本發(fā)明涉及作為無(wú)線通信設(shè)備的基站與終端的同步方法和裝置。特別涉及能夠在基站動(dòng)態(tài)休眠和喚醒時(shí)基站之間的快速同步裝置與方法，以及利用不同類型基站動(dòng)態(tài)靈活地為終端提供網(wǎng)絡(luò)同步的裝置與方法。

背景技術(shù)：

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸性增長(zhǎng)，以及以可穿戴設(shè)備引領(lǐng)的物聯(lián)網(wǎng)大潮，給蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了效率和靈活性上的挑戰(zhàn)。一方面，為了支持快速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)量需求和業(yè)務(wù)速率需求，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)線接入的基站部署密度越來(lái)越高。由于基站部分占據(jù)整個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的大部分能耗，所以基站密集化使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)消耗的能量顯著增加。由于基站能耗很大一部分來(lái)自基礎(chǔ)功耗，即未進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的功耗，所以基站休眠被視為有效的提高網(wǎng)絡(luò)能量效率(能效)的方法之一。然而在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)小區(qū)的基站分布式部署，各自獨(dú)立決策，彼此之間缺乏協(xié)作，使得有基站休眠后留下網(wǎng)絡(luò)覆蓋的空洞，空洞中的用戶接受不到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。另一方面，新型智能設(shè)備如可穿戴設(shè)備的流行推動(dòng)了設(shè)備之間通信的需求。與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(如視頻流媒體業(yè)務(wù))的高容量需求不同，設(shè)備之間通信需求呈現(xiàn)短包、小流量、高可靠性保證等特點(diǎn)。單純密集化部署的小小區(qū)不能很好地針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，靈活地提供不同服務(wù)。

為了應(yīng)對(duì)效率和靈活性的挑戰(zhàn)，專利文獻(xiàn)1(CN104080178A)提出了一種稱為超蜂窩的分離架構(gòu)。它在空中接口將網(wǎng)絡(luò)覆蓋分離為控制覆蓋和業(yè)務(wù)覆蓋兩層，相應(yīng)地將蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站分為控制基站和業(yè)務(wù)基站兩類?？刂苹颈３珠_(kāi)啟，為蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶提供接入保證。業(yè)務(wù)基站則根據(jù)業(yè)務(wù)的時(shí)空動(dòng)態(tài)特性靈活部署，并動(dòng)態(tài)地開(kāi)啟和關(guān)閉(基站休眠和喚醒)，從而高能效的提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

然而，這一分離架構(gòu)給蜂窩網(wǎng)絡(luò)的同步帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。其一，分離 架構(gòu)下基站有控制基站(Control Base Station,CBS)和業(yè)務(wù)基站(Traffic Base Station,TBS)兩類，終端(User Equipment,UE)也越來(lái)越多樣化(如智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等)，更多類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增加了同步的復(fù)雜度和成本。其二，在控制基站的集中控制之下，業(yè)務(wù)基站會(huì)被動(dòng)態(tài)指派為用戶提供高速率數(shù)據(jù)服務(wù)，沒(méi)有服務(wù)需求的業(yè)務(wù)基站可以被切換到休眠狀態(tài)。這些動(dòng)態(tài)基站操作使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行變得更為靈活，同時(shí)也需要網(wǎng)絡(luò)同步更為靈活可靠。其三，業(yè)務(wù)基站休眠時(shí)，當(dāng)有新的高速率業(yè)務(wù)請(qǐng)求到達(dá)，控制基站可以喚醒休眠中的業(yè)務(wù)基站，為新業(yè)務(wù)請(qǐng)求提供服務(wù)，而剛被喚醒的業(yè)務(wù)基站可能已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)失去同步。這就需要為喚醒的業(yè)務(wù)基站提供一種快速高效的同步方案。此外，要實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)在多個(gè)業(yè)務(wù)基站間無(wú)縫切換，以及利用多個(gè)業(yè)務(wù)基站協(xié)同為單個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)需要的同步精度將會(huì)是資源塊量級(jí)，在現(xiàn)代蜂窩系統(tǒng)中為亞微秒量級(jí)。但是，專利文獻(xiàn)1關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及信令開(kāi)銷降低方法，并沒(méi)有提供分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步的方法。

在專利文獻(xiàn)2(US6373834B1)中，提出了一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步方法。在該方法中，主定時(shí)單元(master timing unit)與從定時(shí)單元(slave timing unit)通過(guò)交換帶有時(shí)間信息的同步信令實(shí)現(xiàn)同步。這里的主定時(shí)單元和從定時(shí)單元都可以作為開(kāi)始同步操作的定時(shí)單元。但是，這一同步方法只適用于有線連接的回傳(backhaul)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法為移動(dòng)終端提供同步，也沒(méi)有提供休眠基站的同步方案。

在標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)3(IEEE 1588-2008)中，給出了精確時(shí)鐘協(xié)議(Precision Time Protocol，PTP)第二版。這里描述了一個(gè)為包交換的有線網(wǎng)絡(luò)提供精確時(shí)鐘同步的協(xié)議。該協(xié)議可以在快速優(yōu)先局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞微秒量級(jí)的同步精度。但是，這里沒(méi)有涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接下的時(shí)間同步，也沒(méi)有涉及節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)休眠喚醒場(chǎng)景下同步的解決方案。

