CN101971557B

CN101971557B - 用于对通信设备分配时钟的系统和方法

Info

Publication number: CN101971557B
Application number: CN200980108575.2A
Authority: CN
Inventors: S·吴; J·叶
Original assignee: WiLAN Inc
Current assignee: WI-LAN有限公司; Quarterhill Inc
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: EP2255486A1; KR20110003327A; US8675666B2; KR101402463B1; US8018950B2; WO2009114930A1; JP5450583B2; US20110293023A1; JP2011523794A; US20090231191A1; CN101971557A

Abstract

一种用于将网络元件同步到从GPS或多个基站所获取的类似时钟得到的全局时钟的方法。将全局时钟分配到不同网络的控制器，并从这些网络分配到网络接入设备。网络接入设备还将全局时钟分配到不同的有线线路和本地无线网络，并且从这些网络分配到这些网络所服务的用户。在一个实施方式中，用户设备使用将本地时钟调节到全局时钟的简单的时钟训练器来实现，导致在整个聚合通信网络中的可靠同步。

Description

用于对通信设备分配时钟的系统和方法

发明领域

本发明目的在于通信网络，特别是但不唯一地在于用于将来自通用资源的全局时钟分配到通信设备的系统和方法。

背景技术

在典型的蜂窝无线系统中，用户无线终端经由无线接入网(RAN)与一个或多个核心网进行通信。用户终端可以是移动台例如移动/蜂窝电话、具有移动能力的膝上型/笔记本电脑、以及利用无线接入网传递语音、数据和/或视频的其他便携式、袖珍式、手持或车载移动设备。可选地，无线单元可以是固定设备，例如作为无线本地环路的一部分的固定蜂窝终端等。

时钟同步对于数字通信网络非常重要；在通信链路的接收机端处的时钟(还被称为本地振荡器)必须与在发射机端处的时钟在时间上和频率上完全同步，以使它可以在正确的时间和正确的频率处提取信号，从而能够接着正确地重构信号。

此外，当多个用户终端同时与发射基站(BTS)进行通信时，发送和接收时隙的调度需要网络的所有节点(BTS、用户终端)在时间和频率上都同步。按照惯例，无线标准规定保护间隔(时间、频率)以在通信链路的两端之间在时间或/和频率上调节可容忍的失配。在没有合适的同步的情况下，失配降低系统性能，因此导致令人不满意的服务质量。更好的同步降低了超过限定的发送期的分组的脉冲串的漂移的量，并且限制了信道频率漂移，这导致所接收的信号的增加的质量，因此导致更好的解码性能。

在有线(或有线线路)网络中，通常使用网络计时参考(NTR)来提供全局时钟，以及终端或节点需要使其自己的时钟与NTR同步。在无线蜂窝通信中，通常经由带内信令通过服务基站(BTS)为用户终端(用户设备)单元提供全局时钟；BTS根据内部时钟定期地或连续地发送信标或导频信号。内部时钟可以在本地生成、从基础设施网络(从遗传T1或E1载体)得到、或者从外部时钟合成。用户终端/设备总是搜索网络时钟，以及然后将其各自的时钟与该时钟同步并不变地跟踪它。无线网络可以是异步的或者同步的。例如，GSM(全球移动通信)系统是异步的，因此GSM终端从不同的BTS中检索不同的时钟。CDMA(码分多址)网络是同步的，因为它们使用GPS(全球定位系统)时钟，以便CDMA终端从任何CDMABTS中检索相同的时钟。其他的同步网络不与GPS时间同步；它们更确切地使用主时钟。

目前，设备制造商和网络提供商正在研究用于实现更好的同步的几个选择。目前使用或正在考虑很多主要的技术：自适应时钟恢复(ACR)、同步以太网、网络时间协议(NTP)和精密时间协议(PTP)。ACR算法尝试在远处的节点复制主网络时钟。虽然基于ACR的技术正看到一些重要性，然而这一解决方案的所有权方面使制造商和提供商对于使用它们持怀疑态度。ITU(国际电信联盟)正在将同步以太网的标准定义为通过以太网使频率同步的方法。但是，由于网络中所有的元件将需要被相当大地升级以支持该标准，因此同步以太网将只适合于新的应用。NTP是在通过LAN和WAN进行时间同步的使用最广泛的协议。它是仍在使用中的最老的因特网协议中的一个。NTP实现起来相对便宜，在硬件方面要求很少。NTP通常可以通过公共因特网在10毫秒内维持时间同步，并且在理想条件下在LAN中可以达到200秒或更高的精度。然而，NTP的当前版本并不满足因特网演进的更高的精度要求，尤其是对于具有潜在重要应用的无线因特网。

