CN100344082C - 用于基站和移动站中时间校准的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种校准基站和移动站的方法和装置，该基站和移动站用于使用往返延迟的系统和不使用往返延迟的系统。

Description

用于基站和移动站中时间校准的方法和装置

本申请是2001年8月7日申请的、申请号为01802340.1，发明名称为《用于基站和移动站中时间校准的方法和装置》的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及通信。尤其，本发明涉及校准基站和移动站中时间延迟的方法和装置。

背景技术

现代的通信系统被要求支持各种应用。一种这样的电信系统是码分多址(CDMA)系统，它遵照“用于双模宽带扩频蜂窝系统的TIA/EIA/IS-95移动站-基站兼容性标准”，(通常称为“IS-95标准”)。此外，电信工业协会题为“The cdma2000 ITU-RRTT Candidate Submission”的出版物(它正被发展为TIA/EIA/IS-2000)提供了在前向和反向链路上发射数据话务和语音话务的规范。美国专利号5,504,773题为“METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION”的申请中详细描述了遵照该标准发射固定大小的代码信道帧中数据话务的方法，该申请转让给了本发明的受让人，并通过引用结合于此。根据IS-95标准，将数据话务或语音数据分割成20毫秒宽、8×14.4kbps数据率的代码信道帧。

CDMA系统支持陆地链路上用户之间的语音和数据通信。美国专利号4,901,307题为“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE ORTERRESTRIAL REPEATERS”和美国专利号5,103,459题为“SYSTEM AND METHOD FORGENERATION WAVE FOR MOBILE STATION IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的申请中揭示了在多址通信系统中CDMA技术的使用，这两个申请都转让给了本发明的受让人，并通过引用结合于此。

在CDMA系统中，通过一个或多个基站构造用户之间的通信。在无线通信系统中，前向链路是指信号从基站传送到移动站的信道，反向链路是指信号从移动站传送到基站的信道。通过在反向链路上将数据发射到基站，一个移动站上的第一用户可以与第二移动站上的第二用户通信。基站接收来自第一移动站的数据，并将数据传送到服务于第二移动站的基站。第一移动站和第二移动站根据其位置，可以由一个基站或多个基站提供服务。在任何情况下，服务于移动站的基站将数据发送到前向链路上的移动站。除了与移动站上的第二用户通信，第一移动站还可以与有线电话的第二用户通信。第二用户通过公共交换电话网(PSTN)与无线通信系统连接，或者通过与服务基站的连接实现与陆地因特网的连接。

如今，对CDMA基站以及CDMA移动站进行时间校准，唯一目的是为了提供通信服务。通过引入定位位置的能力，为了定位位置的目的和通信目的，需要对CDMA基站和移动站进行时间校准。为了通信的目的，一个CDMA码片(1/1.2288MHz)数量级的精确度对于移动站和基站的适当操作是足够的。然而，为了定位位置的目的，一个码片的未补偿误差对应于大约300米的距离误差。

在具有定位位置能力的通信系统中，其中距离信息来自GPS(全球定位系统)卫星和基站，对GPS卫星和基站发射的信号进行定时测量，以计算移动站的位置。从地球轨道卫星向地球固定接收机广播GPS信号。然而，地球固定接收机不将信号发射回GPS卫星。在这种系统中，GPS接收机只使用卫星-地球链路的伪距离信息计算其位置。然而，陆地CDMA系统被设计成具有前向和反向链路的双向通信系统。除了类似于GPS系统中所用的前向链路测量外，在CDMA通信系统中还可以进行往返延迟(通常称为“RTD”)测量。RTD是CDMA信号从基站天线传送到移动站，并返回同一基站天线所用的时间测量。RTD对于定位系统是有用的。在基站中，计算基站与之正在通信的每个移动站的RTD。

具有定位位置能力的CDMA通信系统可被配置成具有可变等级的基础结构改变和系统性能。一种这样的系统可以使用GPS定时测量和陆地系统的前向链路定时测量，而非RTD。该实施的优点是获得RTD所需的基站软件改变是非必要的。缺点是减小了在不利GPS和CDMA条件下定位位置确定的可用性和精确度。

