NO317101B1 - Tidssynkronisering styrt fra mobile radiostasjoner i et CDMA-nett - Google Patents

Abstract

En slavébasestasjon (64) oppnår synkronisering med en referansebasestasjon (62) ved hjelp av meldinger. (504) som sendes fra og mottas av en mobil radiostasjon (60), idet disse stasjoner alle hører til ett og samme sambandsnett. Den mobile stasjonen (60) er under denne synkroniseringsfase i et område for såkalt myk omruting mellom de to basestasjoner (62, 64), eller den er i et område som lar den ha kommunikasjon med bare slavebasestasjonen (64). Dersom den ikke har kommunikasjon med begge basestasjoner måles tur/returtiden (RTD) for toveis kommunikasjon med referansebasestasjonen (62), idet målingen utføres i denne. Denne basestasjon sender deretter ut den PN-kode som brukes av den mobile radiostasjon (60) via retur-forbindelsen til slavestasjonen (64) som også mottar meldingene. (504) fra stasjonen (60) og fastslår tidspunktet når signalene fra denne ankommer. Deretter settes et estimat opp i slavebasestasjonen vedr. forsinkelsen mellom sendingen og mottakingen av signaler fra den mobile radiostasjon og til slavebasestasjonen. Ut fra disse målinger og estimater kan slavebasestasjonen (64) bestemme evt. feil i sin systemtidsreferanse.

Description

Denne oppfinnelse gjelder sambandssystemer, nærmere bestemt frem-gangsmåter og apparater for synkronisering av en basestasjon i et sambandsnett ved hjelp av signaler som er sendt ut fra en eller flere mobile stasjoner i nettet og som i øyeblikket har samband med en slik synkroniserbar basestasjon.

Bruken av CDMA som modulasjonsteknikk (kodefordelt multippelaksess) er bare en av flere teknikker for å lette samband innenfor systemer og nett hvor det foreligger et stort antall brukere eller abonnenter. Andre tilsvarende kjente teknikker så som TDMA, FDMA og ren amplitudemodulasjon, herunder amplitudekomprimert enkeltsidebånd (ACSSB) er også kjent innenfor teknikken, men CDMA har vist seg å være fordelaktig over disse teknikker. Bruken av CDMA-teknikk i et sambandssystem for multippelaksess er allerede beskrevet i vårt US patent 4 901 307 med tittel

"SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUN1CATION SYSTEM

USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", og vårt US patent 5 103 459 med tittel "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", og innholdet i begge disse tas her med som referansemateriale. Fremgangsmåten for å etablere CDMA-systemet for nettsamband med mobile enheter, særlig mobiltelefoner ble allerede standardisert i De forente stater av organisasjonen TIA i standarden TIA/EIA/IS-95-A, spesielt for "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System", og denne standard vil her refereres som IS-95.

I patentene nevnt ovenfor beskrives en multippelaksessteknikk hvor et stort antall brukere som er koplet til mobile radiostasjoner, hver med en sender/ mottaker, har samband via satellittreléstasjoner eller basestasjoner på bakken (i USA ofte benevnt cellebasestasjoner fordi hvert dekningsområde rundt en slik basestasjon ofte kalles en celle), ved at de overføringssignaler som brukes er av kategori CDMA for spredt spektralfordeling. Ved denne teknikk kan frekvensspekteret brukes flere ganger, slik at man får økning i systemets brukerkapasitet. Bruken av CDMA-teknikk fører altså til langt større spektral utnyttelse enn det man har kunnet oppnå tidligere med andre aksessteknikker.

En måte for samtidig demodulasjon av data som har blitt overført langs forskjellige utbredelsesveier fra en basestasjon og for samtidig demodulasjon av data som i form av reserver (redundans) har blitt sendt fra mer enn én basestasjon til en aktuell mobil radiostasjon er også beskrevet i patentlitteraturen, nemlig i vårt eget US patent 5 109 390 med tittel "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM", og innholdet tas her med som referansemateriale. I dette patentskrift kombineres de separat demodulerte signaler for å frembringe et estimat av de data som overføres, og dette estimat vil ha større pålitelighet enn de data som demoduleres via en vilkårlig annen overføringsvei eller fra en vilkårlig basestasjon.

Overlevering (handoff) kan vanligvis deles i to kategorier, nemlig hard overlevering og myk overlevering. Når en mobil radiostasjon under hard overlevering forlater dekningsområdet rundt en bestemt basestasjon og går inn i et annet dekningsområde brytes først kommunikasjonen med den første basestasjon, før det etableres en ny kommunikasjon med den neste. Ved myk overlevering avsluttes oppret-tingen av en forbindelse med en ny basestasjon før forbindelsen brytes med en som det allerede pågår samband med, og på denne måte far man over en periode redundant samband ved at kontakt opprettholdes med to basestasjoner.

Myk overlevering er mindre utsatt for svikt enn hard overlevering. Når i tillegg en mobil stasjon forflytter seg nær dekningsområdegrensen for en bestemt basestasjon kan det forekomme at det sendes ut gjentatte forespørsler om overlevering i respons på mindre endringer i sender- og mottakerforholdene, og dette problem kalles gjerne ping-pong og er også betydelig redusert ved myk overlevering. En patentbeskyttet prosess for å utføre myk overlevering er beskrevet i vårt US patent 5 101 501 med tittel "METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT

HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE

SYSTEM", og innholdet tas her med som referansemateriale.

Videre er det i vårt US patent 5 267 261 med beskrevet en forbedret teknikk for myk overlevering, idet dette patent har tittelen "MOBILE STATION

ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR COMMUNICATIONS

SYSTEM", og innholdet tas også her med som referansemateriale. I det system dette siste patent beskriver forbedres mykoverleveringsprosesser ved at man måler feltstyrken av pilotsignaler som sendes ut fra hver basestasjon, i den aktuelle mobile radiostasjon. Disse feltstyrkemålinger hjelper til ved mykoverleveringsprosessen ved å lette identifikasjonen av basestasjoner som kan være aktuelle for å utføre overlevering via.

