CN1272268A - 无线通信系统中校正测量的往返行程延迟时间的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

利用通过上行链路通信信号路径(130—132)接收上行链路通信信号(119)和确定哪个射束曾被远端单元(113)利用在时间上对准上行链路通信信号(119)进行在通信系统(100)中往返行程延迟的校正。具体地,基站(101)分析上行链路通信信号(119)和预测远端单元(113)利用作为时间对准的射束。一旦基站(101)已经确定远端单元(113)利用在时间上对准的射束,基站(101)精确地校正往返行程延迟的任何计算。

Description

无线通信系统中校正测量的往返 行程延迟时间的方法和设备
本发明一般涉及无线通信系统，更具体地涉及在无线通信系统中确定往返行程延迟时间的方法和设备。
众所周知，在无线通信系统中远端单元的位置可用利用三边测量确定。按照这样一种方法，该远端单元与多个基站之间的距离可以根据该远端单元与每个基站之间信号传输的时间延迟(往返行程延迟)进行计算。这种用于计算远端单元位置的现有技术方法描述在授予Ghosh等人、名称为“Method and Apparatus for LocationFinding in a CDMA System”的美国专利5508708中，并援引于此以资参考。正如由Ghosh等人所描述那样，当要求远端单元的位置时，分析从远端单元发射到多个基站的上行链路信号，在每个基站确定往返行程延迟。从这些延迟中，计算出从每个基站到该远端单元的距离，并确定该远端单元的位置。
在蜂窝环境下，接收的信号经受多径散射。换言之，由基站/远端单元发射的信号在被接收机接收前经受多次反射，这些反射引起将被接收机随着非反射(或“即时”)分量接收的发射信号的“回波”(或考贝)。一般，这些回波有不同幅度和不同时间延迟，和因此使得所接收的信号实际上由多个信号组成(真实信号和它的各回波)，每个信号具有不同的幅度、到达角、和时间延迟。在含有电子工业协会/电信工业协会暂行标准95A(IS-95A)的接收机中，分离多径接收机利用单独的分离多径“分支(finger)”来锁住接收信号的若干多径射束的每个。该接收机组合各分支的输出到一起，形成解调的信息流，该信息流然后被解码恢复所发射的数据。分离多径接收机内的“搜索器”(或搜索处理器)对于每个分支将具有时间偏移和导频功率的知识。一般涉及三角定位，确定即时或至少最早射束的三角延迟将产生最精确的位置预测。
按照IS-95A，要求远端单元的上行链路信号的发射要在检测到的第一射束的±1μs(微秒)内。为此，假设在远端单元位置可利用的计算的传播延迟时间将偏差出远端单元发射的即时射束±1μs。遗憾的是，存在着远端单元不能分辨即时射束的情况。例如，即时射束在幅度上可能被衰减，或可能在时间上非常接近后面的射束以致于接收机无法分辨即时射束。一般地，IS-95A分离多径接收机不能分离时间接近一个码片时间(约800ns)的射束。为此，远端单元可能舍弃对即时射束的时间对准，产生将引入到往返行程延迟时间确定的误差，这会导致远端单元位置(利用三角法)的不精确的确定。因此，需要有一种根据即时射束的接收确定远端单元是否不能调整它的发射的方法和设备，从而补偿测量的往返行程延迟。
图1是按照本发明的优选实施例的通信系统的方框图；
图2和图3表示已经受多径散射的信号的接收；
图4是按照本发明的优选实施例的通信系统的图1中的基站的方框图；
图5是表示按照本发明的优选实施例的通信系统的图1中的基站的操作的方法的流程图。
一般来说，在通信系统中往返行程延迟的校正是通过在上行链路通信信号路径上接收一个上行链路通信信号和确定哪个是在时间上对准上行链路通信信号的被远端单元利用的射束。特别地，基站分析上行通信信号并预测远端单元用于进行时间上对准的射束。一旦基站确定了远端单元利用的在时间上对准的射束，则基站精确地校正往返行程延迟的任何计算。通过去掉由远端单元不能对即时射束时间对准引起的误差，改善往返行程延迟时间的确定，导致更精确地远端单元位置的确定(经三角法)。
本发明包括一种校正测量的无线通信中的发射信号的往返行程延迟时间的方法。该方法包含发射第一信号到远端单元和从远端单元接收第二信号的步骤。在远端单元中响应于第一信号的接收发射第二信号(正经受多径散射的)。接下来，计算往返行程延迟时间和计算往返行程延迟时间的校正因子。在本发明的优选实施例中，校正因子基于即时射束的到达时间和具有功率级别高于某功率阈值的第一射束的到达时间。最后，往返行程延迟时间基于该校正因子进行校正。
