Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИНХРОНИЗАЦИИ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ В АСИНХРОННОЙ СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Область техники

Настоящее изобретение относится к области мобильной связи, более конкретно, к способу и системе обеспечения синхронизации базовых станции в асинхронной системе мобильной связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКРК).

Предшествующий уровень техники

Системы мобильной связи МДКРК с прямой модуляцией последовательностью (МДКРК-ПМП) могут представлять собой системы с синхронизацией между ячейками или асинхронные между ячейками. Другими словами, базовые станции (БС) в системе с синхронизацией между ячейками точно синхронизированы друг с другом, а базовые станции в системе с асинхронными ячейками не синхронизированы. Более конкретно, асинхронные БС совместно не используют общую систему отсчета времени, и их передачи, поэтому, имеют произвольное хронирование, не определенное предварительно относительно друг друга. Примером системы с синхронизацией между ячейками является Североамериканская система IS-95. Примерами систем с асинхронными ячейками являются широкополосные МДКРК (III-МДКРК) системы, предложенные в технических требованиях CODIT, ETSI SMG2 Group Alpha Европейского института стандартизации в области связи ARIB.

Главный недостаток систем с синхронизацией между ячейками заключается в том, что БС должны быть очень точно синхронизированы (с точностью до микросекунд). Такой высокий уровень точности обычно обеспечивают с помощью высокоточных систем отсчета времени, совмещенных с БС, таких как приемники сигналов Глобальной системы позиционирования (ГСП). Однако, из-за характера распространения спутникового сигнала в зоне прямой видимости, использование таких совмещенных систем отсчета времени, вероятно, не выполнимо для БС, расположенных в метрополитене, строениях или туннелях. Другим связанным с этим недостатком является то, что система ГСП управляется правительственным ведомством. Следовательно, использование приемников ГСП для синхронизации сети БС может оказаться нежелательным в некоторых национальных регионах. Эти недостатки являются главными причинами того, что в настоящее время рассматриваются асинхронные системы, в которых отсутствует синхронизация между ячейками.

Чтобы такие асинхронные системы работали должным образом, следует учитывать два принципиально важных вопроса функционирования: (1) процедуры гибкого переключения каналов связи (ГПК); и (2) процедуры поиска в ячейке. В состоянии ГПК мобильная станция (МС) осуществляет связь с несколькими БС одновременно. Для обеспечения процедуры ГПК, МС постоянно сканирует пространство в поисках другой БС поблизости. МС может при этом контролировать качество принятого сигнала от множества БС и определять время задержки БС. Для реализации процедуры ГПК осуществляющая гибкое переключение каналов связи должна иметь возможность принять сигнал "целевой" БС (т.е. БС, на которую осуществляется переключение) приблизительно в то же время, что и сигнал "исходной" (т.е. БС, с которой осуществляется переключение), чтобы минимизировать требования буферизации (то есть, меньшая разность во времени между сигналами БС требует меньшего объема буфера, чем большие разности во времени). Также, целевая БС должна иметь возможность обнаружить сигнал МС без неприемлемого расхода ресурсов на обработку сигналов.

Эти проблемы ГПК решены для асинхронных систем с помощью способа синхронизации "на вызов" (см. A Design Study for a CDMA Eased Third-Generation Mobile Radio System. A.Baier и др., IEEE JSAC, vol.12, стр. 733-743, май 1994). Используя этот способ, МС, осуществляющая процедуру ГПК, вычисляет и сообщает в сеть разность во времени между целевой БС и исходной БС. Сеть оповещает целевую БС через контроллер базовых станций (КБС) или контроллер радиосети (КРС) о разности во времени. Целевая БС может затем настраивать свои временные характеристики приема и передачи по отношению к сигналу, предназначенному для МС, совершающей ГПК, чтобы компенсировать разность.

Используют аналогичный известный способ ГПК, в котором МС сообщает о разности в хронировании между передачей целевой БС и своей собственной передачей вместо разности между передачей целевой БС и передачей исходной БС. Однако, так как соотношение хронирования передачи, приема для МС всегда является фиксированным, два описанных выше способа ГПК, по существу, являются эквивалентными. Такие методы определяются как процедуры переключения каналов связи, поддерживаемые мобильной станцией (ПКПМ). Другими словами, МС помогает целевой БС в компенсации разности в хронировании между целевой БС и исходной БС.

