CZ2000959A3 - Způsob synchronizace časování první základnové stanice s referenční základnovou stanicí - Google Patents

Abstract

Podřízená základnová stanice (64) dosahuje synchronizace s referenční základnovou stanicí (62) zprávami, vysílanými a přijímanými mobilní stanicí (60) v oblasti měkkého předávání mezi referenční základnovou stanicí (62) a podřízenou základnovou stanicí (64). Nejprve se vypočítává apoždění vratné dráhymezi mobilní stanicí (60) a referenční základnovou stanicí (62). Jakmile mobilní stanice (60), získá signál z prostředí základnové stanice (64), měn rozdíl mezi dobou, kterou signálu trvá cesta z referenční základnové stanice (62) na mobilní stanici (60), a dobou, kterou trvá signálu cesta z podřízené základnové stanice (64) na mobilní stanice (60). Podřízenou základnovou stanicí (64) se měří časový rozdíl mezi okamžikem příjmu signálu zpětného spojení z mobilní stanice (60) a okamžikem, kdy vyslala signál namobilnístanici (60). Na základě namířeného intervalu zpoždění vratné dráhy, uvedeného prvního časového rozdílu a uvedeného druhého časového rozdílu se vypočítává hodnota korekce časování podřízené základnové stanice (64)

Description

Způsob synchronizace časování první základnové stanice s referenční základnovou stanicí

Oblast technikv

Vynález se týká komunikačních systému. Konkrétněji se vynález týká způsobu a zařízení pro synchronizaci základnové stanice prostřednictvím signálů vysílaných z mobilní stanice, která je souběžně v komunikačním spojení se synchronizovanou základnovou stanicí.

Dosavadní stav technikv

Použití modulačních postupů vícenásobného přístupu s kódovým dělením (CDMA, kódového multiplexu) je jedním z několika způsobů usnadňování komunikací, v nichž je přítomen velký počet uživatelů systému. I když existují jiné postupy, jako vícenásobný přístup s časovým dělením (TDMA, časový multiplex), vícenásobný přístup s kmitočtovým dělením (FDMA, frekvenční multiplex) a amplitudové modulace, jako je postup s amplitudově kompandovaným jedním postranním pásmem (ACSSB, amplitudě companded single sideband), má kódový multiplex CDMA vůči těmto jiným modulačním postupům významné výhody.

Použití CDMA postupů v komunikačním systému s vícenásobným přístupem je popsán v patentovém spisu US č.4 901 307 s názvem komunikační systém s vícenásobným přístupem s rozprostřeným spektrem, používající satelitní nebo pozemní opakovače a v patentovém spisu US č.5 103 459 s názvem systém a způsob pro generování tvarových průběhů signálů v CDMA buňkovém telefonním systému, náležejících oba přihlašovateli, na které se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jejich opakování v popisu. Způsob vytváře-2φφφφ φφ φ φφφφ φφφφ φφ · φφ φφ ní mobilních komunikací v kódovém multiplexu CDMA byl v USA normalizován asociací Telecommunication Industry Assocation v TIA/EIA/IS-95-A pod označením norma kompatibility mezi mobilní stanicí a základnovou stanicí v buňkovém systému pro širokopásmovou komunikaci v duálním módu s rozprostřeným spektrem (Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System ), na kterou se dále odvoláváme pod zkráceným označením IS-95.

Ve výše uvedených patentových spisech je popsán postup s vícenásobným přístupem, při němž velký počet uživatelů mobilních stanic, majících každý integrovaný vysílač a přijímač (transciever), komunikují přes satelitní opakovače nebo pozemní základnové stanice (také známé jako buňkové základnové stanice) při použití komunikačních signálů s rozprostřeným spektrem v kódovém multiplexu CDMA. Použitím komunikace CDMA může být frekvenční spektrum používáno vícenásobně, čímž se umožňuje zvýšit kapacita pokud jde o uživatele systému. Použití postupů CDMA má za následek mnohem vyšší spektrální účinnost, než jaké je možné dosáhnout při použití jiných postupů s vícenásobným přístupem.

Způsob současné demodulace dat, která urazila různé cesty šíření z jedné základnové stanice, a pro současnou demodulaci dat, redundantně pocházejících z více než jedné základnové stanice, je popsán v patentovém spisu USA č.5 109 390 s názvem přijímač pro diverzitní příjem v buňkovém komunikačním systému CDMA stejného přihlašovatele, na který se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jeho opakování. Podle tohoto patentového spisu jsou samostatně demodulo-3• « rto· ·♦·· to · · · · * ···· • · ·· · tototo* ·* «· · ··· ·« * ···· ·· to· «· * ·* *· váné signály kombinovány pro získávání odhadu vysílaných dat, který má vyšší spolehlivost, než data demodulovaná po kteréhokoli jedné cestě nebo z kterékoli jedné základnové stanice.

Předávání mohou být obecné dělena do dvou kategorií, a to tvrdá předávání (hard handoffs) a měkká předávání (soft handoffs). Při tvrdém předávání dochází k tomu, že když mobilní stanice opouští oblast původní základnové stanice a vstupuje do oblasti cílové základnové stanice, přeruší komunikační spojení s původní základnovou stanicí a vytvoří nové komunikační spojení s cílovou základnovou stanicí. Při měkkém předávání mobilní stanice dokončí komunikační spojení s cílovou základnovou stanicí před přerušením komunikačního spojení s původní základnovou stanicí. Při měkkém předávání je tak mobilní stanice po určité časové údobí redundantně ve spojení jak s původní základnovou stanicí, tak i cílovou základnovou stanicí.

