ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ ПОДВИЖНОЙ СТАНЦИЕЙ СИНХРОНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ВРЕМЕНИ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ МДКР
MOBILE STATION ASSISTED TIMING SYNCHRONISATION IN CDMA COMMUNICATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам связи. Более конкретно настоящее изобретение относится к новому и усовершенствованному способу и устройству для синхронизации базовой станции посредством сигналов, передаваемых от подвижной станции, которая одновременно находится в связи с синхронизируемой базовой станцией.
Уровень техники
Использование способов модуляции множественного (многостанционного) доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) является только одним из нескольких способов для содействия связи, в которой присутствует большое количество пользователей системы. Хотя известны другие способы, такие как множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР) и схемы амплитудной модуляции (AM), например одна боковая полоса с компандируемой амплитудой, МДКР имеет существенные преимущества перед этими другими способами модуляции. Использование способов МДКР в системе связи множественного доступа описано в патенте США № 4901307, озаглавленном "Система связи множественного доступа с расширенным спектром, использующая спутниковые или наземные ретрансляторы", и патенте США № 5103459, озаглавленном "Система и способ генерации формы волны сигнала в системе сотовой телефонной связи МДКР". Способ обеспечения подвижной связи МДКР был стандартизован в Соединенных Штатах Ассоциацией промышленности связи в стандарте TIA/EIA/IS-95-A, озаглавленном "Стандарт совместимости подвижной станции-базовой станции для двухрежимной широкополосной системы сотовой связи с расширенным спектром", называемом здесь как IS-95.
В только что упомянутых патентах описывается способ множественного доступа, в котором большое количество пользователей подвижных станций, каждая из которых содержит приемопередатчик, поддерживают связь через спутниковые ретрансляторы или наземные базовые станции (также известные как сотовые базовые станции или совокупность базовых станций, установленных в одном месте), используя сигналы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) с расширенным спектром. Путем использования связи МДКР спектр частот может быть повторно использован много раз, позволяя таким образом увеличить число пользователей системы. Использование способов МДКР дает гораздо большую спектральную эффективность, чем та, которая может быть достигнута с использованием других способов множественного доступа.
Способ для одновременной демодуляции данных, которые проходят по разным путям распространения от одной базовой станции, и для одновременной демодуляции данных, избыточно подаваемых от более чем одной базовой станции, описан в патенте США № 5109390 (патенте '390), озаглавленном "Приемник с разнесением в системе сотовой связи МДКР". В патенте '390 отдельно демодулированные сигналы объединяются, чтобы обеспечить оценку переданных данных, которые имеют большую надежность, чем данные, демодулированные каким-либо одним трактом или от какой-либо одной базовой станции.
Передачи обслуживания, в общем, могут быть разделены на две категории - жесткие передачи обслуживания и мягкие передачи обслуживания. В жесткой передаче обслуживания, когда подвижная станция покидает исходную базовую станцию и входит в зону базовой станции назначения, подвижная станция прерывает свою линию связи с исходной базовой станцией и после этого устанавливает новую линию связи с базовой станцией назначения. В мягкой передаче обслуживания подвижная станция завершает установление линии связи с базовой станцией назначения до прерывания своей линии связи с исходной базовой станцией. Таким образом, в мягкой передаче обслуживания подвижная станция в течение некоторого периода избыточно находится в связи как с исходной базовой станцией, так и с базовой станцией назначения.
При мягкой передаче обслуживания гораздо меньше вероятность прерывания вызовов, чем при жестких передачах обслуживания. Кроме того, когда подвижная станция перемещается вблизи границы зоны обслуживания базовой станции, она может давать повторные запросы на передачу обслуживания в ответ на слабые изменения в окружающей среде. Эта проблема, называемая пинг-понговым режимом, также значительно уменьшается мягкой передачей обслуживания. Процесс для выполнения мягкой передачи обслуживания подробно описан в патенте США № 5101501, озаглавленном "Способ и система для обеспечения мягкой передачи обслуживания при передачах в сотовой телефонной системе МДКР".
Усовершенствованный способ мягкой передачи обслуживания описан в патенте США № 5267261, озаглавленном "Поддерживаемая подвижной станцией мягкая передача обслуживания в системе сотовой связи МДКР". В системе по патенту '261 процесс мягкой передачи обслуживания усовершенствован путем измерения уровня пилот-сигналов, передаваемых каждой базовой станцией, в подвижной станции. Эти измерения уровня пилот-сигналов являются помощью в процессе мягкой передачи обслуживания, облегчая идентификацию приемлемой базовой станции, являющейся кандидатом на передачу обслуживания.
доб.
Кандидаты из базовых станций могут быть разделены на четыре группы. Первая группа, называемая Активным набором, содержит базовые станции, которые в текущее время находятся в связи с подвижной станцией. Вторая группа, называемая Набором кандидатов, содержит базовые станции, сигналы от которых были определены как имеющие достаточный уровень для использования подвижной станцией, но в текущее время они не используются. Базовые станции добавляются к Набору кандидатов, когда энергия их измеренного пилот-сигнала превосходит заданный порог Т Третья группа представляет собой набор базовых станций, которые находятся вблизи подвижной станции (и которые не включены в Активный набор или Набор кандидатов). И четвертая группа - это Остальной набор, который состоит из всех остальных базовых станций.
В IS-95 базовая станция-кандидат характеризуется фазовым сдвигом псевдошумовой (ПШ) последовательности ее канала пилот-сигнала. Когда подвижная станция осуществляет поиск, чтобы определить уровень пилот-сигнала от базовой станции-кандидата, она выполняет операцию корреляции, в которой отфильтрованный принятый сигнал коррелируется с набором гипотез ПШ сдвига. Способ и устройство для выполнения операции корреляции подробно описаны в заявке на патент США № 08/687694, сейчас патент США № 5644591, зарегистрированной 26 июля 1996 г., озаглавленной "Способ и устройство для выполнения поискового захвата в системе связи МДКР".
