TW511361B - Base station synchronization for wireless communication systems - Google Patents

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TW511361B TW090108367A TW90108367A TW511361B TW 511361 B TW511361 B TW 511361B TW 090108367 A TW090108367 A TW 090108367A TW 90108367 A TW90108367 A TW 90108367A TW 511361 B TW511361 B TW 511361B
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Steven G Dick
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Description

及、發明說明（1) 關於位通信ί統。特別是’本發明係有 方法。 ’巢式通信系統中同步複數基地台之系統及 咖 已公開的第三代無線協定要求一種方法，1及* 昂貴之程序，藉以使各基地台外部同；於二ΐ: Q準確度之外部電源。 、〃有 支援基地σ同步之技術要求一基地 ^CH) 3
Burst),以協調聆聽該像輸之一個或多個鄰居P。^貝一料組 方法讓使用者設備量測分別來自兩蜂巢 另一種 差（T_。這些技術在各基地台中使用=間 源。因由具有該電源，這些技術 因此，便存有一系統及方法之需求，1可以在木$紅 前提下’允許操作基地台間快速，= △之t】u t:無線通信系統中時間同步複數基地 ::糸扁及方法。该糸統決定相關於各基地台之一時間 。當一基地台之時間準確度超過臨界值 τ，β亥糸 '，充便_決定是否有一鄰居基地台且有一 =二！超過臨界值基地台則會根據該基地台：“ 居基地台間之一預測時間差進行調整。 熟習該技藝者在閱讀較佳實施例之詳 五、發明說明（2) 明白本發明系統及方法 圖式之簡易說明 夂其他目的及優點。 第一圖係一诵伫么 箆- HI筏4 。系統之方塊圖。 第一圖係根據本發一
控制器（RNC)之方塊圖。一較仏實施例製作之一無線網路 第三圖係根摅太狄OD 使用者設備之方塊圖月一較佳實施例製作之一基地台及 第四圖係根據本發明一較 質設計之介紹圖。 貝施例氣作之階層時間品 第五圖A及第五圖β係根 系統之流程圖。 軚佳貫施例製作之 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳實施例係參考圖式說明如 似元件係以類似符號表示。 Υ 錐^二圖係介紹一簡易無線寬頻分碼多址(CDMA)或分時 又工（TDD)之通信系、統18。該系、統18包括複節點26,32, 34，複數無線網路控制器36, 38,4〇，複數使用者設備 20, 22, 24及一核心網路46。該系統18内之一B節點16通俨 連結之使用者設備（UE)20-24。該B節點16具有」單址控°制 器（SC)，連結於單一基地台30或複數基地台3(^ ..·3〇 。各 基地台具有一連結地理區域，即一蜂巢。雖然本發η明僅揭 露基地台同步，然熟習該技藝者亦可利用本發明以完成蜂 巢同步。 ^ 一群組之β節點2 6，3 2, 3 4係連接一無線網路控制哭 第6頁 511361 五、發明說明（3) " "~ --- (RNC)36。該等無線網路控制器36…40係亦連接該核心網 路46。為簡潔起見，下文將只討論單一B節點，然本發 實可應用於複數B節點。 根據一較佳實施例，該無線網路控制器36係維護誃笙 B節點26, 32, 34之内及之間的基地台同步。請參考第二X、 圖，該無線網路控制器36可透過其訊息產生裝置53以請 來自一基地台30ι…3^或使用者設備20, 22, 24之量測·、秀 過其量測接收裝置54以接收量測；使用其同步控制器Η 根據該等量測最佳化地更新其狀態預測；及管理儲於— 協分差矩陣57之-組狀態。