BRPI0408766B1

BRPI0408766B1 - método para implementar um relógio virtual em tempo real com base em informações de tempo, método para prover uma estimativa de tempo absoluto com base em informações de tempo, memória legível por computador acoplada comunicativamente a um dispositivo de processamento de sinais digitais (dspd) e unidade receptora em um sistema de comunicação sem fio

Info

Publication number: BRPI0408766B1
Application number: BRPI0408766-6A
Authority: BR
Inventors: Dominic Farmer
Original assignee: Qualcomm Incorporated
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2020-12-01
Also published as: ES2507668T3; EP2536229B1; US20110164607A1; EP3506529A1; EP3506529B1; US20080018530A1; JP2006521773A; BRPI0408766A; US7139225B2; IL171079A; WO2004088880A2; EP2536229A2; US8395969B2; KR101098675B1; EP1606893B1; US7551129B2; EP1606893A2; US7911381B2; MXPA05010351A; US20040190378A1

Abstract

“MÉTODO PARA IMPLEMENTAR UM RELÓGIO VIRTUAL EM TEMPO REAL COM BASE EM INFORMAÇÕES DE TEMPO, MÉTODO PARA PROVER UMA ESTIMATIVA DE TEMPO ABSOLUTO COM BASE EM INFORMAÇÕES DE TEMPO, MEMÓRIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR ACOPLADA COMUNICATIVAMENTE A UM DISPOSITIVO DE PROCESSAMENTO DE SINAIS DIGITAIS (DSPD) E UNIDADE RECEPTORA EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO” Trata-se de método e equipamentos para implementar um relógio “virtual” em tempo real em um terminal baseado nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação. Pelo menos um sistema (GPS, por exemplo) fornece informações de tempo “absoluto” para o relógio virtual em tempo real, e pelo menos um outro sistema (um sistema celular, por exemplo) fornece informações de tempo “relativo”. O relógio virtual em tempo real é “marcado com tempo” com o tempo absoluto à medida que se torna disponível do primeiro sistema. O tempo relativo (que pode ser recebido de múltiplos transmissores assíncronos) é mapeado na linha de tempo do relógio virtual em tempo real à medida que é recebido do segundo sistema. O tempo absoluto em qualquer instante de tempo arbitrário na linha de tempo pode ser então estimado com base no tempo absoluto do primeiro sistema e no tempo relativo do segundo sistema. Tempos absolutos do primeiro sistema para dois ou mais instantes de tempo podem ser também utilizados para calibrar o tempo relativo do segundo sistema.

Description

FUNDAMENTOS Campo

[0001]A presente invenção refere-se de maneira geral a comunicações e, mais especificamente, a um método e um equipamento para implementar um relógio virtual em tempo real com base nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação.

Fundamentos

[0002]É frequentemente desejável, e às vezes necessário, que um terminal sem fio conheça o tempo preciso. Uma aplicação específica que requer tempo preciso é a determinação de posição baseada no Sistema de Posicionamento Global (GPS), notoriamente conhecido, que é uma constelação de 24 satélites bem afastados entre si que orbitam em volta da Terra. Cadasatélite GPS transmite um sinal codificado com informações que permitem que os receptores GPS na Terra meçam otempo de chegada do sinal recebido com relação a um pontoarbitrário no tempo. Esta medição de tempo de chegada relativa pode ser então convertida em um “pseudo-alcance”. A posição de um receptor GPS pode ser estimada com precisão com base em medições de pseudo-alcance para um número suficiente de satélites e suas localizações.

[0003]O tempo de chegada de um sinal de um satélite GPS pode ser determinado pelo processamento do sinal GPS propriamente dito, de modo a obter as informações de tempo necessárias. Para o GPS, as informações de tempo completas podem ser particionadas em três componentes de tempo diferentes: bit de semana (BOW), época (em bit) e quadro de subcódigo (todas elas sendo descritas em detalhe a seguir). Cada componente de tempo cobre um faixa de tempo diferente e tem uma resolução de tempo diferente. Cada componente de tempo pode ser obtida do sinal GPS com base no processamento de sinais diferente executado pelo receptor. O processamento para obter estas componentes de tempo é tipicamente executado em ordem sequencial, em resolução de tempo grosseira crescente, de modo que a temporização de quadro de subcódigo (precisa) seja obtida primeiro, a temporização de época (em bit) seja obtida em seguida e as informações de tempo BOW (grosseiras) sejam obtidas por último. O tempo de processamento para obter uma dada componente de tempo do sinal GPS é, portanto, cumulativo (isto é, igual ao tempo de processamento para essa componente de tempo mais o tempo de processamento para todas as componentes de tempo mais precisas). Se o receptor GPS tiver um conhecimento a priori de qualquer uma destas componentes de tempo, então ele pode saltar o processamento correspondente para obter a componente.Isto reduziria então a quantidade de tempo necessário para obter a medição de pseudo-alcance e, finalmente, uma correção de posição para o terminal.

[0004] Um terminal pode obter tempo GPS como um dos resultados de uma correção de posição. O tempo GPS pode ser visto como tempo “verdadeiro” ou absoluto e inclui as três componentes de tempo descritas acima. Este tempo GPS pode ser utilizado para “marca de tempo” da temporização interna do terminal, de modo que ele conheça o tempo verdadeiro ou absoluto em um instante específico do tempo. Entre correções de posição, o terminal pode operar em um modo ocioso, pelo qual um número tão elevado quanto possível de circuitos é desligado para conservar energia de bateria. Enquanto no modo ocioso, o terminal mantém tipicamente um contador que é acionado com base em um relógio interno. O contador é efetivamente um temporizador utilizado para fornecer informações de tempo para o terminal enquanto estiver ocioso e não recebendo sinais de quaisquer transmissores.

[0005] O terminal pode ser comandado de modo a efetuar uma nova correção de posição em um instante arbitrário de tempo. O contador pode ser então utilizado como relógio em tempo real para estimar a quantidade de tempo que decorreu, medida pelo relógio interno do terminal, desde o instante de tempo para o qual o último tempo GPS foi obtido. O tempo absoluto neste instante arbitrário de tempo pode ser estimado acrescentando-se a estimativa de tempo decorrido ao último tempo GPS. A precisão desta estimativa de tempo absoluto depende da precisão da estimativa de tempo decorrido. Se o tempo decorrido pode ser estimado com um grau relativamente elevado de precisão, então a estimativa de tempo absoluto é razoavelmente precisa. Neste caso, pode não ser necessário recuperar BOW e temporização de época em bit para a nova correção de posição. Consequentemente, a nova correção de posição pode ser obtida em uma quantidade de tempo muito mais curta, o que é altamente desejável.

[0006] Infelizmente, o relógio interno do terminal pode não ser suficientemente preciso. Por exemplo, o relógio interno utilizado para implementar o relógio em tempo real do terminal pode ter um erro tão grande quanto 100 partes por milhão (ppm). A estimativa de tempo decorrido estaria então incorreta na mesma quantidade ppm, com a magnitude do erro sendo maior para um tempo decorrido mais longo. Por exemplo, um erro de 100 ppm em um tempo decorrido de 50 segundos é de 5 mseg, e o mesmo erro de 100 ppm em um tempo decorrido de 500 segundos é de 50 mseg. Um erro grande na estimativa de tempo decorrido pode então necessitar da recuperação de temporização de época em bit e (possivelmente) de BOW para uma nova correção de posição, o que é altamente indesejável.

[0007]Há, portanto, necessidade na técnica de um método e um equipamento para implementar um relógio em tempo real que tenha maior precisão e que possa ser utilizado em diversas aplicações, como, por exemplo, determinação de posição.

SUMÁRIO

[0008]São apresentados aqui um método e um equipamento para implementar um relógio “virtual” em tempo real em um terminal com base nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação. Pelo menos um sistema (GPS, por exemplo) fornece informações de tempo “absoluto” para o relógiovirtual em temporeal, e pelo menosum outro sistema (um sistema celular, por exemplo) fornece informações detempo “relativo”. O relógio virtualem tempo real pode receber uma “marca de tempo” com o tempo absoluto à medida que se torna disponível a partir do primeiro sistema. O tempo relativo (que pode ser recebido de múltiplos transmissores assíncronos no segundo sistema) podeser mapeado nalinha de tempo dorelógio virtual em temporeal à medidaque é recebido dosegundo sistema. O tempo absoluto em qualquer instante arbitrário de tempo na linhade tempo podeser então estimadocom base no tempo absoluto do primeirosistema e no tempo relativo do segundo sistema. Os tempos absolutos do primeiro sistema para dois ou mais instantes detempo podem ser também utilizados para calibrar o tempo relativo do segundo sistema.