Задержка распространения между базовой станцией и подвижной станцией неизвестна. Эта неизвестная задержка создает неизвестный сдвиг в ПШ кодах. Процесс поиска пытается определить неизвестный сдвиг в ПШ кодах. Чтобы выполнить это, подвижная станция сдвигает по времени выходной сигнал генераторов ПШ кода его устройства поиска. Диапазон поискового сдвига называется окном поиска. Окно поиска центрировано около гипотезы ПШ сдвига. Базовая станция передает в подвижную станцию сообщение, указывающее ПШ сдвиги пилот-сигналов базовых станций, находящихся в физической близости от нее. Подвижная станция будет центрировать свое окно поиска около гипотезы ПШ сдвига.
Подходящий размер окна поиска зависит от нескольких факторов, включая приоритет пилот-сигнала, быстродействие процессоров поиска и ожидаемое рассеяние задержки поступления сигнала по многим трактам. Стандарты МДКР (IS-95) определяют три параметра окна поиска. Поиск пилот-сигналов в Активном наборе и Наборе кандидатов управляется окном поиска "А". Поиск пилот-сигналов Соседнего набора осуществляется в окне "N", а пилот-сигналов Остального набора - в окне "R". Размеры окна устройства поиска приведены ниже в таблице, где элементарная посылка равна 1/1,2288 МГц.
окно_поиска_А окно_поиска_N окно_поиска_R
размер окна (ПШ элемен. посылки)
окно_поиска_А окно_поиска_N окно_поиска_R
Размер окна (ПШ элемен. посылки)
0
4
8
60
1
6
9
80
2
8
10
100
3
10
11
130
4
14
12
160
5
20
13
226
6
28
14
320
7
40
15
452
Размер окна является компромиссом между скоростью поиска и вероятностью пропуска сильного тракта, лежащего вне окна поиска.
Базовая станция передает в подвижную станцию сообщение, которое определяет гипотезу ПШ, которую подвижная станция должна искать относительно своего ПШ сдвига. Например, исходная базовая станция может дать команду подвижной станции искать пилот-сигнал на 128 ПШ элементарных посылок впереди своего ПШ сдвига. Подвижная станция в ответ устанавливает свой демодулятор устройства поиска на 128 элементарных посылок впереди в цикле выходного элементарного сигнала и ищет пилот-сигнал, используя окно поиска, центрированное около определенного сдвига. Когда подвижная станция получила команду искать гипотезу ПШ, чтобы определить ресурсы, доступные для выполнения передачи обслуживания, критичным становится то, что ПШ сдвиг пилот-сигнала станции назначения очень близок по времени к указанному сдвигу. Скорость поиска имеет критическое значение вблизи границ зоны базовой станции, потому что задержки в завершении необходимых поисков могут привести к прерыванию вызовов.
В системах МДКР в Соединенных Штатах синхронизация базовой станции достигается обеспечением каждой базовой станции приемником спутника глобальной системы позиционирования (ГСП, GPS). Однако имеются случаи, когда базовая станция не может принимать сигнал ГСП. Например, в метро и тоннелях сигналы ГСП уменьшаются до степени, которая препятствует их использованию для синхронизации по времени базовых станций или микробазовых станций. Настоящее изобретение предлагает способ и систему для обеспечения синхронизации по времени в этих обстоятельствах, при которых часть сети способна принимать централизованный сигнал синхронизации и достигать синхронизации от него, а часть базовых станций не способна принимать централизованный сигнал синхронизации.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет новые и усовершенствованные способ и устройство для синхронизации по времени базовой станции, которая не способна принимать централизованный сигнал синхронизации, в сети, в которой некоторые из базовых станций способны принимать централизованный сигнал синхронизации. Ведущая базовая станция имеет синхронизацию по времени путем приема централизованного сигнала синхронизации или использования другого средства. В иллюстрируемом примере осуществления ведущая базовая станция синхронизируется, используя приемник спутника глобальной системы позиционирования (ГСП). Ведомая базовая станция не имеет возможности синхронизироваться из-за, например, неспособности принимать централизованный сигнал синхронизации.
В настоящем изобретении ведомая базовая станция достигает синхронизации с ведущей базовой станцией через сообщения, передаваемые от подвижной станции и принимаемые подвижной станцией в зоне мягкой передачи обслуживания между ведущей базовой станцией и ведомой базовой станцией. Во-первых, ведущая базовая станция измеряет задержку прохождения сигнала в прямом и обратном направлении между подвижной станцией и ведущей базовой станцией. Затем ведомая базовая станция ищет до тех пор, пока она не захватит сигнал, передаваемый подвижной станцией, называемый сигналом обратной линии связи. В ответ на получение сигнала обратной линии связи ведомая базовая станция регулирует свою синхронизацию, так что подвижная станция может захватить ее сигнал, называемый сигналом прямой линии связи. Эта операция может быть не нужна, если погрешность синхронизации в ведомой базовой станции не является большой.
Когда подвижная станция получает сигнал от ведомой базовой станции, подвижная станция измеряет и сообщает разницу между величиной времени, которое требуется для прохождения сигнала от ведущей базовой станции до подвижной станции, и величиной времени, которое требуется сигналу для прохождения от ведомой базовой станции до подвижной станции. Последним необходимым измерением является измерение ведомой базовой станцией разности времени между моментом времени, когда она приняла сигнал обратной линии связи от подвижной станции, и моментом времени, когда она передала сигнал в подвижную станцию.
Выполняется ряд вычислений над измеренными величинами времени, описанных здесь подробно, чтобы определить разницу времени между ведомой базовой станцией и ведущей базовой станцией. Производится регулировка синхронизации ведомой базовой станции в соответствии с этими вычислениями. Следует заметить, что в предпочтительном примере осуществления все упомянутые измерения выполнены во время нормальной работы системы связи МДКР IS-95.