也被称为PTP(精密时间协议)的IEEE 1588标准(用于联网测量和控制系统的精密时钟同步协议)自从其在2002年引进以来受到了相当多的关注。PTP形成了定义可以传输具有小和定义明确的延迟的同步信号(精度在亚毫秒的量级)的以太网链路的基础，在长物理距离上使以太网任务同步。现在，很多硅厂商正在生产支持PTP的硬件。在电信中例如在需要具有变化的分辨率和稳定性的时钟的异构系统上支持多播通信的LAN中使用PTP。

PTP时钟被组织在主从层次中，其中每个从时钟根据在主时钟和从时钟之间交换的一小组消息与其主时钟同步。因此，主时钟将包含发送时间的同步消息发送到从时钟，并且使用从从时钟接收到的响应消息测量主时钟和从时钟之间的时间差。类似地，从时钟将包含发送时间的估计的延迟请求消息发送到主时钟，并且测量从时钟和主时钟之间的时间差。然后，可以根据这两个测量确定时钟之间的单向延迟和从时钟的偏移，使从时钟能够根据该偏移校正其时钟。所有时钟运行最佳主时钟算法。

PTP可以使用透明交换机和1588边界时钟与在标准以太网上的正常网络业务并存。边界时钟简单地用作在路由器或其他网络设备所限定的子网之间的时间传输标准。边界时钟具有到每个子网的网络连接。每个子网内的普通时钟与边界时钟同步。通过建立时钟的父-子层次，边界时钟解决了几个子网的所有时间。然而，级联边界时钟的使用可以使非线性时间偏移在生成这些时钟信号的伺服环路中累积，将其精度降低到不可接受的程度。

另一当前的趋势是用GPS时钟装配全部BTS，包括服务于非CDMA网络的BTS。

诸如3G(第三代)或第四代以及B3G(3G以上)的新的无线技术正在发展，以便使网络运营商能够为用户提供各种更先进的服务，同时通过提高的频谱效率实现更大的网络容量。并且，3G移动技术的最重要的特征之一是它支持更大数量的语音和数据用户，尤其是在城市区域中，并且以比2G更低的增量成本支持更高的数据率。它们可提供的服务包括广域无线语音电话和宽带无线数据。

运营商的另一当前的趋势是调查在家庭或者覆盖有限数量的用户的小区域内提供小型无线网络的可能性。这种小型网络包括也被称为“毫微微RBS”(术语“毫微微”旨在表示覆盖区域相对小)的小型无线基站(RBS)，或者当最终用户在无线信号显著弱于外部的家里或者建筑物内时为最终用户提供在“毫微微小区”上的覆盖的“家庭RBS”。有对这种毫微微小区提出的不同的架构。

简言之，不同的通信网络具有不同的同步规范以及不同的服务需要不同的同步精度。同步过程通常需要数百毫秒到数秒甚至几分钟，并且节点还需要配备有跟踪机制。这种差异导致无线设备和中间设备中的实现困难，并且导致由于带内信令而引起系统资源的浪费使用以及同步功能的实际实现的复杂性。新兴技术和系统必须考虑这些问题，并且保证可用资源的更好使用以及以较低的成本实现更好的服务。

因此，通常需要提高无线接入网内和无线通信网络中间的同步，以便增强向移动设备用户提供的服务并保证可用资源(例如带宽)的更好的利用。这个需要与新兴毫微微小区技术和相应的家用电子设备更为相关。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了用于无线网络的改进的时间和频率同步的方法和系统。

本发明的另一方面提供了用于在无线通信网络的节点中间分配全局时钟的方法和系统。

因此，本发明提供了一种将全局时钟分配到通过聚合网络连接的多个联网设备的方法，其包括：在通用时钟获取级处获取通用时钟并从所述通用时钟得到所述全局时钟；通过一个或多个点到点连接将所述全局时钟发送到控制级；通过一个或多个点到点连接将所述全局时钟分配到网络接入级；以及将来自所述网络接入级的全局时钟分配到通过聚合网络连接的所有联网设备。

虽然通用时钟通常是全球定位系统(GPS)时钟，但是将理解，可以采用其他类似的基于卫星的服务，例如欧洲伽利略系统或俄罗斯GLONASS系统或者可能基于路地的广播服务。点到点连接通常是有线连接，虽然本领域的技术人员将理解，可以采用诸如微波链路或虚拟点到点连接的其他点到点连接。

