專利名稱：在cdma通信系統(tǒng)中的移動站輔助定時同步的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及利用從移動站發(fā)送的信號使基站同步的新穎和改進(jìn)的方法和裝置，其中上述移動站同時與同步基站進(jìn)行通信。
相關(guān)技術(shù)的描述對碼分多址(CDMA)調(diào)制技術(shù)的運用只是用于促進(jìn)其中存在大量系統(tǒng)用戶的通信的幾種方法中的一種。雖然已知其他技術(shù)，諸如時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和諸如幅度壓控單邊帶之類的AM調(diào)制技術(shù)，CDMA具有優(yōu)于這些其他調(diào)制技術(shù)的顯著優(yōu)點。在美國專利號4，901，307中(發(fā)明名稱為“運用衛(wèi)星或地面中繼站的擴展盤片多址通信系統(tǒng)”)和美國專利好5，103，459中(發(fā)明名稱為“用于在CDMA蜂窩電話系統(tǒng)中產(chǎn)生信號波形的系統(tǒng)和方法”)描述了在多址通信系統(tǒng)中對CDMA技術(shù)的運用，上述兩項專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入。在美國，由電信工業(yè)協(xié)會在TIA／EIA／IS-95-A中(名稱為“對于雙模式寬帶擴展頻譜蜂窩系統(tǒng)的移動站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”，下面稱為IS-95)使提供CDMA移動通信的方法標(biāo)準(zhǔn)化。
在上述專利中，揭示多址技術(shù)，其中存在大量移動站用戶，每個用戶擁有收發(fā)機，運用碼分多址(CDMA)擴展頻譜通信信號，通過衛(wèi)星中繼站或地面基站(還已知為小區(qū)基站或區(qū)站)進(jìn)行通信。通過運用CDMA通信，可多次重用頻譜，從而允許系統(tǒng)用戶容量增加。運用CDMA技術(shù)可獲得比運用其他多址技術(shù)所獲得的高得多的頻譜效率。
在美國專利第5，109，390號(’390專利)(發(fā)明名稱為“在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中的分集接收機”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中揭示用于同步解調(diào)從一個基站沿著不同傳播路徑傳播的信號以及同步解調(diào)從多于一個基站提供冗余數(shù)據(jù)的方法。在’390專利中，組合分開解調(diào)的信號以提供對發(fā)送數(shù)據(jù)的估計，其中上述發(fā)送數(shù)據(jù)具有比由任一路徑解調(diào)或來自任一基站的數(shù)據(jù)更高的可靠性。
一般，將切換分成兩種-硬切換和軟切換。在硬切換中，當(dāng)移動站斷開始發(fā)基站并進(jìn)入目的地基站時，移動站斷開它與始發(fā)基站的通信鏈路，之后建立與目的地基站的新通信鏈路。在軟切換中，移動站在斷開與始發(fā)基站的通信鏈路之前完成與目的地基站的通信鏈路。于是，在軟切換中，在一些時間期間內(nèi)，將移動站與始發(fā)基站和目的地基站進(jìn)行冗余通信。
軟切換比硬切換更不可能丟失呼叫。此外，當(dāng)移動站在基站的覆蓋邊界附近移動時，它可以響應(yīng)于環(huán)境中的小變化而進(jìn)行重復(fù)切換請求。通過軟切換，還大大緩解了被稱為乒乓(ping-ponging)的問題。在美國專利第5，101，501號(發(fā)明名稱為“在CDMA蜂窩電話系統(tǒng)中的通信中提供軟切換的方法和系統(tǒng)”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中，詳細(xì)描述用于執(zhí)行軟切換的處理過程。
在美國第5，267，261號(發(fā)明名稱為在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中移動站輔助軟切換“，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中揭示了改進(jìn)的軟切換技術(shù)。在’261專利的系統(tǒng)中，通過在移動站測量由每個基站發(fā)送的“導(dǎo)頻”信號的強度，改進(jìn)軟切換處理。通過促進(jìn)對可存活基站切換候選者的識別，這些導(dǎo)頻強度測量輔助軟切換處理。
