СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ПАКЕТОВ ДАННЫХ Российский патент 2000 года по МПК H04J3/06 H04B7/26 H04Q7/20 

Изобретение относится к способу синхронизации пакетов данных между беспроводным оконечным устройством и соответствующей базовой станцией. Этот способ в частности, может быть использован в цифровых беспроводных системах связи с многостанционным доступом с временным разделением каналов для обеспечения правильного приема пакетов, принимаемых с различными задержками, обусловленными эффектами распространения сигналов.

Многие системы связи, содержащие группу беспроводных оконечных устройств и ряд базовых станций, были разработаны на малую дальность действия (пикоячейки), для использования внутри помещения, где расстояние между беспроводными оконечными устройствами и базовыми станциями весьма мало. В настоящее время первоначальное применение этих систем пересмотрено в целях использования их на более обширных пространствах, при увеличенном расстоянии между базовыми станциями и беспроводными оконечными устройствами, для их использования в качестве альтернативы системам сотовой связи. В таких системах связи беспроводные оконечные устройства получают свои опорные сигналы временной развертки от базовых станций, так чтобы моменты передачи базовых станций совпадали с моментами приема в беспроводных оконечных устройствах и наоборот.

Вследствие конфигурации, которую первоначально имели беспроводные системы, разработанные стандарты для этой технологии не предусматривали мероприятий по преодолению проблем, обусловленных задержками распространения, обусловленных расстоянием между базовыми станциями и беспроводными оконечными устройствами, например проблем наложения, вызванного задержкой приема относительно момента, когда они должны быть приняты, что приводит к общей или частичной потере информационных каналов. Это особенно критично в системах с многостанционным доступом с временным разделением каналов (МДВР) и с высокой скоростью передачи битов, где могут возникать такие проблемы, которые практически не имеют последствий для расстояний между базовыми станциями и беспроводными оконечными устройствами, свойственных первоначальной конфигурации этих систем.

Европейский стандарт ETS 300 175-3 "Европейская йифровая радиосвязь (ЕЦРС), Общий интерфейс, часть 3: Уровень управления доступом к среде", октябрь 1992 г. , разработанный Техническим комитетом RES (Устройство и системы радиосвязи), в приложении D "Синхронизация", стр. 186, предлагает для этой системы ЕЦРС три типа синхронизации между беспроводными оконечными устройствами и базовыми станциями для точной передачи и приема пакетов обмениваемых данных: пакетная синхронизация, кадровая синхронизация и сверхцикловая синхронизация.

Этот Европейский стандарт не вводит какой либо процедуры компенсации задержки, обусловленной распространением (которая препятствует осуществлению правильной синхронизации между базовыми станциями и беспроводными оконечными устройствами и вызывает проблемы наложения), поскольку это не является критической проблемой в применениях, для которых предназначалась система. Следовательно, этот Европейский стандарт не предлагает решений проблемы, которая возникает в базовых станциях, когда пакеты, поступающие от различных беспроводных оконечных устройств, связанных с базовыми станциями, принимаются с различными задержками из-за изменения расстояний между этими беспроводными оконечными устройствами и базовыми станциями, что может привести к взаимным помехам между двумя устройствами, следствием чего может быть полная или частичная потеря информационных каналов.

Вследствие вышеизложенного, задача изобретения заключается в обеспечении точной синхронизации между беспроводными оконечными устройствами и их базовыми станциями при увеличении расстояния между ними, чтобы пакеты, поступающие от этих беспроводных оконечных устройств, точно принимались на базовых станциях без задержки распространения, обусловленной расстоянием, препятствующей достижению точной синхронизации между базовой станцией и беспроводными оконечными устройствами, что позволит исключить проблему наложения пакетов с полной или частичной потерей информации или каналов.

Настоящее изобретение предлагает способ синхронизации пакетов данных между беспроводными оконечными устройствами и их базовыми станциями, когда эти беспроводные оконечные устройства расположены на некотором расстоянии от их базовых станций, причем эта процедура применима для цифровых систем радиосвязи.

Указанный способ состоит в смещении вперед в беспроводных оконечных устройствах момента времени передачи их пакетов относительно опорного сигнала, получаемого от базовых станций, в случае отсутствия в течение определенного периода времени ответа на первый пакет, переданный этими оконечными устройствами на базовые станции. Это смещение вперед во времени повторяется до максимального количества битов, в зависимости от размера используемого в системе междуканального защитного интервала для достижения точной синхронизации с этими базовыми станциями и компенсации задержки, создаваемой на пути распространения сигналов, передаваемых как беспроводными оконечными устройствами, так и базовыми станциями.

