CN1218608C - 测量从cdma通信系统多基站接收的信号定时的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
更精确地测量传送到达时间的技术,该传送是在一个远程终端从多个基站接收的。一方面,未分配的指处理器用于处理和测量来自不在活动组内的基站的传送到达时间。另一方面,如果没有可用于分配的指处理器,可在用于该测量的基准振荡器的更新之间的时间周期进行该到达时间的测量。按照用于测量远程终端位置的方法,识别与该远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站,并给所述第一组的每个基站分配至少一个指处理器。同样地识别未与该远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站,并将一个可用的指处理器分配给所述第二组的至少一个基站的每个基站。然后,提供(信号到达)时间测量,作进一步处理。为了改进精度,可在一个窄时间窗口内进行该测量。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信。更特别地,本发明涉及新颖的和改进的方法和装置,用于测量从CDMA通信系统的多基站接收的信号定时。
背景技术
近代通信系统统要求支持各种应用。一种这样的通信系统是码分多址(CDMA)系统,该系统支持基于陆基链路的用户间的话音和数据通信。在美国专利申请号为4901307,标题为“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESSCOMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS”和美国专利申请号为5103459,标题为“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATINGWAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”中披露了在多址通信系统中使用CDMA技术。美国专利申请号为08/963386,标题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION”,申请日期为1997年11月3日,中披露了一种特殊的CDMA系统。这些专利和专利申请已转让给本发明的受让人,通过引用而结合于此。
通常将CDMA系统设计成符合一种或多种标准。这些标准包括“用于双模宽带扩展频谱蜂窝系统的电讯工业联合会/电子工业联合会/临时标准-95(TIA/EIA/IS-95)的远程终端-基站兼容标准”(IS-95标准),由称为“第三代合作项目”(3GPP)的协会提供并按一套包括文件号为3G TS 25.211,25.212,25.213,25.214,25.133,25.305,25.331和3G TR 25.926的文件的标准(W-CDMA标准),和“用于cdma2000扩展频谱系统的TR-45.5物理层标准”(cdma2000标准。不断地提出并采纳使用新的CDMA标准。这儿将这些CDMA标准通过引用而结合于此。
一种CDMA系统能支持话音和数据通信。在特殊的通信期间(例如,话音呼叫),远程终端可以与一个或多个基站进行动态通信,这些基站通常置于远程终端的“活动组”中。该远程终端也可能从一个或多个其他基站接收其他类型发送的信号,例如,导频,寻呼,广播等等。
可将该CDMA系统设计成具有确定远程终端位置的能力。事实上,美国国家通信委员会(FCC)要求支持增强型紧急事件911(E-911)服务,由此要求将911呼叫的远程终端位置发送给公共安全应答点(PASP)。对于位置确定,在远程终端测量来自多个基站的发送到达时间。然后计算这些信号到达时间之间的差,并把该差转换为伪距,然后将该伪距用于确定该远程终端的位置。
在测量信号到达时间过程中会遇到各种复杂问题。例如,在无线通信系统中,如果不在极短的时间内进行测量,远程终端的移动性可以影响到达时间测量的精度,同样地,通常依据远程终端的内部定时,测量到达时间,该过程可能要不断地进行调整,以跟踪与远程终端通信的一个基站的定时。远程终端按自己的时间基准的移动和变化(和不确定性)能影响到达时间测量的精度,依次转换成该远程终端位置精度的较差估计。
因此,非常需要能用于改善到达时间测量精度的技术,该技术也可导致能改善远程终端位置的估计精度。
发明内容
本发明提供各种技术,以更精确地测量在远程终端从许多基站接收的传送的到达时间。按照本发明的一个方面,未分配的指处理器(finger processor)用于处理及测量来自不在远程终端活动组的基站的传送的到达时间。按照本发明的另一个方面,如果没有指处理器可用于分配给不在活动组内的基站,则可在用于测量的基准时钟更新之间的时间周期内测量该到达时间。当调整基准时钟以跟踪其中一个基站的定时时,这能减少由基准时钟的摆动引起的不利影响。为了减少由于可移动远程终端的移动引起的不利影响,可在尽可能短的时间窗口内测量到达时间。
本发明的一个方面提供测量通信系统中的远程终端的位置。按照该方法,识别与远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站,并给第一组中的每个基站分配雷克接收机的至少一个指处理器。也识别未与远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站,并将一个可用的指处理器分配给第二组中至少一个基站的每个基站。然后为每个分配有至少一个指处理器的基站进行(信号到达时间)时间测量(例如,由W-CDMA标准定义的SFN-SFN测量,或由IS-801定义的导频相位测量)。然后,提供(例如给系统)输出,有待进一步处理,该输出表示为所分配的基站获得的时间测量。因为指处理器能并行操作,能在几乎相同的时间进行该测量。这极大地改善了位置定位技术测量的可用性。
