專利名稱：一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微蜂 窩基站通信系統(tǒng)，尤其涉及的是一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻 同步方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著3G移動(dòng)通信系統(tǒng)在全球各主要移動(dòng)通信市場(chǎng)的建設(shè)逐漸完善，移動(dòng)通信的 用戶數(shù)不斷地快速增長(zhǎng)，同時(shí)基于移動(dòng)通信系統(tǒng)的各種應(yīng)用業(yè)務(wù)也越來越豐富，不斷增長(zhǎng) 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)寬帶服務(wù)的要求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬的要求越來越 高。另一方面，由于移動(dòng)通信的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致可利用頻段越來越高，無線信號(hào)的穿透能力、 繞射能力越來越弱，這與絕大部分的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境是相矛盾的，傳統(tǒng)的利用室 外大功率基站進(jìn)行大范圍覆蓋的方式對(duì)解決室內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成本逐漸變得越來越高，而且 不能滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高容量需求。由于可以即插即用，自動(dòng)選擇頻率擾碼，自動(dòng)優(yōu)化功率設(shè)置，功率小，既可滿足大 容量的需求，又可滿足覆蓋的優(yōu)點(diǎn)，家庭基站或稱Femtocell基站越來越廣泛地被認(rèn)為是 解決上述矛盾的一個(gè)重要的手段。但是如何解決Femtocell基站嚴(yán)格的空口同步要求一直 是一個(gè)困擾Femtocell基站大量應(yīng)用的難題，特別是時(shí)分雙工(TDD)的Femtocell基站通 訊系統(tǒng)，如TDD-SCDMA系統(tǒng)、TDD-LTE系統(tǒng)，不僅需要嚴(yán)格的頻率準(zhǔn)確度，還要滿足全網(wǎng)嚴(yán)格 的時(shí)間同步，該問題更為突出。在現(xiàn)在的TDD Femtocell基站系統(tǒng)中，業(yè)界廣泛使用的時(shí)頻同步方式有通過空口 偵聽同步，通過GPS接收同步，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)利用精確時(shí)鐘協(xié)議(IEEE1588)同步。每一種 同步方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，通過空口同步基本不增加硬件成本，但是有時(shí)宏網(wǎng)信號(hào)不穩(wěn) 會(huì)導(dǎo)致同步失?。煌ㄟ^GPS同步很準(zhǔn)確，但是在室內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度弱的環(huán)境中，GPS鎖定的時(shí)間 久，甚至難以鎖定；利用精確時(shí)間協(xié)議同步不擔(dān)心無線信號(hào)的不穩(wěn)定及干擾問題，但是在家 庭環(huán)境，由于傳輸?shù)牟淮_定性，很難保證上下行時(shí)間標(biāo)簽的對(duì)稱傳輸，從而導(dǎo)致較大的同步 誤差。因此，針對(duì)上述缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法及系統(tǒng)，旨在解 決現(xiàn)有的Femtoce 11基站系統(tǒng)，特別是TDD Femtocel 1系統(tǒng)中，進(jìn)行時(shí)頻同步的方式不能準(zhǔn) 確快速的實(shí)現(xiàn)時(shí)頻同步的目的的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其中，包括控 制器、GPS接收模塊、接收單元和時(shí)鐘同步單元，
所述接收單元用于對(duì)家庭基站所在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽；
所述GPS接收模塊用于接收GPS信號(hào)，還用于向控制器報(bào)告GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)
量；所述時(shí)鐘同步單元用于根據(jù)控制器的指令選擇同步參考源，并依據(jù)控制器的指令實(shí)現(xiàn) 在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換；
