DE60117522T2

DE60117522T2 - Verfahren zur synchronisierung einer basisstation für drahtlose kommunikationssysteme

Info

Publication number: DE60117522T2
Application number: DE60117522T
Authority: DE
Inventors: G. Stephen Nesconset DICK; Eldad Huntington ZEIRA
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: US7924961B2; US20020009168A1; KR20030023856A; US20020075978A1; US7379518B2; ATE319236T1; HK1106887A1; WO2001080461A1; CN1300951C; ES2475494T3; BR0110066A; NO326189B1; HK1106886A1; EP1605610A2; JP2012130055A; CA2553935A1; EP1605610A3; CN101005312B; MY151409A; US9247513B2

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Synchronisieren mehrerer Basisstationen in einem zellularen Kommunikationsnetz.
Die vorgeschlagenen drahtlosen Protokolle der dritten Generation erfordern einen Ansatz, der auf einem einfachen, aber teuren Verfahren basiert, das erfordert, daß jede Basisstation extern mit einer äußerst exakten externen Quelle synchronisiert wird.
Verfahren, die eine Basisstationssynchronisierung unterstützen, erfordern, daß eine Basisstation passiv auf Synchronisationssendungen von ihren Nachbarn horcht, z.B. den Synchronisationskanal (SCH) oder den gemeinsamen physikalischen Steuerkanal (CCPCH), und Verfahren folgt, die ähnlich den von dem Benutzergerät (UE) durchgeführten sind, um sich zu synchronisieren. Ein anderer Ansatz erfordert, daß jede Basisstation in Abstimmung mit einem oder mehreren ihrer auf die Sendung horchenden Nachbarn gelegentlich einen besonderen Synchronisationsburst sendet. Noch ein anderer Ansatz läßt UEs die Zeitdifferenz zwischen der Ankunft von Sendungen von jeder von zwei Zellen (TDOA) messen. Dieses Verfahren verwendet in jeder Basisstation eine genau exakte Quelle. Da jede Basisstation diese Quelle hat, sind die Verfahren teuer und unpraktisch.
Daher besteht ein Bedarf an einem System und einem Verfahren, die eine schnelle, wirksame und weniger teure Synchronisierung zwischen betriebsbereiten Basisstationen ermöglichen, ohne zusätzliche physikalische Ressourcen zu verbrauchen.
Die internationale Anmeldung WO00/14907 offenbart ein System, das die Differenzen in der Zeitsteuerung zwischen den Basisstationen schätzt und Anzeigen für die Differenzen in der Zeitsteuerung durch die erste Station an die erste Mobilstation anzeigt. Die erste Mobilstation speichert die Zeitsteuerungsdifferenzen der ersten Basisstation und benachbarter Basisstationen und nutzt diese Informationen, wenn sie mit irgendeiner der benachbarten Basisstationen kommuniziert.
US-A-6 014 376 offenbart ein System, in dem eine Mobilstation eine Liste von Basisstationskennungen und eine Liste von Referenzbasisstationen pflegt. Wenn eine Basisstation in dem Kommunikationssystem synchronisiert werden muß, wählt die Mobilstation eine Referenzbasisstation aus der gespeicherten Liste aus. Die Mobilstation synchronisiert sich dann auf diese Referenzbasisstation und wählt eine unsynchronisierte Basisstation für die Synchronisierung. Die Unsynchronisierte wird dann synchronisiert und zu der Liste von Referenzbasisstationen hinzugefügt.
US-A-5 448 570 offenbart ein System, das eine zentrale Station und mehrere Basisstationen aufweist. Die zentrale Station wählt eine bestimmte Basisstation aus den Basisstationen aus und bezeichnet sie als eine Hauptbasisstation und beauftragt eine Basisstation in der Nähe der Hauptbasisstation, sich mit einem Funksignal von der Hauptbasisstation zu synchronisieren. Die beauftragte Basisstation synchronisiert sich mit der Hauptbasisstation. Als nächstes beauftragt die zentrale Station eine Basisstation in der Nähe der synchronisierten Basisstation, sich mit der synchronisierten Basisstation zu synchronisieren. Das Verfahren wird wiederholt, bis alle Basisstationen synchronisiert sind.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung mehrerer Basisstationen in einem drahtlosen Kommunikationssystem. Das System bestimmt eine Schätzung einer Zeitsteuerungsgenauigkeit, die zu jeder Basisstation gehört. Wenn die Zeitsteuerungsgenauigkeit einer Basisstation über einem Schwellwert ist, bestimmt das System, ob es eine benachbarte Basisstation mit einer besseren Zeitsteuerungsgenauigkeit gibt. Die Basisstation über dem Schwellwert wird ansprechend auf die geschätzte Differenz zwischen dieser Basisstation und der benachbarten Basisstation angepaßt.