Преимущество использования этого способа состоит в том, что между беспроводными оконечными устройствами и их базовыми станциями достигается большее расстояние до нескольких километров за счет компенсации задержки распространения, обусловленной расстоянием, что позволяет исключить потерю каналов и информации из-за наложения в момент приема. Таким образом можно увеличить дальность использования цифровых радиосистем и обеспечить конкурентноспособную альтернативу системам сотовой связи.

Более полное объяснение изобретения содержится в нижеприведенном описании предпочтительного варианта осуществления со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:
Фиг.1 - схематичное представление системы, в которой воплощен соответствующий настоящему изобретению способ синхронизации пакетов.

Фиг. 2 - блок-схема последовательных состояний в системе при реализации соответствующей настоящему изобретению процедуры синхронизации пакетов в процессе фазовой синхронизации базовой станции.

Показанная на фиг.1 схема иллюстрирует беспроводную систему связи, в которой воплощен соответствующий изобретению способ синхронизации пакетов для обеспечения корректного приема на базовых станциях пакетов, принимаемых с различными задержками, обусловленными эффектами распространения. Это касается системы радиодоступа, обеспечивающей доступ подвижных абонентов беспроводной сети в стационарную сеть.

Эта система содержит группу базовых станций BS, которые позволяют осуществлять доступ из этой системы в стационарную сеть RF, и группу беспроводных устройств T. Базовые станции B проводами соединены со стационарной сетью RF. Беспроводные оконечные устройства T соединяются посредством радиосвязи с базовыми станциями BS, причем эти беспроводные оконечные устройства T расположены на различных расстояниях d1, d2, d3, d4 от соответствующих базовых станций BS. В этом варианте осуществления для увеличения радиуса действия беспроводных систем на базовых станциях BS используют направленные антенны.

В данной конфигурации системы используется Европейский стандарт DECT (Европейская цифровая радиосвязь), предусматривающий использование кадров МДВР из 11520 двоичных разрядов в длительностью 10 мс с 24 каналами по 416,6 мкс, причем двенадцать каналов предназначены для передачи и двенадцать для приема. Каждый из 24 каналов, состоящих из 480 двоичных разрядов, пронумерованных от 0 до 479, включает в себя защитный интервал из 56 двоичных разрядов. Кроме того. Европейский стандарт предусматривает допустимый сдвиг синхроимпульсов, который может доходить до двух двоичных разрядов.

Беспроводные оконечные устройства T должны синхронизировать свои временные развертки с временными развертками базовых станций BS, прежде чем они могут получить обслуживание, так чтобы моменты передачи базовых станций совпадали с моментами приема на беспроводных оконечных устройствах, и наоборот, и между ними осуществляется корректный обмен данными.

Такая синхронизация беспроводных оконечных устройств T достигается посредством приема на физическом уровне пакетов, посылаемых с базовых станций BS. Возможными состояниями, которые могут принимать беспроводные оконечные устройства T в зависимости от их синхронизации, являются:
- Состояние отсутствия синхронизации - определяется как состояние, при котором беспроводное оконечное устройство Т не синхронизировано ни на каком уровне ни с какой базовой станцией BS.

- Состояние предварительной синхронизации определяется как состояние, при котором беспроводное оконечное устройство T принимает опорные сигналы кадровой и сверхцикловой синхронизации, поступающей от базовой станции BS, а также информацию о ее идентификации, но еще не синхронизировано с базовой станцией,
- Состояние синхронизации определяется как состояние, при котором беспроволочное оконечное устройство T синхронизировано на всех уровнях с базовой станцией BS, то есть оно имеет пакетную, кадровую и сверхцикловую синхронизацию.

Соответствующая настоящему изобретению процедура синхронизации пакетов осуществляется беспроводным оконечным устройством T в состоянии, определенном выше как состояние предварительной синхронизации.

На фиг. 2 показана блок-схема последовательных состояний в системе при реализации соответствующей настоящему изобретению процедуры синхронизации пакетов в процессе фазовой синхронизации базовой станции.

Начиная с исходного состояния ожидания 1, при котором беспроводное оконечное устройство T получает опорный сигнал для своей временной развертки от базовой станции BS, оно проверяет по информации, принятой от базовой станции BS, что ему дано разрешение связываться с базовой станцией, в этот момент система переходит к состоянию 2 начала синхронизации, при котором беспроводное оконечное устройство T посылает пакет на базовую станцию BS Система переходит к состоянию 3 ожидания ответного пакета, в котором беспроводное оконечное устройство T ожидает в течение заранее установленного времени приема ответного пакета на посланный им первый пакет. Если овтетный пакет, поступающий с базовой станции BS, принимается беспроводным оконечным устройством T в пределах заранее установленного времени, то беспроводное оконечное устройство T определяет, что оно правильно синхронизировано с базовой станцией BS, и система переходит к состоянию 8 точной синхронизации с базовой станцией BS, после чего беспроводное оконечное устройство T переходит в состояние синхронизации.

