专利名称：广域网使用的确定传播延迟的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，特别涉及确定发射机和接收机之间的传播延迟。
背景技术：
在无线通信网络中，发射机和接收机之间的信号发送传播延迟可能变化很大。当这些单元在网络中随机地进行通信的时候，信号检测/同步会很困难，这就要求接收机搜索相当大范围的频率、时间、编码等，从而会消耗巨大的资源以实现随机信号的接收同步。另外，还需要大量的链路开销以保证成功的解调。因此需要有降低随机信号检测/同步复杂度的方法和设备。
发明内容
本发明包括确定发射机和接收机之间的信号传播延迟的方法和设备。在一个实施方式中，设备包括用于检测时间间隔事件的装置、接收第一信号的装置，第一信号包含标记，以及用于确定时间间隔事件和标记之间时差的装置。该设备还可以包括根据时差调整第二信号的发送时间的装置。
在另一个实施方式中，本发明包括一种方法，该方法包括检测时间间隔事件、接收第一信号，第一信号包含标记；以及确定时间间隔事件和标记之间的时差。该方法还可以包括根据时差调整第二信号的发送时间。
结合附图，本发明的特点、目的和优点将在下面的详细描述中更明显地体现，在附图中类似的标号全部对应地作出标识，其中图1示出本发明可以应用的移动通信系统体系；图2以功能框图的形式示出可以应用于图1所示体系中的根据本发明的移动通信终端(“MCT”)；图3以功能框图的形式示出可以应用于图1所示体系中的本发明的网络管理中心(“NMC”)系统；图4A到4B示出可以在本发明的一种实施方式中采用的含有跟踪数据的发送时隙。
图5A是根据本发明的一种实施方式的反转导频检测设备的功能框图；图5B是根据本发明的一种实施方式的传播延迟计数设备的功能框图；图6A示出根据本发明的一种实施方式在信号中插入标记的流程图；以及图6B示出根据本发明一种实施方式的基于接收的传播延迟标记确定信号传播延迟以及基于确定的传播延迟调整信号发送的流程图。
优选实施方式图1是广域网的示例框图，特别示出可以应用本发明的移动通信体系10。体系10包括网络管理中心(“NMC”)系统20，NMC系统20通过无线网络40连接多个地面移动通信终端(“MCT”)32、34、36和38。无线网络40可以包括卫星网络、蜂窝式电话网络或者其他的无线语音和/或数据通信网络。MCT可以安装于位于无线网络40工作边界之内的最佳地理位置处的车辆上或者作为移动设备的一部分上。
NMC 20作为MCT和一个或者多个用户之间通信的中央路由站，这些用户如图1中显示的用户-A12、用户-B 14以及调度终端16。NMC20可以通过拨号连接、因特网连接50，或者直接连接(局域网)，或者其他适合的包括无线通信系统的通信系统来连接用户系统12、14和调度站16。NMC 20可以通过简易老式电话业务(POTS)经数据网络例如因特网，通过专用的通信线路例如T1或者T3线路，或者无线连接到无线通信网络40。在另一种实施方式中，NMC 20和无线通信网络40的至少一部分安放在一起。例如，NMC 20可以和卫星地面发送/接收站安放在一起。NMC 20和MCT之间的通信链路通常被称为前向链路，从MCT到NMC 20的信号在相反的链路上传送。当MCT位于车辆当中时，前向链路上通信的数据可以包括来自MCT的地理位置信息、传输和车辆状况、编码语音通信以及来自NMC 20的方向、指令、道路状况信息和语音通信。NMC 20可以接收来自MCT的类似信息并将信息发送到用户(12，14)和/或调度者(通过调度终端16)。
