專利名稱：用于基站和移動站中時間校準(zhǔn)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信。尤其，本發(fā)明涉及校準(zhǔn)基站和移動站中時間延遲的方法和裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的通信系統(tǒng)被要求支持各種應(yīng)用。一種這樣的電信系統(tǒng)是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)，它遵照“用于雙模寬帶擴(kuò)頻蜂窩系統(tǒng)的TIA/EIA/IS-95移動站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”，(通常稱為“IS-95標(biāo)準(zhǔn)”)。此外，電信工業(yè)協(xié)會題為“The cdma2000 ITU-RRTT Candidate Submission”的出版物(它正被發(fā)展為TIA/EIA/IS-2000)提供了在前向和反向鏈路上發(fā)射數(shù)據(jù)話務(wù)和語音話務(wù)的規(guī)范。美國專利號5,504,773題為“METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION”的申請中詳細(xì)描述了遵照該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射固定大小的代碼信道幀中數(shù)據(jù)話務(wù)的方法，該申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，并通過引用結(jié)合于此。根據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)話務(wù)或語音數(shù)據(jù)分割成20毫秒寬、8×14.4kbps數(shù)據(jù)率的代碼信道幀。
CDMA系統(tǒng)支持陸地鏈路上用戶之間的語音和數(shù)據(jù)通信。美國專利號4,901,307題為“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE ORTERRESTRIAL REPEATERS”和美國專利號5,103,459題為“SYSTEM AND METHOD FORGENERATION WAVE FOR MOBILE STATION IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的申請中揭示了在多址通信系統(tǒng)中CDMA技術(shù)的使用，這兩個申請都轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，并通過引用結(jié)合于此。
在CDMA系統(tǒng)中，通過一個或多個基站構(gòu)造用戶之間的通信。在無線通信系統(tǒng)中，前向鏈路是指信號從基站傳送到移動站的信道，反向鏈路是指信號從移動站傳送到基站的信道。通過在反向鏈路上將數(shù)據(jù)發(fā)射到基站，一個移動站上的第一用戶可以與第二移動站上的第二用戶通信?；窘邮諄碜缘谝灰苿诱镜臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)于第二移動站的基站。第一移動站和第二移動站根據(jù)其位置，可以由一個基站或多個基站提供服務(wù)。在任何情況下，服務(wù)于移動站的基站將數(shù)據(jù)發(fā)送到前向鏈路上的移動站。除了與移動站上的第二用戶通信，第一移動站還可以與有線電話的第二用戶通信。第二用戶通過公共交換電話網(wǎng)(PSTN)與無線通信系統(tǒng)連接，或者通過與服務(wù)基站的連接實(shí)現(xiàn)與陸地因特網(wǎng)的連接。
如今，對CDMA基站以及CDMA移動站進(jìn)行時間校準(zhǔn)，唯一目的是為了提供通信服務(wù)。通過引入定位位置的能力，為了定位位置的目的和通信目的，需要對CDMA基站和移動站進(jìn)行時間校準(zhǔn)。為了通信的目的，一個CDMA碼片(1/1.2288MHz)數(shù)量級的精確度對于移動站和基站的適當(dāng)操作是足夠的。然而，為了定位位置的目的，一個碼片的未補(bǔ)償誤差對應(yīng)于大約300米的距離誤差。