可將基站候選者分成四組。第一組，稱為現(xiàn)行組，包括當(dāng)前與移動站進(jìn)行通信的基站。第二組，稱為候選者，包括其確定其信號具有對移動站有用的足夠強度但是當(dāng)前不使用的基站。當(dāng)他們的測得導(dǎo)頻能量超出預(yù)定門限TADD時，把基站加到候選者。第三組是位于移動站附近的基站組(且不包括在現(xiàn)行組或候選者中)。此外，第四組是所有其他基站的剩余組。
在IS-95中，基站候選者的特征在于它的導(dǎo)頻信道的偽噪聲(PN)序列的相位偏置。當(dāng)移動站搜索確定來自候選基站的導(dǎo)頻信號的強度時，它執(zhí)行相關(guān)性操作，其中將濾波接收信號與一組PN偏置假設(shè)相關(guān)聯(lián)。在待批美國專利申請?zhí)?8／687，694(1996年7月26日申請，發(fā)明名稱為“在CDMA通信系統(tǒng)中執(zhí)行搜索捕獲的方法和裝置”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并作為參考資料在此引入)中詳細(xì)描述了用于執(zhí)行相關(guān)性操作的方法和裝置。
在基站和移動站之間的傳播延遲是未知的。這種未知延遲產(chǎn)生PN碼中的未知移位。搜索處理嘗試確定PN碼中的這種未知移位。為了這樣做，移動站在時間上平移它的搜索器PN碼發(fā)生器的輸出。將搜索平移的范圍稱為搜索窗口。搜索窗口以PN移位假設(shè)為中心?；鞠蛞苿诱景l(fā)送以其實際接近(in itsphysical proximity)表示基站導(dǎo)頻的PN偏置的消息。移動站將它的搜索窗口以PN偏置假設(shè)為中心。
搜索窗口的適當(dāng)尺寸依賴于幾個因素，包括導(dǎo)頻的優(yōu)先權(quán)、搜索處理器的速度和多路徑到達(dá)的預(yù)計延遲擴展。CDMA標(biāo)準(zhǔn)(IS-95)定義三個搜索窗口參數(shù)。由搜索窗口“A”管理在現(xiàn)行和候選組中的導(dǎo)頻搜索。在窗口“N”內(nèi)搜索鄰居組導(dǎo)頻，并在窗口“R”內(nèi)搜索剩余組。在下表1中提供搜索器窗口尺寸，其中碼片是11.2288&Mgr;&EEgr;z]]>。
定窗口尺寸是在搜索速度和丟失在搜索窗口外的強路徑的可能性之間的折中。
基站向移動站發(fā)送指定移動站應(yīng)相對于它自己的PN偏置搜索的PN假設(shè)。例如，始發(fā)基站可命令移動站搜索在它自己的PN偏置之前的導(dǎo)頻128個PN碼片。移動站作出響應(yīng)，將它的搜索器解調(diào)器設(shè)為在輸出碼片循環(huán)之前的128個碼片，并運用以指定偏置為中心的搜索窗口搜索導(dǎo)頻。一旦命令移動站搜索PN假設(shè)來確定執(zhí)行切換可用的資源時，目的地基站導(dǎo)頻的PN偏置在時間上應(yīng)很接近定向的偏置(directed offset)。在基站邊界附近的搜索速度很重要，因為在完成所需過程中的延遲可能導(dǎo)致丟失呼叫。
在美國的CDMA系統(tǒng)中，通過向每個基站提供全球定位衛(wèi)星(GPS)接收機，獲得基站同步。然而，存在基站不能接收GPS信號的情況。例如，在地鐵和隧道中，GPS信號衰減到禁止它們用于將基站或微型基站定時同步的程度。本發(fā)明提供在一小部分網(wǎng)絡(luò)能夠接收集中定時信號并從中獲得定時而一部分基站不能接收集中化定時信號的情況下，提供定時同步的方法和系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種新穎和經(jīng)改進(jìn)的方法和裝置，用于使不能在網(wǎng)絡(luò)中接收集中化定時信號的基站同步，其中在上述網(wǎng)絡(luò)中有一些基站能夠接收集中化定時信號。參考基站通過接收集中化定時信號或其他手段，進(jìn)行定時同步。在示例實施例中，參考基站運用全球定位衛(wèi)星(GPS)接收機進(jìn)行同步。因為例如不能接收集中化定時信號，所以從屬基站沒有同步的能力。
在本發(fā)明中，從屬基站在參考基站和從屬基站之間通過從移動站發(fā)送或接收的消息獲得與參考基站的同步。首先，由參考基站測量在移動站和參考基站之間的往返行程延遲。接著，從屬基站搜索，直至它獲得由移動站發(fā)送的被稱為反向鏈路信號的信號。響應(yīng)于捕獲反向鏈路信號，從屬基站調(diào)節(jié)它的定時，從而移動站可以捕獲它的信號，被稱為前向鏈路信號。如果在從屬基站中的定時誤差不是很嚴(yán)重，那么該步驟不是必需的。
一旦移動站捕獲來自從屬基站的信號，移動站測量和報告在信號從參考基站到移動站所需時間和信號從從屬基站到移動站所需時間之差。所需的最后測量是由從屬基站測量在從屬基站接收來自移動站的反向鏈路信號的時間和從屬基站將信號發(fā)送到移動站所需時間之間的時間差。
對于測得時間值執(zhí)行這里詳細(xì)描述的一系列計算，來確定在從屬基站和參考基站之間的時間差。根據(jù)這些計算執(zhí)行從屬基站定時的調(diào)節(jié)。應(yīng)注意，在較佳實施例中，在IS-95 CDMA通信系統(tǒng)的正常操作期間，執(zhí)行上述所有測量。