然而，不管定位位置能力是否使用RTD，对于精确的定位位置确定，基站和移动站的校准是必需的。

因此，当前需要一种校准基站和移动站的方法和装置，以允许精确地确定定位位置。

发明内容

本发明针对校准具有定位位置能力的通信系统中基站和移动站的方法和装置。

本发明提供了一种确定导频信号相对于定时基准信号的相对定时的方法，该导频信号由基站产生并通过发射天线发射，该方法包括以下步骤：在具有天线的导频信号接收机中接收基站产生的导频信号，接收机天线和基站发射天线之间的传输延迟已知；利用数字化转换器将接收到的导频信号数字化；存储数字化的导频信号；校准接收机天线到数字化转换器的延迟；用基于与定时基准信号的已知定时关系的信号，触发导频信号的接收和存储；以及处理存储的数据，以确定接收信号和定时基准信号之间的关系。

本发明还提供了一种数据记录器，它包括：触发接收机，在接收到触发信号时它能够从基站接收信号；数字化转换器，它与触发接收机耦合并能够将接收信号数字化；存储装置，它能够存储数字化的接收信号；和处理器，它能够分析存储的数字化的接收信号，并确定存储的数字化的接收信号和与触发信号具有已知定时关系的基准信号之间的相对定时。

本发明还提供了一种数据记录器，它包括：接收机，它能够从基站接收信号；数字化转换器，它与接收机耦合并能够将接收信号数字化；触发存储装置，它能够根据触发信号的接收存储数字化的接收信号；和处理器，它能够分析存储的数字化的接收信号，并确定存储的数字化的接收信号和与触发信号具有已知定时关系的基准信号之间的相对定时。

本发明还提供了一种确定导频信号相对于定时基准信号的相对定时的装置，导频信号由基站产生并通过发射天线发射，该装置包括：接收机，它能够接收基站产生的导频信号，接收机具有天线和触发器输入，触发器输入提供能够触发接收机接收并存储导频信号的装置；数字化转换器，它与接收机耦合并能够将接收信号数字化；耦合到数字化转换器的存储器，该存储器能够存储数字化的导频信号；信号测量设备，它能够校准从接收机的天线到数字化转换器的延迟；和耦合到存储器的处理器，它被构造成接收关于从接收机的天线到数字化转换器的延迟的信息，处理器能够处理存储的数据和从接收机的天线到数字化转换器的延迟，并确定接收信号和定时基准信号之间的关系。

附图说明

从以下的详细描述中，通过结合附图，本发明的特征、目的和优点将更明显，附图中类似的标号指示相应的单元，其中：

图1是相对于全球GPS 1 PPS测量时，确定天线处0 PN偏移翻转的时间偏移的第一方法的流程图。

图2是用于实现第一方法的装置的简化框图。

图3是相对于全球GPS 1 PPS测量时，确定天线处0 PN偏移翻转的时间偏移的第二方法的流程图。

图4是用于实现第二方法的装置的简化框图。

图5是相对于全球GPS 1 PPS测量时，确定天线处0 PN偏移翻转的时间偏移的第三方法的流程图。

图6是用于实现第三方法的装置的简化框图。

具体实施方式

GPS位置确定概述

在几何学上，通过计算接收机和三个GPS卫星已知位置之间的距离，可以计算GPS(全球定位系统)接收机的位置。GPS卫星发射的信号是对于每个卫星在1.5745GHz的载波上用唯一的PRN(伪随机噪声)序列调制的BPSK扩频信号。GPS PRN序列的周期精确地为1ms。通常，从卫星到地球固定接收机的RF信号的传播延迟为大约70ms。为了简化，可以假设GPS接收机已经“知道”发射信号时刻和接收信号时刻之间已经过的整数毫秒。因此，只需要测量最后接收到GPS PRN的小数部分，以确定信号从卫星传送到接收机的时间值。接收机通过确定来自卫星的PRN翻转和接收信号翻转之间的时间差，测量最后GPS PRN的小数部分。知道该时间差后，确定传播时间。使用光速，可以估计出到卫星的距离。关于如何测量GPS信号的进一步细节为本领域所熟知，为了简短而不包括于此。