Slike basestasjoner kan sies å være kandidater til bestemte grupperinger som kan kalles sett. Settene kan være av fire typer, nemlig en første type som kan kalles det aktive sett og omfatter basestasjoner som i øyeblikket har forbindelse med den mobile radiostasjon. Et andre sett kan kalles kandidatsettet og omfatter basestasjoner hvis signaler er blitt registrert å være tilstrekkelig sterke i den mobile stasjon, men de brukes i øyeblikket likevel ikke. Basestasjoner tilføyes kandidatsettet når den målte pilotsignalstyrke overstiger en gitt terskel Tadd. Det tredje sett i grupperingen er av basestasjoner som geografisk ligger i nærheten av den mobile stasjon der denne i øyeblikket er (og som ikke er innbefattet i hverken det aktive sett eller kandidatsettet). Endelig er den fjerde type sett restsettet som består av samtlige andre basestasjoner i sambandsnettet.

I standarden IS-95 kjennetegnes en basestasjonskandidat ved den faseforskyvning som registreres for en kvasistøysekvens (PN-sekvens) for pilotkanal-utsendelsen. Når den mobile stasjon søker å fastlegge feltstyrken av pilotsignalet som sendes ut fra en kandidatbasestasjon utføres en korrelasjon hvor det filtrerte mottatte signal korreleres med et sett hypoteser for PN-sekvensenes faseforskyvning. En fremgangsmåte og et apparat for å utføre slik korrelasjon er allerede patentsøkt i vår USSN 08/687,694 med tittel "METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING

SEARCH ACQUISrriON IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM", og

innholdet tas her med som referansemateriale.

Den forsinkelse utbredelsen av radiosignalene har fra basestasjonen og til den mobile stasjon er normalt ikke kjent, og en slik ukjent forsinkelse vil derfor frembringe en ukjent forskyvning av PN-kodene. Søkeprosessen søker å fastlegge denne forskyvning, og for å få til dette utføres i den mobile stasjon en tidsforskyvning i utgangen fra dens søkegeneratorer for PN-kodene. Området for søkeforskyvningen kalles søkevinduet, og dette er sentrert om den hypotese som ble valgt for PN-forskyvningen. En basestasjon sender en melding som indikerer hvilken PN-forskyvning den har for sine pilotsignaler til de mobile stasjoner i nærheten, og disse vil da sentrere sitt søkevindu rundt hypotesen for PN-forskyvningen.

Den hensiktsmessige vindusstørrelse vil være avhengig av flere faktorer, innbefattet hvilken prioritet pilotsignalene har, hvor raskt søkeprosessorene kan arbeide og den anslåtte forsinkelsesspredning for de forskjellige radiosignalers ankomst via forskjellige utbredelsesveier. CDMA-standardene (IS-95) definerer tre søkevinduspara-metre. Søkingen av pilotsignaler i både det aktive basestasjonssett og kandidatsettet styres av søkevinduet "A", nabosettets pilotsignaler søkes via vinduet "N", mens restsettet søkes via vinduet "R". Størrelsen avsøkevinduene er gitt nedenfor i tabell 1, og der defineres sekvensen "chip" som en sekvens med varigheten 1/1,2288 MHz.

Vindusstøirclsesbesterrimelsen vil være et kompromiss mellom søke-hastigheten og sannsynligheten for å miste en kraftig signalvei kanal utenfor søke-vinduet.

Basestasjonen sender en melding som spesifiserer PN-hypotesen til den mobile stasjon, og meldingen gjelder at denne stasjon bør søke i forhold til sin egen PN-forskyvning. Den opprinnelige basestasjon kan for eksempel instruere den mobile stasjon om å søke etter en pilot som ligger 128 PN-chip foran sin egen PN-forskyvning. I respons på dette starter den mobile stasjon sin søkedemodulator 128 chip foran i utgangs-chip-syklusen og søker etter piloten ved å bruke søkevinduet som er sentrert om den spesifiserte forskyvning. Når den mobile stasjon har fått disse instruksjoner for å fastlegge hvilke ressurser som er tilgjengelige for å utføre en overlevering er det kritisk at PN-forskyvningen for bestemmelsesstedets basestasjonspilotsignaler ligger svært nær i tid til den dirigerte forskyvning. Hastigheten som søkingen utføres med er også av kritisk betydning nær grenseområdene for basestasjonen, siden forsinkelser i å avslutte de nødvendige søk kan føre til utfall av forbindelser.

I CDMA-systemer i USA oppnås slik basestasjonssynkronisering ved å la hver basestasjon ha en mottaker som kan ta imot posisjoneringssignaler innenfor systemet GPS (via satellitt). Man har imidlertid tilfeller hvor en basestasjon ikke kan motta noe GPS-signal, for eksempel i tunnelbaner og tunneler vil slike signaler være dempet så mye at deres bruk for tidssynkronisering av basestasjonene eller såkalte mikrobasestasjoner ikke er god nok.

Det patentskrift som nærmest representerer teknikkens stilling før oppfinnelsen anses å være WO94/30024 for såkalt makrodiversitet når en mobil stasjon kan være koplet til mer enn en enkelt basestasjon. Ifølge oppfinnelsen foreslås på denne bakgrunn en fremgangsmåte for tidssynkronisering også i slike tilfeller, der en del av et sambandsnett er i stand til å motta et sentralisert tidssignal og oppnå tidsstyring fra dette, mens en del av basestasjonene ikke er i stand til å motta noe slikt tidssignal. Denne fremgangsmåte er særlig slik det fremgår av patentkravet.

En referansebasestasjon kan i nettet ha slik tidssynkronisering ved mot-taking av et sentralisert tidssignal eller på annen måte, og i et eksempel synkroniseres denne stasjon ved hjelp av sin GPS-mottaker. En slavebasestasjon har imidlertid ikke evnen til å synkronisere, fordi den i dette eksempel ikke kan motta det sentraliserte tidssignal.

