技术领域

本发明属于移动通信网络技术领域， 涉及一种家庭基站间同步的获取与保持方法。 背景技术

家庭基站 （Home NodeB, HNB) 又被称为毫微微蜂窝基站 （Femtocell), 是一种小型的 蜂窝基站。 一般在家庭室内或小型商业机构中使用， 主要用来改善无线信号的室内覆盖和分 流高速数据流量， 以提高宏网络的容量。

TD-SCDMA是一种时分复用的同步 CDMA技术， 对同步的要求很高。 家庭基站作为一 种 NodeB类， 也必须进行家庭基站之间的同步。 如果家庭基站与宏基站之间或家庭基站之间 不同步， 会产生严重的干扰。 因此， 家庭基站的同步十分重要。 家庭基站是一种用户端设备， 具有数量庞大、 即插即用、 位置和上电的任意性等特征， 无法按传统方法对其进行统一的规 划和优化， 对同步问题也提出了很高的要求。

HNB可以通过侦听邻近基站的无线信号来实现同 步。 在 TD-SCDMA系统中， 定义了特 殊的帧结构来实现同步。 如图 1 所示， 以 5ms 为一个子帧， 每个子帧包括 7 个业务时隙 (TS0〜TS6)和 3个特殊时隙， 分别为下行导频时隙 （DwPTS), 保护时隙（GP)和上行导频 时隙 （UpPTS)。 业务时隙包括两个数据域和一个 144码片的中间码， 中间码作为训练序列进 行多用户检测， 并为上行同步保持提供检测基准。下行导频时 隙 DwPTS用于下行同步和小区 初搜， 由 64码片的下行同步码和 32码片的保护间隔构成， 时长 75us。 保护时隙 GP用于下 行到上行转换的保护。 在小区搜索时， 确保 DwPTS可靠接收， 防止干扰上行导频时隙工作； 在随机接入时确保 UpPTS可以提前发射以防止对 DwPTS产生干扰。上行导频时隙 UpPTS用 于建立上行初始同步和随机接入， 包含 128码片的上行同步码和 32码片的保护间隔。

家庭基站之间的空口同步是指家庭基站与同步 源 （可以是宏基站， 也可以是其他家庭基 站）的无线帧的起始时间相同， 具体地，使它们的 DwPTS时隙的起始时间相同。如图 1所示， 同步源 NodeB中的下行导频时隙 DwPTS的起始时间为 ， 由于传输时延的原因， ΗΝΒ,·侦听 到 DwPTS时隙的起始时间是 延迟了 之后的时间 ^， 其中 是 ΗΝΒ,·与 NodeB /之间的传 输时延。为了使 ΗΝΒ,·与 NodeB保持同步， ΗΝΒ,·应该在侦听到 NodeB的 DwPTS时隙的时间 的基础上， 将自己的 DwPTS的起始时间提前 4， 即 时刻。 这样， ΗΝΒ,·与 NodeBy的帧的 起始时间相同， 实现了 ΗΝΒ,·与 NodeB之间的同步。 因此， 空口同步的关键是测量两个节点 之间的传输时延 。 为了实现这个目的， 家庭基站 ΗΝΒ,·首先与同步源 NodeB /建立下行同步， 然后伪装成 UE 向同步源 NodeB /发起一个 "假" 随机接入过程来获得传输时延。 现有的家庭 基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB/进行空口同步的过程 （简称为完备同步过程） 包括如下步骤：

1 )家庭基站 ΗΝΒ,·在一个子帧的时间内搜索同步源 NodeBy发送的下行同步码， 确定小区 使用的下行同步码和下行导频时隙的起始时间 / 建立下行同步；

2 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·确定 NodeBy使用的 Midamble码、 扰码等， 锁定下行同步；

3 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·与 NodeB/建立主公共控制物理信道的同步， 控制复帧同步， 在 BCH 信道读取小区广播信息；

4 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·随机选择可用的上行同步码， 在上行导频时隙发送该码。 在接下来的 4个子帧内检查 NodeBy发来的 FPACH响应， 根据响应中的相关信息估计出 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB/之间的传输时延 4;

5 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·根据 和 调整下行导频时隙的起始时间， 完成与 NodeB的同步。 此方法的缺陷是： 需要占用较多的系统资源， 耗时也比较长。 而且， 为了保持家庭基站 与同步源之间的同步， 需要周期性地执行这个过程。 如果使用上述过程， 会浪费家庭基站的 较多资源， 降低提供业务的能力。 在 TD-SCDMA系统中， UE上行同步的保持是在通信过程 中利用数据传输信道的中置码进行。 但是， 家庭基站与同步源之间没有直接的数据传输信 道， 所以无法使用中置码的方式进行同步保持的控 制。 此外， 所述空口同步过程的另一个不足是， 家庭基站仅与一个邻节点进行同步， 此时存在与其他邻节点之间不同步的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是： 提供一种家庭基站间同步的获取与保持方法， 该方法使 家庭基站通过空中接口实现同步并保持同步。