以上讨论假设GPS系统时钟和接收机时钟完全是对准的。也就是GPS PRN翻转的时间已知，但必须在移动站处使用移动站的时钟确定。如果移动站的时钟没有完全地与发送信号的卫星的时钟对准，那么移动站不能精确地确定卫星中翻转何时发生。

如果我们假设本地时钟在时间上偏移tfm，那么为了计算三维位置，GPS接收机必须求解x、y、z和tfm。幸运的是，对于所有卫星测量，tfm是共用的并且相等。由于该原因，GPS接收机需要测量附加卫星信号的定时，以求解四个未知量x、y、z和tfm。因此，GPS接收机需要检测来自至少四个卫星的信号，以精确地计算其位置。

还必须假设RF延迟(如在接收机部件，如滤波器等，中遭遇的延迟)和天线电缆长度已知(也就是都进行了精确校准)，使得可以从测量值中去除它们对测量时间的影响。这是必要的，因为假设延迟测量是从基站发射天线到移动站天线。该测量值应该不包括在基站天线和基站发射机之间遭遇的任何时间延迟。然而，该假设通常是不正确的。实际上，误差tfm包括RF延迟、天线电缆延迟、以及接收机时间偏移。由于接收机无法区分这些部件，所以GPS接收机总是计算GPS天线的位置。从以上我们可以看出只要位置计算中所用的RF信号经历相同的tfm，就可以通过包括一个附加测量值计算出任何tfm。

没有RTD的CDMA位置确定概述

基站校准要求

在CDMA没有RTD的情况下，像GPS卫星一样处理CDMA基站。在以上的GPS讨论中，要注意到为了确定GPS接收机的位置，必须已知到三个GPS卫星的距离。此外，还必须知道进行测量时这些卫星的精确位置。为了精确地确定到三个卫星的距离，必须对从四个卫星接收到的信号进行定时的测量。需要一个附加卫星，以计算卫星时钟和从卫星接收信号的移动站时钟对准之差。

根据一种方法和装置，位于PDE(位置确定设备)处的GPS接收机提供卫星的位置。要注意到PDE通常是带有定位位置能力的CDMA通信系统中的已知装置。由于基站的天线位置是固定的，所以基站的天线位置可以被精确地测量并存储在PDE中。此外，精确地知道相对于GPS全球时间时钟1PPS节拍，PRN的翻转离开卫星天线的时刻。CDMA基站可用于以类似于GPS卫星的方式定位位置。因此，必须精确地知道相对于GPS全球时间时钟1PPS节拍，每个基站的PN(伪随机)码在基站天线的导频上翻转的时间。知道基站天线处导频上PN翻转之间的关系允许GPS信号和CDMA导频与同一定时基准(也就是GPS全球时间时钟)同步。这种同步使得计算位置所需的GPS卫星和基站的总数最小。

总之，对于具有定位位置能力且不使用RTD的通信系统，必须精确测量基站天线的实际位置，并且必须精确测量导频PN码翻转的定时(调节相对于定时基准信号，如GPS 1 PPS，的PN码偏移)。

与上述情况相反，可以相对于各个定时基准或定时基准信号校准基站。该定时基准或定时基准信号可以与全球GPS 1 PPS不相关。这将促使系统成为同步工作模式。然而，最好选择GPS全球1PPS作为定时基准，因为它最方便，并通过允许同步模式工作产生较高的可利用性。

移动站校准要求

在以上揭示的内容中，假设根据接收机的内部时间时钟测量GPS信号的到达时间。假设该时钟偏移GPS全球时间时钟。当使用CDMA导频测量距离时，移动站接收到CDMA信号的RF延迟和天线电缆延迟一般不同于穿过同一电缆和部件的GPS信号所遭遇的延迟。这引起了两种可能的工作模式。第一种模式称为同步模式，它假设GPS信号和CDMA信号遭遇的延迟之差被校准，并为移动站所知。第二种模式称为异步模式，它假设延迟之差是未知的，并且是估计界限内的任意值。

