KR100771410B1

KR100771410B1 - 셀룰러 및 피씨에스 네트워크에서의 기지국들을동기시키는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100771410B1
Application number: KR1020027003264A
Authority: KR
Inventors: 솔리만사미르에스
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2007-10-30
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: HK1048022A1; CN1150696C; DE60033294T2; KR20020026387A; DE60033294D1; EP1212852A1; AU7586500A; EP1212852B1; ATE353498T1; WO2001020818A1; JP2003509953A; BR0014021A; TW545005B; ES2278633T3; CN1375138A; JP4550342B2

Abstract

모든 디지털 통신 시스템의 기지국들을 동기시키는 시스템 및 방법. 이 방법은 통합된 GPS 수신기 (206) 를 갖는 무선 이동국 (204) 을 이용한다. GPS 공식들의 최종해는 전화기의 위치 및 바이어스 항을 생성한다. 그 계산된 위치 및 바이어스 항 모두를 사용하여 무선 이동 로컬 시계 및 그 계산된 GPS 시간간의 오프셋을 결정한다. 그런 후, 그 오프셋을 사용하여, 보정 및 이동국 (204) 위치정보를 기지국 (200) 에 피드백함으로써 기지국 (200) 의 타이밍을 보정한다. 또한, 수 개의 이들 측정치을 사용하여 기지국의 주파수 오차를 보정할 수도 있다. 또한, 이 방법을 사용하여 기존 네트워크들의 기지국 (200) 타이밍을 교정할 수도 있다.

기지국 동기

Description

셀룰러 및 피씨에스 네트워크에서의 기지국들을 동기시키는 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR SYNCHRONIZING BASE STATIONS IN CELLULAR AND PCS NETWORKS}

Ⅰ. 발명의 분야

본 발명은 무선통신에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 무선통신 시스템의 기지국들을 동기시키는 신규의 향상된 방법 및 장치에 관한 것이다.

Ⅱ. 관련기술의 설명

코드분할 다중접속 (code division multiple access; CDMA) 변조기술의 사용은 다수의 시스템 이용자가 존재하는 통신을 용이하게 하는 여러 기술들 중 하나일 뿐이다. 시분할 다중접속 (time division multiple access; TDMA 및 GSM), 주파수분할 다중접속 (frequency division multiple access; FDMA), 및 진폭압축 단측파대 (amplitude companded sigle sideband; ACSSB) 와 같은 AM 변조기술과 같은 여타의 기술들이 공지되어 있지만, CDMA는 이들 여타의 변조기술에 비해 상당한 장점들을 가진다. 다중접속 통신시스템에서의 CDMA 기술들의 이용은, 모두 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" 인 미국특허 제 4,901,307 호, 및 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" 인 미국특허 제 5,103,459 호에 개시되어 있다. CDMA 이동통신을 제공하는 방법은, 미국에서 통신산업협회 (TIA; Telecomunications Industry Association) 에 의해 명칭이 "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" 인 TIA/EIA/IS-95-A 에 표준화되어 있으며, 이하 IS-95 라 칭한다.

IS-95 표준 및 미국특허 제 5,103,459 호에서, 기지국들은 글로벌 위치확인 신호 (GPS) 신호와 동기된다. 타이밍 동기는 핸드오프 (handoff) 동작에서 더 빠른 획득 및 더 뛰어난 신뢰도를 고려해야 한다. GPS 신호에 의한 타이밍 동기의 획득은 종래기술에 공지되어 있다. GPS 신호에 의해 타이밍 동기를 획득하는 방법들을 설명한 두 문헌으로는, J.J. Spilker, "GPS Signal Structure and Performance Characteristics", Reprint in Global Positioning System, ION, Vol. 1 및 Hoffmann-Wekllenhof, Lichtenegger, Collins, "GPS, Theory and Practice", Springer-Verlag 가 있다.

공통-뷰 (common-view) 방법은, 스테이션들의 쌍들 사이의 위성 사각 (elevation angle) 을 최대화하는 특별히 배열된, 동시-뷰 (simultaneous view) 측정치들을 사용한다. 이런 정확한 시간전송 (time transfer) 방법은 대략 50 개의 국제연구소의 참여를 포함한다. 공통-뷰 스케쥴의 개발은 1986년 7월 이후로 프랑스 세브르의 국제도량형국 (Bureau des Poids et Mesures; BIPM) 이 맡아왔다. USNO 가 따르는 공통-뷰 스케쥴은 파일 GPSD2 에 기재되어 있다. USNO 에 의해 제공되는 근접 실시간의 보정은 파일 GPSCV 에서 발견될 수 있다. 그러나, 공통-뷰 방법은 많은 비용이 든다는 것이 주목되어야 한다. 이는 양 지점에서의 정확히 동일한 동시관측에 엄격히 충실할 것을 요구하며, 이 요구는 측정 연구소들 외에서는 달성하기가 쉽지 않다. 고의 잡음 (selective availability; SA) 이 천체력 (ephemeredes) 의 성능 저하 (degradation) 를 포함하지 않으면, 공통-뷰의 이용은 동작하기는 하지만, 고의 잡음이 적용되지 않은 경우에 비해서 훨씬 덜 견고 (robust) 할 것이다.

