CN1111468A - 局间相位同步方式 - Google Patents

Abstract

为了使各基地局之间进行自律局间相位同步，在 中央局及各基地局中设置高精度时钟，对于时钟的时 刻信息进行相位补偿。以根据时钟的精确度确保局 间的同步。在信号速度很高的条件下仍然能够获得 高的同步精度。时钟还可用GPS作更为准确的校 正。此外，在本发明中，由各基地局发送的寻呼信号 按帧划分，设定对照表，形成对发信进行控制的结构， 就不必再在由中央局向各基地局传输的寻呼信号中 附加表示发信时刻的信号，从而简化了各基地局的设 备。

Description

本发明适用于移动通信，特别涉及在多个基地局之间用来发送信息所用的信号相位的同步技术。基地局设在移动局之间，利用无线通信回路、使用统一的寻呼信号和同一频率发送信息。

现参照图10中的现有技术的示例进行说明。图10是用来说明使相位同步的结构图。现以在移动局中不设发信装置，仅由收信装置构成的无线寻呼方式为例进行说明。为了使多个基地局30-37能以采用无线寻呼方式、使用同一频率的寻呼信号发送信息，在各基地局30-37中就必须使无线信号发送信息的时钟信号保持一致。中央局1通过中继线（原则上要使用有线电路）向各基地局30-37发送寻呼信号。各基地局30-37要在上述寻呼信号中附加一定的延迟信号，借以使各基地局30-37的发送信息的时钟信号一致，使用统一的频率发送信息。

此时，在基地局30-37中接收来自上位局以电波发送并经过中继线（20-27）传输来的寻呼信号，从收到的时钟信号中抽样，对其中的时差通过延迟电路进行补偿，借以使本局发出的无线信号中的时钟信号和上位局以无线信号发送的时钟信号保持一致。这是使基地局30-37之间保持相位同步广为使用的一种方法。

但是，在采用这种使相位同步的现有方法时，由于在中继线20-27中测定的收信时钟误差和在无线区间测定的收信时钟误差叠加积累的结果，从而使同步精度降低，特别是在信号速度很快的情况下，必须将同步时钟信号调节到必要的范围以内。

此外，在特开昭61-62244号公报中，发布了分别在中央局1和基地局30-37中分别设置时刻信号发生装置，也就是以装设基准时钟的方式。在这种方式中，由中央局1和基地局30-37发送的无线信号的相位是采用随同基准时钟发送的时钟信息一并发送的结构。所以必须要随时根据由中央局1发来的校正信息对这些基准时钟时刻进行校正。但是，在这种情况下，由于中央局1和各基地局30-37之间要分别受到各自中继线的距离不同的影响，由于校正信息延迟时间的差异所以校正时间的准确精度还达不到某个限度以上。在这种情况下，就要想办法根据中继线传输线路距离的信息形成的延迟时间差来进行补偿。这种方法虽然在中央局1和各基地局30-37之间连接的通信电路是长期保持一定不变的路径长度的电路条件下可能实现，但是在多数场合中，在中央局1和各基地局30-37之间连接通信电路的路径要根据当时通信量的变化有所改变，如果遇到这种情况，就不可能利用基准时钟进行准确的时间校正。

除此以外，采用上述方式在各基地局装设基准时钟的办法，虽然能够进行准确校正，从而进行同步发信，但仍残留以下所列问题。这就是说，从中央局1向各基地局30-37发信时所发出的寻呼信号必须要对各基地局30-37指定发信的时钟信号。为此，就必须按图11所示，在连续发出的全部寻呼信号中必须要附加表示送信的每个时刻的控制信号。这种发信时刻就是（例如）表示连续发送的寻呼信号是在○时○分○秒发送的等一类的信息。因此这种控制信号和寻呼信号是以（例如64kb/s的速度发送的。然而向各基地局30-37发送的电波信号却是以通过中继线以1.2kb/s的传输速度发送的，是如图1所示的断续信号。但是各基地局30-37并不能以电波的方式将这种控制信号向外发送，所以在各基地局30-37中必须要装设滤波电路，借以将这种控制信号除去。这就是说，这不但会使各基地局30-37的装置复杂化，还会使中继线的传输效率降低，这就是其中的缺点。