为了测定远程终端的位置,可以测量三个或四个基站和/或卫星的最先到达多路径的到达时间。
根据本发明的一个方面,提供一种测定通信系统中的远程终端位置的方法,所述方法包括:
识别与所述远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站;
给所述第一组的每个基站分配雷克接收机的至少一个指处理器;
识别未与所述远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站;
给第二组中的至少一个基站分配一个可供使用的指处理器;
对分配有至少一个指处理器的每个基站执行时间测量,其中所述时间测量包括:
对所述基站的多路径进行处理,以获得采样,及
对所述采样进行处理,以对特定发送确定一个无线电帧的开始;
及提供表示时间测量的输出,所述时间测量是为分配有指处理器的基站获得的。
根据本发明的另一个方面,提供确定通信系统内一个远程终端位置的一种方法,所述方法包括:
识别与所述远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站;
给所述第一组的每个基站分配雷克接收机的至少一个指处理器;
用一个分配的指处理器,为所述第一组的每个基站进行时间测量;
识别未与所述远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站;
用一个或多个处理元件为所述第二组的每个基站进行时间测量,及
其中,对所述第一组和第二组的基站的时间测量是在基准时钟的控制信号更新之间进行的,所述基准时钟用于进行所述时间测量,并且至少一个所述时间测量包括以下步骤:
对所述基站的多路径进行处理,以获得采样,及
对所述采样进行处理,以对特定发送确定一个无线电帧的开始,
其中该时间测量表示所述无线电帧的开始。
下面将更详细地描述本发明的各个方面,实施例,和功能。
附图说明
当参考附图,从下列的详细描述中可以更加明白本发明的特点,特性,和优点。在整个附图中相同的标号表示相同的部件,其中:
图1是可实行本发明的一种通信系统的简化框图;
图2是用于下行链路传送的信号处理实施例的简化框图;
图3是示图,描述在远程终端从多个基站接收的传送过程;
图4是示图,描述依据所计算的来自基站和/或卫星的发送间的时间偏差,估计远程终端位置的过程;
图5是进行处理以确定远程终端位置的实施例流程图,其中,将指处理器分配给不在活动组中的基站;
图6是进行处理以确定远程终端位置的实施例流程图,其中,没有指处理器可用于分配给不在活动组中的基站;以及
图7是能用于实现本发明的各个方面的雷克接收机的实施例框图。
具体实施方式
图1是一张通信系统100的示图,该系统支持多个用户。系统100为基站102a到102g的多个单元提供通信,由相应的基站104为每个单元102提供服务。各种远程终端106分散在整个系统中。在一个实施例中,依据远程终端是否处于软切换,每个远程终端106在任意给定的时刻,可以与下行链路和上行链路上的一个或多个基站104进行通信。下行链路(前向链路)涉及从基站到远程终端的传送,而上行链路(反向链路)涉及从远程终端到基站的传送。系统100可以设计成符合一种或多种CDMA标准,例如IS-95,W-CDMA,cdma2000,和其他标准,或它们的组合。
如图1所示,基站104a发送给下行链路上的远程终端106a和106j,基站104b发送给远程终端106b,106e,和106j,基站104c发送给远程终端106a,106c,和106d,等等。在图1中,带有箭头的实线表示从基站到远程终端的特定用户数据传送。带有箭头的虚线表示远程终端正在接收基站来的导频和其他信号,而不是特定用户数据。为了简化,图1中未示出上行链路通信。
对于某些应用,例如位置测量,远程终端106也可接收来自一颗或多颗全球定位系统(GPS)卫星108的传送。卫星传送可用于补充基站的测量,以确定远程终端的位置,如下面进一步详细描述的。
图2是一张下行链路传送的信号处理实施例的简化框图。在基站104,一般按数据包形式将数据从数据源212发送到编码器214。编码器214依据特定的CDMA系统或执行标准实现多种功能。这些功能一般包括,用必需的控制字段、循环冗余码校验(CRC)比特、和代码尾数比特对每个数据包进行格式化。然后,编码器214用某一特定的编码方案对一个或多个格式化包进行编码,并交错(即重新排列)编码包内的码元。编码器214也可进行数据包速率的匹配(例如,通过复制或截去比特)。
交错的数据包提供给调制解调器(MOD)216,并用加扰序列进行加扰(用于IS-95 CDMA系统),用信道化码进行覆盖,并用扩展码(例如,短PNI和PNQ码)进行扩展。W-CDMA标准将用扩展码进行的扩展称作为“扰频”。信道化码可以是正交可变扩展因子(OVSF)码(用于W-CDMA系统),沃尔什(Walsh)码(用于IS-95系统),或某个其他正交码,又取决于特定CDMA系统或要执行的标准。然后,将扩展数据提供给发射机(TMTR)218,并进行正交调制,滤波,及放大,以产生一个或多个已调制信号。已调制信号从一个或多个天线220发送到空中。在合适的CDMA标准中进一步详细描述下行链路处理。