수 개의 원격지에 USNO MC 를 링크시키는 방법은 정밀시각 기준국 (PTRS; Precise Time Reference Station) 이다. 공통-뷰 방법은 엄격한 충실도 (adherence) 를 요구하므로, PTRS로의 동작적 시간 전송에 대한 모든 위성관측의 평활법 (smoothing method) 을 사용한다. 모든 13 분의 위성관측에 기초하여, 필터링된 선형해 (linear solution) 로 유용한 정확도의 추정이 가능하고, 개개의 위성 관측에서의 느린 바이어스 변화들에 훨씬 덜 민감하다. 이런 방식은 "멜팅-팟 (melting pot)" 으로서 공지되어 왔다. 멜팅-팟 방법은 공통-뷰 방법보다 약간 덜 정확하지만, 더 견고하여 모든 관측으로부터 유도되는 불확실성의 결정적인 측정을 가능하게 한다. 고의 잡음 및 완전한 성위 (constellation) 의 구현으로, 하루당 약 90 개의 위성관측과, 안정한 (stable) 시계로 하루동안의 모든 위성관측을 평균함으로써, 뛰어난 신뢰도를 갖는 매우 정확한 필터링된 평균을 제공한다.

셀룰러 네트워크의 동작으로 되돌아가면, 통상적으로, 핸드오프는 일반적으로 두 개의 부류 즉, 하드 핸드오프 (hard handoff) 와 소프트 핸드오프 (soft handoff) 로 나뉠 수 있다. 하드 핸드오프에서는, 이동국이 출발지의 기지국을 떠나 목적지의 기지국으로 들어갈 때, 이동국은 그 출발지의 기지국과 통신링크를 단절한 후, 목적지의 기지국과 새로운 통신 링크를 확립한다. 소프트 핸드오프에서는, 이동국이 목적지의 기지국과 통신링크를 완료한 후 출발지의 기지국과 통신링크를 단절한다. 따라서, 소프트 핸드오프에서는, 이동국이 출발지의 기지국 및 목적지의 기지국과 어느 정도의 시간동안 중복적으로 통신한다.

소프트 핸드오프는 하드 핸드오프보다 통화를 단절시킬 가능성이 훨씬 적다. 또한, 이동국이 기지국의 서비스영역 경계 부근에서 이동하는 경우, 작은 환경변화에 반응하여 핸드오프 요청을 반복적으로 할 수가 있다. 핑-퐁잉 (ping-ponging) 이라 칭하는 이러한 문제도 또한 소프트 핸드오프에 의해 상당히 감소된다. 소프트 핸드오프를 수행하기 위한 예시적인 프로세스가, 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" 인 미국특허 제 5,101,501 호에 상세히 설명되어 있다.

IS-95에서, 기지국 후보는 그의 파일롯 채널의 의사잡음 (PN; pseudonoise) 시퀀스의 위상 오프셋으로 특징지워진다. 이동국이 탐색하여 후보 기지국으로부터의 파일롯 신호 강도를 결정할 때, 이동국은 한 세트의 PN 오프셋 가정 (hypotheses) 에 필터링된 수신신호를 상관 (correlation) 시키는 상관연산을 수행한다. 상관연산을 수행하는 방법 및 장치가, 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING SEARCH ACQUISITION IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM" 인 미국특허 제 5,644,591 호에 상세히 설명되어 있다.

미국의 CDMA 시스템에서, 기지국 동기는 각각의 기지국에 글로벌 위치확인 위성 (GPS) 수신기를 제공함으로써 달성된다. 그러나, 기지국이 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우도 있다. 예를 들어, 지하철 및 터널 내에서는 GPS 신호가 기지국 또는 마이크로 기지국의 타이밍 동기에 사용될 수 없을 정도로 감쇠된다. 또한, 중요한 서비스의 동작에 대해선 GPS 신호에 의존하는 것을 권장하지 않는 국가적인 안건들이 있다.

이용가능한 GPS 신호없이 집중화된 동기를 제공하는 방법이, 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "MOBILE STATION ASSISTED TIMING SYNCHRONIZATION IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM" 인 미국특허 제 5,872,774 호에 설명되어 있다. 또한, 본 발명은 어떤 기지국도 집중화된 타이밍 신호에 의존하지 않고 타이밍 동기를 제공하는 방법 및 시스템을 설명한다. 슬레이브 (slave) 기지국은, 슬레이브 기지국과 기준 기지국간의 소프트 핸드오프 영역 내의 이동국에 의해 수신되고 그 이동국으로부터 송신되는 메시지들을 통하여, 기준 기지국과의 동기를 획득한다. 먼저, 기준 기지국에 의해, 이동국과 기준 기지국간의 왕복 지연이 측정된다. 다음으로, 역방향 링크 신호라 칭하는 이동국에 의해 송신된 신호를 슬레이브 기지국이 획득할 때까지, 슬레이브 기지국은 탐색한다. 역방향 링크 신호 (reverse link signal) 의 획득에 응답하여, 슬레이브 기지국이 타이밍을 조정하여, 이동국이 순방향 링크 신호 (forward link signal) 라 칭하는 신호를 획득하도록 한다. 이 과정은, 슬레이브 기지국의 타이밍 오차가 심하지 않으면 불필요할 수도 있다.

