網關設備、基站設備、通信網絡和同步方法

2023-10-08 13:45:19

專利名稱：網關設備、基站設備、通信網絡和同步方法
技術領域：
本發明涉及移動通信中的同步技術，具體地講，涉及一種能夠支 持射頻合併的網關設備、基站設備、通信網絡和同步方法。
背景技術：
在3GPP的長期演進(LTE)中，核心網採用兩層扁平網絡架構， 也就是由原來的WCDMA/HSDPA階段的NodeB、 RNC、 SGSN和GGSN 四個主要的網絡單元，演進為eNodeB (eNB)，即演進型基站(下面 簡稱'基站')，和接入網關(aGW)兩個主要的網絡單元，並且核心 網採用全IP分布式結構，支持IMS、 VoIP、 SIP和MobileIP等等。圖1示出了LTE中網絡的結構。接入網關aGW與多個基站eNl， eNB2和eNB3連接，它們之間的接口稱為S1接口 。上述的多個基站eNB 之間以網格(mesh)的形式(圖l中的虛線)連接，基站eNB之間的接 口稱為X2接口。基站eNBl 3的各個小區中示意性地顯示了多個用戶 設備UE11 E12， UE21 23以及UE31 33。在LTE中，無線接口的物理層下行傳輸方案採用OFDM，而上行 傳輸方案採用SC-FDMA技術。由於採用了OFDM體制，不同小區中相同的無線信號能夠在空中進行自然的合併以提升信號強度，而無需額 外的處理開銷，即可以進行射頻合併(RF combining)。因此，對於LTE中的EMBMS來說，支持在單頻網(SFN)多小區傳輸模式下的空中射頻合併來提高小區邊界的增益己經被定義為一個 基線(baseline)需求，因為EMBMS需要將同一業務數據發送給不同的多個用戶。在SFN中的基站eNB已經在物理層的幀定時上達到了同步，並且精 度已經可以滿足EMBMS的射頻合併的要求。但是，為了保證射頻合併 的有效性，必須要求被合併的無線信號在MBMS業務的內容上保持同 步和一致性。也就是說，在MBMS業務的多小區發送上還要保證第2 層(L2)的傳輸同步。此外，在LTE的網絡架構設計中，IP組播(IP Multicast)傳輸已 經被擴展到了基站eNB。利用IP Multicast, —個MBMS業務分組會被 發送一次到一組基站eNB。當前的IP multicast路由協議規定了每個基 站eNB到接入網關aGW之間的路由主要依賴於當前的網絡拓撲結構， 並且保持不變，除非有相關的路由器損壞了，但是這種情況很少發生。 另外，網絡中的路由器的處理能力以及網絡的傳輸負載在進行網絡優 化的時候會進行優化。所以，影響在基站eNB到接入網關aGW的不同 傳輸路徑上不同傳輸時延的主要因素通常就只有不同的傳輸路徑。也 就是說，儘管在SFN區域中基站eNB在物理層的幀定時上己經同步了， 但是由於不同的路由也會導致相同的MBMS數據分組在不同的時間到 達不同的基站eNB。圖2是用來說明相同的數據分組從接入網關傳輸到不同的基站的 時延的示意圖。如圖2 (a)所示，從接入網關aGW傳輸到基站eNBl的數據分組所經過的路由是接入網關30\￥==>路由器111 ==>基站eNBl。從接入網關aGW傳輸到基站eNB2的數據分組所經過的路由是 接入網關aGW二二〉路由器R2^二〉路由器R3二二〉基站eNB2。相同數據分組經過不同的傳輸路徑必然產生不同的時延。如圖2 (b)所示，數據分組在To時刻同時從接入網關aGW向基站 eNBl和eNB2傳輸，到達基站eNBl的時刻是T,，而到達基站eNB2的時 刻是丁2。因此相同的數據分組到達不同的基站eNB就出現了時延TD-這樣，如果基站eNBl和eNB2接收到接入網關aGW發來的數據分 組後馬上就發送出去，很明顯，相同內容的數據分組在不同的基站eNB 被異步地發送給用戶設備UE。這必然導致這些數據分組不能被正確地 合併，甚至會造成額外的幹擾。此外，同一個數據分組在到達基站eNB 後，每個基站eNB需要對其進行分段、編碼和調製成幀等處理，不一 致的成幀處理時間也會影響到這些數據的射頻合併
發明內容
鑑於上述問題，完成了本發明。本發明的目的是提出一種網關設備、基站設備、通信網絡和同步方法，以滿足LTE中對MBMS分組的 射頻合併的要求。在本發明的一個方面，提出了一種在接入網關和基站之間進行同步的方法，包括步驟在第一時刻，從接入網關向各個基站發送同步 請求信號；在第二時刻，各個基站接收同步請求信號；在第三時刻， 各個基站向接入網關發送同步響應信號，所述同步響應信號包括第二 時刻和第三時刻；在第四時刻，接入網關接收同步響應信號；以及基 於第一時刻，第二時刻，第三時刻和第四時刻，針對各個基站計算接 入網關的時間系統與各個基站的時間系統之間的映射關係。在本發明的另一方面，提出了一種在接入網關和基站之間進行同 步的方法，包括步驟在第一時刻，從接入網關向各個基站發送同步 請求信號；在第二時刻，各個基站接收所述同步請求信號；在第三時 刻，各個基站向接入網關發送同步響應信號，所述同步響應信號包括 第二時刻和基站的時間系統相對於基準時間的第一偏置；接入網關接 收同步響應信號，並基於第一偏置和接入網關的時間系統相對於基準 時間的第二偏置，針對各個基站計算接入網關的時間系統與各個基站 的時間系統之間的映射關係。在本發明的又一方面，提出了一種網關設備，包括通信裝置， 用於在第一時刻向至少一個基站設備發送同步請求信號，以及在第四 時刻接收從各個基站設備發送的同步響應信號，所述同步響應信號中 包括各個基站設備接收到同步請求信號的第二時刻以及發送同步響應 信號的第三時刻；以及計算裝置，根據第一時刻、第二時刻、第三時 刻以及第四時刻，針對各個基站設備，計算網關設備的時間系統與各 個基站設備的時間系統之間的映射關係。在本發明的又一方面，提出了一種基站設備，包括通信裝置， 接收同步請求信號，向網關設備發送接收同步請求信號的時刻和發送 同步請求響應信號的時刻，從網關設備接收基站設備的時間系統與網
