定的实际时间。
在本发明第二方式中，时钟设置消息(CSM)500向从属板200S1至200Sn上的接收处理器通知实际主时钟时间(如参考主时钟时间字段506中指定的)出现在参考系统帧号字段504中所带的参考系统帧号。在所述第二方式中，接收处理器计算其有关从属时钟206S将被复位的调整从属时钟时间。
图4B示出本发明的第二方式，其中在步骤4B-1，主处理器202M准备并发送(经由接口212M并通过控制总线214)具有图5所示格式的时钟设置消息(CSM)500。图4B的步骤4B-2示出从属处理器202S接收并处理时钟设置消息，这包括例如存储所接收的参考系统帧号字段504和参考主时钟时间字段506中的值。步骤4B-3示出SFN振荡器210在SFN信号线216上提供将会被计数为SFN＝Y的系统帧信号(脉冲)。然后，在步骤4B-4，在得知当前系统帧号SFN＝Y时，从属处理器202S利用当前系统帧号SFN＝Y，即参考系统帧号字段504中的值，以及参考主时钟时间字段506中的实际时间值，来计算调整从属时钟时间。这样，在步骤4B-4中计算的调整从属时钟时间不是参考主时钟时间字段506中的实际时间值，而是利用参考主时钟时间字段506中的实际时间值所计算的另一个值。换言之，在得知主时钟206M的实际时间是以参考系统帧号字段504中存储的特定系统帧号而存储在参考主时钟时间字段506中的值时，从属处理器202能以当前系统帧号SFN＝Y来计算主时钟时间。所述计算通过以下事实得到简化系统帧的脉冲以已知间隔出现在线216上(例如在所示实施例中以每10毫秒的间隔出现)。由于在步骤4B-4中计算出调整从属时钟时间，在步骤4B-5，从属处理器202将其有关的从属时钟206S设置为调整从属时钟时间，由此实现同步。
尽管图4B恰巧描绘达到SFN＝Y的系统帧信号的传送(步骤4B-3)接在步骤4B-1中的时钟设置消息(CSM)500的发送之后，然而应该理解，在图4B中，步骤4B-3可以在步骤4B-1之前，换言之，本发明第二方式中重要的是从属处理器202在进行步骤4B-4的计算时知道当前系统帧号。只要使用准确的当前系统帧号，接收时钟设置消息(CSM)500之前或之后是否获得当前系统帧号的知识或更新并不重要。
图3提供用于说明本发明的实时时钟同步的第二代表性示例实施例。具体地说，图3说明无线电网络控制器(RNC)24维持主时钟306M的情况，所述主时钟306M用于同步位于一个或多个基站221至22q的从属时钟306S。
主时钟306M置于无线电网络控制器(RNC)24的定时板300T上，具体作为置于定时板300T的处理器302T的实时操作系统(RTOS)304T的一部分。以图2中主板200M类似的方式，定时板300T包括接口312T，处理器302S经由所述接口312T通过控制线314与基站22的处理器进行通信。定时板300T也有SFN振荡器310，所述振荡器以与图2中SFN振荡器210相似的方式输出系统帧信号(脉冲)。
定时板300T被示出为具有端口313T，通过该端口，经由交换315与无线电网络控制器(RNC)24的其余部分建立通信。在定时板300T和交换315之间通过端口313T传送各种类型的信息，包括系统帧信号和复位信号，它们与图2中线216和线222中传输的那些信号相对应。交换315用来连接无线电网络控制器(RNC)24的不同单元，这样的单元包括(除定时板300T外)分集切换单元340、控制节点接口342(例如用于到MSC26或SGSN25的接口)和基站接口3441至344q(这些接口例如通过陆线连接到相应的基站221至22q)。
每个基站22都通过扩充板350连接到无线电网络控制器(RNC)24。如前所述，扩充板350仅是几种可置于基站22的设备板中的一种。扩充板350接收无线电网络控制器(RNC)24的SFN振荡器310T的系统帧信号和处理器302T的复位信号，且在一个实施例中，通过交换352将这样的信号提供给基站22的多个设备板200中的每一个板。图3中，基站221被示出为具有设备板2001-S1至2001-Sn，基站22q被示出为具有设备板200q-S1至200q-Sk。