本发明目的还在于一种通过点到点接口连接到通信网络的微基站(MBS)的计时单元，所述MBS通过空中接口服务于无线启用的用户终端，所述计时单元包括：同步单元，其用于利用通过所述点到点接口接收的全局时钟在所述MBS处使MBS电路同步并且通过所述空中接口将所述全局时钟发送到所述用户终端；MBS消息生成器，其用于响应于从所述用户终端接收的问候消息而生成回复问候消息；收发器，其将所述回复问候消息发送到所述用户终端并从所述用户终端接收所述问候消息用于触发所述回复问候消息生成器。

仍然进一步地，本发明提供了一种在毫微微小区中连接并适合于将本地振荡器的偏差Δ校正到从微基站(MBS)接收的MBS时钟的无线启用的终端的时钟训练器(clock discipliner)，所述时钟训练器包括：检测器，其用于在从所述MBS接收的计时数据中检测MBS时钟；计时调节单元，其用于使终端时钟与受到偏差Δ的MBS时钟同步；问候消息生成器，其用于生成问候消息；以及收发器，其用于根据所述同步的终端时钟不时地将所述问候消息发送到所述MBS并根据所述MBS时钟不时地接收从所述MBS发送的回复问候消息，以及其中所述计时调节单元从所述回复问候消息的到达时间中确定所述偏差Δ。

本发明的又一方面提供了一种将位于微基站(MBS)的覆盖区域内的无线启用的终端的本地时钟调节到以周期比特序列从所述MBS接收的全局时钟的方法，所述MBS服务于所述无线启用的终端，所述方法包括：将所述本地时钟同步到所述全局时钟；发送问候消息；响应于问候消息接收从所述MBS发送的回复问候消息；以及使用所述回复问候消息和终端计时数据确定所述全局时钟和所述本地时钟之间的时间偏差Δ。

根据本发明的另一实施方式，还提供了一种将位于服务于无线启用的终端的微基站(MBS)的覆盖区域内的无线启用的终端的本地时钟调节到以周期比特序列从所述MBS接收的全局时钟的方法。本发明包括以下步骤：将本地时钟同步到全局时钟；发送问候消息；响应于问候消息从MBS接收回复问候消息，回复问候消息包括MBS计时数据；以及使用MBS计时数据和终端计时数据确定全局时钟和本地时钟之间的时间偏差Δ。

有利地，本发明将给用户提供更好的VoIP服务质量，当观看电视时有较少的失帧。通过改进的同步提高服务质量(QoS)还增强了网络元件的操作效率，最小化了服务降级并提高了总网络性能。

仍然进一步地，可靠的同步产品以及弹性同步网络设计和架构的使用实现了有线和无线网络的无缝聚合，并在网络内的同步失败的情况下减少了服务中断，从而避免了数千用户的服务中断。

此外，用于网络同步的GPS的使用实现了从现有的网络基础设施到在下一代网络中提供的新技术的更快的过渡。为了在迁移期期间调节当前的、过渡的和下一代网络的接口，同步解决方案是必要的。

仍然进一步地，通过使用用于网络同步的一般技术，显著降低了设备厂商和设备制造商目前在这方面面临的实现复杂性和材料浪费，导致更低的网络部署和维护成本。实际上，诸如路由器、交换机、集线器、基站等的很多网络部件已经配备有用于多种操作(例如位置定位)的GPS时钟。

附图说明

接下来参照下面的附图描述本发明，其中在全部几个视图中相似的参考数字表示对应的部分。

图1示出了如IEEE 1588所提出的GPS时钟分配；

图2A和2B示出了根据本发明的一个实施方式的在多技术网络中的GPS时钟分配的实例；图2B示出了网络侧以及图2A示出了接入侧；

图3A至3C示出了在毫微微接入网络内发送GPS信号的多种方法；

图4A示出了用于图2B的实例中所示的毫微微小区中的用户终端的同步的计时单元的框图；

图4B示出了用于图2B的实例中所示的毫微微小区中的UE的同步的时钟训练器的框图；

图5示出了用户设备如何使其时钟与GPS时钟同步。

具体实施方式

图1示出了使用IEEE 1588的时钟分配系统的框图。在该架构中的主时钟是设置在节点1处的GPS时钟10。节点1将GPS主时钟10分配给从IEEE 1588 PTP时钟5、5′和5″，在本实例中，每个PTP时钟设置在节点4、4′和4″。节点4、4′和4″对于固定无线节点可以是移动的，如各自的天线7、7′和7″所示。在本实施方式中使用路由器或交换机3用于建立节点1和移动节点4、4′和4″之间的通信。同样，图1示出了在2处节点1可以将GPS时钟分配给其他节点(未示出)。