關設備的時間系統之間的映射關係和從網關設備發送的包括期望下發 時刻的數據分組；以及轉換裝置，基於映射關係將期望下發時刻轉換 為基站設備的時間系統下的實際下發時刻。在本發明的又一方面，提出了一種網關設備，包括通信裝置， 用於在第一時刻向至少一個基站設備發送同步請求信號，並在此後接 收從各個基站設備發送的同步響應信號，所述同步響應信號中包括各 個基站設備接收到同步請求信號的第二時刻以及基站的時間系統相對 於基準時間的第一偏置；以及計算裝置，基於第一偏置和接入網關的 時間系統與基準時間之間的第二偏置，針對各個基站計算網關設備的 時間系統與各個基站設備的時間系統之間的映射關係。在本發明的又一方面，提出了一種基站設備，包括通信裝置， 接收同步請求信號，向網關設備發送接收到同步請求信號的時刻和基 站設備的時間系統相對於基準時間的偏置，從網關設備接收基站設備 的時間系統與網關設備的時間系統之間的映射關係以及從網關設備發 送的包括期望下發時刻的數據分組；以及轉換裝置，基於映射關係將 期望下發時刻轉換為基站設備的時間系統下的實際下發時刻。在本發明的又一方面，提出了一種包括上述的網關設備和基站設 備的通信網絡。利用本發明的上述結構和方法，在LTE中傳輸MBMS數據分組時，避免了因為路徑延遲和抖動誤差而導致接入網關和基站不能準確同步 的問題，使得各個基站能夠針對MBMS數據分組確定相同的下發時刻，從而用戶設備端能夠執行正確的射頻合併。


從下面結合附圖的詳細描述中，本發明的上述特徵和優點將更明顯，其中圖1示出了LTE中網絡的結構；圖2是用來說明相同的數據分組從接入網關傳輸到不同的基站的 時延的示意圖；圖3示出了根據發明實施方式的網絡結構圖； 圖4示出了根據本發明第一實施方式的接入網關的結構框圖；圖5示出了根據本發明第一實施方式的基站的結構框圖；圖6示出了在第一實施方式的接入網關和基站之間執行的操作的流程圖；圖7示出了用來說明在單頻網區域內接入網關與基站各自的幀號計數器之間關係的示意圖；圖8示出了用來說明在無公共參考時間的情況下接入網關和基站之間的同步操作的示意圖；圖9示出了統一的下發時刻的確定和發送的實例；圖10示出了用來說明重新同步操作的示意圖；圖ll是示出了兩個單頻網區域的物理層幀定時之間的關係的圖；圖12示出了用來說明'抖動，誤差的示意圖；圖13示出了用來消除'抖動'誤差而設置長幀的示意圖；圖14示出了根據第二實施方式的網絡結構圖；圖15示出了根據本發明第二實施方式的接入網關的結構框圖；圖16示出了根據本發明第二實施方式的基站的結構框圖；圖17示出了用來說明在具有外部公共參考時間的情況下AFN和BFN-i之的關係的圖；圖18示出了用來說明在有公共參考時間的情況下接入網關和基站之間的同步操作的示意圖；以及圖19示出了用來說明LTE下為了進行射頻合併所要求的三層同步結構的示意圖。
具體實施方式
下面，參考附圖詳細說明本發明的優選實施方式。在附圖中，雖 然示於不同的附圖中，但相同的附圖標記用於表示相同的或相似的組 件。為了清楚和簡明，包含在這裡的已知的功能和結構的詳細描述將 被省略，否則它們將使本發明的主題不清楚。第一實施方式
圖3示出了根據發明實施方式的網絡結構圖。如圖3所示，為了便於說明，僅僅示出了一個接入網關aGW，處於同一個單頻網(SFN) 區域中的兩個基站eNBl和eNB2，以及用戶設備UEll、 UE12、 UE21、 UE22和UE23，並且省略了其他的一些設備，例如路由器等等。很明顯， 這種網絡結構僅僅是用於說明本發明的目的，而不是意味著實際投入 使用的網絡具有與上述完全相同的結構，本領域的普通技術人員可以 採用多個接入網關aGW和更多的基站eNB以及添加其他的輔助設備。圖4示出了根據本發明第一實施方式的接入網關的結構框圖。圖5 示出了根據本發明第一實施方式的基站的結構框圖。如圖4所示，第一實施方式的接入網關aGW包括用於緩衝從多媒體 廣播多播中心發送的MBMS數據分組的網關緩衝器llO，控制整個接入 網關的操作的網關控制器120,下發數據分組以及信令並接收來自用戶 設備UE的信號的網關通信單元130，充當接入網關的系統定時器的網 關幀號計數器150，以及用於根據通信單元接收的來自用戶設備UE的 信號計算傳輸時延和下發時刻的計算單元140。如圖5所示，第一實施方式的基站eNBl包括與接入網關aGW通信 的基站通信單元210，用於緩衝從接入網關發送的MBMS數據分組的基 站緩衝器220，控制整個基站eNBl的操作的基站控制器230，用於根據 接入網關aGW發送的映射關係將MBMS數據分組的下發時刻轉換成自 身的BFN格式的下發時刻的轉換單元250，基站幀號計數器270，用於 對接收的MBMS數據分組迸行分段、成幀和調製操作的數據處理單元 240，以及用於將數據處理單元240處理後的數據分組在由轉換單元250 所轉換得到的下發時刻發送給用戶設備UE的發送單元260。另一基站 eNB2具有與上述基站eNBl相同的結構，這裡不再詳細描述。雖然上面以分開的功能模塊的形式給出了接入網關aGW和基站 eNB的結構，但是這僅僅是出於清楚地說明接入網關aGW和基站eNB 的功能的目的，本領域的普通技術人員可以想到將上述的一個或多個 甚至全部的功能由單個集成的硬體來實現，或者將部分的功能用硬體 來實現而其他的功能由軟體來實現，或全部功能由軟體來實現。