在標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)4(3GPP TR 36.872)中，論證了在現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)LTE下，使用射頻無(wú)線接口實(shí)現(xiàn)小區(qū)間同步的可行性和潛在優(yōu)勢(shì)。這里提出了一種基于LTE網(wǎng)絡(luò)中已有信號(hào)，通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)方式實(shí)現(xiàn)小小區(qū)(Small Cell)與網(wǎng)絡(luò)的同步，以及小小區(qū)之間的同步的方案。為了提高同步精度，文獻(xiàn)考慮了發(fā)送抑制(transmission muting)的方式，但是它會(huì)使網(wǎng)絡(luò)性能 惡化。此外，文獻(xiàn)中沒(méi)有提供頻率同步方法，也沒(méi)有涉及引入基站休眠操作后的基站同步方法。

在標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)5(3GPP TS 22.042)中，規(guī)定了一項(xiàng)稱為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和時(shí)區(qū)(Network Identify and Time Zone，NITZ)的功能。該功能使得基站向用戶終端提供時(shí)間服務(wù)。但是，這項(xiàng)功能是一項(xiàng)可選功能，一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商并不支持該功能。另外，NITZ要求的時(shí)間精度僅為分鐘量級(jí)。實(shí)時(shí)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的同步精度無(wú)法由該方案提供保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一套分離架構(gòu)下各類基站和終端設(shè)備之間低復(fù)雜度低成本的同步，以充分利用分離架構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步需求的裝置與方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是一種控制基站中的同步裝置，該同步裝置包含：GNSS同步單元，通過(guò)GNSS天線接收GNSS信號(hào)，獲取時(shí)間信息；時(shí)鐘生成單元，基于GNSS同步單元提供的時(shí)間信息，調(diào)整控制基站的時(shí)鐘；業(yè)務(wù)基站同步單元，與業(yè)務(wù)基站之間通過(guò)有線連接進(jìn)行信息的發(fā)送和接收；以及用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元，生成包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息在內(nèi)的移動(dòng)用戶所需的數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制基站天線發(fā)送給移動(dòng)用戶終端。

其中，所述業(yè)務(wù)基站同步單元包括：業(yè)務(wù)基站喚醒單元，通過(guò)所述有線連接向處于休眠狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站喚醒消息；業(yè)務(wù)基站同步確認(rèn)單元，通過(guò)所述有線連接向進(jìn)入活躍狀態(tài)的所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站同步消息；以及業(yè)務(wù)基站時(shí)間校正單元，通過(guò)所述有線連接向所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站時(shí)間消息。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是一種業(yè)務(wù)基站中的同步裝置，包括：控制基站同步單元，與控制基站之間通過(guò)有線連接進(jìn)行信息的發(fā)送和接收；時(shí)鐘生成單元，基于控制基站同步單元提供的時(shí)間信息，校正所述業(yè)務(wù)基站的時(shí)鐘；以及用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元，生成包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間調(diào)整信息在內(nèi)的移動(dòng)用戶所需的數(shù)據(jù)，并通過(guò)業(yè)務(wù)基站天線發(fā)送給移動(dòng)用戶終端。

其中所述控制基站同步單元包括：蘇醒單元，在處于休眠狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站被喚醒進(jìn)入醒來(lái)狀態(tài)的情況下，通過(guò)所述有線連接向所述控制基站發(fā) 送基站醒來(lái)消息；同步確認(rèn)單元，通過(guò)所述有線連接向所述控制基站發(fā)送基站同步確認(rèn)消息；以及時(shí)間校正單元，通過(guò)所述有線連接向所述控制基站發(fā)送基站時(shí)間校正消息。

此外，本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步方法，包括下述步驟：控制基站通過(guò)GNSS天線即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)天線接收GNSS信號(hào)，獲取時(shí)間信息；基于所述時(shí)間信息，調(diào)整所述控制基站的時(shí)鐘；所述控制基站與業(yè)務(wù)基站之間通過(guò)有線連接進(jìn)行信息的發(fā)送和接收，其中包括：向處于休眠狀態(tài)的所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站喚醒消息，接收所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送的基站醒來(lái)消息，向進(jìn)入活躍狀態(tài)的所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站同步消息，接收所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送的基站同步確認(rèn)消息，向所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站時(shí)間消息，以及接收所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送的基站時(shí)間校正消息；以及生成包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息在內(nèi)的移動(dòng)用戶所需的數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制基站天線，發(fā)送給移動(dòng)用戶終端。

所述基站時(shí)間消息至少包括：表示發(fā)送源的控制基站ID、表示發(fā)送目的地的業(yè)務(wù)基站ID、消息類型、所述時(shí)間戳t₁、表示所述業(yè)務(wù)基站接收到所述基站同步消息時(shí)的第一接收時(shí)間t₂、表示所述業(yè)務(wù)基站發(fā)送所述基站同步確認(rèn)消息時(shí)的第一發(fā)送時(shí)間t₃、以及所述第二接收時(shí)間t₄；所述業(yè)務(wù)基站基于所述時(shí)間戳t₁、所述第一接收時(shí)間t₂、所述第一發(fā)送時(shí)間t₃、以及所述第二接收時(shí)間t₄來(lái)計(jì)算所述業(yè)務(wù)基站的時(shí)間偏移，從而對(duì)所述業(yè)務(wù)基站的時(shí)鐘進(jìn)行校正。