在接收机单元,由天线230从一个或多个基站104接收调制的信号,并将接收的调制信号转送到接收机(RCVR)232。接收机232对所接收的信号进行滤波,放大,正交解调,及数字化。然后,将数字化采样提供给解调器(DEMOD)234,并用解扩展码进行解扩展,用解扰码进行解扰(用于IS-95CDMA系统),以及为每个要进行处理的物理信道用信道化码去覆盖。解扩展码,解扰码,和信道化码相应于在发送单元所用的代码。然后,将解调的数据提供给解码器236,执行与编码器214相反的功能(例如,去交错,解码,CRC检验功能)。解码的数据提供给数据接收器238。控制器240直接指挥解调器234和解码器236的操作。
如上所述的框图支持下行链路上的分组数据,消息,话音,视频,和其他类型通信的传送。双向通信系统也支持从远程站到基站的上行链路传送。然而,为了简化,在图2中未显示出上行链路的处理。
返回参考图1,每个远程终端106可在下行链路上从一个或多个基站104接收特定用户的和/或一般的传送。例如,远程终端106e可并发地从基站104d和104e接收用户特定传送(即专用)。每个远程终端106通常维持一张正在活动通信的基站列表。通常将这张列表称作为远程终端活动组。每个远程终端106也可从其他基站接收其他一般(即,非特定用户)的传送(例如,导频,寻呼,广播,等等),该远程终端与这些其他基站可以处于或未处于活动通信状态。这些其他基站可以放置于由远程终端维持的第二张列表中。为了简化,这儿将活动组的基站称作为“活动”基站,而在第二张列表的基站称作为“非活动”基站。
图3是一张示图,描述了在远程终端从多个基站(在该例中为3个)接收的传送。对于某些CDMA系统(例如,W-CDMA系统),来自多个基站的传送可以不是同步的。对于这些CDMA系统,可为不同基站在不同时刻开始发送无线电帧。而且,依据基站和远程终端间的距离,各个基站的发送可以有不同的传播时间。这样,一般由远程终端在不同时刻接收来自不同基站的传送。
对于某些应用,知道来自多个基站的传送到达时间是有用的或必需的。然后,该信号到达时间,如在远程终端所测的,能用于计算从各种基站所接收的传送之间的时间误差或时间偏差,ΔT。如果基站异步地发送(关于W-CDMA系统),并且因为传播时间是变化的,该时间偏差ΔT可以取任何(随机的)值。
如图3所示,从基站2接收的无线电帧(B1,B2,...)与从基站1接收的无线电帧(A1,A2,...)的时间偏差为ΔT1,2。相似地,从基站3接收的无线电帧(C1,C2,...)与从基站1接收的无线电帧的时间偏差为ΔT1,3。时间偏差ΔT1,2和ΔT1,3不能由某一特殊的关系式定义。
时间偏差ΔT能用于各种应用。例如,在W-CDMA系统中,SFN-SFN(系统帧数)测量(等效于图3中的时间偏差)可由远程终端进行,并发送给系统,以便作为切换处理的一部分,对来自一个新基站的传送进行补偿。该补偿使由移动站(或用户装备,UE)从不同基站接收无线电帧时的时刻接近对齐。在切换期间,新的和当前基站间的时间偏差对远程终端是特定的。典型地,粗略的SFN-SFN测量(例如,码片分辨力或较差的分辨力)适合于这种应用。
在另一个应用中,时间偏差用于确定远程终端的位置。在三边测量技术中,在远程终端测量来自多个基站的传送到达时间。然后计算时间偏差,并用于推导出到该基站的距离,并依次用于确定远程终端的位置。对于这种应用,需要精确的到达时间测量,更精确的测量转换成远程终端位置的更精确的估计。例如,在1.2288Mcps的码片速率,1个码片时间分辨力等于约244米的空间分辨力。位置估计精度是测量的“空间分辨力”和基站的几何结构(相对于该移动站的位置)的函数。对于一个给定的几何结构,较好的空间分辨力可产生更佳的位置估计精度。子码片分辨力(例如,二分之一码片分辨力,四分之一,八分之一,十六分之一,等等)允许更精确的位置估计。例如,十六分之一的码片分辨力,在1.228Mcps码片速率时,等于约15米的空间分辨力。而在W-CDMA系统,码片速率为3.84Mcps,该系统能提供更精确的空间分辨率。
如上所注意的,在进行精确的到达时间测量中可遇到各种复杂问题。首先,对于在移动的远程终端,应当在极短的时间(例如,并发地)内测量所有有益基站的信号到达时间,以使减少或使由于远程终端移动引起的不利影响减少到最小。如果在不同的时间测量来自基站的传送到达时间,该测量包括相应于远程终端移动量的误差。例如,对于以每小时120公里运动的远程终端,每隔200毫秒进行一次的测量应有约12米的误差,即等于该远程终端在200毫秒的时间内移动的距离。
其次,应当这样测量到达时间,使远程终端时间基准的更新对测量精度的影响降低到最低程度。远程终端通常包括一个基准振荡器,该基准振荡器起到跟踪最“重要”的基站定时的作用。依据特殊系统的实现,最重要基站可以表示最先到达基站或最强的基站。对于可移动远程终端,指定为最重要的基站一般随远程终端在该系统附近移动而变化。这样,可将基准振荡器从当前重要的基站的时间基准调整(偏向)到新的重要基站的时间基准,以试图跟踪该新基站的定时。如果在两个或多个不同时间点测量该基站的信号到达时间,以及如果基准振荡器在这段时间周期内摆动,可能会损害到测量的精度,因为实际上它们是以不同的时间基准测得的。
远程终端的移动和基准振荡器的摆动能损害到达时间测量的精度。为了减少不利的影响,应尽可能地在极短时间内测量所有关注的基站的信号到达时间。如果达到该点,能够几乎消除对所有基站测量的类似影响。