Поиск ячейки в целом относится к процедуре, посредством которой МС выполняет синхронизацию элементов кода, слотов (временных интервалов) и кадров с БС, и определяет код скремблирования БС в прямой (нисходящей) линии связи. Эту процедуру используют и во время включения питания (начальная синхронизация) и непрерывно после этого в течение неактивных или активных режимов, в то время как МС осуществляет поиск БС-кандидатов для ГПК. В синхронной системе поиск ячейки может быть выполнен эффективно (то есть, с относительно низким уровнем сложности), так как одинаковый код скремблирования может быть использован всеми БС. Таким образом, МС может выполнить полный поиск БС, используя только единственный согласованный фильтр (или аналогичные функциональные средства). Однако этот же способ не может быть использован в асинхронной системе из-за различных кодов скремблирования, используемых различными БС. Следовательно, возникла потребность в быстрой и несложной процедуре поиска ячейки для асинхронных систем МДКРК.

Была предложена быстрая многоэтапная процедура поиска ячейки для асинхронных систем МДКРК, посредством которой каждая БС передает один немодулированный символ. Этот переданный символ расширяют глобально-известным коротким кодом без кода скремблирования в каждом слоте каждого кадра. В одном таком известном решении этот символ обозначен как "Символ-метка 1, маскированный длинным кодом (СМДК)". В другом известном решении этот символ обозначен как "канал синхронизации" или первичный КнС. В предложенной многоэтапной процедуре МС может таким образом устанавливать синхронизацию с элементом кода и временным интервалом сигнала БС, используя единственный согласованный фильтр, который согласован с первичным КнС. Затем МС еще должна найти кадровую синхронизацию с БС и код скремблирования в прямой линии связи (который занимает один кадр в предложенной многоэтапной процедуре). МС может найти кадровую синхронизацию с БС, детектируя второй регулярно передаваемый символ, который обозначен как "Символ-метка 2 СМДК " или "вторичный КнС".

Этот второй символ передают параллельно с первым символом, но второй символ расширяют вторым коротким кодом (снова без кода скремблирования). Второй символ может также иметь уникальный повторяющийся шаблон модуляции на кадр, и, обнаруживая этот шаблон, МС может определять кадровую синхронизацию БС. Расширяющий код, используемый для второго символа, указывает МС, к какой группе возможных кодов скремблирования принадлежит фактически используемый код скремблирования. МС может затем найти используемый код скремблирования посредством сопоставления с кодами скремблирования, принадлежащими к указанной группе, при идентифицированной выше кадровой синхронизации (или при различных возможных кадровых синхронизациях). Однако проблема, связанная с предложенной многоэтапной процедурой, состоит в том, что уровень сложности поиска ячейки является все еще относительно высоким, особенно в случае поиска кандидата для ГПК (который МС должна выполнять систематически).

Другая проблема, связанная с асинхронными между ячейками системами, состоит в том, что разность в синхронизации между БС затрудняет определение положения МС все более необходимыми становятся системы мобильной связи, обеспечивающие определение положения МС в системе. В настоящее время определение местоположения мобильной станции обычно выполняют при помощи внешних систем, таких как системы ГСП. Предпочтительно, однако, чтобы определение местоположения мобильной станции было выполнено самой сотовой системой связи без необходимости в таких внешних системах. Чтобы выполнить такое определение местоположения в сотовой системе, необходим способ точного определения абсолютных или относительных расстояний между МС и каждой из нескольких различных БС. Расстояния могут быть вычислены с использованием времени распространения, времени прихода (ВП), или измерения разности во времени прихода (РВП) сигналов, передаваемых между МС и каждой из нескольких различных БС. Если эти измерения доступны, то существует множество алгоритмов, чтобы вычислить географическое положение МС. Например, согласно способу с использованием ВП, расстояние от МС до каждой из БС получают, используя измерения ВП. Каждое из этих расстояний может быть представлено, как радиус круга с соответствующей БС в центре. Другими словами, измерение ВП может быть использовано для определения радиального расстояния МС от конкретной БС, но направление не может быть определено на основании единственного измерения ВП; таким образом, МС может лежать в любом месте на круге, определенном вычисленным радиусом. Посредством определения пересечения кругов, связанных с каждой из нескольких различных БС, однако, может быть определено положение МС. Способ, основанный на использовании РВП, с другой стороны, использует разность в ВП между двумя БС, чтобы определить РВП между этими двумя БС. При этом МС находится на кривой, а именно на гиперболе, в соответствии с вычислением РВП. Используя три или более БС, можно получить более одной таких кривых. Пересечение этих кривых дает приблизительное положение МС.