根據(jù)上述本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了基站動(dòng)態(tài)休眠和喚醒時(shí)基站之間的快速同步。控制基站與業(yè)務(wù)基站通過(guò)有線連接交換同步信令，具體包括：當(dāng)喚醒休眠中的業(yè)務(wù)基站時(shí)，控制基站計(jì)算預(yù)設(shè)時(shí)間，在基站喚醒消息中嵌入預(yù)設(shè)時(shí)間，指導(dǎo)業(yè)務(wù)基站在喚醒后調(diào)節(jié)時(shí)鐘；當(dāng)業(yè)務(wù)基站處于活躍狀態(tài)時(shí)，控制基站周期性發(fā)送基站同步消息，收集業(yè)務(wù)基站回復(fù)中的時(shí)間信息，用于分布式地時(shí)間偏移計(jì)算和調(diào)整，以及集中式的同步信息監(jiān)控。

此外，本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種移動(dòng)用戶終端中的同步裝置，其特征在于，具備：用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元，通過(guò)終端天線接收控制基站發(fā)送的包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)基站發(fā)送的包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間調(diào)整信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)；以及時(shí)鐘生成單元，基于所述控制基站提供的所述網(wǎng)絡(luò) 時(shí)間信息以及所述業(yè)務(wù)基站提供的所述網(wǎng)絡(luò)時(shí)間調(diào)整信息，調(diào)整移動(dòng)用戶終端的時(shí)鐘。

由此，通過(guò)該技術(shù)方案能夠利用不同類型基站動(dòng)態(tài)靈活地為移動(dòng)用戶終端提供網(wǎng)絡(luò)同步。在該技術(shù)方案中，移動(dòng)用戶終端的同步由控制基站和業(yè)務(wù)基站兩類基站通過(guò)空中接口無(wú)線信號(hào)進(jìn)行保證。控制基站通過(guò)周期性廣播信息將移動(dòng)用戶終端的時(shí)鐘與蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步。業(yè)務(wù)基站在為移動(dòng)用戶終端提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間調(diào)整信息微調(diào)移動(dòng)用戶終端時(shí)間。

因此，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在控制基站和業(yè)務(wù)基站中引入新的同步裝置，并在控制基站與業(yè)務(wù)基站之間、控制基站與移動(dòng)用戶終端之間、業(yè)務(wù)基站與移動(dòng)用戶終端之間引入新的信令，可以充分利用分離架構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，在有限的復(fù)雜度和可控的成本下，實(shí)現(xiàn)多種類型基站和移動(dòng)用戶終端的同步。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明中的典型應(yīng)用場(chǎng)景的示意圖。

圖2是本發(fā)明中分離架構(gòu)下控制基站同步裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是本發(fā)明中分離架構(gòu)下業(yè)務(wù)基站同步裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是本發(fā)明中分離架構(gòu)下移動(dòng)用戶終端同步裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖5A是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步的信令交互示例圖。

圖5B是表示本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步的信令消息格式的例示圖。

圖6是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步時(shí)控制基站的流程示例圖。

圖7是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步時(shí)業(yè)務(wù)基站的流程示例圖。

圖8是表示分離架構(gòu)下業(yè)務(wù)基站的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示例圖。

圖9A是本發(fā)明中同步第三層(移動(dòng)用戶終端)的信令交互示例圖。

圖9B是表示本發(fā)明中同步第三層(移動(dòng)用戶終端)的信令消息格式的 例示圖。

圖10是表示本發(fā)明中同步第三層(移動(dòng)用戶終端)的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中的基站概念是基站物理設(shè)備與功能軟件在邏輯上的一個(gè)覆蓋一定范圍的整體，在具體實(shí)現(xiàn)中，既可以是“一個(gè)基站”，“基站的一個(gè)扇區(qū)”，“一個(gè)微型基站”，或者一個(gè)“傳輸點(diǎn)(TP)”等；基站的射頻單元和基帶處理單元可以為一個(gè)整體，也可以是相對(duì)獨(dú)立通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的多個(gè)模塊。為了簡(jiǎn)化描述，我們將控制基站和業(yè)務(wù)基站統(tǒng)稱為基站。

我們使用圖表和示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說(shuō)明，但注意它們不意味著本發(fā)明只局限于具體的協(xié)議、接口和技術(shù)等。

為了對(duì)分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步進(jìn)行具體實(shí)施方式的說(shuō)明，假定實(shí)施的具體場(chǎng)景如圖1。圖中顯示了一個(gè)層次化的網(wǎng)絡(luò)。位于頂層(第零層)的是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)101，第一層的是分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的控制基站102，第二層由業(yè)務(wù)基站103構(gòu)成，第三層則由移動(dòng)用戶終端104構(gòu)成。下面我們將對(duì)各層結(jié)構(gòu)特性以及層間接口協(xié)議進(jìn)行具體闡釋。