[0009] Uma modalidade específica de um método descrito aqui pode fornecer uma estimativa do tempo absoluto com base nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação. Inicialmente, o tempo absoluto é obtido de um primeiro sistema (GPS, por exemplo) para um primeiro instante de tempo.Uma primeira mensagem de sinalização (uma rajada de sincronização, por exemplo) é recebida de um primeiro transmissor em um segundo sistema (um sistema GSM ou W-CDMA, por exemplo) em um segundo instante de tempo.Um primeiro deslocamento de tempo entre os primeiro e segundo instantes de tempo é então determinado.Uma segunda mensagem de sinalização pode ser também recebida de um segundo transmissor no segundo sistema em um terceiro instante de tempo (em uma situação de handoff, por exemplo).Os primeiro e segundo transmissores podem ser assíncronos um com relação ao outro, e neste caso um segundo deslocamento de tempo entre os primeiro e terceiro instantes de tempo pode ser determinado. Uma terceira mensagem de sinalização pode ser recebida em seguida ou do primeiro ou do segundo transmissor em um quarto instante de tempo. Uma estimativa do tempo absoluto em um instante de tempo designado pode ser então determinada com base (1) no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo, (2) no primeiro [ou segundo] deslocamento de tempo, (3) no tempo decorrido entre o segundo [ou terceiro] instante de tempo e o quarto instante de tempo e (4) na diferença de tempo entro o quarto instante de tempo e o instante de tempo designado (o termo entre colchetes é aplicável se o tempo relativo do segundo transmissor for utilizado para estimar o tempo absoluto no instante de tempo designado).

[00010] Diversos aspectos e modalidades do método e do equipamento são descritos mais detalhadamente a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00011] Os aspectos, a natureza e as vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes com a descrição detalhada apresentada a seguir considerada em conjunto com os desenhos, nos quais as mesmas referências identificam os mesmos elementos por toda parte e nos quais:

[00012] A figura 1 é um diagrama que mostra um terminal sem fio capaz de receber sinais de múltiplos sistemas de comunicação;

[00013] A figura 2 é um diagrama que exemplifica a implementação de um relógio virtual em tempo real baseada nas informações de tempo de um GPS e de um sistema celular;

[00014] A figura 3 é um diagrama que mostra uma implementação do relógio virtual em tempo real baseada nas informações de tempo do GPS e de duas estações base assíncronas do sistema celular;

[00015] A figura 4 é um diagrama que mostra a estrutura de quadro para um sistema GSM;

[00016] As figuras 5 e 6 são diagramas de fluxo de duas modalidades de um processo para fornecer uma estimativa de tempo absoluto com base nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação;

[00017] A figura 7 é um diagrama que mostra o formato de transmissão de dados para um sinal GPS;

[00018] A figura 8 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um processo para determinar a posição de uma unidade receptora com base em uma estimativa de tempo absoluto precisa do relógio virtual em tempo real; e

[00019] A figura 9 é um diagrama de blocos de uma modalidade de uma unidade receptora, que pode ser um componente do terminal sem fio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00020] Afigura 1é um diagramaquemostra um terminal sem fio110capazdereceber sinais demúltiplos sistemas de comunicação. Um sistema de comunicação que tal é o Sistema de Posicionamento Global (GPS), notoriamente conhecido. Outro sistema de comunicação que tem é um sistema de comunicação sem fio (celular, por exemplo), que pode ser sistema de comunicação de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA), Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA), Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência (FDMA) ou algum outro sistema de comunicação de acesso múltiplo. O sistema CDMA pode implementar um ou mais padrões, tais como o IS-95, o IS-2000, o W-CDMA e assim por diante. O sistema TDMA pode implementar um ou mais padrões, como, por exemplo, o GSM, o GPRS e assim por diante. Estes diversos padrões são conhecidos na técnica e aqui incorporados à guisa de referência. Em geral, o terminal 110 pode receber sinais de qualquer número de sistemas de comunicação, que podem ser de qualquer tipo (como, por exemplo, um Bluetooth, um WI-FI ou qualquer outro sistema capaz de fornecer informações de tempo). Em umamodalidade específica que é descrita em detalhe a seguir, o terminal 110 é capaz de receber sinais do GPS e do sistema GSM.

[00021] O terminal 110 pode receber sinais de um número de satélites GPS 130 e pode processar estes sinais GPS de modo a obter uma estimativa de sua posição atual. O terminal pode obter tempo GPS como um dos resultados de uma correção de posição (ou pode ser acionado para processar os sinais GPS de modo a obter apenas tempo GPS). Este tempo GPS é uma indicação precisa do tempo real, uma vez que os relógios mantidos pelos satélites GPS são muito precisos e são também ajustados conforme necessário para rastrear um relógio atômico extremamente preciso na Terra. O tempo GPS pode ser, portanto, visto como tempo “verdadeiro” ou absoluto. O terminal pode calibrar sua própria temporização sempre que estiver dotado do tempo GPS. Entretanto, uma vez que o terminal pode efetuar as correções de posição em instantes esporádicos de tempo (sempre que orientado pelo usuário e/ou sistema celular, por exemplo), o tempo GPS pode estar disponível apenas nestes instantes esporádicos de tempo.

[00022] O terminal 110 pode receber também sinais de uma oumais estações base 120 do sistemacelular e pode processarestes sinais terrestres de modo areceber informações ou comunicar-se com o sistema celular. Como parte de um processo de sincronização e aquisição, pode ser necessário que oterminal determine a temporizaçãode cada estação base com a qual recebe dados ou se comunica. Para o sistema GSM, uma rajada de sincronização é recebida periodicamente por cada estação base de modo a fornecer dados de sincronização em nível de quadro aos terminais. A temporização de cada estação base pode ser determinada pelo processamento das rajadas de sincronização transmitidas pela estação base.

[00023] Alguns sistemas celulares (como os sistemas IS-95 e cdma2000,por exemplo)operam sincronicamente, de modo que a temporização de todas as estações esteja alinhada. Além do mais, a temporização das estações base nestes sistemas celulares pode ser também sincronizada com o (isto é, travada no) tempo GPS. Neste caso, o terminal pode também atualizar continuamente sua temporização interna com o tempo GPS, o que pode ser obtido com base nos sinais dos satélites GPS e/ou estações base.

[00024] Entretanto, alguns outros sistemas celulares (os sistemas GSM e W-CDMA, por exemplo) podem ser acionados assincronamente.Para o W-CDMA, as estações base podem operar de modo que seja todas sincronizadas entre si ou sejam todas assíncronas entre si. As estações base podem também operar de modo que algumas estações base sejam sincronizadas enquanto algumas outras não o são. Aescolha do funcionamento síncrono ou assíncrono depende da maneira pela qual o sistema é acionado pelo operador da rede. Para o GSM, as estações base são assíncronas entre si.

[00025] Para um sistema celular assíncrono (o sistema GSM ou W-CDMA, por exemplo), a temporização das estações base não é alinhada e pode flutuar com o tempo. O valor médio de longo prazo desta flutuação pode ser zero ou pode ser algum valor não zero (isto é, a diferença de tempo entre as estações base pode aumentar ou diminuir continuamente). Por causa da temporização assíncrona, provavelmente os quadros para estas estações base não se iniciarão no mesmo instante de tempo (a menos que seja por coincidência). Além do mais, a temporização das estações base no sistema celular assíncrono é tipicamente não síncrono com o tempo GPS. Por estas razões, o terminal não seria capaz de atualizar sua temporização interna, com base nas informações de tempo destas estações base assíncronas, da mesma maneira que para um sistema síncrono.

[00026] São apresentados aqui um método e equipamento para implementar um relógio “virtual” em tempo real em um terminal com base nas informações de tempo de múltiplos sistemas de comunicação, um dos quais pode ser um sistema assíncrono (um sistema GSM ou W-CDMA, por exemplo). O inventor reconheceu que, embora as estações base em um sistema celular possam operar assincronamente, a temporização de cada estação base é obtida com base em um relógio que é tipicamente mais preciso que o relógio interno do terminal. Por exemplo, embora o relógio interno doterminalpossaterumaprecisão da ordemde 10 ppmou pior, o relógio de uma estação base pode ter uma precisão daordem de±0,05 ppm oupossivelmente 0,01ppm (istoé, de 100 a 1000 vezes mais precisa). Um relógio virtual em tempo real preciso pode ser então implementado pelo terminal com base no tempo GPS do GPS (sempre que disponível) e na temporização precisa das estações base do sistema celular.