然而，图1的架构具有很多缺点。例如，当GPS时钟10变得不可用时，整个网络解除同步。可以通过提供备用时钟来解决该缺点。但是，这种解决方案并不是理想的，因为它提高了网络成本。图1中所示的同步方案的另一缺点是当应用到毫微微(或皮可)小区时并不十分可靠。即，在一些建筑物或诸如地下室或隧道的屏蔽空间内，用户终端上的从时钟可能不从毫微微BTS接收信号。

图2A和2B示出了根据本发明的一个实施方式的在多技术网络(共同称为“聚合网络”或通信网络)中的GPS时钟分配的实例。图2A示出了该实施方式的网络侧以及图2B示出了接入侧。在该框图中，网络元件根据其与时钟分配相关的功能被分组；应指出的是，在一些情况下物理地对这些元件分组，如在图2A和2B中的，而在其他构架中则不对网络元件分组。在图2A中，通常被称为有GPS时钟能力的BTS的基站收发信台(BTS)14-18被指定为“GSP时钟获取级”11。图2A中的嵌入示出了级11的BTS所生成的时钟信号的实例。该时钟信号可以是每秒一个脉冲(1PPS)时钟信号，其具有200毫秒的持续时间和30纳秒的上升时间。级11的BTS可以使用用于与移动台和固定台进行通信的任何空中接口或技术。并且，级11的BTS中的一些可以服务于不同的网络，而其他BTS可以服务于同一网络。还应指出的是，该级的BTS的数量不限于如图2A中的五个。

BTS 14-18获取GPS时钟10并将其发送到用12表示的下一级。级12包括服务于相应的网络的各种控制器。例如，BSC 19是GSM(全球移动系统)或者DCS(数字蜂窝系统)网络的基站控制器。RNC 21是无线网络控制器，其是UMTS(通用移动电信系统)无线接入网中的管理元件，负责节点B(对连接到控制器的UTMS基站所使用的名称)的控制。RNC通过媒体网关连接到例如20所示的电路交换核心网以及连接到分组交换核心网24中的SGSN(服务GPRS支持节点)。ASN网关23是如在移动WiMax无线接入网中使用的接入服务网络网关(WG)。ASN网关23被设计为通过用户控制和承载数据业务的处理来支持在小区站点和服务提供商间网络边界中的连接管理和移动性。本说明书将这个级称为“控制级”12。

级11和12之间的接口是有线线路连接，其常规地设置成将BTS连接到用于管理和其他网络操作(消息发送)的相应的控制器。但是可以采用诸如光链路的其他类型的点到点连接。图2A仅作为例子示出了诸如T1、E1、TDM、ATM、DSL、以太网或IP的连接。使用这种布置，当级11的BTS中的任何一个出故障时，其他BTS仍将发送并分配同一GPS时钟给网络20、24和22。该控制级中的控制设备选择用于进一步分配的最佳的GSM时钟。它们还与该最佳时钟同步。例如，我们假定RNC 21从级11的多个BTS接收多个GPS时钟。在所接收的时钟中的最佳时钟可以例如被评估为最接近于在一段时间内测量的时钟的平均值的时钟。例如，如果RNC 21获得五个时钟值t1-t5，则它将选择最接近于(t1+t2+t3+t4+t5)/5的时钟。

在这个示例性的框图中，用13表示的下一级包括接入设备，例如路由器、网关、接入点(AP)等。框图示出了MSC(多服务中心)25，其处理语音、数据和视频服务以在QoS启用的分组传送网络上实现分组传送，如网络20所示；基于分组的服务主要是基于以太网或者IP。这种无线网关(WG)提供了到来自单个宽带接入线路的不同服务提供商的多个连接。分组控制单元(PCU)26实现对网络24的GSM业务的访问。PCU26执行BSC的一些处理任务，分组数据除外。由基站控制语音和数据之间的信道的分配，但是一旦信道被分配给PCU，PCU就完全控制该信道。