該等儲存狀態係用於同步且 不各基地台相對於一參考值之時間誤差，各時間誤 ^ 變率，及基地台3 〇間之傳輸延遲。 文 該無線網路控制器36亦管理一組儲存於一資料 .量測包括：一量測波形（即同步資料組）之到達 :了：：ΐ::弋量測來自兩基地台之傳輸之到達時間’ 盍，及狀怨不確疋性及量測不確定性之預 ^器”使用先進遽波技術’如^ 二= 義相對時脈遷移之參數，及精鍊出如—元件及 預=疋 確切範圍之參數。該預測時間遷移係用 ς =間 率參考值間之頻率不符及合.理檢查以確保偶；各=台頻 準確量測不會破壞該過程。 、略之不 該無線網路控制器％指派一時間品質终 i "·30η。廷個時間品質是由該無線網路 土曰口 3〇 藉由選定-基地台為所有其他基地台之時^6準1參1’值其
第7頁
所有其他基地台係指派一可變時 :校正以更新。這個時間品質可以是：4據， 1〇)。更小的品質數值暗示更好的準確度。或^如0至 = 是一個連續（如浮點）變數。該參考基地 派變動且可根據該參考基地台調整之數為ϊ 時間品質階®机斗嗤 、双值。為介紹這個 有從屬 該主控基地台變動之時s=v”係指派為根據 基地台Slave 2之時門σ所/貝/值达在一貫施例中，從屬 1變動之數值，且“二f指派為根據從屬基地台Slave 地台—變動：=ΠΓ。3係指派為根據從屬基 無線;=之正常操作模式係根據儲存於該 每隔—預定ΐϋ庫9之狀態更新一協分差矩陣57，其 子決定之時門/早更新一次（如：每隔5秒鐘或由一運算 該協分差矩陣57之-元件係各基地台時 間决差之預測變異。 矿土口了 無、超ϊ:預定臨:值日ί，該 差更新。這個更 σ a μ以支援该基地台之日守間誤 種是，該基地a #^可由下列三種方法之一達成。第— 3〇„之同步資且據指示量測來自-鄰居基地台301，3。2..· 具有較佳準確户之之f+地台到達時間（BST0A);第二種是， 測該對象基地Γ —鄰居基地台3〇1，3〇2…30"根據指示量 σ專輸之基地台到達時間；第三種是，一使
511361 五、發明說明（5) 用者設備20量測該基地台及一鄰居基地台3〇i，3〇2 "jo 同步資料組之基地台到達時間。 n 士 在第一種及第二種使用基地台至基地台之基地台到達 f間之方法中，需觀察一基地台傳輸至另一基地台之到達 日守間。請參考第三圖，一傳送基地台3 〇1於一預定時間送 出一已知傳輸圖案。該傳輸圖案可以是來自該基地台3〇1 中同步資料組產生裝置62之一同步資料組，其在經由一1天 線發射前係穿透一隔離裝置64。該接收基地台利用 其里測裝置6 0偵測該傳送波形，其會在該接收信號相符於 預期標誌時輸出一大數值。若該接收裝置及傳送裝置位於 相同位置且具有準確之同步時脈，則該量測裝置⑽之輪出 便會與該傳送波形同時出現。不過，時脈不準及傳輸路 延遲會造成一時間差。 二 傳輸路徑延遲係以（1)式定義。 R/c'x ⑴ R/c係一傳送單元及接收單元間之距離，r，除以光 速，c。义項係補償設備延遲。當基地台距離非常遙遠時， ，輪路徑延遲通常是由R/C項支配。無線電波以光速旅 ^亍J約1 f t/ns或3 X 1 08 m/s。基地台同步之目的係調準 該等基地台於1-3 us之間。因此，當基地台間隔距離在 哩（1公里）等級或更大時，該距離便有意義。然而，對 微微(/1C0)或微（micro)蜂巢而言，其間隔距離為數十公 尺’该距離相較於優勢之量測準確度，X，並無意義。 根據這些考慮，當企圖同步距離遙遠（大於丨公里）的