[00027] A figura 2 é um diagrama que mostra uma implementação do relógio virtual em tempo real em um terminal com base nas informações de tempo do GPS e do sistema celular. A figura 2 mostra três linhas de tempo diferentes para o terminal, para uma estação base do sistema celular e para o GPS. Estas linhas de tempo diferentes resultam da utilização de três relógios diferentes (que não são travados) para o terminal, a estação base e o GPS.

[00028] Conforme mostrado na figura 2, o GPS está associado à sua própria linha de tempo, que é efetivamente determinada com base no relógio atômico extremamente preciso na Terra. Os relógios dos satélites GPS são controlados e corrigidos de modo a permitir que a relação entre o tempo GPS absoluto e os relógios dos satélites individuais seja notoriamente conhecida em qualquer momento dado.

[00029] Para um sistema celular assíncrono, a temporização de cada estação base pode ser diferente da de outras estações base do sistema celular. A temporização de cada estação base é determinada com base em seu próprio relógio, que pode não estar travado em alguma outra referência de tempo (GPS, por exemplo). No entanto, a frequência de relógio da estação base é tipicamente muito mais precisa que a frequência do relógio interno do terminal. Cada estação base transmite dados em quadros de uma duração específica definida pelo padrão que é implementado pelo sistema celular. Por simplificação, a temporização de apenas uma estação base é mostrada na figura 2. O período de quadros desta estação base é denotado como Tquadro, e o início de cada quadro é mostrado na figura 2.

[00030] O terminal mantém tipicamente um contador ou temporizador que é utilizado para fornecer “tempo de sistema” para todos os elementos de processamento dentro do terminal. Por simplificação, a descrição seguinte presume que um contador seja mantido para fornecer tempo de sistema. Este contador opera com base no relógio interno do terminal, que é tipicamente o mais impreciso de todos os relógios das três entidades (isto é, o terminal, a estação base e o GPS). O relógio interno “roda livremente” a menos que esteja travado em outro relógio (o relógio da estação base, por exemplo). A precisão do tempo de sistema no terminal está diretamente relacionada com este relógio interno.

[00031] Inicialmente, quando da ativação, o contador pode ser reinicializado (em algum instante arbitrário de tempo, por exemplo) e em seguida é incrementado com base no relógio interno. Para fins de clareza, o contador é mostrado como um contador de reinício cíclico (wrap-around) que tem uma saída que é incrementada de maneira linear com cada ciclo de relógio até que o valor máximo do contador seja atingido, momento no qual ele é reinicializado de volta ao valor mínimo do contador. A saída do contador pode ser assim representada graficamente como uma forma de onda dente de serra. Os valores máximo e mínimo do contador podem ser selecionados de modo que cada período da forma de onda dente de serra seja aproximadamente igual a um quadro da estação base. Em uma implementação típica, bits adicionais neste contador ou em outro contador podem ser utilizados para cobrir uma extensão de tempo maior.Por exemplo, outro contador pode ser mantido para contar o número de vezes em que o primeiro contador reinicia o ciclo (isto é, o número de quadros).

[00032] O contador fornece tempo de sistema para o terminal assim como define a linha de tempo do terminal. Em particular, qualquer dado instante de tempo na linha de tempo do terminal está associado a um valor específico do contador, que é utilizado como o tempo de sistema para o terminal nesse instante de tempo. Sem outras informações de tempo externas, o contador é capaz de fornecer tempo “relativo” (isto é, a quantidade de tempo que decorreu entre dois instantes de tempo), mas não é capaz de fornecer tempo “absoluto” (isto é, tempo “verdadeiro” ou real em um dado instante de tempo).

[00033] O relógio virtual em tempo real pode ser implementado no terminal da seguinte maneira. Inicialmente, no instante de tempo T1 na linha de tempo do terminal, o terminal é dotado do tempo absoluto tabs1 para esse instante de tempo. Este tempo absoluto tabs1 pode ser o tempo GPS obtido pelo processamento de sinais de um número de satélites GPS (para obter uma correção de posição, por exemplo), ou pode ser obtido por alguns outros meios. O terminal associa então um valor de contador de C1 para o instante de tempo T1 ao tempo absoluto tabs1. Isto estabelece então uma relação entre a temporização do terminal e a temporização do GPS.

[00034] O terminal também processa (contínua ou periodicamente) o sinal da estação base de modo a receber mensagens e/ou de modo a comunicar-se com o sistema celular. Como parte do processamento dos sinais, o terminal pode detectar determinadas mensagens de sinalização (rajadas de sincronização, por exemplo) transmitidas pela estação base de modo a obter sincronização para o terminal. Conforme mostrado na figura 2, o terminal detecta o início do quadro k como ocorrendo no instante de tempo T2. O terminal também processa a mensagem de sinalização no quadro k de modo a extrair o número de quadros deste quadro. O terminal em seguida associa o valor de contador de C2 para o instante de tempo T2 ao início do quadro k e também associa o número de quadros do quadro k ao instante de tempo T2. Isto estabelece então uma relação entre a temporização do terminal e a temporização da estação base.

[00035] O terminal pode em seguida estabelecer uma relação entre a temporização do GPS e a temporização da estação base. Em particular, o terminal pode determinar um deslocamento de tempo ΔTBS entre o instante de tempo T1, para o qual o tempo absoluto tabs1 foi recebido, e o instante de tempo T2 para o início do quadro k. Este deslocamento de tempo pode ser expresso da seguinte maneira:

Uma vez que os valores de contador são utilizados para denotaro tempoparaa linhade tempo doterminal,o deslocamentode tempo ΔTBSpode ser determinado como ΔTBS= (C2 - C1)/Fnom, onde Fnom é a frequência de relógio nominal e C2 é ajustado para marcar qualquer reinício do ciclo no contador desde o instante de tempo T1.

[00036] Em seguida, o terminal pode ficar ocioso por um período de tempo. Em um instante arbitrário de tempo T4 na linha de tempo do terminal, um tempo absoluto pode ser necessário (parauma nova correçãode posição, por exemplo). Uma estimativa de tempo absoluto t no instante de tempo T4 pode serentão determinadana seguinte maneira. Em primeiro lugar, o início de um quadro anterior ao (ou próximo do) instante de tempo T4(o quadro k + n) é detectado como ocorrendo no instante de tempo T3. A diferença de tempo ΔT entre o início do quadro k + n e o instante de tempo T4, no qual a estimativa de tempo absoluto é necessária, pode ser então determinada da maneira seguinte:

Mais uma vez, a diferença de tempoΔT pode ser determinada como ΔT = (C4- C3)/Fnom, onde C3e C4 são os valores de contadornos instantes detempoT3 eT4, respectivamente.

[00037] Onúmero de quadrostotais entre os instantes de tempo T2 e T3 é também determinado. Isto pode ser obtido com base nos números de quadros extraídos das mensagens de sinalização transmitidas nos quadros k e k + n, ou com base em outro contador mantido pelo terminal para contar o número de quadros. O tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T4 pode ser então estimado da maneira seguinte:

onde n é o número de quadros totais entre os instantes de tempo T2 e T3.

[00038] Conforme mostrado na equação (3), a estimativa de tempo absoluto, t , é obtida com base em quatro termos. O termo tabs1 é muito preciso e considerado como não tendo erros. Por exemplo, o tempo GPS pode ser fornecido com uma precisão da ordem de 100 mseg. O termo nTquadro é baseado na temporização da estação base, e neste caso Tquadro pode ser preciso em 0,1 ppm ou 0,01 ppm. O termo nTquadro cobre tipicamente uma grande parte do tempo decorrido entre osinstantesdetempoT1e T4. Os termos ΔTBS e ΔT são baseados na temporização do terminal, que tem tipicamente a piorprecisãodetodasastrês entidades. Entretanto, o período de tempo coberto pelos termos ΔTBS e ΔT é tipicamente curto com relação ao tempo decorrido entre os instantes de tempo T1 e T4. A estimativa de tempo absoluto, t , é assim uma estimativa precisa do tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T4 uma vez que (1) a maior parte do tempo decorrido entre os instantes de tempo T1 e T4 (isto é,nTquadro)é estimada com base na temporização precisa da estação base e (2) apenas uma parte relativamente pequena do tempo decorrido (isto é, ΔTBS + ΔT) pode ter sido estimada com base na temporização menos precisa do terminal.