一种家庭基站间同步的获取与保持方法， 包括以下步骤：

步骤 S l， 家庭基站 ΗΝΒ,.建立并维护邻节点列表， 初始化各邻节点的参数；

步骤 S2， 家庭基站 ΗΝΒ,·周期性地选择一个邻节点 NodeBy作为同步源；

步骤 S3， 家庭基站 ΗΝΒ,·判断与同步源 NodeB需要执行的同步类型； 如果同步次数 Ν,· 等于 0， 家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeBy进行完备同步过程， 获得同步源 NodeBy的同步时间 j; 如果同步次数 Ν·大于 0， 家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB进行快速同步过程， 获得同步源 NodeB/的同步时间

步骤 S4， 家庭基站 ΗΝΒ,·更新自己的同步时间 _fi ， 并修改同步次数 Ν·， 然后转回到业务模 式。

作为本发明的一种优选方案， 所述邻节点的参数包括同步次数 N _; 步骤 S I中， 所有邻节 点的同步次数 Ν·初始化为 0; 所述邻节点为家庭基站或宏基站。

作为本发明的另一种优选方案， 步骤 S2中， 所述同步源是随机地或使用轮询的方式从邻 节点中选择的。

作为本发明的再一种优选方案， 步骤 S3中， 所述完备同步过程为：

531 )家庭基站 ΗΝΒ,·在一个子帧的时间内搜索同步源 NodeBy发送的下行同步码， 确定小 区使用的下行同步码和下行导频时隙的起始时 间 /·， 建立下行同步；

532 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·确定同步源 NodeB使用的编码， 锁定下行同步；

533 ) 家庭基站 ΗΝΒ,.与同步源 NodeBy建立主公共控制物理信道的同步， 控制复帧同步， 在 BCH信道读取小区广播信息；

534 )家庭基站 ΗΝΒ,·随机选择可用的上行同步码，在上行导 频时隙发送所述上行同步码； 然后在接下来的 4个子帧内检查同步源 NodeBy发来的 FPACH响应，根据 FPACH响应中的相 关信息估计出家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB /之间的传输时延 ， 并保存 d，

S35 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·确定同步源 NodeBy的同步时间 。

作为本发的再一种优选方案， 步骤 S3中， 所述快速同步过程包括如下步骤：

S31 ' ) 家庭基站 ΗΝΒ,·在一个子帧的时间内搜索同步源 NodeBy发送的下行同步码， 确定 下行导频时隙的起始时间 t _r , 家庭基站 ΗΝΒ,·利用步骤 S34 ) 中保存的 确定同步源 NodeBy 的同步时间

S32' )如果在一个子帧内没有检测到下行同步码，� �迟 1帧后继续搜索，直到检测到为止； 作为本发明的再一种优选方案， 步骤 S4的详细实现过程为：

S41 )家庭基站 ΗΝΒ,·根据自己当前同步时间和本次同步过程 获得的同步源 NodeB的同步 时间^ 用下述迭代方式更新自己的同步时间

ί^ + ί) = λ ) + (\ - λ)ί (k) 其中， ,< 表示家庭基站 ΗΝΒ,·当前的同步时间， ,<fc+l)表示家庭基站 ΗΝΒ,·更新后的同步 时间， 表示家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB本次同步过程获得的同步时间， λ是一个优化 参数， 0<λ<1 ;

542) 同步次数 加 1； 如果 N^Nma^ lj说明快速同步次数已经达到上限， 下一次需要重 新执行完备同步过程， 重新设置 Ν·等于零； 其中， N _max 为设定的快速同步次数的最大值；

543 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·从同步处理模式转移到业务模式；

544) 返回步骤 S2进入下一个同步周期。 本发明的有益效果在于： 本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方 法占用资源少、 速度快， 无需中心节点控制， 具有自组织、 自优化的能力。 附图说明

图 1为家庭基站中的帧结构传输示意图；

图 2为家庭 HNB在 3个工作模式中的转换示意图；

图 3为本发明所述的家庭基站间同步的获取与保� �方法的流程示意图。 具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是： 1 )家庭基站空口同步以及同步保持过程占用资� �多、 耗 时长的问题； 2) 仅与一个同步源进行同步时存在与其它邻基站 间不同步的问题。

本发明公开了一种家庭基站间同步的获取与保 持方法， 该方法使用一种快速同步过程以 减少家庭基站空口同步以及同步保持过程中占 用的资源， 并縮短同步过程的耗时； 该方法中 的家庭基站与邻节点进行空口同步， 然后使用一种迭代的方式更新自己的同步时间 。 在家庭 基站的相互影响、 相互协作下， 实现家庭基站所在区域的所有家庭基站的同步 。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一 步详细说明。 实施例一