CDMA系统中的一个远程终端常使用一个雷克接收机,以处理下行链路上一个或多个传送。雷克接收机一般包括搜索器元件和多个指处理器。该搜索器元件搜索强接收信号的情况(即多路径)。然后,分配指处理器以处理最强的多路径,为那些多路径产生解调码元。然后,将来自所有分配的指处理器的解调码元组合在一起,产生恢复的码元,该恢复的码元是该传送数据的改进的估计。雷克接收机可用于将经过多信号通路从一个或多个基站接收的能量有效地组合在一起。下面将描述该雷克接收机的一种特殊设计。
分配雷克接收机的可用指处理器,以处理来自一个或多个基站的多路径。指处理器一般分配成仅可处理来自远程终端活动组基站的多路径。在某些工作方式中(例如,休眠方式)中,雷克接收机可进行寻呼处理,或对来自基站的其他短期的传送进行处理,以确定是否有该雷克接收机的通信(并然后又返回休眠方式)。这样,指处理器通常用于处理传送,而不用于测量定时。
在许多例子中,不是将所有可用的指处理器配置成能处理在通信期间的来自活动组基站的多路径。例如,有10个指处理器可使用,但仅可将6个分配成处理来自两个动态基站的多路径。假如这样的话,4个指处理器可派作其他用途。通常不希望将指处理器分配给质量太差的多路径,因为从这些多路径来的噪声可能降低,而不是改善整个估计。
按照本发明的一个方面,未分配的指处理器用于处理和测量来自不在活动组的基站的传送到达时间。如上所注意的,多个指处理器通常能够处理多个多路径。某些可用的指处理器被分配以处理活动组中每个基站的一个或多个多路径。然后,未分配的指处理器能配分配以处理不在活动组的基站的多路径。
为了确定远程终端的位置,分配指处理器,以处理来自3个或4个基站和/或卫星的至少一个多路径。为了改善精度,已分配的指处理器可这样工作:在几乎似相同的时间内测量所有基站的信号到达时间。通过几乎并发地测量,改善了与远程终端移动和基准振荡器摆动相关的不利影响。
搜索器元件可以搜索(连续地)活动和非活动基站的多路径。可通过用各种PN偏差对数字化采样进行相关处理,并计算每个PN偏差的信号质量,就可达到该搜索的目的。然后,一个可用的指处理器可被分配以为多个基站中的每个基站发现足够强度的多路径,这些基站的数目和特殊应用所需的一样多,例如,为了位置测定,需要处理3个或4个基站或卫星的多路径。
依据要实现的特殊应用,指处理器可配置给不同类型的多路径。为了位置测定,指处理器可分配给超过特定信号质量的最先到达的多路径。对于直接视线的传送,最先到达的多路径也是最强的多路径。然而,由于在传送通路中的反射,依据多路径经受的延迟量,该多路径可建设性地或破坏性地在远程终端相加。这样,最先的多路径不必是最强的多路径。为了位置测定,通常处理最先的多路径,因为它更可能表示视线的传送(和距离)。
雷克接收机可设计成能具有用低于一个码片的时间分辨力处理所接收信号的能力。例如,某些雷克接收机设计成具有八分之一(1/8th)码片分辨力或更好的。通过以码片速率的8倍速率对所接收的信号数字化并进行处理,可以达到该目的。提高的分辨力能转换成更高精度的位置测定。为了进一步改善位置测定的精度,可用插值法从数字化采样产生具有特定的时间偏差的内插采样。然后,按与数据化采样相似的方式对该内插采样进行处理。
在一个实施例中,仅在需要测量信号到达时间(例如进行SFN-SFN测量)的时间周期内,将可用的指处理器分配给不在活动组内的基站。在另一个实施例中,将指处理器分配给长期处于非活动的基站(例如,直到该指处理器为另一个互动基站所需时为止)。长期分配允许指处理器跟踪来自基站的需要进行处理的传送定时(例如跟踪导频),这将导致改善的到达时间测量的精度。
雷克接收机通常设计成能组合来自所有分配的指处理器的解调码元。然而,因为指处理器可分配给不在活动组内的基站,以及仅可用于进行信号到达时间的测量,本发明的雷克接收机这样设计和工作,使来自非活动基站的码元不能与来自活动基站的码元相组合。
可对来自基站的各种类型的传送进行处理,以测量该信号的到达时间。例如,可对通信信道上的数据传送,导频信道上的导频,寻呼和广播信道上的消息等进行处理,以确定信号到达时间。对于某一CDMA系统(例如,W-CDMA系统),各种类型信道的传送可以是不同步的。在一个实施例中,可选择来自所有基站的一种特殊类型的信道(例如广播信道)进行处理。在另一个实施例中,分配指处理器配置,以对不同基站的不同类型的信道进行处理。将由远程终端处理的信道标识符提供给系统,然后,该系统能确定不同信道类型间的时间偏差,并适当地补偿所测的到达时间。
在一个特别适用于W-CDMA系统的特定实施例中,依据广播信道测量信号到达时间。W-CDMA标准定义(逻辑)广播控制信道,该信道映射到一个(传送)广播信道(BCH),该传送广播信道进一步映射到(物理)主要的公共控制信道(P-CCPCH)。广播控制信道是较高层信道,用于给远程终端广播消息。广播消息按P-CCPCH上的无线电帧(10毫秒)发送。按技术上已知的方式对P-CCPCH进行处理,以确定无线电帧的开始时刻,该开始时刻能用于表示基站的信号到达时间。然后,将基站间的时间偏差计算为来自这些基站的无线电帧开始时刻的差值。在上述的3G TS,25.133,25.305,和25.331文档中更详细地描述W-CDMA系统中的广播信道。
除了广播信道外,其他的传送和信道也可进行处理,以确定信号的到达时间。例如,可依据该PN偏差,处理导频基准,并测定信号的到达时间。用户特定的数据传送(在一个分配的话务信道)也可进行处理,以确定信号的到达时间。
返回参考图3,可对来自第一个基站的某一特殊信道的最先多路径进行处理,并能确定这个信道的无线电帧的开始发生在t1时刻。相似地,对第二个和第三个基站的最先多路径进行相似的处理,并也可确定这些基站的无线电帧的开始分别发生在t2和t3。虽然图3中未示出,能对第四基站的最先多路径进行处理,并为该基站确定无线电帧的开始时刻。一个或多个基站可以不在该远程终端活动组内,但是,如可供使用的话,则可给这些基站分配指处理器,用于到达时间的测量。可以达到几乎并发地进行所有基站的处理。