图2显示的是作为示例的MCT 32、34、36或38的框图。MCT 32包括中央处理单元(“CPU”)66、随机存取存储器(“RAM”)52、只读存储器(“ROM”)54、显示器56、用户输入设备58、收发机60、麦克风62、扬声器64、GPS接收机18以及天线72。ROM 54和CPU66连接并存储CPU 66执行的程序指令。RAM 52也和CPU 66相连并存储临时的程序数据。用户输入设备58可以包括键盘、触摸屏、轨迹球、或者其他输入设备。用户利用输入设备58操作菜单、生成消息、请求路由信息，或者实现其他功能。显示器56为输出设备例如CRT、LCD或者其他用户可感知设备。用户可以使用显示器56读取解码消息或者其他用户12或14或其他单元(MCT 32)通过无线网络40发送的数据。CPU 66可以包括IntelTM80186、ARM946、或者其他适合的处理器。
有可能的话，麦克风62和扬声器64可以合并在和收发机60连接的一个手持设备里。麦克风62和扬声器64也可以在物理上更加分离以令双手从和MCT 32的用户的通信中解放出来。在这种模式中，收发机60可以包括语音启动电路，可以将语音转化成数据传送到CPU 66进行处理。数据通过串行总线70传送到CPU 66。收发机60包括在无线通信网络40中进行数据和语音信号通信所必需的指令集。在一种实施方式中，收发机60支持码分多址(“CDMA”)协议并且无线网络是基于CDMA的支持数据和语音信号的网络。收发机60和天线72连接，用于和无线网络40进行信号通信。当收发机60接收到数据信号的时候，数据通过串行总线70传送到CPU 66。数据可以包括文本信息、业务量更新、所建议的对道路导航的更改、目的地、多目的地的顺序优先权、天气、事故、建筑物或者其他道路网络状况数据或者其他信息。该数据也可以包括该单元的软件更新。收发机60可以接收来自一个或者多个现有技术中已知的各种定位系统的位置和速度矢量信号。在一个实施方式中，CPU 66也可以命令收发机60接收来自卫星的全球定位信号(“GPS”)并解码GPS以抽取位置和定时信息。
图3显示的是一种典型的NMC 20的框图。NMC 20包括CPU 22、RAM 24、ROM 26、存储单元28、第一调制解调器/收发机70、GPS接收机30以及第二调制解调器/收发机74。第一调制解调器/收发机70可以将NMC 20和互联网50连接。调制解调器/收发机70可以是连接NMC 20和本地网络或者因特网的以太网调制解调器。第二调制解调器/收发机74连接NMC 20和无线通信网络40并允许和一个或者多个MCT双向通信。CPU 22可以命令在第一调制解调器70和第二调制解调器74之间传输用户终端12、14以及调度终端16与一个或多个MCT 32、34、36和38之间的消息。ROM 26可以存储由CPU 22执行的程序指令以完成上述的和下面将要描述的操作。RAM24可以用于存储临时的程序信息、接收的数据和消息。存储单元28可以是任意的可存储数据的单元，可用于存储消息和其他信息。
MCT 32、34、36、38可以不时地要求发送消息到NMC 20。为了防止或限制同时发送消息或干扰，体系10采用一种轮询协议。在此协议中，NMC 20周期性地发送轮询消息到MCT 32、34、36和38，查询MCT是否有消息送回NMC 20。当有消息发送的时候，MCT等待接收到轮询消息，而后根据轮询消息在特定时刻回应“请求发送”消息。“请求发送”消息指示MCT 32要求发送消息到NMC 20。NMC20接收到“请求发送”消息，作为回应，发放授权给MCT 32。该授权允许请求MCT发送消息，该授权典型地包括其他信息，比如何时发送消息或者以什么频率发送消息。然后MCT可以根据该授权所包含的信息发送消息。
当NMC 20发送轮询消息的时候，可能会有几个MCT 32、34、36和38进行回应。要注意的是MCT发送的“请求发送”消息典型地以一种NMC 20可识别的前同步码开始。利用该前同步码使NMC20能够检测到“请求发送”消息，同样也可检测其他消息，从而实现定时和频率同步，该同步用于解调这些消息。由于通常各个MCT与NMC 20间具有不同的距离，因此各个MCT的传播延迟各不相同。在不知道各个MCT的传播延迟的情况下，NMC 20必须搜索整个网络中在可能的传播延迟的不确定范围内的所有接收的信号。这需要NMC 20有强大的处理能力和/或长的前同步码以令搜索处理更容易。本发明使每个MCT能够测量出到NMC 20的传播延迟并根据传播延迟预校正发送定时，从而使各个MCT发送的信号在NMC 20预期的时间到达NMC 20。由于极大地减小了信号到达时间的不确定性，需要的搜索工作相应地减少。这种解决方案使NMC 20能够有复杂度较低的硬件/处理能力和/或短的前同步码，这样由于缩短了前同步码，所节约的时间可以用于传送有用信息，因此增加了系统容量。其他的好处还包括减少了消息冲突和干扰的机会。
