基站与无线通信系统同步的方法和装置的制作方法

专利名称：基站与无线通信系统同步的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统。具体地说，本发明涉及利用从移动站发送的信号使基站同步的新颖和改进的方法和装置，其中上述移动站同时与同步基站进行通信。
相关技术的描述对码分多址(CDMA)调制技术的运用只是用于促进其中存在大量系统用户的通信的几种方法中的一种。虽然已知其他技术，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和诸如幅度压控单边带之类的AM调制技术，CDMA具有优于这些其他调制技术的显著优点。在美国专利号4,901,307中(发明名称为“运用卫星或地面中继站的扩展盘片多址通信系统”)和美国专利好5,103,459中(发明名称为“用于在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法”)描述了在多址通信系统中对CDMA技术的运用，上述两项专利已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入。在美国，由电信工业协会在TIA/EIA/IS-95-A中(名称为“对于双模式宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准”，下面称为IS-95)使提供CDMA移动通信的方法标准化。
在上述专利中，揭示多址技术，其中存在大量移动站用户，每个用户拥有收发机，运用码分多址(CDMA)扩展频谱通信信号，通过卫星中继站或地面基站(还已知为小区基站或区站)进行通信。通过运用CDMA通信，可多次重用频谱，从而允许系统用户容量增加。运用CDMA技术可获得比运用其他多址技术所获得的高得多的频谱效率。
在美国专利第5,109,390号(’390专利)(发明名称为“在CDMA蜂窝通信系统中的分集接收机”，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中揭示用于同步解调从一个基站沿着不同传播路径传播的信号以及同步解调从多于一个基站提供冗余数据的方法。在’390专利中，组合分开解调的信号以提供对发送数据的估计，其中上述发送数据具有比由任一路径解调或来自任一基站的数据更高的可靠性。
一般，将切换分成两种-硬切换和软切换。在硬切换中，当移动站断开始发基站并进入目的地基站时，移动站断开它与始发基站的通信链路，之后建立与目的地基站的新通信链路。在软切换中，移动站在断开与始发基站的通信链路之前完成与目的地基站的通信链路。于是，在软切换中，在一些时间期间内，将移动站与始发基站和目的地基站进行冗余通信。
软切换比硬切换更不可能丢失呼叫。此外，当移动站在基站的覆盖边界附近移动时，它可以响应于环境中的小变化而进行重复切换请求。通过软切换，还大大缓解了被称为乒乓(ping-ponging)的问题。在美国专利第5,101,501号(发明名称为“在CDMA蜂窝电话系统中的通信中提供软切换的方法和系统”，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中，详细描述用于执行软切换的处理过程。
在美国第5,267,261号(发明名称为在CDMA蜂窝通信系统中移动站辅助软切换“，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中揭示了改进的软切换技术。在’261专利的系统中，通过在移动站测量由每个基站发送的“导频”信号的强度，改进软切换处理。通过促进对可存活基站切换候选者的识别，这些导频强度测量辅助软切换处理。
可将基站候选者分成四组。第一组，称为现行组，包括当前与移动站进行通信的基站。第二组，称为候选者，包括其确定其信号具有对移动站有用的足够强度但是当前不使用的基站。当他们的测得导频能量超出预定门限TADD时，把基站加到候选者。第三组是位于移动站附近的基站组(且不包括在现行组或候选者中)。此外，第四组是所有其他基站的剩余组。
在IS-95中，基站候选者特征在于它的导频信道的伪噪声(PN)序列的相位偏置。当移动站搜索确定来自候选基站的导频信号的强度时，它执行相关性操作，其中将滤波接收信号与一组PN偏置假设相关联。在待批美国专利申请号08/687,694(现为美国专利号5,644,591)(1996年7月26日申请，发明名称“在CDMA通信系统中执行搜索捕获的方法和装置”，已转让给本发明的受让人并作为参考资料在此引入)中详细描述了用于执行相关性操作的方法和装置。
在基站和移动站之间的传播延迟是未知的。这种未知延迟产生PN码中的未知移位。搜索处理尝试确定PN码中的这种未知移位。为了这样做，移动站在时间上平移它的搜索器PN码发生器的输出。将搜索平移的范围称为搜索窗口。搜索窗口以PN移位假设为中心。基站向移动站发送以其实际接近(in itsphysical proximity)表示基站导频的PN偏置的消息。移动站将它的搜索窗口以PN偏置假设为中心。