圖6示出了在第一實施方式的接入網關和基站之間執行的操作的 流程圖。如圖6所示，在步驟SIO，在基站eNBi (i=l,2)和接入網關aGW完 成系統上電之後，或者在某一事件，例如每日預定的時刻，觸發的情 況下，執行基站eNBi和接入網關aGW之間的同步處理過程，以獲得用 來計算接入網關aGW的系統幀號AFN和各個基站eNBi的系統幀號 BFN-i之間的對應關係或者映射關係(Ai)以及接入網關aGW與各個 基站eNBi之間的傳輸時延TDi。由於接入網關aGW和基站eNBi的系統定時採用的並不是絕對時 間，而是採用了各自的系統幀號作為各自系統的定時，因此下面首先 說明上述兩種計數器，即網關幀號計數器150和基站幀號計數器270之 間的關係。圖7示出了用來說明在SFN區域內接入網關與基站各自的幀號計數器之間關係的示意圖。圖7中的AFN表示接入網關aGW自身的幀號形式的時間計數器， BFN-l表示基站eNBl自身的幀號形式的時間計數器，且BFN-2表示基 站eNB2自身的幀號形式的時間計數器，並且AFN和BFN的精度都是1/8 幀。也就是說，BFN-l表示基站eNBl中的基站幀號計數器270的計數值， 與WCDMAR6中的BFN定義類似，它是基站eNB的作為網絡同步的時 間參考，取值範圍是0 4095。 AFN表示接入網關aGW中的網關幀號計 數器150的計數值，類似於WCDMAR6中的RFN定義，它是接入網關 aGW中作為網絡同步的時間參考，取值範圍也是0 4095。網關幀號計 數器270和基站幀號計數器150在接入網關aGW和基站eNBl上電啟動 初始化完成後分別獨立進行計數。在SFN區域中，由於在物理層的幀 定時上已經保證了同步，所以SFN區域中的各個基站eNBi的BFN-i在幀 邊界上是對齊的，但是在無公共的參考時間的情況下基站eNBi的幀號 與接入網關aGW的的幀號之間通常是有偏置的，如圖7所示。雖然接入網關的幀號與基站的幀號之間存在偏置，但是這並不會 對數據傳輸產生不利的影響，因為數據傳輸是從每個幀的邊界開始的， 並且每個幀都打上了幀號作為時戳。所以，只要保證SFN區域中的各 個基站eNBi要發送的相同MBMS數據幀是在對齊的BFN幀邊界開始發 送，就能夠滿足傳輸層的同步要求。圖8示出了在無公共參考時間的情況下接入網關和基站之間的同 步操作示意圖。如圖8所示，首先，網關控制器120通過網關通信單元130向SFN區 域內的各個基站eNB發送下行同步信號，例如下行同步控制幀，請求 與各個基站eNBi同步，並記下網關幀號計數器150的當前幀號，作為下 發時刻T1 (第一時刻)，其中該下行同步信號中包含了所述的下發時 刻T1。很明顯，這裡的下發時刻T1 (第一時刻)是接入網關的時間系 統下的時刻。然後，各個基站eNBi通過基站通信單元210接收到下行同步信號 時，記下基站幀號計數器270的當前幀號，作為接收到下行同步信號的 時刻T2i (第二時刻)這裡i標記基站eNBi的編號，i二l， 2，並且各自回復一個諸如上行節點同步控制幀的上行節點同步信號作為響應，所 述上行節點同步信號中至少包含有以基站幀號為格式的、相應的基站 eNBi接收到下行同行信號的時刻T2i和發送上行節點同步信號的時刻 T3j (第三時刻)，也可以包含有上述的下發時刻T1，如圖8所示。同 樣，這裡的T2j (第二時刻)和T3j (第三時刻)是基站的時間系統下的 時刻。然後，網關控制器120通過網關通信單元130接收各個基站eNBi發 送的各個上行節點同步信號，並且記下網關計數器150的當前幀號，作 為收到各個上行節點同步信號的時刻T4i (第四時刻)。注意，如上所 述，這些幀號的精度時l/8幀，並且這裡的T4i (第四時刻)是接入網關 的時間系統下的時刻。這裡，假設下行傳輸和上行傳輸具有相同的時延。對於每一個基 站eNBi有(注意，由於下面的描述是針對各個基站的，所以省略了下標i):formula see original document page 15 ---(1)其中T2i，和T3i，分別是與BFN格式的T2i和T3i相對應與AFN格式的 幀號(時刻)，貝U: formula see original document page 16 ---(2)於是formula see original document page 16 ---(3)最終可以得到BFN與AFN之間的映射關係formula see original document page 16 ---(4)以及該路由上接入網關aGW與基站eNB之間的傳輸時延formula see original document page 16---(5)其中Roimd表示捨入函數，而Ceil表示上整數函數。計算單元140利用 上述接收到的各個時刻以及上面確定的公式(4)和(5)來計算映射 關係和傳輸時延。下面結合圖8中的具體數值以接入網關aGW和基站eNBl為例來進 一步描述上述的同步時間信息獲取過程。如圖8所示，接入網關aGW的網關通信單元130在網關幀號計數器 150的當前幀號，即時刻T1二4094.250發送下行節點同步信號給基站 eNB，其中帶有下發時刻T1。然後，基站eNBl的基站通信單元210在 基站幀號計數器270的當前幀號，即時刻T2,二149.875接收到該下行節 點同步信號。基站eNBl通過基站通信單元210在基站計數器270的當前幀號，即 T3,二151.125發送上行節點同步信號，其中帶有接入網關aGW的下發 時刻T1，基站eNBl接收下行節點同步信號的時刻T2，以及基站eNBl發 送上行節點同步信號的時刻T3,。但是，如上所述，由於接入網關aGW 可以記下時刻T1，所以在上行節點同步信號中並不一定要包含時刻 Tl。接入網關aGW的網關通信單元130在網關幀號計數器150的當前幀 號，即時刻T4，二2.875接收到該上行節點同步信號。然後，在步驟S20，計算單元140利用T1、 T2,、 T3,和T4，和上述的 公式(4)和(5)進行計算，可以得到接入網關幀號AFN與該基站幀號BFN-1之間的映射關係formula see original document page 16
