专利名称：用移动gps站同步基站的方法和装置的利记博彩app
背景技术：
本发明涉及蜂窝通信系统领域，尤其涉及确定了蜂窝移动通信站(MS)的位置的那些系统。
为了进行蜂窝网络(如，蜂窝电话网)内的位置定位，使用了根据各个基站和移动装置间发送的定时信息进行三角测量的几种方法。一种称为到达时间差(TDOA)的方法中，在几个基站处测量从移动站接收信号的时间，这些时间被传送到位置确定实体，称为位置服务器，它计算该移动站的位置。为了该方法能够工作，需要对各基站处的日时定坐标以提供准确的位置。而且，需要准确地知道基站的位置。
图1示出TDOA系统一例，其中位置服务器24在蜂窝基站12、14和16处测量来自蜂窝移动电话22的同一信号的接收时间(TR1、TR2和TR3)。耦合了位置服务器24从而通过移动交换中心18从基站接收数据。移动交换中心18向陆线公共交换电话系统(PSTS)提供信号(如，话音通信)或从中得到信号，使得信号可被传递至、或从移动电话传递至其它电话(如，PSTS或其它移动电话上的陆线电话)。
在某些情况下，位置服务器可能还通过蜂窝链路与移动交换中心通信。位置服务器可能还监控来自几个基站的发射，企图确定这些发射的相对定时。
称为EOTD的另一种方法在移动站处测量从几个基站每一个发出的信号的到达时间。图1适用于该情况，设想TR1、TR2和TR3的箭头反转。如果移动站获得的定时信息通过该链路被传送到这个服务器，则这种计算可以在移动站自身处或者在位置服务器处完成。同样，必须对基站的日时定标，并且准确地估定它们的位置。在任一方法中，基站的位置由标准测量方法所确定，并且可以被存储在基站处或者在某些类型计算机内存内的服务器中。
第三种位置定位方法使用了移动站内全球定位系统(GPS)或其它卫星定位系统(SPS)的接收机。这种方法可能完全是自治的，或者用蜂窝网络来提供位置计算内的辅助数据或共享。这种方法的示例在美国专利号5841396、5945944和5812087中已作描述。我们把这些方法称为“SPS”。
任一EOTD或TDOA或SPS系统的组合被称为“混合”系统。
从上述描述可见，对于EOTD或TDOA而言，各蜂窝基站间的时间坐标对于准确计算移动站的位置是有必要的。基站处所需的日时准确度取决于所使用的定位方法细节。在一种方法中，从基站被发送到移动站并返回的信号有往返时间延时(RTD)。在类似可替代的方法中，从移动站被发送到基站并返回的信号有往返时间延时。这两个往返延时各除以二以确定单向时间延时的估计。知道基站位置加上单向延时把移动站位置约束在地球上一圆周内。然后，第二基站的另一测量导致两个圆周的交集，这又把位置约束在地球上的两点。这第三种测量解决了多义性。根据往返定时，几个基站的测量被定标到几秒是重要的，至少使得如果移动站快速移动，测量仍会对应于那些发生在同样位置的值。
在其它情况下，不可能对两三个基站的每一个进行往返测量，但仅可能、对与移动站通信的主基站进行往返测量。这就是IS-95北美CDMA蜂窝标准的情况。或者，也许由于设备或信令协议限制而根本不可能进行往返定时测量。在这种情况下，更重要的是如果要进行三角测量操作就在基站处维持准确定时，这是因为仅使用了移动站-基站路径间的时间差。
在基站处准确定时的另一原因是为移动站提供时间用于帮助基于GPS的位置计算；这种信息可能导致时间减少到第一定点，和/或改进的灵敏度。这些情况所需的准确度可以从几微秒变为约10毫秒，这取决于所期望的性能改进。在混合系统中，基站定时用于改进TOA或TDOA操作以及GPS操作。
网络定时的现有技术方法采用特别固定的位置定时系统，称为位置测量单元(LMU)或定时测量单元(TMU)。这些单元一般包括一GPS接收机，它能确定准确的日时。单元的位置可被测量，譬如可能用GPS根据测量设备来完成。
一般而言，LMU或TMU观察定时信号，譬如在从基站发送的蜂窝通信信号内现有的组帧标志，并且企图用通过GPS装置或其它时间确定装置发现的本地时间给这些定时信号加时间标签。然后，可能把消息发送到基站(或其它基础结构组件)，允许这些实体跟踪逝去的时间。然后，特殊消息可能根据指令或周期性地在蜂窝网络上被发送到由网络服务的移动站，表示与信号的组帧结构相关的日时。这对于像GSM这样的系统尤其容易，该系统中总组帧结构持续超过3小时的时间段。注意到位置测量单元可能服务其它目的，譬如充当位置服务器-即，LMU可能实际执行来自移动站的到达时间测量，以便确定移动站的位置。
LMU或TMU方法的一个问题是它们在各基站处或者在几个基站通信范围内的其它地点建立新的特殊固定设备。这会导致非常高的安装和维护费用。