搜索窗口的适当尺寸依赖于几个因素，包括导频的优先权、搜索处理器的速度和多路径到达的预计延迟扩展。CDMA标准(IS-95)定义三个搜索窗口参数。由搜索窗口“A”管理在现行和候选组中的导频搜索。在窗口“N”内搜索邻居组导频，并在窗口“R”内搜索剩余组。在下表1中提供搜索器窗口尺寸，其中码片是
定窗口尺寸是在搜索速度和丢失在搜索窗口外的强路径的可能性之间的折中。
基站向移动站发送指定移动站应相对于它自己的PN偏置搜索的PN假设。例如，始发基站可命令移动站搜索在它自己的PN偏置之前的导频128个PN码片。移动站作出响应，将它的搜索器解调器设为在输出码片循环之前的128个码片，并运用以指定偏置为中心的搜索窗口搜索导频。一旦命令移动站搜索PN假设来确定执行切换可用的资源时，目的地基站导频的PN偏置在时间上应很接近定向的偏置(directed offset)。在基站边界附近的搜索速度很重要，因为在完成所需过程中的延迟可能导致丢失呼叫。
在美国的CDMA系统中，通过向每个基站提供全球定位卫星(GPS)接收机，获得基站同步。然而，存在基站不能接收GPS信号的情况。例如，在地铁和隧道中，GPS信号衰减到禁止它们用于将基站或微型基站定时同步的程度。本发明提供在一小部分网络能够接收集中定时信号并从中获得定时而一部分基站不能接收集中化定时信号的情况下，提供定时同步的方法和系统。
发明概述本发明是一种新颖和经改进的方法和装置，用于使不能在网络中接收集中化定时信号的基站同步，其中在上述网络中有一些基站能够接收集中化定时信号。参考基站通过接收集中化定时信号或其他手段，进行定时同步。在示例实施例中，参考基站运用全球定位卫星(GPS)接收机进行同步。因为例如不能接收集中化定时信号，所以从属基站没有同步的能力。
在本发明中，从属基站在参考基站和从属基站之间通过从移动站发送或接收的消息获得与参考基站的同步。首先，由参考基站测量在移动站和参考基站之间的往返行程延迟。接着，从属基站搜索，直至它获得由移动站发送的被称为反向链路信号的信号。响应于捕获反向链路信号，从属基站调节它的定时，从而移动站可以捕获它的信号，被称为前向链路信号。如果在从属基站中的定时误差不是很严重，那么该步骤不是必需的。
一旦移动站捕获来自从属基站的信号，移动站测量和报告在信号从参考基站到移动站所需时间和信号从从属基站到移动站所需时间之差。所需的最后测量是由从属基站测量在从属基站接收来自移动站的反向链路信号的时间和从属基站将信号发送到移动站所需时间之间的时间差。
对于测得时间值执行这里详细描述的一系列计算，来确定在从属基站和参考基站之间的时间差。根据这些计算执行从属基站定时的调节。应注意，在较佳实施例中，在IS-95 CDMA通信系统的正常操作期间，执行上述所有测量。
附图简述结合附图，从下面的详细描述中，本发明的特征、目的和优点将显而易见，其中相同标号作相应表示

图1是示出包括参考基站和从属基站的无线通信系统的网络结构的方框图；图2是示出在移动站、同步基站和异步基站以及相应时间间隔之间的各种传输的示图；图3是示出用于使不能接收集中化定时信号的基站同步的方法的流程图；图4是本发明的移动站的方框图；图5是在本发明的移动站中的搜索器的方框图；图6是本发明的移动站的话务信道调制器的方框图；图7是本发明的基站的方框图；图8是本发明的基站的发送系统的方框图；和图9是本发明的基站的接收机系统的方框图。
较件实施例的详细描述I.定时误差计算的概述参照图1，移动站60与参考基站62进行通信，同时它大致在由基站覆盖边界61描绘的覆盖区中。参考基站62利用中央定时系统(诸如，全球定位系统(GPS))与其余网络同步。相反，具有由覆盖区边界63勾出轮廓的覆盖区的从属基站64不通过独立装置(诸如，基站62可用的GPS)与中央时间系统同步。基站控制器66利用T1线或其他装置，把呼叫从公共交换电话网(PSTN)路由到基站62或64。此外，通过T1线向从属基站64提供频率同步。
对于短时间，可运用在现有技术中已知的方法，通过T1线向频率同步提供可接收的精确度。然而，依靠T1线提供频率信息的方法中，这些问题是普通的。这些问题导致定时误差，而利用本发明可校正该误差。由于在相位和频率之间的关系，使得本发明对相位的间歇校正允许需要时利用不太精确的频率源。
参照图2，示出将传输和相应时间间隔用于使传输基站64与参考基站62的同步定时同步。信号路径500示出将前向链路信号从参考基站62发送到移动站60。将发生这种传输的时间间隔指定为τ1。在移动站60，将在反向链路上帧发送的起点与在前向链路上帧到达的起点时间对准。在IS-95中使这种时间对准标准化，并加入与其相符设计的硬件中。因此，应理解执行这种对准的方法和装置在现有技术中已知。
传输502描述将反向链路帧从移动站60发送到参考基站62。信号500从基站62到移动站60所需的时间(τ1)等于信号502从基站62到移动站60的时间(也是τ1)。由于基站62知道它发送信号500的时刻，并知道它接收信号502的时刻，所以基站62可以计算往返行程延迟时间(RTD1)，它是计算时间误差(T0’-T0)所需的第一值。
信号路径504是从移动站60沿着不同传播路径发送到传输基站64的反向链路信号。将信号504从移动站60到传输基站64所需的时间指定为τ2。将反向链路信号504到达基站64所需的时间指定为T2。前向链路信号506从基站64到移动站60所需的时间等于τ2。此外，从属基站64可以检测在它接收来自移动站60的反向链路信号所需的时间和它将它的前向链路信号发送到移动站60所需的时间之差。将该时间差指定为RTD2。已知这些时间可进行时间误差(T0’-T0)的计算。下面描述计算时间误差T0’-T0的方法。