以及，接入網關aGW在這條傳輸路徑上到達該基站eNBl的傳輸時延丁D, = CeillXCT2廣Tl+T4廣T30 mod 4096) /2] = 2 。 這樣，可以獲得接入網關aGW與各個基站eNB之間的映射關係Ai 和傳輸時延TDi。此外，由於接入網關aGW和基站eNBi都有各自的時鐘漂移，因此 AFN與BFN-i之間的映射關係Ai也會隨著變化。根據3GPP TS 25.104 中規定基站的頻偏誤差精度的最小要求是0.1ppm，則可以計算經過一 天時間後，基站eNBi和接入網關aGW的時鐘漂移有 3600*24*0.1 *10-6=8.64ms因此，每天基站eNBi和接入網關aGW會漂移l幀左右，則接入網 關aGW和基站eNBi之間的最大時鐘漂移是一天2豐8.64ms。為了保證AFN與BFN-i之間的對應映射關係Ai的精確性，接入網 關aGW與基站eNBi之間的同步過程的頻度為每天執行2次。在獲得AFN和各個BFN-i之間的映射關係Ai和傳輸時延TDi之後， 在步驟S30，網關控制器120通過網關通信單元130向基站eNBi發送節點 同步信息信號，也就是將上述計算出的映射關係Ai發給相應的基站 eNBi。然後，基站eNBi接收到節點同步信息信號之後，各個基站eNBi的 基站控制器230通過基站通信單元210向接入網關aGW發送一個節點同 步信息確認信號，以確認相應的基站eNBi確實接收到了映射關係Ai。在步驟S40，每當有一個MBMS數據分組要從接入網關aGW發往基 站eNBi時，由接入網關aGW來確定這個即將發送的MBMS數據分組在 各個基站eNBi的統一的期望下發時刻AFNexpeet，該期望下發時刻採用 AFN的格式。在確定這個統一的期望下發時刻時，需要考慮各個基站eNBi與接 入網關aGW之間最大的傳輸時延MaxTD，所有基站的最大處理時延 Tp咖以及一個額外的保護間隔T薩gin。上述的最大傳輸時延MaxTD，最大處理時延T^以及保護間隔Tmargin之和被稱為等待時間WT。 根據步驟S10的接入網關aGW與基站eNBi之間的節點同步時間信 息獲取過程所獲得的結果，可以得到接入網關aGW到其下所有的基站 eNB的傳輸時延TDi，並從這些所有的傳輸時延中得到最大的傳輸時延 MaxTD。此外，考慮到每個基站eNBi在接收到一個MBMS數據分組後還要 做一些額外的處理，例如由數據處理單元240執行的分段，編碼，調製 等操作。所以，事先確定一個最大的處理時延Tp^，在確定統一期望 下發時刻時需要在等待時間中加上這個因素。這個最大的處理時延 Tp,。e通常是預定的，例如通過統計的手段或者基於基站的處理能力而 事先得到的。此外，保護間隔的確定需要考慮到一個MBMS數據分組在發送到 基站eNB後會被分割成為數據幀下發的事實。為了保證在每個基站 eNBi對該MBMS數據分組有相同的分割，對於MBMS業務數據來說， 相關的基站都應該進行同樣的TFC參數配置，以保證MBMS數據分組 的分割和編碼調製是一致的。因此，基站不會對MBMS數據進行級聯 操作，屬於同一個MBMS數據分組的數據幀在每個基站都是被連續發 送的。另外，考慮到數據幀的下發時刻必須要讓後續數據分組的數據幀 在前一個數據分組的數據幀發送完畢之後再發送。因此，在保護間隔 中需要將一個MBMS數據分組可以被分割成幾個數據幀的因素加上。為了對MBMS數據分組進行同樣的分段， 一種簡單的操作就是預 先定義和在接入網關aGW和基站配置每個MBMS業務的資源塊參數， 例如IP參數。接入網關aGW已知MBMS數據幀的傳輸塊長度，並且這 種分段對於該MBMS業務來說是固定不變的。對於每個MBMS數據分組，接入網關aGW的計算單元140確定統一的期望下發時刻為AFNexpect= (AFNstart + WT) mod 4096 = (AFNstart + MaxTD + Tproc + Tmargin) mod 4096 ---(6)
圖9示出了統一的下發時刻的確定和發送的實例。如圖9所示， AFNstart=4094，且MaxTD =3， Tproc=l， 丁麗^=3，即WT:7，貝lj AFNexpect= (4094 + 7) mod 4096 = 5。然後，在步驟S50，接入網關aGW在待發送的MBMS數據幀中指示期望的下發時刻AFNexpeet。在每個MBMS數據分組中，統一的期望下發時刻AFNexpect作為帶內信息發送給每個基站eNBi。如圖10所示，在從 接入網關aGW發送給各個基站eNBi的分組中包含了統一的下發時刻 AFNeXpect—5 o在步驟S60，各個基站eNBi接收到MBMS數據分組後，根據它自己 的BFN-i與接入網關的AFN之間的映射關係A將MBMS數據分組中的統一期望下發時刻AFNexp^轉換為自己的BFN-i格式的下發時刻，艮卩BFNtansmiti= (AFNexpeet+Ai) mod 4096 ---(7)如圖9所示，對於基站eNBl而言，映射關係Aj二150，因此基站 eNBl的下發時刻BFN加，it,二(5 + 150)mod 4096= 155。對於基站eNB2 而言，映射關係Ai二404，因此基站eNB2的下發時刻BFNtran加it2二 (5 + 404) =409。此外，在各個基站eNB接收到MBMS數據分組並且計算出相應的 BFNtr^miti後，將該幀號與基站當前的幀號相比較。