发明概述本发明提供了在蜂窝网络内同步蜂窝基站的各种方法和装置。一种示例性方法在蜂窝通信系统的至少两个基站间进行这种同步第一基站和第二基站。在该示例性方法中，从与第一蜂窝移动接收机站(MS)位于同处的第一卫星定位系统(SPS)接收机确定第一MS的第一日时和第一位置，且第一日时和第一位置由第一MS传送到第一基站，后者从第一日时和第一位置并且从第一基站的已知位置确定第一基站的日时。同样在该示例性方法中，从与第二MS位于同处的第二SPS接收机确定第二MS的第二日时和第二位置，且第二日时和第二位置由第二MS传送到第二基站，后者从第二日时和第二位置并且从第二基站的已知位置确定第二基站的日时。由于这些移动站可能用于正常通信操作并且不必要固定在建筑物或结构上，因此它们用于定时网络避免了维护固定定时设备的高费用等级。也描述了其它方法和装置来同步蜂窝网络内的基站。
附图简述本发明通过示例说明，并且不限于附图中的描述，附图中相同的索引表示相同的元件。
图1示出现有技术蜂窝网络一例，它确定了蜂窝移动装置的位置。
图2示出可以使用本发明的蜂窝移动通信站一例，它包括GPS接收机和蜂窝通信收发机。
图3示出可以用在本发明各实施例中的蜂窝基站一例。
图4是示出按照本发明方法的一实施例的流程图。
图5A和5B是示出按照本发明方法的另一实施例的流程图。
图6A示出按照本发明一示例性方法处理的两个信号。
图6B示出基站处的信号表示，它示出基站怎样更新其时钟从而与其它基站同步。
图7示出可以用于本发明某些实施例的位置服务器一例。
图8示出GSM蜂窝信号的组帧结构。
详细描述这里描述了用于确定蜂窝基站处时间并且用于同步蜂窝网络内的蜂窝基站的各种方法和装置。在下列描述中，提出了许多特定细节以提供本发明的彻底理解。例如，所提供的基站和移动通信站的各种结构是为了说明目的而并非本发明的限制。然而，对本领域的技术人员将显而易见，本发明可以没有这些特定细节而实现。在其它情况下，以框图形式示出公知的结构和装置以便于解释。
在这里所述的一种方法中，使用了包含(或耦合到)GPS接收机的移动通信站，用于确定日时和位置。图2示出这种移动通信站的一例。如果接收到的信号很大，这种GPS处理就可以在自动模式下完成，或者如果接收到的信噪比很低，就能用基础结构内的设备(服务器)来帮助。注意到服务器设备(如，图7所示并在下面详述的位置服务器)可能还有助于需要改进性能情况下的日时和位置确定(见美国专利号5945944、5841396和5812087)。
在诸如GSM这样的网络中，可以用来自GPS接收机的日时信息来对接收到的通信(如，GSM)信号的组帧结构做时间标签。例如，可以使用特定GSM帧边界的起始，它每隔4.6毫秒发生一次(见图8)。每个超帧有2048个这样的帧，每个超帧持续3.48小时。因此，如果这种定时信息经过正常蜂窝信令被传递到基站(BS)(如，图3所示的蜂窝基站)，传输时间内所剩的仅有主要错误是从移动站(MS)(如，图2的蜂窝移动通信站)到BS的传播时间。当然，可能剩下某些其它残余误差，譬如通过MS硬件的多径延时和传输延时，下面描述了补偿这些残余误差的方法。
可以使用多种方法来估计上述MS到BS的传播延时。当MS和/或服务器已经经过GPS单元确定了MS位置、并且BS位置准确已知(如，经过测量的预定认识)时，可以采用首先和高度准确的方法。在某种情况下，可以通过把BS-MS范围除以光速来确定(一般在某些网络实体处)传播时间。然后，BS可以通过简单地从MS提供的帧标志定时中减去所计算的传播时间而确定它发出的帧标志的定时。这种方法在下面结合图5A、5B、6A和6B进一步描述。
MS和BS内已有的“定时提前”可以实现估计MS到BS传播延时的其次较不准确的方法。这种信息原来的目的涉及单元内话务坐标。然而，可以用直接方式操纵定时提前度量从而产生这些MS到BS延时估计。这种时间对齐参数提供的准确度主要由所涉及的通信比特间隔的时间分析来确定。因此，可能实现准确到几微秒或几十微秒的传播延时估计。尽管第二种方法比第一种延时估计方法较不准确，然而它在排除精确MS位置的网络操纵的情况下特别有利。
如前所述，在某些应用中，基站不需要被同步到微秒类型的准确度，而仅需被同步到毫秒或甚至到秒的类型。对于这些情况而言，补偿MS到BS延时可能并不有效，由于这些在十微秒数量级上的小延时相对于所需的定时准确度是无关紧要的。因此，MS处得到的粗略日时可以被简单地用作对来自BS的信号定时间标签。这被发送到BS而不需要准确的BS-MS范围数据。这种情况是有利的，因为GPS接收机能够以远低于准确时间标签所需的信号电平进行粗略时间定标(见通过引用被结合与此的美国专利号5812087，以及通过引用被结合与此的待批美国专利申请序列号09/062232，后者于1998年4月16日提交)。而且，一旦进行了粗略时间定标，就可以在长时间段上维持其准确度，这是由于基站发出数据的高度频率稳定性。
