專利名稱：使用多通信模式用戶設(shè)備使基站同步的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文的方法涉及通信系統(tǒng)，且更具體地說，涉及用于經(jīng)由在一個以上通信標(biāo)準(zhǔn)上操作的用戶設(shè)備使通信系統(tǒng)基站同步的方法。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上已經(jīng)由位于移動站中或固定觀察站點中的全球定位系統(tǒng)(GPS)，或經(jīng)由陸地通信線信令(terrestrial landline signaling)來實現(xiàn)基站同步。地面通信線信令通常在性能方面較差，且經(jīng)由GPS的同步需要GPS可用和硬件?；就綄τ谌舾赡康膩碚f較重要，包含無線用戶設(shè)備(UE)位置測定和用于移交。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，包含全球定位系統(tǒng)(GPS)和/或GALILEO系統(tǒng)，供應(yīng)一種提供UE位置測定的方法。GNSS用戶可通過從軌道人造衛(wèi)星(SV)獲得的信息導(dǎo)出精確的導(dǎo)航信息，包含三維位置、速度和日時(TOD)。
還可使用除GNSS之外的方法來確定蜂窩式網(wǎng)絡(luò)中的位置定位。若干方法基于在若干基站中的每一者與UE裝置(例如蜂窩式電話)之間發(fā)送的定時信息的使用而執(zhí)行三角測量。在一種方法(稱為到達(dá)時差(TDOA))中，在若干基站處測量從UE接收到信號的時間，且將這些時間發(fā)射到定位服務(wù)器，其計算所述UE的位置。為了使此方法奏效，各個基站處的日時需經(jīng)調(diào)整以提供準(zhǔn)確的定位。而且，需要準(zhǔn)確地知道基站的位置。
一種被稱為估計觀測時差(EOTD)的替代方法在UE處測量從若干基站中的每一者發(fā)射的信號的到達(dá)時間。接著，可使用此定時數(shù)據(jù)來計算UE的位置。此類計算可在所述UE自身處進(jìn)行，或在定位服務(wù)器處進(jìn)行，如果由UE如此獲得的定時信息經(jīng)由鏈路發(fā)射到此服務(wù)器的話。同樣，基站日時必須經(jīng)調(diào)整，且準(zhǔn)確地估計其位置。在任一方法中，基站的位置通過標(biāo)準(zhǔn)勘測方法來確定，且可存儲在基站中或存儲在某一類型的計算機(jī)存儲器中的服務(wù)器處。
EOTD和TDOA中的任一者與GNSS系統(tǒng)的組合被稱為“混合”系統(tǒng)。在上述任一方法中，對于UE的準(zhǔn)確位置計算來說，各個蜂窩式基站之間的時間調(diào)整是必要的。
基站處的準(zhǔn)確定時還提供UE定時信息，以用于輔助基于GPS的位置計算；此類信息可導(dǎo)致減少第一定位的時間，且/或提高相對于輔助GPS(AGPS)系統(tǒng)的靈敏度。這些情形所需的準(zhǔn)確性可在從幾微秒到約10毫秒的范圍內(nèi)，其取決于所需的性能改進(jìn)。在混合系統(tǒng)中，基站定時滿足雙重目的改進(jìn)到達(dá)時間(TOA)或TDOA操作以及GPS操作。
在某些蜂窩式系統(tǒng)中，例如碼分多址(CDMA)蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，所有基站都配備有GPS衛(wèi)星接收器，且TOD是在網(wǎng)絡(luò)中操作的所有基站和UE所已知的。此類系統(tǒng)中的所有基站是時間同步的。另外，異步系統(tǒng)，例如全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、全球移動電信系統(tǒng)(UMTS)以及寬帶碼分多址(WCDMA)，不一定具有時間同步的基站，且基站和UE不一定含有TOD信息。


發(fā)明內(nèi)容
本文所述的方法提供異步蜂窩式通信系統(tǒng)中的基站同步。
本文所述的用于基站同步的方法包含用戶設(shè)備裝置，其可在同步蜂窩式通信系統(tǒng)(例如CDMA網(wǎng)絡(luò))中操作，而且可在異步蜂窩式通信系統(tǒng)(例如GSM、UMTS或WCDMA網(wǎng)絡(luò))中操作。所述裝置包含用于同步蜂窩式通信的裝置、用于異步蜂窩式通信的裝置以及用于用同步蜂窩式通信信號中所接收到的定時信息給異步蜂窩式通信信號加時間標(biāo)記的裝置。
與用戶設(shè)備裝置通信的計算機(jī)可讀媒體包含至少一組指令，所述指令可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行以下方法步驟基于同步蜂窩式通信信號中所接收到的日時信息，開始定時器；給接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記。
用于基站同步的方法包含用可在同步蜂窩式通信模式中操作的用戶設(shè)備，來接收同步蜂窩式通信信號中的日時；切換所述用戶設(shè)備，使其在異步蜂窩式通信模式中操作；用所述用戶設(shè)備接收異步蜂窩式通信信號；給接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記；以及將定時信息發(fā)射到異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體(例如基站或服務(wù)器)，以確定所述實體處的日時。
或者，用可操作以從非蜂窩式系統(tǒng)接收信號的用戶設(shè)備接收來自非蜂窩式系統(tǒng)信號的日時。接著，UE使用此定時信息給異步通信信號加時間標(biāo)記。
有利的是，用于基站同步的方法提供在異步通信系統(tǒng)中操作的用戶設(shè)備的改進(jìn)的位置測定、改進(jìn)的用戶設(shè)備移交，并且允許明確的時間在整個網(wǎng)絡(luò)上傳輸以用于各種目的。



在附圖中展示與所揭示的方法相關(guān)的實施例和信息，在附圖中，相同參考標(biāo)號和名稱指示相同或類似部分。