本发明是在这种背景条件下进行的，其目的是要依靠时钟的精确度来确保局间相位同步，并在信号速度很高的条件下也能达到所要求的同步精度，从而提供一种相位同步的方式。

本发明的目的是为了使基地局和中央局所设的基准时钟能够达到极为精确的校正，提供一种能够使各基地局发送的帧信号不存在实质性的相位差的方式。

本发明的目的是通过采用一种既经济又实用的装置提供一种能够使各局发送的帧信号不存在实质性的相位差的方式。

本发明的目的是提供一种不需要在中央局发往各基地局的寻呼信号中附加时钟信息，借以简化基地局的装置，能够提高中继线传输效率的发信方式。

本发明的目的是提供一种时钟校正方法，在中央局和各基地局配置用于对相位进行校正的高精确度时钟。

本发明的第一个观点就是要使局间相位同步，其特征为：在各基地局配备以同一时刻计时，走时极为准确的基准时钟。

这就是说，本发明的特征为：设有移动局和采用无线回路进行联系的多个基地局，以及用于控制这些基地局用的中央局;上述中央局设有发信装置，用来向各基地局发送完全帧同步信号，再由各基地局向移动局转发此同步信号;前述的中央局和各基地局都分别设置以同一时刻计时的基准时钟，并设有以此基准时钟的时刻信息为基准，对上述帧同步信号中的发送时钟信号进行调节的装置，以及对该基准时钟进行校正的装置。

在上述的基准时钟校正装置中，最好是包括用于接收来自处于GPS（全球定位系统）同一系统中的卫星发来的电波信号，借以校正本局的基准时钟的时刻的装置。

在上述同一系统中，最好是利用同一颗卫星。

上述基准时钟是装有铷振荡器或铯振荡器的时钟;在上述校正装置中，设有与上述中央局和基地局所设的基准时钟有所不同的可能移动的基准时钟，这种可能移动的时钟与上述分别设置的基准时钟之间的电气连接要尽可能缩短，其距离要缩短到与后者之间的延迟时间不会出现问题的程度，并且包括对时钟的时刻进行校正的装置。

上述对于在帧同步信号中所含的发送时钟信号进行调节的装置，最好是包括用于暂时储存发信信号帧的装置，和用于记载与上述信信号帧相对应的上述时刻信息的对照表，还有为了使上述时刻信息对照表同步，以该对照表为依据，用于在上述暂时储存发信信号帧的装置中进行选择用的选择装置。

在上述暂时储存装置中，最好是设有按信号帧划分区位，同来储存可能由中央局发来的发送信号帧的存储装置。

本发明的第二个观点是：要具备基准时钟的校正方法，其特征为在上述用来校正在通过无线回路与移动局保持联系的多个基地局中、以及在用来控制这些多个基地局用的中央局中所设的基准时钟的校正方法中，专门设置了与上述基准时钟有所不同的可移动时钟，这种可移动时钟可在上述基地局和中央局之间进行物理移动，并与上述基地局与中央局所设的基准时钟并排放置，用来使上述基地局和上述中央局的基准时钟的走时和这种可移动的基准时钟的走时完全一致。

根据各基地局所设、按同一走时计时的高精确度时钟，各基地局能够取得彼此互相统一的实时时刻的信息，参照这些时刻信息和与其相对应的用来发信的全部帧信息，各基地局就能单独进行相位补偿控制。

采用这种方法，就能确保依靠时钟精确度的局间同步极高的精度。

除此以外，由于采用GPS，可以在各基地局装设能够单独进行校正用的设备。用于接收来自GPS信息的接收设备可以指生产，价格便宜;在GPS卫星上分别设有基准时钟，其校正工作可以达到极其精确的程度。因此，中央局和各基地局可以随着GPS的时钟信息由各局的基准时钟进行极为精确的校正工作。这种校正工作可以根据基准时钟的精确度随时或定期进行。

准备好上述基准时钟和专门设置的可能移动的基准时钟，将这样的可移动基准时钟分别在上述基地局和上述中央局中进行物理移动，对和基地局和中央局中的基准时针并排放置，使上述基地局和上述中央局的基准时钟的走时与这种可移动基准时钟的走时一致，在中央局中根据装有铷振荡器或铯振荡器的高精确度时钟集中设定时钟的走时，这样可以省却在各基地局中分设的麻烦。