[00039] Conforme mostrado na figura 2, o relógio virtual em tempo real é implementado de maneira eficaz com base nas informações de tempo de vários sistemas de comunicação (GPS e sistema celular, por exemplo). As informações de tempo de um sistema de comunicação (GPS, por exemplo) podem ser apresentadas sob a forma de tempo absoluto preciso (tabs1, por exemplo) em um instante de tempo específico. As informações de tempo do outro sistema de comunicação (um sistema celular, por exemplo) podem ser apresentadas sob a forma de tempo relativo preciso (como, por exemplo, nTquadro, que é baseado na temporização precisa ao nível de quadro). O relógio virtual em tempo real pode fornecer então uma estimativa precisa do tempo absoluto em qualquer instante de tempo arbitrário com base no tempo absoluto de um sistema de comunicação e no tempo relativo do outro sistema de comunicação. Um relógio menos preciso (como, por exemplo, o relógio interno do terminal) pode ser utilizado para qualquer período de tempo não coberto pelo tempo relativo do outro sistema de comunicação, conforme descrito acima.

[00040] A temporização da estação base pode ser também calibrada (ou compensada) com base no tempo absoluto preciso obtido para múltiplos instantes de tempo. Por exemplo, se o tempo absoluto preciso tabs2 estiver disponível a partir do GPS no instante de tempo T4 (em lugar de ter que ser estimado conforme descrito acima), então o período de tempo coberto por cada quadro da estação base pode ser derivado da seguinte maneira:

Conforme mostrado na equação (4), o período de tempo, Tquadro, é obtido com base em quatro termos. Os termos tabs1 e tabs2 são muito precisos e considerados como não tendo erros. Os termosΔTBSe ΔT são baseados na temporização do terminal. O efeito do erro de temporização do terminal na obtenção do período de tempo, Tquadro, é reduzido se (tabs2 — tabs1) for grande com relação a (ΔTBS + ΔT). O período de tempo, Tquadro, obtido a partir da equação (4) pode ser armazenado e em seguida utilizado como o período de tempo para esta estação base sempre que for necessário estimar o tempo absoluto. O período de tempo, Tquadro, pode ser também atualizado à medida que um novo tempo absoluto preciso se torna disponível. A calibração da temporização descrita acima é equivalente ao cálculo do deslocamento de frequência da estação base.

[00041] O relógio virtual em tempo real pode ser também implementado para um sistema de comunicação assíncrono (um sistema GSM ou W-CDMA, por exemplo). Conforme observado acima, a temporização para as estações base em tal sistema de comunicação assíncrono pode não estar alinhada, mas é, no entanto, precisa. Enquanto ocioso ou durante a comunicação com o sistema celular, o terminal pode ser submetido a um handoff (ou “novamente selecionado”) de uma estação base para outra à medida que se move para dentro e para fora das áreas de cobertura destas estações base. A temporização de cada estação base pode ser utilizada para implementar o relógio virtual em tempo real à medida que se torne disponível.

[00042] A figura 3 é um diagrama que mostra uma implementação do relógio virtual em tempo real baseada nas informações de tempo do GPS e de duas estações base de um sistema celular. A figura 3 mostra três linhas de tempo diferentes para o terminal e as duas estações base.Estas três linhas de tempo diferentes resultam da utilização de três relógios diferentes (que não estão travados) para o terminal e as duas estações base.A linha de tempo para o GPS não é mostrada por simplificação.

[00043] Inicialmente, no instante de tempo T1 na linha de tempo do terminal, o terminal recebe o valor de tempo absoluto tabs1, que pode ser o tempo GPS, para esse instante de tempo. O terminal em seguida associa um valor de contador de C1 para o instante de tempo T1 ao tempo absoluto tabs1, o que estabelece então uma relação entre a temporização do terminal e a temporização do GPS.

[00044] Em seguida, o terminal detecta o início do quadro k da estação 1 como ocorrendo no instante de tempo T2. O terminal associa então um valor de contador de C2 para o instante de tempo T2 ao início do quadro k da estação base 1. Isto estabelece então uma relação entre a temporização do terminal e a temporização da estação base 1. O terminal pode estabelecer uma relação entre a temporização GPS e a temporização da estação base 1 pela determinação do deslocamento de tempo ΔTBS1 entre o instante de tempo T1, quando o tempo absoluto tabs1 foi recebido, e o instante de tempo T2 para o início do quadro k da estação base 1, conforme mostrado na equação (1).

[00045] Oterminaltambémrecebeuma transmissão da estação base 2. Para se estabelecer uma relação de temporização entre a estação base 2 e o GPS, o terminal primeiro detecta o início do quadro i da estação base 2 como ocorrendo no instante de tempo T3. O terminal associa então um valor de contador de C3 para o instante de tempo T3aoinício doquadro i da estação base2.A diferençadetempo ΔTBS12entreo início dos quadrosk ei para as estações base 1 e 2, respectivamente, pode ser então determinada da seguinte maneira:

[00046] O terminal pode em seguida estabelecer uma relação entre a temporização GPS e a temporização da estação base 2 pela determinação do deslocamento de tempo ΔTBS2 entre o instante de tempo T1, para o qual o tempo absoluto tabs1 foi recebido, e o instante de tempo T3 para o início do quadro i da estação base 2, da seguinte maneira:

[00047] Em um instante de tempo arbitrário T6 na linha de tempo do terminal, o tempo absoluto pode ser necessário (para uma nova determina de posição, por exemplo). O tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T6 pode ser então estimado com base na temporização da estação base 1 e/ou 2, que pode depender da(s) estação(ões) base da(s) qual(ais) o terminal pode ainda receber quadros perto do instante de tempo T6. O processo para estimar o tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T6 com base na temporização da estação base 1 pode ser obtido conforme descrito acima com referência à figura 2.

[00048] O processo para estimar o tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T6 com base na temporização da estação base 2 pode ser obtido da seguinte maneira. Em primeiro lugar, o início do quadro i + n perto do instante de tempo T6 é detectado como ocorrendo no instante de tempo T5. A diferença de tempo ΔT2 entre o início do quadro i + n e o instante de tempo T6 no qual a estimativa de tempo absoluto é necessária, pode ser então determinado da seguinte maneira:

O número de quadros totais entre os instantes de tempo T3 e T5 é também determinado (como, por exemplo, com base nos números de quadros extraídos das mensagens de sinalização transmitidas nos quadros i e i + n, ou com base em outrocontador mantido pelo terminalpara contaro número de quadros). O tempo absoluto tabs2 no instante de tempo T6 pode ser então estimado da seguinte maneira:

onde n é o número de quadros totais entre os instantes de tempo T3 e T5.

[00049] Conforme mostrado na equação (8), a estimativa de tempo absoluto, t , é obtida com base em quatro termos. O termo tabs1 é muito preciso, e o termo nTquadro é baseado na temporização da estação base 2, que é também precisa. Os termos ΔTBS2 e ΔT2 para a estação base 2 são derivados com base na temporização do terminal e têm aproximadamente a mesma quantidade de erro dos termos ΔTBS1 e ΔT1 derivados para a estação base 1. Assim, o relógio virtual em tempo real pode ser mantido com precisão mesmo que o terminal sofra handoff de umaestação base para outra em um sistema celular assíncrono.

[00050] Por simplificação, a figura 3 mostra a obtenção dos deslocamentos de tempoΔTBS1 e ΔTBS2 baseada nos dois quadros k e i que são recebidos dentro de um período de quadros do instante de tempo T1. Em geral, os quadros transmitidos em quaisquer instantes de tempo pelas estações base assíncronas podem ser utilizados para obter as informações de tempo relativo. As fases (isto é, a temporização em nível de bit) e os números destes quadros podem ser determinados (a partir das mensagens de sinalização transmitidas nestes quadros, por exemplo) e utilizados para obter os deslocamentos de tempo ΔTBS1 e ΔTBS2. Cada deslocamento de tempo pode ser inferior a um período de quadros (isto é, ΔTBS < Tquadro) ou superior a um período de quadros (isto é, ΔTBS > Tquadro).