圖1說明可用于通信系統(tǒng)中的用戶設(shè)備(UE)的實例； 圖2A說明通信系統(tǒng)基站(BS)的實例； 圖2B說明通信系統(tǒng)基站(BS)的實例； 圖3說明通信系統(tǒng)定位服務(wù)器的實例； 圖4說明通信系統(tǒng)的各個實體； 圖5說明全球移動通信系統(tǒng)(GSM)通信信號幀結(jié)構(gòu)； 圖6說明用于實施本文所述的方法的過程； 圖7A說明提供日時信息的通信信號； 圖7B說明根據(jù)本文所述的方法被加時間標(biāo)記的通信信號；以及 圖8說明碼分多址(CDMA)通信信號的同步信道的幀結(jié)構(gòu)。

具體實施例方式 如本文所使用，術(shù)語“用戶設(shè)備”(UE)涉及蜂窩式、無繩、個人通信系統(tǒng)(PCS)或其它類型的無線電話裝置、尋呼機(jī)、無線個人數(shù)字助理、具有無線接入的筆記本計算機(jī)或任何其它無線移動站(MS)、雙向無線電設(shè)備、步話機(jī)或其它類型的通信收發(fā)器，而不管它們是否具有有效訂戶識別模塊(SIM)或類似識別器。
本文所述的每個UE、基站、服務(wù)器和其它通信系統(tǒng)實體包含必要且合適的處理裝置來執(zhí)行本文所述的方法。本文使用術(shù)語“計算機(jī)”、“處理器”、“處理系統(tǒng)”或“處理裝置”一般是指具有處理器或其它等效硬件的可編程設(shè)備或與可編程設(shè)備通信的終端，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知。本文所提到的每個“計算機(jī)”、“處理器”、“處理系統(tǒng)”或“處理裝置”包含必要的“計算機(jī)可讀”媒體以執(zhí)行本文所述的功能，或與必要的計算機(jī)可讀媒體通信。術(shù)語“計算機(jī)可讀媒體”是指參與將指令提供到處理器以供執(zhí)行的任何媒體。如本文所使用，術(shù)語“代碼”和/或“軟件”是指傳送到處理器的一組指令。
“計算機(jī)可讀媒體”可采取許多形式，包含(但不限于)“非易失性媒體”、“易失性媒體”以及“傳輸媒體”?！胺且资悦襟w”包含(例如)光盤或磁盤(例如用于存儲媒體)?！耙资悦襟w”包含動態(tài)存儲器?！坝嬎銠C(jī)可讀媒體”的常見形式包含軟盤、軟磁盤(flexible disk)、硬盤、磁帶、其它磁性媒體、CD-ROM或其它光學(xué)媒體、RAM、PROM、EPROM、FLASH EPROM以及其它存儲器芯片或盒式磁帶、載波或任何計算機(jī)或處理器(那些術(shù)語是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的)可從中讀取的媒體?？蓪?shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)和/或記錄記錄或存儲在計算機(jī)可讀媒體上。
如本文所使用的短語“通信地耦合”和“與……通信”涉及元件或?qū)嶓w之間的耦合，其中信息可從一者傳輸?shù)搅硪徽?，不管此類信息是直接傳送，還是經(jīng)由其它元件或?qū)嶓w。
如本文所使用，同步蜂窩式雙工通信是指其中基站彼此時間同步的系統(tǒng)通信，例如在其中基站與其它類似基站時間同步的CDMA網(wǎng)絡(luò)中。異步蜂窩式雙工通信是指其中基站不一定彼此時間同步的系統(tǒng)通信，例如在GSM、UMTS和/或WCDMA網(wǎng)絡(luò)中。
如本文所使用的術(shù)語全球定位系統(tǒng)(GPS)將被理解為指任一類型的定位系統(tǒng)，例如GPS、輔助GPS、Glonass系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、偽衛(wèi)星系統(tǒng)和/或GALILEO系統(tǒng)。
在以下描述內(nèi)容中，提供某些細(xì)節(jié)以有助于理解用于基站同步的方法，而不應(yīng)被解釋為具有限制性。眾所周知的裝置(例如用戶設(shè)備、基站和定位服務(wù)器)以框圖形式呈現(xiàn)，以便不被解釋為限制本文所述的方法。
參看圖1，簡化框圖說明示范性UE，例如多模式移動蜂窩式電話，其可在實施用于基站同步的方法的過程中使用。用戶設(shè)備10包含用于同步蜂窩式雙工通信的適當(dāng)裝置12，例如(但不限于)收發(fā)器、CDMA調(diào)制解調(diào)器以及相關(guān)聯(lián)的天線。用戶設(shè)備10進(jìn)一步包含用于異步蜂窩式雙工通信的適當(dāng)裝置，例如(但不限于)收發(fā)器、GSM調(diào)制解調(diào)器、UMTS調(diào)制解調(diào)器和/或WCDMA調(diào)制解調(diào)器以及相關(guān)聯(lián)的天線。
視情況，定位系統(tǒng)14包含在UE 10中，例如(但不限于)GPS接收器和GPS時鐘，以及相關(guān)聯(lián)的天線。可選的位置定位系統(tǒng)14可替代地耦合到UE 10而不是位于UE 10內(nèi)。
用戶設(shè)備控制16提供UE 10的控制和操作?？刂?6可包含一個或一個以上處理器、適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)可讀媒體、合適的代碼以及對UE 10的控制和操作且對本文所述的基站同步的方法的某些操作的實施來說是必要的其它硬件和軟件。用戶接口18允許用戶與UE控制16介接，以便輸入和接收來自UE 10的數(shù)據(jù)，不管是語音、視覺、文本還是其它數(shù)據(jù)。用戶接口18常規(guī)上包含例如麥克風(fēng)、揚聲器、顯示器和鍵區(qū)的組件。
參看圖2A，提供可根據(jù)本文所述的基站同步的方法實施的第一基站(BS)20的概括描繪?；?0包含蜂窩式收發(fā)器22，其具有至少一個天線24，用于將信號傳送到基站20所服務(wù)的區(qū)域中存在的UE，且從所述UE傳送信號。舉例來說，例如移動蜂窩式電話的UE 10(圖1)可以是基站20所服務(wù)的UE中的一者，這取決于通常由所述UE 10發(fā)射的信號的范圍。收發(fā)器22可以是用于發(fā)射和接收蜂窩式信號(例如CDMA蜂窩式信號)的常規(guī)收發(fā)器。GPS接收器26和相關(guān)聯(lián)的天線28允許基站20維持基站20處的準(zhǔn)確TOD信息。