附圖簡述結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點將顯而易見，其中相同標(biāo)號作相應(yīng)表示

圖1是示出包括參考基站和從屬基站的無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是示出在移動站、同步基站和異步基站以及相應(yīng)時間間隔之間的各種傳輸?shù)氖緢D；圖3是示出用于使不能接收集中化定時信號的基站同步的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的移動站的方框圖；圖5是在本發(fā)明的移動站中的搜索器的方框圖；圖6是本發(fā)明的移動站的話務(wù)信道調(diào)制器的方框圖；圖7是本發(fā)明的基站的方框圖；圖8是本發(fā)明的基站的發(fā)送系統(tǒng)的方框圖；和圖9是本發(fā)明的基站的接收機系統(tǒng)的方框圖。
較佳實施例的詳細(xì)描述I．定時誤差計算的概述參照圖1，移動站60與參考基站62進(jìn)行通信，同時它大致在由基站覆蓋邊界61描繪的覆蓋區(qū)中。參考基站62利用中央定時系統(tǒng)(諸如，全球定位系統(tǒng)(GPS))與其余網(wǎng)絡(luò)同步。相反，從屬基站44不通過獨立裝置(諸如，基站62可用的GPS)與中央時間系統(tǒng)同步?；究刂破?6利用T1線或其他裝置，把呼叫從公共交換電話網(wǎng)(PSTN)路由到基站62或64。此外，通過T1線向從屬基站64提供頻率同步。
對于短時間，可運用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，通過T1線向頻率同步提供可接收的精確度。然而，依靠T1線提供頻率信息的方法中，這些問題是普通的。這些問題導(dǎo)致定時誤差，而利用本發(fā)明可校正該誤差。由于在相位和頻率之間的關(guān)系，使得本發(fā)明對相位的間歇校正允許需要時利用不太精確的頻率源。
參照圖2，示出將傳輸和相應(yīng)時間間隔用于使傳輸基站64與參考基站62的同步定時同步。信號路徑500示出將前向鏈路信號從參考基站62發(fā)送到移動站60。將發(fā)生這種傳輸?shù)臅r間間隔指定為τ1。在移動站60，將在反向鏈路上幀發(fā)送的起點與在前向鏈路上幀到達(dá)的起點時間對準(zhǔn)。在IS-95中使這種時間對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化，并加入與其相符設(shè)計的硬件中。因此，應(yīng)理解執(zhí)行這種對準(zhǔn)的方法和裝置在現(xiàn)有技術(shù)中已知。
傳輸502描述將反向鏈路幀從移動站60發(fā)送到參考基站62。信號500從基站62到移動站60所需的時間(τ1)等于信號502從基站62到移動站60的時間(也是τ1)。由于基站62知道它發(fā)送信號500的時刻，并知道它接收信號502的時刻，所以基站62可以計算往返行程延遲時間(RTD1)，它是計算時間誤差(τ0’-τ0)所需的第一值。
信號路徑504是從移動站60沿著不同傳播路徑發(fā)送到傳輸基站64的反向鏈路信號。將信號504從移動站60到傳輸基站64所需的時間指定為τ2。將反向鏈路信號504到達(dá)基站64所需的時間指定為T2。前向鏈路信號506從基站64到移動站60所需的時間等于τ2。此外，從屬基站64可以檢測在它接收來自移動站60的反向鏈路信號所需的時間和它將它的前向鏈路信號發(fā)送到移動站60所需的時間之差。將該時間差指定為RTD2。已知這些時間可進(jìn)行時間誤差(τ0’-τ0)的計算。下面描述計算時間誤差τ0’的方法。
首先從圖2可見T2=τ1+τ2，和(1)τl+△T=T0’+T2(2)通過操作等式(1)和(2)的項，獲得下式T2+△T=T0’+2·τ2(3)2·τ2=T2-T0’+△T(4)為了簡化符號，將新變量RTD2定義為RTD2=T2-T0’(5)從圖2可見τ2=RTD22+Δ&Tgr;2]]>(6)&Tgr;2=&Tgr;0+τ1+τ2]]>(7)因此，&Tgr;2-&Tgr;0=τ1+τ2]]>，和(8)RTD2=2·τ2-Δ&Tgr;]]>通過代入，可見時間誤差(T0’-T0)等于&Tgr;0′-&Tgr;0=τ1+Δ&Tgr;]]>(9)&Tgr;0′-&Tgr;0=τ1-[RTD22+Δ&Tgr;2]+Δ&Tgr;]]>(10)&Tgr;0′-&Tgr;0=RTD12+RTD22+Δ&Tgr;2]]>(11)