Měkká předávání jsou daleko méně náchylná ke ztrátě hovorů, než tvrdá předávání. Kromě toho může v případě, kdy se mobilní stanice pohybuje v blízkosti hranice pokrytí základnové stanice, provádět opakované požadavky na předávání, a to v odezvě na malé změny v okolním prostředí. Také tento problém, označovaný jako ping-pong, je měkkým předáváním značně snížen. Způsob provádění měkkého předávání je podrobně popsán v patentovém spisu US č.5 101 501, označovaném způsob a systém pro zajišťování měkkého předávání při komunikacích v CDMA buňkovém telefonním systému stejného přihlašovatele, na který se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jeho opakování.

-40 v • 90 • 9*·· ·

9999 ·· · 9999

Μ ·· 99 · · · ··

Zlepšený postup měkkého předávání je popsán v patentovém spisu US č.5 267 261 s názvem měkké předávání v CDMA buňkovém komunikačním systému, podporované mobilní stanicí stejného přihlašovatele, na který se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jeho opakování. V tomto spisu je proces měkkého předávání zdokonalován měřením síly pilotních signálů, vysílaných každou základnovou stanicí na mobilní stanici. Tato měření síly pilotních signálů napomáhají procesu měkkého předávání tím, že usnadňují identifikaci základnových stanic, použitelných jako kandidáty na předávání.

Základnové stanice, jako kandidáti předávání, mohou být děleny do čtyř souborů. První soubor, označovaný jako aktivní soubor, obsahuje základnové stanice, které jsou v dané době ve spojení s mobilní stanicí. Druhý soubor, označovaný jako kandidátský soubor, zahrnuje základnové stanice, jejichž signály byly určeny jako dostatečné silné pro použití na mobilní stanici, ale nejsou současně používány. Základnové stanice se přidávají do kandidátského souboru, když jejich naměřená pilotní energie přesáhne předem určený práh T_ADE). Třetí soubor je soubor základnových stanic, které jsou v blízkosti mobilní stanice (a které nejsou zahrnuty do aktivního souboru nebo kandidátského souboru). Čtvrtý soubor je zbývající soubor, který sestává ze všech ostatních základnových stanic.

V normě IS-95 je kandidátská základnová stanice charakterizována fázovým ofsetem (phase offset, fázovým posunutím - dále: fázovým ofsetem) pseudonáhodné (PN) posloupnosti jejího pilotního signálu. Když mobilní stanice provádí vy-5• 4 * • « · · « ·<·· · · hledávání pro určení síly pilotního signálu z kandidátské základnové stanice, vykonává korelační operaci, při níž je filtrovaný přijímaný signál korelován se souborem hypotéz ofsetu pseudonáhodných posloupností (PN offset, PN posunutí - dále: PN ofsetů). Způsob a zařízení pro provádění korelační operace je podrobně popsán v související patentové přihlášce USA č.08/687 694 z 26 07 1996 s názvem způsob a zařízení pro provádění vyhledávacího zachycování v CDMA komunikačním systému stejného přihlašovatele, na který se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jeho opakování.

Zpoždění šíření mezi základnovou stanicí a mobilní stanicí není známé. Neznámé zpoždění vyvolává neznámý posun v pseudošumových kódech (kódech pseudonáhodných posloupností). Ve vyhledávacím procesu dochází k pokusu určit neznámý posun v pseudošumových kódech. K tomuto účelu mobilní stanice časově posouvá výstup z jejích generátorů vyhledávacích pseudošumových (pseudonáhodných) kódů. Rozmezí vyhledávacího posunu se nazývá vyhledávací okno. Vyhledávací okno je vystředěno okolo hypotézy PN ofsetu. Základnová stanice vysílá na mobilní stanice zprávu o PN ofsetech pilotních signálů základnových stanic v její fyzické blízkosti. Mobilní stanice vycentruje její vyhledávací okno okolo hypotézy PN ofsetu.

Vhodná velikost vyhledávacího okna závisí na řadě faktorů, zahrnujících prioritu pilotního signálu, rychlost vyhledávacích procesorů a předpokládaný rozptyl zpoždění příchodů po více cestách. Normy CDMA (IS-95) definují tři parametry vyhledávacího okna. Vyhledávání pilotních signálů v aktivních a kandidátských souborech je ovládáno vyhledává6 • « · 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9999 9 9 9 9 ·

9 9 · 99 9 9999

99 99 9 9 9 99 cím oknem A. Pilotní signály souboru sousedních stanic jsou vyhledávány oknem ^WN” a pilotní signály souboru zbývajících stanic jsou vyhledávány oknem R. Velikosti vyhledávacího okna jsou uváděny v následující tabulce, kde jeden Čip je 1/1,2288 MHz.

TAB.l

SRCH_WIN_A	Velikost	okna SRCH_WIN_A	Velikost	okna
SRCH_WIN_N	(počet PH	í čipů) SRCH_WIN_N	(počet PN	čipů)
SRCH_WIN_R		SRCH_WIN_R
0	4	8	60
1	6	9	80
2	8	10	100
3	10	11	130
4	14	12	160
5	20	13	226
6	28	14	320
7	40	15	452
Volba	velikosti	okna j e kompromisem	mezi rychlostí

vyhledávání a pravděpodobností, že bude chybět silná dráha, ležící vně vyhledávacího okna.