基站20通常還包含網(wǎng)絡(luò)接口30，其將數(shù)據(jù)傳送到收發(fā)器22且傳送來自收發(fā)器22的數(shù)據(jù)，以便將收發(fā)器22耦合到移動交換中心(MSC)34，如此項技術(shù)中已知?；?0還可包含數(shù)字處理系統(tǒng)(DPS)32，其可以相對于基站20遠(yuǎn)程定位且與基站20耦合，或可以與基站處于同一位置。DPS 32還耦合到網(wǎng)絡(luò)接口30，以便從移動交換中心34接收數(shù)據(jù)或通信，且從收發(fā)器22接收數(shù)據(jù)。
圖2B提供可根據(jù)本文所述的用于基站同步的方法而使用的第二基站(BS)40的概括描繪?；?0包含蜂窩式收發(fā)器42，其具有至少一個天線44，用于將信號傳送到基站40所服務(wù)的區(qū)域中存在的UE(例如UE 10(圖1))，且傳送來自所述UE的信號。收發(fā)器42可以是用于發(fā)射和接收蜂窩式信號的常規(guī)收發(fā)器，所述蜂窩式信號例如是GSM、UMTS或WCDMA，這取決于基站駐留在其中的通信系統(tǒng)所利用的無線接口的類型。時鐘46可以是常規(guī)系統(tǒng)時鐘。可根據(jù)本文所述的用于基站同步的方法來改進(jìn)此時鐘46的準(zhǔn)確性，以便使此時鐘與其它基站中的其它時鐘同步。在許多情況下，時鐘46可以是高度穩(wěn)定的，但經(jīng)過一段時期之后，所述時鐘可能相對于任一初始時間設(shè)置值而偏移較大的量。基站40通常還包含網(wǎng)絡(luò)接口50，其將數(shù)據(jù)傳送到收發(fā)器42且傳送來自收發(fā)器42的數(shù)據(jù)，以便將收發(fā)器42耦合到移動交換中心(MSC)34’，其可以是或可以不是耦合到基站20的同一MSC，如此項技術(shù)中已知?；?0還可包含數(shù)字處理系統(tǒng)(DPS)48，其可以相對于基站40遠(yuǎn)程定位且與基站40耦合，或可以與基站位于同一位置。
DPS 48耦合到時鐘46，以便調(diào)整或重新校準(zhǔn)所述時鐘的時間，從而根據(jù)本文所述的用于基站同步的方法使所述時鐘與其它基站中的其它時鐘同步。在許多情況下，時鐘46是高度穩(wěn)定的，但自由運行，且這將影響網(wǎng)絡(luò)操作而改變時鐘的時間行程。作為替代，可調(diào)整與時鐘初相相關(guān)聯(lián)的時間。這就是“重新校準(zhǔn)”所表示的含義。DPS 48還耦合到網(wǎng)絡(luò)接口50，以便從移動交換中心34’接收數(shù)據(jù)或通信，且從收發(fā)器42接收數(shù)據(jù)，例如用于使時鐘46與其它基站中的其它時鐘同步而發(fā)射的被加時間標(biāo)記的幀記號。
圖3提供有時被稱為位置測定實體(PDE)的通信系統(tǒng)定位服務(wù)器60的實例。服務(wù)器60可將例如Doppler或其它衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)提供到UE 10的GPS接收器?；蛘?，定位服務(wù)器60可執(zhí)行最終位置計算而不是UE 10(在接收到偽距離或可由UE根據(jù)其來確定偽距離的其它數(shù)據(jù))，且接著可將此位置測定轉(zhuǎn)發(fā)到基站。
定位服務(wù)器60通常包含數(shù)據(jù)處理單元，例如計算機(jī)系統(tǒng)62、調(diào)制解調(diào)器或其它接口64、66和68、大容量存儲裝置70(例如用于存儲軟件和數(shù)據(jù))以及(視情況)GPS接收器72。此定位服務(wù)器60可耦合到展示為網(wǎng)絡(luò)74、76和78的多個不同網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)74可包含一個蜂窩式交換中心或多個蜂窩式交換中心和/或基于地面的電話系統(tǒng)交換?；蛘?，調(diào)制解調(diào)器64可直接耦合到小區(qū)站點，例如基站。網(wǎng)絡(luò)76可以是參考GPS接收器的網(wǎng)絡(luò)，所述參考GPS接收器提供差分GPS信息，且還可提供GPS星歷數(shù)據(jù)，以用于計算用戶設(shè)備的位置。此網(wǎng)絡(luò)通過調(diào)制解調(diào)器或其它通信接口68耦合到數(shù)據(jù)處理單元62。網(wǎng)絡(luò)78通過圖2A和圖2B中未展示的可選互連而包含其它計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)組件，例如數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32或48(如分別在圖2A和圖2B中展示)。而且，網(wǎng)絡(luò)78可包含由緊急情況操作者操作的計算機(jī)系統(tǒng)，例如響應(yīng)于911電話呼叫的公共安全應(yīng)答點。
參看圖4，展示各個網(wǎng)絡(luò)實體的圖，所述網(wǎng)絡(luò)實體中的一者或一者以上可用于實施本文所述的用于基站同步的方法。具有同步蜂窩式雙工通信和異步蜂窩式雙工通信能力兩者的UE10(例如圖1中所描繪的UE)可與一個或一個以上基站通信，所述基站例如是基站20，其與其它類似基站時間同步；和基站40，其起初與其它類似基站時間異步。舉例來說，將基站20展示為具有GPS接收器，且可代表典型CDMA網(wǎng)絡(luò)的基站，而基站40可代表典型GSM網(wǎng)絡(luò)的基站。