이동국이 슬레이브 기지국으로부터 신호를 획득하면, 이동국은 신호가 기준 기지국으로부터 이동국까지 도달하는데 걸린 시간과 슬레이브 기지국으로부터 이동국까지 도달하는데 걸린 시간의 차이를 측정하여 보고한다. 마지막으로 필요한 측정은, 슬레이브 기지국에 의하여, 슬레이브 기지국이 이동국으로부터 역방향 링크 신호를 수신한 시간과 슬레이브 기지국이 이동국에 신호를 송신한 시간의 시간 차의 측정이다.

그 측정된 시간값들에 대해 일련의 계산들이 수행되어, 슬레이브 기지국간의 시간차를 결정하고, 그에 따라 슬레이브 기지국 타이밍 조정이 수행된다. 언급된 모든 측정들은, IS-95 CDMA 통신시스템의 통상적인 동작동안 수행된다.

무선통신 시스템의 기지국들을 동기시키는 부가적인 방법들 및 장치들이, 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Providing Wireless Communications System Synchronization" 인 공동출원 미국특허출원 제 09/206,037 호에 설명되어 있다. 이 출원은 외부의 기준 (reference) 없이 무선통신 시스템의 동기가 유지되는 방법을 설명한다.

핸드오프 메시지들을 통해 동기를 유지하는데 네트워크에서 트래픽 (traffic) 이 불충분한 경우에는, 다른 방법들이 사용되어야 한다. 일 방법은, 기지국들간의 직접적인 타이밍 측정을 만드는 것을 수반한다. 이는 두 가지 방법 중 하나로 실현된다. 기지국이 모든 섹터로의 송신을 짧은 시간동안 차단 (interrupt) 하고, 그 동안 여타의 기지국들로부터 순방향 링크 신호들을 수신할 수 있다. 나머지 기지국들의 위치에 대한 지식이 주어지면, 다른 모든 기지국에 대한 시간 오차들이 유도될 수 있다. 다른 방법으로는, 기지국이 이동국 송신대역의 짧은 신호를 고출력으로 전송한다. 이 신호의 도착시간이 주변 기지국들에 의해 측정되어, 기지국 쌍들간의 시간오차들이 계산된다.

어떤 경우에는, 기지국이 네트워크의 다른 모든 기지국들로부터 충분히 고립되어 (isolate) , 기지국 대 기지국 직접측정이 가능하지 않다. 이런 경우, 고정된 더미 스테이션이 그 이격된 셀과 네트워크의 다른 셀 사이의 핸드오프 영역 내의 한 지점에 위치한다. 그 고정된 더미 스테이션 (dummy staion) 은 기지국의 명령에 따라 기지국 파일롯들을 측정하여 타이밍 정보를 보고하거나, 특정 시간에 버스트 (bust) 송신을 전송하여 기지국들에 의해 측정되도록 한다.

GPS 신호를 수신할 수 없는 기지국들을 동기시키는 다른 방법이, 본 발명의 양수인에게 양도된 공동출원 미국특허출원 제 09/360,491 호에 설명되어 있다. 동기된 타이밍 및 주파수 발생기는, 시스템 시간 및 주파수 값들을 유지하는 페어런트 (parent) 스테이션, 그 제 1 페어런트 (마스터) 스테이션으로부터 시스템 시간값을 수신하여 보정된 시스템 시간 및 주파수 값들을 생성하는 제 1 시간/주파수 전송 유닛, 및 제 1 시간/주파수 전송 유닛이 그 보정된 시스템 시간 및 주파수 값들을 직접적으로 송신하는 제 1 차일드 (child) 스테이션을 포함한다. 이런 페어런트 스테이션-시간 전송 유닛-차일드 스테이션-페어런트 스테이션의 계층이, 주어진 무선 네트워크에 배치된 스테이션들의 수 만큼 반복될 수 있다. 보정된 시스템 시간값은, 차일드 스테이션의 자유 동작 (free running) 로컬 시계를 전진시키거나 지체시키는 조정을 통하여 생성될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명은 순차적인 시간 및 주파수 동기 시스템의 제 1 차일드 기지국에 결합된 제 1 시간/주파수 전송 유닛에 초점을 둔다. 제 1 시간/주파수 전송 유닛은, 파일롯 신호 세트를 획득하는 수신기, 페어런트 기지국으로부터 동기 채널 신호 (SYNC channel signal) 의 동기 메시지 (SYNC message) 를 복조하는 복조기를 포함하며, 그 동기 메시지로부터 유닛 시스템 시간을 결정한 후, 절대 시스템 시간을 획득하기 위해 페어런트 기지국과 제 1 시간/주파수 전송 유닛간의 전파지연에 해당하는 소정의 양만큼 유닛 시스템 시간을 전진 (advance) 시킨다. 그 다음, 제 1 시간/주파수 전송 유닛은 그 절대 시스템 시간을 사용하여, 제 1 차일드 기지국으로부터 송신된 신호들의 타이밍을 제어하는데 사용되는 윤곽이 매우 뚜렷한 에지를 갖는 주기적 펄스열 (pulse train) 을 생성한다. 바람직한 실시형태에서, 그 펄스 열의 주기는 1초의 정수배이며, 동기 메시지 및 동기 채널은 IS-95A 표준에 정의된 동기 메시지 및 동기 채널에 해당한다. 주기적 펄스 열을 생성하는데 사용되는 제 1 시간/주파수 전송 유닛의 생성기는, 제 1 차일드 기지국의 자유 동작 로컬 시계의 출력과 제 1 시간/전송 유닛에 의해 결정된 절대 시스템 시간과의 시간차를 측정한 후, 그 자유 동작 시계의 출력을 지체시켜, 자유 동작 시계의 출력을 제 1 시간 전송 유닛에 의해 결정된 절대 시스템 시간과 동기시키는 조정장치를 포함한다.