如果所計算出的BFNt讓miti位於基站的當前幀號之前，也就是所計算出的BFNtrans涵並不適用，則向接入網關aGW發送一個定時調整信號，請求重新同步。圖10示出了用來說明重新同步的操作的示意圖。如圖10所示，如 果基站eNB2發現計算出的BFNt薩礎2不適用，則向接入網關aGW發送 一個定時調整信號。然後，接入網關aGW接收到該定時調整信號之後， 向該單頻網區域內所有的基站eNB再次發送下行節點同步信號，以執 行重新同步操作。之後的步驟與上面己經描述過的步驟完全相同，這 裡不再進行詳細的描述。以上描述的是針對單個SFN區域內的基站為了滿足射頻合併而進 行的同步操作。如果整個SFN區域被劃分成了多個子SFN區域，則在每 個子SFN區域中，各個基站在物理層的幀定時上己經同步，但是不同 的子SFN區域的幀定時邊界並沒有嚴格對準，不同的子SFN區域的幀定
時在邊界上最多相差小於一幀(10ms)，而這恰恰滿足了軟合併的要 求，因為軟合併所允許的最大傳輸時延是40ms。圖1 l示出了兩個子SFN區域的物理層幀定時之間的關係。如圖11 所示，接入網關aGW下的四個基站eNBl-4中的基站eNBl-2屬於SFN區 域l，而基站eNB3-4屬於SFN區域2，兩個區域中兩個基站的物理層幀 定時是嚴格對準的，而兩個區域之間的幀定時有偏差，但是偏差不大 於10ms。因此，釆用本發明，不僅能夠在單個SFN區域內滿足射頻合併的 要求，即使在不同的子SFN區域之間，也可以滿足軟合併的要求。另外，由於IP傳輸技術的使用，造成了接入網關發送到基站的數 據以及在進行接入網關與基站之間的節點同步測量時會存在"抖動" 誤差，原因在於IP傳輸技術的性能與網絡的負載非常相關，在負載較 大和負載較小的情況下，所測量的接入網關和基站之間的傳輸時延也 是不同的。圖12示出了用來說明'抖動'誤差的示意圖。圖12中的AFN表示 接入網關aGW自身的幀號形式的時間計數器，BFN-l表示基站eNBl自 身的幀號形式的時間計數器，並且AFN和BFN的精度都是l/8幀。如圖 12所示，從AFN的幀號4095發出的信號應該在基站eNBl的幀號 T2產150.875到達，但是由於網絡負載的變化，實際的測量的到達時刻 是T2r-150.500或者T2,"-151.125。當因為抖動而使得測量結果位於不 同的幀中時，就會對測量的精度造成影響，進而影響到對該基站eNB發送數據分組的下發時刻BENtran^t的精確性。為了解決上述的'抖動，誤差問題，接入網關aGW可以執行與基 站eNB之間的同步處理過程多次，例如5 10次，並將各個同步處理過 程所獲得的傳輸時延平均來獲得最終的傳輸時延。這樣，可以將抖動 誤差分散到多次的測量結果中，來獲得更精確的結果，從而降低了 '抖 動'誤差的影響。鑑於'抖動，誤差產生的原因是由於接入網關aGW發送的幀到達 基站eNB可能會跨幀，如果幀長足夠達大到超過接入網關aGW到基站 eNB的最大的傳播時延，則抖動誤差問題可以被完全避免。圖13示出
了用來消除'抖動'誤差而設置長幀的示意圖。如圖13所示，如果接入網關aGW到基站eNB的最大傳輸時延是10ms，幀長可以設為大於 10ms，例如40ms。這樣，'抖動，誤差始終是落在一個幀內，這樣就 不會對數據傳輸產生實質性的影響。長幀的設置可以釆用超幀的方式， 在這種情況下，系統同步也只需要以超幀為粒度。以上的第一實施方式說明的是在沒有外部參考時間的情況下如何 進行同步操作的詳細過程。但是，本發明同樣可以採用具有公共外部 參考時間的形式來實現。第二實施方式如上所述，本發明中的接入網關aGW和基站eNB可以採用公共的 外部時間作為參考時間。例如基站eNB與接入網關aGW有公共的外部 時間參考源，如GPS或Galileo系統，並且基站eNB和接入網關aGW都 和外部的時間參考系統保持同步。圖14示出了根據第二實施方式的網絡結構圖。如圖14所示，衛星 STLT，例如GPS衛星或者Galileo衛星向與相應的接收機連接的基站 eNBl和eNB2，以及接入網關aGW提供統一的時間基準。圖15示出了根據本發明第二實施方式的接入網關aGW的結構框 圖。圖16示出了根據本發明第二實施方式的基站eNB的結構框圖。如圖15所示，第二實施方式的接入網關aGW包括用於緩衝從多媒 體廣播多播中心發送的MBMS數據分組的網關緩衝器310，控制整個接 入網關的操作的網關控制器320，下發數據分組以及信令並接收來自用 戶設備UE的信號的網關通信單元330,充當接入網關的系統定時器的 網關幀號計數器350，用於根據通信單元接收的來自UE的信號計算時 延和下發時刻的計算單元340,以及外部參考時鐘360，例如GPS接收 機或者Galileo系統接收機。如圖16所示，第二實施方式的基站eNBl包括與接入網關aGW通信 的基站通信單元410，用於緩衝從接入網關發送的MBMS數據分組的基 站緩衝器420，控制整個基站eNBl的操作的基站控制器430，用於根據 接入網關aGW發送的映射關係將MBMS數據分組的下發時刻轉換成自