首先从图2可见T2＝τ1+τ2，和 (1)τ1+ΔT＝T0’+τ2(2)通过操作等式(1)和(2)的项，获得下式T2+ΔT＝T0’+2·τ2(3)2·τ2＝T2-T0’+ΔT (4)为了简化符号，将新变量RTD2定义为RTD2＝T2-T0’ (5)从图2可见τ2=RTD22+ΔT2---(6)]]>参考关于T0的等式T2＝T0+τ1+τ2(7)因此，T2-T0＝τ1+τ2，和 (8)RTD2＝2·τ2-ΔT通过代入，可见时间误差(T0’-T0)等于T0′-T0＝τ1-τ2+ΔT (9)
T0′-T0=τ1-[RTD22+ΔT2]+ΔT---(10)]]>T0′-T0=RTD12+RTD22+ΔT2---(11)]]>T0′-T0=RTD1+ΔT-RTD22---(12)]]>一旦基站64知道它的定时误差(T0’-T0)，它调节它的定时，从而使它与基站62的定时同步。这些测量经历误差，因此，在较佳实施例中，进行多次测量来保证定时校正的精确度。
现在，描述测量在等式(12)中的每个所需时间值的方法和装置。
II.测量往返行程延迟(RTD1)图3是示出本发明的将传输基站64与参考基站62的定时同步的方法的流程图。在步骤300中，同步方法以移动站与参考基站62进行通信并在执行与从属基站64的通信范围内开始。在步骤302中，测量信号从参考基站62到移动站60并从移动站60返回到参考基站62的往返行程延迟(RTD1)。通过将由移动站60接收到的帧的帧边界与由移动站60发送的帧的帧边界对准，做到这点。在现有技术中已知提供这种对准的方法和装置。于是，测量往返行程延迟(RTD1)作为参考基站62开始发送帧和参考基站62开始接收来自移动站60的帧之间的时间差。
参照图4，在天线2接收来自参考基站62的数据的前向链路帧，并通过双工器3向接收机(RCVR)4提供。接收机4下变频、滤波和放大接收信号并向搜索器50和话务解调器(TRAFFIC DEMODS)54提供它。搜索器50根据由参考基站62提供的邻居表搜索导频信道。在来自参考基站62的话务信道上提供邻居表作为信令信号。向控制处理器55提供表示来自参考基站62的接收帧的开始的信号。控制处理器55产生和向话务调制器58提供时间对准信号，它将从移动站60发送的帧的开始与在移动站60接收到的帧的开始对准。
向话务调制器58提供来自移动站60的用户的数据帧，其中话务调制器58将通过发射机(TMTR)56发送的帧与移动站60从参考基站62接收到的帧对准。由发射机56上变频、滤波和放大反向链路帧，然后通过双工器3提供以通过天线2发送。
III.由从属基站捕获移动站图6示出移动站60的话务信道调制器58。向帧格式器200提供数据帧。在示例实施例中，帧格式器200产生并添加一组循环冗余(CRC)检测位，还产生一组尾位。在示例实施例中，帧格式器200遵循在IS-95中标准化的并在美国专利专利号5,600,754中(发明名称为“安排声码器数据用于屏蔽发送信道引发的误差的方法和系统”，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)详细描述的帧格式协议。
向编码器202提供格式化数据帧，其中上述编码器编码数据以用于纠错和检错。在示例实施例中，编码器202是卷积编码器。向交错器204提供编码数据码元，交错器根据预定交错格式重新排列码元。在示例实施例中，沃尔什码映射器206接收八个编码码元，并把该码元组映射到64码片沃尔什序列。向扩展装置208提供沃尔什码元，其中上述扩展装置根据长扩展码扩展沃尔什码元。长PN码发生器210产生伪噪声(PN)序列，它扩展该数据并将该数据与来自附近的其他预定站的反向链路发送数据区分开来。
在示例实施例中，根据短PN序列扩展I和Q信道的四相移键控(QPSK)调制格式，发送数据。向扩展装置214和216提供扩展数据，其中上述扩展装置根据分别由PN发生器(PNI和PNQ)212和218提供的短PN序列执行对数据的第二扩展操作。
在步骤304中，从属基站64捕获由移动站60发送的反向链路信号。基站控制器66把数据发送到从属基站64，该数据指示移动站62用来扩展它的反向链路循环的PN码偏置。响应于来自基站控制器66的该信号，从属基站64以由来自基站控制器66的信号所指定的PN偏置为中心，搜索移动站66。
在示例搜索实施例中，从属基站64根据来自基站控制器66的信号，成组加载(bank load)它的实施器长码PN发生器106和它的短码PN发生器108和110(如图9所示)。这里详细描述从属基站64的搜索器处理。
图7示出从属基站64的装置。在从属基站64中，接收来自基站控制器66的表示移动站60的PN的信号。该消息提供给控制处理器100。响应于此，控制处理器100计算以特定PN偏置为中心的窗口搜索范围。控制处理器100向搜索器101提供搜索参数，而且参数基站64响应于那些参数搜索由移动站60发送的信号。向接收机104提供从属基站64的天线102接收到的信号，其中接收机104下变频、滤波和放大接收到的信号并向搜索器101提供。此外，向话务解调器105提供接收到的信号，其中上述解调器105解调反向链路话务数据并向基站控制器60提供该数据。基站控制器66反过来向PSTN提供它。