В самом простом способе определения расположения мобильной станции процедуру ГПК осуществляют для множества БС. Во время каждой из этих процедур ГПК может быть измерено время распространения между каждой БС и МС. Местоположение МС может быть затем определено на основе триангуляции положения мобильной станции. Этот способ определения местоположения является простейшим для осуществления, так как он требует очень небольших изменений в конструкции мобильной радиостанции. К тому же, БС не нуждаются в абсолютной системе отсчета времени; то есть, этот способ может использоваться в асинхронной сотовой системе связи. Однако из-за различия в географическом положении между различными БС, передача обслуживания к двум другим иначе географически расположенным БС возможна только в небольшом количестве случаев.

Другими словами, если МС находится в непосредственной близости одной БС, то процедура ГПК на другие БС будет часто невозможна. Это имеет место из-за того, что "слышимость" сигналов между МС и множеством БС будет обычно неудовлетворительной.

Другое возможное решение состоит в использовании антенной решетки в БС. Если БС имеет антенную решетку, положение МС может быть вычислено посредством оценки направления, с которого приходят сигналы обратной линии связи и измерения задержки прямого и обратного прохождения сигнала связи.

В этом способе требуется, чтобы МС осуществляла связь только с одной БС, чтобы вычислить положение. Однако, широкое использование антенных решеток для целей определения положения является дорогостоящим. Кроме того, влияние особенностей многолучевого распространения сигналов в прямой и обратной линиях связи приводят к нежелательности использования антенной решетки, особенно в городах, где сигналы отражаются от зданий и других предметов.

Как отмечено выше, также возможно, что средства приема сигналов ГСП могут быть встроены в мобильную станцию без использования дополнительных радиоприемников. Этот способ, однако, требует чрезмерной сложности вычислений и приводит к усложнению конструкции приемника в МС.

Другое решение состоит в измерении времени распространения, ВП или РВП, для сигналов, переданных от БС к МС или от МС к БС. Например, может использоваться решение для прямой линии связи при котором, в случае МДКРК, МС измеряет ВП данных канала пилот-сигнала, которые переданы несколькими различными БС. Альтернативно, может использоваться решение для обратной линии связи, при котором каждая из нескольких БС измеряет ВП сигнала, переданного мобильной станцией к множеству БС. Однако оба этих способа требуют абсолютной или точной относительной системы отсчета времени, или синхронизации, базовых станций БС. Поэтому решения для прямой и обратной линий связи обычно требуют дополнительного оборудования (например, приемник ГСП, расположенный в БС, чтобы осуществить синхронизацию БС) в асинхронной сети.

Необходимы система и способ для снижения сложности ресурсов обработки, используемых во время поиска ячейки и процедур определения местоположения мобильных станций в асинхронных сетях. В частности, было бы предпочтительно использовать столько априорной информации поиска, насколько это возможно, чтобы способствовать уменьшению сложности и увеличению скорости поиска ячейки и получить упрощенные решения для определения положения мобильных станций. Как описано подробно ниже, настоящее изобретение успешно решает вышеуказанные проблемы.