基站20與移動交換中心(MSC)34通信。將了解，多個蜂窩式基站通常經(jīng)布置以覆蓋具有無線電覆蓋的地理區(qū)域，且這些不同基站耦合到至少一個移動交換中心34，如眾所周知的那樣。因此，多個基站可在地理上分布，但通過移動交換中心34耦合在一起。定位服務(wù)器60經(jīng)耦合以通過移動交換中心34從基站20接收數(shù)據(jù)。移動交換中心34將信號(例如語音通信)提供到地面通信線公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)80且提供來自其的信號，使得信號可輸送到UE 10，且從UE 10輸送到其它電話，例如PSTN 80上的地面通信線電話或其它移動電話。在一些情況下，定位服務(wù)器60也可經(jīng)由蜂窩式鏈路與移動交換中心34通信。定位服務(wù)器60還可監(jiān)視來自所述基站中的若干基站的發(fā)射，以致力于確定這些發(fā)射的相對定時。
異步網(wǎng)絡(luò)的基站40類似地與移動交換中心34’通信，所述移動交換中心34’可以是或可以不是與耦合到基站20的移動交換中心相同的移動交換中心。定位服務(wù)器60’經(jīng)耦合以通過移動交換中心34’從基站40接收數(shù)據(jù)，且耦合到PSTN 80’。移動交換中心34’與PSTN 80’耦合，使得信號可輸送到UE 10且從UE 10輸送到其它UE或其它電話。
在本文所述的用于基站同步的方法中，由UE 10使用從同步通信網(wǎng)絡(luò)(例如CDMA網(wǎng)絡(luò))中的第一基站20接收到的日時信息給從第二基站40接收到的信號(例如GSM、UMTS或WCDMA信號)的幀結(jié)構(gòu)加時間標(biāo)記。舉例來說，可給特定GSM幀邊界的開始(其每4.6毫秒出現(xiàn)一次)加時間標(biāo)記。圖5展示GSM蜂窩式信號的幀結(jié)構(gòu)。接著，視情況經(jīng)由正常的蜂窩式信令將此定時信息傳遞到另一基站，例如圖4的基站40。
可確定UE 10(圖4)與基站之間的傳播延遲，以獲得改進(jìn)的定時準(zhǔn)確性。其它殘余定時誤差可保留，例如通過UE硬件的多路徑延遲和傳送延遲，且還描述用于解決這些殘差的方法。圖6和圖7提供有助于理解用于基站同步的方法的圖。
圖6提供用于實施本文所述的用于基站同步的方法的過程的圖100。起初設(shè)置102具有多模式能力用戶設(shè)備10(圖1)以用于在同步模式(例如CDMA通信模式)中操作，所述多模式能力是(例如)同步蜂窩式雙工通信(例如但不限于CDMA)能力和異步蜂窩式雙工通信(例如但不限于GSM、UMTS和/或WCDMA)能力兩者。為了便于描述所述方法，將采用CDMA。當(dāng)在CDMA模式中操作時，UE 10接收來自與其它類似基站時間同步的第一基站(例如基站20(圖2A，圖4))的CDMA信號中的日時信息104。
在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，(例如)日時信息常規(guī)上在從基站發(fā)射的信號的同步信道上發(fā)射，其提供與UE的時間和幀的同步。圖8提供同步信道結(jié)構(gòu)的圖。目前，將同步信道劃分成80毫秒超幀，將所述80毫秒超幀中的每一者劃分成三個26.67毫秒幀?；疽酝叫诺莱瑤牡谝煌叫诺缼w的第一個位開始新的同步信道報文囊。每個同步信道報文主體經(jīng)格式化以含有與GPS時間相關(guān)的36位“系統(tǒng)時間”字段。基站將此系統(tǒng)時間字段設(shè)置為含有同步信道報文的任一部分的最后一個超幀的結(jié)尾之后的四個同步信道超幀(320ms)，減去導(dǎo)頻偽隨機(jī)噪聲(PN)序列偏移量(以80毫秒為單位)。雖然此處描述了當(dāng)前CDMA同步信道格式，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，對從基站發(fā)射的信號上的日時信息進(jìn)行格式化的其它方法同樣可應(yīng)用于本文所述的用于基站同步的方法。
在UE 10從基站接收到TOD之后，UE 10視情況補(bǔ)償基站與UE 10之間的傳播延遲，這取決于所要求或所需的定時準(zhǔn)確性106(圖6)。下文進(jìn)一步描述用于確定傳播延遲的方法。UE 10接著基于接收到的TOD開始定時器108，以從此點向前跟蹤TOD，且/或其可基于從基站接收到的TOD而連續(xù)更新時間。
接著，將UE 10切換到異步蜂窩式通信模式，例如GSM、UMTS或WCDMA操作模式110。為了說明本文所述的用于基站同步的方法的操作，將采用GSM操作模式。一旦處于GSM操作模式中，UE 10便使用已知的TOD來給接收到的GSM信號的幀邊界加時間標(biāo)記112。在UE 10中提供合適的處理裝置和計算機(jī)可讀媒體，以執(zhí)行時間標(biāo)記操作。假設(shè)每個幀邊界的時間周期已知，那么UE 10還經(jīng)由連續(xù)的GSM幀邊界向前傳播定時(114)。(例如見圖5)。
視情況，UE 10將已知的定時信息發(fā)射到基站(例如基站40(圖2b和圖4))或其它合適的網(wǎng)絡(luò)實體(例如服務(wù)器)116。舉例來說，服務(wù)器可使用所述定時信息來使網(wǎng)絡(luò)中的一個以上基站時間同步。如果已知UE位置信息，那么此信息可連同定時信息一起發(fā)射到基站40或其它網(wǎng)絡(luò)實體。視情況，確定UE 10與基站40之間的傳播延遲118，這取決于所要求或所需的定時準(zhǔn)確性，如下文進(jìn)一步論述?；?0和/或輔助基站40的其它網(wǎng)路實體接著確定來自從UE 10發(fā)射的定時信息的TOD，并視情況解決UE 10與基站或其它網(wǎng)絡(luò)實體之間的傳播延遲120。
接著，在基站處更新TOD122，且可保存更新TOD時的時間，以便跟蹤基站的同步124，以便確定何時適合更新基站時鐘以使所述時鐘與其它基站中的其它時鐘同步。基站或輔助所述基站的遠(yuǎn)程實體可確定何時再次同步126。舉例來說，設(shè)置的數(shù)分鐘的時間可自動觸發(fā)另一同步過程?；蛘撸衫闷渌夹g(shù)來確定何時再次使基站處的時鐘與其它基站的其它時鐘同步。
