ES2278633T3 - Sistema y procedimiento para sincronizar estaciones base en redes celulares. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para ajustar el sincronismo de una estación base que comprende las etapas de: recibir una señal de sincronismo centralizada en la estación móvil; adquirir una señal indicativa del tiempo del sistema de dicha estación base en dicha estación móvil; calcular un error entre dicha señal de sincronismo centralizada y dicho tiempo del sistema de dicha estación base; transmitir el error calculado y las coordenadas de la estación móvil desde la estación móvil a la estación base; calcular en la estación base un factor de ajuste del sincronismo basándose en el error de tiempo calculado, las coordenadas de la estación móvil y las coordenadas de la estación base; y ajustar dicho tiempo del sistema de dicha estación base según dicho error calculado y factor de ajuste del sincronismo.
Description
Sistema y procedimiento para sincronizar
estaciones base en redes celulares.
La presente invención se refiere a
comunicaciones inalámbricas. Más en particular, la presente
invención se refiere a un procedimiento y aparato novedoso y
mejorado para sincronizar estaciones base en un sistema de
comunicación inalámbrica.
El uso de técnicas de modulación de acceso
múltiple por división de código (CDMA) no es más que una de las
diversas técnicas para facilitar las comunicaciones en las que está
presente un gran número de usuarios del sistema. Aunque se conocen
otras técnicas, tales como acceso múltiple por división de tiempo
(TDMA y GSM), acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) y
los esquemas de modulación AM, tales como banda lateral única con
amplitud comprimida (ACSSB), la modulación CDMA presenta ventajas
significativas con respecto a estas otras técnicas de modulación. El
uso de técnicas CDMA en un sistema de comunicación de acceso
múltiple se da a conocer en la patente de los EE.UU. nº 4.901.307,
titulada "Spread spectrum multiple access communication system
using satellite or terrestrial repeaters" (sistema de
comunicación de acceso múltiple de espectro ensanchado usando
repetidores por satélite o terrestres) y en la patente de los EE.UU.
nº 5.103.459, titulada "System and method for generating signal
waveforms in a CDMA cellular telephone system" (sistema y
procedimiento para generar formas de onda de señales en un sistema
de telefonía móvil CDMA), ambas transferidas al cesionario de la
presente invención. El procedimiento para proporcionar
comunicaciones móviles CDMA se normalizó en los Estados Unidos por
la Asociación de Industria de las Telecomunicaciones en
TIA/EIA/IS-95-A titulada "Norma de
compatibilidad estación base - estación móvil para sistema móvil de
espectro ensanchado de banda ancha de modo dual", a la que se
hace referencia en la presente memoria como
IS-95.
En la norma IS-95 y en la
patente de los EE.UU. nº 5.103.459, las estaciones base se
sincronizan con la señal (GPS) de señal de posicionamiento global.
La sincronización de tiempo permite una adquisición más rápida y una
mayor fiabilidad en las operaciones de traspaso. Lograr la
sincronización de tiempo mediante la señal GPS es algo que se
conoce bien en la técnica. Dos textos que describen procedimientos
para lograr la sincronización de tiempo mediante la señal GPS son J.
J. Spilker, "GPS Signal Structure and Performance
Characteristics", Reprint in Global Positioning System, ION,
Vol. 1 y Hoffmann-Wekllenhof, Lichtenegger, Collins,
"GPS, Theory and Practice",
Springer-Verlag.
Vista común ("common-view")
es el uso de mediciones de vista simultánea, dispuestas
especialmente, que maximizan los ángulos de elevación de satélite
entre parejas de estaciones. Este procedimiento preciso de
transferencia de tiempo incluye la participación de aproximadamente
50 laboratorios internacionales. El desarrollo de los esquemas de
vista común ha sido responsabilidad de la Oficina de Pesos y Medidas
(Bureau des Poids et Mesures, BIPM) en Sevres, Francia, desde julio
de 1986. El esquema de vista común que sigue el Observatorio Naval
de los Estados Unidos (USNO) se establece en el archivo GPSD2. Las
correcciones proporcionadas por el USNO en prácticamente tiempo
real pueden encontrarse en el archivo GPSCV. Ha de observarse, sin
embargo, que el procedimiento de vista común tiene un precio.
Requiere una estricta adherencia a exactamente las mismas
observaciones simultáneas en ambas ubicaciones, un requisito que no
es fácil de satisfacer salvo en laboratorios de medición. El uso de
la vista común funcionará si la disponibilidad selectiva no incluye
la degradación de las efemérides, pero será incluso menos robusto
que si no se aplicase la disponibilidad selectiva.
El procedimiento para enlazar el USNO MC a
diversos sitios remotos es la Estación de referencia de tiempo
preciso (PTRS). Puesto que la vista común requiere una adherencia
estricta, se usa un procedimiento de igualación de todas las
observaciones por satélite para la transferencia de tiempo operativa
a nuestra PTRS. Una solución lineal filtrada, basada en todas las
observaciones por satélite de 13 minutos, permite una estimación de
la precisión disponible y es mucho menos sensible a los lentos
cambios de oblicuidad en la observación de los satélites
individuales. Este procedimiento se conoce como
"melting-pot" (mezcla heterogénea). El
procedimiento "melting-pot" es probablemente
ligeramente menos preciso que el de vista común, pero es más robusto
y permite una medición definitiva de la incertidumbre derivada de
todas las observaciones. Desde la implementación de la
disponibilidad selectiva y una constelación completa,
aproximadamente 90 observaciones por satélite al día, el promediado
de todas las observaciones por satélite durante un día con un reloj
estable todavía permite una precisión muy buena de la media filtrada
con una gran fiabilidad.