图4示出按照本发明一实施例的一种示例性方法。在操作151中，蜂窝移动系统确定蜂窝移动通信站处其日时的表示。在一实施例中，其中在蜂窝移动通信站内使用像GPS接收机52这样的GPS接收机(如图2所示的50所指明的)，可以通过从GPS卫星读取离开GPS信号的GPS时间而获得GPS时间。或者，可以使用如美国专利5812087中所述的用于确定时间的技术。在该方法中，移动站处接收到的GPS信号的采样可以被传送到位置服务器或到某些其它服务器，其中处理该记录来确定接收时间，如美国专利5812087所述。而且，操作151中的日时可以或者用待批美国申请序列号09/062232所述的各种方法之一来计算，该申请于1998年4月16日提交。图4所示的方法继续到操作153，其中确定了蜂窝移动通信站和蜂窝基站之间的传播延时，蜂窝基站如图3所示的蜂窝基站。可以理解，在上述某些实施例中，该操作是任选的，其中操作151中确定的时间比传播延时具有与其相关的更多误差。同样如上所述，这种传播延时可以通过确定移动站的位置(通过处理GPS信号)并且确定蜂窝基站的位置而确定。这两个位置间的位置除以光速可以确定操作153中的传播延时。
在操作155中，如果使用了该任选操作，则从移动站(从蜂窝移动通信系统被发出)处的日时以及从操作153中确定的传播延时确定蜂窝基站处的时间。
网络内的各蜂窝基站可以采用该步骤来把所有基站相对于一时间标准而同步，譬如GPS时间。以此方式，可以根据使用各基站和移动站间发送的定时信息而获得改进的三角测量或范围。可以做出定时信息的许多其它使用。这些包括允许移动站的通信从一个基站更有效地“越区转换”到下一基站，并且允许为了各种目的通过网络传送明确时间。
图5A、5B、6A和6B将描述按照本发明的一实施例的进一步示例。这种方法可以用蜂窝移动通信系统来进行，譬如图2所示的系统50和图3所示的蜂窝基站101。
图2所示的蜂窝移动通信站50包括GPS接收机52和蜂窝通信收发机54，前者有GPS天线51，后者包括天线53。或者，GPS接收机52可以包含在另一底盘中(且并不集成在持有移动站50的组件的底盘内，组件如蜂窝通信收发机54)，但与蜂窝通信收发机54耦合并且与收发机54相邻；在该情况下，移动站50不包括GPS接收机，也不需要GPS接收机，只要GPS接收机与移动站耦合并且与其位于同处。GPS接收机52可以是基于常规、硬件相关器的GPS接收机，或者它可以是基于匹配滤波器的GPS接收机，或者它可以是用缓冲器来存储用快速卷积处理的数字化GPS信号的GPS接收机，或者它可以是如美国专利6002363中所述的GPS接收机，其中GPS接收机的组件与蜂窝通信收发机的组件共享(见美国专利6002363的图7B，该专利通过引用被结合于此)。蜂窝通信收发机54可以是现代蜂窝电话，它以任一公知标准工作，包括GSM蜂窝标准、或PDC通信标准、或PHS通信标准、或AMPS模拟通信标准、或北美IS-136通信标准、或未同步的宽带扩频CDMA标准。GPS接收机52与蜂窝通信收发机54耦合从而在一实施例中把GPS时间和位置提供给蜂窝通信收发机54(它然后把该信息传送至基站)。而且，蜂窝通信收发机54可以把像多普勒信息或时间信息这样的辅助数据提供给GPS接收机，如美国专利5841396或5945944所述。也可以用GPS接收机52和蜂窝通信收发机54之间的耦合来把记录发送到蜂窝基站或从中接收记录，以便把该记录于另一记录匹配，从而确定GPS接收机处的时间，如美国专利5812087所述。在那些情况下或实施例中，其中使用位置服务器来把辅助数据提供给蜂窝移动通信站，以便确定系统50处的位置或时间，或者位置服务器共享信息处理(如，位置服务器确定移动系统50的时间或最终位置计算)，可以理解，位置服务器(如图7所示并在下面进一步描述)通过通信链路与蜂窝基站相连以帮助数据处理。移动站的位置一般不是固定的，并且一般不是预先确定的。
图3示出蜂窝基站的一例，它可以用在本发明的各个实施例中。基站101包括收发机102，它有至少一根天线102a，用于向蜂窝基站101所服务的区域内存在的蜂窝移动通信站收发信号。例如，蜂窝移动通信站50可以是蜂窝基站101所服务的移动站之一，这取决于一般由移动系统50发送的信号范围。蜂窝收发机102可以是用于发送和接收蜂窝信号的常规收发机，蜂窝信号如GSM蜂窝信号或CDMA蜂窝信号。时钟103可以是维持蜂窝基站处日时的常规系统时钟。该时钟的准确度可以根据本发明的方法来改进，以便使该时钟按照这里所述的方法与其它蜂窝基站内的其它时钟同步。在许多情况下，该时钟可能是高度稳定的，但在一段时间内，时钟回相对任何初始时间设置而漂移很大的量。