&Tgr;0′-&Tgr;0=RTD1+Δ&Tgr;-RTD22]]>(12)一旦基站64知道它的定時誤差(T0’-T0)，它調(diào)節(jié)它的定時，從而使它與基站62的定時同步。這些測量經(jīng)歷誤差，因此，在較佳實施例中，進(jìn)行多次測量來保證定時校正的精確度。
現(xiàn)在，描述測量在等式(12)中的每個所需時間值的方法和裝置。
II．測量往返行程延遲(RTD1)圖3是示出本發(fā)明的將傳輸基站64與參考基站62的定時同步的方法的流程圖。在步驟300中，同步方法以移動站與參考基站62進(jìn)行通信并在執(zhí)行與從屬基站64的通信范圍內(nèi)開始。在步驟302中，測量信號從參考基站62到移動站60并從移動站60返回到參考基站62的往返行程延遲(RTD1)。通過將由移動站60接收到的幀的幀邊界與由移動站60發(fā)送的幀的幀邊界對準(zhǔn)，做到這點。在現(xiàn)有技術(shù)中已知提供這種對準(zhǔn)的方法和裝置。于是，測量往返行程延遲(RTD1)作為參考基站62開始發(fā)送幀和參考基站62開始接收來自移動站60的幀之間的時間差。
參照圖4，在天線2接收來自參考基站62的數(shù)據(jù)的前向鏈路幀，并通過雙工器3向接收機(RCVR)4提供。接收機4下變頻、濾波和放大接收信號并向搜索器50和話務(wù)解調(diào)器(TRAFFIC DEMODS)54提供它。搜索器50根據(jù)由參考基站62提供的鄰居表搜索導(dǎo)頻信道。在來自參考基站62的話務(wù)信道上提供鄰居表作為信令信號。向控制處理器55提供表示來自參考基站62的接收幀的開始的信號?？刂铺幚砥?5產(chǎn)生和向話務(wù)調(diào)制器58提供時間對準(zhǔn)信號，它將從移動站60發(fā)送的幀的開始與在移動站60接收到的幀的開始對準(zhǔn)。
向話務(wù)調(diào)制器58提供來自移動站60的用戶的數(shù)據(jù)幀，其中話務(wù)調(diào)制器58將通過發(fā)射機(TMTR)56發(fā)送的幀與移動站60從參考基站62接收到的幀對準(zhǔn)。由發(fā)射機56上變頻、濾波和放大反向鏈路幀，然后通過雙工器3提供以通過天線2發(fā)送。
III．由從屬基站捕獲移動站圖6示出移動站60的話務(wù)信道調(diào)制器58。向幀格式器200提供數(shù)據(jù)幀。在示例實施例中，幀格式器200產(chǎn)生并添加一組循環(huán)冗余(CRC)檢測位，還產(chǎn)生一組尾位。在示例實施例中，幀格式器200遵循在IS-95中標(biāo)準(zhǔn)化的并在美國專利專利號5，600，754中(發(fā)明名稱為“安排聲碼器數(shù)據(jù)用于屏蔽發(fā)送信道引發(fā)的誤差的方法和系統(tǒng)”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)詳細(xì)描述的幀格式協(xié)議。
向編碼器202提供格式化數(shù)據(jù)幀，其中上述編碼器編碼數(shù)據(jù)以用于糾錯和檢錯。在示例實施例中，編碼器202是卷積編碼器。向交錯器204提供編碼數(shù)據(jù)碼元，交錯器根據(jù)預(yù)定交錯格式重新排列碼元。在示例實施例中，沃爾什碼映射器206接收八個編碼碼元，并把該碼元組映射到64碼片沃爾什序列。向擴展裝置208提供沃爾什碼元，其中上述擴展裝置根據(jù)長擴展碼擴展沃爾什碼元。長PN碼發(fā)生器210產(chǎn)生偽噪聲(PN)序列，它擴展該數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)與來自附近的其他預(yù)定站的反向鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)分開來。
在示例實施例中，根據(jù)短PN序列擴展I和Q信道的四相移鍵控(QPSK)調(diào)制格式，發(fā)送數(shù)據(jù)。向擴展裝置214和216提供擴展數(shù)據(jù)，其中上述擴展裝置根據(jù)分別由PN發(fā)生器(PNI和PNQ)212和218提供的短PN序列執(zhí)行對數(shù)據(jù)的第二擴展操作。
在步驟304中，從屬基站64捕獲由移動站60發(fā)送的反向鏈路信號。基站控制器66把數(shù)據(jù)發(fā)送到從屬基站64，該數(shù)據(jù)指示移動站62用來擴展它的反向鏈路循環(huán)的PN碼偏置。響應(yīng)于來自基站控制器66的該信號，從屬基站64以由來自基站控制器66的信號所指定的PN偏置為中心，搜索移動站66。
在示例搜索實施例中，從屬基站64根據(jù)來自基站控制器66的信號，成組加載(bank load)它的實施器長碼PN發(fā)生器106和它的短碼PN發(fā)生器108和110(如圖9所示)。這里詳細(xì)描述從屬基站64的搜索器處理。