[00051] O handoff entre as estações base pode também ocorrer em qualquer momento e pode ser explicado (como, por exemplo, de modo que o deslocamento de tempo para cada estação base cubra apenas o período de tempo para o qual o tempo relativo não está disponível). Além do mais, o relógio virtual em tempo real pode utilizar as informações de tempo relativo de qualquer número de estações base assíncronas. Em geral, as informações de tempo relativo de cada estação base podem ser utilizadas para qualquer período de tempo para o qual os quadros são recebidos dessa estação base. O tempo decorrido entre quaisquer dois instantes de tempo pode ser então estimado por uma combinação feita aos poucos do tempo relativo a partir de um número de estações base, da seguinte maneira:

onde ni é o número de quadros cobertos pelo tempo relativo da estação base i, Tquadro é o período de quadros para a estação base i, e NB é o número de estações base utilizadas para estimar o tempo decorrido.

[00052]As informações de temporelativopodem ser obtidas pelo processamento das mensagens de sinalização transmitidas pelasestações basedosistema celular. Cada padrão define a mensagem de sinalização específica a ser utilizada, a frequência de sua transmissão e assim por diante. Para fins de clareza, a mensagem de sinalização para o GSM utilizada para obter informações de tempo relativo é descrita a seguir.

[00053] A figura 4 é um diagrama que mostra a estrutura de quadro para um sistema GSM. Um hiperquadro é definido como incluindo 2048 superquadros e cobre um período de 3 horas, 28 minutos, 53 segundos e 760 mseg. Cada superquadro inclui 1326 quadros TDMA e pode ser particionado em um número de multiquadros de 51 quadros ou em multiquadros de 26 quadros.Cada quadro TDMA inclui 8 partições de tempo e cobre 4,615 mseg. Cada partição de tempo inclui 156,25 bits e cobre 0,577 mseg, e cada bit tem uma duração de 3,69 μseg.

[00054] Cadaestaçãobasetransmite periodicamente rajadas de sincronização, que podem ser utilizadas pelos terminais para sincronização da estação base e para derivar temporização. Cinco rajadas de sincronização são transmitidas a cada 51 quadros, o que corresponde a uma taxa de aproximadamente 21,2 Hz. Conforme mostrado na figura 4, uma rajada de sincronização que compreende 148 bits pode ser transmitida na primeira partição de tempo de um quadro TDMA. Cada rajada de sincronização inclui 78 bits criptografados que podem ser decodificados de modo a obter um número de quadros TDMA reduzido (RFN) de 19 bits e um código de identificação do sistema transceptor base (BSIC) de 6 bits. O número de quadros TDMA reduzido de 19 bits identifica um quadro TDMA específico, no qual a rajada de sincronização é transmitida, dentro do hiperquadro. O BSIC identifica uma estação base específica da qual a rajada de sincronização foi transmitida, e pode ser utilizada para identificar de maneira única cada estação base. O início de cada rajada de sincronização recebida pode ser determinado e utilizado como o início de quadro mostrado nas figuras 2 e 3. O número de quadros TDMA reduzido de 19 bits pode ser utilizado para determinar o número de quadros que foram transmitidos entre quaisquer duas rajadas de sincronização. Uma vez que cada bit tem uma duração de 3,69 μseg, o tempo relativo pode ser obtido dentro de uma resolução de 3,69 μseg a partir das rajadas de sincronização.

[00055] A figura 5 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um processo 500 para fornecer uma estimativa do tempo absoluto baseada nas informações de tempo de vários sistemas de comunicação. As informações de tempo absoluto são recebidas de um primeiro sistema de comunicação (GPS, por exemplo) (etapa 512). As informações de tempo absoluto podem apresentar-se sob a forma de tempo absoluto para um instante específico de tempo. As informações de tempo relativo são também recebidas de um primeiro transmissor em um segundo sistema de comunicação (um sistema celular, por exemplo) (etapa 514). As informações de tempo relativo podem apresentar-se sob a forma de mensagens de sinalização (rajadas de sincronização, por exemplo) transmitidas periodicamente pelo primeiro transmissor. As informações de tempo relativo podem ser também recebidas de um segundo transmissor no segundo sistema de comunicação (etapa 516, que é opcional e mostrada como uma caixa tracejada). Os primeiro e segundo transmissores podem ser acionados assincronamente. Uma estimativa de tempo absoluto em um instante de tempo designado é obtida com base nas informações de tempo absoluto do primeiro sistema de comunicação nas informações de tempo relativo dos primeiro e (possivelmente) segundo transmissores do segundo sistema de comunicação (etapa 518).

[00056] A figura 6 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um processo 600 para fornecer uma estimativa de tempo absoluto baseada nas informações de tempo de vários sistemas de comunicação.Inicialmente, o tempo absoluto é obtido de um primeiro sistema de comunicação (GPS, por exemplo) para um primeiro instante de tempo (etapa 612).Uma primeira mensagem de sinalização é recebida de um primeiro transmissor em um segundo sistema de comunicação (celular, por exemplo) em um segundo instante de tempo (etapa 614).Um primeiro deslocamento de tempo entre os primeiro e segundo instantes de tempo é em seguida determinado (etapa 616). Uma segunda mensagem de sinalização pode ser também recebida de um segundo transmissor no segundo sistema de comunicação em um terceiro instante de tempo (etapa 618, que é opcional e mostrada como uma caixa tracejada). Um segundo deslocamento de tempo entre os primeiro e terceiro instantes de tempo pode ser então determinado (etapa 620, que é também opcional). Uma terceira mensagem de sinalização pode ser em seguida recebida ou do primeiro ou do segundo transmissor em um quarto instante de tempo (etapa 622).

[00057] Se a terceira mensagem de sinalização for do primeiro transmissor, então uma estimativa de tempo absoluto em um instante de tempo designado pode ser determinada com base (1) no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo (como, por exemplo, tabs1 na figura 3), (2) no primeiro deslocamento de tempo (ΔTBS1, por exemplo), (3) no tempo decorrido entre os segundo e quarto instantes de tempo (nTquadro1) e (4) na diferença de tempo entre o quarto instante de tempo e o instante de tempo designado (ΔT1) (etapa 624). Alternativamente, se a terceira mensagem de sinalização for do segundo transmissor, então a estimativa de tempo absoluto para o instante de tempo designado pode ser determinada com base (1) no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo, (2) no segundo deslocamento de tempo (ΔTBS2, por exemplo), (3) em um tempo decorrido entre os terceiro e quarto instantes de tempo (nTquadro2) e (4) na diferença de tempo entre o quarto instante de tempo e o instante de tempo designado (ΔT2, por exemplo).

[00058] Em geral, o relógio virtual em tempo real pode ser implementado nas informações de tempo recebidas de vários sistemas de comunicação. Em uma modalidade, pelo menos um sistema de comunicação (GPS, por exemplo) fornece tempo absoluto para o relógio virtual em tempo real,e pelo menosum outrosistemade comunicação (um sistemacelular, porexemplo)fornecetempo relativo para o relógio virtual em tempo real.

[00059] Em outra modalidade, o sistema de comunicação que fornece informações de tempo relativo pode fornecer também informações de tempo absoluto (em mensagens, por exemplo) em instantes de tempo designados. Por exemplo, uma estação base do sistema celular pode transmitir (periodicamente ou quando solicitado) uma mensagemcom o tempoabsoluto nomomento datransmissão da mensagem (oinício do quadrocoma mensagem, por exemplo). Técnicas para receber informações de tempo de uma rede celular são descritas na patente norte-americana No. 5,945,944, intitulada “Method and Apparatus for Determining Time for GPS Receivers”, emitida a 31 de agosto de 1999, que é aqui incorporada à guisa de referência.

[00060] O relógio virtual em tempo real pode ser marcado no tempo com o tempo absoluto à medida que se torne disponível. Tempos absolutos para dois ou mais instantes de tempo podem ser também utilizados na calibração do tempo relativo do outro sistema de comunicação.

[00061] As informações de tempo relativo podem ser fornecidas por diversos meios. Um meio comum é a transmissão de mensagens de sinalização em instantes de tempo selecionados de modo que a diferença de tempo entre quaisquer duas mensagens de sinalização possa ser verificada. Como exemplos, as mensagens de sinalização podem ser (1) as rajadas de sincronização transmitidas por cada estação base no sistema GSM, conforme descrito na figura 4,(2) o número de quadros do sistema (SFN) transmitido por cada estação base do sistema W-CDMA, (3) indicadores de paging transmitidos a intervalos de tempo conhecidos e assim por diante. Diversos tipos de mensagem de sinalização podem ser utilizados, e isto está dentro do escopo da invenção.