蜂窝基站101一般还包括网络接口，它向蜂窝收发机102收发数据，以便把蜂窝收发机耦合到移动交换中心，如本领域所公知的。蜂窝基站101可能还包括数字处理系统105，它可能或者是位于远离蜂窝基站，或者可以与蜂窝基站自身位于同处。数字处理系统105耦合到时钟103以调节或重新校准时钟时间，从而使时钟按照本发明的方法与其它蜂窝基站同步。在许多情况下，时钟高度稳定但是空转，它会影响网络操作而实际改变始终的时间打击声。相反可以调节与时间点相关的时间。这就是“重新校准”的含义。数字处理系统105还与网络接口104耦合，以便向移动交换中心收发数据或通信，并且从蜂窝收发机102接收数据，譬如从移动系统发出的加时标的帧标志，用于将时钟103域其它蜂窝基站内的其它时钟同步。
当蜂窝基站把蜂窝信号发送到蜂窝移动通信站时，图5A和5B所示的方法从操作201开始。任选地，该信号可以包括对来自移动系统的同步信息的请求，以便允许蜂窝基站将其自身同步到其它蜂窝基站。蜂窝基站在其被发送到移动系统的信号内提供时标或标志。该标志可以是信号组帧结构的固有部分。这还在图6A示出，其中基站1发送一信号，信号的组帧结构包括标志M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8和M9，如图6A的信号301内所示。图5A的操作203内的移动系统接收带有标志的蜂窝信号。与该蜂窝信号的接收同时，移动站还从包括GPS时间的GPS卫星接收一GPS信号，如本领域所公知。然后，移动站可能对从具有GPS时间的基站接收到的蜂窝信号内的标志做出时标，它在GPS时间内表示在移动系统处接收到标志的时间。这进一步在图6A中由信号303示出，信号303表示移动站1从基站1接收到的信号，延时了传播延时307。如图6A所示，时标305已被施加于标志M1，这表示与移动系统处该标志的接收时间相关联的GPS时间。操作205内的移动站与蜂窝信号内对标志加时标同时确定其位置。移动站内的GPS接收机可能或者自发确定其位置(如，基于常规硬件相关器的GPS接收机可能通过从GPS卫星读取天文历而自己确定其位置)，或者可以用服务器的帮助来确定其位置，譬如图7所示的位置服务器，它与蜂窝网络耦合。在操作207中，移动站将其位置(或者伪范围，以允许位置服务器确定其位置)以及与标志相关的GPS时间发送到蜂窝基站，标志是用移动站加时标的。
在操作209中，蜂窝基站通过用移动站的位置及其已知预定位置来确定移动站和基站间的传播延时，从而计算其日时。从与标志相关的GPS时间中减去该传播延时以确定其发出标志处的GPS时间。这在图6B中所示，其中基站1从移动系统接收时标TR1。该时标TR1表示与标志M1相关的GPS时间。从GPS时间TR1减去传播延时307以导出与标志M1相关的时间T1。即，时间T1是于基站处的标志T1相关的时标309。然后，可以通过把时标309内的GPS时间与当前帧M9相关以产生图6B所示的当前时间311，从而更新基站处的当前时间。即，已知信号301的组帧结构时，信号301内的标志M9和标志M1之间有已知的时间关系。已知组帧结构时这两个标志之间的时间差被加入时间T1以产生当前时间311。因此，从与所发射标志相关的GPS时间更新蜂窝基站处的当前时间，所发射的标志已经由移动站加时标。这在图5B的操作211示出。然后在操作213中，任选地保存时钟在蜂窝基站处同步的上一次时间，以便确定何时适合更新时钟从而使时钟与其它蜂窝基站内的其它时钟同步。在操作215中，蜂窝基站或支持蜂窝基站的远程实体可以确定何时再次同步。例如，几秒的指定时间可以自动地触发另一同步过程。或者，可以用其它技术来确定何时把基站处的时钟再次与其它蜂窝基站的其它时钟同步。
图7示出可用于本发明各个实施例的位置服务器350的示例。例如，如第5841396号美国专利所述，服务器可以把像多普勒这样的辅助数据或其它卫星辅助数据提供给移动站50内的GPS接收机，或者位置服务器而非移动站50可以进行最终位置计算(在接收伪范围或其它数据之后，从其它数据中可以从移动站确定)，然后把该位置确定转发给基站，使得基站可以计算传播延时。位置服务器一般包括数据处理单元，譬如计算机系统351、调制解调器或其它接口352、调制解调器或其它接口353、调制解调器或其它接口354、大容量存储设备355(如，用于存储软件和数据)、以及任选的GPS接收机356。该位置服务器350可以与三个不同网络耦合，示作网络360、362和364。网络360可以包括蜂窝交换中心或多个蜂窝交换中心以及/或者基于陆面的电话系统交换机；或者，调制解调器353可以直接与小区站点耦合，例如蜂窝基站101。