本发明附加地包括一种校正测量的无线通信中的发射信号的往返行程延迟时间的方法。该方法包括接收具有经受多径散射的信号；对即时射束确定到达时间(T1)；对具有功率级别高于某功率阈值的第一射束确定到达时间(T2)；确定具有功率级别高于某功率阈值的第一射束和在时间上最接近具有功率级别高于某功率阈值的第一射束的接收的射束之间时间偏差(dt)；基于即时射束的到达时间、具有功率级别高于该功率阈值的第一射束的到达时间、和具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近具有功率级别高于功率阈值的第一射束接收的射束之间时间偏差确定校正因子；和基于校正因子校正往返行程延迟时间的各步骤。
最后，本发明包括在无线通信系统中校正测量的往返行程延迟时间设备。该设备包括输出接收信号的多径特性的多径识别器；具有作为输入的接收信号的多径特性和输出校正因子的逻辑单元，该校正因子基于即时射束的到达时间、具有功率级别高于某功率阈值的第一射束的到达时间、具有功率级别高于某功率阈值的第一射束和在时间上最接近第一射束接收的射束之间的时间偏差。该设备附加地包括定位装置，该装置具有作为输入的校正因子，和输出经校正的往返行程延迟。
参照相同部件由相同标号表示的图1-5，可以对本发明更全面地描述。图1是按照本发明的优选实施例的通信系统的方框图。无线通信系统100最好是利用码分多址(CDMA)系统协议的蜂窝通信系统，但是本发明的通信系统100的可替代的实施例可以利用任何模拟或数字的系统协议，诸如，但并不限于，高级移动电话业务(AMPS)协议、全球移动通信系统(GSM)协议、个人数字蜂窝(PDC)协议、或美国数字蜂窝(USDC)协议。通信系统100包括基站101(具有接收机151和发射机152)、远端单元113、集中基站控制器(CBSC)160、和移动交换中心(MSC)165。基站101具有馈送各个独立分离多径(rake)输入的公共RF前端(未示出)。如图所示，具有接收机151和发射机152的远端单元113通过上行通信信号路径130-132经上行链路119与基站101进行通信，基站101经下行链路通信路径140-142利用下行链路通信信号116与通信单元113进行通信。在TIA/EIA暂行标准IS-95中详细地描述了利用CDMA系统协议的的通信系统，该暂行标准援引于此以资参考。
按照本发明的优选实施例的通信系统100的操作进行如下：通过下行链路通信路径140-142的经受多径衰落的下行通信信号116在远端单元113作为信号118被接收，路径140代表直接(即时)路径和141与142代表回波路径。远端单元113利用分离多径接收机161锁定在下行链路上的若干个多径射束上。在IS-95中，用户单元将锁定在多达3个射束上。接收机将若干分离多径分支组合在一起，形成然后被解码来恢复所发射的数据的解调信息流。分离多径接收机161内的搜索器将具有对每个信号路径的时间偏差和导频功率和分配分离多径分支接收到各通信信号路径上的各个信号的知识。在本发明的优选实施例(利用IS-95A)中，要求上行链路信号的远端单元的发射在检测到的第一射束的±1μs(微秒)内。一旦接收的下行链路通信信号118已被正确地组合和解码，远端单元113确定用于上行通信信号119的发射的适当的时间。具体地，在本发明的优选实施例中，按照IS-95A的6.1.5.1节的要求，通过对被用于解调的最早到达的射束跟踪时间基准，进行远端单元113的时间对准。接下来，基站101通过上行链路通信信号路径130-132接收所发射的上行链路通信信号119作为信号121，和确定哪个射束在对准上行链路通信信号119曾被远端单元113及时利用。具体地，存在着远端单元113不能分辨即时射束的状态。如上所述，即时射束可能在幅度上被衰减，或可能在时间上太接近后来的射束，以至于接收机无法分辨这两个射束。为此，远端单元可能没有时间对准即时射束，产生将引入到往返行程延迟的任何确定的误差。在本发明的优选实施例中，基站101分析接收的上行链路通信信号121和预测远端单元113利用作为时间对准的射束。(基站101分析的进一步细节将在下面参照图2描述)。一旦基站101已经确定了远端单元113用于时间对准的射束，基站101精确地校正任何往返行程延迟的计算。