图9详细示出搜索器101。美国专利申请号08/372,632中(现为美国专利号5,654,979)(1995年1月13日申请，名为“用于扩展频谱多址通信系统的区站解调器构造”)和待批美国专利申请号08/316,177(1994年9月30日，名为“用于扩展频谱多址通信系统的多径搜索处理器”)中详细描述了反向链路信号的解调，其中上述两项专利已转让给本发明的受让人并作为参考资料在此引入。从基站控制器66向控制处理器100提供对移动站60的PN偏置的估计。响应于由基站控制器60提供的PN偏置估计，控制处理器100产生初始长PN序列假设以及初始短PN序列假设，以便由从属基站64进行搜索。在示例实施例中，控制处理器100成组加载PN发生器106、108和110的移位寄存器。
由天线102接收的信号，由接收机104下变频、滤波和放大并传送到相关器116。相关器116将接收信号与组合长短PN序列假设相关联。在示例实施例中，通过将由PN发生器108和110产生的短PN假设分别由乘法器112和乘法器114与由PN发生器106提供的长PN序列相乘。用一种组合PN序列假设来去扩展I信道，并用其他假设来去扩展接收的QPSK信号的Q信号。
向快速Hadamard变换(FHT)处理器118和120提供两个PN去扩展信号。在美国专利申请号08/173,460(现美国专利号5,561,618)(1993年12月22日申请，名为“执行快速HADAMARD变换的方法和装置”，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中详细描述了快速Hadamard变换处理器的设计和操作。FHT处理器118和120将去扩展信号与所有可能的沃尔什码元相关联，来向能量计算装置(I2+Q2)122提供所得幅度矩阵。能量计算装置122计算幅度矩阵各元素的能量，并向选择最大能量相关性的最大检测器124提供能量值。向累加器126提供最大相关性能量，其中累加器126对于多个沃尔什码元累加能量，并根据这些累加能量，确定是否在该PN偏置下可捕获移动站60。
IV.由从属基站进行的初始定时调节一旦捕获移动站60，在框306中，从属基站64调节它的定时，从而移动站60可成功地捕获它的前向链路传输。从属基站64通过确定在它捕获来自移动站60的反向链路信号的PN偏置和参考基站62用于接收来自移动站60的反向链路信号的PN偏置之间的差，计算初始定时调节。运用这种PN偏置差，从属基站64以当移动站60搜索它的导频信号时它落在移动站60的搜索窗口内的方法，调节它的导频信号的定时。
V.由移动站捕获从属基站在搜索移动站信号的过程中，需要从属基站64具有一些时间指示。在较佳实施例中，利用另一种同步方法，使从属基站64的时间误差保持在或低于1ms。存在一些方法，其中启动不能接收GPS信号的从属基站44以便将时间保持在较低精度。获得一种程度的初始同步的一种可行的方法是手动地将始发基站64的时间设定在某间隔。第二种方法是运用WWV接收机设定时间，在现有技术中已知其实施方法。与GPS信号不同，在很低频下，发送WWV集中定时信号，且能够渗入信道和地铁。然而，WWV接收机不能提供CDMA通信所需的该程度下的时间同步。
在示例实施例中，从属基站64调节它的定时，根据移动站60直接位于从属基站64的附近的假设，从属基站64调节它的定时。于是在从属基站64和移动站60之间不存在任何传播延长的假设下进行初始定时调节。之后，从属基站64时间上前调它的PN序列发生器72和74，从而解释了在从属基站64和移动站60之间的越来越大的传播延迟。一旦移动站60捕获从属基站64的导频信道，就运用正常步骤，根据上述计算执行对从属基站64的最终定时调节。
如在现有技术中已知并在IS-95中标准化，用它们的PN发生器的相位，将不同基站的导频信道相互区分开来。参考基站62命令移动站60通过邻居表搜索从属基站64。参考基站62利用信令数据，指示在PN相位偏置下可获得从属基站64的导频，相对于参考基站62的接收PN偏置描述这个现象。由话务解调器54解调和解码该消息，并向搜索器50提供。作为响应，搜索器50对在来自参考基站62的信号中指定的PN相位执行以PN相位偏置为中心的搜索。
一般，由线性反馈移位寄存器产生导频信号，在上述专利中详细描述了其实施方法。为了获得来自产生基站64的导频信号，移动站60必须在相位φ和频率ω方面与来自产生基站64的接收信号同步。搜索器操作的目的在于找到接收信号的相位φ。如上所述，利用来自基站控制器66的T1链路可向产生基站64提供相对精确的频率同步，如在现有技术中已知。移动站用来找到接收信号的相位的方法是测试一组相位假设，称为搜索窗口，并确定一个偏置假设是否是正确的。
图5详细示出移动站搜索器50。在天线2接收扩展频谱信号。装置的目的在于获得在由PN序列发生器20产生的伪随机噪声(PN)序列与由从属基站64发送的未知相位的同一PN序列扩展的接收扩展频谱信号之间的同步。在示例实施例中，导频信号发生器(未示出)和PN发生器20是最大长度移位寄存器，它产生分别用于扩展和去扩展导频信号的PN码序列。于是，获得在用于去扩展接收导频信号的码和接收导频信号的PN扩展码之间同步的操作包括确定移位寄存器的时间偏置。
