廣域網使用的確定傳播延遲的方法及設備的製作方法

2023-06-21 02:09:31

專利名稱：廣域網使用的確定傳播延遲的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信，特別涉及確定發射機和接收機之間的傳播延遲。
背景技術：
在無線通信網絡中，發射機和接收機之間的信號發送傳播延遲可能變化很大。當這些單元在網絡中隨機地進行通信的時候，信號檢測/同步會很困難，這就要求接收機搜索相當大範圍的頻率、時間、編碼等，從而會消耗巨大的資源以實現隨機信號的接收同步。另外，還需要大量的鏈路開銷以保證成功的解調。因此需要有降低隨機信號檢測/同步複雜度的方法和設備。

發明內容
本發明包括確定發射機和接收機之間的信號傳播延遲的方法和設備。在一個實施方式中，設備包括用於檢測時間間隔事件的裝置、接收第一信號的裝置，第一信號包含標記，以及用於確定時間間隔事件和標記之間時差的裝置。該設備還可以包括根據時差調整第二信號的發送時間的裝置。
在另一個實施方式中，本發明包括一種方法，該方法包括檢測時間間隔事件、接收第一信號，第一信號包含標記；以及確定時間間隔事件和標記之間的時差。該方法還可以包括根據時差調整第二信號的發送時間。


結合附圖，本發明的特點、目的和優點將在下面的詳細描述中更明顯地體現，在附圖中類似的標號全部對應地作出標識，其中圖1示出本發明可以應用的移動通信系統體系；圖2以功能框圖的形式示出可以應用於圖1所示體系中的根據本發明的移動通信終端(「MCT」)；圖3以功能框圖的形式示出可以應用於圖1所示體系中的本發明的網絡管理中心(「NMC」)系統；圖4A到4B示出可以在本發明的一種實施方式中採用的含有跟蹤數據的發送時隙。
圖5A是根據本發明的一種實施方式的反轉導頻檢測設備的功能框圖；圖5B是根據本發明的一種實施方式的傳播延遲計數設備的功能框圖；圖6A示出根據本發明的一種實施方式在信號中插入標記的流程圖；以及圖6B示出根據本發明一種實施方式的基於接收的傳播延遲標記確定信號傳播延遲以及基於確定的傳播延遲調整信號發送的流程圖。
優選實施方式圖1是廣域網的示例框圖，特別示出可以應用本發明的移動通信體系10。體系10包括網絡管理中心(「NMC」)系統20，NMC系統20通過無線網絡40連接多個地面移動通信終端(「MCT」)32、34、36和38。無線網絡40可以包括衛星網絡、蜂窩式電話網絡或者其他的無線語音和/或數據通信網絡。MCT可以安裝於位於無線網絡40工作邊界之內的最佳地理位置處的車輛上或者作為行動裝置的一部分上。
NMC 20作為MCT和一個或者多個用戶之間通信的中央路由站，這些用戶如圖1中顯示的用戶-A12、用戶-B 14以及調度終端16。NMC20可以通過撥號連接、網際網路連接50，或者直接連接(區域網)，或者其他適合的包括無線通信系統的通信系統來連接用戶系統12、14和調度站16。NMC 20可以通過簡易老式電話業務(POTS)經數據網絡例如網際網路，通過專用的通信線路例如T1或者T3線路，或者無線連接到無線通信網絡40。在另一種實施方式中，NMC 20和無線通信網絡40的至少一部分安放在一起。例如，NMC 20可以和衛星地面發送/接收站安放在一起。NMC 20和MCT之間的通信鏈路通常被稱為前向鏈路，從MCT到NMC 20的信號在相反的鏈路上傳送。當MCT位於車輛當中時，前向鏈路上通信的數據可以包括來自MCT的地理位置信息、傳輸和車輛狀況、編碼語音通信以及來自NMC 20的方向、指令、道路狀況信息和語音通信。NMC 20可以接收來自MCT的類似信息並將信息發送到用戶(12，14)和/或調度者(通過調度終端16)。