在具有定位位置能力的通信系統(tǒng)中，其中距離信息來自GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星和基站，對GPS衛(wèi)星和基站發(fā)射的信號進(jìn)行定時測量，以計算移動站的位置。從地球軌道衛(wèi)星向地球固定接收機(jī)廣播GPS信號。然而，地球固定接收機(jī)不將信號發(fā)射回GPS衛(wèi)星。在這種系統(tǒng)中，GPS接收機(jī)只使用衛(wèi)星-地球鏈路的偽距離信息計算其位置。然而，陸地CDMA系統(tǒng)被設(shè)計成具有前向和反向鏈路的雙向通信系統(tǒng)。除了類似于GPS系統(tǒng)中所用的前向鏈路測量外，在CDMA通信系統(tǒng)中還可以進(jìn)行往返延遲(通常稱為“RTD”)測量。RTD是CDMA信號從基站天線傳送到移動站，并返回同一基站天線所用的時間測量。RTD對于定位系統(tǒng)是有用的。在基站中，計算基站與之正在通信的每個移動站的RTD。
具有定位位置能力的CDMA通信系統(tǒng)可被配置成具有可變等級的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)改變和系統(tǒng)性能。一種這樣的系統(tǒng)可以使用GPS定時測量和陸地系統(tǒng)的前向鏈路定時測量，而非RTD。該實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)是獲得RTD所需的基站軟件改變是非必要的。缺點(diǎn)是減小了在不利GPS和CDMA條件下定位位置確定的可用性和精確度。
然而，不管定位位置能力是否使用RTD，對于精確的定位位置確定，基站和移動站的校準(zhǔn)是必需的。
因此，當(dāng)前需要一種校準(zhǔn)基站和移動站的方法和裝置，以允許精確地確定定位位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對校準(zhǔn)具有定位位置能力的通信系統(tǒng)中基站和移動站的方法和裝置。


從以下的詳細(xì)描述中，通過結(jié)合附圖，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將更明顯，附圖中類似的標(biāo)號指示相應(yīng)的單元，其中圖1是相對于全球GPS 1PPS測量時，確定天線處0PN偏移翻轉(zhuǎn)的時間偏移的第一方法的流程圖。
圖2是用于實(shí)現(xiàn)第一方法的裝置的簡化框圖。
圖3是相對于全球GPS 1PPS測量時，確定天線處0PN偏移翻轉(zhuǎn)的時間偏移的第二方法的流程圖。
圖4是用于實(shí)現(xiàn)第二方法的裝置的簡化框圖。
圖5是相對于全球GPS 1PPS測量時，確定天線處0PN偏移翻轉(zhuǎn)的時間偏移的第三方法的流程圖。
圖6是用于實(shí)現(xiàn)第三方法的裝置的簡化框圖。
具體實(shí)施例方式
GPS位置確定概述在幾何學(xué)上，通過計算接收機(jī)和三個GPS衛(wèi)星已知位置之間的距離，可以計算GPS(全球定位系統(tǒng))接收機(jī)的位置。GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號是對于每個衛(wèi)星在1.5745GHz的載波上用唯一的PRN(偽隨機(jī)噪聲)序列調(diào)制的BPSK擴(kuò)頻信號。GPS PRN序列的周期精確地為1ms。通常，從衛(wèi)星到地球固定接收機(jī)的RF信號的傳播延遲為大約70ms。為了簡化，可以假設(shè)GPS接收機(jī)已經(jīng)“知道”發(fā)射信號時刻和接收信號時刻之間已經(jīng)過的整數(shù)毫秒。因此，只需要測量最后接收到GPS PRN的小數(shù)部分，以確定信號從衛(wèi)星傳送到接收機(jī)的時間值。接收機(jī)通過確定來自衛(wèi)星的PRN翻轉(zhuǎn)和接收信號翻轉(zhuǎn)之間的時間差，測量最后GPSPRN的小數(shù)部分。知道該時間差后，確定傳播時間。使用光速，可以估計出到衛(wèi)星的距離。關(guān)于如何測量GPS信號的進(jìn)一步細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域所熟知，為了簡短而不包括于此。