位于頂層(第0層)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)101，可以是美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國(guó)的北斗等，或者它們的組合。這些衛(wèi)星在軌道上排列成固定星座，并攜帶有原子鐘以保持精確同步。它們?cè)谠O(shè)定頻率上廣播微波信號(hào)(GNSS信號(hào))105，為GNSS接收機(jī)提供高精度的時(shí)間信息。這些GNSS接收機(jī)可以位于地面。但是需要指出的是，為了能夠可靠地恢復(fù)出GNSS衛(wèi)星廣播的微波信號(hào)105獲取時(shí)間信息，衛(wèi)星和接收機(jī)之間需要有直射徑，即視線(Line of Sight,LOS)。因此，GNSS信號(hào)在諸如室內(nèi)(圖1中TBS2)、地下(圖1中TBS4)等場(chǎng)景下不適用。此外，在分離架構(gòu)下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，基站(尤其是業(yè)務(wù)基站)的部署密度很高，如果要在每個(gè)基站處部署GNSS接收機(jī)用于時(shí)鐘同步，那么將使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的成本大大增加。而對(duì)移動(dòng)用戶而言，在諸如可穿戴設(shè)備等的輕量化終端設(shè)備上加裝GNSS接收機(jī)會(huì)增加其重量和成本，同時(shí)也加快設(shè)備電量消耗。綜上所述，盡管在每個(gè)基站和終端上部署GNSS信號(hào)接收機(jī)看起來(lái)是一個(gè)簡(jiǎn) 單直接的解決同步問(wèn)題的方案，但它在分離架構(gòu)下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中并不實(shí)際。

網(wǎng)絡(luò)第一層由控制基站102構(gòu)成。我們要求每個(gè)控制基站102配備一個(gè)GNSS接收機(jī)，從第零層101獲取高精度的時(shí)間信息，其原因歸納如下。首先，在分離架構(gòu)下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，控制基站具有較大的站址，會(huì)部署在地面開(kāi)放空間中，因此可以保證GNSS信號(hào)105在控制基站處的可用性。其次，控制基站覆蓋較大的地理區(qū)域，例如，一個(gè)控制基站可以負(fù)責(zé)數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)位于控制基站覆蓋范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)基站。這使得部署GNSS接收機(jī)的成本相對(duì)較小，便于控制網(wǎng)絡(luò)整體成本。

圖2是本發(fā)明中控制基站102中的同步裝置結(jié)構(gòu)框圖，該裝置包含：GNSS同步單元202，通過(guò)GNSS天線205接收GNSS信號(hào)105，獲取高精度的時(shí)間信息，提供給時(shí)鐘生成單元201；時(shí)鐘生成單元201，基于GNSS同步單元202提供的高精度時(shí)間信息，調(diào)整控制基站時(shí)鐘，糾正時(shí)間誤差；業(yè)務(wù)基站同步單元204，將時(shí)鐘生成單元201的時(shí)間信息，通過(guò)有線連接207，傳遞給管轄內(nèi)的業(yè)務(wù)基站103；用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元203，生成移動(dòng)用戶所需的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息，并通過(guò)控制基站天線206，發(fā)送給移動(dòng)用戶終端104，為移動(dòng)用戶終端104提供同步支持和網(wǎng)絡(luò)信息。其中業(yè)務(wù)基站同步單元204包括：業(yè)務(wù)基站喚醒單元，通過(guò)有線連接207向處于休眠狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站喚醒消息；業(yè)務(wù)基站同步確認(rèn)單元，通過(guò)有線連接207向進(jìn)入活躍狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站同步消息；業(yè)務(wù)基站時(shí)間校正單元，通過(guò)有線連接207向業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站時(shí)間消息?？刂苹九c業(yè)務(wù)基站之間同步的信令交互將在后續(xù)詳細(xì)敘述。

網(wǎng)絡(luò)第二層由業(yè)務(wù)基站103組成。業(yè)務(wù)基站103通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接到控制基站，該網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)可以是波分復(fù)用(WDM)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，也可能是電信級(jí)以太網(wǎng)(Carrier Ethernet)等。在我們的具體實(shí)施方式中，這一有線連接被用來(lái)同步控制基站和位于控制基站覆蓋范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)基站。這一同步方案下，不需要在每個(gè)業(yè)務(wù)基站處部署GNSS接收機(jī)，從而省去了部分成本。此外，它也能為部署在室內(nèi)或地下等環(huán)境中的業(yè)務(wù)基站提供可靠的同步，從而提升網(wǎng)絡(luò)容量。

圖3是本發(fā)明中業(yè)務(wù)基站中的同步裝置，包括控制基站同步單元303，通過(guò)有線連接305獲得控制基站的時(shí)間信息，提供給本地的時(shí)鐘生成單元 301；時(shí)鐘生成單元301，基于控制基站同步單元303提供的高精度時(shí)間信息，調(diào)整本地業(yè)務(wù)基站時(shí)鐘，糾正時(shí)間誤差；用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元302，生成移動(dòng)用戶所需的數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間調(diào)整信息，通過(guò)業(yè)務(wù)基站天線304，發(fā)送給移動(dòng)用戶終端104，為移動(dòng)用戶終端104提供同步支持和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。其中控制基站同步單元303包括：蘇醒單元，在處于休眠狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站被喚醒進(jìn)入醒來(lái)狀態(tài)的情況下，通過(guò)有線連接305向控制基站發(fā)送基站醒來(lái)消息；同步確認(rèn)單元，通過(guò)有線連接305向控制基站發(fā)送基站同步確認(rèn)消息；時(shí)間校正單元，通過(guò)有線連接305向控制基站發(fā)送基站時(shí)間校正消息。