由于以所描述的從UE 10到多個基站40的方式傳輸定時信息，或通過以所描述的從多個UE 10到多個基站40的方式傳輸定時信息，所以可使在異步通信系統(tǒng)中操作的多個基站40(圖4)時間同步。還可經(jīng)由從一個或一個以上UE 10接收定時信息的服務(wù)器來使多個基站時間同步。
圖7A和圖7B有助于演示圖6的方法，其中由UE 10使用從第一基站20(例如CDMA網(wǎng)絡(luò)中的基站)接收到的日時信息給信號(例如GSM、UMTS或WCDMA信號)的幀結(jié)構(gòu)加時間標(biāo)記。圖7A展示如從第一基站(例如基站20(圖2A，圖4))發(fā)射到UE 10的具有日時“記號”TOD1、TOD2等的信號200，以及如由UE 10接收的由于從基站到UE的傳播而在時間上延遲的所述同一信號202。TOD記號可以是(例如)由上文所述的同步信道結(jié)構(gòu)(圖8)提供的信號200的幀結(jié)構(gòu)的固有部分。如果必要或需要，那么可如下文進(jìn)一步所述來確定從基站到UE的傳播延遲∈T1，且通過減法來解決。因此，信號202含有接收到的TOD信息(TODR)，其具有傳播延遲∈T1。如圖7A中所示，UE 10可開始定時器，所述定時器從此點向前跟蹤TOD，且/或UE 10可基于從基站接收到的TOD而連續(xù)地更新時間。
因為UE10知道合適的TOD，且在切換到異步模式之后，UE 10接著給接收到的信號(例如GSM信號204)的幀邊界加時間標(biāo)記。舉例來說，可給特定GSM幀邊界的開始(其每4.6毫秒出現(xiàn)一次)加時間標(biāo)記。假設(shè)每個幀邊界的時間周期已知，那么UE 10還可經(jīng)由連續(xù)的GSM幀邊界向前傳播定時。(例如見圖5)。圖7B展示被加時間標(biāo)記的信號204(例如GSM信號)，其具有記號M1、M2等。通過UE，某一特定時間T1時的TOD與記號M1相關(guān)聯(lián)，且時間T2時的TOD與記號M2相關(guān)聯(lián)，等等。此信號視情況由UE10發(fā)射到第二基站，例如基站40(圖2B、圖4)。信號206由第二基站40接收，由于從UE到基站的傳播的緣故，所述信號在時間上延遲了∈T2。如果必要或需要，那么可如下文進(jìn)一步所述來確定從UE到第二基站的傳播延遲∈T2。因此，信號206含有接收到的定時信號(TR1、TR2等)，其具有傳播延遲∈T2。
如上文所陳述，如果可能，UE 10在操作112(圖6)中確定其位置，這與給信號中的記號加時間標(biāo)記同時發(fā)生。對UE位置的知曉有助于確定傳播延遲∈T2。舉例來說，UE中的GPS接收器可自主地確定其位置(例如基于常規(guī)硬件相關(guān)器的GPS接收器可通過從GPS衛(wèi)星讀取星歷數(shù)據(jù)來自己確定其位置)，或所述GPS接收器可在耦合到網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器(例如圖3中所示的定位服務(wù)器)的輔助下確定其位置。如所述，在操作116(圖6)中，UE將其位置(或偽距離，以允許定位服務(wù)器確定其位置)發(fā)射到基站，以及與如由UE加時間標(biāo)記的記號相關(guān)聯(lián)的時間。在操作120(圖6)中，第二基站接著通過使用UE的位置和其已知的預(yù)定位置確定UE與基站之間的傳播延遲∈T2，來計算其日時，但還可實施確定此傳播延遲的其它方法，如下文所述。返回到圖7B，從與記號相關(guān)聯(lián)的時間中減去此傳播延遲∈T2208，以確定其發(fā)射的記號處的時間，從而解決所述傳播延遲。接著，可通過了解連續(xù)幀記號之間的時間周期來確定(例如)記號M4處的當(dāng)前時間。因此，記號M4處的時間T4將等于記號M1處的時間T1加上在記號M4與M1之間插入的時間周期210。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，除同步蜂窩式通信網(wǎng)絡(luò)之外的系統(tǒng)可提供由UE 10所利用的日時，以給從異步蜂窩式網(wǎng)絡(luò)接收到的信號加時間標(biāo)記。舉例來說，倘若UE可操作以從非蜂窩式系統(tǒng)(例如但不限于“MediaFlow”廣播系統(tǒng))接收信號，那么所述非蜂窩式系統(tǒng)可將日時信息提供到UE。接著UE使用此定時信息來以與上文所述相同或類似的方式給異步通信信號加時間標(biāo)記。
可使用多種方法來估計UE 10與基站之間的傳播延遲。當(dāng)UE和/或定位服務(wù)器具有準(zhǔn)確確定的UE位置(例如經(jīng)由GPS單元)，且基站位置精確已知(例如通過預(yù)先勘測)時，可使用高度準(zhǔn)確的方法。舉例來說，在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，“尋呼”信道提供基站位置。在此情況下，通?？稍谀骋痪W(wǎng)絡(luò)實體處，通過使UE與基站之間的距離除以光速，來確定傳播延遲?；究赏ㄟ^簡單地從由UE提供的幀記號定時中減去計算出的傳播時間，來確定其發(fā)射的幀記號的定時。
通過使已經(jīng)在UE和基站(例如基站40)內(nèi)可用的信息“定時提前”，來使估計UE到基站的傳播延遲的第二方法成為可能。此類信息的最初預(yù)期目的涉及小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)量調(diào)整。然而，可以直接方式來操縱定時提前量度，以得出UE到基站的延遲估計。定時提前信息中所涉及的通信位間隔的時間分辨率確定這些時間對準(zhǔn)參數(shù)所達(dá)到的準(zhǔn)確性。通過使用此信息，有可能實現(xiàn)精確到幾微秒或幾十微秒內(nèi)的傳播延遲估計。盡管較不精確，但在保密問題阻止確切UE位置的網(wǎng)絡(luò)操縱的情形下，此第二方法尤其有利。
另一種用于確定UE 10與基站之間的傳播延遲的方法是簡單地使UE與基站之間的往返時間除以2?？山?jīng)由由基站起初發(fā)射到UE的“定時探測”來實施此類計算。接著，UE立即將所述定時探測返回到基站，因此基站接收并確定信號發(fā)射到UE且從UE返回接收所需的往返時間。盡管較不典型，但此方法可以相反方式實施，借此UE將定時探測發(fā)射到基站，且基站將探測返回到UE。