图1是本发明第一实施例结构框图。

图2是基地局主要部分结构框图。

图3是本发明第二实施例结构框图。

图4是第二实施例基准时钟结构框图。

图5是表示重定时电路工作波形图。

图6是按帧划分的寻呼信号格式图。

图7是本发明第一实施例可变延迟电路结构框图。

图8是本发明第三实施例可变延迟电路缓冲存储器储存程序流程图。

图9是本发明第三实施例可变延迟电路读出发送程序流程图。

图10是现有技术示例结构图。

图11是现有技术示例中继传输线路传输信号结构图。

现参照本发明第1实施例图1及图2结构图进行说明。图1是本发明第1实施例装置的结构框图。图2是中央局和基地局主要部分结构框图。

本发明是局间相位同步方式，其特征为：设有移动局40-42，通过无线电路连接起来的基地局30-37以及用来控制这些基地局30-37的中央局7的发送装置，设有相位同步信号发送器13，通过中继电路20-27，向各基地局30-37发送相同步信号。与此相对应，各基地局30-37向移动局40-42发送帧同步信号。各基地局30-37，如图2所示，分别设有基准时钟2，可变延迟电路3，和校正端子60。基准时钟2用于以同一时刻计时;可变延迟电路3是补偿装置，用来对于以基准时钟2的时刻信号为依据，对上述帧同步信号发送的时钟信号进行补偿;校正端子60是用来对基准时钟进行校正用的装置。

其次，使用作为基准时钟用的高精度时钟2和这个基准时钟2的走时吻合方式进行说明。基准时钟2是使用铷振荡器或铯振荡器的高精度时钟。为了使基地局30-37之间的走时吻合，是将准备设在各基地局30-37处的基准时钟放在同一个地方对准走时，然后再配置在各基地局30-37。在进行这种对准走时的过程中，先将两个基准时钟送出的时刻脉冲分别送入一个比较电路进行对比，检测出两者的时差，然后输入与延迟时差的相当延迟值。

在本发明的第一实施例中，通过中继电路传输到基地局的寻呼信号在可变延迟电路3中暂时储存，由这个可变延迟电路3读出基准时钟2的信号，利用发信机4以电波信号的方式向外发送。

各基地局30-37也都设有如图2所示的同样结构。由于各基地局30-37的时钟保持同样的时刻，在中央局和各基地局30-37中除了设置固定不动的基准时钟外，还另外设有一台移动用的基准时钟（图中未示出）。可移动的基准时钟分别利用中央局1的基准时钟2进行校正，然后分别往基地局30-37搬运，通过将校正端子60连接在基地局30-37的这些时钟上，就可以通过这个端子对基地局30-37的基准时钟分别进行校正。本发明第一实施例中所用的基准时钟是采用铷振荡器的基准时钟。

此种使用了铷振荡器的基准时钟其长期频率稳定度至少2×10^-11/月以上，将以这种铷振荡器振荡的频率作为1秒的基准，它每一个月的时间误差最大值是

60（秒）×60（分）×24（小时）×30（日）×2×10^-11×1/2＝25.92（μs）

因此，对各基地局30-37的基准时钟2时间对准每一个月进行一次，则中央局1和各基地局30-37的信号送出时间差（局间同步精度）在26μs以下的局间同步成为可能。此外，在各基地局30-37的基准时钟2的时间对准每一周进行一次的场合，使局间同步精度达7（μs）以下的局间同步成为可能。图中的时刻基准虽然是以中央局1或特定无线电台的情况为例所做的说明，也可以根据邻近的基地局30-37之间的从属时刻进行校准。

以下参照图3及图4说明第二实施例。图3是本发明的第二实施例的结构图。图4是本发明第二实施例基本时钟的结构框图。在本发明第一实施例中，虽然是以在各基地局30-37中所设的时钟是由中央局1的基准时钟2进行逐台校正为例进行的说明，但在本发明的第二实施例中却是由各基地局30-37接收来自GPS的电波，根据该电波进行时钟对时。

如图3所示，GPS的人造卫星8，8′是围绕地球旋转的24个人造卫星中的一个，在每个人造卫星中都装载了精确度极高的原子时钟。其精确度极高。在进行位置测定的同时，接收来自3个或4个卫星发来的计时信号，根据计时信号到达的时间差，通过运算确定自身的位置。能够利用这种方法校准时间。校准时间的过程如下所述。首先利用GPS测定自身的位置。这本来就是GPS的目的，即利用相应的精确度来进行位置测定。然后，由各基地局30-37接收由人造卫星9或8′根据原子时钟发来的高精度定时信号，以此来校正自己的基准时钟2。在此过程中，虽然由于人造卫星8或8′与各基地局30-37之间距离方面的原因会产生时差，但可以根据上述方法测出的自身的位置，利用公认的数学式进行实时运算，求出本局与该卫星之间的准确距离。这个过程目前可由计算机自动执行。采用这种方法，各基地局30-37就可以由GPS取得计时信息，对基准时钟2进行准确校正。这样的校正精度可以达到0.1μs秒的高精度，所以局间的相位同步值极高。

