DE19944302A1 - Synchronization procedure - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Synchronisation der räumlich abgesetzten Einheiten einer Vorrichtung, bestehend aus einer Zentraleinheit und damit verbundenen abgesetzten Einheiten, mit den folgenden Schritten: DOLLAR A - Messen einer jeweiligen Verzögerungszeit zwischen der Zentraleinheit und den abgesetzten Einheiten, DOLLAR A - Verzögern der internen Uhr jeder abgesetzten Einheit um eine maximale Verzögerung, DOLLAR A - Subtrahieren der jeweils ermittelten Verzögerungszeiten von der um die maximale Verzögerungszeit verzögerten Zeitbasis jeder abgesetzten Einheit.Method for synchronizing the remote units of a device, consisting of a central unit and associated remote units, with the following steps: DOLLAR A - measuring a respective delay time between the central unit and the remote units, DOLLAR A - delaying the internal clock of each remote unit by a maximum delay, DOLLAR A - subtract the respectively determined delay times from the time base of each remote unit delayed by the maximum delay time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation ei­ ner Vorrichtung bestehend aus einer Zentraleinheit und davon räumlich abgesetzten Einheiten, insbesondere für einen Ein­ satz in einer Basisstation eines Funk-Kommunikationssystems.The invention relates to a method for synchronization egg ner device consisting of a central unit and thereof spatially separated units, especially for an on set in a base station of a radio communication system.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (beispiels­ weise Sprachen, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle übertragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Ver­ bindung zwischen einer Basisstation und Mobilstationen, wobei anstelle der Mobilstationen noch ortsfeste Funkstationen ver­ sorgt werden können. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Beim be­ kannten GSM-Mobilfunksystem (Global System for Mobile Commu­ nication) liegen die Trägerfrequenzen im Bereich von 900, 1800 oder 1900 MHz. Für zukünftige Funk-Kommunikationssy­ steme, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommuni­ cation System) oder andere Systeme der dritten Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.In radio communication systems, messages (for example wise languages, image information or other data) with the help of electromagnetic waves via a radio interface transfer. The radio interface relates to a ver binding between a base station and mobile stations, wherein fixed radio stations instead of the mobile stations can be taken care of. The radiation of the electromagnetic Waves occur with carrier frequencies that are in the for that the respective system provided frequency band. When be known GSM mobile radio system (Global System for Mobile Commu nication), the carrier frequencies are in the range of 900, 1800 or 1900 MHz. For future radio communication sy systems, for example UMTS (Universal Mobile Telecommuni cation system) or other third generation systems frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.

Ferner ist aus der älteren deutschen Patentanmeldung DE 197 55 379.6 eine Basisstation mit einer Vielzahl von Sende- /Empfangseinheiten bekannt, wobei die Sende-/Empfangseinhei­ ten mit einer Zentraleinheit der Basisstation mittels zumin­ dest einer individuellen Leitung gemäß einer Punkt-zu-Punkt- Verbindung zur Übertragung von Verkehrsdaten verbunden sind. Dabei enthält die Zentraleinheit eine zentrale Zeitbasis, von der die lokalen Zeitbasen der abgesetzten Sende- /Empfangseinheiten abgeleitet werden. Da die Länge der Ver­ bindungsleitungen zwischen der Zentraleinheit und den abge­ setzten Sende-/Empfangseinheiten unterschiedlich ist, sind die Signallaufzeiten auf diesen Verbindungen unterschiedlich. Furthermore, from the older German patent application DE 197 55 379.6 a base station with a large number of transmission / Receiving units known, the transmitting / receiving unit ten with a central unit of the base station using at least of an individual line according to a point-to-point Connection for the transmission of traffic data are connected. The central unit contains a central time base, from which stores the local time bases of the remote / Receiving units are derived. Because the length of ver connection lines between the central unit and the set transmitter / receiver units is different the signal propagation times on these connections differ.  

Damit läuft die Zeitbasis auf den abgesetzten Sende- /Empfangseinheiten nicht mehr gleich bzw. synchron. Um das Betreiben mehrerer Sende-/Empfangseinheiten im selben Funk­ sektor zu ermöglichen, müssen die von der Zentraleinheit ab­ gesetzten Sende-/Empfangseinheiten einer Basisstation jedoch eine untereinander gleichlaufende Zeitbasis besitzen.This means that the time base runs on the remote / Receiver units no longer the same or synchronous. To do that Operate several transmitter / receiver units in the same radio To enable the sector, it must depend on the central unit set transmitter / receiver units of a base station, however have a synchronous time base.