依据基站的所测的信号到达时间,然后可确定时间偏差。可选择一个基站(例如,具有最先到达的多路径的一个基站)作为基准基站。然后,可计算出另一个基站相对于该基准基站的时间偏差。对于图3所示的例子,第一个和第二个基站间的时间偏差可计算为(ΔT1,2=t1-t2),而第一个和第三个基站间的时间偏差可计算为(ΔT1,3=t1-t3)。
按照在3GPP 25.305,TIA/EIA/IS-801,和TIA/EIA/IS-817标准文档和在美国专利申请号09/430618中描述的技术,依据三个或四个基站和/或卫星的最先到达多路径的到达时间,能够测定远程终端的位置。该美国专利申请(09/430618)的标题为“用少量GPS卫星和同步及非同步的基站测定位置定位的方法和装置”,申请日期为1999年10月29日。这儿将这些文件和申请一起并入作参考。可由位置测定实体(PDE)或SMLC进行位置测定。PDE和SMLC可位于MSC内,位于无线电网络控制器(RNC)内,或者可以单独的。
图4是一张示图,描述依据计算的时间偏差确定远程终端的位置。在一个实施例中,指示时间偏差的SFN-SFN测量值可提供给一处可移动的开关中心(MSC),并经进一步处理,以确定远程终端的位置。MSC具有实际定时的能力和各基站的位置。然后,MSC能通过从所测的时间偏差ΔT1,2和ΔT1,3中减去这些基站的实际传送时间,确定实际(真的)的时间偏差ΔTA1,2和ΔTA1,3。接着,MSC分别确定实际时间偏差ΔTA1,2和ΔTA1,3的抛物线410a和410b。将远程终端的位置标识为两条抛物线的交点。
在另一实施例中,远程终端接收实际定时和基站位置,并依据该信息和计算的时间偏差ΔT1,2和ΔT1,3估计它的位置。然后,远程终端将自己的位置信息发送给一个或多个基站。
在下列的3个专利申请中更详细地描述了依据信号到达时间测量确定远程终端的位置。美国专利申请号为6081229,标题为“测定无线CDMA收发器位置的系统和方法”,发布日期为2000年6月27日;美国专利申请号为5970413,标题为“用一种不能用于载波电话话音信息话务通信的频率,确定CDMA蜂窝电话系统中的可移动用户的位置”,发布日期为1999年10月19日;和美国专利申请号为5859612,标题为“用带有旋转波束的天线测定CDMA蜂窝电话系统中的可移动用户位置的方法,发布日期为1999年1月12日。这些专利已转让给本发明的代理人,这儿并入作参考。
图5是一张测定远程终端位置的实施例的处理流程图,其中,将一个或多个指处理器分配给不在活动组内的一个或多个基站。最初在步骤512,识别远程终端活动组内的基站。然后在步骤514,确定需要测定远程终端位置的附加基站数量。因此,在步骤516,搜索器元件开始搜索,寻找附加基站的多路径,并在步骤518,将一个可用的指处理器分配给每个附加基站的(最先到达的)多路径。
然后在步骤522,指处理器进行工作,测量来自所有已分配的基站(即,分配有一个或多个指处理器的基站)的传送到达时间。可在几乎在相同时间内测量这些到达时间,以使由远程终端的移动和基准振荡器的摆动产生的不利影响降低到最小。接着在步骤524,依据所测的到达时间确定基站对之间的时间偏差,并在步骤526,将该时间偏差报告给该系统。然后,系统能依据所报告的时间偏差,确定远程终端的位置。
依据基准振荡器产生的时钟信号,由远程终端对各基站的多路径进行处理,该基准振荡器可以是压控振荡器(VCXO),或某一其他时钟源。通常该基准振荡器工作,以跟踪要进行处理的多个多路径中的一个多路径的定时。例如,该基准振荡器工作,以跟踪最先到达的多路径,最强的多路径,或某个其他多路径的定时。因为远程终端在通信系统附近移动,或在与多基站进行通信,或从一个重要基站切换到另一个基站,可调节基准振荡器,以跟踪新基站的定时。这样,该基准振荡可能从一个时间基准摆动到另一个时间基准。
依据来自基准振荡器的时钟信号对所接收的信号进行处理,并从而通过对该基准振荡器的调节影响到达时间的测量。如果在几乎相同的时间点对所有基站的信号到达时间进行测量,该测量相似地受时钟信号的影响。然而,在某些情况下,指处理器不能分配给所有需要测定远程终端位置的基站。假若这样,不能并发地测量信号到达时间,而某些测量需要顺序进行。按照本发明的另一个方面,如果没有指处理器可分配给不在活动组内的基站,在基准振荡器的更新之间的时间周期内,在远程终端测量这些基站的信号到达时间。这将减少由基准振荡摆动引起的,对到达时间测量的精度的不利影响。为了减少由可移动终端移动引起的不利影响,可在尽可能短的时间窗口内测量信号到达时间。
远程终端的基准振荡器通常按某一特定的更新速率(例如,某一特定设计的每200毫秒更新一次)更新。在每次更新时,一个特定控制值提供给基准振荡器,以使它朝重要基站的定时方向移动。然后,该基准振荡器依据特殊(例如,RC)响应特性从当前状态移到最终的状态。在下一次更新时,提供另一个控制值,该基准振荡再一次按相似的方式移动。
如果信号到达时间这样测量,一部分测量是在基准振荡器更新前进行的,而另一部分测量是在更新后进行的,基准振荡器的摆动有害地影响到测量的精度。为了减少摆动的影响,在基准振荡器更新之间测量关注的所有基站的信号到达时间。在更新后的某一特定时间周期,tDELAY,也可测量信号到达时间,以允许基准振荡有一段时间设置到最终值。可依据基准振荡的特殊设计选择该延迟周期tDELAY,并且可以这样选择,在该延迟周期内,基准振荡器达到一个特定的值(例如,最终值的90%)。在延迟周期tDELAY过去后,能按各种方式测量信号到达时间。