除了每个设备板200具有如设备板2001-S1的端口3541-S1以及设备板200q-S1的端口354q-S1所示的端口354外，图3的基站22的设备板200与图2的基站的设备板相类似。端口354管理交换352与设备板200的组成单元之间的通信，设备板200的组成单元包括SFN计数器220和处理器202。此外，对于每个设备板200，处理器202通过接口212连接到其相应的控制线314。控制线314传输时钟设置消息(CSM)500，对于图3的实施例，时钟设置消息(CSM)500可具有与图5所示及上文讨论的相同的示例格式。
在图3的实施例中，每个基站22的所有设备板200都能以设备板2001-S1描述的方式以及以上述关于图4A的方式或图4B的方式中任何一种方式直接使其从属时钟206同步。也就是每个设备板200可以接收无线电网络控制器(RNC)24的SFN振荡器310T的系统帧信号和无线电网络控制器(RNC)24的时钟设置消息(CSM)500。在此情况下，控制线314与基站的每个设备板200连接，所述设备板200具有要求同步的从属时钟106，并且在时钟设置消息(CSM)500中要求有地址字段，用于指定基站22的具体设备板200，所述时钟设置消息(CSM)500被提供给该具体设备板200。
另一方面，可首先使用无线电网络控制器(RNC)24的主时钟306T来同步每个基站的设备板200中的一个(例如基站221的设备板2001-S1)的预定从属时钟206，然后用首先同步的这种从属时钟206作为辅助主时钟，用于同步同一基站22的其它设备板200上的其余从属时钟206。在最初同步之后，无线电网络控制器(RNC)24对辅助主时钟进行监视并进行相位较正。在这种可能的操作中，基站22的每个设备板200接收直接来自SFN振荡器310T的系统帧信号，但时钟设置消息(CSM)500则从具有首先同步的从属时钟的设备板200转送到该基站22的其它板，用于其它设备板200上的其余从属时钟的同步。
如上所述，图3的实施例的时钟设置消息(CSM)500能以图4A的方式或图4B的方式中的任何一种方式工作。参考前面对图2的讨论来理解这样的方式。
图3的实施例被说明为具有采用了交换的节点，所述交换用于对通过所述节点的信息进行路由。这种交换的示例可以是用于对通过节点的ATM信元进行路由的ATM交换。应该理解，需要时，可以使用其它类型路由技术，或者(另一方面)在此有关的信号可以直接或以其它方式从无线电网络控制器(RNC)24施加到基站22中适当的设备板200。此外应该理解，节点内交换也可用于图2的实施例中，尽管在此没有具体说明。
通过前面所述还可以理解主处理器、因而主时钟如何可以置于电信网18的控制节点，诸如置于移动交换中心26。在这样的情况下，主处理器被用来复位下级节点(例如，无线电网络控制器(RNC)24和/或基站22)中的从属时钟。
本发明有利地促进节点中实时时钟的准确同步，并且通过利用电信网18的另一特征(SFN)，即使在电信网18的多个节点中亦如此。因此，本发明的同步允许实时操作系统(RTOS)精确地对通信网络18中发生的的事件进行时间标记。这些事件可以是例如发送到其它节点的报警报告，或是记录在日志文件中的日志事件，供例如调试系统时使用。
尽管结合当前被认为是最实用及最佳实施例描述了本发明，应该知道，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明覆盖包括在后附权利要求书的精神和范围中的各种修改和等效的配置。
权利要求
1.一种电信网包括具有主时钟的主处理器；具有从属时钟的接收处理器；施加给所述接收处理器的系统帧号信号源；其中，所述主处理器发送时钟设置消息给接收处理器，所述时钟设置消息包括参考主时钟时间和参考系统帧号；以及其中，所述接收处理器利用所述参考主时钟时间和所述参考系统帧号再同步所述从属时钟。