網(wǎng)絡(luò)的最底層(第三層)由移動(dòng)用戶終端構(gòu)成。移動(dòng)用戶終端形式多樣，例如手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等等。移動(dòng)用戶終端通過(guò)空中接口的無(wú)線鏈路與網(wǎng)絡(luò)通信。具體來(lái)說(shuō)，移動(dòng)用戶終端的網(wǎng)絡(luò)覆蓋由始終開(kāi)啟的控制基站提供保證，而移動(dòng)用戶終端的高速率數(shù)據(jù)傳輸由一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)基站在控制基站的中心控制下按需地提供。

圖4是本發(fā)明中移動(dòng)用戶終端中的同步裝置，包括時(shí)鐘生成單元401，基于控制基站102和業(yè)務(wù)基站103提供的高精度時(shí)間信息，調(diào)整本地業(yè)務(wù)基站時(shí)鐘，糾正時(shí)間誤差；用戶數(shù)據(jù)采樣生成單元402，生成移動(dòng)用戶與基站通信的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)終端天線403接收控制基站102和業(yè)務(wù)基站103提供的同步信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明中第零層與第一層之間的協(xié)議工作如下：控制基站102側(cè)的GNSS接收機(jī)接收第零層廣播的GNSS信號(hào)105，解碼其中的時(shí)間信息，計(jì)算時(shí)間偏移量，然后調(diào)整控制基站102的主時(shí)鐘補(bǔ)償偏移。調(diào)整成功后，“已同步”消息將被記錄到日志中。當(dāng)在預(yù)設(shè)的一個(gè)時(shí)間段(例如十分鐘)內(nèi)沒(méi)有“已同步”消息，則觸發(fā)記錄“失去同步”消息，控制基站將被置于維護(hù)狀態(tài)。

下面我們具體描述第一層(控制基站102)與第二層(業(yè)務(wù)基站103)之間的信令交互。與現(xiàn)有專利文獻(xiàn)中使用有線連接實(shí)現(xiàn)同步的方案相比，本發(fā)明的主要貢獻(xiàn)如下。其一，為失去同步的休眠節(jié)點(diǎn)提供了一個(gè)快速高效的同步方案，其中包括計(jì)算所需時(shí)間信息的方法。其二，設(shè)置了了用于快速可靠同步的分布式時(shí)間偏移計(jì)算與集中式同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)的信令消息。

圖5A是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步的信令交互示例圖。當(dāng)控制基站102喚醒一個(gè)處于休眠狀態(tài)的業(yè)務(wù)基站103時(shí)，基站喚醒單元通過(guò)有線連接207發(fā)送一條基站喚醒消息501，消息中攜帶一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間戳t_pre，它等于該基站喚醒消息501發(fā)送時(shí)間加上一個(gè)預(yù)先計(jì)算得到的控制基站到業(yè)務(wù)基站之間有線傳輸平均延時(shí)d_avg：

t_pre＝t_send+d_avg,

d_avg的計(jì)算方法將在下文給出。當(dāng)處于休眠狀態(tài)801的業(yè)務(wù)基站通過(guò)蘇醒單元接收到基站喚醒消息501時(shí)，它將被喚醒進(jìn)入醒來(lái)狀態(tài)803，并將自己的當(dāng)前時(shí)間設(shè)置為t_pre，并通過(guò)蘇醒單元回復(fù)一條基站醒來(lái)消息502。控制基站在發(fā)出基站喚醒消息501后，開(kāi)啟一個(gè)預(yù)設(shè)的定時(shí)器TIMER1等待業(yè)務(wù)基站的基站醒來(lái)消息502。

在發(fā)送基站醒來(lái)消息502后，業(yè)務(wù)基站進(jìn)入活躍狀態(tài)805?？刂苹緯?huì)周期性地通過(guò)基站同步確認(rèn)單元廣播它的時(shí)間信息到由該控制基站管轄的業(yè)務(wù)基站，這一消息稱為基站同步消息503?；就较?03攜帶控制基站側(cè)發(fā)送該消息時(shí)的時(shí)間戳t₁。業(yè)務(wù)基站通過(guò)同步確認(rèn)單元接收到基站同步消息503后，會(huì)記錄業(yè)務(wù)基站側(cè)的接收時(shí)間t₂，然后通過(guò)同步確認(rèn)單元回復(fù)一條基站同步確認(rèn)消息504，該消息504中將攜帶t₁和t₂以及業(yè)務(wù)基站發(fā)送基站同步確認(rèn)消息504時(shí)的發(fā)送時(shí)間t₃?？刂苹驹诎l(fā)送基站同步消息503后，會(huì)開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)器TIMER2等待業(yè)務(wù)基站的基站同步確認(rèn)消息504。當(dāng)控制基站接收到基站同步確認(rèn)消息504時(shí)，它會(huì)記錄下自己的接收時(shí)間t₄。