Da bisher die Sendeeinheiten örtlich nahe beieinander waren, wurden relevante Signale gleich verteilt, indem die gleiche Laufzeit der Signale zu den verschiedenen Einheiten durch physikalisch gleich lange Leitungen sichergestellt wurde. Da­ durch wurde allerdings auch eine maximale Größe der Einheiten vorgegeben, d. h. eingeschränkt.Since the transmitter units were previously close to each other, relevant signals were distributed equally by the same Transit time of the signals to the different units lines of the same physical length were ensured. There However, the maximum size of the units was also determined by given, d. H. limited.

Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Synchronisation von abgesetzten Einheiten unter Berücksichtigung der Leitungslaufzeiten zu schaffen.The invention is therefore also based on the object, a Ver go under for the synchronization of remote units Take into account the cable runtimes.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of method claim 1 . Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird die jeweilige Signallaufzeit einer Ver­ bindung zwischen einer abgesetzten Einheit und der Zen­ traleinheit gemessen, wozu eine digitale Nachricht von einer Einheit abgeschickt und von einer anderen wieder zurückge­ schickt wird, wobei eine interne Verzögerung des Signals in der zurücksendenden Einheit berücksichtigt wird. Diese in­ terne Verzögerungszeit der zurücksendenden Einheit kann ent­ weder eine bekannte feste Größe sein oder wird in der Einheit bestimmt. Unter der Annahme, daß Hin- und Rückleitung die gleiche Länge aufweisen, kann so die Leitungslaufzeit ermit­ telt werden. Die abgesetzten Einheiten, die eine gleiche Zeitbasis haben müssen, verzögern ihre Zeitbasis ohne Kennt­ nis der Signallaufzeit zunächst um einen Maximalwert, der vorbestimmt ist. Vorzugsweise entspricht der Maximalwert der maximalen Laufzeit einer maximalen Verbindungslänge, die das System zuläßt. Von dieser künstlichen festen Verzögerung wird die gemessene Verzögerung aufgrund der Laufzeit substrahiert. Danach laufen alle abgesetzten Einheiten untereinander syn­ chron, wobei die Genauigkeit in der Taktrate des Übertra­ gungstaktes liegt.According to the signal runtime of a Ver bond between a detached unit and the Zen tral unit measured, for which a digital message from a Unit sent and returned by another is sent, with an internal delay of the signal in the returning unit is taken into account. This in The internal delay time of the returning unit can be reduced will not be a known fixed size or will be in unity certainly. Assuming that the forward and return lines are the have the same length, the cable runtime can be determined be communicated. The units sold are the same Time base, delay their time base without knowledge nis the signal runtime initially by a maximum value that is predetermined. The maximum value preferably corresponds to the maximum runtime of a maximum connection length that the  System allows. From this artificial fixed delay the measured delay due to the running time is subtracted. After that, all remote units run synchronously with each other chron, the accuracy in the clock rate of the transfer gung clock.

Vorteilhafterweise ist daher eine Gleichlänge von Leitungen nicht mehr erforderlich. Auch können zusätzliche Treiber in die Leitung eingesetzt werden, um beispielsweise unterschied­ liche Übertragungsmedien zu gestatten. Der maximale Verzöge­ rungswert, der der maximalen Leitungslänge entspricht, kann variabel gestaltet werden, damit nicht unnötig lange verzö­ gert wird, falls dies nicht erforderlich sein sollte.It is therefore advantageous for lines to be of equal length not necessary anymore. Additional drivers can also be added the line can be used to distinguish, for example allow transmission media. The maximum delay value that corresponds to the maximum cable length can be designed variably so that there are no unnecessarily long delays if this is not necessary.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend anhand zweier Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:A preferred embodiment is described below two drawings explained. Show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kommunikation zwi­ schen Zentraleinheit und abgesetzten Sendeeinrichtungen einer Basisstation, und Fig. 1 is a schematic representation of the communication between rule's central unit and remote transmitters of a base station, and

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der individuellen Verzögerung auf­ grund von unterschiedlichen Signallaufzeiten. Fig. 2 is a timing diagram of the individual delay on the basis of different signal delay times.