圖7示出從屬基站64的裝置。在從屬基站64中，接收來自基站控制器60的表示移動站60的PN的信號。由控制處理器100提供該消息。響應(yīng)于此，控制處理器100計算以特定PN偏置為中心的窗口搜索范圍?？刂铺幚砥?00向搜索器101提供搜索參數(shù)，而且參數(shù)基站64響應(yīng)于那些參數(shù)搜索由移動站60發(fā)送的信號。向接收機104提供從屬基站64的天線102接收到的信號，其中接收機104下變頻、濾波和放大接收到的信號并向搜索器101提供。此外，向話務(wù)解調(diào)器105提供接收到的信號，其中上述解調(diào)器105解調(diào)反向鏈路話務(wù)數(shù)據(jù)并向基站控制器60提供該數(shù)據(jù)?；究刂破?6反過來向PSTN提供它。
圖9詳細(xì)示出搜索器101。在待批美國專利申請?zhí)?8／372，632中(1995年1月13日申請，發(fā)明名稱為“用于擴展頻譜多址通信系統(tǒng)的區(qū)站解調(diào)器構(gòu)造”)和待批美國專利申請?zhí)?8／316，177(1994年9月30日，發(fā)明名稱為“用于擴展頻譜多址通信系統(tǒng)的多路徑搜索處理器”)中詳細(xì)描述了反向鏈路信號的解調(diào)，其中上述兩項專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入。從基站控制器66向控制處理器100提供對移動站60的PN偏置的估計。響應(yīng)于由基站控制器60提供的PN偏置估計，控制處理器100產(chǎn)生初始長PN序列假設(shè)以及初始短PN序列假設(shè)，以便由從屬基站64進(jìn)行搜索。在示例實施例中，控制處理器100成組加載PN發(fā)生器106、108和110的移位寄存器。
由天線102接收信號，下變頻、濾波和放大并傳送到相關(guān)器116。相關(guān)器116將接收信號與組合長短PN序列假設(shè)相關(guān)聯(lián)。在示例實施例中，通過將由PN發(fā)生器108和110產(chǎn)生的短PN假設(shè)與由PN發(fā)生器106提供的長PN序列相乘。用一種組合PN序列假設(shè)來去擴展I信道，并用其他假設(shè)來去擴展接收的QPSK信號的Q信號。
向快速Hadamard變換(FHT)處理器118和120提供兩個PN去擴展信號。在待批美國專利申請?zhí)?8／173，460(1993年12月22日申請，發(fā)明名稱為“執(zhí)行快速HADAMARD變換的方法和裝置”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中詳細(xì)描述了快速Hadamard變換處理器的設(shè)計和操作。FHT處理器118和120將去擴展信號與所有可能的沃爾什碼元相關(guān)聯(lián)，來向能量計算裝置(I2+Q2)122提供所得幅度矩陣。能量計算裝置122計算幅度矩陣各元素的能量，并向選擇最大能量相關(guān)性的最大檢測器124提供能量值。向累加器126提供最大相關(guān)性能量，其中累加器126對于多個沃爾什碼元累加能量，并根據(jù)這些累加能量，確定是否在該PN偏置下可捕獲移動站60。
IV．由從屬基站進(jìn)行的初始定時調(diào)節(jié)一旦捕獲移動站60，在框306中，從屬基站64調(diào)節(jié)它的定時，從而移動站60可成功地捕獲它的前向鏈路傳輸。從屬基站64通過確定在它捕獲來自移動站60的反向鏈路信號的PN偏置和參考基站62用于接收來自移動站60的反向鏈路信號的PN偏置之間的差，計算初始定時調(diào)節(jié)。運用這種PN偏置差，從屬基站64以當(dāng)移動站60搜索它的導(dǎo)頻信號時它落在移動站60的搜索窗口內(nèi)的方法，調(diào)節(jié)它的導(dǎo)頻信號的定時。
V．由移動站捕獲從屬基站在搜索移動站信號的過程中，需要從屬基站64具有一些時間指示。在較佳實施例中，利用另一種同步方法，使從屬基站64的時間誤差保持在或低于1ms。存在一些方法，其中啟動不能接收GPS信號的從屬基站44以便將時間保持在較低精度。獲得一種程度的初始同步的一種可行的方法是手動地將始發(fā)基站64的時間設(shè)定在某間隔。第二種方法是運用WWV接收機設(shè)定時間，在現(xiàn)有技術(shù)中已知其實施方法。與GPS信號不同，在很低頻下，發(fā)送WWV集中定時信號，且能夠滲入信道和地鐵。然而，WWV接收機不能提供CDMA通信所需的該程度下的時間同步。
在示例實施例中，從屬基站64調(diào)節(jié)它的定時，根據(jù)移動站60直接位于從屬基站64的附近的假設(shè)，從屬基站64調(diào)節(jié)它的定時。于是在從屬基站64和移動站60之間不存在任何傳播延長的假設(shè)下進(jìn)行初始定時調(diào)節(jié)。之后，從屬基站64時間上前調(diào)它的PN序列發(fā)生器72和74，從而解釋了在從屬基站64和移動站60之間的越來越大的傳播延遲。一旦移動站60捕獲從屬基站64的導(dǎo)頻信道，就運用正常步驟，根據(jù)上述計算執(zhí)行對從屬基站64的最終定時調(diào)節(jié)。