제 1 차일드 기지국의 타이밍이 상술한 바와 같이 동기되면, 제 1 차일드 기지국은 제 1 시간/주파수 전송 유닛에 의해 결정된 절대 시스템 시간을 사용하여, 제 1 차일드 기지국으로부터 송신되는 신호들의 시간 동기를 제어한다. 또한, 제 1 차일드 기지국은 절대 시스템 시간 (제 1 시간/주파수 전송 유닛에 의해 결정됨) 에 따라 동기 메시지를 동기 채널로 또 다른 차일드 기지국으로 송신함으로써, 그 제 1 차일드 기지국이 또 다른 (제 2 의) 페어런트 기지국이 되도록 한다. 그 다음, 제 2 차일드 기지국에 의해 사용되는 절대 시스템 시간과 제 1 및 제 2 페어런트 기지국의 절대시간과 동기시키기 위해, 제 2 차일드 기지국에 결합된 제 2 시간/주파수 전송 유닛에 의해 상술한 프로세스가 반복된다. 그 다음, 바람직하게, 통신 시스템의 다른 모든 기지국들에 대해 그 프로세스가 반복됨으로써, 모든 기지국이 공통의 절대 시스템 시간에 동기된다.

IS-95 통신 시스템에서, 오버헤드 메시지 (동기 채널 메시지; Sync Channel Message) 는 동기 채널로 송신된다. IS-95 기지국들은 다음의 포맷을 갖는 동기 채널 메시지를 송신한다.

MSG-TYPE 메시지 타입. 기지국은 이 영역을 '00000001'로 설정한다.

P_REV 프로토콜 개정수준 (revision level). 기지국은 이 영역을 "00000010'으로 설정한다.

MIN_P_REV 최소 프로토콜 개정수준. 이 영역 이상의 개정번호를 지원하는 이동국 만이 시스템에 액세스한 다.

SID 시스템 식별 (System Identification). 기지국은 이 영역을 셀룰러 시스템에 대한 시스템 식별번호로 설정한 다 (참조 6.6.5.2).

NID 네트워크 식별 (Network Identification). 이 영역은 SID 의 소유자에 의해 정의되는 시스템의 서브-식별자로서 기능한다. 기지국은 이 영역을 이 네트워크에 대한 네트워크 식별번호로 설정한 다 (참조 6.6.5.2).

PILOT_PN 파일롯 PN 시퀀스 오프셋 인덱스. 기지국은 이 영역을 이 기지국에 대한 64 PN 칩 단위의 파일롯 PN 시퀀스 오프셋으로 설정한다.

LC_STATE 롱 코드 상태 (Long code state). 기지국은 이 영역을 이 메시지의 SYS_TIME 영역에 의해 정해진 시간에 서의 롱 코드 상태로 설정한다.

SYS_TIME 시스템 시간. 기지국은 이 영역을, 이 동기 채널 메시지의 어느 부분이라도 포함하 는 마지막 수퍼프레임의 끝 뒤로부터, 4개의 Sync 채널 수퍼프레임 (320ms) 에서 파일롯 PN 시퀀스 오프셋을 뺀 시스템 시간으로 80ms 단 위로 설정한다.

LP_SEC 시스템 시간의 시작후 발생한 윤초의 갯수. 기지국은 이 영역을, 이 메시지의 SYS_TIME 영역에 의해 정해진 시간 인 시스템 시간의 시작후 발생된 윤초의 갯수로 설정한다.

LTM_OFF 시스템 시간으로부터 로컬 시간의 오프셋. 현재 일자의 로컬 시간은 SYS_TIME - LP_SEC + LTM_OFF 와 동일하다. 기지국은 이 영역을, 시스템 시간으로부터 로컬 시간의 30분 단위인 2 의 보수 오프셋으로 설정한다.

DAYLT 일광 절약 시간 표시기 (Daylight savings time indicator). 일광 절약 시간이 시행중이면, 기지국은 이 영역을 '1'로 설정한다. 그렇지 않으면, 기지국은 이 영역을 '0'으로 설정한다.

PRAT 페이징 채널 데이터 레이트. 기지국은 이 영역을 시스템의 페이징 채널에 의해 사용되는 데이터 레 이트에 해당하는 PRAT 영역값으로 설정한다.

RESERVED 예약 비트 (Reserved bits). 기지국은 이 영역을 '000'으로 설정한다.

동기 메시지에 포함된 정보의 가장 중요한 부분들 중 하나가 시스템 시간 (SYS_TIME) 이며, 이는 집중화된 타이밍 신호와 동기된다. GSM과 같은 다른 디지털 무선통신 시스템들은, 모든 오버헤드 메시지에 의해 시스템 시간의 표시를 원격국들에 전달한다.