在一些應(yīng)用中，基站不需要同步到微秒準(zhǔn)確度，而是僅同步到毫秒或甚至秒準(zhǔn)確度。對于這些情形，可能不能補(bǔ)償U(kuò)E到基站的延遲，因為這些小延遲(大約幾十微秒)相對于所需的定時準(zhǔn)確性來說是可忽略的。因此，可僅使用UE處的粗略日時來給信號加時間標(biāo)記。在不需要精確基站-UE測距數(shù)據(jù)的情況下，將此信號發(fā)送到基站。一旦執(zhí)行粗略時間標(biāo)記，其準(zhǔn)確性便可維持較長的時間周期，因為由基站發(fā)射的數(shù)據(jù)的頻率的穩(wěn)定性較高。
前述方法確定基站天線的正面處的發(fā)射的有效時間。使用大量UE可能有助于經(jīng)由平均程序來減少誤差。這假定可消除系統(tǒng)偏差?？赏ㄟ^將UE放置在各個位置處且周期性地作出呼叫，來改善與支持定時(例如在早晨)的足夠UE行為相關(guān)的問題。其它定時誤差源可能干擾UE與基站之間的定時的準(zhǔn)確性。一種此類型的定時誤差是由于UE與基站之間的信號多路徑而導(dǎo)致的?；菊袷幤鞯姆€(wěn)定性也將影響需要作出和散布定時測量的頻率。有可能對基站振蕩器的偏差與時間進(jìn)行建模，并減少此類更新。
現(xiàn)將描述用于校準(zhǔn)UE接收器定時誤差和效應(yīng)的若干方法。在用于基站同步的方法的某些實施例中，UE 10(圖1)確定其位置PUE＝[XUE，yUE，ZUE]，以及與其位置相關(guān)聯(lián)的時間TUE。可通過簡單地測量從位置測定的時間到接收到的蜂窩式通信信號的幀記號的時間的時間延遲，來使此時間與所述幀記號相關(guān)聯(lián)?；蛘撸稍诘扔诖藥浱柕臅r間的時間時作出位置測定。因此，在不喪失一般性的情況下，可假定TUE等于如由UE觀看到的幀記號的時間。
假設(shè)UE還知道基站的位置，Pbase＝[xb，yb，Zb]。那么，如果多路徑延遲是可忽略的，那么在時間TUE時，從基站到UE的距離是 RTUE＝[(XUE-xb)2+(yUE-yb)2+(ZUE-Zb)2]1/2(1) 如果接收電路內(nèi)沒有延遲，那么基站與UE之間的傳播時間延遲將為RTUE/c，其中c是光速，如上文所述。
為了更加清楚，將基站處的幀記號的發(fā)射時間稱為此記號在基站的發(fā)射天線的正面處出現(xiàn)的時間。因此，在不具有多路徑延遲或接收器延遲的情況下，幀記號在基站的天線正面處的發(fā)射時間將為Tbase＝TUE-RTUE/c。
可能存在與UE接收器的射頻(RF)和數(shù)字信號處理相關(guān)聯(lián)的定時誤差或延遲bcomm。因此，參看圖1，bcomm由蜂窩式通信收發(fā)器12和UE控制16內(nèi)的延遲導(dǎo)致。此外，可能存在由于多路徑而導(dǎo)致的從基站到UE接收器的傳播中的額外延遲bmult。因此，代替提供基站處的發(fā)射時間的無偏差測量值，提供具有偏差(測量到的時間減去真實時間)的測量值bmult+bcomm。通常bmult可支配其它誤差源，尤其在執(zhí)行接收器校準(zhǔn)功能時。因此，一般來說，估計的幀記號的發(fā)射時間將較遲。
對于視線路徑來說，多路徑延遲bmult具有有零均值的偏差。對于反射路徑或?qū)⒅苯雍头瓷渎窂竭M(jìn)行組合的路徑來說，所述均值大于零(測量到的延遲相對于實際的直接路徑延遲)。在較短時間周期內(nèi)，基站將(通常)接收與來自若干UE單元且也可能來自每個UE單元的每個幀記號相關(guān)聯(lián)的時間的許多估計值。這些TOD估計值被稱為D1，D2，…，DK。這些估計值中的最小估計值與任一個別測量值或所述測量值的平均值相比，通常將具有顯著較低的平均偏差。如果測量值的編號K較大，那么可從低到高地將測量值排列，且可能可取得所述測量值的最小10％的平均值，或某一類似統(tǒng)計量。這將大大減小平均偏差，但利用某一平均。
如果基站具有高度穩(wěn)定的時鐘，那么此時鐘可能用來維持來自遠(yuǎn)程UE單元的更新之間的時間?？稍谙齺碜訳E的由于多路徑而導(dǎo)致的較差測量值的平滑過程中使用所述時鐘。此外，由于(例如)老化的緣故，可使用來自UE的測量值來測量基站時鐘的長期穩(wěn)定性。舉例來說，GSM超高幀為約3.48小時，且超幀為6.12秒(圖5)。因此，超高幀為約12528秒。不具有差分校正的典型的CDMA TOD應(yīng)精確到約100毫微秒。此準(zhǔn)確度允許基站振蕩器的長期頻率的測量值等于約100毫微秒/12528秒＝8×10-12。甚至在6.12秒的周期期間的測量值也允許約1.6 x 10-8的長期頻率的準(zhǔn)確性。最好通過對同一UE進(jìn)行若干日時測量來進(jìn)行長期穩(wěn)定性的此測量。因此，固定或緩慢移動的UE最適合于此目的。UE位置的連續(xù)測量提供所需的與UE接收器的動態(tài)特性相關(guān)的信息。
如果存在顯著的UE運動，那么重要的是，任何與Doppler相關(guān)的效應(yīng)在上文所述的定時測量中都不產(chǎn)生誤差。具體地說，如果UE測量一個例子處的時間，且預(yù)測與出現(xiàn)在不同例子處的信號幀邊界相關(guān)聯(lián)的日時，那么可由于UE的運動而產(chǎn)生誤差。在UE快速移動且/或這些時間例子中的差異較大時，情況尤其如此。有許多方法來使此問題減到最小或消除此問題。舉例來說，如果UE可確定其速度，那么可將此數(shù)據(jù)供應(yīng)到基站，其可接著補(bǔ)償由于與UE與基站之間的距離變化率相關(guān)聯(lián)的Doppler而導(dǎo)致的誤差。