所述控制器用于根據(jù)GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量決定是否使用GPS輸出作為同步參 考，控制所述時(shí)鐘同步單元在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換；
所述控制器與接收單元和時(shí)鐘同步單元連接；所述接收單元連接GPS接收模塊和時(shí)鐘 同步單元；所述GPS接收模塊連接控制器和時(shí)鐘同步單元，所述時(shí)鐘同步單元設(shè)置同步輸 出和時(shí)鐘輸出。所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其中，所述GPS接收模塊設(shè)置有溫 度補(bǔ)償型石英晶體諧振器，用于為時(shí)鐘同步單元輸出時(shí)鐘信號(hào)。所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括本地振蕩器， 用于為所述系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)，所述本地振蕩器連接時(shí)鐘同步單元。一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其中，包括以下步驟
51對(duì)周圍環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽，將干擾最小的頻點(diǎn)選定為本家庭基站的工作頻 率，將信號(hào)最強(qiáng)的載頻頻率作為本家庭基站的空口同步參考源；
52判斷GPS是否鎖定，是則執(zhí)行步驟S4,否則執(zhí)行步驟S3 ；
53=GPS接收模塊參考空口同步的輸出來加速GPS的入鎖，當(dāng)控制器收到GPS接收模塊 的入鎖消息后，基站從空口同步狀態(tài)切換到GPS同步狀態(tài)；
54基站進(jìn)入GPS同步狀態(tài)；
55判斷GPS是否出現(xiàn)失步，是則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S4 ；
56進(jìn)入GPS保持狀態(tài)，并上報(bào)同步質(zhì)量給控制器，并由控制器判斷同步質(zhì)量是否超 限，若是則執(zhí)行步驟S7 ；否則執(zhí)行GPS保持狀態(tài)；
57基站從GPS同步狀態(tài)切換到空口同步狀態(tài)，然后執(zhí)行步驟S3。所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其中，當(dāng)基站從空口同步狀態(tài)切換 到GPS同步狀態(tài)后，GPS接收模塊則無需再參考空口同步的輸出。所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其中，所述同步質(zhì)量為GPS同步的 時(shí)間偏差。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過結(jié)合多種同步方式的同步方法以達(dá)到穩(wěn)定同步的 目的，大大提高了 Femtocell基站系統(tǒng)同步的穩(wěn)定性和可靠性，從而減小Femtocell基站系 統(tǒng)應(yīng)用中的干擾問題。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所提供的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例二所提供的系統(tǒng)框圖。圖3是本發(fā)明提供的系統(tǒng)的啟動(dòng)流程及同步狀態(tài)轉(zhuǎn)換的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，圖為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的Femtocell基站系統(tǒng)同步單元的邏輯結(jié)構(gòu)圖，包括控制器100、GPS接收模塊101、接收單元103和時(shí)鐘同步單元104。所述控制器 100與接收單元103和時(shí)鐘同步單元104連接；所述接收單元103連接GPS接收模塊101和 時(shí)鐘同步單元104 ；所述GPS接收模塊101連接控制器100和時(shí)鐘同步單元104，所述時(shí)鐘 同步單元104設(shè)置同步輸出和時(shí)鐘輸出。所述接收單元103用于對(duì)Femtocell基站所在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽；所述 GPS接收模塊101用于接收GPS信號(hào)，同時(shí)還行時(shí)鐘同步單元104輸出穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，還 用于隨時(shí)向控制器100報(bào)告GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量，作為控制器100決定是否使用GPS 輸出作為同步參考的判斷依據(jù)。GPS接收模塊101和接收單元103的同步輸出都輸入給時(shí) 鐘同步單元104，所述時(shí)鐘同步單元104根據(jù)控制器100的指令使用哪一個(gè)輸入作為同步參 考，并依據(jù)控制器100的指令實(shí)現(xiàn)多種同步參考源間的實(shí)時(shí)切換。