Andere Aufgaben und Vorteile des Systems und des Verfahrens werden für Fachleute auf dem Gebiet nach dem Lesen der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems.
2 ist ein Blockschaltbild einer Funknetzsteuerung (RNC), die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
3 ist ein Blockschaltbild einer Basisstation und eines UE, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
4 ist eine Darstellung des hierarchischen Zeitqualitätskonzepts, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
5a und 5b sind ein Flußdiagramm des Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern durchweg gleiche Elemente darstellen.
1 stellt ein vereinfachtes drahtloses Spreizspektrum-Codemultiplex-Vielfachzugriff- (CDMA) oder Zeitmultiplexduplex- (TDD) Kommunikationssystem 18 dar. Das System 18 weist mehrere Node Bs 26, 32, 34, mehrere RNCs 36, 38, ... 40, mehrere Benutzergeräte (UE) 20, 22, 24 und ein Kernnetzwerk 46 auf. Ein Node B 26 innerhalb des Systems 18 kommuniziert mit verbundenen Benutzergeräten 20–24 (UE). Der Node B 26 hat eine einzige Standortsteuerung (SC) 30, die entweder mit einer einzelnen Basisstation 30 oder mehreren Basisstationen 30₁ ... 30_n verbunden ist. Jede Basisstation hat auch einen zugehörigen geographischen Bereich, der als eine Zelle bekannt ist. Es sollte klar sein, daß, wenngleich die Synchronisierung einer Basisstation offenbart wird, unter Verwendung der vorliegenden Erfindung auch eine Zellensynchronisation durchgeführt werden kann.
Eine Gruppe von Node Bs 26, 32, 34 ist mit einer Funknetzsteuerung (RNC) 36 verbunden. Die RNCs 36 ... 40 sind auch mit dem Kernnetzwerk 46 verbunden. Der Kürze halber bezieht sich das Folgende nur auf einen Node B, aber die vorliegende Erfindung kann ohne weiteres auf mehrere Node Bs angewendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hält die RNC 36 innerhalb und zwischen den Node Bs 26, 32, 34 eine Basisstationssynchronisation aufrecht. Bezug nehmend auf 2 kann die RNC 36 über ihren Nachrichtengenerator 53 Messungen von einer Basisstation 30₁ ... 30_n oder einem UE 20, 22, 24 anfordern; über ihre Empfangsvorrichtung 54 Messungen empfangen; ihre Zustandsschätzungen unter Verwendung ihrer Synchronisationssteuerung 55 basierend auf diesen Messungen optimal aktualisieren; und einen in einer Kovarianzmatrix 57 gespeicherten Satz von Zuständen verwalten. Die gespeicherten Zustände werden für die Synchronisierung verwendet und stellen den Zeitfehler jeder Basisstation 30 relativ zu einer Referenz, die Änderungsgeschwindigkeit jedes Zeitfehlers und die Übertragungsverzögerung zwischen Basisstationen 30 dar.
Die RNC 36 verwaltet auch einen Satz von in einer Datenbank 59 gespeicherten Messungen, die aufweisen: Ankunftszeit einer gemessenen Wellenform (d.h. Synchronisa tionsburst); Zeitdifferenz der Ankunft von Übertragungen von zwei Basisstationen, wie sie von einem UE 20 gemessen werden; und Schätzungen der Zustandsunsicherheiten und Meßunsicherheiten. Die RNC 36 verwendet fortgeschrittenes Filtern, wie etwa Kalman-Filter, um Parameter zu schätzen, welche die relative Taktverschiebung definieren, und um Parameter, wie etwa die exakte Weite zwischen einem Element und einem anderen, zu verfeinern. Die geschätzte Zeitverschiebung wird verwendet, um die Frequenzfehlanpassung zwischen den Frequenzreferenzen der jeweiligen Basisstationen und Plausibilitätsprüfungen abzuleiten, um sicherzustellen, daß gelegentliche grob ungenaue Messungen das Verfahren nicht unbrauchbar machen.