2.权利要求1的装置，其特征在于一旦所述接收处理器获得所述参考系统帧号，所述时钟设置消息就指示所述接收处理器将所述从属时钟设置为指定实时。
3.权利要求2的装置，其特征在于还包括在所述接收处理器中对所述系统帧号信号进行计数的计数器；其中在系统帧号信号的计数号与所述参考系统帧号有预定关系时，所述接收处理器将所述从属时钟设置到所述参考主时钟时间。
4.权利要求1的装置，其特征在于所述时钟设置消息把所述参考系统帧号下的实际主时钟时间通知给所述接收处理器，由此使所述接收处理器可以计算调整从属时钟时间。
5.权利要求1的装置，其特征在于所述主处理器和所述接收处理器位于所述电信网的同一节点。
6.权利要求5的装置，其特征在于所述电信网的同一节点是基站节点。
7.权利要求5的装置，其特征在于所述主处理器和所述接收处理器位于所述电信网的同一节点的不同设备板。
8.权利要求1的装置，其特征在于所述主处理器和所述接收处理器位于所述电信网的不同节点。
9.权利要求8的装置，其特征在于所述主处理器位于无线电网络控制器节点，而所述接收处理器位于所述电信网的基站节点。
10.权利要求8的装置，其特征在于所述主处理器位于无线电网络控制器节点；第一接收处理器位于第一基站节点；第二接收处理器位于第二基站节点。
11.权利要求1的装置，其特征在于所述系统帧号信号源是振荡器。
12.一种操作特定类型的蜂窝电信系统的方法，在所述特定类型的蜂窝电信系统中，主处理器维持主时钟并且系统帧号被利用，所述方法包括所述主处理器发送时钟设置消息给接收处理器，所述时钟设置消息包括参考主时钟时间和参考系统帧号；所述接收处理器利用所述参考主时钟时间和所述参考系统帧号再同步所述从属时钟。
13.权利要求12的方法，其特征在于一旦所述接收处理器获得所述参考系统帧号，所述时钟设置消息就指示所述接收处理器将所述从属时钟设置为指定实时。
14.权利要求13的方法，其特征在于还包括向所述接收处理器周期性地发送系统帧号信号；在所述接收处理器中对所述系统帧号信号进行计数；以及，当系统帧号信号的计数号与所述参考系统帧号有预定的关系时，将所述从属时钟设置为所述参考主时钟时间。
15.权利要求12的方法，其特征在于所述时钟设置消息把所述参考系统帧号下的实际主时钟时间通知给所述接收处理器，由此使所述接收处理器可以计算调整从属时钟时间。
16.权利要求15的方法，其特征在于还包括准备所述时钟设置消息，由此每当所述系统帧号为所述参考系统帧号时，所述时钟设置消息中的所述参考主时钟时间是实际主时钟时间；向所述接收处理器周期性地发送系统帧号信号；在所述接收处理器维持所述系统帧号信号的当前计数；以及利用所述系统帧号信号的所述当前计数、所述参考系统帧号和所述参考主时钟时间来计算所述调整从属时钟时间。
17.权利要求12的方法，其特征在于还包括将所述主处理器和所述接收处理器置于所述电信网的同一节点。
18.权利要求17的方法，其特征在于所述电信网的同一节点是基站节点。
19.权利要求12的方法，其特征在于还包括将所述主处理器和所述接收处理器置于所述电信网的同一节点的不同设备板。
20.权利要求12的方法，其特征在于还包括将所述主处理器和所述接收处理器置于所述电信网的不同节点。
21.权利要求20的方法，其特征在于还包括将所述主处理器置于无线电网络控制器节点，而将所述接收处理器置于所述电信网的基站节点。
22.权利要求20的方法，其特征在于还包括将所述主处理器置于无线电网络控制器节点；将第一接收处理器置于第一基站节点；以及将第二接收处理器置于第二基站节点。
全文摘要
电信系统(18)利用系统帧号(SFN)使网络中一个或多个节点上的多个实时时钟(206)同步。将系统帧信号(例如脉冲)从信号源(210、310)分发给具有需要与主时钟同步的从属时钟(20文档编号H04J3/06GK1335000SQ9981616
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月17日 优先权日1998年12月18日
发明者M·卡尔松, E·约恩松 申请人:艾利森电话股份有限公司