[00062] As informações de tempo relativo do sistema celular estão tipicamente disponíveis para um terminal. Enquanto em comunicação ativa com pelo menos uma estação base, o terminal determina continuamente a temporização em nível de quadro e pode utilizar esta informação para atualizar o relógio virtual em tempo real. Mesmo enquanto ocioso, o terminal desperta periodicamente para verificar possíveis mensagens de alerta (page) em um canal de paging, alertando-o sobre chamadas entrantes. Como parte do processamento do canal de paging para mensagens de alerta, o terminal determina temporização em nível de quadro e pode utilizar esta informação para atualizar o relógio virtual em tempo real.

[00063] O relógio virtual em tempo real pode ser utilizado para fornecer uma estimativa precisa do tempo absoluto em qualquer instante de tempo designado. Esta estimativa de tempo precisa pode ser utilizada vantajosamente em diversas aplicações, uma das quais é a determinação de posição. Em particular, a estimativa de tempo precisa pode ser utilizada para (1) fornecer uma correção de posição em um período de tempo mais curto e/ou (2) fornecer sensibilidade mais elevada no processamento dos sinais utilizados na correção de posição. Os benefícios obteníveis com a estimativa de tempo precisa para as correções de posição baseadas em sinais GPS são descritos a seguir.

[00064] A posição de um terminal pode ser determinada com base (1) em distâncias até um número suficientes de transmissores, que são utilizados como pontos de referência e (2) nas localizações destes transmissores. Para o GPS, o terminal pode estimar a distância até cada satélite GPS medindo o tempo necessário para que um sinal viaje do satélite até o terminal. Se o momento em que o sinal é transmitido do satélite GPS é conhecido (marcado ou codificado no sinal, por exemplo), então o tempo de deslocamento do sinal pode ser determinado pela observação do momento em que o sinal é recebido no terminal (com base no relógio interno do terminal). Tipicamente, contudo, a quantidade de tempo entre a transmissão e a recepção não pode ser determinada com precisão por causa dos deslocamentos entre os relógios no terminal e no satélite GPS. Assim, um “pseudo-alcance” é tipicamente obtido com base na diferença entre o momento de referência e o momento em que o sinal é recebido. O pseudo- alcance representa assim a distância relativa entre o terminal e o satélite GPS do qual o sinal foi recebido.

[00065] A figura 7 é um diagrama que mostra o formato de transmissão de dados para um sinal GPS. Cada satélite GPS transmite dados de navegação, que incluem diversos tipos de informações, como, por exemplo, efemérides de satélite, tempo de sistema GPS (como, por exemplo, bit de informações de semana (BOW)), dados de correção e assim por diante. Os dados de navegação são fornecidos a uma taxa de 50 bits por segundo (bps), e cada bit de dados cobre um período de tempo de 20 mseg. Um período X1 é definido como cobrindo 75 bits de dados, que são de 1,5 seg.

[00066] Os dados de navegação de 50 bps são espalhados espectralmente através de uma largura de banda de 1,023 MHz espalhando (ou embaralhando) os dados com uma sequência de números pseudo-aleatórios (PN) contínua gerada pela repetição de uma sequência de códigos Gold de 1023 bits. Em particular, cada bit de dados é composto por 20 quadros de código, e cada quadro de código é composto por umasequênciadecódigosGoldde1023 bits.A sequência de códigos Gold tem uma taxa de chips de 1,023 Mcps, e cada bitde códigoPNou Goldcobreumperíodo dechips de 0,977 μseg.

[00067] Para o GPS, o tempo absoluto pode ser particionado em três componentes de tempo diferentes: bit de semana (BOW), época (em bit) e quadro de subcódigo. (Estas três componentes de tempo podem ser vistas como sendo análogas à hora, minuto e segundo utilizados para denotar o horário do dia). Cada componente de tempo cobre uma faixa de tempo diferente e tem uma resolução de tempo diferente. Em particular, a temporização de quadro de subcódigo cobre uma faixa de 0 a 1 mseg e tem resolução em nível de chip, a temporização de época em bit cobre uma faixa de 1 mseg a 20 mseg e mais e tem resolução de quadro de código (ou 1 mseg), e as informações de tempo BOW cobrem uma faixa de 20 mseg e além e tem resolução de bit de dados (ou 20 mseg). O tempo absoluto pode ser representado pela combinação destas três componentes de tempo.

[00068] Cada uma das três componentes de tempo pode ser obtida do sinal GPS com base em processamento de sinais diferente feito pelo receptor GPS. Em particular, a temporização de quadro de subcódigo pode ser obtida pela execução de filtragem casada do sinal GPS recebido. Isto pode ser obtido pela correlação do sinal GPS recebido com uma sequência PN gerada localmente em uma fase específica que corresponde à hipótese que é avaliada. A correlação resulta em um valor de saída elevado se a sequência PN gerada localmente estiver alinhada no tempo com a sequência PN utilizada para espalhar os dados de navegação no sinal GPS recebido, e em um valor de saída baixo caso contrário.A correlação pode proporcionar assim temporização em nível de chip.

[00069] A temporização de época (em bit) pode ser obtida efetuando detecção de borda dos bits de dados de navegação. Cada bit de dados é transmitido através de um período de tempo de 20 mseg que cobre 20 quadros de código. Os 20 quadros de código para cada bit de dados têm uma polaridade determinada por esse bit de dados. Uma vez determinada a temporização em nível de chip pela filtragem casada, os 1023 chips de cada quadro de código podem ser acumulados de maneira coerente, de modo a obter um valor de quadro de código correspondente. Se os valores de 20 quadros de código para um único bit de dados forem também acumulados, então é obtido um valor de bit elevado. Entretanto, se os valores de 20 quadros de código para dois bits de dados com polaridade oposta forem acumulados, então é obtido um valor de bit mais baixo, com o valor exato sendo determinado pelo número de quadros de código associados a cada um dos dois bits de dados. Assim, pela acumulação através de conjuntos diferentes de 20 quadros de código, a detecção de borda é capaz de determinar o início de cada bit de dados, que pode ser então utilizado para determinar a temporização em nível de quadro de código (ou 1 mseg).

[00070] As informações de tempo BOW podem ser obtidas pela demodulação dos bits de dados recebidos e pela extração dos diversos tipos de informações incluídos nos dados de navegação. As informações de tempo BOW podem ser também obtidas utilizando-se uma técnica de casamento de padrões que compara os bits de dados recebidos com bits de dados previstos. A técnica casamento de padrões é descrita nas patentes norte-americanas Nos. 5,812,087,6,052,081 e 6,239,742, que são aqui incorporadas à guisa de referência. O formato de dados para os dados de navegação é descrito em detalhe em um documento intitulado “Global Position System Standard Positioning Service Signal Specification”, 2a edição, 2 de junho de 1995, que é prontamente obtenível na técnica e aqui incorporado a guisa de referência.

[00071] A Tabela 1 enumera as três componentes de tempo, a faixa e a resolução de tempo associadas a cada componente de tempo, a técnica de processamento utilizada para recuperar cada componente de tempo e a quantidade de temponecessária pararecuperarcadacomponente (presumindo-se que as componentes de tempo com resolução mais precisa, se existentes, já foram recuperadas). Tabela 1

[00072] O processamento para obter as três componentes de tempo é tipicamente executado em ordem sequencial, em resolução de tempo grosseira crescente, de modo que a temporização de quadro de subcódigo (a nível de chip) seja obtida primeiro, a temporização de época em bit (a nível de quadro de código) seja obtida em seguida e as informações de tempo BOW sejam obtidas por último. O tempo de processamento para obter cada componente de tempo do sinal GPS é, portanto, cumulativo (isto é, igual ao tempo de processamento para a componente de tempo mais o tempo de processamento para todas as componentes de tempo mais precisas). Conforme se pode ver a partir da Tabela 1, o processamento para recuperar as informações de tempo BOW pode ser relativamente longo.

[00073] Novamente com referência à figura 2, o terminalpodeestar ociosodurante um período de tempo e pode serentão comandado demodo aefetuar umacorreçãode posição no instante de tempo T4. Para computar a correção de posição, o receptor pode saltar o processamento para qualquer componente de tempo da qual ele tenha conhecimento a priori. Em particular, se a estimativa de tempo absoluto tpara o instante de tempo T4 tiver uma incerteza de menos de ±0,5 mseg, então o receptor GPS só necessita determinar a temporização de quadro de subcódigo (em nível de chip) para computar a correção de posição. Caso contrário, se esta estimativa de tempo absoluto t tiver uma incerteza inferior ou igual a ± 10 mseg, então o receptor GPS precisará determinar tanto a temporização de quadro de subcódigo quanto a temporização de época em bit de modo a computar a correção de posição. E se a estimativa de tempo absoluto t tiver uma incerteza maior que ± 10 mseg, então o receptor GPS precisará determinar a temporização de quadro de subcódigo, época em bit e BOW para computar a correção de posição.