Die RNC 36 ordnet jeder Basisstation 30₁ ... 30_n eine Zeitqualität zu. Diese Zeitqualität wird von der RNC 36 gemessen, indem sie eine Basisstation als die Zeitbasisreferenz für alle anderen auswählt. Allen anderen Basisstationen wird eine veränderliche Zeitqualität zugeordnet, die basierend auf Messungen und angewendeten Korrekturen aktualisiert wird. Die Zeitqualität kann eine ganze Zahl (z.B. 0 bis 10) sein. Ein niedrigerer Qualitätswert beinhaltet eine bessere Genauigkeit. Alternativ kann die Qualität eine stetige (Gleitkomma) Variable sein. Der Referenzbasisstation (Hauptbasisstation) ist bevorzugt dauerhaft eine Qualität von 0 zugeordnet. Allen anderen restlichen Basisstationen werden Werte zugeordnet, die sich ändern und die relativ zu der Referenzbasisstation angepaßt werden. Um dieses hierarchische Zeitqualitätskonzept zu veranschaulichen, zeigt 4 eine Hauptbasisstation, wobei allen Basisstationen, der Nebenstation 1, der Nebenstation 2, der Nebenstation 3, Zeitqualitätswerte zugeordnet werden, die sich relativ zu der Hauptbasisstation ändern. In einer Ausführungsform werden der Zeitqualität der Nebenbasisstationen 2 Werte zugeordnet, die sich relativ zu den Nebenbasisstationen 1 ändern, und den Nebenbasisstationen 3 werden Werte zugeordnet, die sich relativ zu Nebenbasisstationen 2 ändern.
Die normale Betriebsart der RNC 36 aktualisiert eine Kovarianzmatrix 57 einmal pro vorbestimmte Zeiteinheit (z.B. einmal pro fünf Sekunden oder zu einer durch einen Bediener bestimmten Zeit) hinsichtlich der in der RNC-Datenbank 59 gespeicherten Zustände. Ein Element der Kovarianzmatrix 57 ist die geschätzte Standardabweichung des Zeitfehlers jeder Basisstation.
Wenn die Standardabweichung des Zeitfehlers einer Basisstation einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, löst die RNC 36 eine Nachricht aus, um die Aktualisierung des Zeitfehlers dieser Basisstation zu unterstützen. Die Aktualisierung wird auf eine von drei Arten durchgeführt: erstens wird die betroffene Basisstation beauftragt, die Basisstationsankunftszeit (BSTOA) eines Synchronisationsbursts von einer benachbarten Basisstation 30₁ , 30₂ ... 30_n zu messen; zweitens wird eine benachbarte Basisstation 30₁ , 30₂ ... 30_n mit einer besseren Qualität beauftragt, die BSTOA der Übertragung der betroffenen Basisstation zu messen; oder drittens mißt ein UE 20 die BSTOA von Synchronisationsbursts dieser Basisstation und einer benachbarten Basisstation 30₁ , 30₂ ... 30_n .
In den ersten und zweiten Ansätzen, in denen eine Basisstation-Basisstation-BSTOA verwendet wird, wird die Ankunftszeit von einer Basisstationsübertragung an eine andere beobachtet. Bezug nehmend auf 3 sendet eine sendende Basisstation 30₁ zu einem vordefinierten Zeitpunkt ein bekanntes Übertragungsmuster. Das Übertragungsmuster kann ein Synchronisationsburst von dem Synchronisationsburstgenerator 62 der Basisstation 30₁ sein, der durch einen Isolator bzw. Richtungsisolator 64 läuft, bevor er von einer Antenne 70 abgestrahlt wird. Die empfangende Basisstation 30₁ erkennt die übertragene Wellenform unter Verwendung ihrer Meßvorrichtung 60, die einen großen Wert ausgibt, wenn das empfangene Signal mit einer erwarteten Signatur übereinstimmt. Wenn der Empfänger und der Sender an dem gleichen Standort wären und exakt synchronisierte Takte hätten, würde die Ausgabe der Meßvorrichtung 50 zur gleichen Zeit stattfinden wie die übertragene Wellenform. Taktfehlanpassung und Übertragungswegverzögerung verursachen jedoch eine Zeitdifferenz.