家庭基站是基站的一类， 要为所属的 UE提供服务。 普通基站的 DwPTS时隙只用来发送 下行同步码， UpPTS 时隙只用来接收上行同步码。 而为了满足空口同步的要求， 家庭基站必 须在进行空口同步时暂停向 UE提供业务。 如， 在 DwPTS接收并检测 NodeB发送的下行同 步码时， 暂停在 DwPTS时隙发送自己的下行同步码； 在 UpPTS时隙向 NodeBy发送上行同步 码时， 无法接收所属 UE发送的上行同步码。

为此， 为进行空口同步的家庭基站定义如下三种工作 模式：

1、 业务模式： HNB为所属 UE提供正常的业务； HNB要在 DwPTS时隙向所属 UE发送 下行同步码， 在 UpPTS时隙接收并处理所属 UE的上行同步， 在业务时隙处理常规 NodeB业 务。

2、完备同步处理模式： HNB在 DwPTS时隙接收同步源 NodeB的下行同步码，在 UpPTS 时隙向 NodeB发送上行同步码； 此模式下 HNB不能在 DwPTS时隙发送， 也不能在 UpPTS 时隙接收。

3、 快速同步处理模式： HNB在 DwPTS时隙接收 NodeB的下行同步码； 此模式下 HNB 不能在 DwPTS时隙发送， 但能在 UpPTS时隙接收。

在上述两种与同步处理相关的模式下， 受影响的仅是与 DwPTS时隙和 UpPTS时隙相关 的操作， 不会影响 HNB的其他业务时隙。 HNB可根据需要在上述 3个工作模式中进行转换， 转换方式如图 2所示。

家庭基站进行空口同步的关键是获得 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB /之间的传输时延 d, 然后根 据检测到的 NodeB/的 DwPTS时隙的起始时间 /·来确定 ΗΝΒ,·的下行导频时隙的起始时间。

家庭基站一旦部署之后， 位置基本上是固定的， 其与选定的同步源之间的距离不变， 它 们之间的传输时延 d也是固定的， 或者变化范围极小可以忽略。 利用这一特点， 可以采用一 种快速同步过程代替完备同步过程。快速同步 过程的目的是检测同步源的 DwPTS的起始时间 tj。

家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB /进行快速同步的过程包括以下步骤：

1 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·在 DwPTS侦听同步源 NodeB/的下行同步码， 确定本次侦听获得的 DwPTS的起始时间 t _j;

2) 根据上次完备同步过程测量出的传输时延 计算出家庭基站 ΗΝΒ,·的 DwPTS的正确 位置， 据此调整家庭基站 HNB的同步时间。

快速同步过程具有同步速度快、 占用资源少的优点。 其不足是只能检测到同步源的同步 时间的变化， 而不能检测到传输时延 d的变化。 因此， 家庭基站仍然需要周期性地与同步源 进行一次完备同步过程， 重新测量传输时延

实现时，家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeBy需要先执行完备同步过程； ΗΝΒ,·与同步源 NodeBy 经过最多 N _max 次快速同步过程后， 必须进行一次完备同步过程来重新测量传输时 延 。

为了实现以上目的， 家庭基站 ΗΝΒ,·要建立邻节点列表。 邻节点可能是宏基站， 也可能是 其他家庭基站。 ΗΝΒ,·为每个邻节点 NodeBy维护用于同步的两个参数： 1 ) 同步次数 N _j; 2) 传输时延 。其中， 同步次数 Ν·记录与同步源 NodeB /执行同步过程的次数； 传输时延 记录 家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeBy之间的传输时延。

本实施例提供一种家庭基站间同步的获取与保 持方法， 如图 3所示， 该同步方法中， 每 个家庭基站都进行以下的同步过程， 互相协作来达到所有家庭基站之间的同步； 其中一个家 庭基站 ΗΝΒ,·同步和保持同步的过程具体包括以下步 骤：

步骤 1， 家庭基站 ΗΝΒ,·建立并维护邻节点列表， 初始化各邻节点参数。 具体地， 所有邻 节点 NodeB /的同步次数 N/初始化为 0。

步骤 2， 家庭基站 ΗΝΒ,·周期性地选择一个邻节点 NodeB作为同步源。 同步源可以随机 地从邻节点中选择， 优选地， 可以使用轮询的方式逐个选择。

步骤 3， 家庭基站 ΗΝΒ,·判断与同步源 NodeB/需要执行的同步类型。 如果 Ν·等于 0， 说 明家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB /需要进行完备同步过程。此时，家庭基站 ΗΝΒ,·进入完备同 步处理模式， 执行以下完备同步过程， 获得同步源 NodeBy的同步时间 和传输时延 。 具体 实现过程包括如下步骤：