由天线2向接收机4提供扩展频谱信号。接收机4下变频、滤波和放大信号并向去扩展元件6提供信号。去扩展元件6将接收信号乘以由PN发生器20产生的PN码。由于PN码的类似随机噪声性质，使得PN码和接收信号的乘积除了同步点之外实际上都应为零。
搜索器控制器18向PN发生器20提供偏置假设。根据由参考基站62向移动站60发送的信号，确定偏置假设。在示例实施例中，由四相移键控(QPSK)调制接收信号，从而PN发生器20向去扩展元件6提供对于I调制分量的PN序列和对于Q调制分量的分开序列。去扩展元件6将PN序列与它的相应调制分量相乘，并向相干累加器8和10提供两个输出分量乘积。
相干累加器8和10在乘积序列的长度范围内总加乘积。相干累加器8和10对来自搜索器控制器18的信号作出响应，以便复位、锁定和设定加法周期(summation period)。从加法器8和10向平方装置12提供乘积和。平方装置12对每个和求平方并将该平方加起来。
由平方装置12向非相干组合器14提供平方和。非相干组合器14根据平方装置12的输出，确定能量值。非相干累加器14起到抵销在基站发送时钟和移动站接收时钟之间的频率差的效应，并有助于在衰减环境中的检测统计。非相干累加器14向比较装置16提供能量信号。比较装置16将能量值与由搜索器控制器装置18提供的预定门限相比较。于是，将每个比较结果反馈到搜索器控制器18。反馈到搜索器控制器18的结果包括在测量中所导致的相关能量以及PN偏置。
在本发明中，搜索器控制器18输出PN相位，其中在该相位下将它与基站64同步。用该PN偏置用于计算时间误差，将在下面详述。
在示例实施例中，当移动站60捕获从属基站64，它计算在它接收来自从属基站64的信号的时间和它接收来自参考62基站的信号的时间之间的差。向产生表示差值的消息的消息发生器52提供该值。在反向链路上，向将消息送回到基站控制器66的参考基站62和从属基站64发送消息作为信令数据。
VI.测量在从从属基站发送前向链路信号和在从属基站接收反向链路信号之间的延迟在步骤311中，从属基站64测量在从属基站接收来自移动站60的反向链路信号的时间(T2)和从属基站将它的前向链路信号发送到移动站60(T0’)之差。从属基站64在它发送它的前向链路信号时存储PN偏置，而且一旦检测到来自移动站60的反向链路信号，就计算时间差RTD2。在示例实施例中，由从属基站64向基站控制器66提供该经计算时间差，而且在基站控制器66进行对定时调节的计算。熟悉本技术领域的人员应理解，本发明可容易地扩展到在基站或移动站进行计算的情况。
VII.从属基站的定时调节基站控制器66执行在等式(12)中所述的计算，并把所需定时调节的指示发送到从属基站64。参照图7，由从属基站64在控制处理器100接收定时调节信号。控制处理器100产生并向定时调节处理器99提供控制信号。定时调节处理器99产生信号，它改变定时源98的时间改变在来自基站控制器66的信号中指定的量。
VIII.当不处于软切换时时间传递在移动站60处于软切换(即，当移动站已建立与参考基站62和从属基站64的链路时)的情况下，上述调节过程是有效的。建立与参考基站和从属基站的链路允许参考基站62确定RTD1和从属基站64确定RTD2。根据RTD1和RTD2的值，可以预计时间误差T0’-T0。然而，根据本发明的一个实施例，当移动站60不与参考基站62和从属基站64进行通信时，可将从属基站64与参考基站62同步，如下。
假设移动站60与参考基站62进行通信，可如上所述确定RTD1的值。此外，移动站60和参考基站62最好通过基站控制器66进行通信。对于基站62已知长PN码，其中移动站60利用该长PN码将它的反向链路传输扩展到参考基站62。根据本发明，参考基站62通过基站控制器66将长PN码传播到从属基站64。此外，运用通过基站控制器66的通信链路，参考基站62把RTD1值列表发送到从属基站64，每个值与一个长PN码相关，其中一个移动站60用该长PN码来扩展由与参考基站62进行通信的移动站60发送的反向链路。应理解，每个移动站60与一个特殊长PN码和RTD1值相关。从属基站64于是用长PN码信息来尝试接收来自移动站60的一个或多个反向链路传输。由于移动站60不处于软切换状态，所以由从属基站64从移动站60接收到的信号很弱。因此，从属基站64一般需要累加大量PN码片，以便检测由参考基站62提供服务的移动站60。
从属基站64根据从属基站64从参考基站62接收到的长PN码，一次搜索一个移动站60。因此，如果在合理量的时间之后，从属基站64成功检测到来自第一基站60的反向链路传输，那么从属基站64开始搜索来自第二移动站60的反向链路传输。根据本发明的一个实施例，参考基站62辅助确定基站64最可能检测哪个移动站60。最好通过确定移动站60离开参考基站62的距离做到这点。此外，使用关于每个移动站60进行发送的扇区的信息。即，如果移动站离开参考站相对较大距离(例如，如由执行功率控制算法时所获得的信号指定的那样)，而且移动站60处于邻近从属基站64的扇区内，于是更加有可能由从属基站64检测移动站60。应理解，通过参考基站62辅助确定从属基站64可能检测到哪些移动站60，减少从属基站64检测移动站所需的时间量。