身的BFN格式的下發時刻的轉換單元450，基站幀號計數器470，用於 對接收的MBMS數據分組進行分段、成幀和調製操作的數據處理單元 440，用於將數據處理單元440處理後的數據分組在由轉換單元450所轉 換得到的下發時刻發送給用戶設備UE的發送單元460，以及外部參考 時鐘480，例如GPS接收機或者Galileo系統接收機。另一基站eNB2具有 與上述基站eNBl相同的結構，這裡不再詳細描述。圖17示出了在具有外部公共參考時間的情況下AFN和BFN-i之的 關係。如圖17所示，接入網關aGW和基站eNB仍然有自己的幀號時間 計數器，接入網關aGW的AFN和基站eNB的BFN-l和BFN-2。儘管這些 幀號計數器是相對獨立計數的，但是他們都有公共的GPS或Galileo系 統時間參考，並且在SFN區域內他們的幀定時邊界是嚴格對齊的。接 入網關aGW和基站eNB都己知各自的相對於公共的GPS或Galileo系統 時間參考的幀號偏置，AFN。腕和BFN。ffseti 。在這種情況下，AFN與BFN之間的映射關係是固定不變的，並可 精確的通過AFN。版t和BFN。泡et灘出。下面參考圖6所示的步驟和圖18給出的示意圖來詳細說明本發明第二實施方式的同步過程。圖18示出了在有公共參考時間的情況下接入網關和基站之間的同步操作的示意圖。如圖18所示，首先，網關控制器320通過網關通信單元330向SFN 區域內的各個基站eNB發送諸如下行節點同步控制幀的下行節點同步 信號，請求與各個基站eNB同步，並記下網關幀號計數器150的當前幀 號，作為下發時刻T1，其中該下行節點同步信號中可以包含所述的下 發時刻T1。然後，各個基站eNB通過基站通信單元410接收到下行節點 同步信號時，記下基站幀號計數器470的當前幀號，作為接收到下行節 點同步信號的時刻T2j，並且各自回復一個諸如上行節點同步控制幀的 上行節點同步信號作為響應，所述上行節點同步信號中至少包含有以 基站幀號為格式的、相應的基站eNB接收到下行節點同步信號的時刻 T2i和BFN。ffseti，但是也可以包含有上述的下發時刻T1和發送上行節點 同步信號的時刻T3i，如圖18所示。 這種情況下，不需要假設上下行具有相等的傳輸時延，AFN與BFN 之間的映射關係Ai可以直接計算得到-△ ,= Round ((AFN。ffset — BFN。ffseti) mod 4096) ---(8 )接入網關aGW與基站eNB之間的傳輸時延TDi可以計算得到 TDfCeil [(((T2i + BFNoffseti) mod 4096)-((T1+ AFNoffset) mod 4096)) mod 4096]---(9)其中Round表示捨入函數，而Ceil表示上整數函數。計算單元140利用 上述接收到的各個時刻以及上面確定的公式(8)和(9)來計算映射 關係Ai和傳輸時延TDj。下面結合圖18中的具體數值以接入網關aGW和基站eNBl為例來進一步描述上述的同步時間信息獲取過程。接入網關aGW相對於公共參考GPS或Galileo系統時間的AFN幀號 偏置AFN。ffse產4092。基站eNBl相對於公共參考GPS或Gameo系統時間 的BFN幀號偏致BFN。ffset產3942。接入網關aGW在網關幀號計數器350的當前幀號，即T1二4094發 送下行節點同步信號給基站eNBl，並記下當前時刻T1，上述的下行節 點同步信號中可以帶有下發時刻T1。實際上，在第二實施方式中，只 要接入網關aGW向基站發送一個下行節點同步信號，就表明發出了同 步請求，並且在同步請求中可以不含有該同步請求所發出的時刻T1。然後，基站eNBl在基站幀號計數器470的當前幀號，即T2,二 149.875接收到該下行節點同步信號。接下來，基站eNB在BFN的當前 幀號，即T3,二151.125發送上行節點同步信號，該上行節點同步信號 中至少帶有基站eNBl接收下行節點同步信號的時刻T2!以及該基站 eNBl相對於公共參考GPS或Galileo系統時間的BFN幀號偏置 BFN。ffsetl。當然，上行節點同步信號中也可以帶有接入網關aGW的下 發時刻Tl以及基站eNBl發送上行節點同步信號的時刻T3p接下來，接入網關aGW在網關幀號計數器350的當前幀號，即T4j 接收到該上行節點同步信號，以至少獲得T2,和BFN。ffseu。
這樣，計算單元340就可以利用已經記下的或者從上行節點同步信 號中獲得的T1、所獲得的T2,和AFN。編與BFN。泡eu信息進行計算，可 以得到AFN與該基站eNBl的BFN之間的映射關係△f Round ((AFNoffset - BFNoffsetl) mod 4096) = 150則:BFN-1=(AFN+150) mod 4096 以及，接入網關aGW在這條傳輸路徑上到達該基站eNBl的傳輸時延TD1 = Ceil [(((T2! + BFN。ffsetl) mod 4096)—((T1+ AFN。ffset) mod 4096)) mod 4096] = 2這樣，可以獲得接入網關aGW與各個基站eNBi之間的映射關係A i和傳輸時延TDi。在獲得了上述的映射關係Ai和傳輸時延TDi之後的步驟與上述結合第一實施方式所做的描述完全相同，這裡不再詳細說明。這樣，本發明與中國專利申請200610029863.7 (名稱無線通信 系統中用於進行網絡設備間同步的方法和裝置；申請日2006年8月9 日)以及另一中國專利申請200610028109.1 (名稱無線接入網中為 多播組播業務進行資源調度的方法和設備；申請日2006年6月23 曰)分別給出了給出了在3GPP的長期演進中EMBMS為了進行RF合併 三個層面上的同步處理機制，從而解決了在LTE下MBMS數據分組在 用戶設備UE進行射頻合併所要解決的問題。圖19示出了用來說明LTE下為了進行射頻合併所要求的三層同步 結構的示意圖。如圖19所示，支持MBMS在SFN區域內射頻合併的具體分層同步 結構如下物理層幀定時同步(Physical layer frame timing synchronization)這層同步在SFN區域內每個基站eNB的物理層幀定時要求在幀邊 界嚴格對齊，來保證物理層幀定時的同步，如圖19中左側的橢圓所示。 這是對層l的物理定時同步要求，同步的精度要求是微秒級的(見中國 專利申請200610029863.7)。 