圖2顯示的是作為示例的MCT 32、34、36或38的框圖。MCT 32包括中央處理單元(「CPU」)66、隨機存取存儲器(「RAM」)52、只讀存儲器(「ROM」)54、顯示器56、用戶輸入設備58、收發機60、麥克風62、揚聲器64、GPS接收機18以及天線72。ROM 54和CPU66連接並存儲CPU 66執行的程序指令。RAM 52也和CPU 66相連並存儲臨時的程序數據。用戶輸入設備58可以包括鍵盤、觸控螢幕、軌跡球、或者其他輸入設備。用戶利用輸入設備58操作菜單、生成消息、請求路由信息，或者實現其他功能。顯示器56為輸出設備例如CRT、LCD或者其他用戶可感知設備。用戶可以使用顯示器56讀取解碼消息或者其他用戶12或14或其他單元(MCT 32)通過無線網絡40發送的數據。CPU 66可以包括IntelTM80186、ARM946、或者其他適合的處理器。
有可能的話，麥克風62和揚聲器64可以合併在和收發機60連接的一個手持設備裡。麥克風62和揚聲器64也可以在物理上更加分離以令雙手從和MCT 32的用戶的通信中解放出來。在這種模式中，收發機60可以包括語音啟動電路，可以將語音轉化成數據傳送到CPU 66進行處理。數據通過串行總線70傳送到CPU 66。收發機60包括在無線通信網絡40中進行數據和語音信號通信所必需的指令集。在一種實施方式中，收發機60支持碼分多址(「CDMA」)協議並且無線網絡是基於CDMA的支持數據和語音信號的網絡。收發機60和天線72連接，用於和無線網絡40進行信號通信。當收發機60接收到數據信號的時候，數據通過串行總線70傳送到CPU 66。數據可以包括文本信息、業務量更新、所建議的對道路導航的更改、目的地、多目的地的順序優先權、天氣、事故、建築物或者其他道路網絡狀況數據或者其他信息。該數據也可以包括該單元的軟體更新。收發機60可以接收來自一個或者多個現有技術中已知的各種定位系統的位置和速度矢量信號。在一個實施方式中，CPU 66也可以命令收發機60接收來自衛星的全球定位信號(「GPS」)並解碼GPS以抽取位置和定時信息。
圖3顯示的是一種典型的NMC 20的框圖。NMC 20包括CPU 22、RAM 24、ROM 26、存儲單元28、第一數據機/收發機70、GPS接收機30以及第二數據機/收發機74。第一數據機/收發機70可以將NMC 20和網際網路50連接。數據機/收發機70可以是連接NMC 20和本地網絡或者網際網路的乙太網數據機。第二數據機/收發機74連接NMC 20和無線通信網絡40並允許和一個或者多個MCT雙向通信。CPU 22可以命令在第一數據機70和第二數據機74之間傳輸用戶終端12、14以及調度終端16與一個或多個MCT 32、34、36和38之間的消息。ROM 26可以存儲由CPU 22執行的程序指令以完成上述的和下面將要描述的操作。RAM24可以用於存儲臨時的程序信息、接收的數據和消息。存儲單元28可以是任意的可存儲數據的單元，可用於存儲消息和其他信息。
MCT 32、34、36、38可以不時地要求發送消息到NMC 20。為了防止或限制同時發送消息或幹擾，體系10採用一種輪詢協議。在此協議中，NMC 20周期性地發送輪詢消息到MCT 32、34、36和38，查詢MCT是否有消息送回NMC 20。當有消息發送的時候，MCT等待接收到輪詢消息，而後根據輪詢消息在特定時刻回應「請求發送」消息。「請求發送」消息指示MCT 32要求發送消息到NMC 20。NMC20接收到「請求發送」消息，作為回應，發放授權給MCT 32。該授權允許請求MCT發送消息，該授權典型地包括其他信息，比如何時發送消息或者以什麼頻率發送消息。然後MCT可以根據該授權所包含的信息發送消息。