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隔距離便很重要。 基地台時， 5 0公尺内之 台到達時間 已知傳遞距 時間不準。 第三種 同基地台之 備係量測並 (TDOA)。該 備20, 22, 24 該訊息時， 置6 6接收兩 裝置68量測 台0 取得間 基地台 之量測 離係減 方法係 傳輸間 報告來 無線網 ，藉以 使用者 基地台 到達時 拉 ^ -企圖同步間隔距離 =丨實際位置便無關緊要。待執行基地 ^ 儲存於無線網路控制器資料庫5 9之 去’且兩者之差係視為該等基地台間之 量測由一使用者設備觀察，發送自兩不 f相對到達時間差（TD0A)。該使用者設 自兩基地台之傳輸間之觀察到達時間差 ，铨制态3 6送出一訊息至該等使用者設 $測兩基地台之到達時間差。當接收到 口又備2 0，2 2，2 4係經由其天線7 2及隔離裝 之傳輪，並使用該使用者設備量測接收 間差及將該量測傳送至其連結之基地 右該使用者設備位置為已知（即其至兩基地台之範圍 rl及r2為已知）且兩基地台時間均是正確的，到達 係以（2)式定義。 (rl-r2)/c ⑺ 由該數值之量測誤差可以是時間基準不準的指標。如 熟習該技藝者所知，若範圍rl&r2s夠小以至於在微微尺 寸（PICO-Sized)蜂巢中為真，則其數值並不需要知道。觀 察到達時間差可直接用作傳輸時間差之一量測。 當一種方法選定時，適當訊息係傳送至一基地台3 〇 i…3 0n或一使用者設備2 〇，2 2，2 4。若該訊息係送至一基地
第10頁 511361 五、發明說明（7) 台3 〇2 ’該基地台係被告知要觀察及量測那一個鄰居。若 該訊息係送至一使用者設備22，該使用者設備係被告知要 觀察那一個基地台及其自己之基地台。 請再回到第二圖，該無線網路控制器36已在其資料庫 59中儲存各基地台30〗“·30η間之範圍。該無線網路控制器 36隨後檢查以得知是否需要更新一鄰居基地台3〇ι，其相 較於該基地台3〇2具有一更好之時間品質。當發現這樣之 一鄰居基地台3〇i時，一訊息係啟始至該鄰居^地台以自 該"非同步"（out of sync)基地台3〇2擷取一量測。或者， 該無線網路控制器36係能夠送出一訊息至該"非同步"美 J30，並要求其擷取該鄰居基地台叫之一量測。該被土要 ϋ: 非同步”基地台3〇2) ’為本實施例之目的， ϊί 步”(in—sync)基地台叫之量測並將該量岡 =測裝置54轉交該量測數值至該同;f罔= 減去：傳遞時間R/C以計算該量測之傳輪時間。。八稭由 後，；計算該傳輸時間 較。該無線網路控制器同制器資料庫59之數值比 器增益’並利用計算及預^ 1、查I55隨後計算Kaiman濾波 以更新協分差矩陣57中=達；及通用增益， 值，該無線網路控制器訊自°亥差值大於某個臨界 息至該||非同步"基地台30 ^ ^置53隨後會發送另一訊 率，藉以在該無線網路1 :厂、時間基準及其參考頻 塔[制為36的控制下與其他基地台 第11頁 511361 五、發明說明（8) 3〇3 _··3 0/ 同步π 。 該基地台3 〇2執行要求之調整並狀 路控制器量測裝置54。該無線網路抑制\回，給該無線網 更新，包括：該對象基地台3〇2之時:：:内之貧料庫係 改變率，其協分差矩陣57之更新（最S *父正，其時間 RMS時間誤差及遷移誤差），及其時 ^ ，具有其預測 第四圖，一基地台（其時間基準係根攄’口貝之更新。請蒼考 以校正）絕不能指派一等於或好於A ^ =基地台比較 質。這個移彳可以確保穩定性。其基地台之時間品 基地台S1 ave 2，則基地台s 1 ave 2只妒^ 了’丨右欲校正一 地台Slave 1時間品質之一數值。這"•曰小於其從屬基 時間品質不會同步-同級或下級之從屬基之 能會導^群集基地台遷移成"非同步"於基= 如先前所述，擷取量測以調整該"非同步"口 t另-種方法係使用一使用者設備2〇,22,24。二：' 路控制器36係選擇這種方法，一訊息 °亥”…表肩 備22以量測該"非同步"基地台3〇2及該"同5地=者設