層2內容傳輸同步(L2 content transmission synchronization) 這層同步要求相同內容的MBMS業務數據在SFN區域內的每個基 站eNB中在同一個時刻以無線電幀下發出去。也就是如上結合第一和 第二實施方式所述，首先在接入網關aGW和基站eNB之間進行同步操 作，確定要發送的MBMS數據分組的下發時刻，然後以IP分組的形式 將MBMS數據分組從接入網關aGW發送給各個基站eNB，並在所確定 的下發時刻BFNt,mit (見圖19中中間的橢圓)以無線電幀的形式發送 給用戶設備UE。這樣可以保證在手機端能夠對同樣內容的數據進行及 時的射頻合併。腸 層3業務調度同步'(L3 service scheduling synchronization )空中接口的射頻合併是針對相同的物理資源而言的，因此要求對 於相同的MBMS業務數據在SFN區域內的不同基站eNB要用相同的時頻資源來發送，如圖19中最右側橢圓所示。也就是說，在不同的基站 eNB上用於MBMS業務傳輸的物理資源塊(physical resource block)分 配圖樣(pattern)在每個調度周期必須是相同的。如圖19所示，MBMS 業務1 4分別用各自的時頻資源來發送(見中國專利申請 200610028109.1)。上面的描述僅用於實現本發明的實施方式，本領域的技術人員應 該理解，在不脫離本發明的範圍的任何修改或局部替換，均應該屬於 本發明的權利要求來限定的範圍，因此，本發明的保護範圍應該以權 利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種在接入網關和基站之間進行同步的方法，包括步驟在第一時刻，從接入網關向各個基站發送同步請求信號；在第二時刻，各個基站接收同步請求信號；在第三時刻，各個基站向接入網關發送同步響應信號，所述同步響應信號包括第二時刻和第三時刻；在第四時刻，接入網關接收同步響應信號；以及基於第一時刻，第二時刻，第三時刻和第四時刻，針對各個基站計算接入網關的時間系統與各個基站的時間系統之間的映射關係。
2. 如權利要求l所述的方法，還包括步驟 接入網關將包括映射關係的信息發送給各個基站。
3. 如權利要求2所述的方法，還包括步驟各個基站接收所述信息之後，向接入網關發送確認信號。
4. 如權利要求2所述的方法，還包括步驟基於第一時刻，第二時刻，第三時刻和第四時刻，針對各個基站 計算接入網關與各個基站之間的傳輸時延；確定所述傳輸時延中最大的傳輸時延；接入網關基於大於所述最大傳輸時延的等待時間確定要發送的數據分組的期望下發時刻；以及將期望下發時刻發送給各個基站。
5. 如權利要求4所述的方法，其中所述將期望下發時刻發送給 各個基站的步驟包括-將期望下發時刻指示在數據分組中；以及 將帶有期望下發時刻的數據分組發送給各個基站。
6. 如權利要求5所述的方法，還包括步驟各個基站接收數據分組；基於所述映射關係，將所述數據分組中的期望下發時刻轉換為以 基站的時間系統為格式的實際下發時刻。
7. 如權利要求6所述的方法，還包括步驟基站通過比較實際下發時刻與基站的時間系統的當前時間來判 斷實際下發時刻是否可用；以及如果實際下發時刻不可用，基站向接入網關發送重新同步請求信 號，請求重新同步。
8. 如權利要求4所述的方法，其中多次執行與傳輸時延的獲得 相關的步驟，並將各次獲得的傳輸時延平均，作為各個基站與接入網 關之間的最終傳輸時延。
9. 如權利要求1所述的方法，其中所述同請求步信號和同步響 應信號是以控制幀的形式發送的。
10. 如權利要求9所述的方法，其中所述控制幀的長度大於10ms。
11. 如權利要求l所述的方法，其中所述同步請求信號包括所述 第一時刻，以將所述第一時刻發送給各個基站；以及所述同步響應信 號還包括所發送的第一時刻。
12. —種在接入網關和基站之間進行同步的方法，包括步驟 在第一時刻，從接入網關向各個基站發送同步請求信號； 在第二時刻，各個基站接收所述同步請求信號； 在第三時刻，各個基站向接入網關發送同步響應信號，所述同步響應信號包括第二時刻和基站的時間系統相對於基準時間的第一偏 置；接入網關接收同步響應信號，並基於第一偏置和接入網關的時間 系統相對於基準時間的第二偏置，針對各個基站計算接入網關的時間 系統與各個基站的時間系統之間的映射關係。
13. 如權利要求12所述的方法，還包括步驟接入網關將包括映射關係的信息發送給各個基站。
14. 如權利要求13所述的方法，還包括步驟各個基站接收所述信息之後，向接入網關發送確認信號。
15. 如權利要求12所述的方法，還包括步驟基於第一時刻，第二時刻，第一偏置和接入網關的時間系統相對 於基準時間的第二偏置，針對各個基站計算接入網關與各個基站之間 的傳輸時延；確定所述傳輸時延中最大傳輸時延；基於大於所述最大傳輸時延的等待時間確定要發送的數據分組 的期望下發時刻；以及將期望下發時刻發送給各個基站。
16. 如權利要求15所述的方法，其中所述將期望下發時刻發送 給各個基站的步驟包括將期望下發時刻指示在所述數據分組中；以及 將帶有期望下發時刻的數據分組發送給各個基站。
17. 如權利要求16所述的方法，還包括步驟 各個基站接收數據分組；基於映射關係，將所述數據分組中的期望下發時刻轉換為以基站 的時間系統為格式的實際下發時刻。
18. 如權利要求17所述的方法，還包括步驟 基站通過比較實際下發時刻與基站的時間系統的當前時間來判斷所述實際下發時刻是否可用；以及如果所述實際下發時刻不可用，基站向接入網關發送重新同步請 求信號，請求重新同步。
19. 如權利要求12所述的方法，其中中多次執行與傳輸時延的 獲得相關的步驟，並將各次獲得的傳輸時延平均，作為各個基站與接 入網關之間的最終傳輸時延。