可以理解，一般安排了多个蜂窝基站用无线电覆盖来覆盖一地理区域，这些不同的基站与至少一个移动交换中心耦合，如现有技术领域已知(如图1所示)。因此，基站101的多个实例会在地理上分布，但是通过移动交换中心耦合在一起。网络362可以是参考GPS接收机的网络，它提供差分GPS信息并且还可能提供GPS天文历数据，用于计算移动系统的位置。该网络通过调制解调器或其它通信接口354耦合到数据处理单元351。网络364包括其它计算机或网络组件，譬如图3所示的数据处理系统105(通过图3未示出的任选互连)。而且，网络364可以包括由紧急操作者所操作的计算机系统，譬如对911电话呼叫应答的公共安全应答点。在许多美国专利和专利申请中已经描述了使用位置服务器350的各种示例，包括美国专利5841396；5874914；5812087；以及1998年4月16日提交的美国专利申请序列号09/062232，所有这些都通过引用被结合与此。
上述方法确定了面向BS天线的有效传输时间。使用较大数量的MS可能趋于减少通过平均过程的误差。这假定可以消除系统偏差。
通过把多个MS放置在各个位置并且周期性地作出呼叫，可以改进支持定时(如，早晨时间)的足够MS活动。
由于单个MS处GPS处理产生的一般定时误差可能在10-30纳秒的数量级上。因此，如多径等其它误差源可能占支配地位。
BS振荡器的稳定性可能影响需要作出并传播定时测量的频率。可能对BS振荡器的漂移相对时间进行建模，从而减少这样的更新。
现在将描述用于校准移动站接收机误差的几种方法。在本发明某些实施例中，移动站(如，图2的蜂窝移动通信站50)确定其位置Pmobile＝[xm，ym，zm]，以及与该位置相关的时间Tmobile。通过简单地测量从位置判决时间(如，以GPS时间)到组帧标志时间的延时，可以把该时间与接收到的蜂窝通信信号的组帧标志相关联。或者，可以在等于该组帧标志时间的时间处做出位置判决。因此，不失一般性地假定Tmobile等于移动站所见的组帧标志时间。
假定该移动站还知道基站的位置Pbase＝[xb，yb，zb]。则，如果多径延时可忽略，则时间Tmobile处从基站到移动站的范围是RTm＝[(xm-xb)2，(ym-yb)2，(zm-zb)2，]1/2。
现在，如果接收电路内没有延时，则基站和移动站间传播延时的范围会是RTm/c，其中c是光速。
为了更清晰，我们把基站处组帧标志的传输时间称为该标志在基站发射天线面前的发生时间。因而，如果没有多径延时(即接收机延时)，基站天线表面处帧标志的传输时间会是Tbase＝Tmobile-RTm/c。
现在，GPS接收机可能具有与其RF和数字信号处理相关的延时，称为bGPS。类似地，可能有与通信接收机的RF和数字信号处理相关的延时，称为bcomm。因此，参考图2，bGPS由GPS接收机52内的延时引起，而bcomm由蜂窝通信收发机54内的延时引起。而且，由于多径可能存在从基站到通信接收机的额外传播延时，称为bmult。假定这支配了与GPS测量相关的任何多径延时。因而，提供了一种偏差为bmult+bcomm-bGPS的测量，而非提供基站处传输时间的无偏测量。一般bmult可能支配其它误差源，特别是如果执行接收机校准操作时(下面讨论)。因此，正常情况下所估计的组帧标志传输时间会变迟。
通过仅使用基站模拟器可以测量bcomm-bGPS，该模拟器用它的组帧结构发射蜂窝信号，并且直接与移动站的天线部分相连并且测量移动站处帧标志的接收时间。在该过程中，用移动站的GPS接收机对帧标志加时标(用移动站的GPS接收机接收到的GPS时间)。这里假定基站模拟器用GPS接收机将其传输于该GPS接收机提供的GPS时间同步。由于从基站到接收机的传输延时为零，该方法会无误差地确定bcomm-bGPS(除了少量测量噪声)。该校准步骤可以是完全自动的，并且在制造期间容易结合在接收机测试步骤内。对该过程的某些简单修改是可行的，譬如从非常接近于移动站的模拟器把经模拟的信号发射到移动站。
过量的多径延时bmult在同步基站时继续成为支配误差源。对于视线内的路径而言，该延时具有偏差，均值为零。对于反射路径或结合直接或发射路径的路径而言，均值大于零(测得的值相对于实际直接路径延时)。短时间内，基站一般会从几个移动单元、也许也从各移动单元与各帧标志相关的许多时间估计。称这些日时估计为D1、D2、...、DK。这些估计中的最小值一般比任何单独测量或测量平均的均值偏差都低很多。如果测量次数K很大，则可能从低到高排列测量值，并且可能取测量值最小的10％的平均，或某些类似的统计量。这会大大减小均值偏差，但是利用了某些平均。