在一些已有專利文獻(xiàn)中，記錄t₄的同步節(jié)點(diǎn)(對(duì)應(yīng)于分離架構(gòu)下的第一層，即控制基站)計(jì)算時(shí)間偏移。本發(fā)明與之不同，這里采用分布式地時(shí)間偏移計(jì)算方案。具體而言，每個(gè)業(yè)務(wù)基站分別計(jì)算自己相對(duì)于控制基站的時(shí)間偏移。由于在通常的網(wǎng)絡(luò)部署中，一個(gè)控制基站負(fù)責(zé)多個(gè)業(yè)務(wù)基站，分布式地時(shí)間偏移計(jì)算可以降低控制基站側(cè)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。此外，這一方案還使得信令消息的有效載荷域可以采用一種簡(jiǎn)單的增量結(jié)構(gòu)：新時(shí)間戳可以直接附加到已有的時(shí)間戳后。因此，控制基站和業(yè)務(wù)基站的同步可以更加快速和可靠。在分布式時(shí)間偏移計(jì)算方案下，控制基站通過(guò)基站時(shí)間校正單元回復(fù)業(yè)務(wù)基站一條基站時(shí)間消息505，其中攜帶以上從t₁到t₄ 所有時(shí)間戳。在時(shí)間校正單元接收到基站時(shí)間消息505后，業(yè)務(wù)基站側(cè)的時(shí)鐘生成單元會(huì)依照下面的公式計(jì)算自己的時(shí)間偏移，

t_off＝(t₂-t₁-t₄+t₃)/2

并根據(jù)下面的公式校正自己的時(shí)間：

t_cor＝t-t_off

時(shí)間校正后，業(yè)務(wù)基站通過(guò)時(shí)間校正單元向控制基站發(fā)送一條基站時(shí)間校正消息506?；緯r(shí)間校正消息506包含以上從t₁到t₄所有時(shí)間戳，還包含本次消息的發(fā)送時(shí)間t₅，以及當(dāng)前業(yè)務(wù)基站的ID(例如001)。控制基站在發(fā)送基站時(shí)間消息505后，會(huì)開(kāi)啟定時(shí)器TIMER3等待基站時(shí)間校正消息506。在接收到該消息后，控制基站記錄類似“業(yè)務(wù)基站001于t₅已同步?！钡耐匠晒θ罩?。此外，控制基站的業(yè)務(wù)基站時(shí)間校正單元還利用基站時(shí)間校正消息506中攜帶的時(shí)間戳計(jì)算控制基站到業(yè)務(wù)基站之間有線連接的延時(shí)：

d＝(t₂-t₁+t₄-t₃)/2

在積累了一定量的延時(shí)d歷史數(shù)據(jù)后，控制基站計(jì)算到各個(gè)業(yè)務(wù)基站的平均延時(shí)d_avg，這一平均延時(shí)會(huì)用于上文提及的喚醒休眠基站的預(yù)設(shè)時(shí)間的計(jì)算之中。

圖5B表示本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步的信令消息格式的例示圖。如圖5B中所示，控制基站與業(yè)務(wù)基站之間同步的信令消息包括包頭510以及載荷520。其中，包頭510包括表示發(fā)送源的源ID 511、表示發(fā)送目的地的目標(biāo)ID 512、以及消息類型513。如圖中所示，基站喚醒消息、基站醒來(lái)消息、基站同步消息、基站同步確認(rèn)消息、基站時(shí)間消息、以及基站時(shí)間校正消息的載荷域520采用一種簡(jiǎn)單的增量結(jié)構(gòu)，即、可以將新時(shí)間戳直接附加到已有的時(shí)間戳后，因此，使得控制基站和業(yè)務(wù)基站之間的同步更加快速和可靠。

圖6是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步時(shí)控制基站的算法示例圖。在需要喚醒業(yè)務(wù)基站提供高速率數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，控制基站進(jìn)入步驟601，發(fā)送基站喚醒消息501，并開(kāi)啟定時(shí)器TIMER1，進(jìn)入步驟602。步驟602中，控制基站判斷是否在定時(shí)器TIMER1超時(shí)前接收到基站醒來(lái)消息502，若是則進(jìn)入步驟603，否則進(jìn)入步驟604。步驟 603中，控制基站發(fā)送基站同步消息503，其中攜帶時(shí)間戳t₁。步驟604中，發(fā)出定時(shí)器TIMER1超時(shí)提醒。在完成步驟603后，控制基站進(jìn)入步驟605。步驟605中，控制基站判斷是否在定時(shí)器TIMER2超時(shí)前接收到基站同步確認(rèn)消息504，若是則進(jìn)入步驟606，否則進(jìn)入步驟607。步驟606中，控制基站記錄下接收時(shí)間t₄，從而獲得從t₁到t₄所有時(shí)間信息，進(jìn)入步驟608。步驟607中，發(fā)出定時(shí)器TIMER2超時(shí)提醒。在步驟608中，控制基站發(fā)送基站時(shí)間消息505，然后進(jìn)入步驟609。步驟609中，控制基站判斷是否在定時(shí)器TIMER3超時(shí)前接收到基站時(shí)間校正消息506，若是則進(jìn)入步驟610，否則進(jìn)入步驟611。步驟610中，控制基站將業(yè)務(wù)基站已同步記入日志，然后進(jìn)入步驟612。而在步驟611中，發(fā)出定時(shí)器TIMER3超時(shí)提醒。步驟612中，控制基站利用上述時(shí)間戳和公式計(jì)算延時(shí)d，進(jìn)入步驟613。步驟613中，控制基站利用歷史數(shù)據(jù)計(jì)算平均延時(shí)d_avg。