同步模式

在同步模式中，在制造过程中最好测量从天线到移动站内部时间时钟的GPS信号和从天线到移动站内部时间时钟的CDMA所遭遇的传播延迟之差，并将它存储在移动站中。一旦知道了该延迟之差，可以相对于同一公共定时基准测量GPS和CDMA信号的到达时间。要注意到该公共定时基准和GPS全球1 PPS之间的关系可以是任意的。重要的是GPS和CDMA测量值都参照一个公共定时基准。这足以允许同步工作。

在同步模式中，CDMA导频等效于GPS卫星信号。因此，定位可能是来自四个GPS卫星和CDMA基站任何组合的给定测量值。例如，同步模式中的定位可能是给定的两个GPS卫星和两个CDMA导频。

异步模式

在异步模式中，GPS和CDMA信号所遭遇移动站中的延迟之差是未知的。在以上揭示的内容中，移动站时钟偏移、RF延迟和天线电缆延迟组合成变量tfm。在异步模式中，CDMA信号所遭遇这些延迟的组合与GPS信号所遭遇的未知量不同。因此，定义tfmc项，以表示CDMA信号所遭遇这些延迟的组合。要知道对于异步模式，tfmc不同于tfm(GPS的延迟)，并与之无关。因此在异步模式中，系统试图求解x、y、z、tfm和tfmc。由于该原因，在异步模式工作中，需要一个附加的CDMA或GPS测量值，以求解额外的独立变量。

总之，在异步模式中，移动站需要测量五个GPS卫星或CDMA基站的组合，以计算位置。和同步模式的情况一样，多少测量值来自CDMA对GPS的组成比例是不重要的。

如上所述，不使用RTD的系统在计算位置之前，不需要知道tfm或tfmc的绝对值。然而，知道的tfm越精确，移动站捕获卫星就越快。这是因为移动站(它偏移tfm)的时间可用于对准PDE提供给移动站的GPS搜索窗口，并用于最初搜索卫星。tfm的不确定性直接增大了GPS搜索窗口。CDMA移动站中典型的tfm值为几百微秒。

具有RTD的CDMA位置确定概述

在CDMA系统中，基站的已知部件是专用集成电路(ASIC)，通常称为区站调制解调器(CSM)。CSM连续计算与基站通信的移动站的RTD。即使在基站可以获得该信息，但一般不将该信息报告给系统中的其它装置。幸运的是，对于大部分CDMA系统，只需要改变软件，使PDE能获得RTD，用于计算移动站的位置。该段假设对于每个试图借助PDE计算定位的移动站，PDE能获得RTD。

RTD的分量

RTD是CSM中对CDMA信号离开CSM，到达移动站，并返回同一CSM的时间长度的测量值。理想的RTD应该具有两个特性。第一个是理论上前向链路和反向链路分量应该相等(也就是RTD是对称的)。第二个是RTD只包含从基站天线到移动站天线的时间加上从移动站天线到基站天线的时间，去除了所有RF和电缆延迟。不幸的是，RTD并非总是对称的。此外，报告的RTD包括应被校准的电缆延迟。为了简化，假设基站天线和移动站天线在同一位置。应该理解通过知道基站和移动站之间的距离，并减去信号在两者之间传播所需的时间值，该假设是有效的。因此，假设信号在空气中传播对RTD的贡献为0，并且RTD只包括基站中的延迟和移动站中的延迟。此外，假设RTD只包括80ms帧的小数部分。真正的RTD应该包括80ms帧延迟的整数部分。该讨论假设报告的RTD中已去除整数80ms帧延迟。