以上討論假設(shè)GPS系統(tǒng)時鐘和接收機(jī)時鐘完全是對準(zhǔn)的。也就是GPS PRN翻轉(zhuǎn)的時間已知，但必須在移動站處使用移動站的時鐘確定。如果移動站的時鐘沒有完全地與發(fā)送信號的衛(wèi)星的時鐘對準(zhǔn)，那么移動站不能精確地確定衛(wèi)星中翻轉(zhuǎn)何時發(fā)生。
如果我們假設(shè)本地時鐘在時間上偏移tfm，那么為了計算三維位置，GPS接收機(jī)必須求解x、y、z和tfm。幸運(yùn)的是，對于所有衛(wèi)星測量，tfm是共用的并且相等。由于該原因，GPS接收機(jī)需要測量附加衛(wèi)星信號的定時，以求解四個未知量x、y、z和tfm。因此，GPS接收機(jī)需要檢測來自至少四個衛(wèi)星的信號，以精確地計算其位置。
還必須假設(shè)RF延遲(如在接收機(jī)部件，如濾波器等，中遭遇的延遲)和天線電纜長度已知(也就是都進(jìn)行了精確校準(zhǔn))，使得可以從測量值中去除它們對測量時間的影響。這是必要的，因?yàn)榧僭O(shè)延遲測量是從基站發(fā)射天線到移動站天線。該測量值應(yīng)該不包括在基站天線和基站發(fā)射機(jī)之間遭遇的任何時間延遲。然而，該假設(shè)通常是不正確的。實(shí)際上，誤差tfm包括RF延遲、天線電纜延遲、以及接收機(jī)時間偏移。由于接收機(jī)無法區(qū)分這些部件，所以GPS接收機(jī)總是計算GPS天線的位置。從以上我們可以看出只要位置計算中所用的RF信號經(jīng)歷相同的tfm，就可以通過包括一個附加測量值計算出任何tfm。
沒有RTD的CDMA位置確定概述基站校準(zhǔn)要求在CDMA沒有RTD的情況下，像GPS衛(wèi)星一樣處理CDMA基站。在以上的GPS討論中，要注意到為了確定GPS接收機(jī)的位置，必須已知到三個GPS衛(wèi)星的距離。此外，還必須知道進(jìn)行測量時這些衛(wèi)星的精確位置。為了精確地確定到三個衛(wèi)星的距離，必須對從四個衛(wèi)星接收到的信號進(jìn)行定時的測量。需要一個附加衛(wèi)星，以計算衛(wèi)星時鐘和從衛(wèi)星接收信號的移動站時鐘對準(zhǔn)之差。
根據(jù)一種方法和裝置，位于PDE(位置確定設(shè)備)處的GPS接收機(jī)提供衛(wèi)星的位置。要注意到PDE通常是帶有定位位置能力的CDMA通信系統(tǒng)中的已知裝置。由于基站的天線位置是固定的，所以基站的天線位置可以被精確地測量并存儲在PDE中。此外，精確地知道相對于GPS全球時間時鐘1PPS節(jié)拍，PRN的翻轉(zhuǎn)離開衛(wèi)星天線的時刻。CDMA基站可用于以類似于GPS衛(wèi)星的方式定位位置。因此，必須精確地知道相對于GPS全球時間時鐘1PPS節(jié)拍，每個基站的PN(偽隨機(jī))碼在基站天線的導(dǎo)頻上翻轉(zhuǎn)的時間。知道基站天線處導(dǎo)頻上PN翻轉(zhuǎn)之間的關(guān)系允許GPS信號和CDMA導(dǎo)頻與同一定時基準(zhǔn)(也就是GPS全球時間時鐘)同步。這種同步使得計算位置所需的GPS衛(wèi)星和基站的總數(shù)最小。
總之，對于具有定位位置能力且不使用RTD的通信系統(tǒng)，必須精確測量基站天線的實(shí)際位置，并且必須精確測量導(dǎo)頻PN碼翻轉(zhuǎn)的定時(調(diào)節(jié)相對于定時基準(zhǔn)信號，如GPS 1PPS，的PN碼偏移)。
與上述情況相反，可以相對于各個定時基準(zhǔn)或定時基準(zhǔn)信號校準(zhǔn)基站。該定時基準(zhǔn)或定時基準(zhǔn)信號可以與全球GPS 1PPS不相關(guān)。這將促使系統(tǒng)成為同步工作模式。然而，最好選擇GPS全球1PPS作為定時基準(zhǔn)，因?yàn)樗罘奖?，并通過允許同步模式工作產(chǎn)生較高的可利用性。