Volviendo al funcionamiento de redes móviles,
los traspasos pueden dividirse generalmente en dos categorías,
traspasos bruscos "hard handoff" y traspasos continuos "soft
handoff". En un traspaso brusco, cuando una estación móvil
abandona una estación base de origen y entra en una estación base de
destino, la estación móvil rompe su enlace de comunicación con la
estación base de origen y, a continuación, establece un nuevo enlace
de comunicación con la estación base de destino. En el traspaso
continuo, la estación móvil completa un enlace de comunicación con
la estación base de destino antes de romper su enlace de
comunicación con la estación base de origen. Por tanto, en el
traspaso continuo, la estación móvil se comunica de manera
redundante tanto con la estación base de origen como con la estación
base de destino durante un cierto periodo de tiempo.
Con los traspasos continuos es mucho menos
probable que se caigan las llamadas que con los traspasos bruscos.
Además, cuando una estación móvil se desplaza cerca del límite de
cobertura de una estación base, puede realizar repetidas peticiones
de traspaso como respuesta a pequeños cambios en el entorno. Este
problema, denominado de ping-pong, también se atenúa
en gran medida con el traspaso continuo. Un proceso a modo de
ejemplo para llevar a cabo el traspaso continuo se describe en
detalle en la patente de los EE.UU. nº 5.101.501, titulada "Method
and system for providing a soft handoff in communications in a CDMA
cellular telephone system" (procedimiento y sistema para
proporcionar un traspaso continuo en comunicación en un sistema de
telefonía móvil CDMA) transferida al cesionario de la presente
invención.
En IS-95, una estación base
candidata se caracteriza por el desplazamiento de fase de la
secuencia de pseudorruido (PN) de su canal piloto. Cuando la
estación móvil intenta determinar la fuerza de la señal piloto de
una estación base candidata, realiza una operación de correlación
en la que la señal recibida filtrada se correlaciona con un conjunto
de hipótesis de desplazamiento PN. El procedimiento y aparato para
realizar la operación de correlación se describe en detalle en la
patente de los EE.UU. nº 5.644.591, titulada "Method and apparatus
for performing search acquisition in a CDMA communication system"
(procedimiento y aparato para realizar adquisición de búsqueda en un
sistema de comunicación CDMA), que se transfirió al cesionario de la
presente invención.
En sistemas CDMA en los Estados Unidos, esta
sincronización de estación base se consigue dotando a cada estación
base de un receptor de satélite de posicionamiento global (GPS). No
obstante, hay casos en los que es posible que una estación base no
pueda recibir la señal GPS. Por ejemplo, en suburbanos y túneles la
señal GPS se atenúa hasta un punto en que resulta imposible su uso
para la sincronización de tiempo de las estaciones base o
microestaciones base. Además, hay planes nacionales que no apoyan la
dependencia de la señal GPS para el funcionamiento de servicios
críticos.
Una solución para proporcionar sincronización
centralizada sin una señal GPS disponible se describe en la patente
de los EE.UU. nº 5.872.774, titulada "Mobile station assisted
timing synchronization in a CDMA communication system"
(Sincronización de tiempo asistida por estación móvil en un sistema
de comunicación CDMA), que se transfirió al cesionario de la
presente invención. Además, la presente invención describe un
procedimiento y un sistema para proporcionar sincronización de
tiempo en la que ninguna estación base se basa en una señal de
sincronismo centralizada. La estación base esclava logra la
sincronización con la estación base de referencia a través de
mensajes transmitidos desde y recibidos por una estación móvil en la
región de traspaso continuo entre la estación base de referencia y
la estación base esclava. En primer lugar, el retardo de ida y
vuelta entre la estación móvil y la estación base de referencia se
mide por la estación base de referencia. A continuación, la
estación base esclava realiza una búsqueda hasta que adquiere la
señal transmitida por la estación móvil, denominada como la señal de
enlace inverso. En respuesta a la adquisición de la señal de enlace
inverso, la estación base esclava ajusta su tiempo de modo que la
estación móvil puede adquirir su señal, denominada como señal de
enlace directo. Esta etapa puede resultar innecesaria si el error en
el sincronismo en la estación base esclava no es grave.
Una vez que la estación móvil adquiere la señal
desde la estación base esclava, mide e informa de la diferencia
entre la cantidad de tiempo que tarda una señal en desplazarse desde
la estación base de referencia a ella y la cantidad de tiempo que
tarda una señal en desplazarse desde la estación base esclava a
ella. La última medición necesaria es una medición que hace la
estación base esclava de la diferencia de tiempo entre el tiempo en
el que recibió la señal de enlace inverso desde la estación móvil y
el tiempo en que transmitió una señal a la estación móvil.