Základnová stanice vysílá na mobilní stanici zprávu, která udává PN hypotézy, které by mobilní stanice měla prohledávat, pokud jde o její vlastní PN ofset. Kupříkladu může původní základnová stanice dodávat mobilní stanici instrukci, aby hledala na 128 PN čipech pilotního signálu před jejím vlastním PN ofsetem. Mobilní stanice v odezvě na to nastaví svůj vyhledávací demodulátor 128 čipů dopředu před

-7fefe «fefe· · • fe « «fefefe fe • 9 9 9 9 9 ··♦· · · · · · fe··· fefe fe ·«·· • fe fefe fefe · ·* ·· výstupním čipovým cyklem a hledá pilotní signál při použití vyhledávacího okna s vystředěním okolo udaného ofsetu. Jakmile je mobilní stanice instruována prohledávat PN hypotézu pro určení možností, jaké jsou v dispozici pro provedení předání, je rozhodující, aby PN ofset pilotního signálu cílové stanice byl časově velmi blízký k určenému ofsetu. Rozhodující důležitost má rychlost vyhledávání v blízkosti hranic základnové stanice, protože zpoždění při dokončování potřebných vyhledávání mohou mít za následek přerušení a ztrátu hovorů.

V CDMA systémech v USA se tato synchronizace základnové stanice dosahuje tím, že každá základnová stanice je opatřena přijímačem globálního polohovacího satelitu (Global Positioning Satellite GPS). Jsou však případy, kdy základnová stanice nemusí být schopná přijímat GPS signál. Například v podzemních dráhách a tunelech je signál tlumen do té míry, že zabraňuje jejich užívání pro synchronizaci časování základnových stanic nebo mikrobuňkových základnových stanic. Vynález si proto klade za úkol vytvořit způsob a systém pro zajišťování synchronizace časování v těch situacích, kdy část sítě je schopná přijímat centralizovaný časovači signál, aby se z něj mohlo získat časování, zatímco část sítě není schopná přijímat centralizovaný časovači signál.

Podstata vynálezu

Vynález přináší nový a zdokonalený způsob a zařízení pro časovou synchronizaci základnové stanice, která není schopná přijímat centralizovaný časovači signál v síti, kde některé ze základnových stanic jsou schopné přijímat centralizovaný časovači signál. Referenční základnová stanice má časovači • to * · to • » ♦ • · · · • to··* · · ·* to· synchronizaci přijímáním centralizovaného časovacího signálu nebo jinými prostředky. V příkladném provedení provádí referenční základnová stanice synchronizaci při použití přijímače globálního polohovacího satelitu (GPS). Podřízená základnová stanice postrádá schopnost provádět synchronizaci, například neschopností přijímat centralizovaný časovači signál.

Podle vynálezu dosahuje podřízená základnová stanice (slavě base station) synchronizaci s referenční základnovou stanicí zprávami, vysílanými a přijímanými mobilní stanicí v oblasti měkkého předávání mezi referenční základnovou stanicí a podřízenou základnovou stanicí. Nejprve se vypočítává zpoždění vratné dráhy (round trip delay) mezi mobilní stanicí a referenční základnovou stanicí. Potom provádí podřízená základnová stanice vyhledávání, až zachytí signál vysílaný mobilní stanicí, označovaný zde jako signál zpětného spojení (reverse link signál). V odezvě na zachycení signálu zpětného spojení seřizuje podřízená základnová stanice své časování tak, že mobilní stanice může zachytit její signál, označovaný jako signál dopředného spojení (forward link signál). Tento krok může být zbytečný, není-li chyba časování podřízené základnové stanice příliš velká.

Jakmile mobilní stanice zachytí signál z podřízené základnové stanice, měří a podává zprávu o rozdílu mezi dobou, kterou na ni signálu trvá cesta z referenční základnové stanice, a dobou, kterou na ni signálu trvá cesta z podřízené základnové stanice. Poslední potřebné měření je to, při kterém podřízená základnová stanice měří časový rozdíl mezi okamžikem, kdy přijala signál zpětného spojení z mobilní

-9• to • * · · • to · · to to · » · to to to · ··· »····«· ·« · ···· «· · · · «· to· «V ·· ·· stanice, a okamžikem, kdy vyslala signál na mobilní stanici.

Provádí se série výpočtů, podrobně popisovaných níže, s naměřenými časovými hodnotami pro určování časového rozdílu mezi podřízenou základnovou stanicí, a na základě tohoto rozdílu se provádí seřízení časování podřízené základnové stanice. Je třeba poznamenat, že všechna uvedená měření se provádějí během normálního provozu komunikačního systému CDMA podle IS-95.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l blokové schéma, ukazující uspořádání sítě bezdrátového komunikačního systému, obsahujícího referenční základnovou stanici a podřízenou základnovou stanici, obr.2 schéma, ukazující různé přenosy mezi mobilní stanici, synchronní základnovou stanicí a asynchronní základnovou stanicí, a odpovídající časové intervaly, obr.3 vývojový diagram, ukazující způsob synchronizace základnové stanice, která je neschopná přijímat centralizovaný časovači signál, obr.4 blokové schéma mobilní stanice podle vynálezu, obr.5 blokové schéma vyhledávače mobilní stanice podle vynálezu, obr.6 blokové schéma modulátoru provozního kanálu mobilní stanice podle vynálezu, obr.8 blokové schéma vysílacího systému základnové stanice podle vynálezu a obr.9 blokové schéma přijímacího systému základnové stanice podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Jak je patrné z obr.l, je mobilní stanice 60 ve spojení se základnovou stanicí 62, když je přibližně v oblasti jejího

-10• · · i · · « · · * # 9 · ····«·« · · · pokrytí, vymezované hranicí 61. Základnová stanice 62 je synchronizována se zbytkem šité prostřednictvím centrálního časovacího systému, jako je globální polohovací systém (GPS). Naproti tomu základnová stanice 64 není synchronizována s centrálním časovacím systémem. Řídicí jednotka 66 základnových stanic směruje hovory z pevné (veřejné komutované) telefonní sítě na základnovou stanici 62 nebo 64 prostřednictvím vedení TI nebo jiných prostředků. Kromě toho je zajištována vedením TI synchronizace na základnovou stanici 64.