=資者設備22操取該等量測二該= 係赉迗至该無線網路控制器3 6並進行虛 J ΐ :,該等量測係與儲存於該無線網路器； 为差矩陣57之已知量測及發送至該，，非同 一調整量測比較。 土也口 3 02之 第五圖A及第五圖b係介紹根據本較佳實施例 ^程圖。該無線網路控制器36每隔-單位時間更新該：分 第12頁 五、發明說明（9) — 差矩陣57及資料庫59 — +彳斗> 、 器μ侧測到二基mt"：5〇i)。當該無線網路控制 界值時（牛WqfT9、 〇 3 3〇η日守間誤差變異超過一預定臨 基Π以旦:其：，無線網路控制器36決定是否使用一 到達時間ί 7 ί〇到達時間或使用—使用者設備以量測 (步驟50曰3、，猎以更新該”非同步基地台之時間誤差變里 台藉^至該"、非同步"^台之一鄰居基地 該·’非同步，^ : I ' ί到？時間，或者，該訊息係傳送至 (步驟5〇4) 鄰居基地台之到達時間 並將該量測值> Sσ酼13擷取必要量測（步驟505 ), 無線網路押：網路控制器36(步驟5〇6)。若該 器36係傳送一訊息至 ：間f，:亥無線網路控制 使用者設備量測各基地台：n::基地台。該 該等量測之差值傳送至$益綠f τ間差（步恥507b)，並將 當該無線網路控制器= 驟57… 料庫59中之數值比較(步驟:。9)储存於^識 ，’，無線網路控制器36係傳送—右訊個臨界 台，藉以根據該差值調整其 =2 5步基地 _。該1'非同步"基地台係或其參考頻率（步驟 =回報給該無線網路控制器步、H整(J :5:1)並 控制器資料庫59及協分差矩陣-隨
第13頁 511361 五、發明說明（ίο) 值（步驟513)。 一較佳實施例係一系統及方法，其存放於 控制器36。在習知技藝中’一控制無線網路控^線網 (C-RNC)直接通信於其基地台且—伺服無線網 A (S-RNO直接通信於其使用者設傷。在鄰居基 同無線網路控制器（RNC)控制的情況中，可能合二係由不 控制無線網路控制器及伺服無線網路控制哭犯^需要增加 控制鄰居基地台及使用者設備。 工 μ θ之通信’以 移、斤ί ::施：ί ί ί對基地台可以彼此發聽以將其頻率 移近至另外一個基地台。調整之相對數量則由一袓牲^ 榷值（其，派給各基地台且儲存於該無線網路控制二寺之 庫59中）定，。調整各基地台的過程與較佳實施例^述者 相同，除了 "非同步”基地台及”同步”基地台均需要根 派給各基地台之權值調整以外。利用不同的權值要吾^ 達到不同程度（由完全中心至完全分散）之向心性。° …一 ίί :月之最佳實施例係使-無線網路控制器36能夠發 ί地：！ίί及/或頻率校正至一基地台3°3.·.30"。該主控 ^地;係負責確保各基地台具有從屬於該主控基地台之一 1: U‘準確落於一指定限制内。該無線網路控制 兮；’'演算法及校正中，假設具有一可忽略之誤差存 i 控基地台及其基地台之間’並因此假設所有基地 〇具有相同之時間參考值。 A ^ ^ ^忒無線網路控制器3 6並不企圖預測該主控基地 八土地σ間之個別時間誤差，且該主控基地台必須降 五、發明說明（11) 低或補償該主控基地台及其他基地台間之 η!網路控制器36並不會執行-校正。：個實施例 路控制器36及一主控基地台間之-完全介 面。違元全介面可使該主抑其祕a 微微蜂巢之從屬同步。&土也口知加其解決方案以適於 在另一個實施例中’各基地台具有一及 Λ參#W其能夠使一無線網路控制器36發送時間校正及 Λ及Λ正中至各基地台。該無線網路控制器36，在其演 則表示各基地時間及頻率誤差之狀態。 控基地台間之個別時間相=預：各基地台及該主 助於預測另-基地台二大ΐ。;目：於=地台之量測並無 在基地台之定時及時間遷移中提供寬； ίV/" ^ ^ ^ - Λ . Λ // 台）柃，具有一可接受之連接性。 這個實施例有利於大蜂巢區域， 台之時間參考值）之量測以校正一基地台（其&基地 控基地台之時間參考值）之能力卻受制、 '5主 在這個r例中之各基地台係使j用？立之時 值，但忒主控基地台係提供一頻率參考值。— / 制器36係發送各基地台之時間校正及/或單 ^線網路控 一主控基地台。該無線網路控制器36係各其、又正至 脈係頻率從屬於該主控基地台之時脈。該無 511361 五、發明說明（12) 3 6，在其演算法及校正中，係假設具有一可忽略之遷移誤 差存在於该主控基地台及其指派基地台之間，並預測被視 為常數之偏移量。 因此’該無線網路控制器3 6預測該主控基地台及其基 地台間之個別時間誤差，及該基地台相較於該主控基地台 之通用頻率遷移。 