Die Übertragungswegverzögerung ist gemäß Gleichung 1 definiert: R/c + x Gleichung 1
R/c ist die Entfernung R zwischen einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit c. Der Ausdruck x trägt Einrichtungsverzögerungen Rechnung. Wenn Basisstationen sehr weit entfernt voneinander sind, dominiert typischerweise der Betrag R/c. Funkwellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, etwa 1 Fuß pro Nanosekunde oder 3 × 10⁸ Meter pro Sekunde, fort. Das Ziel der Basisstationssynchronisierung ist, die Basisstationen innerhalb von 1–3 Mikrosekunden abzustimmen. Wenn Basisstationen durch Entfernungen in der Größenordnung von ½ Meile (1 km) oder weiter getrennt sind, werden die Entfernungen erheblich. Für Piko- oder Mikrozellen, die einige zehn Meter getrennt sind, sind die Entfernungen jedoch im Vergleich zu den Meßungenauigkeiten x, die dominieren, unerheblich.
Wenn versucht wird, weit entfernte (mehr als 1 km) Basisstationen zu synchronisieren, ist basierend auf diesen Überlegungen die Kenntnis der Trennung wichtig. Wenn versucht wird, Basisstationen über etwa 50 Meter zu synchronisieren, werden die genauen Standorte irrelevant. Nachdem die Messung der BSTOA durchgeführt wird, wird die in der RNC-Datenbank 59 gespeicherte bekannte Ausbreitungsentfernung subtrahiert, und die Differenz wird als die zeitliche Fehlanpassung zwischen den Basisstationen betrachtet.
Der dritte Ansatz mißt die relative Ankunftszeitdifferenz (TDOA) zwischen zwei Übertragungen, die von zwei verschiedenen Basisstationen gesendet werden, wie sie von einem UE beobachtet werden. Das UE mißt und meldet die beobachtete TDOA zwischen Übertragungen von zwei Basisstationen. Die RNC 36 sendet eine Nachricht an das UE 20, 22, 24, um die TDOA von zwei Basisstationen zu messen. Nach Empfang dieser Nach richt empfängt das UE 20, 22, 24 die Übertragung der zwei Basisstationen über seine Antenne 72 und den Isolator 64 und mißt die TDOA unter Verwendung der UE-Meßempfangsvorrichtung 68 und sendet die Messungen an ihre verbundene Basisstation.
Wenn die Position des UE bekannt ist (d.h. seine Weite zu jeder der zwei Basisstationen r1 und r2 ist bekannt) und die Zeitsteuerung beider Basisstationen korrekt ist, ist die Ankunftszeitdifferenz (TDOA) wie gemäß Gleichung 2 definiert. (r1 – r2)/c Gleichung 2
Gemessene Abweichungen von diesem Wert wären eine Anzeige einer Zeitbasis-Fehlanpassung. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, wäre es, wenn die Weiten r1 und r2 hinreichend klein sind, wie es für Zellen mit Pikogröße der Fall ist, nicht notwendig, ihre Werte zu kennen. Beobachtete Ankunftszeitdifferenzen könnten direkt als ein Maß für die Zeitdifferenz der Übertragung genommen werden.
Wenn einmal ein Ansatz gewählt ist, wird die geeignete Nachricht entweder an eine Basisstation 30₁ ... 30_n oder ein UE 22, 24, 20 übertragen. Wenn die Nachricht an eine Basisstation 30₂ gesendet wird, wird der Basisstation 30₂ gemeldet, welchen Nachbar sie überwachen und messen soll. Wenn die Nachricht an ein UE 22 gesendet wird, wird dem UE 22 gemeldet, welche Basisstation es neben seiner eigenen Basisstation messen soll.
Rückbezug auf 2 nehmend hat die RNC 36 die Weite zwischen jeder Basisstation 30₁ ... 30_n in ihrer Datenbank 59 gespeichert. Sie prüft anschließend nach, ob es eine benachbarte Basisstation 30₁ gibt, die eine bessere Zeitqualität als die Basisstation 30₂ hat, die aktualisiert werden soll. Wenn einmal eine derartige Basisstation 30₁ gefunden ist, wird eine Nachricht an die benachbarte Basisstation 30₁ ausgelöst, um Messungen von der Basisstation 30₂ „außer Takt" zu machen. Alternativ ist die RNC 36 fähig, eine Nachricht an die Basisstation 30₂ „außer Takt" zu senden und sie aufzufordern, eine Messung von der benachbarten Basisstation 30₁ zu machen. Die aufgeforderte Basisstation, für die Zwecke dieser Ausführungsform die Basisstation 30₂ „außer Takt", macht dann Messungen der Basisstation 30₁ „im Takt" und sendet den gemessenen Wert zurück an die RNC-Meßvorrichtung 54. Die RNC-Meßvorrichtung 54 leitet den gemessenen Wert an die Synchronisationssteuerung 55, welche die Übertragungszeit der Messung berechnet, indem sie die Ausbreitungszeit R/c subtrahiert.