I og med oppfinnelsen kan imidlertid også slavebasestasjonen få synkronisering med referansebasestasjonen via meldinger som sendes ut fra og mottas i en mobil radiostasjon i et mykoverleveirngsområde mellom disse to basestasjoner. Først måles omløpsforsinkelsen mellom stasjonen og referansebasestasjonen, i sistnevnte, og deretter søker slavebasestasjonen inntil den far hentet inn det signal som er sendt ut fra den mobile stasjon, idet dette signal kalles retur(lenke)signalet. I respons på innhentingen av dette signal kan slavebasestasjonen regulere inn sin taktgenerering (timingen) slik at den mobile stasjon kan få mottatt signalet, her angitt som forover(lenke)signalet. Dette trinn kan være overflødig dersom taktfeilen i slavebasestasjonen ikke er særlig stor.

Så snart den mobile stasjonen henter inn signaler fra slavebasestasjonen måles dette, og forskjellen mellom den tid det tar for signalet å forflytte seg fra slavebasestasjonen og til den mobile stasjon og tiden det tar fra referansebasestasjonen til samme mobile stasjon blir rapportert. Tiden det tar fra slavebasestasjonen må nød-vendigvis måles av denne og skjer som en måling mellom forskjellen mellom tidspunktet når retursignalet ankom fra den mobile stasjon og tiden det tar å sende et signal til denne.

En rekke beregninger som her skal beskrives i detalj utføres ved målingen av tidsverdier for å bestemme tidsforskjellen mellom slavebasestasjonen og en innstilling av dennes taktgenerering, og dette utføres i samsvar med disse beregninger. Det skal bemerkes at alle de målinger som utføres skjer under den normale drift av et sambandssystem av typen CDMA og i henhold til standarden IS-95.

De enkelte trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av detaljbeskrivelsen nedenfor, og samtidig vises til tegningene, hvor fig. 1 viser et blokkskjema over et sambandsnett for radiooverføring og med en referansebasestasjon og en slavebasestasjon, hver i sitt dekningsområde, her vist med sekskantet fasong, fig. 2 viser et skjema over forskjellige sendinger mellom en mobil radiostasjon i sambandsnettet, en basestasjon som arbeider synkront med denne, og en basestasjon som ikke er synkron, idet skjemaet viser de tilhørende tidsintervaller, fig. 3 viser et flytskjema over en foretrukket måte for synkronisering av en basestasjon som ikke er i stand til å motta et sentralisert tidssignal, fig. 4 viser et blokkskjema over den mobile radiostasjon slik den inngår i oppfinnelsen, fig. 5 viser et blokkskjema over søkeren i denne, fig. 6 viser et blokkskjema over dens trafikkanalmodulator, fig. 7 viser et blokkskjema over en typisk basestasjon i sambandsnettet, fig. 8 viser et blokkskjema over dennes transmisjonssystem, og fig. 9 viser et blokkskjema over dens mottakersystem.

Fig. 1 viser således en mobil radiostasjon 60 i samband med en basestasjon 62, idet den mobile stasjon grovt sett ligger innenfor dekningsområdet 61 rundt basestasjonen. Denne basestasjon er synkronisert til resten av sambandsnettet ved hjelp av et sentralt tidssystem så som det globalt dekkende posisjoneirngssystem GPS. I motsetning til basestasjonen 62 er det vist en andre basestasjon 64 som ikke er synkronisert med dette system.

En styreenhet 66 som her vil bli kalt sentral (BSC) sørger for ruting av alle forbindelser fra det offentlige telenett (PSTN) eller andre nett og systemer, til en av basestasjonene 62, 64 via en linje T[ eller på annen måte. I tillegg sørges for frekvenssynkronisering til den andre basestasjon 64, også via Tl-linjer. Over korte tidsperioder kan slik synkronisering opprettholdes med god nok nøyaktighet via ly linjene ved hjelp av måter som hører til den kjente teknikk, men slike skjemaer for overføring av frekvensinformasjon vil ofte ha sviktpunkter som fører til tidsfeil. Disse tidsfeil kan imidlertid korrigeres ved hjelp av denne oppfinnelse. Siden forholdet mellom fase og frekvens er slik det er vil oppfinnelsens inngripende fasekoireksjon tillate bruken av mindre nøyaktige frekvenskilder om nødvendig.

Det vises nå til fig. 2 som illustrerer transmisjonen og de tilsvarende tidsintervaller for synkronisering av den andre basestasjon 64, idet denne her er å regne som en slavebasestasjon. Synkroniseringen skjer i forhold til den første basestasjon 62 som i eksemplet da er referansebasestasjonen. Signalveien fra referansebasestasjonen 62 midt i sitt dekningsområde 61 og til den mobile stasjon 60 fører første foroversignaler i en første transmisjon med varigheten X\. Starten av rammeoverføringer fra stasjonen 60 som første retursignaler 502 sammenfaller med ankomsten av rammer i foroversendingen, og dette tidssammenfall er standardisert i standarden IS-95 og lagt inn som kretser. Apparatur og måter å utføre slik tidssammenfall er altså velkjent innenfor teknikken.

De første retursignaler 502 går altså i returkanalen fra den mobile stasjon 60 og til referansebasestasjonen 62. Tiden for denne retursending er også xt. Siden det i basestasjonen 62 er kjent tidspunktet når de første foroversignaler 500 gikk ut og når de første retursignaler 502 kom tilbake kan den tilhørende omløpstid (RTDi) bestemmes, idet denne verdi er den første verdi som trengs for beregningen av tidsfeilen (T0'-T0).

Fra den mobile stasjon 60 går videre andre retursignaler via en annen utbredelsesvei til slavebasestasjonen 64, og den tid disse signaler tar er angitt med x2-Tidspunktet T2 gjelder for ankomsten av disse signaler i basestasjonen 64. Det tar samme tid t2 for de tilsvarende andre foroversignaler 506 fra basestasjonen 64 til den mobile stasjon 60. Denne basestasjon 64 kan i tillegg måte tidsforskjellen mellom ankomsttiden for de andre retursignaler 504 og utsendelsestidspunktet for de andre foroversignaler 506, og denne tidsforskjell er angitt som RTD2. Dette gir et andre ledd for beregning av tidsfeilen To'-T0, og en måte for å utføre denne beregning er satt opp nedenfor:

Først fremgår fra fig. 2 at:

Ved å gjøre om disse to likninger fremkommer:

For å forenkle uttrykket innføres uttrykket for den andre omløpstid, RTD2:

Det fremgår av fig. 2 at:

Av denne grunn blir:

Ved innsetting fremgår at tidsfeilen blir:

Når altså basestasjonen 64 inneholder informasjon om tidsfeilen vil synkroniseringen innstilles slik at den passer til referansebasestasjonen 62. Tidsmålingene er imidlertid beheftet med visse feil, slik at man i en foretrukket utførelse utfører målingene gjentatte ganger for å komme frem til riktigere verdier for tidskorreksjonen.