如果基站具有高度稳定的时钟，则可以用该时钟来维持来自远程移动单元的更新间的时间。可以在平滑过程中使用时钟来消除由于多径来自移动站的不佳测量。而且，可以用来自移动站的测量来测量由于如老化而造成的基站时钟的长期稳定性。例如，GSM超帧约为3.48小时，而大帧为6.12秒。因而，超帧约为12528秒。没有差分纠错的典型GPS时间测量应该准确到100纳秒附近。该准确度允许测量基站振荡器的长期频率，它等于约100纳秒/12528秒＝8×10-12。6.12秒时间段上的测量甚至允许约为1.6×10-8的长期频率准确度。通过用同一移动接收机作出若干日时测量而最好地完成了这种长期稳定性测量。因此，静态或缓慢移动的移动站最适用于此。移动站位置的连续测量会提供所需的与移动站的动态有关的信息。
如果有显著的用户运动，则任何多普勒相关效应不影响上述定时测量是重要的。特别是，如果移动站在一处测量时间并且预测与发生在不同处的蜂窝信号帧边界相关的日时，则会因为移动站的运动而产生误差。这尤其出现在移动站快速移动以及/或者这些时间点处的差异很大时。有许多方式来处理这类问题。例如，如果移动站可以确定其速率，则该数据可被提供给基站，然后基站会补偿由于与移动站和基站间范围速率相关的多普勒而产生的误差。
尽管已经参考GPS卫星描述了本发明的方法和装置，然而可以理解，发明原理也可以应用于使用伪卫星或卫星和伪卫星组合的定位系统。伪卫星是基于地面的发射机，它广播PN码(类似于GPS信号)，PN码可能在L频带载波信号上被调制，一般与GPS时间同步。各发射机可以分配到唯一的PN码，以便允许远程接收机的识别。伪卫星在来自轨道卫星的GPS信号可能不可用的情况下是有用的，譬如在隧道、矿井、建筑物或其它包围着的区域。这里所使用的术语“卫星”包括伪卫星或伪卫星的等价物，而这里所使用的术语“GPS信号”包括来自伪卫星或伪卫星等价物的类GPS信号。
在前面的讨论中，已经参考关于美国全球卫星定位(GPS)系统描述了本发明。然而显而易见的是，这些方法同样可应用于相似的卫星定位系统，尤其是俄罗斯Glonass系统。Glonass系统与GPS系统的主要不同在于，通过使用略微不同的载波频率而非使用不同的伪随机码，从而使来自不同卫星的发射彼此间区别开来。这里所使用的术语“GPS”包括这样的可选卫星定位系统，包括俄罗斯Glonass系统。
在上述说明中，已经参考发明的特定示例性实施例描述了本发明。然而显而易见的是，可以对此做出各种修改和变化而不背离如所附权利要求中提出的本发明的较宽精神和范围。因而，说明书和附图应该被视为是说明性的，而非限制性的。
权利要求
1.一种在至少两个基站间进行时间同步的方法，所述至少两个基站包括蜂窝通信系统的第一基站和第二基站，所述方法包括确定第一蜂窝移动站的日时和位置；通过第一蜂窝通信链路把所述第一蜂窝移动站的日时和位置发送到所述第一基站；从所述第一蜂窝移动站的所述日时和所述位置以及所述第一基站的已知位置中确定所述第一基站的日时；确定第二蜂窝移动站的日时和位置；通过第二蜂窝通信链路把所述第二蜂窝移动站的日时和位置发送到所述第二基站；从所述第二蜂窝移动站的所述日时和所述位置以及所述第二基站的已知位置中确定所述第二基站的日时；其中所述第一蜂窝移动站和所述第二蜂窝移动站各使用了位于同处的卫星定位系统接收机来确定所述第一和第二蜂窝移动站的所述日时和所述位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蜂窝移动站的所述日时是关于蜂窝通信信号内存在的帧同步时期被测量的，所述蜂窝通信信号从所述第一基站发出并且被所述第一蜂窝移动站所接收。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一基站日时的所述确定关于蜂窝通信信号内存在的帧同步时期，所述蜂窝通信信号从所述第一基站发出。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蜂窝通信链路使用GSM通信标准、PDC通信标准、PHS通信标准、AMPS模拟通信标准、北美IS-136通信标准或者无同步的宽带扩频CDMA标准之一。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蜂窝移动站和所述第二蜂窝移动站是相同的站。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蜂窝移动站和所述第二蜂窝移动站是不同的、分开的蜂窝移动站。