20. 如權利要求12所述的方法，其中所述同步請求信號和同步 響應信號是以控制幀的形式發送的。
21. 如權利要求20所述的方法，其中所述控制幀的長度大於 10ms。
22. 如權利要求12所述的方法，其中所述同步請求信號包括第 一時刻，以將所述第一時刻發送給各個基站；以及所述同步響應信號 還包括第三時刻和所發送的第一時刻。
23. —種網關設備，包括通信裝置，用於在第一時刻向至少一個基站設備發送同步請求信號，以及在第四時刻接收從各個基站設備發送的同步響應信號，所述 同步響應信號中包括各個基站設備接收到同步請求信號的第二時刻以及發送同步響應信號的第三時刻；以及計算裝置，根據第一時刻、第二時刻、第三時刻以及第四時刻， 針對各個基站設備，計算網關設備的時間系統與各個基站設備的時間 系統之間的映射關係。
24. 如權利要求23所述的網關設備，其中，所述通信裝置將包括 了所述計算裝置所計算出的映射關係的信息發送給各個基站設備。
25. 如權利要求24所述的網關設備，其中，所述計算裝置根據第一時刻、第二時刻、第三時刻以及第四時刻，針對各個基站設備，計 算網關設備與各個基站設備之間的傳輸時延，選擇所述傳輸時延中的 最大傳輸時延，並基於大於所述最大傳輸時延的等待時間確定要發送 的數據分組的期望下發時刻。
26. 如權利要求25所述的網關設備，其中，所通信裝置將期望下 發時刻指示在要發送的數據分組中，並將所述數據分組發送給各個基 站設備。
27. —種基站設備，包括通信裝置，接收同步請求信號，向網關設備發送接收同步請求信 號的時刻和發送同步請求響應信號的時刻，從網關設備接收基站設備 的時間系統與網關設備的時間系統之間的映射關係和從網關設備發送 的包括期望下發時刻的數據分組；以及轉換裝置，基於映射關係將期望下發時刻轉換為基站設備的時間 系統下的實際下發時刻。
28. 如權利要求27所述的基站設備，還包括控制裝置，用於通過比較所述實際下發時刻和基站設備的時間系統的當前時間來確定所述 實際下發時刻是否可用；以及如果所述實際下發時刻不可用，控制所 述通信裝置發送重新同步請求信號，請求重新同步。
29. 如權利要求28所述的基站設備，其中所述通信裝置將所述實 際下發時刻指示在數據分組中，並向用戶設備發送所述數據分組。
30. —種網關設備，包括通信裝置，用於在第一時刻向至少一個基站設備發送同步請求信 號，並在此後接收從各個基站設備發送的同步響應信號，所述同步響 應信號中包括各個基站設備接收到同步請求信號的第二時刻以及基站 的時間系統相對於基準時間的第一偏置；以及計算裝置，基於第一偏置和接入網關的時間系統與基準時間之間 的第二偏置，針對各個基站計算網關設備與各個基站設備的時間系統 之間的映射關係。
31. 如權利要求30所述的網關設備，其中，所述通信裝置包括了所述計算裝置所計算出的映射關係的信息發送給各個基站設備。
32. 如權利要求31所述的網關設備，其中，所述計算裝置基於第 一時刻，第二時刻，第一偏置和接入網關的時間系統相對於基準時間 的第二偏置，針對各個基站計算網關設備與各個基站設備之間的傳輸 時延，選擇所述傳輸時延中的最大傳輸時延，並基於大於所述最大傳 輸時延的等待時間確定要發送的數據分組的期望下發時刻。
33. 如權利要求32所述的網關設備，其中，所通信裝置將期望下發時刻指示在數據分組中，並將所述數據分組發送給各個基站設備。
34. —種基站設備，包括通信裝置，接收同步請求信號，向網關設備發送接收到同步請求 信號的時刻和基站設備的時間系統相對於基準時間的偏置，從網關設 備接收基站設備的時間系統與網關設備的時間系統之間的映射關係以 及從網關設備發送的包括期望下發時刻的數據分組；以及轉換裝置，基於映射關係將期望下發時刻轉換為基站設備的時間 系統下的實際下發時刻。
35. 如權利要求34所述的基站設備，還包括控制裝置，用於通過比較所述實際下發時刻和基站設備的時間系統的當前時間來確定所述 實際下發時刻是否可用；以及如果所述實際下發時刻不可用，控制所 述通信裝置發送重新同步請求信號，請求重新同步。
36. 如權利要求35所述的基站設備，其中所述通信裝置將所述實際下發時刻指示在所述數據分組中，並向用戶設備發送所述數據分組。
37. —種通信網絡，包括至少一個如權利要求23所述的網關設備和至少一個如權利要求27所述的基站設備。
38. —種通信網絡，包括至少一個如權利要求30所述的網關設備 和至少一個如權利要求34所述基站設備。
全文摘要
公開了一種網關設備、基站設備、通信網絡和同步方法，所述方法包括步驟在第一時刻，從接入網關向各個基站發送同步請求信號；在第二時刻，各個基站接收同步請求信號；在第三時刻，各個基站向接入網關發送同步響應信號，所述同步響應信號包括第二時刻和第三時刻；在第四時刻，接入網關接收同步響應信號；以及基於第一時刻，第二時刻，第三時刻和第四時刻，針對各個基站計算接入網關與各個基站的時間系統之間的映射關係。利用上述結構和方法，在LTE中傳輸MBMS數據分組時，避免了路徑延遲和抖動誤差導致的接入網關和基站不能準確同步的問題，使得各個基站能夠針對MBMS數據分組確定相同的下發時刻，從而用戶設備端能夠執行正確的射頻合併。
文檔編號H04L12/66GK101132222SQ200610109908
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月22日 優先權日2006年8月22日
發明者華 晁, 汪勇剛, 河 王, 胡中驥, 邢平平, 宇 陳 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司