Se realiza una serie de cálculos sobre los
valores de tiempo medidos para determinar la diferencia de tiempo
entre la estación base esclava y se realiza un ajuste de tiempo de
la estación base esclava de forma correspondiente. Ha de observarse
que todas las mediciones mencionadas se realizan durante el
funcionamiento normal de un sistema de comunicación CDMA según
IS-95.
Procedimientos y aparatos adicionales para
sincronizar estaciones base en un sistema de comunicación
inalámbrico se describen en la solicitud de patente de los EE.UU. en
tramitación junto con la presente nº de serie 09/206.037, titulada
"Method and apparatus for providing wireless communications system
synchronization" (Procedimiento y aparato para proporcionar
sincronización de sistema de comunicaciones inalámbricas), que se
transfirió al cesionario de la presente invención. La solicitud
describe procedimientos mediante los que un sistema de comunicación
inalámbrico se mantiene sincronizado sin una referencia externa.
Cuando en la red hay presente un tráfico
insuficiente para mantener la sincronización a través del uso de
mensajes de traspaso, deben emplearse otros procedimientos. Un
enfoque implica realizar mediciones directas del sincronismo entre
estaciones base. Esto se logra de una de dos formas. La base puede
interrumpir sus transmisiones en todos los sectores durante un
breve intervalo durante el que recibe señales de enlace directo
desde otras estaciones base. Dado el conocimiento de las ubicaciones
de las otras estaciones base, pueden derivarse los errores de
tiempo relativos a todas las otras estaciones base. De manera
alternativa, una estación base envía una señal breve a alta
potencia en la banda de transmisión móvil. Este tiempo de llegada de
esta señal se mide por las estaciones base cercanas y se calculan
los errores de tiempo entre parejas de estaciones base.
En algunos casos, una estación base puede estar
aislada de manera suficiente de todas las demás estaciones base en
la red de modo que no sea posible una medición directa de base a
base. En este caso, se dispone una estación ficticia fija en una
ubicación en la región de traspaso entre la célula aislada y otra
célula en la red. La estación ficticia fija realiza, o bien
mediciones de pilotos de estación base por orden de la base y
transmite la información de sincronismo, o bien envía una
transmisión de ráfagas en un momento específico para que se mida por
las estaciones base.
Un procedimiento alternativo para la
sincronización de estaciones base que no pueden recibir señales GPS
se describe en la solicitud de patente de los EE.UU. en trámite
junto con la presente, nº de serie 09/360.491, que se transfirió al
cesionario de la presente invención. El generador sincronizado de
frecuencia y sincronismo incluye una estación padre que mantiene
valores de frecuencia y tiempo del sistema, una primera unidad de
transferencia de tiempo/frecuencia que recibe el valor de tiempo del
sistema desde la primera estación padre (maestra) y genera valores
de frecuencia y tiempo del sistema corregidos, y una primera
estación hijo (esclava) a la que la primera unidad de transferencia
de tiempo/frecuencia comunica directamente los valores de frecuencia
y tiempo del sistema corregidos. Esta jerarquía de estación padre -
unidad de transferencia de tiempo - estación hijo - estación padre
puede repetirse para todas las estaciones desplegadas en una red
inalámbrica dada. El valor de tiempo del sistema corregido puede
generarse usando un ajuste que avanza o retrasa un reloj de marcha
continua local en una estación hijo.
En una realización preferida, la presente
invención se dirige a una primera unidad de transferencia de
tiempo/frecuencia acoplada a una primera estación base hijo en un
sistema de sincronización de frecuencia y tiempo secuencial. La
primera unidad de transferencia de tiempo/frecuencia incluye un
receptor que adquiere un conjunto de señales piloto, un demodulador
que demodula un mensaje SYNC de una señal de canal SYNC desde la
estación base padre, determina el tiempo del sistema de la unidad a
partir del mensaje SYNC, entonces avanza el tiempo del sistema de la
unidad en una cantidad predeterminada correspondiente al retardo de
propagación entre la estación padre y la primera unidad de
transferencia tiempo/frecuencia para obtener el tiempo del sistema
absoluto. La primera unidad de transferencia de tiempo/frecuencia
utiliza entonces el tiempo del sistema absoluto para generar un tren
de impulsos periódicos con bordes bien definidos usado para
controlar el sincronismo de las señales enviadas desde la primera
estación hijo. En una realización preferida, el periodo del tren de
impulsos es un múltiplo entero de 1 segundo, y el mensaje SYNC y el
canal SYNC corresponden al mensaje SYNC y al canal SYNC definidos en
la norma IS-95A. El generador empleado en la primera
unidad de transferencia de tiempo/frecuencia para generar el tren
de impulsos periódicos puede incluir un ajuste que mide una
diferencia de tiempo entre la salida de un reloj local de marcha
continua en la primera estación base hijo y el tiempo del sistema
absoluto determinado por la primera unidad de transferencia de
tiempo/frecuencia, y entonces retrasa la salida del reloj de marcha
continua para así sincronizar la salida del reloj de marcha continua
con el tiempo del sistema absoluto determinado por la primera unidad
de transferencia de
tiempo.
tiempo.