Fig. 1 zeigt eine Basisstation BTS eines Funk-Kommunikations­ systems bestehend aus einer Zentraleinheit CORE sowie mehre­ ren abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3. Dabei sind die Zentraleinheit CORE und die Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3 entsprechend dem genannten Stand der Technik über eine sternförmige Struktur von individuellen Leitungen CC- Link verbunden, so daß sich eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung für zu übertragende Verkehrsdaten S ergibt. Ferner weist jede abgesetzte Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3 und die Zen­ traleinheit CORE eine Schnittstelleneinrichtung SELIC (Serial Link Interface Control) auf, wodurch die Datenübertragung auf der seriellen Verbindung CC-Link hergestellt wird. Fig. 1 shows a base station BTS of a radio communication system consisting of a central unit CORE and several remote transmitter / receiver units CU1. , .CU3. The central unit is CORE and the transceiver units CU1. , .CU3 according to the prior art mentioned connected via a star-shaped structure of individual lines CC-Link, so that there is a point-to-point connection for traffic data S to be transmitted. Each remote transmitter / receiver unit also has CU1. , .CU3 and the central unit CORE an interface device SELIC (Serial Link Interface Control), whereby the data transmission on the serial link CC-Link is established.

Die Synchronisation der Basisstation BTS, d. h. die Unterein­ ander-Synchronisation der abgesetzten Sende- /Empfangseinheiten CU1. . .CU3, hat die folgenden vier Haupt­ aufgaben:
The synchronization of the base station BTS, that is, the mutual synchronization of the remote transmitter / receiver units CU1. , .CU3 has four main tasks:

• a) Kompensation der Verzögerung aufgrund der Leitungen CC- Link: beispielsweise muß in beispielsweise in dem bekannten GSM-Mobilfunksystem eine Zeitdifferenz zwischen zwei Trägern von weniger als einem Viertel Bit, was etwas weniger als 1 µs ist, sichergestellt werden.a) Compensation of the delay due to the lines CC- Link: for example, in the well-known GSM mobile radio system a time difference between two carriers less than a quarter bit, which is a little less than 1 µs is to be ensured.
• b) Bei dem GSM-System muß das genaue Basistaktsignal an jede abgesetzte Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3 übertragen wer­ den, wo es zum Erzeugen des Systemtakts (beispielsweise 26 MHz für GSM) verwendet wird. Der Systemtakt wird zur Erzeu­ gung der RF-Übertragungsfrequenz und von LO-Frequenzen (Local Oscillator) verwendet, die zum Empfangen der RF-Frequenz be­ nötigt werden. Daher muß der Jitter sehr gering sein, um die GSM-Rahmenbedingungen zu erfüllen.b) In the GSM system, the exact base clock signal must be sent to everyone remote transmitter / receiver units CU1. . .CU3 who transferred where it is used to generate the system clock (e.g. 26 MHz for GSM) is used. The system clock becomes the generator of the RF transmission frequency and LO frequencies (Local Oscillator) used to receive the RF frequency be compelled. Therefore, the jitter must be very low in order to GSM framework requirements.
• c) Systemspezifische Signale, wie beispielsweise das 577 µs lange GSM-Zeitrahmensignal, müssen auf jeder abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3 erzeugt werden. Ferner müssen systemspezifische Signale und die Zähler von jeder ab­ gesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3 miteinander syn­ chronisiert werden.c) System-specific signals, such as the 577 µs long GSM time frame signal, must be deposited on each Transceiver units CU1. . .CU3 can be generated. Further need system specific signals and the counters of each one set transmitter / receiver units CU1. . .CU3 syn be chronized.
• d) Die Synchronisation der verschiedenen Einheiten der Basis­ station BTS muß schnell erfolgen, und sie muß verläßlich sein, beispielsweise, nachdem neue Sende-/Empfangseinheiten beispielsweise aufgrund von Wartungsarbeiten oder Erweiterung des Systems eingebracht wurden.d) The synchronization of the various units of the base station BTS must be done quickly and it must be reliable be, for example, after new transceiver units for example due to maintenance work or expansion of the system.