图2表示下行链路和上行链路通信信号116和119分别通过通信信号路径140-142和130-132的传输。显然，延迟轮廓表示分别通过路径140和130的最早射束(即时射束)201和207在功率上大大低于分别通过路径141和131的最大射束203和209。如果远端单元113不能分辨即时射束201，(与射束203同步)，基站101将过高评价利用Tb′-Ta′(接收射束207和209之间的时间间隔，该间隔等于射束201和203之间的时间间隔)的往返行程延时的任何计算。在本发明的优选实施例中，基站101分析上行链路通信信号121和假设上行链路通信信号121的平均功率延迟轮廓将类似于下行链路通信信号118的功率延迟轮廓。此外，因为在基站101中实现时，分离多径接收机的大小和重量限制是不太苛刻的，所以本发明的优选实施例中，基站101使用较复杂的分离多径接收机，导致在分辨低功率并在时间上接近的各射束上有较好的能力。在本发明的优选实施例中，基站101利用两个分离多径接收机，一个使用搜索和分支分配，方法类似于远端单元的，第二分离多径接收机用来超分辨方法，如在作者为L.Dumont，M.Fattouche，名称为“Super-resolutionof multi-path channels in a spread spectrum location system”的文章(Electronic Letters 15th September，Vol.30，No.19；)中描述。超分辨方法计算哪个用户对于时间基准可能具有理想的作为，而较简单的接收机将计算用户实际对时间基准的作用。
在本发明的优选实施例中，基站101分析射束207-211和估算远端单元113在同步中利用的特定射束201-205。具体地，基站101确定(1)在图2中，等于Ta′的即时射束的到达时间(T1)；(2)在图2中，具有功率级别高于功率阈值的第一射束(及时第一接收的)的等于Tb′的到达时间(T2)；(3)具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近具有功率级别高于功率阈值的第一射束接收的射束之间的时间偏差(dt)；和(4)往返行程延迟时间的校正。例如，参照图2，基站101确定(1)即时射束是射束207；(2)射束209是具有功率级别高于功率阈值的第一射束；和(3)dt是具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近的射束(射束207)之间的时间偏差。在本发明的优选实施例中，功率阈值被设置为对应于约-22dB的导频Ec/Io，因为一般用户将不能捕获低于-25dB的射束，正如IS-98的9.2节“Recommended MinimumPerformance Standards for Dual-Mode Wideband Speard SpectrumCellular Mobile Stations”所指出的。
从分析上行链路功率延迟轮廓获得的信息，基站101预测时间上的校正，补偿远端单元同步到非即时射束。参照图2，基站101通过从观测到的往返行程传播时间减去Tb′-Ta′，补偿同步到错误的射束的远端单元113。换言之，基站101分析接收的上行链路通信信号121的多径散射特性和用即时射束207与具有功率级别高于阈值的第一射束(射束209)之间的时间差(T1-T2)校正基站101与远端单元113之间往返行程延迟的任何计算。通过消除由远端单元113到即时射束的错误对准引起的误差，改善了往返行程延迟时间的确定，导致更精确的远端单元位置的确定(利用三角法)。
如上所述，除了远端单元113不能分辨低功率射束，由于另外的射束在时间上接近而被接收，远端单元113可能无法分辨射束。这种情况如图3所示。如图3所示，射束303和305由基站101在时间上非常接近地接收，如果由远端单元113按类似的方法进行接收，可能不能被远端单元113分辨。这种情况一般被称为“胖”分支，因为远端单元113无法分辨射束303和305将引起两个射束作为一个的“胖”射束出现。此外，远端单元113将同步到这两个射束之间的一个时间点上。为此，在本发明的优选实施例中，基站101还将dt与一个时间阈值比较，如果dt低于该阈值，则精确地补偿往返行程延迟的任何预测。
参照图3，基站101将确定dt＝Tc′-Tb′，如果dt低于该时间阈值，则基站101假设远端单元113实际上利用同步的射束303和305之间的一个时间点。在本发明的优选实施例中，如果dt被确定为低于该时间阈值，则基站101假设远端单元113同步到射束303和305之间的1/2距离的时间点(Tb′+[(Tc′-Tb′)/2])上。用户同步到其上的实际时间点将依赖于该用户设备制造者已采用的方法。一般地，人们希望匹配用户同步算法与基站利用的算法。这可能包含各种方法，诸如将射束的相对功率予以考虑，例如，同步到等于Tc-[P1/(P1+P2)/](Tc-Tb)的时间点上，其中使用相对于功率的线性加权。一旦基站101确定由远端单元113在同步期间所利用的时间点，基站101预测时间上的校正来补偿往返行程延迟的任何估算。参照图3，基站101通过从观测到的往返传播时间减去[Tb′+(Tc′-Tb′)/2]-Ta′对同步到错误射束上的远端单元113进行补偿。