[00074] O relógio virtual em tempo real pode ser utilizado para fornecer estimativas de tempo absoluto precisas. Em particular, para correção de posição, o relógio virtual em tempo real pode ser utilizado para fornecer estimativas de tempo absoluto precisas de modo que a temporização de época em bit e BOW não precisem ser recuperadas. Isto reduziria então a quantidade de tempo necessária para se obter uma correção de posição uma vez que apenas a temporização de quadro de subcódigo (em nível de chip) precisa ser determinada (a que tem o processamento mais curto de todas as três componentes de tempo).

[00075] As estimativas de tempo absoluto precisas fornecidas pelo relógio virtual em tempo real podem também prover maior sensibilidade no processamento de um sinal GPS. Em muitos casos, o sinal GPS pode ser recebido com uma qualidade baixa ou precária por causa (1) de atenuação de sinal pelo longo percurso de propagação entre o satélite GPS e o receptor, (2) de obstruções no percurso de propagação e assim por diante. Se a temporização de época em bit e BOW for conhecida a priori, então o sinal GPS recebido pode ser processado de maneira a se aperfeiçoar a recuperação da temporização em nível de chip.

[00076] Novamente com referência à figura 7, se a temporização de época em bit for conhecida, então o início de cada bit de dados pode ser determinado. Nesse caso, uma acumulação coerente (isto é, a correlação) pode ser efetuada através de um bit de dados inteiro (isto é, integração síncrona de bits) em lugar de através de cada quadro de código (que tem apenas 1/20-ésimo da duração de um bit de dados). O intervalo de acumulação coerente mais longo permite a detecção aperfeiçoada da temporização em nível de chip em um sinal GPS recebido deteriorado. Isto permite então que o receptor GPS forneça uma correção de posição baseada nos sinais GPS recebidos com uma relação sinal/ruído (SNR) mais baixa. A sensibilidade do receptor GPS pode ser aperfeiçoada com o conhecimento da temporização de época em bit, que permite então que o receptor forneça correções de posição em ambientes mais severos.

[00077] Um tempo preciso é também necessário para fornecer estimativas precisas da localização dos satélites GPS utilizados em uma correção de posição. Cada satélite transmite informações de “efemérides”, que incluem uma predição modelada de alta precisão de sua própria órbita, conforme rastreada e relatada pelas estações rastreadoras na Terra. As efemérides são apresentadas sob a forma de uma função com o tempo como variável de entrada. Uma vez que cada satélite GPS se move a uma taxa de aproximadamente 3600 m/seg, uma estimativa precisa do tempo absoluto (como, por exemplo, dentro de alguns μseg) é necessária para se obter uma estimativa precisa da localização do satélite. A estimativa de tempo absoluto do relógio virtual em tempo real pode ser fornecida como a entrada de tempo para a função de obter uma estimativa de posição inicial para um satélite. Um pseudo-alcance a partir do terminal para a estimativa da posição inicial do satélite pode ser então computado. O terminal pode buscar o sinal transmitido pelo satélite sob a suposição de que o pseudo-alcance computado está correto. Uma vez obtida a fase de código, as outras duas componentes de tempo podem ser resolvidas.A utilização de uma estimativa de tempo inicial para processamento de um sinal GPS é descrita nas patentes norte-americanas Nos. 5,945,944, 6,150,980 e 6,215,442, que são aqui incorporadas à guisa de referência.

[00078] A figura 8 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um processo 800 para determinar a posição de uma unidade receptora com base em uma estimativa de tempo absoluto precisa de um relógio virtual em tempo real. A unidade receptora pode ser localizada dentro de um terminal sem fio em um sistema de comunicação sem fio. Inicialmente, o tempo absoluto é obtido do primeiro sistema de comunicação (GPS, por exemplo) para um primeiro instante de tempo (etapa 812). Este tempo absoluto pode ser obtido como um dos resultados de uma correção de posição efetuada para o primeiro instante de tempo. Em seguida, a unidade receptora pode entrar em estado de espera por um período de tempo que pode ser determinado com base na estabilidade da temporização/frequência de um segundo sistema de comunicação utilizado para fornecer informações de tempo relativo para o relógio virtual em tempo real (etapa 814, que é opcional). Enquanto a unidade receptora esteja adormecida, informações de tempo relativo são recebidas do segundo sistema de comunicação (etapa 816). O tempo absoluto em um segundo instante de tempo pode ser então estimado com base no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo e nas informações de tempo relativo do segundo sistema de comunicação (etapa 818). Uma correção de posição é então efetuada pela unidade receptora com base na estimativa de tempo absoluto para o segundo instante de tempo (etapa 820).

[00079] O relógio virtual em tempo real pode ser também utilizado para fornecer estimativas de tempo absoluto precisas para outras aplicações, e isto está dentro do escopo da invenção. Por exemplo, as estimativas de tempo absoluto podem ser utilizadas para comunicação (como, por exemplo, transferência entre sistemas síncronos e assíncronos), astronomia, fotografia, criptografia (sistemas de segurança, por exemplo) e assim por diante.

[00080] Na figura 1, o terminal 110 pode ser qualquer dispositivo capaz de receber e processar sinais a partir de múltiplos sistemas de comunicação para obter informações de tempo.Em uma modalidade, o terminal 100 é um telefone celular capaz de receber sinais de um número de transmissores. Em outras modalidades, o terminal 110 pode ser uma unidade eletrônica (como, por exemplo, um terminal de computador, um assistente digital pessoal (PDA) e assim por diante) que tenha um modem sem fio, uma unidade receptora capaz de receber sinais de satélites e/ou estações base ou qualquer outro tipo de receptor.

[00081] A figura 9 é um diagrama de blocos de uma modalidade de uma unidade receptora 900, que pode ser um componente do terminal sem fio 110. A unidade receptora 900 pode ser projetada com a capacidade de processar sinais de múltiplos sistemas de comunicação, como o GPS e um sistema celular. Na modalidade mostrada na figura 9, o dispositivo receptor 900 inclui uma antena 910, um receptor GPS 912a, um receptor terrestre 912b, uma unidade de processamento 914, uma unidade de relógio/contador (ou temporizador) 916, uma unidade de memória 918 e um controlador 920.

[00082] A antena 910 recebe sinais de vários transmissores, que podem ser qualquer combinação de satélites GPS e/ou estações base, e envia o sinal recebido aos receptores GPS e terrestres 912a e 912b. O receptor GPS 912a inclui um conjunto de circuitos front-end (como, por exemplo, um conjunto de circuitos RF e/ou outro conjunto de circuitos de processamento) que processa sinais transmitidos dos satélites GPS para obter informações que podem ser utilizadas na determinação de posição. O processamento executado pelo receptor GPS 912a para extrair as informações pertinentes dos sinais GPS é conhecido na técnica e não será descrito detalhadamente aqui. O receptor GPS 912a fornece à unidade de processamento 914 diversos tipos de informação, como, por exemplo, informações de tempo (tempo absoluto, por exemplo), as identidades e localizações dos transmissores cujos sinais são recebidos e assim por diante. O receptor terrestre 912b inclui um conjunto de circuitos front-end que processa os sinais transmitidos das estações base e pode fornecer informações de tempo obtidas destes sinais. Por exemplo, o receptor terrestre 912b pode determinar a temporização em nível de quadro de um quadro recebido. As informações de tempo absoluto do receptor GPS 912a e as informações de tempo relativo do receptor terrestre 912b podem ser utilizadas para implementar o relógio virtual em tempo real.

[00083] A unidade de processamento 914 pode ser projetada para desempenhar diversas funções. Por exemplo, a unidade de processamento pode (quando orientada, por exemplo) efetuar uma correção de posição para a unidade receptora 900 com base no GPS e/ou sistema celular. A unidade de processamento 914 pode também implementar o relógio virtual em tempo real com base nas informações de tempo absoluto obtidas do GPS e nas informações de tempo relativo obtidas do sistema celular. Quando solicitado, a unidade de processamento 914 pode estimar o tempo absoluto em um instante de tempo designado e fornecer esta estimativa de tempo absoluto a uma unidade solicitante (o receptor GPS 912a, por exemplo).