Краткое описание чертежей
Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из подробного описания, приведенного ниже, взятого совместно с чертежами, на которых одинаковые ссылочные символы соответственно указаны по всем чертежам и на которых:
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию сети системы радиосвязи, содержащей ведущую базовую станцию и ведомую базовую станцию;
Фиг.2 - схема, иллюстрирующая различные передачи между подвижной станцией, синхронной базовой станцией и асинхронной базовой станцией и соответствующие интервалы времени;
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая способ синхронизации базовой станции, которая не способна принимать централизованный сигнал синхронизации;
Фиг.4 - блок-схема подвижной станции настоящего изобретения;
Фиг.5 - блок-схема устройства поиска в подвижной станции настоящего изобретения;
Фиг.6 - блок-схема модулятора канала трафика подвижной станции настоящего изобретения;
Фиг.7 - блок-схема базовой станции настоящего изобретения;
Фиг.8 - блок-схема системы передачи базовой станции настоящего изобретения; и
Фиг.9 - блок-схема системы приемника базовой станции настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных примеров осуществления
I. Обзор вычисления погрешности синхронизации
Ссылаясь на Фиг.1, подвижная станция 60 находится в связи с ведущей базовой станцией 62, поскольку она примерно находится в пределах зоны обслуживания, очерченной границей 61 охвата базовой станции. Ведущая базовая станция 62 синхронизирована с остальной частью сети посредством центральной системы синхронизации, такой как глобальная система позиционирования (ГСП). В противоположность этому, ведомая базовая станция 64 с зоной обслуживания, очерченной границей 63 охвата, не синхронизирована с центральной системой синхронизации с помощью независимого средства, такого как ГСП, доступного базовой станции 62. Контроллер базовой станции 66 направляет вызовы от коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП) в базовую станцию 62 или 64 посредством линии Т1 или другого средства. Кроме того, синхронизация частоты обеспечивается в базовой станции 64 через линии 11.
В течение коротких периодов времени синхронизация частоты может быть обеспечена с приемлемой степенью точности через линии Т1 способами, хорошо известными из уровня техники. Однако в этих схемах для обеспечения частотной информации имеются общие проблемы. Эти проблемы приводят к погрешности синхронизации, которые могут быть скорректированы использованием настоящего изобретения. Ввиду связи между фазой и частотой временная коррекция фазы по настоящему изобретению позволит использование менее точных источников частоты, когда это необходимо.
1
Можно сослаться на Фиг.2, иллюстрацию передачи и соответствующих интервалов времени, используемых для синхронизации по времени ведомой базовой станции 64 с синхронизированным временем ведущей базовой станции 62. Тракт сигнала 500 иллюстрирует передачу сигнала прямой линии связи от ведущей базовой станции 62 к подвижной станции 60. Интервал времени, на котором происходит эта передача, обозначен τ. В подвижной станции 60 начало передач кадра по обратной линии связи согласовано по времени с началом поступлений кадра в прямой линии связи. Это согласование по времени стандартизовано в IS-95 и включено в оборудование, спроектированное в соответствии с ним. Поэтому следует понимать, что способы и устройства для выполнения этого согласования хорошо известны из уровня техники.
1
1
1
1
0
0
Передача 502 показывает передачу кадра обратной линии связи от подвижной станции 60 к ведущей базовой станции 62. Время, необходимое для сигнала 500, чтобы пройти от базовой станции 62 до подвижной станции 60 (τ), равно времени, необходимому сигналу 502 для прохождения от базовой станции 62 к подвижной станции 60 (тоже τ). Поскольку базовая станция 62 знает время, когда она передала сигнал 500, и знает время, когда она приняла сигнал 502, базовая станция 62 может вычислить время задержки прохождения сигнала в прямом и обратном направлении (ЗПС, RTD), которое является первой величиной, необходимой для вычисления погрешности по времени (Т'-Т).
2
2
2
2
0
0
0
0
Тракт сигнала 504 представляет передачу сигнала обратной линии связи от подвижной станции 60, идущего по другому пути распространения к ведомой базовой станции 64. Время, необходимое сигналу 504 для прохождения от подвижной станции 60 к ведомой базовой станции 64, обозначено τ. Время, в которое сигнал 504 обратной линии связи достигает базовой станции 64, обозначено Т. Время, необходимое сигналу 506 прямой линии связи для прохождения от базовой станции 64 к подвижной станции 60, также равно τ. Кроме того, ведомая базовая станция 64 может измерить разность времени между моментом, когда она приняла сигнал обратной линии связи от подвижной станции 60, и моментом времени, когда она передала свой сигнал прямой линии связи к подвижной станции 60. Эта разность времени обозначена ЗПС. Знание этих моментов времени позволяет вычислить погрешность времени (Т'-Т) . Способ вычисления погрешности времени (Т'-Т) описан ниже. Сначала из Фиг.2 можно наблюдать, что:
2
1
2
T= τ + τ (1)
1
0
2
τ + ΔТ= Т' + τ (2)
Проведя операции с членами уравнений (1) и (2), можно получить следующее:
2
0
2
Т+ ΔT = Т' + 2·τ (3)
2
2
0
2·τ = Т - Т' + ΔT (4)
Для упрощения записи можно обозначить новую переменную как:
2
2
0
ЗПС = Т -Т' (5)
Можно видеть, что:
2
2
τ = ЗПС/2 + ΔT/2 (6)
2
0
1
2
Т = Т + τ + τ (7)
Поэтому
2
0
1
2
Т - T= τ + τ и (8)
2
2
ЗПС= 2·τ - ΔT.