7.一种在至少两个基站间进行时间同步的系统，所述至少两个基站包括蜂窝通信系统的第一基站和第二基站，所述系统包括第一卫星定位系统(SPS)接收机，它能确定第一蜂窝移动站的日时和位置，第一蜂窝移动站与所述第一SPS接收机位于同处，且其中所述第一蜂窝移动站能够把所述第一蜂窝移动接收机的所述日时和所述位置传递到所述第一基站；与所述第一基站耦合的第一测量装置，所述第一测量装置能够从所述第一蜂窝移动站的所述日时和位置以及所述第一基站的已知位置中确定所述第一基站的日时；第二卫星定位系统(SPS)接收机，它能确定第二蜂窝移动站的日时和位置，第二蜂窝移动站与所述第二SPS接收机位于同处，且其中所述第二蜂窝移动站能够把所述第二蜂窝移动接收机的所述日时和所述位置传递到所述第二基站；与所述第二基站耦合的第二测量装置，所述第二测量装置能够从所述第二蜂窝移动站的所述日时和位置以及所述第二基站的已知位置中确定所述第二基站的日时。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一SPS接收机集成在所述第一蜂窝移动站围绕之内。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一SPS接收机和所述第一蜂窝移动站共享至少一个公共组件。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一蜂窝移动站的所述日时关于蜂窝通信信号内存在的帧同步时期而被测量，所述蜂窝通信信号从所述基站被发送到所述第一蜂窝移动站。
11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一基站日时的所述确定关于蜂窝通信信号内存在的帧同步时期，所述蜂窝通信信号从所述第一基站发出。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蜂窝通信链路使用GSM通信标准、PDC通信标准、PHS通信标准、AMPS模拟通信标准、北美IS-136通信标准或者无同步的宽带扩频CDMA标准之一。
13.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一蜂窝移动站和所述第二蜂窝移动站是相同的站。
14.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一蜂窝移动站和所述第二蜂窝移动站是不同的、分开的蜂窝移动站。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定蜂窝移动站内蜂窝移动站时偏的进一步方法，它结合了位于同处的SPS接收机，其中所述进一步方法包括把所述蜂窝移动站放置在蜂窝基站模拟器附近；把所述蜂窝基站模拟器同步到准确的时间参考；用所述位于同处的SPS接收机确定所述蜂窝移动站的日时；用所述日时来确定所述蜂窝移动站时偏；把所述蜂窝移动站时偏存储在附着于所述蜂窝移动站的存储器内。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述蜂窝移动站包括与所述第一蜂窝移动站及其SPS接收机实质上相同的电路，并且包括与所述第二蜂窝移动站及其SPS接收机实质上相同的电路。
17.一种在蜂窝通信系统内建立第一基站处时间的方法，所述方法在蜂窝移动通信站内执行，所述方法包括确定所述蜂窝移动通信站的位置信息，其中从所述位置信息确定所述蜂窝移动通信站的位置；确定表示所述蜂窝移动通信站处日时的时间指示符，其中所述时间指示符是关于所述第一基站处可用的信号而被确定；发送所述位置信息和所述位置中的至少一个，并且从所述蜂窝移动通信站发出所述时间指示符，所述时间指示符以及所述位置信息和所述位置中至少一个用于建立所述第一基站处的时间，使所述第一基站与所述蜂窝通信系统内的其它基站同步。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述蜂窝移动通信站包括一卫星定位系统(SPS)接收机，它确定至少包括到SPS卫星的伪范围的所述位置信息，且其中在所述第一基站处可用的所述信号是蜂窝通信信号，该信号从所述第一基站被发送到所述蜂窝移动通信站，且其中所述时间指示符与所述信号内的标志相关联。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述时间指示符包括由所述SPS接收机接收到的SPS信号的采样与所述SPS信号内日时消息中的至少一个。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，位置服务器接收所述位置信息并且确定所述位置，并且把所述位置提供给所述第一基站。