Da die Verbindung CC-Link die einzige Möglichkeit ist, eine gemeinsame Zeitbasis für alle abgesetzten Sendeeinheiten CU zu schaffen, ist es notwendig, die Verzögerungszeit, die zwi­ schen der Zentraleinheit CORE und den einzelnen Sendeeinhei­ ten CU existiert, zu kompensieren, um richtige Taktsignale generieren zu können.Since the CC-Link connection is the only way to get one common time base for all remote transmitter units CU to create, it is necessary to set the delay time between between the central unit CORE and the individual transmission units  ten CU exists to compensate for correct clock signals to be able to generate.

Anhand der Fig. 2 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Syn­ chronisationsverfahren dargestellt.Referring to Figs. 2 Syn to the invention is shown chronisationsverfahren below.

Die Verzögerungszeit einer einzelnen Verbindung wird kontinu­ ierlich wie folgt gemessen:The delay time of a single connection is continuous measured as follows:

Die Schnittstelle SELIC der Zentraleinheit CORE überträgt ei­ nen Burst, d. h. ein digitales Wort, an die Schnittstelle SELIC der abgesetzten Sende-/Empfangseinheiten CU1. . .CU3, und es wird ein Zähler in der Zentraleinheit CORE gestartet. Die Schnittstelle SELIC der abgesetzten Einheit CU1. . .CU3 sendet nach Erhalt des Burst der Zentraleinheit CORE einen Burst nach Ablauf einer internen Verzögerungszeit wieder zurück. Die interne Verzögerungszeit wird durch die internen Bearbei­ tungszeit der abgesetzten Einheit CU1. . .CU3, die zum Generie­ ren des Rücksendebursts benötigt wird und bekannt ist, oder durch eine voreingestellten Verzögerung, die die interne Be­ arbeitungszeit umfaßt, gebildet. Die Zentraleinheit CORE stoppt dann den Zähler mit dem Empfangen des rückgesendeten Burst-Signals.The SELIC interface of the CORE central unit transmits ei a burst, d. H. a digital word at the interface SELIC of the remote transmitter / receiver units CU1. . .CU3, and a counter is started in the central unit CORE. The Interface SELIC of the remote unit CU1. . .CU3 sends a burst after receipt of the burst of the central unit CORE back after an internal delay time. The internal delay time is determined by the internal processing time of the remote unit CU1. . .CU3 leading to genius ren of the return burst is needed and is known, or by a preset delay that the internal loading working time includes, formed. The central unit CORE then stops the counter with receiving the returned Burst signal.

Die Verzögerungszeit dp wird dann wie folgt berechnet:
The delay time dp is then calculated as follows:

dp = (tg - tp)/2,
dp = (tg - tp) / 2,

wobei tg die Gesamtzeit ist, die der Burst benötigt, um von der Zentraleinheit CORE zur entsprechenden abgesetzten Ein­ heit CU1. . .CU3 hin und wieder zurück zu gelangen, tp die üb­ licherweise voreingestellte interne Verzögerungs- oder Bear­ beitungszeit innerhalb der abgesetzten Einheiten CU1. . .CU3 ist und dp dann die Verzögerungszeit der jeweiligen Leitung ergibt. where tg is the total time the burst takes to get from the central unit CORE to the corresponding remote on called CU1. . .CU3 to get there and back again, tp the ex Preset internal delay or bear processing time within the remote units CU1. . .CU3 and dp is the delay time of the respective line results.  

Die abgesetzten Sendeeinheiten CU haben eine interne Zeitba­ sis definiert, die um eine maximale Verzögerungszeit dmax verzögert ist. Diese maximale Verzögerungszeit dmax wird nun um die für jede Verbindung ermittelte individuelle Verzöge­ rungszeit dp1. . .dp3 verringert, wodurch alle abgesetzten Ein­ heiten CU1. . .CU3 synchron laufen.The remote transmitter units CU have an internal time base sis defines the maximum delay time dmax is delayed. This maximum delay time is now dmax the individual delays determined for each connection dp1. . .dp3 decreased, causing all remote on units CU1. . .CU3 run synchronously.