在一个实施例中,搜索器元件用于测量不在活动组内的基站的信号到达时间。最初,搜索器元件处理所接收的信号,并搜索最强的多路径。可通过以各种PN偏差搜索接收信号中的导频来达到该目的。然后,可完成一张非活动基站的潜在导频列表。该列表包括超过特定信号质量的识别的导频。
为了测量信号到达时间,搜索器元件可同步到列表中的每个导频。因为导频的PN偏差是预先确定的,搜索器元件可在更短的时间周期内同步于该导频,因为自从被最后处理以来,该时间周期可以部分地由导频中的移动量分配。对每个同步的导频,搜索器元件测量信号到达时间。在几乎相同的时间,已分配的指处理器也进行其他基站(在活动组)的信号到达时间的测量。再次在尽可能短的时间周期内对关注的所有基站的信号到达时间进行测量,以使远程终端移动(即便要)的影响减少到最小。按上述的方式顺序地对来自搜索器元件和指处理器的所测的到达时间进行处理。
可以安排由搜索器元件进行信号到达时间的测量。在基准振荡器的更新间的时间周期内,可顺序地对多个基站的信号到达时间进行测量。例如,可按能提供良好结果的某一特定次序对来自这些基站的导频进行处理。
可以遍历该潜在的导频列表,以能顺序处理来自不同基站的导频。在一个实施中,顺序地对每个基站的最先到达导频进行处理。例如,先处理第一个基站的最先到达的导频,接着处理第二个基站的最先到达的导频,等等。在另一个实施中,顺序地处理每个基站的信号质量最佳的导频。例如,先处理第一个基站的(最佳的信号质量)导频,接着处理第二个基站的(最佳信号质量)导频,等等。也可以设想不同的处理次序,并都在本发明的范畴内。
如上所述,可由搜索器元件依据导频测量信号到达时间。替代地,通过处理无线电帧能测量信号到达时间。在另一个实施例中,一个或多个先前分配的指处理器用于(临时)测量不在活动组内的基站的信号到达时间。可以选择分配给动态基站的最低信号质量多路径的指处理器,进行重新分配。指处理器重新分配,以测量该信号到达时间所需的时间周期,并因此能返回到活动基站。重新分配的指处理器能按上述相似的方式对非活动基站的信号到达时间进行测量。
图6是用于确定远程终端位置的处理的实施例流程框图,其中,没有指处理器可用于分配给不在活动组内的基站。最初在步骤612,识别活动组远程终端内的基站。接着在步骤614,确定需要进行处理以确定远程终端位置的附加基站的数量。因此,经过两条处理路径为各基站测定信号到达时间。
在一条处理路径中,在步骤632,搜集附加基站的潜在导频列表。接着在步骤634,从该列表中选择未处理的附加基站的导频。该选择的导频可能是该附加基站最先的多路径。在步骤636,测量(例如,使用搜索器元件或重新分配的指处理器)来自该附加基站的传送到达时间。接着在步骤638,判别是否已经处理完所有的附加基站。如果未处理完,处理过程返回到步骤634,选择另一个附加基站的另一个导频进行处理。否则,处理过程进行到步骤642。
在另一条处理路径中,在步骤626,对分配有一个或多个指处理器的基站的信号到达时间进行测量。几乎并发地,并也可在或接近在对附加基站的信号到达时间进行测量的时刻,测量各动态基站的信号到达时间。然后处理过程继续到步骤642。
接着在步骤642,依据所测的信号到达时间,确定基站对间的时间偏差,并在步骤644,将该时间偏差报告给系统。然后,该系统依据该时间偏差确定远程终端的位置。
按照本发明的又一个方面,用混合方案确定远程终端的位置,借此,在极短时间内的进行测量和/或用可用的(未分配的)指处理器,为一个或多个基站,和一颗或多颗GPS卫星测量信号到达时间。GPS卫星的信号到达时间的测量通常需要清晰的视线内的卫星。这样,GPS卫星的使用一般限于户外使用情况,只能用于没有障碍物的场合;并且一般不适用于建筑物内的应用和存在例如树或建筑等障碍物的地方。然而,GPS具有广阔的覆盖范围,并且实际上任何地方都能(大概地)接收到四颗或更多颗GPS卫星。相反,基站普遍位于居住区,但是信号能够穿透某些建筑和其他障碍物。这样,基站能方便地用于测定城市间及(潜在地)建筑物间的位置。按照在前述的3GPP 25.305,TIA/EIA/IS-801,和TIA/EIA/IS-817标准文档和专利申请号09/430618中描述的技术能够实现位置的测定。
按照该混合方案,每个基站和每颗GPS卫星表示一个传送节点。为了测定远程终端的位置,对来自3个或更多个(非空间对齐的)节点(基站和/或卫星)的传送进行处理。第四个节点可用于提供高度,并也可提供改进的精度(即减少在测量到达时间中的不确定性)。为该传送节点测定信号到达时间,并且该信号到达时间能用于计算伪距,然后,该伪距能用于(例如,经过三边测量技术)确定远程终端的位置。如果在相同时间或在几乎相同时间内进行测量,可以减少由上述的摆动和移动性引起的不利影响。
快速和精确地测定远程终端位置的能力可方便地用于各种应用中。在一个应用中,在某些场合(例如紧急情况,在911呼叫时),远程终端的位置能自动地报告给系统。在另一个应用中,能够探知远程终端的位置(例如,重新恢复失去的远程终端)。依据接收的一个要定位远程终端的请求,发送一条信息,命令该远程终端进行必需的测量。还在另一个应用中,远程终端的位置能用于提供更多的相关信息。例如,如果用户失踪了,可以探知该远程终端的位置,并且该位置用于提供来自该位置的方向。作为另一个例子,如果一个用户需要搜索一个意大利的餐馆,能够测该远程终端的位置,并且该位置能用于寻找最近的意大利餐馆。这种功能也可用于定位,例如最近的加油站,餐馆,超市,休闲处等等。