因?yàn)?GPS 接收模塊自身帶有較好的 TCXO (Temperature Compensate X，tal Oscillator，溫度補(bǔ)償型石英晶體諧振器)時(shí)可提供比較穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出，因此本實(shí)施例 中省去了連接本地振蕩器。這對(duì)于成本敏感的Femtocell基站的應(yīng)用是一種成本的節(jié)約方 式。其工作原理為femtocell基站啟動(dòng)后，首先接收單元103對(duì)Femtocell基站所 在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽，控制器100將干擾最小的可用頻點(diǎn)作為自己的工作頻率；然 后對(duì)周圍最強(qiáng)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到本地時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間同步點(diǎn)，然后發(fā)送給時(shí) 鐘同步單元104作為對(duì)本地的頻偏及發(fā)送時(shí)刻做相應(yīng)的調(diào)整的參考，以達(dá)到時(shí)頻同步的目 的。所述GPS接收模塊101參考空口同步的輸出，并快速進(jìn)入鎖定授時(shí)階段?？刂破?100控制時(shí)鐘同步單元104進(jìn)行參考切換動(dòng)作，基站從空口同步狀態(tài)切換到GPS同步狀態(tài)， 并通知GPS接收模塊不用參考空口同步的輸出了，從而達(dá)到較高精確度的同步效果。當(dāng)GPS 臨時(shí)失鎖時(shí)，系統(tǒng)先進(jìn)入GPS的保持模式繼續(xù)使用GPS的同步輸出，并監(jiān)控GPS的同步輸出 質(zhì)量，當(dāng)時(shí)間偏差超出系統(tǒng)要求的門限時(shí)，系統(tǒng)將參考再次切換到空口同步的輸出，并繼續(xù) 監(jiān)視GPS接收模塊的同步狀態(tài)。參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例二還提供一種設(shè)置有本地振蕩器的Femtocell基站系統(tǒng) 同步單元的邏輯結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)有些GPS接收模塊101不能提供比較穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出時(shí)，需要增加一個(gè)本地振 蕩源102為所述系統(tǒng)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出。其包括控制器100、GPS接收模塊101、接收單 元103、時(shí)鐘同步單元104和本地振蕩器102。所述控制器100與接收單元103和時(shí)鐘同步 單元104連接；所述接收單元103連接GPS接收模塊101和時(shí)鐘同步單元104 ；所述GPS接 收模塊101連接控制器100和時(shí)鐘同步單元104，所述本地振蕩器102連接時(shí)鐘同步單元 104。所述時(shí)鐘同步單元104設(shè)置同步輸出和時(shí)鐘輸出。如圖3示出了按照本發(fā)明提出的同步方式工作時(shí)，F(xiàn)emtocell基站的一種典型的 同步流程及同步狀態(tài)切換的方法流程圖。其具體包括以下步驟
步驟Sl 對(duì)周圍環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽，將干擾最小的頻點(diǎn)選定為本Femtocell基 站的工作頻率，將信號(hào)最強(qiáng)的載頻頻率作為本家庭基站的空口同步參考源。初始偵聽對(duì)于Femtocell基站是十分必要的，一方面找到干擾最小的頻點(diǎn)選定本 Femtocell基站的工作頻率，同時(shí)找到頻率最強(qiáng)的信號(hào)作為本Femtocell基站的空口同步參考源?？紤]室內(nèi)環(huán)境GPS信號(hào)可能較弱的情況，一般情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)后GPS還沒有進(jìn)入 鎖定授時(shí)階段，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入空口同步狀態(tài)。步驟S2 判斷GPS是否鎖定，是則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行步驟S3。步驟S3 =GPS接收模塊參考空口同步的輸出來加速GPS的入鎖，當(dāng)控制器收到GPS 接收模塊的入鎖消息后，基站從空口同步狀態(tài)切換到GPS同步狀態(tài)。