這個貫施例的特徵類似於前一個實施例所述，其中與 该主控基地台距離較遠的基地台較有利。這個實施例提供 一種機制以移除長距離之時間不準。利用該等時間偏移量 為穩定的假設’這個實施例係利用相關於任何基地台（其 頻率從屬於談主控基地台之時脈）之一量測，藉以更新所 有基地台（其從屬於該主控基地台）之遷移率。 另一個實施例係使該無線網路控制器3 6提供對該主控 基地台之預測’藉以支援從屬該主控基地台之基地台同 步。一無線網路控制器36係發送各連結基地台之時間校正 及/或頻率校正至其主控基地台。該主控基地台確保其連 結基地台分別具有從屬於該主控基地台之一時間參考值， 其準確落於一指定限制内。該主控基地台可以選舉以使用 口亥基地0獨特之預測以用於該基地台同步。該無線網路控 制裔3 6 ’在其演算法及校正中，產生該主控基地台及其基 地σ間之時間及頻率誤差之一最佳預測。在執行狀態預測 日守’ $無線網路控制器3 6係加權該等量測及該基地台誤差 不確定性間之相對信任。 因此’該無線網路控制器3 6係企圖預測該主控基地台
第16頁 511361
五、發明說明（13) 及其基地台間之個別時間誤差，且該主控基地台係降低及 /或補償該主控基地台及各基地台（其從屬於其時間參考 值）之時間誤差，或要求來自該無線網路控制器3 6之協 助。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然熟習該技藝 者當可於本發明範圍内進行其他變動，故本發明範圍應以 下列申請專利範圍界定。
ψ 第17頁 511361 圖式簡單說明 16 、 26 、 32 、 34 : B 節點 1 8 :通信系統 20、22、24 :使用者設備 3 0、3 …3 0n :基地台 3 6、3 8、4 0 :無線網路控制器 4 6 :核心網路 54 :量測接收裝置 5 5 :同步控制器 5 7 ·協分差矩陣 59 :資料庫 60 :量測裝置 62 :同步資料組產生裝置 64 :隔離裝置 7 0 :天線
第18頁

Claims (1)

  1. 511361
    Γ : : 號 90108367 ----------------------- *r*' 六、申請專利範圍 1 · 一種在一無線通信系統中時間同步複數基地台之方 法，包括·· 決定相關於每個基地台之一時間準確度之一預測值； 針對每個基地台找出超過一臨界值之預測值； 決定一鄰居基地台，其決定預測值相較於該超過臨界值 基地台，表示一較佳時間準確度； 決定該超過臨界值基地台及該鄰居基地台間之一預測時 間差； 因應$亥預測時間差調整該超過臨界值基地台之一時間； 以及 ! ψ J測 員2 明ζ· 差 |示 % $ 年定 差 定14. 差 居 %
    玉 更新該超過臨界值基地台之該預測值，其中 — 值相較於該鄰居基地台，表示一較差時間準確度。 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該預測時間 係由該超過臨界值基地台量測該鄰居基地台之時間以決 0 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該預測時間 係由该鄰居基地台量測該超過臨界值基地台之時間以決 〇 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中，該預測時間 係由一使用者設備（UE )量測該超過臨界值基地台及該鄰 基地台到達之時間以決定。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等基地合 中之一第一基地台係指派其決定預測值為具有一最佳時間 準確度’且該等基地台中之所有其他基地台係時間從屬於