Una vez que el sincronismo de la primera
estación base hijo se ha sincronizado tal como se describió
anteriormente, la primera estación base hijo utiliza el sistema
absoluto determinado por la primera unidad de transferencia de
tiempo/frecuencia para controlar la sincronización de tiempo de las
señales enviadas desde la primera estación base hijo. Además, la
primera estación base hijo empieza a transmitir su propio mensaje
SYNC en su canal SYNC según el tiempo del sistema absoluto (según
se ha determinado por la primera unidad de transferencia de
tiempo/frecuencia) hacia una estación base hijo adicional,
provocando así que la primera estación base hijo se convierta en
una (segunda) estación base padre adicional. El proceso descrito
anteriormente se repite entonces mediante una segunda unidad de
transferencia de tiempo/frecuencia acoplada a la segunda estación
base hijo para sincronizar el tiempo del sistema absoluto empleado
por la segunda estación hijo con el de la primera y segunda
estación padre. Entonces el proceso se repite preferiblemente para
todas las estaciones base adicionales en un sistema de comunicación,
lo que da como resultado que todas estas estaciones base se
sincronicen en un tiempo del sistema absoluto común.
En los sistemas de comunicación
IS-95, se transmite un mensaje de sobrecarga (el
mensaje de canal Sync) en el canal Sync. Las estaciones base según
IS-95 transmiten un mensaje de canal Sync, con el
siguiente formato:
| Campo | Longitud (bits) |
| MSG_TYPE ("00000001") | 8 |
| P_REV | 8 |
| MIN_P_REV | 8 |
| SID | 15 |
| NID | 16 |
| PILOT_PN | 9 |
| LC_STATE | 42 |
| SYS_TIME | 36 |
(Continuación)
| Campo | Longitud (bits) |
| LP_SEC | 8 |
| LTM_OFF | 6 |
| DAYLT | 1 |
| PRAT | 2 |
| RESERVED | 3 |
- MSG_TYPE
- Tipo de mensaje
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo a "00000001"
- P_REV
- Nivel de revisión de protocolo
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo a "00000010"
- MIN_P_REV
- Nivel de revisión de protocolo mínimo
- \quad
- Sólo las estaciones móviles que soportan números de revisión mayores o iguales a este campo acceden al sistema.
- SID
- Identificación del sistema
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al número de identificación del sistema para este sistema móvil (véase 6.6.5.2)
- NID
- Identificación de red
- \quad
- Este campo sirve como un identificador secundario de un sistema definido por el propietario del SID.
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al número de identificación de red para esta red (véase 6.6.5.2).
- PILOT_PN
- Índice de desplazamiento de secuencia PN piloto
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al desplazamiento de secuencia PN piloto para esta estación base, en unidades de 64 chips PN.
- LC_STATE
- Estado de código largo
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al estado de código largo en el tiempo dado por el campo SYS_TIME de este mensaje
- SYS_TIME
- Tiempo del sistema
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al Tiempo del Sistema de cuatro supertramas del canal Sync (320 ms) después del final de la última supertrama que contiene alguna parte de este mensaje de canal Sync, menos el desplazamiento de secuencia PN piloto, en unidades de 80 ms
- LP_SEC
- El número de segundos de salto que se han producido desde el inicio del Tiempo del Sistema
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al número de segundos de salto que se han producido desde el inicio del Tiempo del Sistema, según el tiempo dado por el campo SYS_TIME de este mensaje
- LTM_OFF
- Desplazamiento de la hora local con respecto al Tiempo del Sistema
- \quad
- La hora local actual del día es igual a SYS_TIME - LP_SEC + LTM_OFF
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al desplazamiento complementario de los dos, de la hora local con respecto al Tiempo del Sistema, en unidades de 30 minutos
- DAYLT
- Indicador de hora para ahorro de luz del día
- \quad
- Si la hora para ahorro de luz del día es eficaz, la estación base deberá ajustar este campo a "1". De lo contrario, la estación base deberá ajustar este campo a "0".
- PRAT
- Tasa de datos de canal de radiolocalización
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo al valor del campo PRAT correspondiente a la tasa de datos usada por los canales de radiolocalización en el sistema.
- RESERVED
- bits reservados
- \quad
- La estación base deberá ajustar este campo a "000".
Una de las informaciones más importantes
incluidas en el mensaje Sync es el tiempo del sistema (SYS_TIME),
que se sincroniza con una señal de sincronismo centralizada. Otros
sistemas de comunicación inalámbricos digitales, tales como GSM,
transmiten de manera similar una indicación del tiempo del sistema a
las estaciones remotas mediante cualquier mensaje de sobrecarga.
Recientemente, la FCC (comisión de
comunicaciones federales de Estados Unidos) exigió la capacidad de
los teléfonos móviles para proporcionar información de energía,
incluyendo información de ubicación, lo que permitirá que los
servicios de emergencia puedan prestar servicio aunque un usuario no
pueda comunicarse. Una solución para esta exigencia, es proporcionar
un receptor GPS en cada terminal telefónico.
La presente invención aprovecha la incorporación
anticipada de receptores GPS en terminales telefónicos para
proporcionar la sincronización a estaciones base que no pueden
recibir una señal GPS.