诸如SGSN 28的SGSN(服务GPRS支持节点)负责从其地理服务区域内的移动台传送数据分组或将数据分组传送到其地理服务区域内的移动台。GPRS(通用分组无线服务)是一种在GSM和WCDMA网络中提供互联网协议分组服务的移动性管理、会话管理和传输的无线技术。一般与GSM一样，GPRS是一种开放标准驱动系统以及标准化机构是3GPP。SGSN节点的任务包括分组路由和传送、移动性管理(连接/分离和位置管理)、逻辑链路管理以及认证和计费功能。还可以在级13中使用U-SGSN(UMTS服务GPRS支持节点)27以对UMTS业务执行类似的功能。本说明书将级13称为“网络接入级”13。

连接级12和13的接口设置在专用链路上，并且可以使用任何类型的协议，例如级11和12之间的接口，如T1/E1、以太网、帧延迟、ATM、IP。在一些情况下，并置或集成这些级的设备。例如，PCU 26可以建造在基站内、建造在BSC内或者甚至它可以设置在有SGSN(服务GPRS支持节点)28的相同地点。网络接入级13中的设备选择用于进一步分配的最佳的GSM时钟。它们还与该最佳时钟同步。可以如上所述选择最佳时钟连同级12；同样可以使用其他方法。

图2A示出了在电路核心网20上和在分组网络24上以及进一步在PSTN/IP网络22上的GSM时钟的进一步分配。作为结果，网络22的所有节点被同步到同一时钟，其这里被称为“全局时钟”50。实际上，全局时钟可以从GPS时钟延迟，但当所有节点使用同一计时和频率基准时，这是不相关的。

如上所述，本发明优选地目的在于通过无线毫微微小区连接的用户设备(UE)单元的时钟同步。在本说明书中，我们将设置在客户房屋的网络30称为“家庭网络”或“毫微微网络”或“毫微微小区”。应指出的是，虽然被示为家庭网络，网络30可以是任何其它类型的小型局域无线网，例如办公室、建筑物等。术语“小型”指从MBS 35延伸到最低20米的区域。

图2B示出了从网络22到安装在用户房屋的无线接入单元或网关35以及从那里到位于网关35、毫微微小区30的覆盖区域内的用户设备32的时钟分配。在这里，用户设备32也被称为“用户终端”或者“无线启用的设备/终端”或者“用户装备”。这种终端包括存在于毫微微小区30的覆盖区域内的例如无线启用的设备如笔记本电脑(膝上型计算机))、TV装置、黑莓设备、蓝牙设备、蜂窝和i-电话、家用设备(冰箱、报警器、洗碗机)等。在本说明书中，术语“联网设备”指节点、网关、用户终端、接入点，并且通常指通过一个网络或通过多个网络(聚合网络)连接的用于建立与其他联网设备的通信的设备。

无线接入单元可以是小型基站(BS)、节点B、控制器，并且通过空中接口与覆盖区域内的UE 32通信；在本说明书中该单元被称为微基站(MBS)、毫微微网关或家庭网关。在图4A中示出了MBS 35的一般构架。MBS 35包括与本发明有关的计时单元45、通用电路49和RF电路48。MBS电路49能够根据相应的网络协议建立网络(未示出)与MBS 35之间的通信，以及通过相应的空中接口34建立MBS 35与终端32之间的通信。

在图2B中，从GPS时钟得到的全局时钟信号50可以通过无线和有线线路连接到达微基站35。全局时钟可以通过34所示的无线连接到达MBS 35的天线33。全局时钟还可以通过有线线路连接到达MBS 35。在这种情况下，从PSTN 22接收的全局时钟被分配到各个中央局(CO)31、31′，从那里它被进一步分配到毫微微网络30。CO31、31′一般由服务器和电子柜代表。作为例子，通过光纤29将全局时钟50从CO 31发送到DSLAM(数字用户线接入复用器)36，通过双绞线铜线29-1将全局时钟50从DSLAM 36分配到MBS 35。可选地，作为例子，通过光纤29将全局时钟50从CO 31’发送到邻节点37或37’，通过同轴电缆29-2或29-2’将全局时钟50从邻节点37或37’分配到MBS 35。已经在适当位置的其他连接布置可以用于全局时钟沿有线线路的分配。

然后，MBS 35通过相应的空中接口将时钟分配到毫微微小区30内的UE 32。本发明利用目前的无线LAN/MAN技术固有的周期控制信号，由此以规则的时间间隔将一些类型的周期信号发送到UE。适合于在毫微微/皮可小区中的无线传输的这种技术是WLAN技术(802.11a、b、g或n)、3GPP、WiMax等。