移動站校準(zhǔn)要求在以上揭示的內(nèi)容中，假設(shè)根據(jù)接收機(jī)的內(nèi)部時間時鐘測量GPS信號的到達(dá)時間。假設(shè)該時鐘偏移GPS全球時間時鐘。當(dāng)使用CDMA導(dǎo)頻測量距離時，移動站接收到CDMA信號的RF延遲和天線電纜延遲一般不同于穿過同一電纜和部件的GPS信號所遭遇的延遲。這引起了兩種可能的工作模式。第一種模式稱為同步模式，它假設(shè)GPS信號和CDMA信號遭遇的延遲之差被校準(zhǔn)，并為移動站所知。第二種模式稱為異步模式，它假設(shè)延遲之差是未知的，并且是估計界限內(nèi)的任意值。
同步模式在同步模式中，在制造過程中最好測量從天線到移動站內(nèi)部時間時鐘的GPS信號和從天線到移動站內(nèi)部時間時鐘的CDMA所遭遇的傳播延遲之差，并將它存儲在移動站中。一旦知道了該延遲之差，可以相對于同一公共定時基準(zhǔn)測量GPS和CDMA信號的到達(dá)時間。要注意到該公共定時基準(zhǔn)和GPS全球1PPS之間的關(guān)系可以是任意的。重要的是GPS和CDMA測量值都參照一個公共定時基準(zhǔn)。這足以允許同步工作。
在同步模式中，CDMA導(dǎo)頻等效于GPS衛(wèi)星信號。因此，定位可能是來自四個GPS衛(wèi)星和CDMA基站任何組合的給定測量值。例如，同步模式中的定位可能是給定的兩個GPS衛(wèi)星和兩個CDMA導(dǎo)頻。
異步模式在異步模式中，GPS和CDMA信號所遭遇移動站中的延遲之差是未知的。在以上揭示的內(nèi)容中，移動站時鐘偏移、RF延遲和天線電纜延遲組合成變量tfm。在異步模式中，CDMA信號所遭遇這些延遲的組合與GPS信號所遭遇的未知量不同。因此，定義tfmc項，以表示CDMA信號所遭遇這些延遲的組合。要知道對于異步模式，tfmc不同于tfm(GPS的延遲)，并與之無關(guān)。因此在異步模式中，系統(tǒng)試圖求解x、y、z、tfm和tfmc。由于該原因，在異步模式工作中，需要一個附加的CDMA或GPS測量值，以求解額外的獨(dú)立變量。
總之，在異步模式中，移動站需要測量五個GPS衛(wèi)星或CDMA基站的組合，以計算位置。和同步模式的情況一樣，多少測量值來自CDMA對GPS的組成比例是不重要的。
如上所述，不使用RTD的系統(tǒng)在計算位置之前，不需要知道tfm或tfmc的絕對值。然而，知道的tfm越精確，移動站捕獲衛(wèi)星就越快。這是因?yàn)橐苿诱?它偏移tfm)的時間可用于對準(zhǔn)PDE提供給移動站的GPS搜索窗口，并用于最初搜索衛(wèi)星。tfm的不確定性直接增大了GPS搜索窗口。CDMA移動站中典型的tfm值為幾百微秒。
具有RTD的CDMA位置確定概述在CDMA系統(tǒng)中，基站的已知部件是專用集成電路(ASIC)，通常稱為區(qū)站調(diào)制解調(diào)器(CSM)。CSM連續(xù)計算與基站通信的移動站的RTD。即使在基站可以獲得該信息，但一般不將該信息報告給系統(tǒng)中的其它裝置。幸運(yùn)的是，對于大部分CDMA系統(tǒng)，只需要改變軟件，使PDE能獲得RTD，用于計算移動站的位置。該段假設(shè)對于每個試圖借助PDE計算定位的移動站，PDE能獲得RTD。
RTD的分量RTD是CSM中對CDMA信號離開CSM，到達(dá)移動站，并返回同一CSM的時間長度的測量值。理想的RTD應(yīng)該具有兩個特性。第一個是理論上前向鏈路和反向鏈路分量應(yīng)該相等(也就是RTD是對稱的)。第二個是RTD只包含從基站天線到移動站天線的時間加上從移動站天線到基站天線的時間，去除了所有RF和電纜延遲。不幸的是，RTD并非總是對稱的。此外，報告的RTD包括應(yīng)被校準(zhǔn)的電纜延遲。為了簡化，假設(shè)基站天線和移動站天線在同一位置。應(yīng)該理解通過知道基站和移動站之間的距離，并減去信號在兩者之間傳播所需的時間值，該假設(shè)是有效的。因此，假設(shè)信號在空氣中傳播對RTD的貢獻(xiàn)為0，并且RTD只包括基站中的延遲和移動站中的延遲。此外，假設(shè)RTD只包括80ms幀的小數(shù)部分。真正的RTD應(yīng)該包括80ms幀延遲的整數(shù)部分。該討論假設(shè)報告的RTD中已去除整數(shù)80ms幀延遲。