图4是在按照本发明的优选实施例的图1的基站的方框图。基站101包括去扩频器401、多径识别器403、逻辑单元405、和定位装置407。基站101的操作按如下进行：信号121进入去扩频器401。如上所述，信号121包含编码的(扩频的)信号，该信号通过信号通信路径130-132经受多径散射。去扩频器401去扩频信号121，形成包含代表信号121的去扩频的PSK信号的信号402。在本发明的优选实施例中，信号402是利用适当的去扩频码(伪噪声(PN)码、沃尔什码和任何所呈现的数据)从信号121中剥离扩频码，去扩频信号121。
然后，信号402被输入到多径识别器403。多径识别器403确定信号121的多径特性，该特性是从即时信号和各种回波的相关峰值表现出的。这些多径特性包括，但不限于，对于每个信号的相关峰值之间的各时间延迟和相应的幅度和相位。在通信系统中多径分量识别的一般背景技术参照作者为Turin、发表在出版物Proceedings ofthe IEEE，Vol.68，No.3，March 1980上、名称为“Introduction toSpead-Spectrum Antimultipath Technques and Their Application toUrban Digital Radio”的文章。多径特性404被从多径识别器403输出和进入逻辑单元405。逻辑单元405利用多径特性404对远端单元113与基站101之间的往返行程延迟进行校正。然后该校正因子被输出到定位装置407和被用于精确地补偿观测的往返行程传播时间。在本发明的优选实施例中，远端单元113的位置按照在Ghosh等人描述的方法进行确定。
图5是表示按照本发明的优选实施例的图1的基站操作的流程图。在步骤501，在基站101作为信号121接收经受多径散射的通信信号119和输入到去扩频器401。在步骤503，去扩频器401去扩频信号121，形成包含代表信号121的去扩频信号的信号402。如上所述，在本发明的优选实施例中，信号402是利用适当的去扩频码(伪噪声(PN)码)从信号121中剥离扩频信号和数据调制而由去扩频信号121形成的。
接下来，在下一步505，信号402于是被输入到多径识别器403，在该识别器中确定信号121的多径特性，这些特性是由于各种回波的相关峰值形成的。如上所述，这些多径特性包括，但不限于，回波信号的相关峰值之间的时间延迟和相应幅度和相位。在步骤507，来自多径识别器403的多径特性404被输出和输入到逻辑单元405。逻辑单元405利用多径特性404得到对远端单元113和基站101之间的往返行程延迟的校正。具体地，在步骤509，逻辑单元405确定(1)即时射束的到达时间(T1)；(2)具有功率高于功率阈值的第一射束的到达时间(T2)；(3)具有功率高于功率阈值的第一射束和与第一射束在时间上最近接收的射束之间的时间偏差(dt)。
接下来，在步骤511，逻辑单元405确定是否即时射束高于功率阈值，如果是，则逻辑流程到达步骤520，在该步骤确定dt是否高于时间阈值。如上所述，dt低于时间阈值将引起来自远端单元113的两个射束作为一个信号出现的“胖”射束，使得远端单元113同步到该两个射束之间的一个时间点上。为此，如果dt低于阈值，逻辑单元405假设远端单元113实际利用在两个射束之间的一个时间点和校正因子被设置在dt/2(步骤522)，否则校正因子被设置在0(步骤530)。返回到步骤511，如果逻辑单元405确定即时射束不高于阈值，则逻辑流程继续到步骤535，在该步骤逻辑单元405确定dt是否高于时间阈值。如果在步骤535逻辑单元确定dt高于时间阈值，则逻辑流程继续到步骤545，在该步骤校正因子被设置在T2-T1，否则逻辑流程继续到步骤540，在步骤校正因子被设置在T2+dt/2-T1。
一旦逻辑单元405确定校正因子以补偿往返行程延迟的任何估算，校正因子被传送到校正装置407，用于通过从观测到的往返行程传播时间减去校正因子来补偿同步到错误的射束的远端单元113。通过去掉由远端单元113无法时间对准即时射束引起的误差，改善了往返行程延迟时间的确定，导致远端单元位置的更精确的确定(经三角法)。