Po krátká časová údobí může být synchronizace frekvence zajištována vedeními TI způsoby, dobře známými v oboru, s přijatelnou přesností. V těchto schématech poskytování frekvenční informace jsou však obvyklé krátké rušivé impulsy. Tyto krátké rušivé impulsy mají za následek chyby časování, které mohou být korigovány použitím vynálezu. Vzhledem ke vztahu mezi fází a frekvencí umožní přerušované korigování fáze podle vynálezu použití méně přesných zdrojů frekvence, když je to potřebné.

Na obr.2 je znázorněn přenos a odpovídající časové intervaly, použité pro synchronizování časování podřízené základnové stanice 64 se synchronizovaným časováním základnové stanice £2. Signálová dráha 500 znázorňuje přenos signálu po dopředném spojení z referenční základnové stanice 62 na mobilní stanici 60. Časový interval, během něhož dochází k přenosu, je označen jako interval Na mobilní stanici 60 se začátek vysílání rámců na zpětném spojení časově uvádí do souběhu se začátkem příchodů rámců po dopředném spojení. Toto časové uvádění do souběhu je standardizo-11-

»4 4 • · 4 váno v IS-95 a je vřazeno do hardwaru, vytvořeného v souladu s ním, takže způsoby a zařízení pro zajistování tohoto sladování jsou v oboru dobře známé.

Přenos 502 představuje vysílání rámce zpětného spojení z mobilní stanice 60 na referenční základnovou stanici 62. Čas (1^) potřebný pro to, aby se signál 500 dostal z referenční základnové stanice 62 na mobilní stanici 60, je rovný času potřebnému pro to, aby se signál 502 z mobilní stanice 60 dostal na referenční základnovou stanici 62 (také t^). Protože referenční základnová stanice 62 zná čas, kdy vyslala signál 500, a zná také čas, kdy přijala signál 502, může referenční základnová stanice 62 vypočítávat dobu zpoždění vratné dráhy (RTDj), která je první hodnotou, potřebnou při vypočítávání časové chyby (τθ*- τθ).

Signálová dráha 504 je přenos signálu zpětného spojení z mobilní stanice 60, procházející po odlišné dráze šíření na podřízenou základnovou stanici 64. Doba, kterou signálu 504 trvá, než se dostane z mobilní stanice 60 na podřízenou základnovou stanici 64, je označena jako t₂. Čas, v němž signál 504 zpětného spojení dosáhne základnovou stanici 64, je označen jako T₂. Doba, kterou trvá signálu dopředného spojení 506, než se dostane z podřízené základnové stanice 64 na mobilní stanici 60, je tedy rovná τ₂· Kromě toho může podřízená základnová stanice 64 měřit časový rozdíl mezi okamžikem, kdy přijala signál zpětného spojení z mobilní stanice 60, a okamžikem, kdy vyslala svůj signál dopředného spojení na mobilní stanici. Tento časový rozdíl je označený jako RTDn. Znalost těchto dob umožňuje vypočítat (τθ'- τθ). Způsob výpočtu časové chyby τθ' je popsán níže.

9«

-12• · * • 9 · «

9·*· · ·

Především je možné odvodit z obr.2, ^T2 ^{= T}1 ^{+ τ}2' ^a (¹) τ-L + AT = T_o’ + T₂ (2) že platí

Po manipulaci s členy rovnic (1) a (2) je možné pozorovat následující:

τ₂ + T = T_o' + 2.T₂ (3) ²·^τ2 = ^T2 - T_Q' + Δϊ (4)

Pro zjednodušení záznamu se ko:

definuje nová proměnná RTD₂ jaRTD₂ = T₂ - T_o’ (5)

Z obr.2 je patrné, že:

t₂ = RTD₂/2 + ΔΤ/2 (6) ^T2 ^{= T}o ^{+ T}1 ^{+ T}2 ⁽⁷⁾

Proto platí, že ^T2 = ^TO ^{+ T}1 ^{+ T}2 RTD₂ = 2.T₂ - Δ^τ (8)

Po substituci je patrné, že časová chyba (T_Q'- T_Q) je rovná:

V- ^To = ^T1 - ^τ2 ⁺ ΔΤ Τ_θ’- T_o = Τ_Σ - (RTD₂/2 + ΔΤ/2) + AT T_o'- T_Q = (RTD-j/2 - ΔΤ/2) + AT/2 (9) (10) (11) w V V V** »··* • · · ♦ · · · * · · · to to tototo· ···· «· toto to toto·· ·· to ···* ·· ·· to· « ·· toto

RTD-l + AT - rtd₂

V- ^To =------------------ (12)

Jakmile základnová stanice 64 jednou zná velikost své chyby časování (T_Q'~ T_Q), nastaví své časování tak, aby je synchronizovala s časováním základnové stanice 62.

U těchto měření může docházet k chybám, takže v přednostním provedení se provádí mnoho redundantních měření, aby se zajistila přesnost korekce časování.

Nyní bude popsán způsob a zařízení pro měření každé z potřebných hodnot časování v rovnici (12).