Fremgangsmåten og apparaturen for å måle disse tidsverdier som skal inngå i likning 12 skal nå gjennomgås.

Først måles den første omløpstid eller -forsinkelse RTD(, og det vises til fig. 3 som illustrerer skjemaet for synkronisering av basestasjonen 64 til basestasjonen 62. Det hele starter i trinn 300, og da er stasjonen 60 i forbindelse med basestasjonen 62 og innenfor et område som også gir forbindelse med slavebasestasjonen 64.1 det neste trinn måles den første omløpsforsinkelse RTD] for den tid det tar for et signal å gå fra basestasjonen 62 til den mobile stasjon 60 og tilbake. Målingen utføres ved å la ramme-grensene for de rammer som mottas av stasjonen 60 sammenfalle med de tilsvarende rammegrenser for de rammer som sendes tilbake til referansebasestasjonen 62. Fremgangsmåten og apparaturen for å utføre dette er som nevnt allerede kjent. Forsinkelsen RTD[ måles altså som tidsforskjellen mellom starten av de rammer som sendes ut fra basestasjonen 62 og starten av de rammer som mottas av samme i retur fra den mobile stasjon 60.1 skjemaet utføres dette altså i trinn 302. De øvrige trinn 304-314 i skjemaet fremgår av skjemateksten og likningsutredningen ovenfor.

Fig. 4 viser oppbyggingen av en mobil radiostasjon 60. Den tar imot datarammer via foroverkanalen og via sin antenne 2 for videreføring gjennom den viste duplekser 3 som leder signalene som mottas fra basestasjonen 62 til en mottakerdel 4. Der utføres nedtransponering, filtrering og forsterkning, og en etterfølgende søker 50 og trafikkdemodulatorer 54 tar imot de behandlede signaler. I søkeren søkes etter pilotkanaler i samsvar med en naboliste over basestasjoner, idet denne liste tilveie-bringes av referansebasestasjonen 62. Nabolisten gis som signaleringsdata via trafikkanalen fra denne basestasjon 62. Et signal som indikerer starten av de mottatte rammer fra samme basestasjon går til den viste styreprosessor 55 hvor det genereres et tidssammenfallsignal til en trafikkmodulator 58. I denne sammenholdes starten av de rammer som sendes fra den mobile stasjon 60, med starten av de rammer som mottas i samme.

Datarammer fra brukeren av stasjonen 60 går til trafikkmodulatoren 58 som i respons på taktsignalene fra prosessoren 55 tidsinnstiller de rammer som sendes via den viste senderdel 56 i stasjonen 60, med de rammer som mottas fra referansebasestasjonen 62. Tilbakesendingene i returkanalen går fra senderdelen 56 hvor signalene opptransponeres, filtreres og forsterkes, før de passerer duplekseren 3 og går ut via antennen 2. Fig. 5 viser hvordan søkeren er oppbygget i detalj, men forklaring av tegningen kommer noe senere. Fig. 6 viser, for å illustrere hvordan den mobile stasjon hentes inn av slavebasestasjonen, trafikkanalmodulatoren 58 i den mobile stasjon 60 er bygget opp i detalj. Datarammer føres inn til en rammeformateringskrets 200 som i eksemplet frembringer og tilføyer et sett CRC-sifre og et sett halesifre. Kretsen 200 følger i så fall standarden IS-95 for rammeformatprotokollen, og dette er beskrevet i detalj i vårt US patent 5 600 754 med tittel "METHOD AND SYSTEM FOR THE ARRANGEMENT

OF VOCODER DATA FOR THE MASKING OF TRANSMISSION CHANNEL

INDUCED ERRORS", idet innholdet tas med som referansemateriale.

Den formaterte dataramme videreføres til en koder 202 som koder for feilkorreksjon og -deteksjon. I eksemplet er denne koder en omhylningskoder. De kodede datasymboler går til den etterfølgende innfeller 204 som omorganiserer symbolene i samsvar med et gitt innfellerformat. Symbolene går deretter til en Walsh-omvandler 206 som i eksemplet mottar åtte kodede symboler og omvandler disse til en 64 chip Walsh-sekvens. Walsh-symbolene går til en spredekrets 208 som utfører spredning av dem i samsvar med en langspredekode. En langkodegenerator 210 for kvasistøysekvenser frembringer slike sekvenser for spredning av data og differensiering av data fra returoverføringen fra andre mobile stasjoner i nærheten.

I eksemplet sendes data i samsvar med QPSK-modulasjonsformatet, slik at I- og Q-kanalen blir spredt i samsvar med en kort PN-sekvens. De spredte data går til de viste spredekretser 214 og 216 som utfører en andre spredning av data i samsvar med en kort PN-sekvens som frembringes av generatorene 212 henholdsvis 218 for I-henholdsvis Q-kanalen.

Vi vender nå tilbake til flytskjemaet, idet trinn 304 gjelder at slavebasestasjonen 64 henter inn de retursignaler som sendes ut av den mobile stasjon 60. Sentralen 66 sender et signal til denne basestasjon 64 for å indikerer hvilken PN-kodeforskyvning den mobile stasjon 60 skal bruke for å spre retursignalet. I respons på dette signal fra sentralen utfører slavebasestasjonen 64 et søk etter den mobile stasjon 60, og dette søk er sentrert om den PN-forskyvning som er indikert av signalet fra sentralen.