0
0
Путем подстановки можно видеть, что погрешность времени (Т'-Т) равна:
0
0
1
2
T'-T = τ-τ + ΔT (9)
0
0
1
2
Т'-Т = τ-[ЗПС/2 + ΔT/2]+ΔT (10)
0
0
1
2
T'-T= ЗПС/2 - ЗПС/2 + ΔT/2 (11)
0
0
1
2
T'-T= (ЗПС+ ΔT - ЗПС)/2 (12)
0
0
Поскольку базовая станция 64 знает величину своей погрешности синхронизации (Т'-Т), она регулирует свое время так, чтобы синхронизировать его со временем базовой станцией 62. Эти измерения подвержены погрешностям, так что в предпочтительном примере осуществления избыточно выполняется много измерений, чтобы гарантировать точность коррекции синхронизации.
Теперь описываются способ и устройство для измерения каждой из необходимых в уравнении (12) величин времени.
II. Измерение задержки прохождения сигнала в прямом и обратном направлении (ЗПС)
1
1
Фиг.3 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ настоящего изобретения для синхронизации ведомой базовой станции 64 по времени с ведущей базовой станцией 62. Способ синхронизации начинается с операции 300 в подвижной станции 60, находящейся в связи с ведущей базовой станцией 62, и в зоне, позволяющей проводить связь с ведомой базовой станцией 64. При операции 302 измеряется время задержки прохождения сигнала в прямом и обратном направлении (ЗПС), необходимое для сигнала, чтобы пройти от ведущей базовой станции 62 к подвижной станции 60 и обратно, от подвижной станции 60 к ведущей базовой станции 62. Это выполняется путем выравнивания границ кадров, принятых подвижной станцией 60, с границами кадров, переданных подвижной станцией 60. Способ и устройство для обеспечения этого выравнивания хорошо известны из уровня техники. Таким образом, задержка прохождения сигнала в прямом и обратном направлении (ЗПС) измерена как разность времени между началом кадров, переданных ведущей базовой станцией 62, и началом кадров, принятых ведущей базовой станцией 62 от подвижной станции 60.
Ссылаясь на Фиг. 4, кадры данных прямой линии связи от ведущей базовой станции 62 принимают в антенне 2 и подают через дуплексер (антенный переключатель) 3 в приемник (ПРМ) 4. Приемник 4 преобразует с понижением частоты, отфильтровывает и усиливает принятый сигнал и подает его к устройству поиска 50 и демодуляторам трафика 54. Устройство поиска 50 осуществляет поиск каналов пилот-сигнала в соответствии со списком соседних станций, поданным ведущей базовой станцией 62. Список соседних станций передается как данные сигнализации по каналу трафика от ведущей базовой станции 62. Сигнал, показывающий начало принятых кадров от ведущей базовой станции 62, подается к управляющему процессору 55. Управляющий процессор 55 генерирует и подает сигнал выравнивания времени к модулятору трафика 58, который выравнивает начало кадров, переданных от подвижной станции 60, с началом кадров, принятых в подвижной станции 60.
Кадры данных от пользователя подвижной станции 60 подаются к модулятору трафика 58, который, в ответ на сигнал синхронизации от управляющего процессора 55, выравнивает по времени кадры, переданные через передатчик (ПРД) 56, с кадрами, принятыми подвижной станцией 60 от ведущей базовой станции 62. Кадры обратной линии связи преобразуют с повышением частоты, фильтруют и усиливают посредством передатчика 56, затем подают через дуплексер 3 для передачи через антенну 2.
III. Захват подвижной станции ведомой базовой станцией
Фиг. 6 иллюстрирует модулятор канала трафика 58 подвижной станции 60. Кадры данных подаются к форматтеру кадров 200. В иллюстрируемом примере осуществления форматтер кадров 200 генерирует и присоединяет набор бит контроля циклическим избыточным кодом (ЦИК) и генерирует набор хвостовых бит. В иллюстрируемом примере осуществления форматтер кадров 200 следует протоколу формата кадра, стандартизованному в IS-95 и подробно описанному в патенте США № 5600754, озаглавленном "Способ и система для расположения данных вокодера для маскирования сбоев, индуцированных каналом передачи".
Форматированный кадр данных подается к кодеру 202, который кодирует данные для коррекции ошибок и детектирования. В иллюстрируемом примере осуществления кодер 202 является сверточным кодером. Закодированные символы данных подаются в перемежитель 204, который изменяет порядок следования символов в соответствии с заданным форматом перемежения. Символы с измененным порядком следования подаются в преобразователь 206 Уолша. В иллюстрируемом примере осуществления преобразователь 206 Уолша принимает восемь кодированных символов и преобразует этот набор символов в последовательность Уолша из 64 элементарных посылок. Символы Уолша подаются к средству 208 расширения, которое расширяет символы Уолша в соответствии с длинным расширяющим кодом. Генератор 210 длинного ПШ кода генерирует псевдошумовую (ПШ) последовательность, которая расширяет данные и отделяет эти данные от данных обратной линии связи, передаваемых от других подвижных станций, находящихся по соседству.
В иллюстрируемом примере осуществления данные передаются в соответствии с форматом модуляции четвертичной фазовой манипуляции (ЧФМн), в котором каналы I и Q расширяются в соответствии с короткой ПШ последовательностью. Расширенные данные подаются к средствам 214 и 216 расширения, которые выполняют вторую операцию расширения на данных в соответствии с короткой ПШ последовательностью, выданной ПШ генераторами (ПШI и ПШQ) 212 и 218 соответственно.
При операции 304 ведомая базовая станция 64 получает сигнал обратной линии связи, переданный подвижной станцией 60. Контроллер 66 базовой станции посылает сигнал в ведомую базовую станцию 64, показывая смещение ПШ кода, которое подвижная станция 60 использует, чтобы расширить свой сигнал обратной линии связи. В ответ на этот сигнал от контроллера 66 базовой станции ведомая базовая станция 64 выполняет поиск подвижной станции 60, центрированной около сдвига ПШ, указанного сигналом от контроллера 66 базовой станции.