최근에는, FFC 가 셀룰러 전화기의 성능이 위치정보를 포함하는 에너지 정보를 제공하도록 요구하였으며, 이는 이용자의 통신 불능에도 불구하고 긴급 서비스가 이루어지도록 할 수 있을 것이다. 이런 요구사항에 대한 해법은, 각각의 핸드셋에 GPS 수신기를 제공하는 것이다.

본 발명은, 예상되는 GPS 수신기의 핸드셋 내로의 일체화를 이용하여 GPS 신호를 수신할 수 없는 기지국들에게 동기를 제공한다.

발명의 요약

본 발명은 모든 디지털 통신 시스템의 기지국들을 동기시키는 신규의 향상된 시스템 및 방법이다. 이 방법은 무선 이동국에 통합된 GPS 기능을 갖는 무선 이동국을 이용한다. GPS 공식 (equation) 들의 최종해는 전화기의 위치 및 바이어스 항 (bias term) 을 생성한다. 계산된 위치 및 바이어스 항 모두는, 무선 이동 로컬 시계와 그 계산된 GPS 시간간의 오프셋을 결정하는데 사용된다. 그 다음, 이 오프셋을 사용하여, 보정 및 이동국 위치정보를 기지국에 피드백함으로써 기지국의 타이밍을 보정한다. 또한, 수 개의 이들 측정치가 기지국의 주파수 오차를 보정하는데 사용될 수 있다. 또한, 이 방법을 사용하여, 기존의 네트워크의 기지국 타이밍을 교정하는데 사용될 수 있다.

도면의 간단한 설명

이하, 본 발명의 특징, 목적 및 장점들을 도면을 통하여 자세히 설명하며, 도면중 동일 도면부호는 동일부재를 지칭한다.

도 1 은 본 발명의 기지국들을 동기시키는 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 2 는 본 발명의 시스템 구성요소들의 블록도이다.

도 3 은 본 발명의 기지국의 블록도이다.

도 4 는 본 발명의 이동국의 블록도이다.

바람직한 실시예들의 상세한 설명

본 발명은 통신 시스템의 구성요소들 (기지국들) 간의 동기 유지를 돕는 장치를 설명한다. 그 장치는 GPS 수신기 및 양방향 무선장치로 구성된다 (듀얼모드 GPS 수신기 및 양방향 통신모듈로서 설계된 하나의 장치일 수도 있다). 무선장치가 통신모드에 있을 때, 무선장치는 시스템 시간을 획득하고 추적한다. 또한, 무선장치는 GPS 주파수에 주기적으로 재동조 (retune) 되도록 프로그램되어 있다.

도 1 은 기지국들을 동기시키는 본 발명의 방법을 설명하는 흐름도이다. 블록 100 에서, 이동국은 기지국의 시스템 시간을 수신한다. CDMA 통신 시스템의 이 예시적인 실시형태에서, 먼저 이동국은 기지국의 파일롯 채널을 획득하여, 기지국과의 동기를 획득한다. 파일롯 채널을 획득한 후, 이동국은 동기채널을 복조하여 시스템 시간을 나타내는 동기채널 메시지를 수신한다.

블록 102 에서, 이동국은 GPS 신호를 수신한다. 이동국은 기지국으로부터의 타이밍 정보를 사용하여 GPS 위성의 획득을 용이하게 할 수도 있다. 기지국으로부터의 타이밍 정보를 사용하여 GPS 신호의 획득을 용이하게 하는 예시적인 방법이, 모두 본 발명의 양수인에게 양도되고, 발명의 명칭이 "System and Method for Determining the Position of a Wireless CDMA Transceiver" 인 공동출원 미국특허출원 제 09/040,501 호, 및 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Increasing the Sensitivity of a Global Positioning Satellite Receiver" 인 공동출원 미국특허 제 09/149,428 호에 상세히 설명되어 있다.

이 예시적인 실시형태에서, 무선장치가 4개 이상의 위성을 획득하면, 무선장치는 그 장치의 위치 및 그에 관련된 시간 바이어스를 계산한다. 시간 바이어스는 실제의 GPS 시간과 통신장치에 의해 결정된 시스템 시간간의 오프셋의 측정량이다.

특정 GPS 위성으로부터 코드화된 GPS 신호가 송신되어, GPS 센서에 의해 수신되며, 여기서 특정 GPS 신호 위상이 검출되는 시간이 코드 상관기라 불리는 수신기 내의 유닛들에 의해 결정된다. 이런 측정을 수행할 때 사용되는 방법들은 종래기술에 공지되어 있다. 네비게이션 (navigational) 파라미터들을 결정하는데 중요한 것은, GPS 코드위상이 검출될 때까지의 GPS 위성으로부터의 신호경로 및 송신시간이다.

그 신호경로는 GPS 위성의 안테나에서 시작되어, 신호가 지연되는 전리권 (ionosphere) 및 대류권 (troposphere) 을 통과하여, 최종적으로 GPS 수신기의 안테나에 수신된다. 그 신호는 GPS 수신기의 안테나로부터 한 세트의 아날로그 전자장치들 (예를 들면, 프리앰프, 앰프, 주파수 변환기 등) 을 통과하게 된다. 이는 모든 GPS 위성신호에 공통적인 신호경로이다. 마지막으로, 그 신호가 여러 코드 상관기 내로 입력된다. 4 개의 위성으로부터 수신된 신호들에 대해 필요한 상관연산들을 수행한 후에, GPS 수신기는 그의 위치 및 시스템 시간을 결정할 수 있다.