图4A和4B示出前向链路传输的时隙，包括跟踪数据(例如导频色同步信号，将在以后说明)，用于确定发射机和接收机之间的传播时间。在示例的实施方式中，数据在时隙中发送，每个时隙包含1.67毫秒，则每秒时隙总数为600个。图4a显示的是三个这样的时隙110、120和130。每个时隙包含4096个码片，其中位于每个时隙起始的384个码片(即，导频色同步信号)作为追踪数据使用。当然，还有很多其他可能的时隙配置的组合。
在一种实施方式中，跟踪数据包含导频信号、导频色同步信号，或者导频数据，PIk中的k代表时隙编号。NMC 20产生跟踪数据，MCT利用此跟踪数据锁定发送频率和时间，并最终解调NMC信号。在一种示例的实施方式中，NMC 20通过周期性地在各个MCT所知的时间点反转导频信号(图4B中所示导频信号142)，来将时间标记或仅将简单的“标记”本身插入导频信号。在一种示例的实施方式中，NMC 20在对应于GPS接收机30接收到本地GPS定时信号的时刻反转导频信号。特别地，是在检测到GPS定时信号的一个每秒脉冲(PPS)信号时反转导频信号。因此，导频信号在检测到一个PPS信号时每秒反转一次。当然，除了反转的导频信号外，标记还可以包含其他信号，例如已知的可被MCT识别的数据序列。另外，NMC 20可以根据NMC20和MCT共同的任何其他定时信号插入标记。
在使用GPS定时信号的实施方式中，各个MCT 32、34、36和38与使用GPS接收机18的NMC 20接收相同的GPS定时信号。在这种实施方式中，MCT在接收到一个PPS GPS定时信号的时候启动计数器，并在接收到含有反转导频的时隙时令计数器停止。从而可以根据该计数近似地确定NMC 20和MCT之间单向信号的传播延迟。这样，MCT可以根据确定的单向信号传播延迟调整消息发送定时。
图5A是MCT可以使用的根据本发明的一种实施方式的反转导频检测设备150的功能框图。示例的反转导频检测器150包括多导频色同步信号缓冲器152、交叉乘积计算器154以及门限检测器156。在示例的实施方式中，交叉乘积计算器154确定点积D(n)，其中D(n)＝PLk·[PLk-1+PLk-2]。当时隙包含反转导频时，D(n)为负，否则若时隙不含有反转导频时，D(n)为正或者等于零。当D(n)为负时，门限检测器156设置反转导频标志157。
图5B是根据本发明的一种实施方式的传播延迟计数器160的功能框图。计数器160接收定时信号164(即，一个PPS GPS定时信号)、码片时钟信号162以及反转导频标志157。针对每个定时信号164，计数器复位并开始对码片时钟信号162(2.4576M码片/秒)进行计数，直到设置反转导频标志157为止。将码片时钟信号162的周期与计数器160的计数相乘得到NMC 20和MCT之间的近似传播延迟。MCT可以根据本地振荡器(产生码片时钟信号)误差(如果已知或已计算出)调整计数。应当注意，当MCT可以发送消息时，NMC 20可以分配一个时隙或者时间周期。MCT可以根据确定的传播延迟调整该发送时间以减少时隙边界干扰。
图6A示出NMC 20可以使用的根据本发明一种实施方式的用于在信号中插入标记的方法80。方法80根据定时信号检测时间间隔事件(步骤82)。在一个示例性实施方式中，NMC 20根据接收的GPS定时信号检测到一个PPS信号。然后在信号中插入标记(步骤84)。在一个示例性实施方式中，NMC 20在对应于一个PPS信号的时刻反转导频信号。下一步，将信号(含有标记)发送到一个或多个MCT(步骤86)。