21.一种在蜂窝通信系统内建立第一基站处时间的方法，所述方法相对于蜂窝移动通信站远程地被执行，所述方法包括从所述蜂窝移动通信站接收时间指示符，它表示所述蜂窝移动通信站处的日时，其中所述时间指示符是相对于所述第一基站处可用的信号而被确定的；从所述时间指示符确定所述第一基站处的时间，使所述第一基站与其它基站同步。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述信号是蜂窝通信信号，它从所述第一基站被发送到所述蜂窝移动通信站。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于还包括接收所述蜂窝移动通信站的位置，其中从所述蜂窝通信站的所述位置以及所述第一基站的已知、预定位置还确定了所述第一基站处的所述时间。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，由于所述蜂窝移动通信站不是固定的，因此所述位置不是预先确定的，且所述位置和所述已知预定的位置确定所述蜂窝移动通信站和所述第一基站间的传播延时。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述其它基站通过从所述蜂窝移动站和其它蜂窝移动站中的至少一个接收其它时间指示符而与所述第一基站同步，其中所述其它时间指示符和所述时间指示符是基于相同的时间标准。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述相同的时间标准是全球定位系统时间。
27.一种用于蜂窝通信系统中的基站装置，所述基站装置包括无线蜂窝收发机；与所述无线蜂窝收发机耦合的网络接口；以及与所述无线蜂窝收发机耦合的时钟，所述无线蜂窝收发机从远程蜂窝移动通信站接收时间指示符，表示所述蜂窝移动通信站处的日时，其中相对于所述基站装置可用的信号而确定所述时间指示符，且其中从所述时间指示符确定所述时钟的时间，使所述基站装置与其它基站同步。
28.如权利要求27所述的基站装置，其特征在于，所述信号是从所述基站装置被发送到所述蜂窝移动通信站的蜂窝通信信号。
29.如权利要求28所述的基站装置，其特征在于，所述网络接口通过所述无线蜂窝收发机把基于陆面的通信传递到所述蜂窝移动通信站，且其中所述无线蜂窝收发机接收所述移动通信站的位置，其中从所述第一基站的所述位置和已知的预定位置还确定了所述时钟的所述时间。
30.如权利要求29所述的基站装置，其特征在于还包括数字处理系统，它与所述时钟耦合并且与所述无线蜂窝收发机和所述网络接口中的至少一个耦合，所述数字处理系统从所述位置和所述已知的预定位置确定传播延时，并且用所述传播延时和所述时间指示符来设定所述时钟上的时间或者向所述时钟提供纠正。
31.如权利要求28所述的基站装置，其特征在于，所述其它基站通过从所述蜂窝移动通信站和所述其它蜂窝移动通信站中的至少一个接收其它时间指示符而与所述基站装置同步，其中所述其它时间指示符和所述时间指示符是基于相同的时间标准。
32.一种蜂窝移动通信站，包括无线蜂窝收发机；与所述无线蜂窝收发机耦合的卫星定位系统(SPS)接收机，所述SPS接收机确定一时间指示符，该指示符表示所述蜂窝移动通信站处的日时并且相对于基站处可用的信号而被确定，其中所述无线蜂窝收发机把所述时间指示符发送到所述基站，所述时间指示符用于建立所述基站处的时间，使所述基站与能和所述蜂窝移动通信站进行无线通信的其它基站同步。
33.如权利要求32所述的蜂窝移动通信站，其特征在于，所述SPS接收机确定一位置，且所述无线蜂窝收发机把所述位置发送到所述基站，所述信号是从所述基站被发送到所述蜂窝移动通信站的信号，且其中所述时间指示符与所述信号内的标志相关联。
34.如权利要求33所述的蜂窝移动通信站，其特征在于，所述时间指示符是由所述SPS接收机接收到的SPS信号内的日时消息。
全文摘要
对蜂窝网络内基站同步的方法和装置。一种示例性方法在蜂窝通信系统的至少两个基站间进行时间同步第一基站和第二基站。在该示例性方法中，从与第一蜂窝移动接收机站(MS)位于同处的第一卫星定位系统(SPS)接收机中确定第一MS的第一日时和第一位置，且第一日时和第一位置由第一MS传送到第一基站，后者从第一日时和第一位置并且从第一基站的已知位置中确定第一基站的日时。同样在该示例性方法中，从与第二MS位于同处的第二SPS接收机中确定第二MS的第二日时和第二位置，且第二日时和第二位置由第二MS传送到第二基站，后者从第二日时和第二位置并且从第二基站的已知位置中确定第二基站的日时。也描述了其它方法和装置来同步蜂窝网络内的基站。
文档编号H04L7/00GK1507710SQ01823298
公开日2004年6月23日 申请日期2001年5月26日 优先权日2001年5月26日
发明者N·F·克拉斯纳, E·V·乔利, N F 克拉斯纳, 乔利 申请人:高通股份有限公司