本发明的第二实施例中的基准时钟2的具体结构如图4所示。由图4可见，GPS收信器5用于接收来自人造卫星8的电波。在这种电波中载有定时信息，由基准时钟校正器6校正基准时钟部7的时刻。在基准时钟校正器6中，装有时差补偿电路，用来运算与人造卫星8或8′之间的距离。

通过对GPS所用的时刻进行频繁校正的办法，就可以使装有铷振荡器的基准时钟7在各基地局中充分发挥它的高级性能。

以下参照图5说明本发明的第一及第二实施例中的基地局30-37的工作原理。图5所示，是重定时的工作原理图。如图2所示的可变延迟电路3就是由重定时电路构成的。重定时电路是用于将输入时钟按图5（a）所示输入信号中的时钟进行调整以后的输出电路。这样的调整可以利用触发电路完成。这是利用图5（b）中所示输入时钟波中的上升段作为输入信号中的时钟波的上升段进行的调整。采用这种方式形成的重定时电路，可以用1比特的信息量进行定时控制。

以下参照图6至图9说明本发明的第三实施例。图6是以分帧的方式表示的寻呼信号格式图。图7是本发明第三实施例的可变延迟电路3的结构框图。图8是本发明第三实施例的可变延迟回路3的缓冲存储器53的储存程序流程图。图9是本发明第三实施例的可变延迟回路3的读出程序流程图。本发明第三实施例适用于采用更大控制范围的场合。

现参照图7说明基地局30的结构。在基地局30中将通过中继线接收的由中央局发来的寻呼信号暂时储存在延迟电路52中，与此同时，通过帧检出电路51从寻呼信号中检出其中的信号帧。此后，每当从延迟回路中读出一帧的信号，便将其输出到缓冲存储器53中储存。另一方面，该基地局将表1所示有关发信信号在存储电路54中进行设定，读出控制电路55随着由基准时钟发来的信号将存在缓冲存储器53中所存的连续帧信号读出，并由其进行控制，顺序将其中的内容发送到发信机。

如图8所示，基地局30接收寻呼信号（S1），检出图6所示信号帧中的标题（帧同步信号）（S2），变更缓冲存储器53中的写入地址（S3），并将每帧的寻呼信号储存在缓冲存储器53中（S4）。

如图9所示，在缓冲存储器53中写入的信息经过附加上发送信号的时刻（S10），然后通过发信机发送无线信号（S11）。

在缓冲存储器53中对于读出所做的定时控制，可以通过在基地局30中预先设定的表在各信号帧中附加发送时钟（发信时间）来实现。在此表中，设T为帧周期，列出了在信号标题中的帧号信息中际加基地局发送时刻和发信帧的对照表，如表1所示。表1是表示信号发送时刻和帧号的对照表。

在表1中“1”号帧信号的发信时刻定为t0。由表1可见，当帧号为i时，发信时刻可取：

（i-1）T+t0

为了使说明中所用的示例便于理解，设在标准时刻t0时每分钟为0秒。因此，如果设每秒钟发送1帧的信息，则当帧数为n时，n等于60。于是图7中的缓冲存储器53的个数为60个，当中央局通过中继线接收的寻呼信号以电波信号发送时，如按每秒钟发送的信号划分，分别储存在缓冲存储器53中，时刻从t0起算，（例如从2点3分00.00起算），以每秒读出1个信号帧计算，将读出的连续帧信号发送出去。

此时如果以T表示在经常情况下保持恒定条件下的周期，当帧的周期T分别为T₁、T₂、T₃…T_n共有n个种类，于是在对照表中将同样周期内的帧号与信号发送时刻并列编成对照表。于是就可以采用与局间同步的方式进行通信，在这样的情况下，如果信号帧的内容复杂，当设定t0为每小时的0发00秒，4分00秒，8分00秒，…，以4分钟为间隔的条件下进行设定。

另外，在此处的说明中，虽然是将缓冲存储器53和时钟控制器50作为不同的结构、且以硬件为例的方式进行的说明，但是缓冲存储器53和时钟控制器50也可以采用同样的结构，并且使用软件进行处理。