В иллюстрируемом примере осуществления банк данных ведомой базовой станции 64 загружает сигналы в генератор 106 ПШ длинного кода и в генераторы 108 и 110 ПШ короткого кода ее устройства поиска (показанных на Фиг.9), в соответствии с сигналом от контроллера 66 базовой станции. Процесс работы устройства поиска ведомой базовой станции 64 подробно описан здесь далее.
Фиг.7 иллюстрирует устройство ведомой базовой станции 64. В ведомой базовой станции 64 принимается сигнал от контроллера 66 базовой станции, показывающий ПШ подвижной станции 60. Это сообщение подается к управляющему процессору 100. В ответ на это управляющий процессор 100 вычисляет диапазон поиска окна, центрированного у определенного ПШ сдвига. Управляющий процессор 100 подает параметры поиска к устройству 101 поиска, и в ответ на эти параметры ведомая базовая станция 64 проводит поиск сигнала, передаваемого подвижной станцией 60. Сигнал, принятый антенной 102 ведомой базовой станции 64, подается в приемник 104, который преобразует с понижением частоты, фильтрует и усиливает принятый сигнал и подает его к устройству 101 поиска. Кроме того, принятый сигнал подается в демодуляторы 105 трафика, которые демодулируют данные трафика обратной линии связи и подают эти данные в контроллер 66 базовой станции. Контроллер 66 базовой станции, в свою очередь, подает их в коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП).
Фиг.9 более подробно иллюстрирует устройство 101 поиска. Демодуляция сигнала обратной линии связи подробно описана в заявке на патент США № 08/372632, сейчас патент США № 5654979, зарегистрированной 13 января 1995 г., озаглавленной «Архитектура демодулятора сотового узла для системы связи множественного доступа с расширенным спектром», и совместно рассматриваемой заявке на патент США № 08/316177, зарегистрированной 30 сентября 1994 г., озаглавленной «Многоканальный процессор поиска для системы связи множественного доступа с расширенным спектром». Оценка ПШ сдвига подвижной станции 60 подается к управляющему процессору 100 от контроллера 66 базовой станции. В ответ на оценку ПШ сдвига, поданную контроллером 66 базовой станции, управляющий процессор 100 генерирует первоначальную гипотезу длинной ПШ последовательности и первоначальную гипотезу короткой ПШ последовательности для поиска, который должен быть выполнен ведомой базовой станцией 64. В иллюстрируемом примере осуществления банк данных управляющего процессора 100 загружает регистры сдвига ПШ генератора 106, 108 и 110.
Сигнал, принятый антенной 102, преобразуется с понижением частоты, фильтруется и усиливается посредством приемника 104 и пропускается к коррелятору 116. Коррелятор 116 коррелирует принятый сигнал с объединенными гипотезами длинной и коротких ПШ последовательностей. В иллюстрируемом примере осуществления гипотеза ПШ последовательности генерируется путем умножения коротких ПШ гипотез, генерируемых ПШ генераторами 108 и 110, на длинную ПШ последовательность, генерируемую ПШ генератором 106, посредством мультиплексора 112 и мультиплексора 114 соответственно. Одна из объединенных гипотез ПШ последовательности используется для сжатия канала I, а другая используется для сжатия канал Q принятого сигнала ЧФМн.
2
2
Два ПШ сжатых сигнала подаются к процессорам 118 и 120 быстрого преобразования Адамара (БПА). Конструкция и работа процессоров быстрого преобразования Адамара подробно описана в заявке на патент США № 08/173460, сейчас патент США № 5561618, зарегистрированной 22 декабря 1993 г., озаглавленной «Способ и устройство для выполнения быстрого преобразования Адамара». Процессоры 118 и 120 БПА коррелируют сжатые сигналы со всеми возможными символами Уолша, чтобы создать матрицу результирующих амплитуд для средства 122 вычисления энергии (I+Q). Средство 122 вычисления энергии вычисляет энергию элементов матрицы амплитуд и подает величины энергии к детектору 124 максимума, который выбирает корреляцию максимальной энергии. Энергии максимальной корреляции подаются в накопитель 126, который накапливает энергии для множества символов Уолша, и на основании этих накопленных значений энергии определяется, может ли подвижная станция 60 быть захвачена в этом ПШ сдвиге.
IV. Регулировка начальной синхронизации ведомой базовой станцией
Когда подвижная станция 60 захвачена, тогда в блоке 306 ведомая базовая станция 64 регулирует свою синхронизацию так, чтобы подвижная станция 60 была способна успешно получать ее передачи прямой линии связи. Ведомая базовая станция 64 вычисляет регулировку начальной синхронизации путем определения разности между ПШ сдвигом, при котором она захватила сигнал обратной линии связи от подвижной станции 60, и ПШ сдвигом, который использует ведущая базовая станция 62 для приема сигнала обратной линии связи от подвижной станции 60. Используя эту разность ПШ сдвигов, ведомая базовая станция 64 регулирует синхронизацию своего пилот-сигнала таким образом, что подвижная станция 60 ищет ее пилот-сигнал, который будет находиться внутри окна поиска подвижной станции 60.
V. Захват ведомой базовой станции подвижной станцией
При поиске сигнала подвижной станции ведомой базовой станции 64 необходимо иметь какую-либо индикацию времени. В предпочтительном примере осуществления погрешность времени ведомой базовой станции 64 поддерживается равной 1 мс или менее посредством альтернативной схемы синхронизации. Имеются схемы, которые позволяют ведомой базовой станции 64, которая не способна принимать сигнал ГСП, поддерживать время с меньшим уровнем точности. Один возможный способ получения степени начальной синхронизации состоит в ручной установке времени ведомой базовой станции 64 с определенными интервалами. Второй способ состоит в установлении времени с использованием приемника WWV, исполнение которого хорошо известно из уровня техники. В отличие от сигнала ГСП, WWV централизованный сигнал синхронизации передается на очень низкой частоте и способен проникать в туннели и метро. Однако приемники WWV не способны обеспечить степень синхронизации времени, необходимую для обеспечения связи МДКР.