블록 104 에서, 이동국은 기지국 시스템 시간과 GPS 시간간의 차이를 계산한다. 코드 위상의 송신 시간을 안다면, 측정된 수신 시간을 사용하여 항법적으로 중요한 미지의 범위들을 결정할 수 있다. 그 4 개의 범위를 아는 것은, 수신기가 그의 3차원 (x, y, z) 의 위치 및 절대 GPS 시간을 결정할 수 있게한다. 그 다음, 이동국은 기지국으로부터 제공된 타이밍과 그 계산된 GPS 절대시간의 차이 (△t) 인 시간 오차 신호를 계산하며, 이 신호는 기지국과 전화기간의 거리, 모든 다중경로 (multipath), 기지국 시스템 시간과 실제 GPS 시간간의 시간 오프셋, 및 전화기 내의 하드웨어 지연에 대한 함수이다.

블록 106 에서, 이동국은 그의 좌표, 및 서비스중인 기지국 시간과 GPS 시간과의 계산된 시간차를 나타내는 메시지를 기지국에 송신한다.

블록 108 에서, 기지국은 타이밍 조정인자를 계산하여, 기지국의 내부시계를 GPS시간에 동기시킨다. 서비스중인 기지국의 위치 (x_bs, y_bs, z_bs) 및 전화기의 계산된 위치 (x, y, z) 를 안다면, 기지국은 그의 내부시계들에 대한 보정

를 다음과 같이 결정한다.

블록 110 에서, 기지국은 그의 내부시계들에 대한 보정

에 따라 내부시계들을 조정하며, 이 시점에서 기지국이 GPS 시간과 동기된다.

도 2 는 본 발명의 동기 동작을 수행하는데 필요한 구성요소들을 나타낸다. 이 예시적인 실시형태에서, 기지국 (200) 은 CDMA 기지국이다. 기지국 (200) 은 그의 서비스영역 내의 이동국들에게 기지국의 파일롯 신호 및 동기 메시지를 순방향 링크 신호 (210) 로 브로드캐스트한다. 이동국 (204) 은 그 순방향 링크 신호 (210) 를 이동국 수신기 (MS RCVR; mobile station receiver; 208) 로 수신한다. 이 예시적인 실시형태에서, 초기에, 이동국 (204) 은 파일롯 채널 신호를 획득한 후, 동기채널을 복조하여 기지국 시스템 시간을 포함하는 동기 메시지를 수신한다.

GPS 위성 (202) 들은 GPS 타이밍 신호를 브로드캐스트하고, 이를 이동국 (204) 의 GPS 수신기 (206) 로 수신한다. 이 예시적인 실시형태에서, 4개의 GPS 위성 (202) 으로부터 신호를 획득한 후, 이동국 (204) 은 그의 위치 및 GPS 절대 시간을 결정한다. 그 다음, 이동국 (204) 은 그 계산된 위치좌표 및 시간을 나타내는 메시지를 역방향 링크 신호 (212) 로 송신한다.

도 3 은 기지국 (200) 의 간략화된 버전을 나타낸다. 이 예시적인 실시형태에서, 기지국 (200) 은 3 개의 상이한 형태의 데이터, 즉 파일롯 심볼들, 동기 채널 메시지 데이터 및 트래픽 채널 데이터를 송신한다. 파일롯 신호들은 파일롯 변조기 (304) 에 의해 생성되어 결합기 (312) 에 제공된다. 동기 메시지는 메시지 생성기 (310) 로부터 동기 변조기 (306) 로 제공된다. 변조된 동기 채널 신호는 결합기 (312) 에 제공된다. 마지막으로, 트래픽 채널들이 트래픽 변조기 (308) 들에서 생성되어 결합기 (312) 에 제공된다.

CDMA 시스템의 이 예시적인 실시형태에서, 파일롯 채널, 동기 채널 및 트래픽 채널들은, 상이한 직교 확산 시퀀스를 사용함으로써 코드 스페이스로 서로 구별된다. 다른 실시형태들에서, 그 채널들은 타임 슬롯들 또는 주파수로 구별된다. 또한, 본 발명은 본 발명의 동작을 위해 파일롯 채널을 필요로 하지는 않지만, 파일롯 채널은 CDMA 시스템에서 매우 중요하다.

결합기 (312) 는 파일롯 채널, 동기 채널 및 트래픽 채널을 결합하여, 그 결합된 신호를 송신기 (314) 에 제공한다. 송신기 (314) 는 그 신호를 상향변환 (up convert), 필터링 및 증폭하여, 안테나 (316) 를 통해 송신한다.

그 신호들은 이동국 (204) 의 안테나 (400) 에서 수신되어, 듀플렉서 (402) 를 통해 RF 인터페이스 (404) 에 제공된다. RF 인터페이스 (404) 는 그 수신된 신호를 하향변환 (down convert), 필터링 및 증폭한다. 이 예시적인 실시형태에서, RF 인터페이스 (404) 는 그 수신된 신호를 셀룰러 또는 PCS 캐리어 주파수에 따르거나 GPS 캐리어 주파수에 따라 하향변환한다. RF 인터페이스 (404) 의 동작은 제어 처리기 (418) 로부터의 신호에 의해 지시된다. 이 예시적인 실시형태에서는, 이동국 (204) 이 GPS 신호 및 기지국 (200) 으로부터의 순방향 링크 신호를 동시에 수신할 수 없다. 따라서, 이 예시적인 실시형태에서는, 이동국이 동기 채널 메시지를 수신한 후, 기지국 (200) 으로부터의 동기 메시지의 수신과 GPS 위성들 (202) 로부터의 타이밍 표시를 수신하는 시간 사이에 경과하는 시간의 양을 반드시 추적해야 한다.