每個基站40(圖4)(例如但不限于由GSM、UMTS或WCDMA網(wǎng)絡(luò)利用的那些基站)受益于本文所述的用于基站同步的方法中，所述方法通過改進(jìn)的位置測定因素和用戶設(shè)備移交，使基站相對于一個時間標(biāo)準(zhǔn)而同步?；谌舾苫局械拿恳徽吲cUE之間所發(fā)送的定時信息的使用，可獲得改進(jìn)的三角測量或測距。經(jīng)由任一到達(dá)時間系統(tǒng)來確定位置。舉例來說，當(dāng)基站時間同步時，可實施到達(dá)時差(TDOA)、估計觀察時差(EOTD)和/或上行鏈路到達(dá)時間(UTOA)方法?？勺鞒龆〞r信息的許多其它使用。這些包括允許從一個基站到下一個基站的UE通信的更高效的“移交”，和允許明確的時間在整個網(wǎng)絡(luò)上傳輸以用于各種目的?；咎幍臏?zhǔn)確定時還提供UE定時信息，用于輔助基于GPS的位置計算。定時信息可導(dǎo)致減少第一定位的時間，且/或提高相對于輔助GPS(AGPS)系統(tǒng)的靈敏度。這些情形所需的準(zhǔn)確性可在從幾微秒到約10毫秒的范圍內(nèi)，其取決于所需的性能改進(jìn)。在混合系統(tǒng)中，基站定時服務(wù)于雙重目的改進(jìn)到達(dá)時間(TOA)、EOTD或TDOA操作以及GPS操作。
前文描述內(nèi)容說明用于基站同步的方法的示范性實施方案和新穎特征。此方法存在許多方面，因為所述方法可涉及通信系統(tǒng)的大量組件之間的交互。雖然針對用于基站同步的方法的替代使用和實施方案提供了一些建議，但要詳盡地列舉或描述此類替代方案當(dāng)然是不切實際的。因此，僅應(yīng)參考所附權(quán)利要求來確定所述方法的范圍，且不應(yīng)以其它方式由本文所說明的特征來限制，除非在所附權(quán)利要求書中敘述此類限制。
雖然上文的描述內(nèi)容已指出所揭示的用于基站同步的方法的新穎特征，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可在不脫離本文所述的方法的范圍的情況下，對所說明的方法的形式和細(xì)節(jié)作出各種刪減、替代和改變。舉例來說，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠使本文所述的細(xì)節(jié)適合于具有較寬范圍的調(diào)制技術(shù)、發(fā)射器和接收器結(jié)構(gòu)以及大體上任何數(shù)目的不同格式的通信系統(tǒng)。
上文所述的元件的每個實際且新穎的組合，以及此類元件的均等物的每個實際組合都被涵蓋作為用于基站同步的方法的實施例。部分因為比本文可合理地明確列舉的元件組合多得多的元件組合被涵蓋作為實施例，所以用于基站同步的方法的范圍完全由所附權(quán)利要求書而不是由前文描述內(nèi)容來界定。此外，上文所述特征的任何可操作的可能組合都應(yīng)視為已在本文中明確且清楚地揭示。在各個權(quán)利要求元素的均等物的含義和范圍內(nèi)的所有改變都包含在相應(yīng)權(quán)利要求的范圍內(nèi)。為此，每個權(quán)利要求中的每個所述元素都應(yīng)盡可能廣泛地解釋，且此外應(yīng)理解為在不同時涵蓋現(xiàn)有技術(shù)的情況下，在可能的范圍內(nèi)涵蓋此類元件的任何均等物。
權(quán)利要求
1.一種可在同步蜂窩式通信系統(tǒng)中和在異步蜂窩式通信系統(tǒng)中操作的用戶設(shè)備裝置，所述裝置包括
用于同步蜂窩式通信的裝置；
用于異步蜂窩式通信的裝置；以及
用于用同步蜂窩式通信信號中接收到的定時信息給異步蜂窩式通信信號加時間標(biāo)記的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述用于同步蜂窩式通信的裝置包括
收發(fā)器；
CDMA通信調(diào)制解調(diào)器；以及
天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述用于異步蜂窩式通信的裝置包括
收發(fā)器；
從由GSM、UMTS和WCDMA通信調(diào)制解調(diào)器組成的群組中選出的調(diào)制解調(diào)器；以及
天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述用于用同步蜂窩式通信信號中接收到的定時信息給異步蜂窩式通信信號加時間標(biāo)記的裝置包括
至少一個處理器；以及
計算機(jī)可讀媒體。
5.一種與用戶設(shè)備裝置通信的計算機(jī)可讀媒體，所述用戶設(shè)備裝置可在同步蜂窩式通信系統(tǒng)中和在異步蜂窩式通信系統(tǒng)中操作，所述計算機(jī)可讀媒體確切包含可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行以下方法步驟的至少一組指令
基于同步蜂窩式通信信號中接收到的日時信息，開始定時器；以及
給接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計算機(jī)可讀媒體，其中所述同步蜂窩式通信信號從所述同步蜂窩式通信系統(tǒng)中的第一基站被發(fā)射到所述用戶設(shè)備裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計算機(jī)可讀媒體，其進(jìn)一步包括可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行解決所述第一基站與用戶設(shè)備裝置之間的傳播延遲的方法步驟的指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計算機(jī)可讀媒體，其中所述異步蜂窩式通信信號從所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)中的第二基站被發(fā)射到所述用戶設(shè)備裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)可讀媒體，其進(jìn)一步包括可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行解決所述用戶設(shè)備裝置與第二基站之間的傳播延遲的方法步驟的指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計算機(jī)可讀媒體，其進(jìn)一步包括可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行經(jīng)由連續(xù)幀邊界向前傳播時間的方法步驟的指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計算機(jī)可讀媒體，其進(jìn)一步包括可由處理器執(zhí)行以執(zhí)行解決從由接收器延遲、信號處理延遲、多路徑延遲和Doppler效應(yīng)組成的群組中選出的至少一個定時誤差的方法步驟的指令。