В иллюстрируемом примере осуществления ведомая базовая станция 64 регулирует свою синхронизацию в соответствии с предположением, что подвижная станция 60 расположена непосредственно по соседству с ведомой базовой станцией 64. Таким образом, регулировка начальной синхронизации выполняется с предположением, что не будет задержки распространения между ведомой станцией 64 и подвижной станцией 60. После этого ведомая базовая станция 64 регулирует свои генераторы 72 и 74 ПШ последовательностей вперед по времени, что учитывает все большее и большее время задержки распространения между ведомой базовой станцией 64 и подвижной станцией 60. Когда подвижная станция 60 захватила канал пилот-сигнала ведомой базовой станции 64, используя обычные процедуры, может быть выполнена окончательная регулировка синхронизации для базовой станции 64 в соответствии с описанными выше вычислениями.
Как известно из уровня техники и как стандартизовано в IS-95, каналы пилот-сигнала различных базовых станций отличаются друг от друга фазой их ПШ генераторов. Ведущая базовая станция 62 дает команды подвижной станции 60 искать ведомую базовую станцию 64 через список соседних станций. Ведущая базовая станция 62 указывает посредством данных сигнализации, что пилот-сигнал ведомой базовой станции 64 может быть захвачен на сдвиге ПШ фазы, который описан относительно принятого ПШ сдвига ведущей базовой станции 62. Это сообщение демодулируется и декодируется демодуляторами 54 трафика и подается к устройству 50 поиска. В ответ устройство 50 поиска выполняет поиск, центрированный на сдвиге ПШ фазы около ПШ фазы, указанной в сигнале от ведущей базовой станции 62.
Пилот-сигнал обычно генерируется регистром сдвига с линейной обратной связью, исполнение которого подробно описано в вышеупомянутых патентах. Для того чтобы захватить пилот-сигнал от ведомой базовой станции 64, подвижная станция 60 должна синхронизироваться с принятыми сигналами от ведомой базовой станции 64, как по фазе φ, так и по частоте ω. Задача работы устройства поиска состоит в нахождении фазы принятого сигнала ψ. Как описано ранее, относительно точная синхронизация частоты может быть подана к ведомой базовой станции 64 посредством линии связи Т1 от контроллера 66 базовой станции, как известно в уровне техники. Способ, которым подвижная станция определяет фазу принятого сигнала, состоит в проверке набора гипотез фазы, называемого окном поиска, и определении того, является ли одна из гипотез сдвига правильной.
Фиг.5 более подробно иллюстрирует устройство 50 поиска подвижной станции. Сигнал с расширенным спектром принимается в антенне 2. Задачей устройства является усиление синхронизации между псевдошумовыми (ПШ) последовательностями, генерируемыми генератором 20 ПШ последовательностей, и принятым сигналом с расширенным спектром, который расширен идентичными ПШ последовательностями неизвестной фазы, переданными ведомой базовой станцией 64. В иллюстрируемом примере осуществления как генератор пилот-сигнала (не показан), так и ПШ генератор 20 являются регистрами сдвига максимальной длины, которые генерируют последовательности ПШ кода для расширения и сжатия пилот-сигналов соответственно. Таким образом, операция получения синхронизации между кодами, используемыми для сжатия принятого пилот-сигнала, и ПШ расширяющим кодом принятого пилот-сигнала включает определение временного сдвига регистра сдвига.
Сигнал с расширенным спектром подается антенной 2 в приемник 4. Приемник 4 преобразует с понижением частоты, фильтрует и усиливает сигнал и подает сигнал в элемент 6 сжатия. Элемент 6 сжатия умножает принятый сигнал на ПШ код, генерируемый ПШ генератором 20. Благодаря случайной шумоподобной природе ПШ кодов, произведение ПШ кода и принятого сигнала должно быть в основном равно нулю, за исключением момента синхронизации.
Контроллер 18 устройства поиска подает гипотезу сдвига в ПШ генератор 20. Гипотеза сдвига определяется в соответствии с сигналом, переданным к подвижной станции 60 ведущей базовой станции 62. В иллюстрируемом примере осуществления принятый сигнал модулируется с помощью четвертичной фазовой манипуляции (ЧФМн), так что ПШ генератор 20 подает ПШ последовательность для составляющей модуляции I и отдельную последовательность для составляющей модуляции Q в элемент 6 сжатия. Элемент 6 сжатия умножает ПШ последовательность на ее соответствующую составляющую модуляции и подает два произведения выходных составляющих в когерентные накапливающие сумматоры 8 и 10.
Когерентные накапливающие сумматоры 8 и 10 суммируют произведение по длине последовательности произведения. Когерентные накапливающие сумматоры 8 и 10 реагируют на сигналы от контроллера 18 устройства поиска для переустановки, фиксации и установки периода суммирования. Суммы произведений подаются от накапливающих сумматоров 8 и 10 к средству 12 возведения в квадрат. Средство 12 возведения в квадрат возводит в квадрат каждую из сумм и суммирует квадраты вместе.
Сумма квадратов подается средством 12 возведения в квадрат в некогерентный сумматор 14. Некогерентный сумматор 14 определяет величину энергии с выхода средства 12 возведения в квадрат. Некогерентный накапливающий сумматор 14 служит для противодействия действию расхождения частот между передающими тактовыми импульсами базовой станции и приемными тактовыми импульсами подвижной станции и помогает в статистике определения в среде замирания. Некогерентный накапливающий сумматор 14 подает сигнал энергии к средству 16 сравнения. Средство 16 сравнения сравнивает величину энергии с заданными порогами, поданными контроллером 18 устройства поиска. Результаты каждого сравнения затем подаются обратно в контроллер 18 устройства поиска. Результаты, поданные обратно в контроллер 18 устройства поиска, включают как энергию корреляции, так и ПШ сдвиг, который получается в измерении.