當NMC 20發送輪詢消息的時候，可能會有幾個MCT 32、34、36和38進行回應。要注意的是MCT發送的「請求發送」消息典型地以一種NMC 20可識別的前同步碼開始。利用該前同步碼使NMC20能夠檢測到「請求發送」消息，同樣也可檢測其他消息，從而實現定時和頻率同步，該同步用於解調這些消息。由於通常各個MCT與NMC 20間具有不同的距離，因此各個MCT的傳播延遲各不相同。在不知道各個MCT的傳播延遲的情況下，NMC 20必須搜索整個網絡中在可能的傳播延遲的不確定範圍內的所有接收的信號。這需要NMC 20有強大的處理能力和/或長的前同步碼以令搜索處理更容易。本發明使每個MCT能夠測量出到NMC 20的傳播延遲並根據傳播延遲預校正發送定時，從而使各個MCT發送的信號在NMC 20預期的時間到達NMC 20。由於極大地減小了信號到達時間的不確定性，需要的搜索工作相應地減少。這種解決方案使NMC 20能夠有複雜度較低的硬體/處理能力和/或短的前同步碼，這樣由於縮短了前同步碼，所節約的時間可以用於傳送有用信息，因此增加了系統容量。其他的好處還包括減少了消息衝突和幹擾的機會。
圖4A和4B示出前向鏈路傳輸的時隙，包括跟蹤數據(例如導頻色同步信號，將在以後說明)，用於確定發射機和接收機之間的傳播時間。在示例的實施方式中，數據在時隙中發送，每個時隙包含1.67毫秒，則每秒時隙總數為600個。圖4a顯示的是三個這樣的時隙110、120和130。每個時隙包含4096個碼片，其中位於每個時隙起始的384個碼片(即，導頻色同步信號)作為追蹤數據使用。當然，還有很多其他可能的時隙配置的組合。
在一種實施方式中，跟蹤數據包含導頻信號、導頻色同步信號，或者導頻數據，PIk中的k代表時隙編號。NMC 20產生跟蹤數據，MCT利用此跟蹤數據鎖定發送頻率和時間，並最終解調NMC信號。在一種示例的實施方式中，NMC 20通過周期性地在各個MCT所知的時間點反轉導頻信號(圖4B中所示導頻信號142)，來將時間標記或僅將簡單的「標記」本身插入導頻信號。在一種示例的實施方式中，NMC 20在對應於GPS接收機30接收到本地GPS定時信號的時刻反轉導頻信號。特別地，是在檢測到GPS定時信號的一個每秒脈衝(PPS)信號時反轉導頻信號。因此，導頻信號在檢測到一個PPS信號時每秒反轉一次。當然，除了反轉的導頻信號外，標記還可以包含其他信號，例如已知的可被MCT識別的數據序列。另外，NMC 20可以根據NMC20和MCT共同的任何其他定時信號插入標記。
在使用GPS定時信號的實施方式中，各個MCT 32、34、36和38與使用GPS接收機18的NMC 20接收相同的GPS定時信號。在這種實施方式中，MCT在接收到一個PPS GPS定時信號的時候啟動計數器，並在接收到含有反轉導頻的時隙時令計數器停止。從而可以根據該計數近似地確定NMC 20和MCT之間單向信號的傳播延遲。這樣，MCT可以根據確定的單向信號傳播延遲調整消息發送定時。
圖5A是MCT可以使用的根據本發明的一種實施方式的反轉導頻檢測設備150的功能框圖。示例的反轉導頻檢測器150包括多導頻色同步信號緩衝器152、交叉乘積計算器154以及門限檢測器156。在示例的實施方式中，交叉乘積計算器154確定點積D(n)，其中D(n)＝PLk·[PLk-1+PLk-2]。當時隙包含反轉導頻時，D(n)為負，否則若時隙不含有反轉導頻時，D(n)為正或者等於零。當D(n)為負時，門限檢測器156設置反轉導頻標誌157。
圖5B是根據本發明的一種實施方式的傳播延遲計數器160的功能框圖。計數器160接收定時信號164(即，一個PPS GPS定時信號)、碼片時鐘信號162以及反轉導頻標誌157。針對每個定時信號164，計數器復位並開始對碼片時鐘信號162(2.4576M碼片/秒)進行計數，直到設置反轉導頻標誌157為止。將碼片時鐘信號162的周期與計數器160的計數相乘得到NMC 20和MCT之間的近似傳播延遲。MCT可以根據本地振蕩器(產生碼片時鐘信號)誤差(如果已知或已計算出)調整計數。應當注意，當MCT可以發送消息時，NMC 20可以分配一個時隙或者時間周期。MCT可以根據確定的傳播延遲調整該發送時間以減少時隙邊界幹擾。
圖6A示出NMC 20可以使用的根據本發明一種實施方式的用於在信號中插入標記的方法80。方法80根據定時信號檢測時間間隔事件(步驟82)。在一個示例性實施方式中，NMC 20根據接收的GPS定時信號檢測到一個PPS信號。然後在信號中插入標記(步驟84)。在一個示例性實施方式中，NMC 20在對應於一個PPS信號的時刻反轉導頻信號。下一步，將信號(含有標記)發送到一個或多個MCT(步驟86)。