圖7是本發(fā)明中第一層(控制基站)與第二層(業(yè)務(wù)基站)之間同步時(shí)業(yè)務(wù)基站的算法示例圖。首先在步驟701中，業(yè)務(wù)基站判斷收到消息的類型。步驟702中，判斷收到消息是否為基站同步消息503。若是，則進(jìn)入步驟703，獲取t₁和t₂時(shí)間戳，之后進(jìn)入步驟704，發(fā)送基站同步確認(rèn)消息504。若步驟702中判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟705，判斷收到消息是否為基站喚醒消息501。若是，則進(jìn)入步驟706，獲取時(shí)間戳t_pre，之后進(jìn)入步驟707，將業(yè)務(wù)基站時(shí)鐘時(shí)間設(shè)置為t_pre，之后進(jìn)入步驟708，發(fā)送基站醒來(lái)消息502。如果步驟705中的判斷結(jié)果為否，那么進(jìn)入步驟709，進(jìn)一步判斷收到消息是否為基站時(shí)間消息505。若是，則進(jìn)入步驟710，否則進(jìn)入步驟715。步驟710中，業(yè)務(wù)基站獲得從t₁到t₄所有時(shí)間信息；然后進(jìn)入步驟711，計(jì)算時(shí)間偏移t_off；之后進(jìn)入步驟712，利用前述公式計(jì)算t_cor；再之后進(jìn)入步驟714，發(fā)送基站時(shí)間校正消息506。而在步驟715中，業(yè)務(wù)基站在日志中記錄未知類型，進(jìn)入步驟716。步驟716中，發(fā)出業(yè)務(wù)基站接收到未知類型消息的提醒。

圖8是表示分離架構(gòu)下業(yè)務(wù)基站的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示例圖。業(yè)務(wù)基站所處狀態(tài)為以下三者之一：休眠狀態(tài)801，醒來(lái)狀態(tài)803，與活躍狀態(tài)805。注意這里的活躍狀態(tài)805包括基站已經(jīng)開(kāi)啟并為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)的階段，也包括已經(jīng)開(kāi)啟但沒(méi)有為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)的階段。業(yè)務(wù)基站在三種狀態(tài)間 的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：當(dāng)業(yè)務(wù)基站處于休眠狀態(tài)801時(shí)，若接收到來(lái)自控制基站的基站喚醒消息501，則會(huì)被喚醒802，進(jìn)入醒來(lái)狀態(tài)803。在狀態(tài)803下，業(yè)務(wù)基站會(huì)發(fā)送基站醒來(lái)消息502，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換804，進(jìn)入活躍狀態(tài)805。在活躍狀態(tài)805下，業(yè)務(wù)基站在接收到來(lái)自控制基站的休眠指令后，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換806，回到休眠狀態(tài)801。

值得一提的是，通過(guò)本發(fā)明中的控制基站與業(yè)務(wù)基站的同步協(xié)議，業(yè)務(wù)基站不再需要直接連接GNSS接收機(jī)，從而它們可以相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)，便于它們更密集地部署到包括室內(nèi)和地下等環(huán)境中去。

此外，值得一提的是，通過(guò)采用有線連接同步，控制基站與業(yè)務(wù)基站之間的頻率同步可以在底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施提供的條件下，直接利用物理層波形進(jìn)行同步，例如在使用同步以太網(wǎng)(Synchronous Ethernet,SyncE)的情形下。當(dāng)?shù)讓泳W(wǎng)絡(luò)設(shè)施沒(méi)有物理層波形同步支持時(shí)，頻率同步可以通過(guò)上述信令交互實(shí)現(xiàn)。

此外，值得一提的是，以上所述的定時(shí)器TIMER1、TIMER2、TIMER3是從邏輯功能上進(jìn)行區(qū)分，在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以根據(jù)需要用多個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，或者更少的(包括單個(gè))定時(shí)器。這些定時(shí)器的缺省值由實(shí)現(xiàn)決定，例如根據(jù)有線網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方式，基于特定實(shí)現(xiàn)方式下的有線鏈路延時(shí)經(jīng)驗(yàn)值，以及業(yè)務(wù)基站的典型計(jì)算性能，設(shè)置定時(shí)器的缺省值。此外，定時(shí)器的取值可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)中配置修改。

此外，值得一提的是，上述基站喚醒消息501等在控制基站與業(yè)務(wù)基站之間通過(guò)有線鏈路傳遞的消息，可以利用但不局限于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中的接口協(xié)議，例如LTE網(wǎng)絡(luò)中的X1接口。