因此，符合LAN技术(802.11a、b、g或n)的网关35传输信标帧，以便公布控制信息和网络身份。在覆盖区域30中，UE站32很可能以不同的数据率工作；由于信标帧必须被所有站接收，因此它们以在覆盖区域中操作的最低数据率传输。通常，信标帧包括诸如帧类型、信标帧间隔/速率、序列号、时间戳、容量信息、SSID、所支持的速率、一个或多个PHY参数集合等的信息。位于传输范围35内的UE站检测信标帧并根据需要使用该信息；与本发明有关的是根据全局时钟校正UE到网关的计时和信道频率同步所需要的计时信息的接收和使用。

图3A示出了IEEE 802.11管理信标帧，该信标帧携带时间戳43、时间间隔44和关于所支持的速率的信息，例如点协调功能数据41和分布式协调功能数据52。点协调功能指循环式调度以及分布式协调功能指每个接收机为资源竞争的调度类型。与本发明相关的是，超帧40以信标43开始；在信标帧40中还规定目标信标传输时间(TBTT)44，其向接收机指示下一信标的传输的目标时间。

网关35还可以支持在诸如PDA、蓝牙等的私人设备和根据将来的IEEE标准(例如802.15)操作的设备中间的其他短程和低功率无线(小于10米)通信。

图3B示出了例如由W-CDMA空中接口使用的主同步通道(PSC)，其用于更高的速度和更好的安全性。与2G GSM网络使用的时分复用(TDMA)的实现相比，W-CDMA是一种采用直接序列码分多址信令方法(或CDMA)来获得更高速度并支持更多用户的宽带扩频移动空中接口。W-CDMA由例如UMTS(通用移动电信系统)、3G蜂窝电话技术使用。根据该技术，用户单元首先搜索主同步码(PSC)一主同步通道的组成部分。PSC是固定的256-码片序列，其在每个2560-码片时隙的前256个码片期间被传输。PCS对于系统中的每个小区都是一样的。一旦用户单元确定了基站的存在，它就从该站获取时隙计时。然后，用户单元搜索构成辅同步信道的辅同步码(SSC)。有16个256-码片SSC。每个基站传输一个SSC以及每个时隙的前256个码片中的PSC(16个SSC中的每一个和PSC是正交的)。有15个SSC的64个独特的序列，每个序列与64个扰码组中的一个相关联。每个基站传输对应于包含基站的扰码的码组的一个SSC序列(每帧15个SSC)。将64个SSC序列的集合选择为无逗点；即，没有序列等于其他序列中的任何一个的循环移位或者其本身的任何非平凡循环移位。由于这一特性，一旦用户单元确定了在任何15个连续时隙中传输的SSC的序列，它就可以确定帧计时以及64个SSC序列中的哪一个被传输，从而识别基站所属的扰码组。因为在每个扰码组中有八个代码，候选者的数量被降低到八个。

服务提供商也正在部署IEEE 802.16(WiMax)网络用于大城市区域内的更长距离的无线通信。已知WiMax在室内运行良好，因此WiMax适合于家庭网络。图3C示出了具有各自的下行链路子帧66的WiMax帧70。如看到的，在每个下行链路子帧开始处发送前同步码65，UE单元使用前同步码65以用于小区/扇区识别、频率再使用因子、同步和信道性能评估。前同步码具有使用小区ID来识别BTS在其中传输的每个扇区的128个模式中的一个；邻小区或扇区具有不同的模式，以便用户终端能够将小区或扇区彼此区分开。为了检测前同步码，初始同步操作通过观察前同步码的时域副本的自相关来确定帧的开始。通常以升高的功率(例如，比平均数据信号强度高2.5dB)发送前同步码。

简言之，目前的技术使用预设的控制信号，例如信标-在PSC(主同步通道)上接收的同步码或者周期性地传输到用户设备以实现同步和建立连接所需要的其他基本操作的前同步码。在这里，这种信号被称为“周期比特序列”，其中词“周期”用于指示比特序列(利用每个下行链路帧)在下行链路中被周期性地传输。这种信号在比特序列中携带接收机已知的全局时钟，由此接收机可以检测到该序列并提取时钟。例如，这些比特序列中的每一个每100毫秒产生一个信号脉冲，因此用户终端32的每个本地时钟可以与这个每秒10脉冲(PPS)时钟同步。