在Femtocell基站系統(tǒng)處于空口同步狀態(tài)下，控制器會(huì)通知GPS接收模塊參考空 口同步的輸出來加速GPS的入鎖。當(dāng)控制器收到GPS接收模塊入鎖的消息后，會(huì)將切換空 口同步到GPS同步狀態(tài)，并通知GPS接收模塊不用參考空口同步的輸出了，從而達(dá)到較高精 確度的同步效果。步驟S4 基站進(jìn)入GPS同步狀態(tài)。步驟S5 判斷GPS是否出現(xiàn)失步，是則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S4。步驟S6 進(jìn)入GPS保持狀態(tài)，并上報(bào)同步質(zhì)量(時(shí)間偏差)給控制器，并由判斷同步 質(zhì)量是否超限，若是則執(zhí)行步驟S7 ；否則執(zhí)行GPS保持狀態(tài)。步驟S7 基站從GPS同步狀態(tài)切換到空口同步狀態(tài)，然后執(zhí)行步驟S3。當(dāng)GPS因?yàn)榭臻g信號(hào)較差失步時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入同步保持狀態(tài)，該狀態(tài)依然屬于GPS 同步狀態(tài)，GPS同步狀態(tài)包括GPS鎖定狀態(tài)和GPS同步保持狀態(tài)；同時(shí)上報(bào)同步質(zhì)量給控制 器，控制器根據(jù)同步質(zhì)量的變化決定是否切換到空口同步狀態(tài)，一旦由GPS保持狀態(tài)切換 到空口同步狀態(tài)，控制器可以再次通知GPS接收模塊使用空口同步的輸出作為參考，以加 速GPS接收模塊的入鎖。所述同步質(zhì)量可以是時(shí)間偏差，也可能是頻率同步準(zhǔn)確度。正常的Femtocell基站啟動(dòng)時(shí)，首先對(duì)Femtocell基站所在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行 偵聽，以確定干擾最小的可用頻點(diǎn)作為自己的工作頻率；然后對(duì)周圍最強(qiáng)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行 解調(diào)得到本地時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間同步點(diǎn)，作為對(duì)本地的頻偏及發(fā)送時(shí)刻做相應(yīng)的調(diào)整 的參考，以達(dá)到時(shí)頻同步的目的。但是由于空口同步方式存在信號(hào)不穩(wěn)以及難以精確估計(jì)傳輸時(shí)延的問題，導(dǎo)致實(shí) 際的同步偏差，并且可能因宏網(wǎng)信號(hào)的不穩(wěn)而導(dǎo)致同步不穩(wěn)的問題。而傳統(tǒng)的GPS接收模 塊在輔助GPS信息的幫助下可以到達(dá)越來越低的靈敏度值，在室內(nèi)環(huán)境中也可達(dá)到鎖定并 精確授時(shí)的狀態(tài)，其鎖定后的時(shí)頻精度遠(yuǎn)高于Femtocell系統(tǒng)正常工作的要求。所以本發(fā)明將空口同步方式與GPS同步方式結(jié)合起來形成一種相互彌補(bǔ)又能提 高同步精度及保持時(shí)間的穩(wěn)定可靠的同步方案。但是，當(dāng)GPS接收模塊還沒有鎖定時(shí)，系統(tǒng)首先使用空口同步的輸出作為同步參 考；當(dāng)GPS接收模塊達(dá)到鎖定后，系統(tǒng)將優(yōu)先選擇GPS的同步輸出作為系統(tǒng)的同步參考；當(dāng) GPS臨時(shí)失鎖時(shí)，系統(tǒng)先進(jìn)入GPS的保持模式繼續(xù)使用GPS的同步輸出，并監(jiān)控GPS的同步 輸出質(zhì)量，當(dāng)時(shí)間偏差超出系統(tǒng)要求的門限值時(shí)，系統(tǒng)將參考再次切換到空口同步的輸出， 并繼續(xù)監(jiān)視GPS接收模塊的同步狀態(tài)。在使用空口同步作為同步參考源的情況下，同時(shí)將空口同步的輸出提供給GPS接 收模塊作為參考，以提高GPS接收模塊的入鎖速度。在GPS處于保持狀態(tài)時(shí)，也有可能由于 GPS信號(hào)轉(zhuǎn)好而重新進(jìn)入鎖定狀態(tài)，并向控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換的報(bào)告。本發(fā)明通過結(jié)合多種同步方式的同步方法以達(dá)到穩(wěn)定同步的目的，大大提高了 Femtocell基站系統(tǒng)同步的穩(wěn)定性和可靠性，從而減小Femtocell系統(tǒng)應(yīng)用中的干擾問題。