图6B示出用于确定NMC 20和MCT之间的传播时间的方法90，该方法还用于根据传播时间调整发送时间。方法90根据定时信号检测时间间隔事件(步骤92)。在一个示例性实施方式中，MCT根据接收的GPS定时信号检测到一个PPS信号。该方法接下来启动/复位计数器160(步骤94)。然后该方法在接收信号中寻找标记(步骤96和98)。在一个示例性实施方式中，MCT检测NMC信号中的反转导频。当检测到标记的时候，计数器停止(步骤99)。当检测到反转导频的时候，MCT令计数器停止。根据计数器160的计数，能够很容易地计算得到NMC 20和MCT之间的传播时间(步骤102)。然后根据传播延迟调整MCT发送时间(步骤104)。然后MCT根据调整后的定时发送信号。通过这种方式，MCT发送的信号在NMC 20预期的时刻到达NMC 20，因此消除了传播延迟的影响从而使NMC 20能够更容易地获得MCT发送的信号。
以上按照实现此发明目标的最佳模式对本发明进行了说明，本领域的技术人员将会理解，不偏离本发明的构思和范围，根据这些教导可以作出多种变形。例如，可以使用计算机程序软件、固件或者硬件的结合实现本发明。作为实现本发明或者构建根据本发明的设备的预备步骤，根据本发明的计算机程序代码(软件或者固件)将典型地存储在一个或多个机器可读存储介质上，例如固定盘(硬盘)驱动器、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器例如ROM、PROM等，由此制作出根据本发明的制造品。该制造品包括计算机程序代码，可以直接从存储设备中执行这些代码，也可以将代码从存储设备复制到另外的存储设备如硬盘、RAM等中执行，或者通过网络将代码发送到远程执行。
权利要求
1.一种用于确定发射机和接收机之间的传播延迟的方法，包括检测时间间隔事件；接收第一信号，所述第一信号包含标记；以及确定所述时间间隔事件和所述标记之间的时差。
2.权利要求1中的方法，还包括以下步骤根据所述时差调整第二信号的发送时间。
3.权利要求1中的方法，其中所述时间间隔事件包括来自全球定位卫星定时信号的一个每秒脉冲信号。
4.权利要求1中的方法，其中所述标记包括反转导频信号。
5.权利要求4中的方法，其中在与所述时间间隔事件相关的时刻，将所述反转导频信号插入所述第一信号。
6.权利要求1中的方法，其中确定所述时间间隔事件和所述标记的所述时差包括在检测到所述时间间隔事件时启动计数器；在接收到所述标记时令所述计数器停止；以及根据所述计数器停止时的计数，确定所述信号传播延迟。
7.一种用于调整信号发送时间的设备，包括用于检测时间间隔事件的装置；用于接收第一信号的装置，所述第一信号包括标记；以及用于确定所述时间间隔事件和所述标记之间的时差的装置。
8.权利要求7中的设备，还包括用于根据所述时差调整第二信号发送时间的装置。
9.权利要求7中的设备，其中所述时间间隔事件包括来自全球定位卫星定时信号的一个每秒脉冲信号。
10.权利要求7中的设备，其中所述标记包括反转导频信号。
11.权利要求10中的设备，其中在与所述时间间隔事件相关的时刻，将所述反转导频信号插入所述第一信号。
12.权利要求7中的设备，其中用于确定所述时间间隔事件和所述标记之间的所述时差的所述装置包括用于确定检测到所述时间间隔事件和检测到接收所述标记之间的逝去时间的装置。
全文摘要
一种用于确定发射机和接收机之间的信号传播延迟，并根据传播延迟调整发送时间的系统及方法。中央站在对应于接收到定时信号的时刻在发送的信号中插入标记。MCT接收来自中央站的信号并确定接收到标记和检测到时间间隔事件之间的时差。由大量与时差成比例的时间调整MCT的发送。
文档编号H04B17/00GK1768494SQ200480009161
公开日2006年5月3日 申请日期2004年2月3日 优先权日2003年2月3日
发明者贾德·厄伦巴赫, 富兰克林·J·格特曼, 田滨 申请人:高通股份有限公司