圖6B示出用於確定NMC 20和MCT之間的傳播時間的方法90，該方法還用於根據傳播時間調整發送時間。方法90根據定時信號檢測時間間隔事件(步驟92)。在一個示例性實施方式中，MCT根據接收的GPS定時信號檢測到一個PPS信號。該方法接下來啟動/復位計數器160(步驟94)。然後該方法在接收信號中尋找標記(步驟96和98)。在一個示例性實施方式中，MCT檢測NMC信號中的反轉導頻。當檢測到標記的時候，計數器停止(步驟99)。當檢測到反轉導頻的時候，MCT令計數器停止。根據計數器160的計數，能夠很容易地計算得到NMC 20和MCT之間的傳播時間(步驟102)。然後根據傳播延遲調整MCT發送時間(步驟104)。然後MCT根據調整後的定時發送信號。通過這種方式，MCT發送的信號在NMC 20預期的時刻到達NMC 20，因此消除了傳播延遲的影響從而使NMC 20能夠更容易地獲得MCT發送的信號。
以上按照實現此發明目標的最佳模式對本發明進行了說明，本領域的技術人員將會理解，不偏離本發明的構思和範圍，根據這些教導可以作出多種變形。例如，可以使用電腦程式軟體、固件或者硬體的結合實現本發明。作為實現本發明或者構建根據本發明的設備的預備步驟，根據本發明的電腦程式代碼(軟體或者固件)將典型地存儲在一個或多個機器可讀存儲介質上，例如固定盤(硬碟)驅動器、磁碟、光碟、磁帶、半導體存儲器例如ROM、PROM等，由此製作出根據本發明的製造品。該製造品包括電腦程式代碼，可以直接從存儲設備中執行這些代碼，也可以將代碼從存儲設備複製到另外的存儲設備如硬碟、RAM等中執行，或者通過網絡將代碼發送到遠程執行。
權利要求
1.一種用於確定發射機和接收機之間的傳播延遲的方法，包括檢測時間間隔事件；接收第一信號，所述第一信號包含標記；以及確定所述時間間隔事件和所述標記之間的時差。
2.權利要求1中的方法，還包括以下步驟根據所述時差調整第二信號的發送時間。
3.權利要求1中的方法，其中所述時間間隔事件包括來自全球定位衛星定時信號的一個每秒脈衝信號。
4.權利要求1中的方法，其中所述標記包括反轉導頻信號。
5.權利要求4中的方法，其中在與所述時間間隔事件相關的時刻，將所述反轉導頻信號插入所述第一信號。
6.權利要求1中的方法，其中確定所述時間間隔事件和所述標記的所述時差包括在檢測到所述時間間隔事件時啟動計數器；在接收到所述標記時令所述計數器停止；以及根據所述計數器停止時的計數，確定所述信號傳播延遲。
7.一種用於調整信號發送時間的設備，包括用於檢測時間間隔事件的裝置；用於接收第一信號的裝置，所述第一信號包括標記；以及用於確定所述時間間隔事件和所述標記之間的時差的裝置。
8.權利要求7中的設備，還包括用於根據所述時差調整第二信號發送時間的裝置。
9.權利要求7中的設備，其中所述時間間隔事件包括來自全球定位衛星定時信號的一個每秒脈衝信號。
10.權利要求7中的設備，其中所述標記包括反轉導頻信號。
11.權利要求10中的設備，其中在與所述時間間隔事件相關的時刻，將所述反轉導頻信號插入所述第一信號。
12.權利要求7中的設備，其中用於確定所述時間間隔事件和所述標記之間的所述時差的所述裝置包括用於確定檢測到所述時間間隔事件和檢測到接收所述標記之間的逝去時間的裝置。
全文摘要
一種用於確定發射機和接收機之間的信號傳播延遲，並根據傳播延遲調整發送時間的系統及方法。中央站在對應於接收到定時信號的時刻在發送的信號中插入標記。MCT接收來自中央站的信號並確定接收到標記和檢測到時間間隔事件之間的時差。由大量與時差成比例的時間調整MCT的發送。
文檔編號H04B17/00GK1768494SQ200480009161
公開日2006年5月3日 申請日期2004年2月3日 優先權日2003年2月3日
發明者賈德·厄倫巴赫, 富蘭克林·J·格特曼, 田濱 申請人:高通股份有限公司