I eksemplet "banklaster" slavebasestasjonen 64 sine søkeres langkodegenerator 106 og kortkodegenerator 108, 110 (vist på fig. 9) i samsvar med et signal fra sentralen 66. Denne søkeprosess som utføres i slavebasestasjonen 64 er beskrevet nærmere nedenfor. Fig. 7 viser den nærmere oppbygging av slavebasestasjonen 64. Et signal fra sentralen (BSC) 66 for å indikere den mobile stasjons 60 PN-forskyvning mottas og bearbeides av den viste styreprosessor 100. Denne utfører beregning av vindus-søkeområdet som er sentrert ved den bestemte PN-forskyvning. Videre etablerer den søkeparametre til den etterfølgende søker 101, og i respons på disse parametre utfører basestasjonen 64 et søk etter de signaler som er sendt ut fra den mobile stasjon 60. Signalene mottas av antennen 102 på mottakersiden i basestasjonen 64 og viderefor--midles til en mottakerdel 104 hvor nedtransponering, filtrering og forsterkning finner sted. De mottatte signaler går også til trafikkdemodulatorer 105 for demodulasjon av de retursendte trafikkdata og videreformidling av disse i demodulert form til sentralen 66. Denne videreformidler de innkommende data til et offentlig telenett eller liknende. Fig. 8 viser hvordan sentralen 66 er bygget opp i nærmere detalj. Skjemaet er relativt enkelt å forstå og skulle ikke trenge ytterligere beskrivelse. Fig. 9 viser hvordan søkeren 101 er bygget opp i nærmere detalj. Demodulasjonen av retursignalet er allerede beskrevet i detalj i vår US patentsøknad 08/372,632, med tittel "CELL SITE DEMODULATOR ARCHITECTURE FOR A

SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM" og i

vår patentsøknad USSN 08/316,177 med tittel "MULTIPATH SEARCH PROCESSOR

FOR A SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION

SYSTEM", og innholdet i begge søknader tas her med som referansemateriale. Et estimat for PN-forskyvningen fra den mobile stasjon 60 går til styreprosessoren 100 fra sentralen 66, og i respons på estimeringen av denne forskyvning genererer prosessoren 100 en innledende hypotese for en lang PN-sekvens og en tilsvarende hypotese for en innledende kort PN-sekvens for søkingen som skal utføres av slavebasestasjonen 64.1 utførelseseksemplet "banklaster" prosessoren 100 skiftregistrene i PN-generatorene 106,108 og 110.

Signalene mottas av antennen 102 og nedtransponeres, filtreres og forsterkes før de i modifisert form går til en etterfølgende korrelasjonskrets 116. Denne krets utfører korrelasjon av de mottatte signaler som skal kombineres i henhold til hypotesene for lange og korte PN-sekvenser. I eksemplet er hypotesene frembrakt ved henholdsvis å multiplisere den korte PN-hypotese som er frembrakt av PN-generatorene 108 og 110 med den lange PN-sekvens som er frembrakt av PN-generatoren 106. En av de kombinerte PN-sekvenshypotesene brukes for å samle signalene i I-kanalen, mens den andre brukes for å samle signalene i Q-kanalen, begge for de mottatte QPSK-signaler.

De to PN-samlede signaler går til to etterfølgende prosessorer 118 og 120 for å utføre hurtig eller forenklet Hadamard-transformasjon, og disse prosessorer er derfor angitt med FHT. Hvordan slike prosessorer er bygget opp kan studeres i vår US patentsøknad 08/173,460 med tittel "METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING A FAST H AD AM ARD TRANSFORM", og innholdet tas her med som referansemateriale. Prosessorene 118 og 120 utfører korrelasjon av de samlede signaler, med alle mulige Walsh-symboler, slik at det frembringes en matrise med de resulterende amplituder for energiberegningskretsen 122 for (I<2>+Q<2>). Denne krets beregner energien av amplitudematirseelementene og videreformidler energiverdier til en etterfølgende maksimaldetektor 124 som velger ut den maksimale energikorrelasjon. Etter dette valg føres resultatet til en etterfølgende akkumulator 126 hvor energien for flere Walsh-symboler samles opp. Basert på disse akkumulerte energier bestemmes om den mobile stasjon 60 kan tas inn ved den aktuelle PN-forskyvning eller ikke.

Den innledende tidsinnstilling utføres av slavebasestasjonen 64 etter at den mobile stasjon 60 er hentet inn, og dette er illustrert i blokk 306 i flytskjemaet. Basestasjonen 64 innstiller sin synkronisering slik at den mobile stasjon 60 på gunstig måte kan hente inn sendingene i foroverkanalen. Basestasjonen beregner hvor stor tidsinnstilling som trengs ved å fastlegge forskjellen mellom PN-forskyvningen som gjelder for innhentingen av signalene i returkanalen fra den mobile stasjon 60, og den PN-forskyvning som basestasjonen 62 brukte ved mottakingen av retursignalene fra samme stasjon. Ved å bruke forskjellen i forskyvning kan slavebasestasjonen 64 innstille tiden for pilotsignalutsendelsen på slik måte at når den mobile stasjon 60 søker etter sitt pilotsignal vil dette ligge innenfor søkevinduet.

Innhentingen av slavebasestasjonen fra den mobile stasjon skjer i forbindelse med søkingen etter signaler fra den mobile stasjon, og det er da nødvendig for basestasjonen 64 å få en viss indikasjon av tiden. I den foretrukne utførelse holdes tidsfeilen i slavebasestasjonen 64 lik eller under 1 ms ved hjelp av et alternativt synkroniseirngsskjema. Det finnes skjemaer som tillater at basestasjonen, når den ikke kan motta noe GPS-signal for å holde riktig tid, kan innordne seg en mindre god nøyaktighet, og en mulig måte å fa til en startsynkronisering på denne måte er å sette tiden manuelt ved gitte intervaller. En andre måte er å innstille tiden ved hjelp av en frekvensstandardmottaker, som for eksempel i USA tar imot tidssignaler fra senderen WWV, og dette tør være velkjent. Til forskjell fra GPS-signalene sendes tidssignaler ut ved forskjellige frekvenser, blant annet ved svært lave frekvenser, slik at disse lavfrekvente tidssignaler også kan trenge inn i tunneler og T-baner. Spesialmottakere for å ta imot frekvensstandarder kan imidlertid ikke gi den grad av tidssynkronisering som trengs for å etablere god CDMA-kommunikasjon.