一旦从属基站64在反向链路上捕获到来自移动站的传输，从属基站64确定反向链路传输的到达时间T2，并获得对标为γ2的τ2的估计(从移动站60到从属基站64的延迟)。从属基站64估计T0’＝T2-(γ2+τ1)＝T2-(γ2+RTD1/2)。应理解，不直接测量γ2。如果已知移动站60的位置，可以根据在移动站60和从属基站64之间的距离估计γ2，这是因为从属基站的位置的已知的。如果移动站60的位置是未知的，那么可以根据经验从值表或从数据库估计γ2。即，可用在移动站60和从属基站64之间的路径损耗估计γ2。通过测量在从属基站64发送和接收的功率量，可以确定路径损耗。另一方面，可用从移动站60接收到的信号强度(诸如，由从属基站64发送并由移动站60接收到的导频信号)确定在移动站60和从属基站64之间的路径损耗。在本发明的这种实施例中，移动站60通过反向链路，把接收到的信号的强度指示发送到从属基站。
时间误差等于γ2的值减去τ2。因此，时间传递精度与γ2的精度直接相关。估计一般精确到小于小区半径。即，在γ2的估计和γ2的实际值之间的差小于小区半径。于是，对于半径为K英里的小区，由于γ2所致的定时误差大约为5Kμs。
无论γ2的估计有多不精确，这种时间传递方法可提供比可由多个其他装置(诸如由回程装置(backhaul))提供的更佳的定时。因此，根据上述本发明估计γ2可减小搜索窗口的尺寸，并保证窗口不超出。本发明还提供定时，其中该定时足够精确以至于来自两个基站的接收信号不以相同导频PN相位到达，从而导致将来自不同始发地的导频区分开来。
应注意，如果移动站60与从属基站64进行通信，而不是与参考基站62进行通信，可用补充步骤。在这种情况下，需要估计τ1，而不是τ2。
IX.从属基站的初始化在初始基站系统时间相对靠近参考基站系统时间的情况下，上述调节步骤是有效的。然而，在一些情况下，在参考基站系统时间和参考基站系统时间之差很大以至于使它的步骤无效。例如，当从属基站首先变成操作中时，必须初始化系统时间。没有外部参考的情况下，从属基站系统时间可以是任一值。在另一个例子中，当在相对较长时间内参考基站和从属基站之间的区域中没有任何移动站时，从属基站系统时间可累计由于保持系统时间相对于参考基站所用到的基准漂移的振荡器所导致的大量误差(即，从参考基站系统时间大量偏离)。在这种情况下，根据本发明提供下列初始化步骤。
当首先通电从属基站64时，由于在从属基站64和任何外部定时参考(诸如GPS信号源或外部基站62)之间没有发生任何时间传递，所以从属基站64可能没有适当定时。因此，根据本发明的一个实施例，当首先向从属基站64供电时，不启动从该从属基站发送的前向链路。假设不能获得更加精确的装置，最好运用回程装置获得初始定时。从属基站64具有关于适当定时的合理估计，它足以允许从属基站64通过在部分VIII中所述的反向链路方法获得定时。一旦这样做，从属基站64以低功率启动前向链路传输。如果移动站60是在软切换区域中，那么移动站60报告存在新导频，并可运用本发明的更加精确的软切换方法传递时间，如上所述。一旦这样做，可将该基站的前向链路功率增加到适于从属基站64的正常操作功率。
权利要求
1.一种用于一当基站加电，就将该基站与无线通信系统同步的方法，其特征在于包括禁止来自所述基站的传输；获得所述基站处的初始定时。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述获得所述基站处的初始定时包括根据从基站控制器提供的定时信号，获得所述基站处的初始定时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述获得所述基站处的初始定时包括根据在一回程上提供的定时信号，获得所述基站处的初始定时。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述获得所述基站处的初始定时包括根据从WWW接收机提供的定时信号，获得所述基站处的初始定时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述获得所述基站处的初始定时包括根据一间歇定时信号，获得所述基站处的初始定时。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括在所述基站接收从一移动站发送的信号；以及根据所述接收的信号，调整所述基站的定时。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述在所述基站接收从一移动站发送的信号包括向所述基站提供关于所述移动站的身份的信息；在所述基站估计到所述移动站的距离；以及根据所述提供的信息和所述估计的距离，在所述基站接收从所述移动站发送的信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述在所述基站估计到所述移动站的距离包括在所述基站估计到所述移动站的时间延迟。