如在現(xiàn)有技術(shù)中已知并在IS-95中標(biāo)準(zhǔn)化，用它們的PN發(fā)生器的相位，將不同基站的導(dǎo)頻信道相互區(qū)分開來。參考基站62命令移動站60通過鄰居表搜索從屬基站64。參考基站62利用信令數(shù)據(jù)，指示在PN相位偏置下可獲得從屬基站64的導(dǎo)頻，相對于參考基站62的接收PN偏置描述這個現(xiàn)象。由話務(wù)解調(diào)器54解調(diào)和解碼該消息，并向搜索器50提供。作為響應(yīng)，搜索器50對在來自參考基站62的信號中指定的PN相位執(zhí)行以PN相位偏置為中心的搜索。
一般，由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生導(dǎo)頻信號，在上述專利中詳細(xì)描述了其實施方法。為了獲得來自產(chǎn)生基站64的導(dǎo)頻信號，移動站60必須在相位φ和頻率ω方面與來自產(chǎn)生基站64的接收信號同步。搜索器操作的目的在于找到接收信號的相位φ。如上所述，利用來自基站控制器66的T1鏈路可向產(chǎn)生基站64提供相對精確的頻率同步，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知。移動站用來找到接收信號的相位的方法是測試一組相位假設(shè)，稱為搜索窗口，并確定一個偏置假設(shè)是否是正確的。
圖5詳細(xì)示出移動站搜索器50。在天線2接收擴展頻譜信號。裝置的目的在于獲得在由PN序列發(fā)生器20產(chǎn)生的偽隨機噪聲(PN)序列與由從屬基站64發(fā)送的未知相位的同一PN序列擴展的接收擴展頻譜信號之間的同步。在示例實施例中，導(dǎo)頻信號發(fā)生器76(圖7)和PN發(fā)生器20是最大長度移位寄存器，它產(chǎn)生分別用于擴展和去擴展導(dǎo)頻信號的PN碼序列。于是，獲得在用于去擴展接收導(dǎo)頻信號的碼和接收導(dǎo)頻信號的PN擴展碼之間同步的操作包括確定移位寄存器的時間偏置。
由天線2向接收機4提供擴展頻譜信號。接收機4下變頻、濾波和放大信號并向去擴展元件6提供信號。去擴展元件6將接收信號乘以由PN發(fā)生器20產(chǎn)生的PN碼。由于PN碼的類似隨機噪聲性質(zhì)，使得PN碼和接收信號的乘積除了同步點之外實際上都應(yīng)為零。
搜索器控制器18向PN發(fā)生器20提供偏置假設(shè)。根據(jù)由參考基站62向移動站60發(fā)送的信號，確定偏置假設(shè)。在示例實施例中，由四相移鍵控(QPSK)調(diào)制接收信號，從而PN發(fā)生器20向去擴展元件6提供對于I調(diào)制分量的PN序列和對于Q調(diào)制分量的分開序列。去擴展元件6將PN序列與它的相應(yīng)調(diào)制分量相乘，并向相干累加器8和10提供兩個輸出分量乘積。
相干累加器8和10在乘積序列的長度范圍內(nèi)總加乘積。相干累加器8和10對來自搜索器控制器18的信號作出響應(yīng)，以便復(fù)位、鎖定和設(shè)定加法周期(summation period)。從加法器8和10向平方裝置14提供乘積和。平方裝置14對每個和求平方并將該平方加起來。
由平方裝置12向非相干組合器14提供平方和。非相干組合器14根據(jù)平方裝置12的輸出，確定能量值。非相干累加器14起到抵銷在基站發(fā)送時鐘和移動站接收時鐘之間的頻率差的效應(yīng)，并有助于在衰減環(huán)境中的檢測統(tǒng)計。非相干累加器14向比較裝置16提供能量信號。比較裝置16將能量值與由搜索器控制器裝置18提供的預(yù)定門限相比較。于是，將每個比較結(jié)果反饋到搜索器控制器18。反饋到搜索器控制器18的結(jié)果包括在測量中所導(dǎo)致的相關(guān)能量以及PN偏置。
在本發(fā)明中，搜索器控制器18輸出PN相位，其中在該相位下將它與基站64同步。用該PN偏置用于計算時間誤差，將在下面詳述。
在示例實施例中，當(dāng)移動站60捕獲從屬基站64，它計算在它接收來自從屬基站64的信號的時間和它接收來自參考62基站的信號的時間之間的差。向產(chǎn)生表示差值的消息的消息發(fā)生器52提供該值。在反向鏈路上，向?qū)⑾⑺突氐交究刂破?6的參考基站62和從屬基站64發(fā)送消息作為信令數(shù)據(jù)。