La publicación PCT nº WO99/44306, a nombre de
Motorola, Inc., da a conocer un sistema y procedimiento de
comunicación inalámbrica para proporcionar una identidad de una
primera y una segunda estación base transceptora a una estación
móvil. Basándose en la identidad, la estación móvil hace un
seguimiento de una primera señal desde la primera estación base
transceptora y de una segunda señal desde una segunda estación base
receptora.
La presente invención es un sistema y
procedimiento novedoso y mejorado para sincronizar estaciones base
en cualquier sistema de comunicación digital. El procedimiento
utiliza una estación móvil inalámbrica con capacidades de GPS
integradas en la estación móvil inalámbrica. La solución final de
las ecuaciones GPS da la posición del teléfono y un término de
desviación. Se usan tanto la posición calculada como el término de
desviación para determinar el desplazamiento entre el reloj local
del móvil inalámbrico y el tiempo GPS calculado. Este
desplazamiento se usa entonces para corregir el sincronismo en la
estación base retroalimentando las correcciones y la información de
ubicación de la estación móvil a la estación base. Varias de estas
mediciones también pueden usarse para corregir los errores de
frecuencia en la estación base. El procedimiento también puede
usarse para calibrar el sincronismo de estaciones base en redes
existentes.
Las características, objetos y ventajas de la
presente invención resultarán más evidentes a partir de la
descripción detallada expuesta a continuación, tomada junto con los
dibujos, en los que los mismos números de referencia se identifican
de manera correspondiente en todos ellos y en los que:
la figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra
el procedimiento de sincronización de estaciones base de la presente
invención;
la figura 2 es un diagrama de bloques de los
elementos del sistema de la presente invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques de la
estación base de la presente invención; y
la figura 4 es un diagrama de bloques de la
estación móvil de la presente invención.
Esta invención describe un aparato para ayudar a
mantener la sincronización entre elementos de un sistema de
comunicación (estaciones base). Consiste en un receptor GPS y un
dispositivo inalámbrico bidireccional (podría ser un dispositivo
denominado como receptor GPS de modo dual y un módulo de
comunicación bidireccional). Cuando el dispositivo está en modo
comunicación, adquiere el tiempo del sistema y hace un seguimiento
del mismo. El dispositivo está programado también para
resintonizarse periódicamente con la frecuencia GPS.
\newpage
La figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra
el procedimiento de la presente invención para la sincronización de
estaciones base. En el bloque 100, la estación móvil recibe el
tiempo del sistema de la estación base. En la realización a modo de
ejemplo de un sistema de comunicación CDMA, la estación móvil
adquiere primero el canal piloto de la estación base para lograr la
sincronización con la estación base. Después de adquirir el canal
piloto, la estación móvil demodula el canal sync y recibe un mensaje
de canal Sync que indica el tiempo del sistema.
En el bloque 102, la estación móvil recibe la
señal GPS. La estación móvil puede usar la información de
sincronismo de la estación base para facilitar la adquisición de
satélites GPS. Un procedimiento a modo de ejemplo para usar la
información de sincronismo de una estación base para facilitar la
adquisición de una señal GPS se describe detalladamente en la
solicitud de patente de los EE.UU. en tramitación junto con la
presente nº de serie 09/040.501, titulada "System and method for
determining the position of a wireless CDMA Transceiver" (Sistema
y procedimiento para determinar la posición de un transceptor CDMA
inalámbrico), y en la solicitud de patente de los EE.UU. en
tramitación junto con la presente nº de serie 09/149.428, titulada
"Method and apparatus for increasing the sensitivity of a Global
Positioning Satellite Receiver" (Procedimiento y aparato para
aumentar la sensibilidad de un receptor por satélite de
posicionamiento global), ambas transferidas al cesionario de la
presente invención.
En la realización a modo de ejemplo, una vez que
el dispositivo ha adquirido al menos cuatro satélites, calculará su
posición y la desviación de tiempo asociada a la misma. La
desviación de tiempo es una medición del desplazamiento entre el
tiempo GPS real y el tiempo del sistema determinado por el
dispositivo de comunicación.
Una señal GPS codificada se transmite desde un
satélite GPS particular y se recibe por un sensor GPS en el que el
tiempo en que se detecta una fase de señal GPS particular se
determina mediante unidades en el receptor denominadas correladores
de código. Los procedimientos usados para realizar esta medición se
conocen bien en la técnica. Lo importante para determinar
parámetros de navegación son el trayecto de la señal y el tiempo de
la transmisión desde el satélite GPS hasta que se detecta la fase de
código GPS.
El trayecto de la señal comienza en la antena
del satélite GPS, pasa a través de la ionosfera y la troposfera en
las que se retarda, y finalmente se recibe en la antena del receptor
GPS. Desde la antena del receptor GPS, la señal se desplaza a
través de un conjunto de componentes electrónicos analógicos (por
ejemplo, preamplificadores, amplificadores, conversores de
frecuencia, etc.). Se trata de un trayecto de señal común para todas
las señales de satélites GPS. Finalmente, la señal se alimenta a
varios correladores de código. Después de realizar las operaciones
de correlación necesarias en las señales recibidas desde los cuatro
satélites, el receptor GPS puede determinar su ubicación y el tiempo
del sistema.