图7是一张雷克接收机700实施例的框图,该雷克接收机可用于接收和解调来自多个基站的传送。雷克接收机700能用于实现图2的解调器234。由接收机232对来自一个或多个基站的一个或多个RF调制信号进行处理和数字化,产生(IIN)和正交(QIN)采样,并然后提供给雷克接收机700。在一个典型实施中,以该接收信号的采样速率fs对所接收的信号进行采样,该采样速率fs高于码片速率fc。例如,IS-95 CDMA系统的码片速率可以为fc=1.2288Mcps(或W-CDMA系统,3.84Mcps),但是其采样速率可是,例如,码片速率的8倍(即,8×码片速率),16倍(即,16×码片速率),32倍(即32×码片速率),或其他倍数。较高的采样速率允许在多路径上放大时进行更细的定时调节。
如图7所示,来自接收机232的数字化采样IIN和QIN提供给多个指处理器710a到710k。在每个分配的指处理器710内,IIN和QIN采样提供给一个PN解扩展器720,该解扩展器720也接收一个(复数)PN序列。该复数PN序列是按照要实现的特定的CDMA系统设计产生的,以及对于某些CDMA系统,是由PN序列乘以短序列IIN和QIN产生的。在IS-95 CDMA系统,短序列PN用于扩展在发送基站的数据,而长序列PN分配给接收的远程终端,并用于加扰数据。用相应于由该指处理器处理的特殊多路径的时间偏差产生该复数PN序列。
PN解扩展器720进行复数IIN和QIN采样与复数PN序列的复数乘法运算,并给去覆盖元件722和732提供复数解扩展的IDES和QDES采样。去覆盖元件722用一个或多个信道化码(例如,沃尔什(Walsh)或OVSF码)对解扩展的采样进行去覆盖(decovers)并产生复数的去覆盖采样,该信道化码是用于覆盖数据。然后,该去覆盖采样提供给码元累加器724,累加整个信道化码长度内的采样,产生去覆盖的码元。然后,该去覆盖码元提供给导频解调器726。
对于下行链路,与其他数据的传送一起,通常发送一个导频基准。依据所实现的特定CDMA标准,用时分多路(TDM)或码分多路(CDM)可发送该导频基准。在任一种情况,通常用某一特殊信道化码的信道化(channelize)该导频。这样,去覆盖元件732用该特殊的信道化码(例如IS-95CDMA系统的沃尔什码0)对解扩展的采样进行去覆盖。该特殊的信道化码用于覆盖基站上的导频基准。然后,去覆盖的导频采样提供给累加器734,并累加一段特定的时间间隔,产生导频码元。该累加时间间隔可以是该导频信道化码的持续时间,整个导频基准周期,或某段其他的时间间隔。然后,该导频码元提供给导频滤波器736,并用于产生提供给导频解调器726的导频估计。该导频估计是对当数据存在时的时间周期估计或预计的导频码元。
导频解调器726用来自导频滤波器736的导频估计对来自码元累加器724的去覆盖码元进行相干解调,并将解调的码元提供给码元组合器740。可通过按技术上已知的方式求该去覆盖码元与该导频估计的点积和叉积,实现相干解调。码元组合器740接收并相干组合来自分配给活动基站的指处理器710的解调码元,提供恢复的码元,然后将该恢复的码元提供给顺序处理元件。
搜索器元件712能设计成包含有一个PN解扩展器和一个PN发生器。PN发生器以各种如同由控制器240分配的时间间隔,在搜索最强多路径时产生复数PN序列。对于要搜索的每个时间偏差,PN解扩展器用复数PN序列以特定时间偏差接收并解扩展IIN和QIN采样,提供解扩展的采样。然后,信号质量估计器750评估该解扩展采样的质量。通过计算每个解扩展采样(即IDES2+QDES2)的能量并累加该能量达一段特定时间周期(例如导频基准周期)能达到该目的。搜索器元件按许多个时间偏差进行搜索,并选择具有最高信号质量测量的多路径。然后分配可用的指处理器710处理这些多路径。
在美国专利申请号5764687,标题为“MOBILE DEMODULATOR ARCHITECTUREFOR A SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM”和美国专利申请号5490165,标题为“DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENT IN A SYSTEMCAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS”中更详细细地描述了CDMA系统雷克接收机的设计和工作原理。这两个专利已转让给本发明的代理人。这儿并入一起作参考。
图7示出一种雷克接收机的特殊设计。同样可使用其他的雷克接收机结构和实施,并都在本发明的范畴内。例如,在另一种雷克接收机设计中,将采样储存在缓冲器内,并稍后以不同的时间偏差对采样片段进行检索和处理。在这种设计中,能实现的指处理器的数量受该雷克接收机的处理速度的限制。也可能构想其他的雷克接收机设计,并都在本发明的范畴内。
图7也示出用于为雷克接收机700的元件产生时钟信号的线路。锁相环(PLL)762接收重要基站的导频估计,确定所接收导频的相位,并产生一个控制信号。以特定的更新速率(例如,每200毫秒或每一其他时间周期一次)更新该控制信号。时钟发生器764包括基准振荡器。该基准振荡器从PLL762接收控制信号,并相应地调整它的频率,以跟踪该导频的相位。然后,时钟发生器764依据基准振荡器产生一个时钟信号,并将该时钟信号提供给雷克接收机700内的各种元件。