VI．測量在從從屬基站發(fā)送前向鏈路信號和在從屬基站接收反向鏈路信號之間的延遲在步驟311中，從屬基站64測量在從屬基站接收來自移動站60的反向鏈路信號的時間(T2)和從屬基站將它的前向鏈路信號發(fā)送到移動站60(T1)之差。從屬基站64在它發(fā)送它的前向鏈路信號時存儲PN偏置，而且一旦檢測到來自移動站60的反向鏈路信號，就計算時間差RTD2。在示例實施例中，由從屬基站64向基站控制器66提供該經(jīng)計算時間差，而且在基站66進(jìn)行對定時調(diào)節(jié)的計算。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)理解，本發(fā)明可容易地擴展到在基站或移動站進(jìn)行計算的情況。
VII．從屬基站的定時調(diào)節(jié)基站控制器66執(zhí)行在等式(12)中所述的計算，并把所需定時調(diào)節(jié)的指示發(fā)送到從屬基站64。參照圖7，由從屬基站64在控制處理器100接收定時調(diào)節(jié)信號?？刂铺幚砥?00產(chǎn)生并向定時調(diào)節(jié)處理器99提供控制信號。定時調(diào)節(jié)處理器99產(chǎn)生信號，它改變定時源98的時間改變在來自基站控制器66的信號中指定的量。
VIII．當(dāng)不處于軟切換時時間傳遞在移動站60處于軟切換(即，當(dāng)移動站已建立與參考基站62和從屬基站64的鏈路時)的情況下，上述調(diào)節(jié)過程是有效的。建立與參考基站和從屬基站的鏈路允許參考基站62確定RTD1和從屬基站64確定RTD2。根據(jù)RTD1和RTD2的值，可以預(yù)計時間誤差T0’。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)移動站60不與參考基站62和從屬基站64進(jìn)行通信時，可將從屬基站64與參考基站62同步，如下。
假設(shè)移動站60與參考基站62進(jìn)行通信，可如上所述確定RTD1的值。此外，移動站60和參考基站64最好通過基站控制器66進(jìn)行通信。對于基站62已知長PN碼，其中移動站60利用該長PN碼將它的反向鏈路傳輸擴展到參考基站62。根據(jù)本發(fā)明，參考基站62通過基站控制器66將長PN碼傳播到從屬基站64。此外，運用通過基站控制器66的通信鏈路，參考基站62把RTD1值列表發(fā)送到從屬基站62，每個值與一個長PN碼相關(guān)，其中一個移動站60用該長PN碼來擴展由與參考基站62進(jìn)行通信的移動站60發(fā)送的反向鏈路。應(yīng)理解，每個移動站60與一個特殊長PN碼和RTD1值相關(guān)。從屬基站64于是用長PN碼信息來嘗試接收來自移動站60的一個或多個反向鏈路傳輸。由于移動站60不處于軟切換狀態(tài)，所以由從屬基站64從移動站60接收到的信號很弱。因此，從屬基站64一般需要累加大量PN碼片，以便檢測由參考基站62提供服務(wù)的移動站60。
從屬基站64根據(jù)從屬基站64從參考基站62接收到的長PN碼，一次搜索一個移動站60。因此，如果在合理量的時間之后，從屬基站64成功檢測到來自第一基站60的反向鏈路傳輸，那么從屬基站64開始搜索來自第二移動站60的反向鏈路傳輸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，參考基站62輔助確定基站64最可能檢測哪個移動站60。最好通過確定移動站60離開參考基站62的距離做到這點。此外，使用關(guān)于每個移動站60進(jìn)行發(fā)送的扇區(qū)的信息。即，如果移動站離開參考站相對較大距離(例如，如由執(zhí)行功率控制算法時所獲得的信號指定的那樣)，而且移動站60處于鄰近從屬基站64的扇區(qū)內(nèi)，于是更加有可能由從屬基站64檢測移動站60。應(yīng)理解，通過參考基站62輔助確定從屬基站64可能檢測到哪些移動站60，減少從屬基站64檢測移動站所需的時間量。
一旦從屬基站64在反向鏈路上捕獲到來自移動站的傳輸，從屬基站64確定反向鏈路傳輸?shù)牡竭_(dá)時間T2，并獲得對標(biāo)為γ2的τ2的估計(從移動站60到從屬基站64的延遲)。從屬基站64估計T0’=T2-(γ2+τ1)=T2-(γ2+RTD1／2)。應(yīng)理解，不直接測量γ2。如果已知移動站60的位置，可以根據(jù)在移動站60和從屬基站64之間的距離估計γ2，這是因為從屬基站的位置的已知的。如果移動站60的位置是未知的，那么可以根據(jù)經(jīng)驗從值表或從數(shù)據(jù)庫估計γ2。即，可用在移動站60和從屬基站64之間的路徑損耗估計γ2。通過測量在從屬基站64發(fā)送和接收的功率量，可以確定路徑損耗。另一方面，可用從移動站60接收到的信號強度(諸如，由從屬基站64發(fā)送并由移動站60接收到的導(dǎo)頻信號)確定在移動站60和從屬基站64之間的路徑損耗。在本發(fā)明的這種實施例中，移動站60通過反向鏈路，把接收到的信號的強度指示發(fā)送到從屬基站。