I eksemplet innstiller slavebasestasjonen 64 tiden i samsvar med den antakelse at den mobile stasjon 60 er lokalisert direkte inntil stasjonen. Følgelig vil den innledende tidsinnstilling finne sted under den hypotese at det ikke er noen tidsforsin-kelse mellom slavebasestasjonen 64 og den mobile stasjon 60. Deretter innstiller basestasjonen 64 sine PN-sekvensgeneratorer 72 og 74 forover i tid, hvilket tilsvarer større og større forsinkelsestid for utsendingen av signaler mellom stasjonene. Når den mobile stasjon 60 har hentet inn pilotkanalsignalene fra basestasjonen 64 ved å bruke normale prosedyrer kan den endelige innstilling av tiden og synkroniseringen for slavebasestasjonen 64 utføres i samsvar med det beregningsskjema som er angitt ovenfor.

Slik det er kjent innenfor teknikken og standardisert ved IS-95 skilles de enkelte pilotkanaler fra hverandre fra de forskjellige basestasjoner ved fasen av PN-generatorene. Referansebasestasjonen 62 instruerer den mobile stasjon 60 om å søke etter slavebasestasjonen 64 via nabolisten. Basestasjonen 62 indikerer ved hjelp av de aktuelle signaleringsdata at pilotsignalene fra basestasjonen 64 kan hentes inn ved en PN-faseforskyvning som er beskrevet i relasjon til den mottatte PN-forskyvning for signalene fra referansebasestasjonen 62. Denne melding demoduleres og dekodes i trafikkdemodulatorene 54 og føres til søkeren 50.1 respons utfører denne søker et søk som er sentrert rundt PN-faseforskyvningen og ut fra den PN-fase som er angitt i signalene fra referansebasestasjonen 62.

Pilotsignalene frembringes typisk ved hjelp av et lineært tilbakekoplet skiftregister, og bruken av et slikt er beskrevet i patentskriftene nevnt ovenfor. For å kunne hente inn pilotsignalene fra slavebasestasjonen 64 må den mobile stasjon 60 synkroniseres til de mottatte signaler fra denne basestasjon både når det gjelder fase (<|)) og frekvens (<»). Hensikten med søkeoperasjonen er å finne fasen § av de mottatte signaler. Som beskrevet tidligere kan en relativt nøyaktig frekvenssynkronisering formidles til slavebasestasjonen 64 via den standardiserte Tpforbindelse fra sentralen 66, idet dette er kjent teknikk. Den måte en mobil stasjon, for eksempel en mobiltelefon, finner fasen av de mottatte signaler er ved å prøve et sett fasehypoteser, referert til som et søkevindu, og bestemme om en av disse hypoteser er riktig.

Fig. 5 skal nå gjennomgås, idet denne tegning illustrerer hvordan den mobile stasjons 60 søker 50 er bygget opp. Et spektralfordelt signal mottas via antennen 2, og hensikten med hele søkeren er å oppnå synkronisering mellom de forskjellige PN-sekvenser som frembringes av PN-sekvensgeneratoren 20 og de mottatte spektralfordelte signaler som er spredt over spekteret ved hjelp av identiske PN-sekvenser med ukjent fase og sendt ut fra slavebasestasjonen 64. I eksemplet er PN-generatoren 20 et skiftregister for maksimal lengde og frembringer PN-kodesekvensene for spredning og samling av pilotsignalene. Den mekanisme som gjelder å oppnå synkronisering mellom de koder som brukes for å samle de mottatte pilotsignaler og den PN-spredekode som hører til de mottatte pilotsignaler, involverer en bestemmelse av skiftregisterets tidsforskyvning.

De spektralfordelte signaler går via antennen 2 til mottakerdelen 4 for nedtransponering, filtrering og forsterkning, og resultatet føres til en samlekrets 6. Der multipliseres de mottatte behandlede signaler med den PN-kode som er frembrakt av PN-generatoren 20. Ved at PN-kodene arter seg mer som tilfeldig støy vil produktet av dem med de mottatte signaler være sentrert rundt null, med unntak av der man har synkronisering.

En søkesentral 18 frembringer en tidsforskyvningshypotese til generatoren 20, og denne hypotese er fastlagt i samsvar med et signal som sendes til den mobile stasjon 60 fra referansebasestasjonen 62. I eksemplet moduleres de mottatte signaler ved hjelp av QPSK-modulasjon slik at generatoren 20 kan etablere en PN-sekvens for I-modulasjonskomponenten og en separat sekvens for Q-modulasjonskomponenten for overføring til samlekretsen 6. I denne krets multipliseres PN-sekvensen med den tilsvarende modulasjonskomponent og fører til to utgangsprodukter, ett til hver av to koherente akkumulatorer 8 og 10.

Akkumulatorene 8 og 10 summerer produktet over lengden av produktsekvensen. De er underlagt signaler fra søkesentralen 18 for tilbakestilling, låsing og fastleggelse av summeringsperiode. Summen av produktene kommer fra akkumulatorene 8 og 10 og går til en etterfølgende kvadreringskrets 12. I denne krets utføres kvadrering av summene, hvoretter en summering foretas.

Kvadratsummen går til en etterfølgende ikke-koherent kombinasjonskrets 14 hvor det fastlegges en energiverdi fra utgangen fra kvadraturkretsen 12. Kretsen 14 tjener til å motvirke virkningene av frekvensuoverensstemmelse mellom basestasjonens senderklokker og den mobile stasjons mottakerklokke og hjelper til ved deteksjons-statistikk når det gjelder svekking (fading). Kretsen 14 gir et energisignal videre til en terskelkomparator 16 hvor energiverdien sammenliknes med gitte terskler som tilveie-bringes fra søkesentralen 18. Resultatet av sammenlikningene føres tilbake til denne, og de endelige tilbakeføringer til sentralen 18 innbefatter både energien fra korrelasjonen og PN-tidsforskyvningen som førte til målingen.

I og med oppfinnelsen sender søkesentralen 18 ut den PN-fase den er synkronisert med, til basestasjonen 64, og den tidsforskyvning dette innebærer brukes for å beregne tidsfeilen, slik det skal beskrives nedenfor.