RTD可以分成多個子部分。RTD分成不同子部分的邊界可以是任意的，只要所有子部分的和等于測量到的RTD。根據(jù)一個實(shí)施例，將RTD分成基站分量和移動站分量?；痉至吭龠M(jìn)一步分成前向鏈路分量tfb和反向鏈路分量trb。類似地，將移動站分量分成前向鏈路分量tfm和反向鏈路分量trm。其定義為RTD＝tfb+tfm+trm+trb移動站延遲＝tfm+trm基站延遲＝tfb+trb如上所述，將RTD分成子部分的邊界可以任意選擇，只要子部分的和等于RTD。在所揭示方法和裝置的一個實(shí)施例中，在基站處，選擇全球GPS 1PPS作為將基站延遲分成tfb和trb的邊界。在移動站處，選擇移動站主指接收器時間作為將移動站延遲分成tfm和trm的邊界。
使用以上定義，對于使用RTD的系統(tǒng)，必須知道tfb、tfm、trm和trb的值。相反，要注意到對于不使用RTD的系統(tǒng)，只需要知道tfb，以校準(zhǔn)移動站和基站。在移動站側(cè)，必須知道GPS信號的tfm和CDMA信號的tfm之差tfmc。對于不使用RTD的系統(tǒng)，不需要知道tfm或tfmc的絕對值。只需要移動站中的tfm和tfmc之差。要注意到通過限制tfm的不確定性減小了GPS搜索窗口。然而，為了該目的，不需要對tfm進(jìn)行小于幾微秒精度的密集校準(zhǔn)。
RTD的使用使用RTD有兩個目的。第一個是為了移動站的定時。第二個是為了移動站的測距。
RTD用于移動站定時雖然以上假設(shè)RTD不包括前向和反向鏈路的空中傳播時間，但是以下停止該假設(shè)。假設(shè)前向和反向鏈路是對稱的，那可以測量定時基準(zhǔn)信號(如全球GPS 1PPS)和移動站定時之間的時間偏移。通過從RTD中去除RF和電纜延遲，并將剩余部分除以2，進(jìn)行空中傳播時間的計算。這樣產(chǎn)生了單向延遲tair。然后，移動站定時基準(zhǔn)和基站1PPS之間的時間偏移將是移動站時鐘偏移＝tair+tfb+tfm以上計算假設(shè)前向和反向鏈路對稱，具有相等的空中延遲。幸運(yùn)的是，只要鏈路是對稱的，將RTD用作定時就能不受多路徑的影響。
通過將GPS時間精確地傳送到移動站，我們能夠使GSP搜索窗口變窄。這使得較快地到達(dá)第一位置(衛(wèi)星捕獲時間)。然而，使用具有較快搜索時間的搜索器時，對于該目的而言精確RTD的實(shí)用性就很小。
RTD用于測距RTD的真正優(yōu)點(diǎn)在它用于測距時。通過使用以上方法，我們能夠計算出自由空間單向延遲。這可用作從基站到移動站的距離，并可用于位置計算中的PDE?；赗TD的距離測量將產(chǎn)生較佳的DOP，它優(yōu)于不使用RTD時。這是因?yàn)镽TD直接測量移動站的時鐘偏移。同樣地，它通常只與來自GPS和CDMA前向鏈路測量的可能解曲線幾何正交。用從RTD中計算出的距離，只需要小于一次的測量，以確定移動站的位置。因?yàn)镽TD傳遞時間偏移，所以對于位置確定，從RTD測量得出的距離一般產(chǎn)生較佳的精度削減(DOP)。
不使用RTD的系統(tǒng)的校準(zhǔn)過程基站校準(zhǔn)當(dāng)不配置RTD時，移動站校準(zhǔn)要求具有兩個部分。第一部分是確定基站天線的實(shí)際位置。第二部分是測量以上段落中定義的tfb。
確定基站天線位置建議用常規(guī)的方法確定天線的實(shí)際位置。通常在CDMA基站中，每個扇區(qū)包含一個發(fā)射天線和用于接收分集的兩個接收天線。對于沒有RTD的系統(tǒng)，只有發(fā)射天線的位置是重要的。
當(dāng)然，當(dāng)包括RTD時，發(fā)射和接收天線的位置就變得都重要了。幸好，在扇區(qū)中發(fā)射和接收天線之間的距離通常為1-2米。此外，發(fā)射天線通常位于兩個接收天線中間。因此，可以接受將發(fā)射天線位置作為PDE中使用的有效天線位置報告，即使當(dāng)使用RTD時。
確定tfbtfb是當(dāng)相對于定時基準(zhǔn)信號(如全球GPS 1PPS)測量時，天線處0PN偏移翻轉(zhuǎn)的時間偏移。我們可以使用三種方法的任何一種確定基站的tfb。