采用这样的方式，由各基地局预先设定对照表，按照这个对照表的规定，对于由缓冲存储器中读出的内容进行控制，就没有必要在由中央局通过所设的中继线分别向各基地局发送的寻呼信号中分别附加发信时刻。从而使各基地局的结构简单化，使各基地局发送的信号的帧信号保持准确的同步状态。

采用这样的方式，通过在各基地局中装设缓冲存储器53的办法，就可以适应用中央局向各基地局所设中继线的延迟量出现急剧变化的情况。当延迟量发生急剧变化时，就会发生要改变中继线路径的情况。遇到这种情况，由于此时在缓冲存储器53中存储信息的容量大，所以能够吸收这样的变动。

还有，在本文中虽然提出要在信号的标题中附加帧号的信息，但是也可以设法不在帧信号中附加帧号信息。例如，当确定在某一时刻的发信帧的寻呼信号信息时，装设检测这种帧信号用的装置，从而就不需要使用帧号。还有一种办法，就是先确定在某一时刻发送发信的帧号，只在这一帧中附加帧号，从此以后再不需要在帧信号中附加帧号信息。在这种情况下，局间同步调准的容许误差为±T/2。

在本发明的第一至第三实施例中，虽然都是按照采用无线寻呼的方式进行的叙述，但是本发明并不限定要采用本发明的无线寻呼的方式，也能够同样适用局间同步所需的无线通信方式。

按照以上说明，采用本发明，就可以确保依靠时钟的精确度来达到既定的局间同步，即便在信号速度快的场合，也能够达到要求的时间精确度，实现相位同步的方式。

除此以外，在本发明的第一至第三实施例中，虽然都是以采用铷振荡器的高精度时钟为例做的说明，但在本发明的第二实施例中提出了采用GPS对基准时钟进行频繁校正的前提条件，从而就不必要使用长期保持较高精确度的时钟。这样就能够采用廉价的基地局装置的结构。

Claims (7)

1、局间相位同步方式，其特征为：设有移动台、基地局和中央局；多个基地局通过无线回路与移动台联系，中央局用来控制多个基地局；各基地局向移动局发送所有的帧同步信号，上述中央局向各基地局发送上述信号，

上述中央局和各基地局都设有以同一时刻计时的基准时钟；

以及以这种基准时钟为基准，发送在上述帧同步帧信号中所包含的寻呼信号，并对寻呼信号的发送时钟信号进行调节用的装置；还有对上述基准时钟进行校正用的装置。

2、权利权利中记载的局间相位同步方式，其中包括：上述基准时钟的校正装置是利用接收到的、由GPS（Gloal Positiong System）系统内的卫星发来的电波信号，利用此信号校正本局的基准时钟的时刻的装置。

3、权利要求2中记载的局间相位同步方式中含有上述同一系统内的卫星之中的同一颗卫星。

4、权利要求1至4中记载的任何一种局间相位同步方式，其中设有上述基准时钟和上述时刻校正设备;上述基准时钟中装有铷振荡器或铯振荡器;上述时刻校正装置是用来校正在上述中央局和各基地局中分别设置的基准时钟以及另外设置的可能移动的基准时钟的时刻的校正装置，这种可能移动的基准时钟与上述分别设置的基准时钟之间的电气连接距离要达到尽可能短的程度，以便不致产生延迟时间的问题。

5、权利要求1至4中记载的任何一种局间相位同步方式，其中含有调节、存储装置，表示上述时刻信息的对照表和选择装置;调节装置用来调节在上述帧同步信号中所含的时钟信号;储存装置用来按区划分暂时储存的发送全部信号用的信号帧;对照表中在各帧号的项下记载与之相对应的时刻信息;选择装置用来从上述暂时储存用的存储器中选择该对照表中所存的信号帧，以求在上述时刻信息中同步。

6、权利要求5中记载的局间相位同步方式，其中含有存储装置，上述存储装置用来暂时储存由上述中央局发来的信号，储存时按照帧分区存入。

7、基准时钟校正方法，其特征为：这是对于在与移动局以无线回路进行联系的多个基地局以及用来控制各基地局的中央局内分别设置的高精度基准时钟进行校正的方式，基准时钟是指上述的基准时钟和另外设置的可能移动的基准时钟，这种可移动的基准时钟可以在上述各基地局和上述中央局之间分别进行物理移动，并与各基地局和中央局的基准时钟并排放置，并使上述基地局和上述中央局中的基准时钟的走时和可能移动的基准时钟的走时调整一致。

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