I eksemplet, når den mobile stasjon 60 henter inn slavebasestasjonen 64 utfører den en beregning av forskjellen mellom tidspunktet den mottok signalene fra denne basestasjon og tidspunktet den mottok signalene fra referansebasestasjonen 62. Forskjellen kommer ut som en verdi som videreføres til en meldingsgenerator 52, og denne frembringer en melding som indikerer hvor stor forskjellen er. Meldingen sendes som signaleringsdata i returkanalen til referansebasestasjonen 62 og slavebasestasjonen 64 som på sin side sender meldingen tilbake til sentralen 66.

Måling av forsinkelse mellom signalsendingen i foroverkanalen fra slavebasestasjonen, og mottakingen av signaler i returkanalen til denne utføres slik det er indikert i trinn 311 i flytskjemaet, ved at slavebasestasjonen 64 måler tidsforskjellen mellom det tidspunkt den mottok retursignalet fra den mobile stasjon 60 (T2) og tidspunktet når den sendte signalet via foroverkanalen til samme stasjon (T[). Slavebasestasjonen lagrer PN-tidsforskyvningen ved det tidspunkt den sendte foroversig-nalene og ved registreringen av retursignalene fra den mobile stasjon beregner den tidsforskjellen RTD2.1 eksemplet overføres denne verdi til basestasjonenes sentral 16, og beregningen av tidsinnstillingen utføres i denne sentral. Det er klart for fagfolk at oppfinnelsen lett kan utvides til det tilfelle hvor beregningene utføres i en av basestasjonene eller i den mobile stasjon.

Den endelige tidsinnstilling i slavebasestasjonen 64 utføres ved at sentralen 66 i respons på signalene som tilføres utfører en beregning som er angitt i likning (12) og sender en indikasjon over hvor stor tidsforskjell som skal innreguleres i basestasjonen. Fig. 7 viser hvordan tidsinnstillingssignalet mottas av denne slavebasestasjon 64 i prosessoren 100, og denne prosessor frembringer et styresignal som over-føres til den viste taktreguleringsprosessor 99. Denne frembringer et signal som endrer tidsinnstillingen for en taktgiver 98, med den verdi som er indikert i signalet fra sentralen 66.

Tidsoverføringen når den mobile stasjon (MS) 60 ikke er i myk overlevering blir noe annerledes, og den innstilling som er gjennomgått ovenfor vil da ikke gjelde. Den myke overlevering innebærer som allerede beskrevet at stasjonen 60 har etablert forbindelse med både referansebasestasjonen 62 og slavebasestasjonen 64. Dette muliggjør at basestasjonen 62 kan bestemme den første omløpsforsinkelse RTD!

(egentlig tur/returtiden for forbindelsen med den mobile stasjon) og at basestasjonen 64 på tilsvarende måte kan fastlegge omløpsforsinkelsen RTD2. Ut fra verdiene av disse tidsstørrelser kan det settes opp et estimat for tidsfeilen T0\ I samsvar med en bestemt utførelse av oppfinnelsen kan slavebasestasjonen synkroniseres med referansebasestasjonen på følgende måte når den mobile stasjon 60 ikke samtidig er i kommunikasjon med dem.

Anta nemlig at en mobil stasjon 60 har kommunikasjon med referansebasestasjonen 62, og da kan RTD! bestemmes som beskrevet ovenfor, og i tillegg kan stasjonen 60 og slavebasestasjonen 64 fortrinnsvis ha samband via sentralen 66 (BSC). Den lange PN-kode som stasjonen 60 sprer retursendingene ved hjelp av, til basestasjonen 62 er kjent i denne, og i samsvar med oppfinnelsen vil da denne basestasjon kommunisere lang-PN-koden til slavebasestasjonen 64 via denne sentral. Ved i tillegg å bruke sambandsveien via sentralen kan basestasjonen 62 sende en liste over RTDr verdier til slavebasestasjonen 62, idet samtlige elementer i listen tilordnes en bestemt lang-PN-kode som brukes av en mobil stasjon 60 for å spre de signaler som sendes i retur ved kommunikasjon med referansebasestasjonen 62. Det fremgår at hver mobil stasjon 60 vil være tilordnet en bestemt lang-PN-kode og en verdi for RTDt. Slavebasestasjonen 64 bruker deretter denne lang-PN-kodeinformasjon til å forsøke å motta en eller flere av sendingene i returkanalen fra de mobile stasjoner 60, og siden disse ikke er i myk overlevering vil de signaler som mottas av basestasjonen 64 fra dem være relativt svake, slik at denne basestasjon 64 typisk må samle opp et større antall PN-chip for å kunne registrere en mobil stasjon 60 som blir betjent av referansebasestasjonen 62.

Slavebasestasjonen 64 søker etter mobile stasjoner 60, en ad gangen og basert på de lang-Pft-koder som den mottar fra referansebasestasjonen 62. Av denne grunn vil det være slik at dersom slavebasestasjonen 64 etter en passende tidsperiode ikke har oppnådd å registrere en returforbindelse fra en første mobil stasjon 60 vil den starte å søke etter en tilsvarende sending fra en andre mobil stasjon 60. I en særlig ut-førelse av oppfinnelsen hjelper referansebasestasjonen 62 til med denne bestemmelse, nemlig av hvilken mobil stasjon slavebasestasjonen 64 mest sannsynlig vil kunne registrere, og dette utføres særlig ved å bestemme avstanden mellom de enkelte mobile stasjoner 60 og referansebasestasjonen 62.1 tillegg brukes informasjon som gjelder den sektor som hver enkelt motta stasjon 60 sender fra, og dette innebærer igjen at dersom en mobil stasjon har relativt stor avstand fra referansebasestasjonen (som for eksempel indikeres ved at det mottas informasjon i forbindelse med utførelse av en effektregu-leringsalgoritme), og hvor samtidig denne mobile stasjon 60 er i en sektor som ligger noenlunde nær slavebasestasjonen 64, vil det være større sannsynlighet for at denne mobile stasjon kan registreres av denne basestasjon 64. Det burde være klart at referansebasestasjonen 64 ved slik assistanse til slavebasestasjonen for å bestemme hvilke mobile stasjoner 60 denne lettest kan oppnå samband med, vil det ta kortere tid for denne basestasjon å etablere forbindelsen.