圖1是第一種方法的流程圖。圖2是用于實(shí)現(xiàn)第一方法的裝置200的簡化框圖。第一方法使用“數(shù)據(jù)記錄器”201。數(shù)據(jù)記錄器201包括天線207。數(shù)據(jù)記錄器201具有被調(diào)諧到基站載波的RF接收機(jī)202。RF接收機(jī)201將基站204發(fā)射的信號下變頻(步驟101)。數(shù)據(jù)記錄器201還具有數(shù)字化轉(zhuǎn)換器203。數(shù)字化轉(zhuǎn)換器203將接收到的信號數(shù)字化，以產(chǎn)生接收信號的數(shù)字樣本(步驟102)。然后，數(shù)據(jù)記錄器201將數(shù)字樣本存儲在本地存儲器206中(步驟103)。校準(zhǔn)從數(shù)據(jù)記錄器201的天線207到數(shù)字化轉(zhuǎn)換器203的延遲(稱為天線/轉(zhuǎn)換器延遲)(步驟104)。如本領(lǐng)域中所熟知的，任何能夠測量天線207和數(shù)字化轉(zhuǎn)換器203之間信號傳播延遲的信號測量設(shè)備都可以執(zhí)行校準(zhǔn)延遲。配置數(shù)據(jù)記錄器201，使得耦合到基站204的基站天線210和數(shù)據(jù)記錄器天線207之間存在視線通路208(圖1中用斷線表示)。與GPS時間同步的定時GPS接收機(jī)209發(fā)出的GPS 1PPS脈沖觸發(fā)數(shù)據(jù)記錄器201中的數(shù)據(jù)收集(步驟105)。記錄數(shù)據(jù)的后續(xù)處理顯示了記錄數(shù)據(jù)開始與GPS 1PPS脈沖之間的關(guān)系(步驟106)?？梢栽跀?shù)據(jù)記錄器201的處理器211(如圖1所示)中，或者在相對于數(shù)據(jù)記錄器201的遠(yuǎn)程位置的處理器中執(zhí)行后續(xù)處理。使用各種偏移測量方法中任何一種，如測斜儀和激光距離點(diǎn)(步驟107)，確定基站204和數(shù)據(jù)記錄器207之間的距離。從中計算當(dāng)接收導(dǎo)頻信號離開基站天線210時，它相對于GPS1PPS的偏移(步驟108)。
圖3是第二方法的流程圖。圖4是用于實(shí)現(xiàn)第二方法的裝置400的簡化框圖。第二方法使用GPS啟動的移動站402。在耦合到移動站402的移動站天線403可見足夠GPS衛(wèi)星的情況下，移動站402可以計算移動站402的位置和GPS定時(步驟201)。一旦知道了移動站402的位置，移動站402將CDMA導(dǎo)頻到達(dá)時間和GPS時間比較，并將其差值報告給PDE 404(步驟202)。通過知道(1)測量到的基站天線406位置，(2)移動站402的精確位置，(3)移動站402處接收到的基站導(dǎo)頻信號的偏移，和(4)基站410內(nèi)基站導(dǎo)頻發(fā)生器408的基站導(dǎo)頻的偏移，PDE 404能夠確定該基站410的tfb(步驟203)。該方法是有用的，因?yàn)樵谕ㄐ畔到y(tǒng)的正常工作期間它可以連續(xù)使用。該方法假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)工作，并且已經(jīng)完成基站410的一些粗略校準(zhǔn)。還假設(shè)有一位置，基站天線406的移動站402有無阻礙的視野并且能獲得足夠衛(wèi)星的開放天空。
圖5是第三方法的流程圖。圖6是用于實(shí)現(xiàn)第三方法的裝置600的簡化框圖。第三方法依靠在與基站602所發(fā)射導(dǎo)頻相同的RF載波上產(chǎn)生基準(zhǔn)CDMA導(dǎo)頻(步驟501)。基準(zhǔn)CDMA導(dǎo)頻與如全球GPS 1PPS的定時基準(zhǔn)信號具有已知并校準(zhǔn)的關(guān)系。產(chǎn)生這種CDMA基準(zhǔn)導(dǎo)頻的一種方法是使用CDMA基站模擬器604，如Tektronix的CMD80。這些基站模擬器602產(chǎn)生任何期望頻率的CDMA導(dǎo)頻。這種模擬器602還輸出CDMA系統(tǒng)定時的“偶數(shù)秒”節(jié)拍(也就是每隔兩秒發(fā)出指示，該時間根據(jù)GPS 1PPS校準(zhǔn))。由于CDMA中的同步幀和話務(wù)幀在80ms內(nèi)，所以1秒節(jié)拍和CDMA幀每2秒對齊一次。因此0PN偏移導(dǎo)頻和偶數(shù)秒從基站模擬器602中出來時，應(yīng)該對齊。在基站602處，我們使用如TrimbleThunderbolt的定時GPS接收機(jī)606產(chǎn)生GPS 1PPS。此外，我們使用定時GPS接收機(jī)606的10MHz輸出將基站模擬器604鎖定在GPS頻率基準(zhǔn)(步驟502)。