En el bloque 104, la estación móvil calcula la
diferencia entre el tiempo del sistema de la estación base y el
tiempo GPS. Conociendo el tiempo de transmisión de la fase de
código, puede usarse el tiempo medido de recepción para determinar
intervalos desconocidos pero importantes para la navegación. El
hecho de conocer cuatro de estos intervalos permite al receptor
determinar su posición en tres dimensiones (x, y, z) y el tiempo
GPS absoluto. La estación móvil calcula entonces una señal de error
de tiempo que es la diferencia (\Deltat) entre el sincronismo
proporcionado desde la estación base y el tiempo absoluto GPS
calculado, que es una función de la distancia entre la estación
base y el teléfono más cualquier multitrayecto, el desplazamiento de
tiempo entre el tiempo del sistema de la estación base y el tiempo
GPS real, y el retardo del equipo físico en el teléfono.
En el bloque 106, la estación móvil transmite a
la estación base un mensaje que indica sus coordenadas y la
diferencia de tiempo calculada entre el tiempo de la estación base
en servicio y el tiempo GPS.
En el bloque 108, la estación base calcula un
factor de ajuste del sincronismo para sincronizar su reloj interno
con el tiempo GPS. Al conocer la posición de la estación base en
servicio (x_{bs}, y_{bs}, z_{bs}) y la posición calculada del
teléfono (x, y, z), la estación base determina una corrección de sus
relojes internos (\deltat) como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En el bloque 110, la estación base ajusta sus
relojes internos según una corrección de sus relojes internos
(\deltat) y en este punto la estación base se sincroniza con el
tiempo GPS.
La figura 2 ilustra los elementos necesarios
para realizar la operación de sincronización de la presente
invención. En la realización a modo de ejemplo, la estación 200
base es una estación base CDMA. La estación 200 base emite su señal
piloto y su mensaje sync a las estaciones móviles en su área de
cobertura en la señal 210 de enlace directo. La estación 204 móvil
recibe la señal 210 de enlace directo mediante el receptor 208 de
estación móvil (MS RCVR). En la realización a modo de ejemplo, la
estación 204 móvil adquiere inicialmente la señal de canal piloto y
entonces demodula el canal sync para recibir el mensaje Sync que
incluye el tiempo del sistema de la estación base.
Los satélites 202 GPS emiten la señal de
sincronismo GPS que se recibe por la estación 204 móvil mediante el
receptor 206 GPS. En la realización a modo de ejemplo, tras adquirir
la señal desde cuatro satélites 202 GPS, la estación 204 móvil
determina su ubicación y el tiempo absoluto del GPS. La estación 204
móvil transmite entonces un mensaje indicativo de las coordenadas
de ubicación calculadas y el tiempo en la señal 212 de enlace
inversa.
La figura 3 ilustra una versión simplificada de
la estación 200 base. En la realización a modo de ejemplo, la
estación 200 base transmite tres tipos diferentes de datos
incluyendo símbolos piloto, datos del mensaje de canal sync y datos
de canal de tráfico. Las señales piloto se generan mediante el
modulador 304 piloto y se proporcionan a un combinador 312. El
mensaje Sync se proporciona desde el generador 310 de menajes al
modulador 306 sync. La señal de canal sync modulada se proporciona
al combinador 312. Por último, los canales de tráfico se generan en
moduladores 308 de tráfico y se proporcionan al combinador 312.
En la realización a modo de ejemplo de un
sistema CDMA, el canal piloto, el canal sync y los canales de
tráfico se distinguen unos de otros en espacio código empleando
diferentes secuencias de ensanchamiento ortogonales. En
realizaciones alternativas, los canales pueden distinguirse en
ranuras de tiempo o de frecuencia. Además, la presente invención no
requiere un canal piloto para su funcionamiento, aunque es muy útil
en sistemas CDMA.
El combinador 312 combina el canal piloto, el
canal sync y el canal de tráfico y proporciona la señal combinada
al transmisor 314 (TMTR). El transmisor 314 convierte a una
frecuencia más alta, filtra y amplifica la señal para la transmisión
a través de la antena 316.
Las señales se reciben en la estación 204 móvil
en la antena 400 y se proporcionan a través del duplexor 402 a la
interfaz 404 RF. La interfaz 404 RF convierte a una frecuencia más
baja, filtra y amplifica la señal recibida. En la realización a
modo de ejemplo, la interfaz 404 RF convierte a una frecuencia más
baja la señal recibida o bien según la frecuencia de la portadora
móvil o PCS, o bien según la frecuencia de la portadora GPS. El
funcionamiento de la interfaz 404 RF se dirige mediante señales
desde el procesador 418 de control. En esta realización a modo de
ejemplo, la estación 204 móvil no puede recibir simultáneamente la
señal GPS y la señal de enlace directo desde la estación 200 base.
Por tanto, en la realización a modo de ejemplo, después de recibir
el mensaje del canal sync, la estación móvil debe hacer un
seguimiento de la cantidad de tiempo que transcurre entre su
recepción del mensaje Sync desde la estación 200 base y el tiempo en
el que recibe la indicación de sincronismo desde los satélites 202
GPS.