Wenn einmal die Übertragungszeit von der RNC-Synchronisationssteuerung 55 berechnet ist, wird der Wert mit dem in der RNC-Datenbank 59 gespeicherten Wert verglichen. Die RNC-Synchronisationssteuerung 55 berechnet dann Kalman-Filterverstärkungen und aktualisiert die Zustände in der Kovarianzmatrix 57 unter Verwendung der Differenz zwischen der berechneten und der vorbestimmten Ankunftszeit und der gemeinsamen Verstärkungen. Wenn die Differenz über einem gewissen Schwellwert ist, wird der RNC-Nachrichtengenerator 53 eine weitere Nachricht an die Basisstation 30₂ „außer Takt" senden, um ihre Zeitbasis oder ihre Referenzfrequenz anzupassen, um sie mit den anderen Basisstationen 30₁ ... 30_n unter der Steuerung der RNC 36 „in Takt" zu bringen.
Die Basisstation 30₂ führt die angeforderte Anpassung durch und meldet sie an die RNC-Meßvorrichtung 54 zurück. Die Datenbank innerhalb der RNC 36 wird aktualisiert, einschließlich einer Korrektur der Zeitreferenz der betroffenen Basisstation 30₂ , ihrer Zeitänderungsgeschwindigkeit, einer Aktualisierung ihrer Kovarianzmatrix 57 (einschließlich und am wesentlichsten ihres geschätzten Zeitfehlereffetivwerts und Verschiebungsfehlers) und einer Aktualisierung ihrer Zeitqualität. Bezug nehmend auf 4 darf einer Basisstation, deren Zeitbasis basierend auf einem Vergleich mit einer anderen Basisstation korrigiert wird, niemals eine gleiche oder bessere Qualität zugeordnet werden, als die der Basisstation, deren Nebenstation sie ist. Dieses Verfahren stellt Stabilität sicher. Wenn zur Veranschauli chung eine Nebenstation 2 korrigiert werden soll, kann der Nebenbasisstation 2 nur ein Wert zugeordnet werden, der geringer als der der Zeitqualität ihrer Nebenbasisstation 1 ist. Dies stellt sicher, daß die Zeitqualität einer Basisstation sich nicht auf eine Nebenbasisstation der gleichen Stufe oder darunter synchronisiert, was schließlich zu einer Gruppe von Basisstationen führen könnte, die sich „aus dem Takt" mit der Hauptbasisstation verschieben.
Wie früher offenbart, verwendet ein anderer Ansatz zum Durchführen von Messungen, um die Basisstation „außer Takt" 30₂ anzupassen, ein UE 20, 22, 24. Wenn von der RNC 36 dieses Verfahren gewählt wird, wird eine Nachricht an das UE 22 gesendet, um den Synchronisationsburst der Basisstation „außer Takt" 30₂ und der Basisstation „im Takt" 30₁ zu messen. Wenn die Messung von dem UE 22 einmal gemacht wurde, werden die Messungen an die RNC 36 gesendet und verarbeitet. Ähnlich den weiter oben beschriebenen Verfahren werden die Messungen mit den in der RNC-Datenbank 56 gespeicherten bekannten Messungen und der Kovarianzmatrix 57 verglichen, und eine Anpassungsmessung wird an die Basisstation „außer Takt" 30₂ gesendet.