這樣去除了定時GPS接收機(jī)606的1PPS和基站模擬器604的偶數(shù)秒相互之間的漂移。然后，測量基站模擬器604的偶數(shù)秒和定時GPS接收機(jī)606的1PPS之間的時間偏移。之后，我們知道了基站模擬器604所產(chǎn)生導(dǎo)頻和GPS 1PPS之間的時間偏移。RF組合器608用于RF組合基站模擬器604產(chǎn)生的導(dǎo)頻和基站天線610輸出的信號，并將它傳送到能夠確定組合信號之間相對定時的裝置(步驟503)。一種這樣的裝置是傳統(tǒng)的CDMA移動站612。移動站612中的搜索器614確定并報告兩個導(dǎo)頻之間的時間偏移(步驟504)。知道了該偏移與基站模擬器604中偶數(shù)秒節(jié)拍和GPS 1PPS之間的偏移之后，我們能夠確定基站天線610處導(dǎo)頻PN翻轉(zhuǎn)的時間偏移，就像它與GSP 1PPS相關(guān)。
如果在基站控制器處執(zhí)行以上過程，那么有兩個誤差源。第一個誤差源來自對GPS RF饋送的需要。幸運(yùn)的是，每個CDMA具有GPS接收機(jī)，因此可以獲得GPS RF信號。對于校準(zhǔn)目的中斷該RF通路將不影響基站的功能，因?yàn)樵贕PS信號中斷期間，其本身的GPS接收機(jī)具有精確的自由轉(zhuǎn)動能力。然而，天空中清晰可見的到GPS天線的RF電纜長度必須被校準(zhǔn)，因?yàn)樗鼤r間偏移引入測量值。
第二種誤差源是從基站控制器到天線本身的CDMA天線電纜的長度。該延遲也必須被校準(zhǔn)。應(yīng)該使用時域反射儀測量GPS和CDMA天線電纜。
移動站校準(zhǔn)如上所述，在不使用RTD系統(tǒng)的移動站側(cè)有兩個項目需要校準(zhǔn)。幸運(yùn)的是，只有一個項目需要嚴(yán)格校準(zhǔn)(tfm-tfmc)。另一項目tfm只需要大致地估計。
確定tfm和tfmc之差我們可以使用兩種方法校準(zhǔn)tfm和tfmc之差。第一種方法是建立一種取得基帶數(shù)據(jù)的兩個數(shù)據(jù)流的裝置。第一數(shù)據(jù)流包括表示CDMA導(dǎo)頻的基帶，而第二數(shù)據(jù)流包括表示GPS衛(wèi)星的基帶。對準(zhǔn)數(shù)據(jù)流，以了解CDMA數(shù)據(jù)流和GPS數(shù)據(jù)流中PN翻轉(zhuǎn)的時間關(guān)系。將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成模擬的，并使用具有相等延遲的類似RF硬件上變頻成CDMA和GPS頻率。然后，組合兩個信號，并饋送給正在校準(zhǔn)的移動站。使用該信號作為基準(zhǔn)，移動站能夠校準(zhǔn)tfm和tfmc之間的時間差。
第二種方法使用CDMA基站模擬器和單信道GPS模擬器，如全球模擬系統(tǒng)的STR4775。除了GPS RF，GPS模擬器還輸出與GPS PN翻轉(zhuǎn)對齊的脈沖。通過測量來自GPS信道模擬器的該脈沖和來自CDMA基站模擬器的偶數(shù)秒脈沖之間的時間偏移，可以校準(zhǔn)RF信號中嵌入的CDMA和GPS PN翻轉(zhuǎn)之間的時間偏移。然后，組合兩個RF信號，并傳送到正要校準(zhǔn)的移動站。通過相對于彼此校準(zhǔn)了輸入CDMA和GPS信號的偏移，該移動站能夠使用輸入CDMA信號作為基準(zhǔn)信號，以校準(zhǔn)tfm和tfmc之差。
應(yīng)該注意到如果校準(zhǔn)模擬器能夠使偶數(shù)秒間隔定時對準(zhǔn)外部產(chǎn)生的1PPS(來自GPS模擬器)，那么可以去除校準(zhǔn)兩個RF信號偏移的步驟。
校準(zhǔn)tfm通常在移動站中，tfm為幾百微秒數(shù)量級。必須計算該延遲，使得能夠有效地確定GPS搜索窗口的中心。給出一個256X搜索器，并且知道tfm只需要有效地確定搜索窗口的中心而不用于定時，那么確定tfm的精度只需要為1到3微秒。以前，選擇電話內(nèi)部主指接收器時間作為界定tfm和frm的定時基準(zhǔn)。在移動站中，該內(nèi)部定時可以供外部使用。使用具有1PPS輸出的單信道GPS模擬器，可以測量相對于來自單信道GPS模擬器的1PPS的，要校準(zhǔn)的移動站輸出的SYNC80M脈沖的時間偏移。移動站可以確定檢測到的搜索器中GPS峰值和SYNC80M之間的時間對準(zhǔn)。通過該信息，可以確定tfm。