RTD可以分成多个子部分。RTD分成不同子部分的边界可以是任意的，只要所有子部分的和等于测量到的RTD。根据一个实施例，将RTD分成基站分量和移动站分量。基站分量再进一步分成前向链路分量tfb和反向链路分量trb。类似地，将移动站分量分成前向链路分量tfm和反向链路分量trm。其定义为

RTD＝tfb+tfm+trm+trb

移动站延迟＝tfm+trm

基站延迟＝tfb+trb

如上所述，将RTD分成子部分的边界可以任意选择，只要子部分的和等于RTD。在所揭示方法和装置的一个实施例中，在基站处，选择全球GPS 1PPS作为将基站延迟分成tfb和trb的边界。在移动站处，选择移动站主指接收器时间作为将移动站延迟分成tfm和trm的边界。

使用以上定义，对于使用RTD的系统，必须知道tfb、tfm、trm和trb的值。相反，要注意到对于不使用RTD的系统，只需要知道tfb，以校准移动站和基站。在移动站侧，必须知道GPS信号的tfm和CDMA信号的tfm之差tfmc。对于不使用RTD的系统，不需要知道tfm或tfmc的绝对值。只需要移动站中的tfm和tfmc之差。要注意到通过限制tfm的不确定性减小了GPS搜索窗口。然而，为了该目的，不需要对tfm进行小于几微秒精度的密集校准。

RTD的使用

使用RTD有两个目的。第一个是为了移动站的定时。第二个是为了移动站的测距。

RTD用于移动站定时

虽然以上假设RTD不包括前向和反向链路的空中传播时间，但是以下停止该假设。假设前向和反向链路是对称的，那可以测量定时基准信号(如全球GPS1PPS)和移动站定时之间的时间偏移。通过从RTD中去除RF和电缆延迟，并将剩余部分除以2，进行空中传播时间的计算。这样产生了单向延迟tair。然后，移动站定时基准和基站1PPS之间的时间偏移将是：

移动站时钟偏移＝tair+tfb+tfm

以上计算假设前向和反向链路对称，具有相等的空中延迟。幸运的是，只要链路是对称的，将RTD用作定时就能不受多路径的影响。

通过将GPS时间精确地传送到移动站，我们能够使GSP搜索窗口变窄。这使得较快地到达第一位置(卫星捕获时间)。然而，使用具有较快搜索时间的搜索器时，对于该目的而言精确RTD的实用性就很小。

RTD用于测距

RTD的真正优点在它用于测距时。通过使用以上方法，我们能够计算出自由空间单向延迟。这可用作从基站到移动站的距离，并可用于位置计算中的PDE。基于RTD的距离测量将产生较佳的DOP，它优于不使用RTD时。这是因为RTD直接测量移动站的时钟偏移。同样地，它通常只与来自GPS和CDMA前向链路测量的可能解曲线几何正交。用从RTD中计算出的距离，只需要小于一次的测量，以确定移动站的位置。因为RTD传递时间偏移，所以对于位置确定，从RTD测量得出的距离一般产生较佳的精度削减(DOP)。

不使用RTD的系统的校准过程

基站校准

当不配置RTD时，移动站校准要求具有两个部分。第一部分是确定基站天线的实际位置。第二部分是测量以上段落中定义的tfb。

确定基站天线位置

建议用常规的方法确定天线的实际位置。通常在CDMA基站中，每个扇区包含一个发射天线和用于接收分集的两个接收天线。对于没有RTD的系统，只有发射天线的位置是重要的。

当然，当包括RTD时，发射和接收天线的位置就变得都重要了。幸好，在扇区中发射和接收天线之间的距离通常为1-2米。此外，发射天线通常位于两个接收天线中间。因此，可以接受将发射天线位置作为PDE中使用的有效天线位置报告，即使当使用RTD时。