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可 以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、GPS接收模 塊、接收單元和時(shí)鐘同步單元，所述接收單元用于對(duì)家庭基站所在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽；所述GPS接收模塊用于接收GPS信號(hào)，還用于向控制器報(bào)告GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量；所述時(shí)鐘同步單元用于根據(jù)控制器的指令選擇同步參考源，并依據(jù)控制器的指令實(shí)現(xiàn) 在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換；所述控制器用于根據(jù)GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量決定是否使用GPS輸出作為同步參 考，控制所述時(shí)鐘同步單元在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換；所述控制器與接收單元和時(shí)鐘同步單元連接；所述接收單元連接GPS接收模塊和時(shí)鐘 同步單元；所述GPS接收模塊連接控制器和時(shí)鐘同步單元，所述時(shí)鐘同步單元設(shè)置同步輸 出和時(shí)鐘輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS 接收模塊設(shè)置有溫度補(bǔ)償型石英晶體諧振器，用于為時(shí)鐘同步單元輸出時(shí)鐘信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)還包括本地振蕩器，用于為所述系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)，所述本地振蕩器連接時(shí)鐘同步單元。
4.一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其特征在于，包括以下步驟51對(duì)周圍環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽，將干擾最小的頻點(diǎn)選定為本家庭基站的工作頻 率，將頻率最強(qiáng)的信號(hào)作為本家庭基站的空口同步參考源；52判斷GPS是否鎖定，是則執(zhí)行步驟S4,否則執(zhí)行步驟S3 ；53=GPS接收模塊參考空口同步的輸出來加速GPS的入鎖，當(dāng)控制器收到GPS接收模塊 的入鎖消息后，基站從空口同步狀態(tài)切換到GPS同步狀態(tài)；54基站進(jìn)入GPS同步狀態(tài)；55判斷GPS是否出現(xiàn)失步，是則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S4 ；56進(jìn)入GPS保持狀態(tài)，并上報(bào)同步質(zhì)量給控制器，并由控制器判斷同步質(zhì)量是否超 限，若是則執(zhí)行步驟S7 ；否則執(zhí)行GPS保持狀態(tài)；57基站從GPS同步狀態(tài)切換到空口同步狀態(tài)，然后執(zhí)行步驟S3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其特征在于，當(dāng)基站 從空口同步狀態(tài)切換到GPS同步狀態(tài)后，GPS接收模塊則無需再參考空口同步的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其特征在于，所述同 步質(zhì)量為GPS同步的時(shí)間偏差。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法，其特征在于，所述GPS 保持狀態(tài)即基站繼續(xù)保持GPS同步狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種家庭基站系統(tǒng)中可靠的時(shí)頻同步方法及系統(tǒng)，其包括用于對(duì)家庭基站所在環(huán)境的無線信號(hào)進(jìn)行偵聽的接收單元；用于接收GPS信號(hào)，還用于向控制器報(bào)告GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量的GPS接收模塊；用于根據(jù)控制器的指令選擇同步參考源，并依據(jù)控制器的指令實(shí)現(xiàn)在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換的時(shí)鐘同步單元；用于根據(jù)GPS的同步狀態(tài)及同步質(zhì)量決定是否使用GPS輸出作為同步參考，控制所述時(shí)鐘同步單元在多種同步參考源之間的實(shí)時(shí)切換的控制器。采用本發(fā)明可通過結(jié)合多種同步方式的同步方法以達(dá)到穩(wěn)定同步的目的，大大提高了家庭基站系統(tǒng)同步的穩(wěn)定性和可靠性，從而減小家庭基站系統(tǒng)應(yīng)用中的干擾問題。
文檔編號(hào)H04J3/06GK102075317SQ201110025668
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者張華 申請(qǐng)人:博威通訊系統(tǒng)(深圳)有限公司