Obr.3 je vývojový diagram, znázorňující způsob podle vynálezu pro synchronizování podřízené základnové stanice 64 s časováním referenční základnové stanice 62. V kroku 300 začíná synchronizační postup, a to mobilní stanicí 60, která je ve spojení s referenční základnovou stanicí 62 a způsobilá komunikovat s podřízenou základnovou stanicí 64. V kroku 302 se měří doba zpoždění vratné dráhy (RTD^) pro signál, vedený z referenční základnové stanice 62 na mobilní stanici 60 a zpět z mobilní stanice 60 na referenční základnovou stanici 62. To se děje sladováním (uváděním do souběhu) hranic rámců, přijímaných mobilní stanicí 60, a hranic rámců, vysílaných mobilní stanicí 60.. Způsob a zařízení pro toto uvádění do souběhu jsou v oboru dobře známy. Zpoždění vratné dráhy (RTD^) se tak měří jako časový rozdíl mezi začátkem rámců, vysílaných referenční základnovou sta-14• Φφφφ · φ φ φ φ φ φ φ φ φ φφφφ φ φ φ φ φφφφ φ* φ φφφφ φφ φφ φφ · φφ φφ ničí 62 a začátkem rámců, přijímaných referenční základnovou stanicí 62 z mobilní stanice 60.

Jak ukazuje obr.4, jsou rámce dopředného spojení z referenční základnové stanice 62 přijímány anténou 2 a vedeny duplexerem 3 do přijímače 4 (RCVR). Přijímač 4 provádí snižovací změnu kmitočtu, filtruje a zesiluje přijímaný signál a vede ho do vyhledávače 50 a demodulátorů 54 provozního signálu. Vyhledávač 50 vyhledává pilotní kanály podle seznamu sousedů, poskytovaného referenční základnovou stanicí 62. Seznam sousedů je poskytován jako signalizační data na provozním kanálu z referenční základnové stanice 62· Signál, udávající začátek přijímaných rámců z referenční základnové stanice 62, je poskytován do řídicího procesoru 55, Řídicí procesor 55 generuje a poskytuje souběhový signál do provozního modulátoru 58, který uvádí začátek rámců, vysílaných z mobilní stanice 60, do souběhu se začátkem rámců, přijímaných na mobilní stanici 60.

Rámce dat od uživatele mobilní stanice 60 jsou poskytovány do provozního modulátoru 58, který v odezvě na časovači signál z řídicího procesoru sladuje polohy rámců, vysílaných vysílačem 56, s polohami rámců přijímaných mobilní stanicí 60 z referenční základnové stanice 62. Rámce zpětného spojení se podrobují zvyšovací změně kmitočtu, filtrují se, zesilují se zesilovačem 56 a po té se vedou duplexerem 2 pro vysílání anténou 2.

Obr.6 znázorňuje modulátor 58 provozního kanálu mobilní stanice 60. Datové rámce jsou poskytovány do formátovače 200 rámců. V příkladném provedení generuje a připojuje

-15• fe • · fefe · fefefe· · fefe fefefe· ··»· · fe • fefefe fefe fe · ♦ · · •fe ·· fefe · ·· fefe formátovač 200 rámců soubor kontrolních bitů cyklické redundance (CRC) a generuje soubor koncových bitů. V příkladném provedení sleduje formátovač 200 rámců protokol formátu rámců, normalizovaný v IS-95 a popsaný podrobné v patentovém spisu us č.5 600 754 způsob a systém pro uspořádávání dat hlasového kodéru pro maskování chyb vyvolaných přenosovým kanálem stejného přihlašovatele, na který se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jeho opakování.

Formátovaný datový rámec se dostává do kodéru 202. který kóduje data pro korekci a detekci chyb. V příkladném provedení je kodér 202 konvoluční kodér. Kódované datové symboly jsou vedeny do prokládače 204, který zaznamenává symboly v souladu s předem určeným formátem prokládání. Nové uspořádané symboly jsou vedeny do mapovače 206 pro mapování do Walshova kódu. V příkladném provedení přijímá mapovač 206 pro mapování do Walshova kódu osm kódovaných symbolů a mapuje tento soubor symbolů na 64-bitový sled ve Walshově kódu. Symboly ve Walshově kódu jsou vedeny do rozprostíračího prostředku 208, který rozprostírá symboly ve Walshově kódu v souladu s dlouhým rozprostíračím kódem. Generátor 210 dlouhého PN kódu generuje pseudonáhodnou (pseudošumovou, PN) posloupnost, která rozprostírá data a odlišuje data od dat zpětného spojení, vysílaných z jiných mobilních stanic v okolí.

V příkladném provedení jsou data vysílána v souladu s modulačním formátem kvadraturního klíčování s fázovým posuvem (QPSK), přičemž kanály I a Q jsou rozprostírány s krátkou PN posloupností. Rozprostřená data jsou vedena do rozprostíracích prostředků 214 a 216. které vykonávají dru-160* 0 ·00· «000 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 •000 00 0 000· 0· 00 00 0 00 00 hou rozprostírací operaci na datech v souladu s krátkou pseudonáhodnou posloupností, poskytovanou odpovídajícími PN generátory (PN-j- a PNq) 212 a 218.

V kroku 304 (obr.3) zachycuje podřízená základnová stanice 64 signál zpětného spojení, vysílaný mobilní stanicí 60. Řídicí jednotka 66 základnových stanic pošle na podřízenou základnovou stanici 64 signál, udávající ofset PN kódu (PN code offset), který používá mobilní stanice 60 pro rozprostírání v signálu zpětného spojení. V odezvě na tento signál z řídicí jednotky základnových stanic 66 vykonává podřízená základnová stanice 64 hledání mobilní stanice 60, vystředěné okolo PN ofsetu, udávaného signálem ze řídicí jednotky 66 základnových stanic.

V příkladném provedení napájí podřízená stanice 64 generátor 106 dlouhého PN kódu a generátory 108 a 110 krátkého kódu (obr.9) v souladu se signálem z řídící jednotky 66 základnových stanic. Vyhledávací proces na základnové stanici 64 je podrobněji popsán níže.