确定tfb

tfb是当相对于定时基准信号(如全球GPS 1 PPS)测量时，天线处0 PN偏移翻转的时间偏移。我们可以使用三种方法的任何一种确定基站的tfb。

图1是第一种方法的流程图。图2是用于实现第一方法的装置200的简化框图。第一方法使用“数据记录器”201。数据记录器201包括天线207。数据记录器201具有被调谐到基站载波的RF接收机202。RF接收机202将基站204发射的信号下变频(步骤101)。数据记录器201还具有数字化转换器203。数字化转换器203将接收到的信号数字化，以产生接收信号的数字样本(步骤102)。然后，数据记录器201将数字样本存储在本地存储器206中(步骤103)。校准从数据记录器201的天线207到数字化转换器203的延迟(称为天线/转换器延迟)(步骤104)。如本领域中所熟知的，任何能够测量天线207和数字化转换器203之间信号传播延迟的信号测量设备都可以执行校准延迟。配置数据记录器201，使得耦合到基站204的基站天线210和数据记录器天线207之间存在视线通路208(图1中用断线表示)。与GPS时间同步的定时GPS接收机209发出的GPS 1 PPS脉冲触发数据记录器201中的数据收集(步骤105)。记录数据的后续处理显示了记录数据开始与GPS 1 PPS脉冲之间的关系(步骤106)。可以在数据记录器201的处理器211(如图1所示)中，或者在相对于数据记录器201的远程位置的处理器中执行后续处理。使用各种偏移测量方法中任何一种，如测斜仪和激光距离点(步骤107)，确定基站204和数据记录器207之间的距离。从中计算当接收导频信号离开基站天线210时，它相对于GPS 1 PPS的偏移(步骤108)。

图3是第二方法的流程图。图4是用于实现第二方法的装置400的简化框图。第二方法使用GPS启动的移动站402。在耦合到移动站402的移动站天线403可见足够GPS卫星的情况下，移动站402可以计算移动站402的位置和GPS定时(步骤201)。一旦知道了移动站402的位置，移动站402将CDMA导频到达时间和GPS时间比较，并将其差值报告给PDE 404(步骤202)。通过知道(1)测量到的基站天线406位置，(2)移动站402的精确位置，(3)移动站402处接收到的基站导频信号的偏移，和(4)基站410内基站导频发生器408的基站导频的偏移，PDE 404能够确定该基站410的tfb(步骤203)。该方法是有用的，因为在通信系统的正常工作期间它可以连续使用。该方法假设系统已经工作，并且已经完成基站410的一些粗略校准。还假设有一位置，基站天线406的移动站402有无阻碍的视野并且能获得足够卫星的开放天空。

图5是第三方法的流程图。图6是用于实现第三方法的装置600的简化框图。第三方法依靠在与基站602所发射导频相同的RF载波上产生基准CDMA导频(步骤501)。基准CDMA导频与如全球GPS 1 PPS的定时基准信号具有已知并校准的关系。产生这种CDMA基准导频的一种方法是使用CDMA基站模拟器604，如Tektronix的CMD80。这些基站模拟器604产生任何期望频率的CDMA导频。这种模拟器604还输出CDMA系统定时的“偶数秒”节拍(也就是每隔两秒发出指示，该时间根据GPS 1 PPS校准)。由于CDMA中的同步帧和话务帧在80ms内，所以1秒节拍和CDMA帧每2秒对齐一次。因此0 PN偏移导频和偶数秒从基站模拟器604中出来时，应该对齐。在基站602处，我们使用如TrimbleThunderbolt的定时GPS接收机606产生GPS 1 PPS。此外，我们使用定时GPS接收机606的10MHz输出将基站模拟器604锁定在GPS频率基准(步骤502)。这样去除了定时GPS接收机606的1PPS和基站模拟器604的偶数秒相互之间的漂移。然后，测量基站模拟器604的偶数秒和定时GPS接收机606的1 PPS之间的时间偏移。之后，我们知道了基站模拟器604所产生导频和GPS 1PPS之间的时间偏移。RF组合器608用于RF组合基站模拟器604产生的导频和基站天线610输出的信号，并将它传送到能够确定组合信号之间相对定时的装置(步骤503)。一种这样的装置是传统的CDMA移动站612。移动站612中的搜索器614确定并报告两个导频之间的时间偏移(步骤504)。知道了该偏移与基站模拟器604中偶数秒节拍和GPS 1PPS之间的偏移之后，我们能够确定基站天线610处导频PN翻转的时间偏移，就像它与GSP 1PPS相关。