[00084] A unidade de relógio/contador 916 é uma unidade de temporizador que fornece o relógio de que necessitam os diversos elementos dentro da unidade receptora 900. A unidade de relógio/contador 916 pode também implementar um contador ou um temporizador que é acionado com base no relógio. A linha de tempo para a unidade receptora 900 é então determinada de maneira eficaz pela saída do contador.

[00085] A unidade de memória 918 armazena diversos dados utilizados pela unidade de processamento 914 e/ou controlador 920. Por exemplo, a unidade de memória 918 pode armazenar informações relacionadas com temporização (como, por exemplo, os tempos absolutos para diversos instantes de tempo, deslocamentos de tempo computados e assim por diante). A unidade de memória 918 pode armazenar também códigos de programa e dados para a unidade de processamento 914 e/ou controlador 920.

[00086] O controlador 920 pode orientar o funcionamento da unidade de processamento 914.Por exemplo, o controlador 920 pode selecionar os tipos específicos de operação a serem executados pela unidade de processamento 914.

[00087] O método e equipamentos descritos aqui para implementar um relógio virtual em tempo real e utilizá-lo em diversas aplicações podem ser implementados por diversos dispositivos, como, por exemplo, em hardware, em software ou em uma combinação deles. Para uma implementação em hardware, o relógio virtual em tempo real pode ser implementado dentro de um ou mais circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivos de processamento de sinais digitais (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranjos de portas programáveis no campo (FPGAs), processadores,controladores,microcontroladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas projetadas para executar as funções descritas aqui ou uma combinação deles.

[00088] Para uma implementação em software, o relógio virtual em tempo real pode ser implementado com módulos (como, por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que executem as funções descritas aqui. Os códigos de software podem ser armazenados em uma unidade de memória (como, por exemplo, a memória 918 da figura 9) e executados por um processador (a unidade de processamento 914 ou o controlador 920, por exemplo). A unidade de memória pode ser implementada dentro do processador ou fora do processador, e neste caso ela pode ser acoplada comunicativamente ao processador por meio de diversos dispositivos, conforme é conhecido na técnica.

[00089] O método e equipamentos descritos aqui para implementar um relógio virtual em tempo real podem ser utilizados em diversos sistemas e redes de comunicação sem fio. Por exemplo, o método e o equipamento podem ser utilizados em sistemas CDMA, TDMA, FDMA e outros sistemas de comunicação sem fio. Estes sistemas podem implementar um ou mais padrões aplicáveis. Por exemplo, os sistemas CDMA podem implementar o IS-95, o cdma2000, o IS-856, o W-CDMA e assim por diante. Os sistemas TDMA podem implementar o GSM e assim por diante. Estes diversos padrões são conhecidos na técnica e aqui incorporados a guisa de referência.

[00090] A descrição anterior das modalidades reveladas é apresentada para permitir que qualquer pessoa versada na técnica fabrique ou utilize a presente invenção. Diversas modificações nestas modalidades serão prontamente evidentes aos versados na técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem que se abandone o espírito ou escopo da invenção. Assim, a presente invenção não pretende ser limitada às modalidades mostradas aqui, mas receberá o mais amplo escopo compatível com os princípios e aspectos novos revelados aqui.

Claims

1.Método para implementar um relógio virtual em tempo real com base em informações de tempo a partir de uma pluralidade de sistemas de comunicação, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: receber (514) informações de tempo absoluto a partir de um primeiro sistema de comunicação; receber (516) informações de tempo relativo a partir de um segundo sistema de comunicação; obter informações de temporização interna a partir de um relógio local; prover (518) uma estimativa de tempo absoluto em um instante de tempo designado com base nas informações de tempo absoluto a partir do primeiro sistema de comunicação e nas informações de tempo relativo a partir do segundo sistema de comunicação e nas informações de temporização interna, em que as informações de tempo absoluto compreendem tempo absoluto para um primeiro instante de tempo e as informação de tempo relativo compreendem primeira e segunda mensagens de sinalização recebidas em segundo e terceiro instantes de tempo, respectivamente, e em que a estimativa de tempo absoluto para o instante de tempo designado é baseada, pelo menos em parte, no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo e em uma diferença de tempo determinada entre o segundo e o terceiro instantes de tempo; e calibrar as informações de tempo relativo a partir do segundo sistema de comunicação com base nas informações de tempo absoluto a partir do primeiro sistema de comunicação.

2.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de comunicação é o Sistema de Posicionamento Global (GPS) e as informações de tempo absoluto compreendem um tempo GPS para pelo menos um instante de tempo.

3.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo sistema de comunicação é um sistema de comunicação celular.

4.Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as informações de tempo relativo compreendem uma temporização a nível de quadro.

5.Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as informações de tempo relativo são recebidas por uma pluralidade de mensagens de sinalização, e em que a diferença de tempo entre quaisquer duas mensagens de sinalização é verificável.

6.Método para prover uma estimativa de tempo absoluto com base em informações de tempo a partir de uma pluralidade de sistemas de comunicação, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: obter (612) tempo absoluto a partir de um primeiro sistema de comunicação para um primeiro instante de tempo; receber (614) uma primeira mensagem de sinalização a partir de um segundo sistema de comunicação em um segundo instante de tempo; determinar (616) um deslocamento de tempo entre os primeiro e segundo instantes de tempo; receber (618) uma segunda mensagem de sinalização a partir do segundo sistema de comunicação em um terceiro instante de tempo; determinar (620) um tempo decorrido entre os segundo e terceiro instantes de tempo; determinar uma diferença de tempo entre o terceiro instante de tempo e um quarto instante de tempo; prover uma estimativa de tempo absoluto no quarto instante de tempo com base no tempo absoluto para o primeiro instante de tempo, no deslocamento de tempo, no tempo decorrido e na diferença de tempo; obtertempo absolutoa partirdo primeiro sistema de comunicação para um quinto instante de tempo; e determinar uma diferença em tempo absoluto entre os primeiro e quinto instantes de tempo, e sendo que o tempo decorrido é determinado com base, pelo menos em parte, na diferença em tempo absoluto.

7.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o deslocamento de tempo e a diferença de tempo são, cada um, determinados com base em um relógio local (916).

8.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar um período de quadros para o segundo sistema de comunicação com base, pelo menos em parte, na diferença em tempo absoluto, e em que o tempo decorrido é determinado com base no período de quadros.

9.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda mensagens de sinalização são transmitidas em localizações conhecidas em dois quadros.

10.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de comunicação é o Sistema de Posicionamento Global.

11.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o segundo sistema de comunicação é um sistema de comunicação celular.

12.Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as informações de tempo relativo compreendem temporização em nível de quadro.

13.Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação celular é operado assincronamente.

14.Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação celular é um sistema GSM.

15.Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda mensagens de sinalização são rajadas de sincronização transmitidas em um canal de sincronização no sistema GSM.

16.Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação celular é um sistema W-CDMA.

17.Memória legível por computador (918) acoplada comunicativamente a um dispositivo de processamento de sinais digitais (DSPD) caracterizada pelo fato de que compreende, gravado na mesma, o método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

18.Unidade receptora em um sistema de comunicação sem fio, caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro receptor operativo para processar sinais a partir de um primeiro sistema de comunicação para prover informações de tempo absoluto; um segundo receptor operativo para processar sinais a partir de um segundo sistema de comunicação para prover informações de tempo relativo; uma unidade de processamento (914) operativa para obter informações de temporização interna a partir de um relógio local e prover uma estimativa de tempo absoluto em um instante de tempo designado com base nas informações de tempo absoluto a partir do primeiro sistema de comunicação, nas informações de tempo relativo a partir do segundo sistema de comunicação, e nas informações de temporização interna; e uma unidade de temporizador (916) operativa para prover uma representação de uma linha de tempo na qual as informações de tempo absoluto e as informações de tempo relativo são mapeadas, em que a representação de linha de tempo é fornecida por um contador.

19.Unidade receptora, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o primeiro receptor é operativo para processar sinais a partir de satélites GPS.

20.Unidade receptora, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o segundo receptor é operativo para processar sinais a partir de uma ou mais estações base em um sistema de comunicação celular.

21.Unidade receptora, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a unidade de processamento (914) é operativa para receber um tempo absoluto para um primeiro instante de tempo a partir do primeiro receptor e para determinar um deslocamento de tempo entre o primeiro instante de tempo e temporização de cada uma dentre pelo menos uma estação base (120) recebida pelo segundo receptor.