12.一種用于在異步蜂窩式通信系統(tǒng)中使基站同步的方法，所述方法包括
用可在同步蜂窩式通信模式中操作的用戶設(shè)備來接收同步蜂窩式通信信號中的日時；
將所述用戶設(shè)備切換為在異步蜂窩式通信模式中操作；
用所述用戶設(shè)備接收異步蜂窩式通信信號；
給所述接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記；以及
將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體，以確定所述實體處的日時。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收同步蜂窩式通信信號中的日時的步驟包括接收來自CDMA蜂窩式通信信號的日時。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括解決發(fā)射所述同步蜂窩式通信信號的基站與所述用戶設(shè)備之間的信號傳播延遲的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收異步蜂窩式通信信號的步驟包括接收GSM蜂窩式通信信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收異步蜂窩式通信信號的步驟包括接收從由UMTS和WCDMA蜂窩式通信信號組成的群組中選出的信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括經(jīng)由所述接收到的異步蜂窩式通信信號的連續(xù)幀邊界向前傳播時間的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體的步驟包括將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的基站。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體的步驟包括將定時信息傳送到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的服務(wù)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括用來自所述服務(wù)器的定時信息使多個基站同步的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括確定所述用戶設(shè)備與異步蜂窩式通信系統(tǒng)實體之間的信號傳播延遲的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其包括根據(jù)所述加時間標(biāo)記的信號和所述用戶設(shè)備與異步蜂窩式通信系統(tǒng)實體之間的信號傳播延遲來確定所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)實體處的日時的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括確定何時使所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的基站同步的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括利用所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)實體處的日時信息來改進(jìn)從由位置測定因素和用戶設(shè)備移交組成的群組中選出的至少一個系統(tǒng)特征的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括解決從由接收器延遲、信號處理延遲、多路徑延遲和Doppler效應(yīng)組成的群組中選出的至少一個定時誤差的步驟。
26.一種用于使異步蜂窩式通信系統(tǒng)中的基站時間同步的方法，所述方法包括
用可操作以從非蜂窩式系統(tǒng)接收信號的用戶設(shè)備接收來自非蜂窩式系統(tǒng)信號的日時；
用所述用戶設(shè)備接收異步蜂窩式通信信號；
給所述接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記；以及
將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體，以確定所述實體處的日時。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于經(jīng)由多通信模式用戶設(shè)備使異步蜂窩式通信系統(tǒng)中的基站時間同步的方法。所述方法包含用可在同步蜂窩式通信模式中操作的用戶設(shè)備接收同步蜂窩式通信信號中的日時?；蛘?，用可操作以從非蜂窩式系統(tǒng)接收信號的用戶設(shè)備接收來自所述非蜂窩式系統(tǒng)信號的日時。在接收到日時之后，將所述用戶設(shè)備切換為在異步蜂窩式通信模式中操作。接著，給接收到的異步蜂窩式通信信號的幀邊界加時間標(biāo)記。接著，將定時信息發(fā)射到所述異步蜂窩式通信系統(tǒng)的實體，以確定所述實體處的日時。
文檔編號H04B1/00GK101390294SQ200680024141
公開日2009年3月18日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
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