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述在所述基站估计到所述移动站的距离包括假设所述移动站位于所述基站附近。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述在所述基站估计到所述移动站的距离包括根据从第一基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第一基站的往返行程延迟间隔，在所述基站估计到所述移动站的距离。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述在所述基站估计到所述移动站的距离包括根据从第一基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第一基站的第一往返行程延迟间隔；以及从第二基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第二基站的第二往返行程延迟间隔，来在所述基站估计到所述移动站的距离。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述根据所接收到的信号调整基站的定时包括根据所述移动站的估计的PN偏置和所述移动站的实际PN偏置之间的时间偏差来调整所述基站的定时。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于进一步包括向所述移动站提供所述基站的身份；以及根据所述调整的定时，从所述基站以连续增加的功率电平发送信号，直到所述移动站检测到所述经发送的信号为止。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述向所述移动站提供所述基站的身份包括向所述移动站提供一导频PN码偏置。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述向所述移动站提供所述基站的身份包括向所述移动站提供一导频PN码。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于进一步包括将所述基站的定时和与所述移动站通信的至少一个基站相同步。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述将所述基站的定时和与所述移动站通信的至少一个基站相同步包括开始所述基站和所述移动站之间的通信；测量从所述基站发送到与所述基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述基站的第一往返行程延迟间隔；测量从与所述移动站通信的所述至少一个基站的发送并从所述移动站返回到与所述移动站通信的所述至少一个基站的第二往返行程延迟间隔；在所述移动站测量对来自与所述移动站通信的所述至少一个基站的发送的时间与对来自与所述移动站通信的所述基站的发送的接收的时间之间的时间差；以及根据所述测得的第一往返行程延迟间隔、所述测得的第二往返行程延迟间隔以及所述测得的时间差来计算时间校正值。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于进一步包括对处于所述基站的覆盖区中的所有移动站，重复所述将所述基站的定时和与移动站通信的至少一个基站相同步。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于将所述基站的定时和与移动站通信的至少一个基站相同步包括测量从所述基站发送到与所述基站进行通信的移动站并从该移动站返回到所述基站的往返行程延迟间隔；在所述至少一个基站接收由所述移动站发送的通信并标注接收时间；确定在由所述移动站发送和由所述至少一个基站接收之间发生的延迟的估计；根据延迟的估计、标注的接收时间以及测得往返行程延迟间隔，计算定时校正值。
20.一种用于一当基站加电，就将该基站与无线通信系统同步的装置，其特征在于包括发射机；通信上耦合至所述发射机的处理器；耦合至所述处理器的存储媒体，包含一组可由所述处理器执行的指令，所述处理器执行该组指令以；禁止所述发射机；获得初始定时。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述处理器获得初始定时，是通过执行一组指令以根据从基站控制器提供的定时信号，获得初始定时。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述处理器获得初始定时，是通过执行一组指令以根据在一回程上提供的定时信号，获得初始定时。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述处理器获得初始定时，是通过执行一组指令以根据从WWW接收机提供的定时信号，获得初始定时。