다른 실시형태에서, 이동국 (204) 은 2 개의 분리된 RF 인터페이스, 즉 기지국 (200) 으로부터의 순방향 링크 신호를 하향변환, 필터링 및 증폭하기 위한 인터페이스 및 위성들 (202) 로부터의 GPS 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 포함한다. 이 경우, 동기 채널 메시지 및 GPS 타이밍은 동시에 수신되어 곧 바로 비교될 수 있다.

이 예시적인 실시형태에서, 이동국 (204) 이 기지국 (200) 으로부터 시스템 타이밍 정보를 수신하려 할 때, 제어 처리기는, RF 인터페이스 (404) 로 하여금 그 수신되는 신호를 PCS 또는 셀룰러 기지국 (200) 의 캐리어 주파수에 따라 하향변환하도록 지시하는 제어신호를 RF 인터페이스 (404) 에 제공한다.

또한, 제어 처리기는 스위치 (410) 로 하여금 RF 인터페이스 (404) 의 출력을 복조기 (412) 에 제공하도록 지시하는 신호를 스위치 (410) 에 제공한다. 이 예시적인 실시형태에서, 복조기 (412) 는 파일롯 채널 복조기 (414) 및 동기 채널 복조기 (416) 를 포함한다. 이 예시적인 실시형태에서, 초기에, 이동국은 파일롯 채널을 획득함으로써 기지국 (200) 으로부터 순방향 신호를 획득한다. 파일롯 채널을 획득한 후, 이동국 (204) 은 동기 채널 복조기 (416) 에서 동기 채널 메시지를 복조하여 그 동기 메시지를 제어 처리기에 제공한다.

기지국 (200) 의 시스템 시간을 나타내는 동기 메시지를 수신한 후, 제어 처리기는 타이머 (미도시함) 를 설정하여, 동기 메시지를 수신한 시간과 GPS 절대시간을 계산한 시간과의 시간간격을 추적하도록 한다. 제어 처리기 (418) 가 RF 인터페이스 (404) 에 제어신호를 전송하면, 이에 응답하여 RF 인터페이스가 그 수신된 신호를 GPS 캐리어 주파수에 따라 하향변환한다. 또한, 제어 처리기는 스위치 (410) 로 하여금 RF 인터페이스 (404) 의 출력을 GPS 복조기 (420) 에 제공하도록 지시하는 신호를 스위치 (410) 에 송신한다. GPS 복조기 (420) 가 그 수신된 신호를 복조하여, 그 신호를 이동국 (204) 의 위치 및 절대 GPS 시간을 계산하는 제어 처리기에 제공한다.

제어 처리기 (418) 는 위치좌표 (x, y, z) 및 시간차 (△t) 를 나타내는 신호를 메시지 생성기 (MSG GEN; message generator) (422) 에 송신한다. 메시지 생성기 (422) 는 그 계산된 위치 좌표 (x, y, z) 및 시간차 (△t) 를 포함하는 메시지를 생성한다. 이 메시지는 변조기 (424) 에 제공된다. 이 예시적인 실시형태에서, 변조기 (424) 는 그 메시지를 변조하여, 트래픽 채널의 송신에 제공한다. 다른 실시형태에서, 그 메시지는 액세스 프로브의 일부로서 송신될 수도 있다.

그 계산된 위치 좌표 (x, y, z) 및 시간차 (△t) 를 포함하는 변조된 메시지 신호는 송신기 (426) 에 의해 상향변환, 필터링 및 증폭되어, 듀플렉서 (402; duplexer) 거쳐 안테나 (400) 를 통한 송신에 제공된다.

이 메시지 신호는 기지국 (200) 의 안테나 (318) 에 수신되어, 수신기 (320) 에 제공된다. 수신기 (320) 는 그 수신된 신호를 하향변환, 필터링 및 증폭하 여, 그 수신된 신호를 복조기 (322) 에 제공한다. 복조된 신호는 디멀티플렉서 (324) 에 제공되고, 디멀티플렉서는 그 계산된 위치 좌표 (x, y, z) 및 시간차 (△t) 를 포함한 메시지 부분을 추출한다.

그 메시지는 제어 처리기 (326) 에 제공된다. 제어 처리기 (326) 는 전술한 바와 같은 타이밍 보정

을 계산하여, 타이밍 장치 (300) 의 타이밍을 조정한다. 이 예시적인 실시형태에서, 변조기 (302) 는 타이밍 장치 (300) 로부터의 타이밍 신호들에 따라 전송을 위한 데이터를 변조한다.