或者，通過確定(tfm-tfmc)，CDMA模擬器可使用80ms節(jié)拍。通過測量SYNC80M和模擬器80ms同步幀定時之間的時間偏移，我們能夠直接測量tfmc。知道了(tfm-tfmc)，我們可以找出tfm。要注意到在不使用RTD時，tfm的校準(zhǔn)非常粗略，使得在設(shè)計時就能完成。因此，沒有理由在生產(chǎn)的移動站中傳送外部的SYNC80M信號，因?yàn)樵撔?zhǔn)數(shù)字可以在生產(chǎn)階段前確定。
使用RTD的系統(tǒng)如果使用RTD，那么加上校準(zhǔn)不帶有RTD系統(tǒng)所用的方法，最好精確地都知道tfm、trm和trb。使用上述的方法，與不使用RTD時相比，能夠更精確地校準(zhǔn)tfm。更精確地校準(zhǔn)tfm將產(chǎn)生較精確的tfm。當(dāng)前，大多數(shù)基站模擬器允許校準(zhǔn)發(fā)射時間＝(tfm+trm)。通過提高這些模擬器的關(guān)于測量發(fā)射時間的精度，可以校準(zhǔn)trm。這時，精確地知道tfb、tfm和trm中每一個。在使用RTD的系統(tǒng)中，基站將RTD報告給PDE。通過具有移動站和基站之間的視線以及基站和移動站之間的已知距離，以及精確知道的tfb、tfm、trm，并通過減去自由空間的延遲，可以測量出trb。
對于以上所揭示的內(nèi)容，可以看出加入RTD能力要求(1)增加tfm校準(zhǔn)精度，(2)測量移動站上的發(fā)送時間，并以此使用可利用的基站模擬器校準(zhǔn)trm，(3)確定具有確定tfm和trm的給定移動站的trb。要注意到在扇區(qū)內(nèi)加入trb校準(zhǔn)不需要訪問基站控制器位置。該附加RTD校準(zhǔn)所包括的操作可以在基站外完成。
以上所揭示的方法和裝置使任何本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員能夠制造或使用以下權(quán)利要求書所描述的本發(fā)明。然而，所揭示方法和裝置的各種改變對本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員是顯而易見的，無需創(chuàng)造性的勞動所揭示的原理就可應(yīng)用于其它方法和裝置。因此，權(quán)利要求所述的發(fā)明不限制這里所示的方法和裝置。而是，權(quán)利要求所述的發(fā)明對應(yīng)于與以上揭示的原理和特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定基站和基站發(fā)射天線之間延遲量的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)知道接收天線的位置；b)知道發(fā)射天線的位置；c)使用接收和發(fā)射天線的位置知識，確定接收和發(fā)射天線之間的空中時間；d)通過計算信號通過發(fā)射天線從基站發(fā)射并到達(dá)接收天線的時間，以確定發(fā)射時間；以及e)通過從發(fā)射時間中減去空中時間，確定基站和發(fā)射天線之間的延遲量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用GPS位置定位系統(tǒng)確定接收天線的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟a)知道在產(chǎn)生基站信號時，基站信號相對于基準(zhǔn)信號的相對定時；以及b)在產(chǎn)生基站信號時，相對于基準(zhǔn)信號偏移基站信號的相對定時，以確定發(fā)射天線處相對于基準(zhǔn)信號，基站所產(chǎn)生基站信號的定時。
全文摘要
一種校準(zhǔn)基站和移動站的方法和裝置，該基站和移動站用于使用往返延遲的系統(tǒng)和不使用往返延遲的系統(tǒng)。
文檔編號H04B7/26GK1595840SQ200410083119
公開日2005年3月16日 申請日期2001年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月7日
發(fā)明者S·尤尼斯 申請人:高通股份有限公司