В настоящем изобретении контроллер 18 устройства поиска выдает фазу ПШ, при которой он синхронизируется с базовой станцией 64. Этот сдвиг используется для вычисления погрешности времени, как описано здесь далее.
В иллюстрируемом примере осуществления когда подвижная станция 60 захватывает ведомую базовую станцию 64, она вычисляет разницу между моментом времени, когда она приняла сигнал от ведомой базовой станции 64, и моментом времени, когда она получила сигнал от ведущей базовой станции 62. Эта величина подается в генератор 52 сообщения, который генерирует сообщение, указывающее величину разницы. Сообщение передается как данные сигнализации по обратной линии связи в ведущую базовую станцию 62 и в ведомую базовую станцию 64, которые посылают сообщение обратно в контроллер 66 базовой станции.
VI. Измерение задержки между передачей сигнала прямой линии связи от ведомой базовой станции и приемом сигнала обратной линии связи в ведомой базовой станции
2
0
2
При операции 311 ведомая базовая станция 64 измеряет разность времени между моментом, когда она принимает сигнал обратной линии связи от подвижной станции 60 (Т), и моментом времени, когда она передает свой сигнал прямой линии связи в подвижную станцию 60 (Т'). Ведомая базовая станция 64 записывает ПШ сдвиг в момент времени, когда она передает свой сигнал прямой линии связи, и после детектирования сигнала обратной линии связи от подвижной станции 60 вычисляет разность времени ЗПС. В иллюстрируемом примере осуществления эта вычисленная разность времени подается ведомой базовой станцией 64 в контроллер 66 базовой станции, и вычисление регулировки синхронизации проводится в контроллере 66 базовой станции. Опытному специалисту будет понятно, что настоящее изобретение может быть легко распространено на случай, в котором вычисление выполняется в базовых станциях или подвижных станциях.
VII. Регулировка синхронизации ведомой базовой станции
Контроллер 66 базовой станции в ответ выполняет вычисление, описанное в уравнении (12), и посылает индикацию необходимой регулировки синхронизации в ведомую базовую станцию 64. Ссылаясь снова на Фиг.7, сигнал регулировки синхронизации принимается ведомой базовой станцией 64 в управляющем процессоре 100. Управляющий процессор 100 генерирует и подает управляющий сигнал в процессор 99 регулировки синхронизации. Процессор 99 регулировки синхронизации генерирует сигнал, который изменяет время источника 98 синхронизации на величину, указанную в сигнале от контроллера 66 базовых станций.
VIII. Передача времени, когда станция не находится в состоянии мягкой передачи обслуживания
1
2
1
2
0
0
Вышеописанная процедура регулировки действительна для случая, при котором подвижная станция 60 находится в состоянии мягкой передачи обслуживания (т.е. когда подвижная станция имеет установленные линии связи как с ведущей базовой станцией 62, так и с ведомой базовой станцией 64). Установление линий связи как с ведущей, так и с ведомой базовыми станциями позволяет ведущей базовой станции 62 определить ЗПС, а ведомой базовой станции определить ЗПС. Из величин ЗПСи ЗПС может быть сделана оценка погрешности времени Т'-T. Однако в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения ведомая базовая станция 64 может быть синхронизирована с ведущей базовой станцией 62, как описано далее, когда подвижная станция 60 не находится в связи с обеими, ведущей базовой станцией 62 и ведомой базовой станцией 64.
1
1
1
Предполагая, что подвижная станция 60 находится в связи с ведущей базовой станцией 62, величина ЗПС может быть определена, как описано выше. Кроме того, подвижная станция 60 и ведущая базовая станция 62 предпочтительно связаны через контроллер 66 базовых станций. Длинный ПШ код, которым подвижная станция 60 расширяет свою передачу обратной линии связи к ведущей базовой станции 62, известен ведущей базовой станции 62. В соответствии с настоящим изобретением ведущая базовая станция 62 передает длинный ПШ код в ведомую базовую станцию 64 через контроллер 66 базовых станций. Кроме того, используя тракт связи через контроллер 66 базовых станций, ведущая базовая станция 62 посылает к ведомой базовой станции 64 список величин ЗПС, причем каждая из них связана с одним длинным ПШ кодом, используемым одной подвижной станцией 60, чтобы расширять обратную линию связи, по которой осуществляется передача подвижной станцией 60, находящейся в связи с ведущей базовой станцией 62. Следует понимать, что каждая подвижная станция 60 будет связана с одним конкретным длинным ПШ кодом и одной величиной ЗПС. Ведомая базовая станция 64 затем использует информацию о длинных ПШ кодах, чтобы попытаться принять одну или более передачу обратной линии связи от подвижных станций 60. Поскольку подвижные станции 60 не находятся в состоянии мягкой передачи обслуживания, сигнал, принятый ведомой базовой станцией 64 от подвижной станции 60, будет слабым. Поэтому ведомой базовой станции 64 обычно потребуется накапливать большое количество элементарных посылок ПШ, чтобы обнаружить подвижную станцию 60, которая обслуживается ведущей базовой станцией 62.
Ведомая базовая станция 64 ищет подвижные станции 60 по одной за раз, на основании длинных ПШ кодов, которые ведомая базовая станция 64 получила от ведущей базовой станции 62. Поэтому если после разумного количества попыток ведомая базовая станция 64 не достигла успеха в обнаружении передачи обратной линии связи от первой подвижной станции 60, тогда ведомая базовая станция 64 начинает поиск передачи обратной линии связи от второй подвижной станции 60. В соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения ведущая базовая станция 62 помогает в определении того, какую из подвижных станций 60 ведомая базовая станция 64 наиболее вероятно может обнаружить. Это предпочтительно выполняется путем определения расстояния подвижных станций 60 от ведущей базовой станции 62. Кроме того, используется информация, касающаяся сектора, из которого каждая подвижная станция 60 ведет передачу. То есть если подвижная станция находится на относительно большом расстоянии от ведущей станции (как показано, например, информацией, полученной при выполнении алгоритма управления мощностью) и подвижная станция 60 находится в секторе, который является соседним с ведомой базовой станцией 64, тогда имеется большая вероятность того, что эта подвижная станция 60 будет обнаружена ведомой базовой станцией 64. Должно быть ясно, что, при условии, что ведущая базовая станция 62 помогает в определении того, какие подвижные станции 60 с наибольшей вероятностью будут обнаружены ведомой базовой станцией 64, количество времени, требуемое ведомой базовой станции 64 для обнаружения подвижной станции, уменьшается.