Obr.7 znázorňuje vybavení podřízené základnové stanice 64.. Na podřízené základnové stanici 64 se přijímá signál z řídicí jednotky 66 základnových stanic, udávající pseudonáhodný kód z mobilní stanice 60. Tato zpráva je poskytována řídicím procesorem 100. V odezvě na ni vypočítává řídicí procesor 100 rozsah vyhledávacího okna, vystředěného na daném PN ofsetu. Řídicí procesor 100 poskytuje vyhledávací parametry do vyhledávače 101 a v odezvě na tyto parametry provádí podřízená základnová stanice 64 vyhledávání signálu, vysílaného mobilní stanicí 60. Signál, přijímaný anténou to to • to to to to ··<« to· ««·· toto·· ·· to · · tototo* to· to ··«· • to ·· toto « ·· toto

102 podřízené základnové stanice, je veden do přijímače 104, který snižuje frekvenci, filtruje a zesiluje přijímaný signál a vede ho do vyhledávače 101. Přídavně je přijímaný signál veden do demodulátorů 105 provozního signálu, které demodulují provozní data zpětného spojení a vedou tato data do řídicí jednotky 66 základnových stanic. Řídicí jednotka 66 základnových stanic je potom vede do pevné (veřejné komutované) telefonní sítě PSTN.

Obr.9 znázorňuje vyhledávač 101 ve větších podrobnostech. Demodulace signálu zpětného spojení je podrobněji popsána v související patentové přihlášce USA č.08/372 632 z 13 01 1995 s názvem architektura demodulátoru buňkové oblasti pro komunikační systém s vícenásobným přístupem s rozprostřeným spektrem a patentové přihlášce USA č.08/316 177 z 30 09 1994 s názvem procesor pro vícecestné vyhledávání pro komunikační systém s vícenásobným přístupem s rozprostřeným spektrem stejného přihlašovatele, ma které se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jejich opakování. Odhad PN ofsetu mobilní stanice 60 je zaváděn z řídicí jednotky 66 základnových stanic do řídicího procesoru 100. V odezvě na odhad PN ofsetu, poskytovaný řídicí jednotkou 66 základnových stanic, generuje řídicí procesor počáteční hypotézu dlouhé pseudonáhodné posloupnosti a počáteční hypotézu krátké pseudonáhodné posloupnosti pro vyhledávání, prováděné podřízenou základnovou stanicí 64. V příkladném provedení vede řídicí procesor 100 data do posuvných registrů generátorů 106, 108 a 110 pseudonáhodných posloupností.

Signál, přijímaný anténou 102 je převáděn na nižší frekvenci, filtrován a zesilován a veden do korelátoru 116.

-18• to • toto·· to to to t • to ·*·* ·»<« ·« ·· * ·*«« *· · ···> ·· ·« toto · toto toto

Korelátor 116 koreluje přijímaný signál ke kombinované hypotéze dlouhé a krátké pseudonáhodné posloupnosti. V příkladném provedení je generována hypotéza pseudonáhodné posloupnosti násobení hypotéz krátké pseudonáhodné posloupnosti, generovaných PN generátory 108 a 110. hypotézou dlouhé pseudonáhodné posloupnosti, generované generátorem 106. Jedna kombinovaná hypotéza pseudonáhodných posloupností je použita pro inverzi rozprostírání I kanálu a druhá je použita pro inverzi rozprostírání Q kanálu přijímaného QPSK signálu.

Oba signály, získané inverzí rozprostírání (despreading - pochoemd opačným vůči rozprostírání - dále: inverzí rozprostírání) pseudonáhodnými posloupnostmi, jsou zaváděny do procesorů 118. 120 pro rychlou Hadamardovu transformaci (PRHT). Provedení a provoz procesorů rychlé Hadamardovy transformace je podrobně popsán v související patentové přihlášce US č.08/173 460 u 22 12 1993 s názvem způsob a zařízení pro provádění rychlé Hadamardovy transformace stejného přihlašovatele, na kterou se zde odvoláváme pro další podrobnosti místo jejího opakování. Procesory 118, 120 rychlé Hadamardovy transformace korelují signály, získané inverzí rozprostření, se všemi možnými Walshovými symboly pro zavádění matice výsledných amplitud do prostředku 122 na výpočet energie (I²+Q²). Prostředek 122 na výpočet energie vypočítává energii prvků matice amplitud a vede energie do detektoru 124 maxim, který vybírá korelaci maximálních energií. Energie maximální korelace jsou vedeny do střádače 126, který akumuluje energie pro více Walshových symbolů a na základě těchto nastřádaných energií je provedeno rozhodnutí, zda je možné zachytit při tomto PN ofsetu mobilní stanici 60.

-19• « * » · · « 0 · 0 • « 0 · 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 · 0 0 9000 ·0 09 0 0· 00

Jakmile je jednou v bloku 306 mobilní stanice 60 zachycena, potom podřízená základnová stanice 64 nastavuje své časování tak, aby byla mobilní stanice způsobilá úspěšně dosáhnout svých přenosů dopředného spojení. Podřízená stanice 64 vypočítává seřízení počátečního časování určením rozdílu mezi PN ofsetem, při kterém zachytila signál zpětného spojení z mobilní stanice 60, a PN ofsetem, který referenční základnová stanice 62 použila pro příjem signálu zpětného spojení z mobilní stanice 60. Použitím tohoto rozdílu PN ofsetu podřízená základnová stanice 64 nastavuje časování jejího pilotního signálu tak, že když mobilní stanice vyhledává svůj pilotní signál, bude v jejím vyhledávacím okně.