本發(fā)明中，第三層(移動(dòng)用戶終端)的同步由第一層(控制基站)和第二層(業(yè)務(wù)基站)兩層提供。圖9A是本發(fā)明中同步第三層(移動(dòng)用戶終端)的信令交互示例圖。控制基站102周期性廣播基站廣播消息901到接入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)用戶終端104，其中如圖9B中所示，該基站廣播消息901中包括包頭910、以及有效載荷920；其中，包頭910包括作為發(fā)送源的控制基站ID 911、作為發(fā)送目的地的終端ID 912、以及作為消息類型的基站廣播消息913；該基站廣播消息的有效載荷域920中包括控制基站發(fā)送基站廣播消息時(shí)的時(shí)間戳t_set、以及其他網(wǎng)絡(luò)信息。其中，內(nèi)嵌時(shí)間信息t_set的精度 需要在移動(dòng)用戶終端實(shí)時(shí)性應(yīng)用的需求范圍之內(nèi)。移動(dòng)用戶終端在接收和正確解碼時(shí)間信息t_set后，會(huì)調(diào)整自己的時(shí)鐘到提供的高精度時(shí)間。

當(dāng)移動(dòng)用戶終端與一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)基站103進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，業(yè)務(wù)基站可以測(cè)量業(yè)務(wù)基站與移動(dòng)用戶終端間的時(shí)間差即時(shí)間調(diào)整量t_adj，并向移動(dòng)用戶終端發(fā)送基站時(shí)間調(diào)整消息902，如圖9B中所示，基站時(shí)間調(diào)整消息902包括包頭910、以及有效載荷920；其中，包頭910包括作為發(fā)送源的業(yè)務(wù)基站ID 911、作為發(fā)送目的地的終端ID 912、以及作為消息類型的基站時(shí)間調(diào)整消息913；該基站時(shí)間調(diào)整消息的有效載荷域920中包括業(yè)務(wù)基站所測(cè)量的時(shí)間調(diào)整量t_adj、以及其他網(wǎng)絡(luò)信息。移動(dòng)用戶終端根據(jù)所接收到的時(shí)間調(diào)整量t_adj通過(guò)下式校正自身時(shí)間，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更精確的同步：

t_abs＝t-t_adj

其中，t_abs表示校正后的移動(dòng)用戶終端的時(shí)鐘。

圖10是表示本發(fā)明中同步第三層(移動(dòng)用戶終端)的流程圖。首先在步驟1001中，移動(dòng)用戶終端判斷收到消息的類型。在步驟1002中，判斷收到消息是否為來(lái)自控制基站的基站廣播消息901。若判斷結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟1003，獲取時(shí)間戳t_set，之后進(jìn)入步驟1004，移動(dòng)用戶終端將自身的時(shí)鐘調(diào)整為t_set。若步驟1002中判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟1005，移動(dòng)用戶終端判斷收到消息是否為來(lái)自業(yè)務(wù)基站的基站時(shí)間調(diào)整消息902。若判斷為是，則進(jìn)入步驟1006，從業(yè)務(wù)基站獲取時(shí)間調(diào)整量t_adj，之后進(jìn)入步驟1007，計(jì)算校正后時(shí)間t_abs，在步驟1008中將自身時(shí)間設(shè)置為t_abs。如果步驟1005中的判斷結(jié)果為否，那么進(jìn)入步驟1009，記錄所接收到的消息類型為未知類型，并進(jìn)入步驟1010，在步驟1010中，向基站反饋未知類型。

如上述，通過(guò)第一層(控制基站)保證基本同步需求，第二層(業(yè)務(wù)基站)提高同步精度，這一跨層同步機(jī)制為移動(dòng)用戶終端提供與傳統(tǒng)方案相比更為靈活和可靠的同步。

進(jìn)一步，上述跨層同步機(jī)制可以擴(kuò)展到為不同類型的移動(dòng)用戶終端提供靈活和可靠的同步。例如，在個(gè)域網(wǎng)(body area network)場(chǎng)景下，除了手機(jī)外，一個(gè)用戶身上還攜帶了多個(gè)可穿戴設(shè)備。將這些移動(dòng)用戶終端與蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步的方案具體如下。首先，手機(jī)通過(guò)上面的信令流程與分離架 構(gòu)下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)取得同步。然后，在個(gè)域網(wǎng)內(nèi)，手機(jī)的身份變?yōu)樯鲜龅摹翱刂苹尽?，相互通信的一?duì)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)充當(dāng)“業(yè)務(wù)基站”，另一個(gè)相當(dāng)于“移動(dòng)用戶終端”。也就是說(shuō)，手機(jī)周期性在個(gè)域網(wǎng)內(nèi)廣播時(shí)間信息，充當(dāng)“業(yè)務(wù)基站”的節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間調(diào)整消息給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這就使得多個(gè)移動(dòng)用戶終端和分離架構(gòu)下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了同步。

根據(jù)本發(fā)明的分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)同步裝置和方案，網(wǎng)絡(luò)的分離架構(gòu)、支撐資源得到充分利用，可以在保持有限的復(fù)雜度和成本的條件下，滿足嚴(yán)格高精度且靈活多樣的同步需求。本發(fā)明解決了分離架構(gòu)下的一大實(shí)際問(wèn)題，使得分離架構(gòu)下蜂窩網(wǎng)絡(luò)的靈活高效運(yùn)行得以有效實(shí)現(xiàn)。