2
2
2
0
2
2
1
2
2
1
2
2
2
2
Когда ведомая базовая станция 64 захватила передачу от подвижной станции по обратной линии связи, ведомая базовая станция 64 определяет время поступления передачи обратной линии связи Т и получает оценку τ (задержку от подвижной станции 60 к ведомой базовой станции 64), которая обозначена γ. Ведомая базовая станция затем оценивает Т'=Т-(γ+τ)=Т-(γ+ЗПС/2). Следует отметить, что γ не измеряется непосредственно. Если местоположение подвижной станции 60 известно, тогда γ может быть оценено на основании расстояния между подвижной станцией 60 и ведомой базовой станцией 64, поскольку местоположение ведомой базовой станции известно. Если местоположение подвижной станции 60 не известно, γ может быть оценено из таблицы величин или из базы данных на основании опыта. То есть потери тракта между подвижной станцией 60 и ведомой базовой станцией 64 могут быть использованы для оценки γ. Потери тракта могут быть определены путем измерения величины мощности, которая передается и принимается в ведомой базовой станции 64. Альтернативно, может быть использован уровень сигнала, принятого в подвижной станции 60 (такого как пилот-сигнал, который передается ведомой базовой станцией 64 и принимается подвижной станцией 60), чтобы определить потери тракта между подвижной станцией 60 и ведомой базовой станцией 64. В таком примере осуществления настоящего изобретения подвижная станция 60 передает индикацию уровня принятого сигнала в ведомую базовую станцию по обратной линии связи.
2
2
2
2
2
2
Погрешность времени равна величине γ минус τ. Поэтому точность передачи времени непосредственно зависит от точности γ. Оценка обычно имеет точность меньше, чем радиус сотовой ячейки. То есть разница между оценкой γ и действительным значением γ меньше, чем радиус сотовой ячейки. Таким образом, для сотовой ячейки с радиусов в К миль погрешность синхронизации благодаря τ примерно равна 5К мкс.
2
2
Несмотря на неточность оценки γ, этот способ передачи времени может обеспечить лучшую синхронизацию, чем та, которая может быть обеспечена многими другими средствами, такими как обратный транзит. Поэтому оценка γ в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, может уменьшить размер окна поиска и, таким образом, гарантирует, что эти окна не будут чрезмерными. Настоящее изобретение также обеспечивает синхронизацию, которая достаточно точна, чтобы сигналы, принимаемые от двух базовых станций, не поступали с одной и той же фазой ПШ пилот-сигнала, таким образом, позволяя различать пилот-сигналы от разных источников.
1
2
Следует также заметить, что могут быть использованы дополнительные процедуры, если подвижная станция 60 поддерживает связь с ведомой базовой станцией 64 и не поддерживает связь с ведущей базовой станцией 62. В таком случае необходимо оценивать τ вместо τ.
IX. Инициализация ведомой базовой станции
Вышеописанная процедура регулировки пригодна для случая, когда системное время ведомой базовой станции относительно близко к системному времени ведущей базовой станции. Однако в некоторых случаях разница между системным временем ведущей базовой станции и системным временем ведомой базовой станции может быть так велика, что делает эту процедуру неправильной. Например, когда ведомая базовая станция сначала включается в работу, системное время должно быть инициализировано. Без внешнего опорного сигнала системное время ведомой базовой станции будет случайной величиной. В другом примере, когда нет подвижной станции в зоне между ведущей базовой станцией и ведомой базовой станцией в течение относительно длительного периода времени, системное время ведомой базовой станции может накопить значительную погрешность (т.е. отклониться от системного времени ведущей базовой станции на значительную величину) из-за генератора, который поддерживает системное время со смещением относительно эталона, используемого ведущей базовой станцией. В таких случаях обеспечивается следующая процедура инициализации в соответствии с настоящим изобретением.
Когда в ведомой базовой станции 64 впервые включается питание, эта ведомая базовая станция 64 может не иметь соответствующей синхронизации, поскольку не было еще никакой передачи времени между ведомой базовой станцией 64 и каким-либо внешним эталоном времени, таким как источник сигнала ГСП или ведущая базовая станция 62. Поэтому в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, когда электропитание впервые подается в ведомую базовую станцию 64, прямая линия связи, по которой должна быть осуществлена передача от этой ведомой базовой станции, не разблокирована. Начальная синхронизация предпочтительно получается с использованием обратного транзита, в предположении, что нет более точных доступных средств. После этого ведомая базовая станция 64 имеет разумную оценку надежной синхронизации, которая достаточна, чтобы позволить ведомой базовой станции 64 захватить синхронизацию через способ обратной линии связи, описанный выше в разделе VIII. Когда это будет сделано, ведомая базовая станция 64 разблокирует передачу прямой линии связи на малой мощности. Если подвижная станция 60 находится в зоне мягкой передачи обслуживания, тогда подвижная станция 60 сообщает о наличии нового пилот-сигнала, и время может быть передано с использованием более точного способа мягкой передачи обслуживания настоящего изобретения, как описано выше. Когда это сделано, мощность прямой линии связи этой базовой станции может быть увеличена до нормальной рабочей мощности, подходящей для ведомой базовой станции 64.