Při vyhledávání signálu mobilní stanice je potřebné, aby podřízená základnová stanice 64 poskytovala nějaké udávání času. V přednostním provedení se udržuje časová chyba podřízené základnové stanice 64 na hodnotě 1 ms nebo pod ní, a to pomocí alternativního synchronizačního schématu. Existují schémata, která umožňují, aby podřízená základnová stanice 64, která je neschopná přijímání signálu GPS, udržovala čas na nižší úrovni přesnosti. Jedním možným způsobem dosahování míry počáteční synchronizace je manuálně nastavovat čas podřízené základnové stanice 64 v určitých intervalech. Druhým způsobem je nastavovat čas při použití přijímače WWV, jehož implementace je v oboru dobře známá. Na rozdíl od signálu GPS se WWV centralizovaný časovači signál přenáší při velmi nízké frekvenci a je způsobilý vstupovat do tunelů a podzemních drah. Přijímače WWV však nejsou schopné poskytovat stupeň časové synchronizace, jaký je potřebný pro komunikaci CDMA.

• 4

-20•

4 • 9

9 4 4 4 9 4 4

9 9999 9 9 9 9 9 » 9 9 9 9 4 9

9 99 49

V příkladném provedení nastavuje podřízená základnová stanice 64 své časování v souladu s předpokladem, že mobilní stanice 60 je umístěna přímo vedle podřízené základnové stanice 64. Počáteční nastavení časování se tak provádí s hypotézou, že nedojde k žádnému zpoždění šíření mezi podřízenou základnovou stanicí 64 a mobilní stanicí 60. Podřízená základnová stanice 64 potom nastavuje své generátory 72 a 74 pseudonáhodné posloupnosti časově dopředu za účelem zohledňování větších a větších dob zpoždění šíření mezi podřízenou základnovou stanicí 64 a mobilní stanicí 60. Jakmile jednou mobilní stanice 60 zachytila pilotní kanál podřízené základnové stanice 64, může být provedeno použití normálních postupů konečného nastavování podle výše popsaných výpočtů.

Jak je známo v oboru a jak je normalizováno v IS-95, odlišují se pilotní kanály různých základnových stanic od sebe navzájem fází jejich generátorů pseudonáhodné posloupnosti. Referenční základnová stanice 62 instruuje mobilní stanici 60, aby prohledávala podřízenou základnovou stanici 64 prostřednictvím seznamu sousedů. Referenční základnová stanice 62 udává prostřednictvím signalizačních dat, že pilotní signál podřízené základnové stanice 64 může být zachycen PN fázovým ofsetem, který je popsán vzhledem k přijímanému PN ofsetu referenční základnové stanice 62. Tato zpráva je demodulována a dekódována provozními demodulátory 54 a je vedena do vyhledávače 50. V odezvě na to provádí vyhledávač 50 vyhledávání, vystředěné na PN fázovém ofsetu, okolo fáze pseudonáhodné posloupnosti, udávané v signálu z referenční základnové stanice 62.

-21• · • fe • · · · fefefefefe » fe fe · fe · • « fefefe fefe fefe fefe · fefe fefe

Pilotní signál je v typickém případě vytvářen posuvným registrem s lineární zpětnou vazbou, jehož provedení je podrobné popsáno ve výše uvedených patentových spisech. Pro zachycení pilotního signálu z podřízené základnové stanice 64 musí mobilní stanice 60 synchronizovat přijímané signály z podřízené základnové stanice 64 jak pokud jde o fázi (φ), tak i frekvenci (4d). cílem vyhledávací operace je najít fázi přijímaného signálu (¢). Jak bylo popsáno výše je možné prostřednictvím spojení TI z řídicí jednotky 66 základnové stanice 64 dodat podřízené základnové stanici relativně přesnou kmitočtovou synchronizaci, jak je známé ve stavu techniky. Způsob, kterým mobilní jednotka nachází fázi přijímaného signálu, spočívá ve zkoušení souboru fázových hypotéz, označovaných jako vyhledávací okno, a určení, zda jedna z hypotéz ofsetu je správná.

Obr.5 znázorňuje vyhledávač 50 ve větších podrobnostech. Na anténě 2 se přijímá rozprostřené spektrum. Cílem je, aby zařízení získalo synchronizaci mezi pseudonáhodnými (pseudošumovými) posloupnostmi, generovanými generátorem 20 pseudonáhodné posloupnosti, a přijímaném signálem rozprostřeného spektra, který je rozprostírán shodnými pseudonáhodnými posloupnostmi PN neznámé fáze, vysílanými podřízenou základnovou stanicí 64. V příkladném provedení jsou jak generátor 76 pilotního signálu (obr.7), tak i generátor 20 pseudonáhodné posloupnosti posuvné registry s maximální délkou, které generují pseudonáhodné (pseudošumové) kódové posloupnosti pro rozprostírání a pro inverzi rozprostírání pilotních signálů. Získávání synchronizace mezi kódy, použitými pro inverzi rozprostírání přijímaného pilotního signálu, a pseudonáhodným rozprostíracím kódem přijímaného pilotního

-22* Φ φ · ΦΦΦΦ

Φ Φ «ΦΦ· Φ Φ Φ Φ Φ • « φ Φ Φ Φ ΦΦΦΦ φφ ΦΦ ΦΦ ♦ ·· ·· signálu tak vede k určování časového posuvu posuvného registru.

Signál rozprostřeného spektra je poskytován anténou 2 do přijímače 4. Přijímač 4. provádí sestupnou změnu frekvence signálu a jeho filtraci a zesílení a vede signál do prostředku 6 pro inverzi rozprostírání . Prostředek 6 pro in verzi rozprostírání násobí přijímaný signál pseudonáhodným kódem, generovaným generátorem 20 pseudonáhodné posloupnosti. Vzhledem k povaze pseudonáhodné posloupnosti PN kódů jako náhodných šumů by měl být v součin pseudonáhodného kódu a přijímaného signálu v podstatě nula, kromě bodu synchronizace.