虽然已经参照具体实施例对本发明进行了具体地表示和描述，但对于本专业的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，从形式和细节上作出各种改变是显然的，和我们认为任何这种改变都将落入下面的权利要求书中。

Claims (11)

1.一种用于校正测量的无线通信中发射信号的往返行程延迟时间的方法，该方法包括以下步骤：
发射第一信号到远端单元；
从该远端单元接收第二信号，该第二信号是响应在远端单元接收的第一信号而发射的；该第二信号在被接收前附加地经受多径散射；
计算往返行程延迟时间，该往返行程延迟时间基本上等于第一信号的发射和第二信号的接收之间的时间；
确定在往返行程延迟时间中的校正因子，其中校正因子基于远端单元同步到的时间点和远端单元应该已经同步到的时间点的估算；和
基于该校正因子校正往返行程延迟时间。
2.权利要求1的方法，其中确定在往返行程延迟时间中的校正因子的步骤还包括基于从远端单元发射的接收射束的功率级别和时间特性确定校正因子的步骤。
3.权利要求1的方法，其中确定在往返行程延迟时间中的校正因子的步骤还包括基于具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近具有功率级别高于功率阈值的第一射束的接收的射束之间的时间偏差(dt)确定校正因子的步骤。
4.权利要求1的方法，其中从远端单元接收第二信号的步骤包括利用分离多径接收机接收第二信号的步骤。
5.权利要求1的方法，其中确定在往返行程延迟时间中的校正因子的步骤还包括基于即时射束和具有功率级别高于功率阈值的第一射束之间的时间差确定在往返行程延迟时间中的校正因子的步骤。
6.一种用于校正测量的无线通信中发射信号的往返行程延迟时间的方法，该方法包括以下步骤：
接收正在经受多径散射的信号；
对即时射束确定到达时间(T1)；
对具有功率级别高于功率阈值的第一射束确定到达时间(T2)；
确定具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近第一射束的一个射束之间的时间偏差(dt)；
基于即时射束的到达时间、具有功率级别高于功率阈值的第一射束的到达时间、和具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近第一射束的射束之间的时间偏差确定校正因子；和
基于该校正因子校正往返行程延迟时间。
7.权利要求6的方法，其中确定校正因子的步骤还包括确定校正因子基本上等于T1+dt/2。
8.权利要求6的方法，其中确定校正因子的步骤还包括确定校正因子基本上等于T2-T1。
9.权利要求6的方法，其中确定校正因子的步骤还包括确定校正因子基本上等于T1+dt/2-T1。
10.权利要求6的方法，其中接收的步骤包括利用分离多径接收机接收的步骤。
11.一种用于校正测量的无线通信中发射信号的往返行程延迟时间的设备，该设备包括：
输出接收信号的多径特性的多径识别器；
以接收信号的多径特性为输入和输出校正因子的逻辑单元，该校正因子基于即时射束的到达时间、具有功率级别高于功率阈值的第一射束的到达时间、和具有功率级别高于功率阈值的第一射束和在时间上最接近该第一射束接收的射束之间的时间差；和
具有校正因子为输入和输出经校正的往返行程延迟的定位装置。
CN98809683A 1997-09-30 1998-09-28 无线通信系统中校正测量的往返行程延迟时间的方法和设备 Pending CN1272268A (zh)

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US08/941,783 US5974057A (en) 1997-09-30 1997-09-30 Method and apparatus for correcting a measured round-trip delay time in a wireless communication system
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CN98809683A Pending CN1272268A (zh) 1997-09-30 1998-09-28 无线通信系统中校正测量的往返行程延迟时间的方法和设备

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