En una realización alternativa, la estación 204
móvil incluye dos interfaces RF separadas, una para la conversión a
una frecuencia más baja, el filtrado y la amplificación de la señal
de enlace directo desde la estación 200 base y otra para recibir la
señal GPS desde los satélites 202. En este caso, el mensaje del
canal sync y el sincronismo GPS pueden recibirse simultáneamente y
pueden compararse directamente.
En la realización a modo de ejemplo, cuando la
estación 204 móvil debe recibir la información de sincronismo del
sistema desde la estación 200 base, el procesador de control
proporciona una señal de control a la interfaz 404 RF ordenándole
que convierta a una frecuencia más baja la señal recibida según la
frecuencia de la portadora de la estación 200 base móvil o PCS.
Además, el procesador de control proporciona una
señal al conmutador 410 ordenándole que proporcione la salida de la
interfaz 404 RF al demodulador 412. En la realización a modo de
ejemplo, el demodulador 412 incluye un demodulador 414 de canal
piloto y un demodulador 416 de canal sync. En la realización a modo
de ejemplo, la estación móvil adquiere inicialmente la señal
directa desde la estación 200 base adquiriendo el canal piloto.
Después de adquirir el canal piloto, la estación 204 móvil demodula
el mensaje del canal Sync en el demodulador 416 de canal sync y
proporciona el mensaje Sync al procesador de control.
Después de recibir el mensaje Sync indicando el
tiempo del sistema de la estación 200 base, el procesador de
control ajusta un temporizador (no mostrado) para hacer un
seguimiento del intervalo de tiempo entre la recepción del mensaje
Sync y el tiempo en el que calcula el tiempo absoluto GPS. El
procesador 418 de control envía una señal de control a la interfaz
404 RF que, en respuesta, convierte a una frecuencia más baja la
señal recibida según la frecuencia de la portadora GPS. El
procesador de control también envía una señal al conmutador 410
ordenándole que proporcione la salida de la interfaz 404 RF al
demodulador 420 GPS. El demodulador 420 GPS demodula la señal
recibida y proporciona la señal al procesador de control que calcula
la ubicación de la estación 204 móvil y el tiempo GPS absoluto.
El procesador 418 de control envía una señal
indicativa de las coordenadas de ubicación (x, y, z) y de la
diferencia (\Deltat) de tiempo al generador 422 de mensajes (MSG
GEN). El generador 422 de mensajes genera un mensaje que incluye
las coordenadas (x, y, z) de ubicación calculadas y la diferencia
(\Deltat) de tiempo. El mensaje se proporciona al modulador 424.
En la realización a modo de ejemplo, el modulador 424 modula el
mensaje para proporcionarlo para la transmisión en el canal de
tráfico. En una realización alternativa, el mensaje puede
transmitirse como parte de una sonda de acceso.
La señal de mensaje modulada que incluye las
coordenadas (x, y, z) de ubicación calculadas y la diferencia
(\Deltat) de tiempo se convierte a frecuencia más alta, se filtra
y se amplifica mediante el transmisor 426 y se proporciona a través
del duplexor 402 para la transmisión a través de la antena 400.
La señal del mensaje se recibe en la estación
200 base en la antena 318 y se proporciona al receptor 320. El
receptor 320 convierte a una frecuencia más baja, filtra y amplifica
la señal recibida y proporciona la señal recibida al demodulador
322. La señal demodulada se proporciona al demultiplexor 324 que
extrae la parte del mensaje que incluye las coordenadas (x, y, z) de
ubicación calculadas y la diferencia (\Deltat) de tiempo.
El mensaje se proporciona al procesador 326 de
control. El procesador 326 de control calcula una corrección
(\deltat) de sincronismo tal como se ha descrito anteriormente, y
ajusta el sincronismo del elemento 300 de sincronismo. En la
realización a modo de ejemplo, el modulador 302 modula los datos
para la transmisión según señales de sincronismo desde el elemento
300 de sincronismo.
Debido a que los errores de frecuencia son
simplemente errores en el sincronismo por un intervalo de tiempo
dado, los errores de frecuencia en el elemento 300 de sincronismo
también pueden corregirse realizando una pluralidad de ajustes de
tiempo por intervalos de tiempo dados. Además, la presente invención
puede usarse para calibrar el sincronismo de la estación 200 base
en redes existentes realizando las correcciones que se han descrito
anteriormente y ajustando el receptor GPS de la estación base según
este proceso.
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas se proporciona para permitir a cualquier experto en la
técnica realizar o usar la presente invención. Las diversas
modificaciones de estas realizaciones serán rápidamente evidentes
para los expertos en la técnica, y los principios genéricos
definidos en la presente memoria pueden aplicarse a otras
realizaciones sin usar la capacidad inventiva.
Por lo tanto, la presente invención no pretende
limitarse a las realizaciones mostradas en la presente memoria sino
según el alcance más amplio coherente con los principios y
características novedosas dadas a conocer en la presente
memoria.