주파수 오차는 단순히 주어진 시간 간격에 걸친 타이밍 오차이므로, 주어진 시간 간격에 걸쳐 타이밍을 여러번 조정함으로써, 타이밍 장치 (300) 의 주파수 오차 또한 보정할 수 있다. 또한, 본 발명은, 이러한 프로세스에 따라 전술한 바와 같이 보정하고 기지국 GPS 수신기를 조정함으로써, 기존의 네트워크들의 기지국 (200) 타이밍의 타이밍을 교정하는데 사용될 수 있다.

바람직한 실시예들에 대한 상술한 설명은, 어느 당업자라도 본 발명을 제조하거나 사용할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 당업자는, 이들 실시형태들에 대한 다양한 변형들을 용이하게 알 수 있으며, 여기서 명시된 일반적인 원리들은 창작성을 이용하지 않고도 다른 실시형태들에 적용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은, 본 발명을 여기서 나타낸 실시형태들로 제한되는 것이 의도되지 않고, 여기서 개시된 원리들 및 신규의 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하도록 의도된다.

Claims

기지국의 타이밍을 조정하는 방법으로서,

원격국에서 집중화된 타이밍 신호를 수신하는 단계;

상기 원격국에서 상기 기지국의 시스템 시간을 나타내는 신호를 획득하는 단계;

상기 집중화된 타이밍 신호와 상기 기지국의 상기 시스템 시간간의 시간 오차를 계산하는 단계; 및

상기 계산된 시간 오차에 따라 상기 기지국의 상기 시스템 시간을 조정하는 단계를 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 집중화된 타이밍 신호는 GPS 신호인, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 원격국에서 집중화된 타이밍 신호를 수신하는 단계는,

4 개의 위성으로부터 상기 GPS 신호를 획득하는 단계; 및

상기 4 개의 위성으로부터의 상기 GPS 신호에 따라 위치 및 절대시간을 계산하는 단계를 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 집중화된 타이밍 신호와 상기 기지국의 상기 시스템 시간간의 시간 오차를 계산하는 단계는 상기 원격국과 상기 기지국간의 전파지연을 계산하는 단계를 더 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 전파지연을 계산하는 단계는 상기 원격국의 위치 및 상기 기지국의 위치에 따라 수행되는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 집중화된 타이밍 신호와 상기 기지국의 상기 시스템 시간간의 시간 오차를 계산하는 단계는 상기 원격국과 상기 기지국간의 전파지연을 계산하는 단계를 더 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 전파지연을 계산하는 단계는 상기 원격국의 위치 및 상기 기지국의 위치에 따라 수행되는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원격국은 이동국인, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원격국은 고정국인, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국은 CDMA 기지국인, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 원격국에서 상기 기지국의 시스템 시간을 나타내는 신호를 획득하는 단계는,

동기 메시지를 복조하는 단계; 및

상기 동기 메시지로부터 상기 시스템 시간의 표시를 추출하는 단계를 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 집중화된 타이밍 신호와 상기 기지국의 상기 시스템 시간간의 시간 오차를 계산하는 단계는 상기 시간 오차를 나타내는 신호를 상기 원격국으로부터 상기 기지국으로 송신하는 단계를 더 포함하는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 시간 오차를 나타내는 신호를 상기 원격국으로부터 상기 기지국으로 송신하는 상기 단계는, 상기 시간 오차를 나타내는 신호를 트래픽 채널로 송신함으로써 수행되는, 기지국 타이밍 조정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 시간 오차를 나타내는 신호를 상기 원격국으로부터 상기 기지국으로 송신하는 상기 단계는, 상기 시간 오차를 나타내는 신호를 액세스 채널로 송신함으로써 수행되는, 기지국 타이밍 조정 방법.
기지국의 타이밍을 조정하는 시스템으로서,

집중화된 타이밍 신호를 수신하고, 원격국에서 상기 기지국의 시스템 시간을 나타내는 신호를 획득하며, 상기 집중화된 타이밍 신호와 상기 기지국의 상기 시스템 시간과의 시간 오차를 계산하는 원격국; 및

상기 계산된 시간 오차에 따라 상기 기지국의 상기 시스템 시간을 조정하는 상기 기지국을 포함하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 집중화된 타이밍 신호는 GPS 신호인, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원격국은, 추가적으로 4 개의 위성으로부터 상기 GPS 신호를 획득하고, 상기 4 개의 위성으로부터의 상기 GPS 신호에 따라 위치 및 절대시간을 계산하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 기지국은 추가적으로 상기 원격국과 상기 기지국간의 전파지연을 계산하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 기지국은 상기 원격국의 위치 및 상기 기지국의 위치에 따라 상기 전파지연을 계산하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 기지국은, 상기 원격국의 위치 및 상기 기지국의 위치에 따라, 상기 원격국과 상기 기지국간의 전파지연을 계산하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 원격국은 이동국인, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 원격국은 고정국인, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 기지국은 CDMA 기지국인, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 원격국은 동기 메시지를 복조하여 상기 동기 메시지로부터 상기 시스템 시간의 표시를 추출하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 원격국은 추가로 상기 시간 오차를 나타내는 신호를 상기 원격국으로부터 상기 기지국으로 송신하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 25 항에 있어서,

상기 원격국은 상기 시간 오차를 나타내는 상기 신호를 트래픽 채널로 송신하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.
제 25 항에 있어서,

상기 원격국은 상기 시간 오차를 나타내는 상기 신호를 액세스 채널로 송신하는, 기지국 타이밍 조정 시스템.