Die von der Zentraleinheit CORE berechnete Verzögerungszeit dp wird an die entsprechende abgesetzte Einheit CU1. . .CU3 in ein Synchronisationsfeld des Protokolls des CC-Links übertra­ gen. Wird eine Übertragungsrate von 16.384 Mbit/s verwendet, so beträgt die minimal kompensierbare Verzögerungszeit 61 ns, da die Verzögerung in Vielfachen einer Periode der Übertra­ gungsfrequenz kompensiert wird. Die maximale Verzögerung, die von der Schnittstelle kompensiert werden kann, hängt von der maximalen Länge des CC-Links ab, der entsprechend dem Anfor­ derungskatalog beispielsweise 300 m betragen kann. Daher be­ trägt die maximale Verzögerung, die innerhalb der Schnitt­ stelleneinrichtung SELIC kompensiert werden kann, 2 µs, und eine Wortlänge von 6 Bit zur Übertragung der Verzögerungszeit ist in diesem Fall ausreichend.The delay time dp calculated by the central unit CORE is sent to the corresponding remote unit CU1. , .CU3 transmit in a synchronization field of the protocol of the CC-Link. If a transmission rate of 16,384 Mbit / s is used, the minimum compensable delay time is 61 ns, since the delay is compensated in multiples of a period of the transmission frequency. The maximum delay that can be compensated for by the interface depends on the maximum length of the CC link, which can be, for example, 300 m according to the catalog of requirements. Therefore, the maximum delay that can be compensated within the interface device SELIC is 2 μs, and a word length of 6 bits for transmitting the delay time is sufficient in this case.

Claims (6)

1. Verfahren zur Synchronisation von Einheiten (CU1. . .) ei­ ner Vorrichtung bestehend aus einer Zentraleinheit (CORE) und damit verbundener räumlich abgesetzter Einheiten (CU1. . .), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• - Messen einer jeweiligen Verzögerungszeit (dp1. . .) zwi­ schen der Zentraleinheit (CORE) und den abgesetzten Einheiten (CU1. . .)
• - Verzögern einer Zeitbasis jeder abgesetzten Einheit (CU1. . .) um eine maximale Verzögerungszeit (dmax)
• - Subtrahieren der jeweils ermittelten Verzögerungszeiten (dp1. . .) von der um die maximale Verzögerungszeit (dmax) ver­ zögerten Zeitbasis jeder abgesetzten Einheit (CU1. . .).

1. A method for synchronizing units ei ner device consisting of a central processing unit (CORE) and spatially remote units connected, characterized in that the method comprises the following steps (CU1...) (CU1...):

• - Measuring a respective delay time (dp1...) Between the central unit (CORE) and the remote units (CU1...)
• - Delaying a time base of each remote unit (CU1...) By a maximum delay time (dmax)
• - Subtract the respectively determined delay times (dp1...) From the time base of each remote unit (CU1...) Delayed by the maximum delay time (dmax).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die jeweiligen Verzögerungszeiten (dp1. . .) von der Zentraleinheit (CORE) bestimmt werden.2. The method according to claim 1, characterized in net that the respective delay times (dp1...) of the Central unit (CORE) can be determined. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zentraleinheit (CORE) zur Bestimmung einer Laufzeit ein digitales Wort in Form eines Bursts an die je­ weilige abgesetzte Einheit (CU1. . .) absetzt, einen Zähler startet und den Zähler nach Wiedererhalt des zurückgesandten Bursts stoppt.3. The method according to claim 2, characterized in net that the central unit (CORE) for determining a Runtime a digital word in the form of a burst to the ever remote unit (CU1...), a counter starts and the counter after receiving the returned Bursts stops. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine interne Verzöge­ rungszeit innerhalb der abgesetzten Einheiten (CU1. . .) be­ rücksichtigt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized by an internal delay time within the units sold (CU1...) be is taken into account. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die interne Verzögerungszeit voreingestellt sind.5. The method according to claim 4, characterized in net that the internal delay time is preset. 6. Basisstation (BTS) eines Funk-Kommunikationssystems mit einer Zentraleinheit (CORE) und mit der Zentraleinheit (CORE) sternförmig verbundenen abgesetzten Einheiten (CU1. . .), wobei die abgesetzten Einheiten (CU1. . .) nach dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche synchronisiert werden.6. Base station (BTS) with a radio communication system a central unit (CORE) and with the central unit (CORE)  star-connected units (CU1...), where the units sold (CU1...) according to the procedure be synchronized one of the preceding claims.