如果在基站控制器处执行以上过程，那么有两个误差源。第一个误差源来自对GPS RF馈送的需要。幸运的是，每个CDMA具有GPS接收机，因此可以获得GPS RF信号。对于校准目的中断该RF通路将不影响基站的功能，因为在GPS信号中断期间，其本身的GPS接收机具有精确的自由转动能力。然而，天空中清晰可见的到GPS天线的RF电缆长度必须被校准，因为它会将时间偏移引入测量值。

第二种误差源是从基站控制器到天线本身的CDMA天线电缆的长度。该延迟也必须被校准。应该使用时域反射仪测量GPS和CDMA天线电缆。

移动站校准

如上所述，在不使用RTD系统的移动站侧有两个项目需要校准。幸运的是，只有一个项目需要严格校准(tfm-tfmc)。另一项目tfm只需要大致地估计。

确定tfm和tfmc之差

我们可以使用两种方法校准tfm和tfmc之差。第一种方法是建立一种取得基带数据的两个数据流的装置。第一数据流包括表示CDMA导频的基带，而第二数据流包括表示GPS卫星的基带。对准数据流，以了解CDMA数据流和GPS数据流中PN翻转的时间关系。将数据流转换成模拟的，并使用具有相等延迟的类似RF硬件上变频成CDMA和GPS频率。然后，组合两个信号，并馈送给正在校准的移动站。使用该信号作为基准，移动站能够校准tfm和tfmc之间的时间差。

第二种方法使用CDMA基站模拟器和单信道GPS模拟器，如全球模拟系统的STR4775。除了GPS RF，GPS模拟器还输出与GPS PN翻转对齐的脉冲。通过测量来自GPS信道模拟器的该脉冲和来自CDMA基站模拟器的偶数秒脉冲之间的时间偏移，可以校准RF信号中嵌入的CDMA和GPS PN翻转之间的时间偏移。然后，组合两个RF信号，并传送到正要校准的移动站。通过相对于彼此校准了输入CDMA和GPS信号的偏移，该移动站能够使用输入CDMA信号作为基准信号，以校准tfm和tfmc之差。

应该注意到如果校准模拟器能够使偶数秒间隔定时对准外部产生的1PPS(来自GPS模拟器)，那么可以去除校准两个RF信号偏移的步骤。

校准tfm

通常在移动站中，tfm为几百微秒数量级。必须计算该延迟，使得能够有效地确定GPS搜索窗口的中心。给出一个256X搜索器，并且知道tfm只需要有效地确定搜索窗口的中心而不用于定时，那么确定tfm的精度只需要为1到3微秒。以前，选择电话内部主指接收器时间作为界定tfm和frm的定时基准。在移动站中，该内部定时可以供外部使用。使用具有1PPS输出的单信道GPS模拟器，可以测量相对于来自单信道GPS模拟器的1PPS的，要校准的移动站输出的SYNC80M脉冲的时间偏移。移动站可以确定检测到的搜索器中GPS峰值和SYNC80M之间的时间对准。通过该信息，可以确定tfm。

或者，通过确定(tfm-tfmc)，CDMA模拟器可使用80ms节拍。通过测量SYNC80M和模拟器80ms同步帧定时之间的时间偏移，我们能够直接测量tfmc。知道了(tfm-tfmc)，我们可以找出tfm。要注意到在不使用RTD时，tfm的校准非常粗略，使得在设计时就能完成。因此，没有理由在生产的移动站中传送外部的SYNC80M信号，因为该校准数字可以在生产阶段前确定。