В том случае, если заранее установленный период времени ожидания ответного пакета 3 истекает до приема беспроводным оконечным устройством T ответного пакета с базовой станции BS на первый посланный им пакет, система переходит к состоянию 4 отсутствия синхронизации, при котором беспроводное оконечное устройство T не обеспечено точной синхронизацией с базовой станцией BS, вследствие некорректного приема базовой станцией - BS пакета из-за задержки распространения, обусловленной расстоянием от беспроводного оконечного устройства T до базовой станции BS
Система переходит к состоянию 5 проверки, при котором беспроводное оконечное устройство T проверяет, может ли оно сместить вперед момент посылки пакета на один или более двоичных разрядов для компенсации задержки при приеме этого первого пакета базовой станцией BS. Максимальное количество двоичных разрядов, на которое беспроводное оконечное устройство может сместить вперед момент посылки пакета, составляет 54, что соответствует междуканальному защитному интервалу помимо двух двоичных разрядов сдвига синхронизации, разрешенных стандартом), причем беспроводное оконечное устройство T смещает вперед момент посылки пакета по одному двоичному разряду каждый раз.

В состоянии 5 проверки беспроводное оконечное устройство T проверяет, не достигнуто ли еще максимальное количество двоичных разрядов, допустимое для смещения вперед; если ответ утвердительный, система переходит к состоянию 6 повторной передачи, при котором беспроводное оконечное устройство T затем смещает вперед момент посылки на один двоичный разряд, и система снова выбирает состояние 2 начала синхронизации. Этот процесс повторяется до тех пор, пока беспроводное оконечное устройство T сумеет принять ответный пакет от базовой станции BS, или пока не будет достигнуто максимальное количество двоичных разрядов, на которое оно может продвинуть вперед момент посылки своих пакетов.

Если беспроводное оконечное устройство T достигает этого максимального количества двоичных разрядов без приема ответного пакета от базовой станции BS, то оконечное устройство определяет, что оно находится на слишком большом расстоянии и синхронизация с базовой станцией BS оказывается невозможной. В этот момент система переходит к состоянию 7 разъединения.

Изобретение относится к способу синхронизации пакетов данных между беспроводным оконечным устройством и соответствующей базовой станцией и может быть использовано в цифровых беспроводных системах связи с многостанционным доступом с временным разделением каналов для обеспечения правильного приема пакетов, принимаемых с различными задержками, обусловленными эффектами распространения сигналов. Технический результат - повышение точности синхронизации пакетов данных. Сущность способа: беспроводные оконечные устройства (Т) повторно-последовательно передают до максимального количества раз первые пакеты на свои базовые станции (ВS), смещая их во времени вперед при каждой повторной передаче на ряд двоичных разрядов в зависимости от максимального защитного интервала, пока не будет получен ответ от базовых станций (ВS) после обеспечения правильной синхронизации с ними. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ синхронизации пакетов данных в цифровых системах беспроводной связи с многостанционным доступом с временным разделением каналов между беспроводным оконечным устройством (Т) и базовой станцией (BS), при котором в беспроводном оконечном устройстве (Т) смещают вперед момент передачи пакетов относительно сигнала опорного времени, принятого от базовой станции (BS), в случае, если в течение предварительно установленного времени от базовой станции (BS) не получен ответ, отличающийся тем, что в беспроводном оконечном устройстве (Т) смещают вперед момент передачи пакетов до достижения состояния синхронизации, при котором оконечное устройство (Т) определяют, как синхронизированное корректным образом, причем указанное состояние синхронизации соответствует моменту передачи последнего пакета оконечным устройством (Т), на который оконечное устройство (Т) получило ответ от базовой станции (BS). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее количество двоичных разрядов, на которое в беспроводном оконечном устройстве (Т) смещают вперед момент передачи пакетов, а также максимальное количество раз повторения этого смещения ограничивают размером междуканального защитного интервала системы. 3. Беспроводное оконечное устройство (Т), предназначенное для использования в цифровых системах связи многостанционного доступа с временным разделением каналов для связи с базовой станцией (BS), содержащее средство для периодического смещения вперед момента передачи пакетов относительно сигнала опорного времени, принятого от базовой станции (BS), в случае, если в течение предварительно установленного времени от базовой станции (BS) не получен ответ, отличающееся тем, что оконечное устройство (Т) содержит средство для определения его опорного состояния синхронизации, при котором оконечное устройство (Т) корректным образом синхронизировано с базовой станцией, причем указанное опорное состояние синхронизации соответствует моменту передачи последнего пакета, на который оконечное устройство (Т) получает ответ от базовой станции (BS).