時間誤差等于γ2的值減去τ2。因此，時間傳遞精度與γ2的精度直接相關(guān)。估計一般精確到小于小區(qū)半徑。即，在γ2的估計和γ2的實際值之間的差小于小區(qū)半徑。于是，對于半徑為K英里的小區(qū)，由于γ2所致的定時誤差大約為5Kμs。
無論γ2的估計有多不精確，這種時間傳遞方法可提供比可由多個其他裝置(諸如由回程裝置(backhaul))提供的更佳的定時。因此，根據(jù)上述本發(fā)明估計γ2可減小搜索窗口的尺寸，并保證窗口不超出。本發(fā)明還提供定時，其中該定時足夠精確以至于來自兩個基站的接收信號不以相同導(dǎo)頻PN相位到達(dá)，從而導(dǎo)致將來自不同始發(fā)地的導(dǎo)頻區(qū)分開來。
應(yīng)注意，如果移動站60與從屬基站64進(jìn)行通信，而不是與參考基站64進(jìn)行通信，可用補充步驟。在這種情況下，需要估計τ1，而不是τ2。
IX．從屬基站的初始化在初始基站系統(tǒng)時間相對靠近參考基站系統(tǒng)時間的情況下，上述調(diào)節(jié)步驟是有效的。然而，在一些情況下，在參考基站系統(tǒng)時間和參考基站系統(tǒng)時間之差很大以至于使它的步驟無效。例如，當(dāng)從屬基站首先變成操作中時，必須初始化系統(tǒng)時間。沒有外部參考的情況下，從屬基站系統(tǒng)時間可以是任一值。在另一個例子中，當(dāng)在相對較長時間內(nèi)參考基站和從屬基站之間的區(qū)域中沒有任何移動站時，從屬基站系統(tǒng)時間可累計由于保持系統(tǒng)時間相對于參考基站所用到的基準(zhǔn)漂移的振蕩器所導(dǎo)致的大量誤差(即，從參考基站系統(tǒng)時間大量偏離)。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明提供下列初始化步驟。
當(dāng)首先通電從屬基站64時，由于在從屬基站64和任何外部定時參考(諸如GPS信號源或外部基站62)之間沒有發(fā)生任何時間傳遞，所以從屬基站64可能沒有適當(dāng)定時。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)首先向從屬基站64供電時，不啟動從該從屬基站發(fā)送的前向鏈路。假設(shè)不能獲得更加精確的裝置，最好運用回程裝置獲得初始定時。從屬基站64具有關(guān)于適當(dāng)定時的合理估計，它足以允許從屬基站64通過在部分VIII中所述的反向鏈路方法獲得定時。一旦這樣做，從屬基站64以低功率啟動前向鏈路傳輸。如果移動站60是在軟切換區(qū)域中，那么移動站60報告存在新導(dǎo)頻，并可運用本發(fā)明的更加精確的軟切換方法傳遞時間，如上所述。一旦這樣做，可將該基站的前向鏈路功率增加到適于從屬基站64的正常操作功率。
權(quán)利要求
1．一種用于將第一基站與參考基站同步的方法，其特征在于，包括下列步驟測量從所述參考基站發(fā)送到與所述參考基站進(jìn)行通信的移動站并從所述移動站回到所述參考基站的往返行程延遲間隔；將信息從所述參考基站發(fā)送到所述第一基站以幫助所述第一基站接收來自所述移動站的通信；在所述第一基站接收由所述移動站發(fā)送的通信并標(biāo)注接收時間；在所述第一基站確定在由所述移動站發(fā)送和由所述第一基站接收之間發(fā)生的延遲估計；根據(jù)所述延遲的估計、在所述第一基站處接收從所述移動站發(fā)送到所述第一基站的時間以及所述測得往返行程延遲間隔，計算定時校正值。
全文摘要
在本發(fā)明中,從屬基站(64)通過從移動站(60)發(fā)送和接收的消息(504)獲得與參考基站(62)的同步,其中移動站處于在參考基站(62)和從屬基站(64)之間的軟切換區(qū)域中或者在允許移動站(60)與從屬基站(64)進(jìn)行通信的范圍內(nèi)。當(dāng)移動站(62)不與參考基站和從屬基站(62)進(jìn)行通信時,由參考基站(62)測量在移動站和參考基站之間的往返行程延遲。參考基站(62)通過反向鏈路將由移動站用到的PN碼發(fā)送到從屬基站。從屬基站(64)獲得來自移動站(60)的信號(504),并確定信號何時從移動站到達(dá)。于是,從屬基站(64)對關(guān)于在信號從移動站(60)發(fā)送到從屬基站(64)的延遲長度進(jìn)行估計。根據(jù)這些測量和估計,從屬基站(64)確定在從屬基站系統(tǒng)時間內(nèi)存在的誤差。
文檔編號H04B1/707GK1288614SQ99802197
公開日2001年3月21日 申請日期1999年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月16日
發(fā)明者C·E·惠特尼三世, 小E·G·蒂德曼 申請人:夸爾柯姆股份有限公司