这儿介绍的处理单元(例如,雷克接收机,解码器,控制器和其他器件)可按各种方式实现。例如,可用专用集成电路(ASIC),数字信号处理器,微控制器,微处理器,或设计成能执行这儿所介绍的功能的其他电子线路,实现这些处理单元中的每个处理单元。这些处理单元也可集成在一个或多个集成电路内。同样地,也可用能执行指令码并能达到这儿所介绍功能的通用的或特定设计的处理器实现这些处理单元。这样,这儿所介绍的处理单元可用硬件,软件,或软硬件组合来实现。
提供了上述的较佳实施例,使任何技术熟练的人员能制作或使用本发明。那些技术熟练人员极易理解对这些实施例的各种修改,并不需要使用发明的才能,就能将这儿所介绍的一般原理应用到其他实施例。这样,本发明不倾向受这儿所示的实施例的限制,而是符合于与这儿所介绍的原理和新颖功能一致的最广泛的范畴。
Claims (21)
1、一种测定通信系统中的远程终端位置的方法,其特征在于,所述方法包括:
识别与所述远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站;
给所述第一组的每个基站分配雷克接收机的至少一个指处理器;
识别未与所述远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站;
给第二组中的至少一个基站分配一个可供使用的指处理器;
对分配有至少一个指处理器的每个基站执行时间测量,其中所述时间测量包括:
对所述基站的多路径进行处理,以获得采样,及
对所述采样进行处理,以对特定发送确定一个无线电帧的开始;及
提供表示时间测量的输出,所述时间测量是为分配有指处理器的基站获得的。
2、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述时间测量表示来自所述第一和第二组的所述基站的传送到达时间。
3、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述时间测量符合按照W-CDMA标准的对已分配指处理器的基站的SFN-SFN测量。
4、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述已分配的基站的所述时间测量是在几乎相同的时刻进行的。
5、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:
依据所述时间测量,确定已分配指处理器的基站对之间的时间偏差,
其中,所述输出表示所述确定的时间偏差。
6、按照权利要求5所述的方法,其特征在于,进一步包括:
依据所述确定的时间偏差,确定所述远程终端的所述位置。
7、按照权利要求6所述的方法,其特征在于,所述远程终端的所述位置是用三边测量技术测定的。
8、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述每个已分配指处理器的基站的时间测量是基于对所述基站接收的最先到达的多路径。
9、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述已分配指处理器的基站的时间测量是基于特定信道上的传送进行的。
10、按照权利要求9所述的方法,其特征在于,所述特定信道是广播信道。
11、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述已分配指处理器的基站的时间测量是基于由所述基站发送的导频基准进行的。
12、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述时间测量是对至少3个基站或卫星进行的。
13、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,用八分之一码片的或更精细的分辨力来确定所述时间测量。
14、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,用内插法进行所述时间测量,以改善分辨力。
15、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通信系统符合W-CDMA标准。
16、确定通信系统内一个远程终端位置的一种方法,其特征在于,所述方法包括:
识别与所述远程终端活动通信的第一组的一个或多个基站;
给所述第一组的每个基站分配雷克接收机的至少一个指处理器;
用一个分配的指处理器,为所述第一组的每个基站进行时间测量;
识别未与所述远程终端活动通信的第二组的一个或多个基站;
用一个或多个处理元件为所述第二组的每个基站进行时间测量,及
其中,对所述第一组和第二组的基站的时间测量是在基准时钟的控制信号更新之间进行的,所述基准时钟用于进行所述时间测量,并且至少一个所述时间测量包括以下步骤:
对所述基站的多路径进行处理,以获得采样,及
对所述采样进行处理,以对特定发送确定一个无线电帧的开始,
其中该时间测量表示所述无线电帧的开始。
17、按照权利要求16所述的方法,其特征在于,所述时间测量表示来自所述第一组和第二组内的所述基站的传送到达时间。
18、按照权利要求16所述的方法,其特征在于,所述第二组内的所述基站的所述时间测量是基于由所述基站发送的导频基准进行的。
19、按照权利要求16所述的方法,其特征在于,用一个搜索器元件进行所述第二组内的所述基站的所述时间测量。
20、按照权利要求16所述的方法,其特征在于,顺序地对所述第二组内的所述基站进行所述时间测量。
21、按照权利要求16所述的方法,其特征在于,从所述控制信号更新以来的某一特定延迟周期后,进行所述第二组内的所述基站的所述时间测量。
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