应指出的是，本发明不限于对一些目前的/新兴的无线技术使用以上所述的周期比特序列；其他现有的和/或新兴的协议可以提供具有相似特征的比特序列；这些也可以被用于用户无线启用的终端的时间和频率同步。

图4A和4B示出了微基站35和无线启用的用户终端32的实施方式的框图，其示出了与图2B的实例中所示的毫微微小区30中的终端对GPS时钟的同步相关的单元。以下结合图5描述图4A和4B，图5提供了示出用户设备如何校正其时钟以使其与GPS时钟对准的时间图。

图4A示出了MBS 35的框图的一个实施方式，MBS 35包括：MBS电路49，其使MBS与通信网络(例如图2B中的PSTN/IP网络22)通过接口连接；RF电路48，其使用空中接口34通过天线33使MBS与位于毫微微小区30中的用户终端32通过接口连接；以及计时单元45，其使用户终端能够同步到MBS 35所使用的时钟。如结合图2B所示的，在该实例中，单元49与例如DSLAM 36相连，或者通过通常以29表示的双绞线或线缆连接与邻节点47相连。该连接为相应的用户业务(例如语音、视频、数据)提供与GPS时钟同步的全局时钟，如上所述。应指出的是，可以通过消息发送利用MBS 35所接收的其他同步信号来使用本发明；这可以是网络计时参考(NTR)等。MBS电路49可以处理多种技术的信号，例如以太网、IP和/或已经在相应的前提下可用的其他技术。该单元通常包括收发器、调制器/解调器、基带处理器、放大器、滤波器等。空中接口34具有在帧开始处使用预定比特序列的类型，如结合图3A、3B、和3C所示和所述的。

计时单元45实现根据本发明的功能。同步单元38用于从在有线线路29上接收的信号提取全局时钟并同步MBS的本地时钟，因此将MBS同步到该时钟。因此，全局时钟用于生成通过空中接口34固有地发送到用户终端的周期比特序列。单元45还包括：消息生成器46，其响应于从用户终端32接收的“问候消息”而生成“回复问候消息”；以及收发器47，其用于与终端32交换问候和回复问候消息。应指出的是，收发器47可以与MBS收发器集成在一起；图4A的实施方式是单独的收发器用于校正MBS和终端之间的时间对准的一个实例。时间测量单元39也是计时单元45的一部分；单元39测量在这里用D2表示的问候消息的到达时间，并且还测量MBS所发送的回复问候消息的时间D3。被称为MBS计时信息的这种时间测量被插入回复问候消息并且被发送到用户终端。

使用与全局时钟同步的MBS时钟测量MBS计时信息。在图5(a)中，MBS时钟用T₀、T₁...T_n表示。在曲线(a)上所示的实例中，在时间T₀发送周期比特序列(PBS)，在时间D2接收问候消息，以及在时间D3发送回复问候消息。曲线(a)还示出了MBS计时信息包括用β表示的偏移，该偏移说明在问候消息被接收到时的时间D2与回复问候消息被发送的时间D3之间在MBS 35内的延迟；该偏移对用户终端是已知的。

图4B示出了根据本发明的一个实施方式的用户终端32的一个实例。本地振荡器76提供需要对准到MBS时钟的本地时钟。终端32的电路一般被示为用户终端电路77，其包括调制器/解调器、滤波器、处理器、放大器、电源电路等。RF电路块74表示通过空中接口接收并提供无线信号的无线频率接口。

根据本发明的优选的实施方式，每个用户设备32包括“时钟训练器”75，其用于从MBS 35所使用的全局时钟校正本地振荡器76的偏差。时钟训练器包括：序列检测器71，其识别通过空中接口从MBS接收的周期比特序列；计时测量和调节单元72，其处理计时数据以确定在全局和本地时钟之间的偏差并将本地时钟调节到全局时钟。时钟训练器还包括：消息生成器79，其以预设的时间间隔触发问候消息的发送；以及收发器，其用于实现与MBS 35的计时数据交换。应指出的是，收发器73可以与终端收发器集成在一起；图4B的实施方式是单独的收发器用于校正MBS和终端之间的时间对准的一个实例。