Das Flußdiagramm des Systems gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist in 5a und 5b dargestellt. Die RNC 36 aktualisiert die Kovarianzmatrix 57 und die Datenbank 59 einmal pro Zeiteinheit (Schritt 501). Wenn die RNC 36 erkennt, daß die Zeitfehler-Standardabweichung einer Basisstation 30₂ ... 30_n einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet (Schritt 502), entscheidet die RNC 36, ob sie eine Basisstation verwenden soll, um die BSTOA zu messen, oder ob sie ein UE verwenden soll, um die TDOA zu messen, um die Zeitfehler-Standardabweichung der Basisstation „außer Takt" zu aktualisieren (Schritt 503). Wenn die RNC 36 sich entscheidet, die BSTOA zu messen, wird eine Nachricht an eine benachbarte Basisstation der Basisstation „außer Takt" gesendet, um die Ankunftszeit der Basisstation zu messen, oder die Nachricht wird an die Basisstation „außer Takt" gesendet, um die An kunftszeit der benachbarten Basisstation zu messen (Schritt 504). Die richtige Basisstation macht die notwendige Messung (Schritt 505) und überträgt die Messung an die RNC 36 (Schritt 506). Wenn die RNC 36 sich entscheidet, die TDOA zu messen, sendet die RNC 36 eine Nachricht an ein UE, daß es die Ankunftszeitdifferenz zwischen zwei Basisstationen messen soll (Schritt 507a), wobei eine die Basisstation „außer Takt" ist. Das UE mißt die TDOA jeder Basisstation (Schritt 507b) und sendet die Differenz dieser Messungen an die RNC 36 (Schritt 507c). Nach Empfang der richtigen Messungen durch die RNC 36 (Schritt 508) vergleicht die RNC 36 die Messung mit dem in der RNC-Datenbank 59 gespeicherten Wert (Schritt 509). Wenn die Differenz über einem gewissen Schwellwert ist, sendet die RNC 36 eine Nachricht an die Basisstation „außer Takt", um ihre Zeitbasis oder ihre Referenzfrequenz entsprechend dieser Differenz anzupassen (Schritt 510). Die Basisstation „außer Takt" führt die angeforderte Anpassung durch (Schritt 511) und meldet sie an die RNC 36 zurück (Schritt 512). Die RNC-Datenbank 59 und die Kovarianzmatrix 57 werden dann aktualisiert, um die neuen Werte aufzunehmen (Schritt 513).
Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein System und ein Verfahren, die sich in jeder RNC 36 befinden. Nach bisherigem Stand der Technik kommuniziert eine steuernde Netzwerksteuerung (C-RNC) direkt mit ihren Basisstationen, und eine betreuende Funknetzsteuerung (S-RNC) kommuniziert direkt mit ihren UEs. Für Fälle, in denen benachbarte Basisstationen unter der Steuerung verschiedener Funknetzsteuerungen (RNC) sind, kann auch ein Bedarf bestehen, eine Kommunikation zwischen den C-RNCs und S-RNCs hinzuzufügen, welche die benachbarten Basisstationen und UEs steuern.
Eine alternative Ausführungsform erfordert, daß jedes Paar von Basisstationen, das sich gegenseitig hören kann, seine Frequenz näher zu der der anderen bewegt. Der relative Betrag dieser Anpassung ist durch einen Satz eindeutiger Gewichte definiert, die jeder Basisstation zugewiesen werden und in die RNC-Datenbank 59 gespeichert werden.
Das Verfahren zum Anpassen jeder der Basisstationen ist das gleiche wie in der obigen bevorzugten Ausführungsform offenbart, abgesehen davon, daß sowohl die Basisstation „im Takt" als auch die Basisstation „außer Takt" basierend auf den Gewichten, die den jeweiligen Basisstationen zugewiesen sind, angepaßt werden. Mit verschiedenen Gewichten kann man verschiedene Grade von Zentralisierung zwischen vollständig zentralisiert und vollständig verteilt erreichen.
Die besonders bevorzugte Ausführungsform ermöglicht, daß eine RNC 36 Zeitkorrekturen und/oder Frequenzkorrekturen an Basisstationen 30₁ ... 30_n sendet. Die Hauptbasisstation ist verantwortlich dafür sicherzustellen, daß jede ihrer Basisstationen eine ihr untergeordnete Zeitreferenz hat, die innerhalb einer angegebenen Grenze genau ist. Die RNC 36 setzt in ihren Algorithmen und Korrekturen voraus, daß ein vernachlässigbarer Fehler zwischen der Hauptbasisstation und ihren Basisstationen ist, und setzt daher voraus, daß alle Basisstationen die gleiche Zeitreferenz haben.
Als eine Folge versucht die RNC 36 nicht, die einzelnen Zeitfehler zwischen der Hauptbasisstation und ihren Basisstationen zu schätzen, und die Basisstation muß Zeitsteuerungsfehler zwischen der Hauptbasisstation und jeder der anderen Basisstationen beseitigen oder kompensieren, da die zugehörige RNC 36 keine Korrektur durchführt. Diese Ausführungsform stellt eine saubere Schnittstelle zwischen einer RNC 36 und einer Hauptbasisstation dar. Sie ermöglicht der Hauptbasisstation, ihre eigene Lösung auf die Nebenstationssynchronisierung anzuwenden, was für Pikozellen gut geeignet ist.
In einer alternativen Ausführungsform hat jede Basisstation eine unabhängige Zeit- und Frequenzreferenz, was es einer RNC 36 ermöglicht, Zeitkorrekturen und/oder Frequenzkorrekturen an jede Basisstation zu senden. Die RNC 36 schätzt in ihren Algorithmen und Korrekturen die Zustände, welche den Zeit- und Frequenzfehler jeder Basisstation darstellen.