Řídicí jednotka 18 vyhledávání poskytuje hypotézu ofsetu do generátoru pseudonáhodné posloupnosti. Hypotéza ofsetu je určována v souladu se signálem, vysílaným na mobilní stanici 60 referenční základnovou stanicí 62. V příkladném provedení je přijímaný signál modulován kvadraturním klíčováním s fázovým posunem (QPSK), takže generátor 20 pseudonáhodných posloupností poskytuje do prvku 6 pro inverzi prokládání pseudonáhodnou posloupnost pro modulační složku I a samostatnou posloupnost pro modulační složku Q. Prvek 6 pro inverzi prokládání násobí pseudonáhodnou posloupnost odpovídající modulační složkou a poskytuje dva výstupní složkové součiny do koherentních střádačů 8 a 10.

Koherentní střádače 8 a 10 sčítají součin po délce součinové posloupnosti. Koherentní střádače 8 a 10 jsou citlivé na signály z řídicí jednotky 18 vyhledávání pro znovunastavení, zachycení a nastavení sumační periody. Součty • 4 • ·

-23• · 4 • * 4 · ·« • 44 • 4 4

4 4

4 4

4 · » • 4 4« součinů jsou vedeny ze sčítačú 8 a 10 do umocňovacího prostředku 12. Umocňovací prostředek 12 umocňuje každý ze součtů na druhou a součty dohromady sčítá.

Součet druhých mocnin je poskytován umocňovacím prostředkem de nekoherentního kombinátoru 14. Nekoherentní kombinátor 14 určuje z výstupu umocňovacího prostředku 12 energetickou hodnotu. Nekoherentní kombinátor 14 sloučí pro působení proti účinkům kmitočtového nesouladu mezi vysílacími hodinami základnové stanice a přijímacími hodinami mobilní stanice a napomáhá detekční statistice v prostředí úniku. Nekoherentní střádač 14 dodává energetický signál do porovnávacího prostředku 16. Porovnávací prostředek 16 srovnává energetickou hodnotu s předem určenými prahy, poskytovanými řídicí jednotkou 18 vyhledávání. Výsledky každého ze srovnávání jsou potom zpětnovazebně vedeny do řídicí jednotky 18 vyhledávání. Výsledné zpětnovazební signály do řídicí jednotky 18 vyhledávání obsahují jak energii korelace, tak i PN ofset, který vyplynul z měření.

Řídicí jednotka 18 vyhledávání vysílá podle vyhledávání fázi pseudonáhodné posloupnosti, v níž je synchronizována, na základnovou stanici 64. Tento posun je použit pro vypočítávání časové chyby, jak je dále popsáno.

Když mobilní jednotka 60 zachytí podřízenou základnovou stanici 64., vypočítá rozdíl mezi dobou, v níž dostala signál z podřízené základnové stanice 64, a dobou, v níž dostala signál z referenční základnové stanice 62. Tato hodnota je poskytována do generátoru 52 zprávy, který generuje zprávu reprezentativní pro hodnotu rozdílu. Zpráva se vysílá • ·

-24• · · to • ···· · · « · to · to · jako signalizační data na zpětném spojení na referenční základnovou stanici 62 a podřízenou základnovou stanici 64, které zasílají zprávu zpět do řídicí jednotky 66 základnových stanic.

V kroku 311 (obr.3) měří podřízená základnová stanice 64 časový rozdíl mezi okamžikem, kdy obdržela signál zpětného spojení z mobilní stanice 60 (T₂) a okamžikem, kdy vysílala signál dopředného spojení na mobilní stanici 60 (T^). Podřízená základnová stanice 64 ukládá PN ofset v okamžiku, kdy vysílá svůj signál dopředného spojení a při detekci signálu zpětného spojení z mobilní stanice 60 vypočítává časový rozdíl RTD₂. V příkladném provedení je tento vypočítaný časový rozdíl poskytován podřízenou základnovou stanicí 64 do řídicí jednotky 66 základnových stanic, kde se provádí výpočet nastavení časování. Odborníkovi bude zřejmé, že vynález se dá snadno aplikovat na případ, v němž se výpočty provádějí na základnových stanicích nebo mobilních stanicích.

Řídicí jednotka 66 základnových stanic provádí v odezvě na vypočítaný časový rozdíl výpočet popsaný v rovnici (12) a vysílá indikaci potřebného nastavení časování na podřízenou základnovou stanici 64. Jak je vyznačeno na obr.7, je signál nastavení časování přijímán podřízenou základnovou stanicí 64 v řídicím procesoru 100. Řídicí procesor 100 generuje a poskytuje řídicí signál do procesoru 99 nastavování časování. Procesor 99 nastavování časování generuje signál, který mění dobu zdroje časování 98 o velikost, udávanou v signálu z řídicí jednotky 66 základnových stanic.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob synchronizace časování první základnové stanice s referenční základnovou stanicí, při kterém se měří interval zpoždění vratné dráhy při přenosech z uvedené referenční základnové stanice na mobilní stanici, která je s ní ve spojení, a zpět z této mobilní stanice na uvedenou referenční základnovou stanici, na uvedené mobilní stanici se měří první časový rozdíl mezi dobou přijímání signálu dopředného spojení z uvedené první základnové stanice a dobou přijímání signálu dopředného spojení z uvedené referenční základnové stanice, na podřízené základnové stanici se měří druhý časový rozdíl mezi příjmem signálu zpětného spojení z uvedené mobilní stanice a okamžikem vysílání signálu dopředného spojení z uvedené první základnové stanice, a na základě naměřeného intervalu zpoždění vratné dráhy, uvedeného prvního časového rozdílu a uvedeného druhého časového rozdílu se vypočítává hodnota korekce časování.