    A '申請專利範圍 ' --- ^—— 。亥弟一基地台。 t 一種在一無線通信系統中時間同步複數基地台之方 决，其步驟包括： 由該等基地台中偵测一非同步基地台； 2擇複數量測技術之一以時間同步該非同步基地台及該 寺基地台；該等量測技術包括： 由該非同步基地台量測該等基地台之一之一時間差； 由該等基地台之一量測該非同步基地台之該時間差； 因應該選擇量測技術執行一選擇量測； 比較該選擇量測及該儲存同步資訊；以及 根據該比較調整該非同步基地台。 勺如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該同步資訊 包括相關於各該等基地台之時間準確度之一預測值及儲存 相關於各該等基地台之一組狀態之一協分差矩陣。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之方法，其中’該等基地台 具有一第一基地台，其中，該預測值表示一最高時間準確 度；以及 維持該等基地台時間從屬於該第一基地台。 9 ·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該等量測技 術更具有由一使用者設備量測之該非同步基地台及該一基 地台之到達時間。 土 10·二種基地台同步系統，用以時間同步一無線通信系統 中之複數基地台，該基地台同步系統包括： 一無線網路控制器（RNC)，用以協調及同步該等基地
    511361 六、申請專利範圍 台，包括： 一資料庫，用以儲存由該等基地台接收之 及 Π ^ 4工制器，用以由該等基地台中偵測 台，選擇複數量測技術之一以時間同步該非 3專基地台’及因應該選擇量測技術調整誃 之一時間；以及 人 一里測裂置，因應該無線網路控制器，用 量測技術’該等量測技術包括： 由該非同步基地台量測該等基地台之一鄰 間；以及 由違鄰居基地台量測該非同步基地台之時 11 ·如申請專利範圍第1 0項所述之系統，其 訊包括相關於各該等基地台之一時間準確度 以及儲存相關於各該等基地台之一組狀態之 陣。 12 ·如申睛專利範圍第11項所述之系統，其 台具有： 第一基地台，其中，該時間準確度預測 日守間準確度；以及 維持該等基地台時間從屬於該第一基地台 •如申凊專利範圍第12項所述之系統，其 : 包括由一使用者設備（UE)量測之該非同 土地台之一到達時間，該使用者設備包括 同步資訊；以 一非同步基地 同步基地台及 非同步基地台 以執行該選擇 居基地台之時 中，該同步資 之一預測值； 一協分差矩 中，該等基地 值表示一最佳 中，該量測技 步基地台及該 一量測裝置， 第21頁 511361 六、申請專利範圍 用以量測該非 14· 一種基地 中之複數基地 一資料庫， 一預測值；以 一同步控制 預測值超過一 超過臨 超過臨 整該超 相較於 —量 15. 如 間差之 16. 如 間差之 Π·如 台具有 一第 時間準 維持 界值基 界值基 過臨界 該鄰居 測裝置 申請專 量測係 申請專 量測係 申請專 一基地 確度； 該等基 申請專 量測係 同步基 台同步 台，該 用以儲 及 器，因 臨界值 地台之 地台及 值基地 基地台 ，用以 利範圍 由該鄰 利範圍 由該超 利範圍 地台及該一 系統，用以 基地台同步 存相關於各 應該資料庫 之各基地台 該等基地台 該一鄰居基 台之該預測 ，表示一較 量測該預測 第1 4項所述 居基地台執 第1 4項所述 過臨界值基 第1 4項所述 基地台之該到達時間。 時間同步—無、線通信系統 糸統包括： 基地台之一時間準確度之 ，用以決定其時間 ，決定其預測值較 之一鄰居基地台， 地台間之一預測時 值；其中，該調整 差時間準確度；以 時間差。 之糸統，其中，該 行。 之系統，其中，該 地台執行。 之系統，其中，該 準確度 佳於談 因應該 間差調 預測值 及 預測時 預測時 等基地 台，其中，該時間準確度預測值表示一最佳 以及 地台並使其時間準讀度從屬於該第一基地 利範圍第1 3項所述之系統’其中，該預測時 由一使用者設備（)量測該超過臨界值基地 台。 18·如 間差之
    511361
    第23頁
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