Als eine Folge versucht die RNC 36 die einzelnen Zeitfehler zwischen jeder Basisstation und der Hauptbasisstation zu schätzen, Messungen, die eine Basisstation umfassen, stellen keinen Vorteil für die Schätzung der Zustände einer anderen Basisstation bereit. Daher braucht der Basisstationshersteller lediglich ungenau beschränkte Fehler in der Zeitsteuerung und Zeitverschiebung der Basisstationen bereitzustellen, und jede Basisstation muß eine annehmbare Anschlußmöglichkeit über die Luft zu einer anderen Basisstation (gleiche oder andere Basisstation) haben.
Diese alternative Ausführungsform begünstigt große zellulare Bereiche, in denen die Entfernungen zwischen Basisstationen weit sind. Die Fähigkeit, eine Basisstation, die der Zeitreferenz einer Hauptbasisstation untergeordnet ist, durch Messungen, die eine andere Basisstation umfassen, die der gleichen Hauptbasisstation untergeordnet ist, zu korrigieren, ist begrenzt.
Jede Basisstation in dieser alternativen Ausführungsform verwendet unabhängige Zeitreferenzen, aber die Hauptbasisstation stellt eine Frequenzreferenz bereit. Eine RNC 36 sendet Zeitkorrekturen einzeln für jede Basisstation und/oder eine einzige Frequenzkorrektur an eine Hauptbasisstation. Die RNC 36 stellt sicher, daß der Takt jeder Basisstation in der Frequenz dem Takt der Hauptbasisstation untergeordnet ist. Die RNC 36 setzt in ihren Algorithmen und Korrekturen voraus, daß es einen vernachlässigbaren Verschiebungsfehler zwischen der Hauptbasisstation und ihren zugeordneten Basisstationen gibt, aber schätzt Versätze, die als konstant behandelt werden.
Als eine Folge schätzt die RNC 36 die einzelnen Zeitfehler zwischen der Hauptbasisstation und ihren Basisstationen und die gemeinsame Frequenzverschiebung der Basisstationen relativ zu der Hauptbasisstation.
Diese alternative Ausführungsform hat Merkmale, die ähnlich den in der vorhergehenden alternativen Ausführungsform beschriebenen sind, in der die weit von der Hauptbasisstation entfernten Basisstationen profitieren. Diese Ausfüh rungsform stellt einen Mechanismus zum Entfernen von zeitlichen Fehlanpassungen bei langen Entfernungen bereit. Vorteil aus der Annahme ziehend, daß diese Zeitversätze stabil sind, nutzt diese Ausführungsform eine Messung aus, die eine beliebige Frequenz einer Basisstation umfaßt, die dem Takt der Hauptbasisstation untergeordnet ist, um die Verschiebungsgeschwindigkeit für alle Basisstationen, die der gleichen Hauptbasisstation untergeordnet sind, zu aktualisieren.
Eine andere alternative Ausführungsform läßt die RNC 36 Schätzungen an die Hauptbasisstation bereitstellen, um die Synchronisierung der ihr untergeordneten Basisstationen zu unterstützen. Eine RNC 36 sendet Zeitkorrekturen und/oder Frequenzkorrekturen für jede zugehörige Basisstation an ihre jeweilige Hauptbasisstation. Die Hauptbasisstation stellt sicher, daß ihre zugehörigen Basisstationen jeweils eine Zeitreferenz haben, die ihnen selbst untergeordnet ist, die innerhalb einer angegebenen Grenze genau ist. Die Hauptbasisstation kann bestimmen, die basisstationseindeutigen Schätzungen zu verwenden, um zur Basisstationssynchronisierung beizutragen. Die RNC 36 erzeugt in ihren Algorithmen und Korrekturen eine beste Schätzung des Zeit- und Frequenzfehlers zwischen der Hauptbasisstation und ihren Basisstationen. Bei der Durchführung von Zustandsschätzungen gewichtet sie die relative Vertrauenswürdigkeit zwischen den Messungen und die Unsicherheit für den Basisstationsfehler.