31 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·在一个子帧的时间内搜索同步源 NodeB发送的下行同步码， 确定小 区使用的下行同步码和 DwPTS时隙的起始时间 tj, 建立下行同步；

32) 家庭基站 ΗΝΒ,·确定同步源 NodeB/使用的 Midamble码、 扰码等， 锁定下行同步；

33 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB/建立主公共控制物理信道的同步， 控制复帧同步， 在 BCH信道读取小区广播信息；

34) 家庭基站 ΗΝΒ,·随机选择可用的上行同步码， 在 UpPTS时隙发送该码。 在接下来的 4个子帧内检查同步源 NodeB发来的 FPACH响应，根据 FPACH响应中的相关信息估计出家 庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeB之间的传输时延 ， 并保存 d，

35 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·确定同步源 NodeB/的同步时间 。 步骤 4， 如果 Ν·大于 0， 说明家庭基站 ΗΝΒ,·与同步源 NodeBy需要执行快速同步过程。 此时， ΗΝΒ,·进入快速同步处理模式， 执行以下快速同步过程， 获得同步源 NodeBy的同步时 间 t _i , 所述快速同步过程包括如下步骤：

41 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·在一个子帧的时间内搜索同步源 NodeBy发送的下行同步码， 确定 DwPTS时隙的起始时间 t _r , 家庭基站 ΗΝΒ,·利用步骤 34 )中保存的 确定同步源 NodeB/的同 步时间 tftj-di ;

42) 如果在该子帧内没有检测到下行同步码， 延迟 1帧后继续搜索， 直到检测到为止。

步骤 5， 家庭基站 ΗΝΒ,·更新同步时间 并修改同步次数 N _; 具体包括如下步骤：

51 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·根据自己的当前同步时间和本次同步过 程获得的同步源 NodeB /的同 步时间^ 用下述迭代方式更新自己的同步时间

其中 表示家庭基站 ΗΝΒ,·当前的同步时间， , +1)表示家庭基站 ΗΝΒ,·更新后的同步时 间， 表示家庭基站 ΗΝΒ,与同步源 NodeBy本次同步过程获得的同步时间， λ是一个优化参 数， 0<λ<1 ;

52)同步次数 Ν/加 1 ; 如果 N^Nma^ lj说明快速同步次数已经达到上限， 下一次需要重新 执行完备同步过程， 重新设置 Ν·等于零； N _max 为设定的快速同步次数的最大值；

53 ) 家庭基站 ΗΝΒ,·从同步处理模式转移到业务模式；

54) 返回步骤 2进入下一个同步周期。 本发明所述的家庭基站间同步的获取与保持方 法采用了一种快速同步过程， 每个家庭基 站周期性地与选定的同步源进行同步， 获得同步源的同步时间， 然后使用迭代的方式更新自 己的同步时间； 家庭基站与所有邻节点进行同步， 在所有邻节点相互影响、 相互协作下， 实 现了所在区域的所有家庭基站的同步； 这种快速同步过程具有占用资源少耗时短的优 点。

本发明中的家庭基站 ΗΝΒ,·要与 NodeB/进行空口同步， 需要具有如下的功能：

1 ) 具有与同步源 NodeB/建立下行同步的能力， 即在 DwPTS时隙接收并检测 NodeBy的 下行同步码的能力；

2) 具有在 UpPTS时隙向同步源 NodeBy发送上行同步码的能力；

3 ) 具有接收并读取同步源 NodeB发送的 FPACH信息的能力。 本发明实现了家庭基站之间的同步。 由于家庭基站的行为具有动态特性， 常有新的家庭 基站加入或者某个家庭基站关闭的情况， 为了维持同步， 家庭基站维护并更新邻节点列表。 本发明采用多点协作的方式来实现家庭基站与 宏基站 （或其他家庭基站） 之间的同步。 通过 侦听同步源的无线信号， 家庭基站从同步源获得相应的同步时间， 然后确定家庭基站的同步 时间。 相比单同步源的方法， 本发明所述的多点协作同步的方法同步精度高 ， 且同步比较稳 定， 受单个同步源同步误差的影响较小， 能够避免因单个同步源的同步信道质量波动、 同步 源自身定时不准等原因造成的同步误差较大的 情况。 此外， 本发明采用分布式方法解决了家 庭基站等分布式网络的节点同步难题， 无需中心节点控制， 具有自组织、 自优化的能力。 本 发明可适用于 TD-SCDMA以及 TD-LTE未来演进系统的家庭基站等分布式网络。 本发明的描述和应用是说明性的， 并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。 这里所披露 的实施例的变形和改变是可能的， 对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的 替换和等效 的各种部件是公知的。 本领域技术人员应该清楚的是， 在不脱离本发明的精神或本质特征的 情况下， 本发明可以以其他形式、 结构、 布置、 比例， 以及用其他元件、 材料和部件来实现。