如上所述，设备32的本地时钟76是用全局时钟“训练的”，全局时钟可以是例如从GPS时钟得到的10PPS时钟并与GPS时钟同步。图5的曲线(b)示出了用t₀、t₁...t_n表示的无线终端32的接收机时钟(Rx时钟)，以及曲线(c)示出了终端32的发送时钟(Tx时钟)(其与Rx时钟同步)。如在图5中看到的，终端32的Rx/Tx时钟没有与网关35的时钟对准；在本实例中，本地时钟相对于全局时钟50被延迟了Δ，且该延迟必须被校正。因此，PBS从全局时钟延迟了Δ而到达终端，问候消息以相对于设备时钟的延迟Δ到达MBS，以及回复问候消息以相对于全局时钟的延迟Δ到达终端。

在操作中，时钟训练器75的序列检测器71在时间t₀而不是T₀检测周期比特序列(信标、PSC、前同步码等)并使接收机时钟与t₀同步；相对于MBS时钟T₀有未知的延迟Δ。

当检测到序列时，消息生成器79发起问候消息从终端32到MBS 35的发送。这个时间用D1表示并由单元72记录。可以通过向时间t₁增加用α表示的预先约定的偏移来测量或计算D1；α表示在时钟比特t₁和问候消息被发送的时刻之间在终端内的延迟。因此，

D1＝t₁+α＝T₁+α+Δ

如在曲线5(a)上看到的，MBS 35在延迟Δ之后接收问候消息。如上所述，MBS 35使用全局时钟在它接收到问候消息时测量时间D2。

D2＝T₁+α+2Δ

接下来，MBS 35在时间D3用回复问候消息响应问候消息，时间D3相对于D2延迟了偏移β：

D3＝D2+β＝

＝T₁+α+β+2Δ

接着，在D4表示的时间，单元72接收具有时间测量D3的回复问候消息，并从此消息得到延迟(时钟偏差)Δ，因为D4、α、β和t₁是已知的。

D4＝D3+Δ＝T₁+α+β+2Δ＝t₁+α+β+2Δ

现在可以用Δ校正本地时钟。以消息生成器79所预设的规则时间间隔重复该操作。因为使用终端时钟测量时间测量D1和D4，本说明书将这些测量称为“终端计时数据”。

将认识到，可以通过结合合适的软件使用专用硬件以及能够执行软件的硬件来提供图中所示的功能块。

Claims

1.一种将全局时钟分配到通过聚合网络连接的多个联网设备的方法，包括：

a）在通用时钟获取级处利用多个基站收发信台获取通用时钟，并且所述多个基站收发信台中的每一个从所述通用时钟得到所述全局时钟；

b）通过一个或多个有线连接将所述全局时钟从所述多个基站收发信台发送到控制级，所述控制级具有多个控制所述基站收发信台的控制器；

c）通过一个或多个有线连接将所述全局时钟从所述控制级分配到网络接入级，其中在所述控制级中的设备为向所述网络接入级进行分配选择最佳全局时钟，其中所述最佳全局时钟最接近于在一段时间内测量的所述全局时钟的平均值；以及，

d）将来自所述网络接入级的所述最佳全局时钟分配到通过所述聚合网络连接的所有联网设备，其中所述网络接入级中的设备为向所述联网设备进行分配选择所述最佳全局时钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通用时钟获取级包括至少两个基站收发信台，以及其中当所述基站收发信台中的一个不能获得或提供所述通用时钟时，其他基站收发信台继续向所述控制级提供所述全局时钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制级包括至少两个控制器，以及其中当所述控制器中的一个不能接收或提供所述全局时钟时，其他控制器继续向所述网络接入级提供所述全局时钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络接入级包括至少两个接入设备，以及其中当所述接入设备中的一个不能接收或提供所述全局时钟时，其他接入设备继续向所述多个联网设备提供所述全局时钟。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述联网设备包括设置在客户房屋内的毫微微小区，所述毫微微小区由服务于多个无线启用的终端的微基站组成。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括，在所述毫微微小区处：

在所述微基站通过接入接口从所述聚合网络接收所述全局时钟；

使用空中接口固有的预定周期比特序列通过所述空中接口将所述全局时钟发送到所述多个无线启用终端；以及

使所述多个无线启用的终端与所述全局时钟同步。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过在所述客户房屋处可用的有线连接提供所述聚合网络和所述微基站之间的所述接入接口。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：将固有地设置在所述多个无线启用终端中每一个终端处的终端时钟调节到所述预定周期比特序列所提供的所述全局时钟。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述通用时钟是基于卫星的时钟。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述基于卫星的时钟是GPS时钟。

11.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述全局时钟是具有200毫秒的持续时间和30纳秒的上升时间的每秒一脉冲时钟信号。