使用RTD的系统

如果使用RTD，那么加上校准不带有RTD系统所用的方法，最好精确地都知道tfm、trm和trb。使用上述的方法，与不使用RTD时相比，能够更精确地校准tfm。更精确地校准tfm将产生较精确的tfm。当前，大多数基站模拟器允许校准发射时间＝(tfm+trm)。通过提高这些模拟器的关于测量发射时间的精度，可以校准trm。这时，精确地知道tfb、tfm和trm中每一个。在使用RTD的系统中，基站将RTD报告给PDE。通过具有移动站和基站之间的视线以及基站和移动站之间的已知距离，以及精确知道的tfb、tfm、trm，并通过减去自由空间的延迟，可以测量出trb。

对于以上所揭示的内容，可以看出加入RTD能力要求(1)增加tfm校准精度，(2)测量移动站上的发送时间，并以此使用可利用的基站模拟器校准trm，(3)确定具有确定tfm和rrm的给定移动站的trb。要注意到在扇区内加入trb校准不需要访问基站控制器位置。该附加RTD校准所包括的操作可以在基站外完成。

以上所揭示的方法和装置使任何本领域熟练的技术人员能够制造或使用以下权利要求书所描述的本发明。然而，所揭示方法和装置的各种改变对本领域熟练的技术人员是显而易见的，无需创造性的劳动所揭示的原理就可应用于其它方法和装置。因此，权利要求所述的发明不限制这里所示的方法和装置。而是，权利要求所述的发明对应于与以上揭示的原理和特征一致的最广范围。

Claims (9)

1.一种确定导频信号相对于定时基准信号的相对定时的方法，该导频信号由基站产生并通过发射天线发射，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a1)在具有天线的导频信号接收机中接收基站产生的导频信号，接收机天线和基站发射天线之间的传输延迟已知；

a2)利用数字化转换器将接收到的导频信号数字化；

b)存储数字化的导频信号；

c)校准接收机天线到数字化转换器的延迟；

d)用基于与定时基准信号的已知定时关系的信号，触发导频信号的接收和存储；以及

e)处理存储的数据，以确定接收信号和定时基准信号之间的关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定时基准信号是表示GPS时间时钟1PPS节拍的信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，以相对于GPS时间时钟1PPS节拍的已知时间，触发接收信号的接收和存储。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，以GPS时间时钟1PPS节拍触发接收信号的接收和存储。

5.一种数据记录器，其特征在于，它包括：

a1)触发接收机，在接收到触发信号时它能够从基站接收信号；

a2)数字化转换器，它与触发接收机耦合并能够将接收信号数字化；

b)存储装置，它能够存储数字化的接收信号；和

c)处理器，它能够分析存储的数字化的接收信号，并确定存储的数字化的接收信号和与触发信号具有已知定时关系的基准信号之间的相对定时。

6.如权利要求5所述的数据记录器，其特征在于，基准信号是触发信号。

7.一种数据记录器，其特征在于，它包括：

a1)接收机，它能够从基站接收信号；

a2)数字化转换器，它与接收机耦合并能够将接收信号数字化；

b)触发存储装置，它能够根据触发信号的接收存储数字化的接收信号；和

c)处理器，它能够分析存储的数字化的接收信号，并确定存储的数字化的接收信号和与触发信号具有已知定时关系的基准信号之间的相对定时。

8.如权利要求7所述的数据记录器，其特征在于，基准信号是触发信号。

9.一种确定导频信号相对于定时基准信号的相对定时的装置，导频信号由基站产生并通过发射天线发射，其特征在于，该装置包括：

a1)接收机，它能够接收基站产生的导频信号，接收机具有天线和触发器输入，触发器输入提供能够触发接收机接收并存储导频信号的装置；

a2)数字化转换器，它与接收机耦合并能够将接收信号数字化；

b)耦合到数字化转换器的存储器，该存储器能够存储数字化的导频信号；

c)信号测量设备，它能够校准从接收机的天线到数字化转换器的延迟；和

d)耦合到存储器的处理器，它被构造成接收关于从接收机的天线到数字化转换器的延迟的信息，处理器能够处理存储的数据和从接收机的天线到数字化转换器的延迟，并确定接收信号和定时基准信号之间的关系。

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