24.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述处理器获得初始定时，是通过执行一组指令以根据一间歇定时信号，获得初始定时。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于进一步包括通信上耦合至所述处理器的接收机，该接收机配置成接收从一移动站发送的信号；并且其中所述处理器执行一组指令以根据所接收的信号，调整基站的定时。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于所述处理器进一步执行一组指令以获得关于所述移动站的身份的信息；估计从所述基站到到所述移动站的距离；以及其中所述接收机进一步配置成根据所提供的信息和所估计的距离，接收从所述移动站发送的信号。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于所述处理器估计从所述基站到所述移动站的距离，是通过执行一组指令以估计所述基站与所述移动站之间的时间延迟。
28.如权利要求26所述的装置，其特征在于所述处理器根据所述移动站位于所述基站附近的假设，通过执行一组指令来估计从所述基站到所述移动站的距离。
29.如权利要求26所述的装置，其特征在于所述处理器估计从所述基站到所述移动站的距离，是通过执行一组指令以根据从第一基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第一基站的往返行程延迟间隔，估计从所述基站到所述移动站的距离。
30.如权利要求26所述的装置，其特征在于所述处理器估计从所述基站到所述移动站的距离，是通过执行一组指令以估计从第一基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第一基站的第一往返行程延迟间隔；以及从第二基站发送到与所述第二基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第二基站的第二往返行程延迟间隔。
31.如权利要求25所述的装置，其特征在于所述处理器根据所述接收的发送来调整基站的定时，是通过执行一组指令以根据所述移动站的估计的PN偏置和所述移动站的实际PN偏置之间的时间偏差来调整所述基站的定时。
32.如权利要求25所述的装置，其特征在于进一步包括移动站，配置成获得关于所述基站的身份的信息；以及所述发射机，配置成根据所述调整的定时，从所述基站以连续增加的功率电平发送信号，直到所述移动站检测到所述经发送的信号为止。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于所述移动站配置成获得关于所述基站的导频PN码偏置的信息。
34.如权利要求32所述的装置，其特征在于所述移动站配置成获得关于所述基站的导频PN码的信息。
35.如权利要求25所述的装置，其特征在于所述处理器进一步执行一组指令以将所述基站的定时和与所述移动站通信的至少一个基站相同步。
36.如权利要求25所述的装置，其特征在于所述处理器将所述基站的定时和与所述移动站通信的至少一个基站相同步，是通过执行一组指令以开始所述基站和所述移动站之间的通信；测量从所述基站发送到与所述基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述基站的第一往返行程延迟间隔；测量从与所述移动站通信的所述至少一个基站的发送并从所述移动站返回到与所述移动站通信的所述至少一个基站的第二往返行程延迟间隔；以及根据所述第一往返行程延迟间隔、所述第二往返行程延迟间隔以及由所述移动站提供的一时间差来计算时间校正值；其中所述移动站配置成测量对来自与所述移动站通信的所述至少一个基站的发送的接收的时间与对来自所述基站的发送的接收的时间之间的时间差。
37.如权利要求34所述的装置，其特征在于所述处理器对处于所述基站的覆盖区中的所有移动站，重复所述将所述基站的定时和与移动站通信的至少一个基站相同步。
38.如权利要求34所述的装置，其特征在于进一步包括第一基站，该基站配置成测量从所述第一基站发送到与所述第一基站进行通信的移动站并从所述移动站返回到所述第一基站的往返行程延迟间隔；第二基站，该基站配置成接收由所述移动站发送的通信并标注接收时间；确定在由所述移动站发送和由所述第二基站接收之间发生的延迟的估计；根据所述延迟的估计、所述接收时间以及所述测得往返行程延迟间隔，计算定时校正值。
全文摘要
在本发明中，从属基站(64)通过从移动站(60)发送和接收的消息(504)获得与参考基站(62)的同步，其中移动站处于在参考基站(62)和从属基站(64)之间的软切换区域中或者在允许移动站(60)与从属基站(64)进行通信的范围内。当移动站(62)不与参考基站和从属基站(62)进行通信时，由参考基站(62)测量在移动站和参考基站之间的往返行程延迟。参考基站(62)通过反向链路将由移动站用到的PN码发送到从属基站。从属基站(64)获得来自移动站(60)的信号(504)，并确定信号何时从移动站到达。于是，从属基站(64)对关于在信号从移动站(60)发送到从属基站(64)的延迟长度进行估计。根据这些测量和估计，从属基站(64)确定在从属基站系统时间内存在的误差。
文档编号H04B1/707GK1684395SQ20051006264
公开日2005年10月19日 申请日期1999年1月15日 优先权日1998年1月16日
发明者C·E·惠特尼三世, 小E·G·蒂德曼 申请人:高通股份有限公司