Als eine Folge versucht die RNC 36, die einzelnen Zeitfehler zwischen der Hauptbasisstation und ihren Basisstationen zu schätzen, und die Hauptbasisstation beseitigt und/oder kompensiert Zeitsteuerungsfehler zwischen der Hauptbasisstation und jeder ihrer Zeitreferenz untergeordneten Basisstation oder fordert Unterstützung von der RNC 36 an.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden für Fachleute auf dem Gebiet andere Abwandlungen, die innerhalb des Schutzbereich der Erfindung liegen, wie er in den Patentansprüchen weiter unten umrissen ist, offensichtlich.

Claims

Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung mehrerer Basisstation (30₁ ... 30_n ) in einem drahtlosen Kommunikationssystem (18), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Bestimmen einer Schätzung für eine Zeitsteuerungsgenauigkeit, die zu jeder Basisstation (36, 53, 54, 59) gehört; für jede Basisstation, deren Schätzung über einem Schwellwert ist: Bestimmen einer benachbarten der Basisstationen, deren bestimmte Schätzung eine bessere Zeitsteuerungsgenauigkeit anzeigt als die der Basisstation (36) über dem Schwellwert; Bestimmen einer geschätzten Zeitdifferenz zwischen der Basisstation über dem Schwellwert und der einen benachbarten Basisstation (20, 30₁ ... 30_n , 36); Anpassen einer Zeitsteuerung der Basisstation über dem Schwellwert ansprechend auf die geschätzte Zeitdifferenz (30₁ ... 30_n , 36); und Aktualisieren der Schätzung der Basisstation über dem Schwellwert, wobei die aktualisierte Schätzung eine schlechtere Zeitsteuerungsgenauigkeit als die eine benachbarte Basisstation (57, 59) anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Zeitdifferenz bestimmt wird, indem die Ablaufsteuerung der einen benachbarten durch die Basisstation über dem Schwellwert geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Zeitdifferenz bestimmt wird, indem die Zeitsteuerung der Basisstation über dem Schwellwert durch die benachbarten Basisstationen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Zeitdifferenz bestimmt wird, indem eine Ankunftszeit der Basisstation über dem Schwellwert und der benachbarten Basisstation durch ein Benutzergerät (UE) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer ersten Basisstation der mehreren Basisstationen ihre bestimmte Schätzung mit einer besten Zeitsteuerungsgenauigkeit zugeordnet wird und alle anderen der mehreren Basisstationen ihre Zeitsteuerung an die erste Basisstation anpassen.
System zur zeitlichen Synchronisierung mehrerer Basisstation (30₁ ... 30_n ) in einem drahtlosen Kommunikationssystem, wobei das System zur Synchronisierung von Basisstationen gekennzeichnet ist durch: eine Datenbank (59) zum Speichern einer Schätzung einer zu jeder Basisstation gehörenden Zeitgenauigkeit; eine Synchronisationssteuerung (55), die auf die Datenbank anspricht, um jede Basisstation zu bestimmen, bei der diese Schätzung der Zeitgenauigkeit über einem Schwellwert ist, eine benachbarte der mehreren Basisstationen zu bestimmen, deren Schätzung besser ist als die der Basisstation über dem Schwellwert; die Schätzung der Basisstation über dem Schwellwert ansprechend auf eine geschätzte Zeitdifferenz zwischen der Basisstation über dem Schwellwert und der einen benachbarten Basisstation anzupassen; wobei die angepaßte Schätzung eine schlechtere Genauigkeit der Zeitsteuerung anzeigt als die eine benachbarte Basisstation; und eine Meßvorrichtung (20, 30₁ ... 30_n , 60, 68) zum Messen der geschätzten Zeitdifferenz.
System nach Anspruch 6, wobei das Messen der geschätzten Zeitdifferenz durch die genannte benachbarte Basisstation durchgeführt wird.
System nach Anspruch 6, wobei das Messen der geschätzten Zeitdifferenz durch die Basisstation über dem Schwellwert durchgeführt wird.
System nach Anspruch 6, wobei die mehreren Basisstationen umfassen: eine erste Basisstation, wobei die Schätzung der Zeitsteuerungsgenauigkeit eine höchste Zeitsteuerungsgenauigkeit anzeigt; und restliche der mehreren Basisstationen die Genauigkeit ihrer Ablaufsteuerung an die erste Basisstation anpassen.
System nach Anspruch 6, wobei das Messen der geschätzten Zeitdifferenz durchgeführt wird, indem die Ankunftszeit der Basisstation über dem Schwellwert und der benachbarten Basisstation durch ein Benutzergerät (UE) gemessen wird, wobei das UE eine Meßvorrichtung zum Messen der Ankunftszeit der nicht synchronen Basisstation und der einen der mehreren Basisstationen aufweist.