Claims (22)
1. Procedimiento para ajustar el
sincronismo de una estación base que comprende las etapas de:
recibir una señal de sincronismo centralizada en
la estación móvil;
adquirir una señal indicativa del tiempo del
sistema de dicha estación base en dicha estación móvil;
calcular un error entre dicha señal de
sincronismo centralizada y dicho tiempo del sistema de dicha
estación base;
transmitir el error calculado y las coordenadas
de la estación móvil desde la estación móvil a la estación
base;
calcular en la estación base un factor de ajuste
del sincronismo basándose en el error de tiempo calculado, las
coordenadas de la estación móvil y las coordenadas de la estación
base; y
ajustar dicho tiempo del sistema de dicha
estación base según dicho error calculado y factor de ajuste del
sincronismo.
2. Procedimiento según la
reivindicación 1, en el que dicha señal de sincronismo centralizada
es una señal de Posicionamiento Global.
3. Procedimiento según la
reivindicación 2, en el que dicha etapa de recibir una señal de
sincronismo centralizada en dicha estación móvil comprende las
etapas de:
adquirir la señal GPS desde cuatro satélites;
y
calcular la ubicación y el tiempo absoluto según
dicha señal GPS desde dichos cuatro satélites.
4. Procedimiento según la
reivindicación 1 ó 3, que además comprende la etapa de calcular el
retardo de propagación entre dicha estación móvil y dicha estación
base.
5. Procedimiento según la
reivindicación 4, en el que dicha etapa de calcular el retardo de
propagación se realiza según la ubicación de dicha estación móvil y
la ubicación de dicha estación base.
6. Procedimiento según la
reivindicación 1, en el que dicha estación móvil es una estación
remota.
7. Procedimiento según la
reivindicación 1, en el que dicha estación base es una estación base
CDMA.
8. Procedimiento según la
reivindicación 7, en el que dicha etapa de adquirir una señal
indicativa del tiempo del sistema de dicha estación base en dicha
estación móvil comprende:
demodular un mensaje Sync; y
extraer una indicación de dicho tiempo del
sistema desde dicho mensaje Sync.
9. Procedimiento según la
reivindicación 1, que además comprende la etapa de transmitir una
señal indicativa de dicho error de tiempo desde dicha estación
móvil a dicha estación base.
10. Procedimiento según la reivindicación
9, en el que dicha etapa de transmitir dicha señal desde dicha
estación móvil se realiza transmitiendo dicha señal en un canal de
tráfico.
11. Procedimiento según la reivindicación
9, en el que dicha etapa de transmitir dicha señal desde dicha
estación móvil se realiza transmitiendo dicha señal en un canal de
acceso.
12. Sistema para ajustar el sincronismo
de una estación (200) base que comprende:
una estación (204) móvil para recibir una señal
de sincronismo centralizada, para adquirir una señal indicativa del
tiempo del sistema de dicha estación (200) base en dicha estación
(204) móvil;
comprendiendo dicha estación (200) móvil medios
(104) para calcular un error entre dicha señal de sincronismo
centralizada y dicho tiempo del sistema de dicha estación (200)
base;
medios (106) para transmitir el error calculado
y las coordenadas de la estación móvil desde la estación (204)
móvil a la estación (200) base;
medios (108) para calcular en la estación (200)
base un factor de ajuste del sincronismo basado en el error de
tiempo calculado, las coordenadas de la estación móvil y las
coordenadas de la estación base; y
comprendiendo dicha estación base medios (110)
para ajustar dicho tiempo del sistema de dicha estación base según
dicho error calculado y factor de ajuste del sincronismo.
13. Procedimiento según la reivindicación
12 en el que dicha señal de sincronismo centralizada es una Señal de
Posicionamiento Global.
14. Sistema según la reivindicación 13,
en el que dicha estación (204) móvil comprende medios para adquirir
la señal GPS desde cuatro satélites y calcular la ubicación y el
tiempo absoluto según dicha señal GPS desde dichos cuatro
satélites.
15. Sistema según la reivindicación 12 ó
14, en el que dicha estación (200) base comprende medios para
calcular el retardo de propagación entre dicha estación móvil y
dicha estación base.
16. Sistema según la reivindicación 15,
en el que dicha estación (200) base calcula dicho retardo de
propagación según la ubicación de dicha estación (204) móvil y la
ubicación de dicha estación (200) base.
17. Sistema según la reivindicación 12,
en el que dicha estación (204) móvil es una estación remota.
18. Sistema según la reivindicación 12,
en el que dicha estación base es una estación base CDMA.
19. Sistema según la reivindicación 18,
en el que dicha estación (204) móvil sirve para demodular un
mensaje Sync y extraer una indicación de dicho tiempo del sistema a
partir de dicho mensaje Sync.
20. Sistema según la reivindicación 12,
en el que dicha estación (204) móvil sirve además para transmitir
una señal indicativa de dicho error de tiempo desde dicha estación
remota a dicha estación (200) base.
21. Sistema según la reivindicación 20,
en el que dicha estación (204) móvil transmite dicha señal en un
canal de tráfico.
22. Sistema según la reivindicación 20,
en el que dicha estación (204) móvil transmite dicha señal en un
canal de acceso.
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