Når så slavebasestasjonen 64 har opprettet forbindelse fra den mobile stasjon 60 via retursignalveien bestemmes ankomsradspunktet for sendingen, nemlig tidspunktet T2, og basestasjonen 64 danner deretter et estimat for den tid det har tatt for signalene å ankomme fra den mobile stasjon, varigheten eller forsinkelsen t2) og dette estimat angis med y2. Deretter settes et estimat opp for T0 -T2-(y2-Ki)=T2-(y2+RTD1/2). Det skal bemerkes at estimatet y2 er et estimat og ikke noen størrelse som måles direkte. Er posisjonen av den mobile stasjon kjent kan dette estimat fremkomme på basis av avstanden mellom stasjonen og slavebasestasjonen 64, siden også basestasjonens posisjon naturligvis er kjent. Er ikke den mobile stasjons kjent kan likevel samme estimat settes opp ut fra en tabell over verdier eller ut fra en database, basert på erfaring. Dette innebærer at overføringstapene mellom stasjonen og basestasjonen kan brukes for å danne et slikt estimat y2. Tapene kan på sin side bestemmes ved å måle sendereffekten i den mobile stasjon og mottakernivået i basestasjonen 64, alternativt kan det gjøres motsatt for pilotsignalene som sendes ut fra basestasjonen. I en slik utførelse av oppfinnelsen sender nemlig den mobile stasjon 60 en signalstyrkeindikasjon når signaler mottas via returkanalen.

Tidsfeilen vil være forskjellen mellom estimatet og forsinkelsen (y2-x2). Av denne grunn blir tidsoverføringsnøyaktigheten direkte relatert til hvor nøyaktig estimatet er, og denne nøyaktighet vil vanligvis være mindre enn radius av dekningsområdet (cellen). Dette betyr igjen at forskjellen mellom estimatet og den virkelige verdi x2 er mindre enn områderadien, slik at man får et dekningsområde av sirkulær type og med en radius på K (mil) vil man få en tidsfeil for x2 på omkring 30 K fis.

Til tross for den unøyaktighet man får ved estimering av forsinkelsen kan en slik måte for tidsoverføring gi bedre tidsregulering enn ifølge mange andre måter, så som ved "backhaul". Estimering slik det er beskrevet ovenfor og ifølge oppfinnelsen vil således kunne redusere størrelsen av søkevinduet og derved sikre at slike vinduer ikke blir unødvendig store. Oppfinnelsen sørger også for en tidsstyring som er tilstrekkelig nøyaktig til at de mottatte signaler fra to basestasjoner ikke samtidig ankommer og altså får samme pilot-PN-fase, hvorved man kan skille forskjellige pilotsignaler fra forskjellige utsendelsessteder fra hverandre.

Det skal og nevnes at man kan bruke en komplementær prosedyre dersom en mobil stasjon 60 står i forbindelse med slavebasestasjonen 64 og ikke med referansebasestasjonen 62.1 et slikt tilfelle må man altså lage et estimat for forsinkelsen Xj.

Prosedyren gjennomgått ovenfor gjelder initialisering av slavebasestasjonen 64 og vil være gyldig i tilfeller hvor denne stasjons systemtid ligger relativt nær systemtiden for referansebasestasjonen 62.1 enkelte tilfeller vil denne tidsforskjell imidlertid være så stor at prosedyren ikke kan brukes, og da må man foreta en initialisering eller oppstarting når slavebasestasjonen kommer på nettet. Uten noen ytre referanse vi systemtiden være vilkårlig, og i andre tilfeller hvor det ikke er noen mobil stasjon 60 i området mellom basestasjonene 62 og 64 over relativt lang tid kan systemtiden i basestasjonen bygge seg opp til en signifikant feil (det vil si et avvik som ikke er neglisjerbart fra basestasjonens 62 systemtid. Dette gradvis økende avvik skyldes at den oscillator som opprettholder systemtiden kan ha noe avvikende frekvens. I slike tilfeller er det ønsket å bruke en initialiseringsprosedyre, og en passende slik er angitt ved oppfinnelsen. •

Når altså en slavebasestasjon 64 slås på behøver ikke taktstyringen og systemtiden være den optimale, siden det ennå ikke er overført noen tidsangivelse fra en eventuell ytre tidsreferansekilde, for eksempel via det globale posisjoneirngssystem GPS eller fra en referansebasestasjon 62.1 en bestemt utførelse av oppfinnelsen er det derfor foreslått at når slavebasestasjonen slås på sperres foroverkanalen fra denne. Innledende tidsreferanse brukes da fra "backhaul", idet det antas at man da ikke har noen mer nøyaktig kilde. Slavebasestasjonen 64 har på denne måte et passende estimat for den riktige tid og taktstyring, tilstrekkelig nøyaktig til å kunne hente inn med presis taktstyring via returkanalen, slik det er beskrevet ovenfor. Når dette så er utført kan foroversendingene starte med beskjeden sendereffekt. Dersom en mobil stasjon 60 er i området for myk overlevering kan denne stasjon rapportere ankomsten av et nytt pilotsignal, og tiden kan overføres ved å bruke en av de mer nøyaktige måter koplet til den myke overlevering, slik det er beskrevet ovenfor. Når dette er gjort kan sendereffekten økes til normale verdier, også for slavebasestasjonen 64.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for tidssynkronisering av en første basestasjon (62) i form av en referansebasestasjon, i forhold til en andre basestasjon (64) i form av en slavebasestasj on,

karakterisert ved: måling av tur/returtiden (RTD) for sending fra den første basestasjon til en mobil stasjon (60) og tilbake igjen, overføring av informasjon fra den første basestasjon (62) til den andre basestasjon (64) for å hjelpe denne til å kunne motta signaler fra den mobile stasjon (60), registrering av tidspunktet for mottatte signaler fra den mobile stasjon (60) i den andre basestasjon (64), bestemmelse i denne andre basestasjon (64) av et estimat for hvor lang tid signalene bruker fra den mobile stasjon (60) til ankomsten i den andre basestasjon, og beregning av en tidskorreksjonsverdi ut fra det oppsatte estimat, ut fra ankomsttidspunktet i den andre basestasjon for signalene fra den mobile stasjon (60), og resultatet av målingen av tur/returtiden (RTD).