Сущность изобретения

Предлагаются способ и система для обеспечения синхронизации базовых станций в асинхронных системах мобильной связи МДКРК, посредством которых исходный КБС (или КРС) посылает к МС (например, в сообщении списка соседних ячеек) оценки относительной разности во времени (ОРВ) между исходной БС и каждой из БС в списке соседних ячеек. Для осуществления ГПК множество МС могут сообщать по сети оценки ОРВ наряду с информацией о качестве сигнала для соседней БС. Каждая БС может поддерживать таблицу оценки ОРВ, которая может непрерывно обновляться, исходя из сообщений ОРВ, полученных от МС. Затем БС может посылать записи из этой таблицы оценок ОРВ к МС в сообщении списка соседних ячеек наряду с соответствующими кодами скремблирования. При использовании этого нового способа, в БС известны относительные разности во времени. Следовательно, когда МС инициирует поиск ячейки для возможной целевой БС, МС уже имеет оценку синхронизации этой БС по сравнению с его исходной БС. Получающаяся в результате процедура поиска ячейки, используемая в асинхронной системе МДКРК, имеет более низкий уровень сложности и, таким образом, может быть выполнена намного быстрее, чем известные процедуры.

В другом аспекте изобретения точность оценок ОРВ может быть значительно улучшена посредством вычисления задержки распространения между МС и (несколькими) БС, которые используют для оценки ОРВ. Эти улучшенные ОРВ могут быть использованы для дальнейшего улучшения оценок синхронизации при выполнении поиска ячейки. Улучшенные ОРВ могут быть также использованы для вычисления положения мобильных станций МС в мобильной системе связи. Как только высокоточные ОРВ известны, расстояния между МС и несколькими БС могут быть легко определены с использованием времени распространения, ВП или РВП сигналов, передаваемых между МС и несколькими БС.

Важное техническое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что в соседних БС в асинхронной мобильной системе связи МДКРК известны относительные разности во времени.

Другое важное техническое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что сложность аппаратного и программного обеспечения МС в асинхронной мобильной системе связи МДКРК снижается.

Еще одно важное техническое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что общий уровень сложности процедуры поиска ячейки в асинхронной мобильной системе связи МДКРК значительно снижается.

Следующее важное техническое преимущество, настоящего изобретения состоит в том, что скорость поиска ячейки, выполняемого в асинхронных системах мобильной связи МДКРК, значительно увеличивается по сравнению с известными способами.

Другое важное техническое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что определение местоположения мобильной станции может быть осуществлено в асинхронной мобильной системе связи путем выполнения простых вычислений над легко доступными данными и без необходимости во внешней системе.

Краткое описание чертежей

Способ и устройство, соответствующие настоящему изобретению, поясняются в нижеследующем подробном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых показано следующее:

фиг.1. - последовательность операций, иллюстрирующую наилучший способ, который может использоваться для обеспечения синхронизации базовых станций в асинхронной мобильной системе связи МДКРК, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, фиг.2 - упрощенная блок-схема наилучшей системы мобильной связи, которая может быть использована для осуществления способа, проиллюстрированного на фиг.1, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 - упрощенная блок-схема МС, которая уже находится или собирается войти в процедуру ГПК, и может быть использована для облегчения усовершенствованных вычислений синхронизации БС в асинхронной мобильной системе связи МДКРК в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - диаграмма относительной синхронизации сигналов, используемых в процедуре ГПК, изображенной на фиг.3;

фиг.5 - последовательность операций, иллюстрирующая наилучший способ, который может быть использован для определения положения МС в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание чертежей

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения и его преимущества будут лучше поняты из описания со ссылками на фиг.1-5, на которых аналогичные числовые обозначения используют для подобных и соответствующих элементов на различных чертежах.

По существу, в асинхронной системе МДКРК в КБС известны коды скремблирования при передаче сигналов по прямой линии связи для всех его БС. Как правило, список соседних ячеек распространяют в каждой ячейке (для МС, работающей в нерабочем режиме), или передают по заранее выделенному каналу управления (для МС, работающей в активном режиме). Когда МС принимает информацию о соседних ячейках, она определяет коды скремблирования внесенных в список соседних ячеек, которые являются потенциальными ячейками-кандидатами на ГПК. Имея такое априорное знание об информации кода скремблирования для кандидата на ГПК/ ячейки дают возможность МС сократить общее время поиска в ячейке при осуществлении процедуры ГПК (или уровень сложности)/ так как количество возможных кодов скремблирования сокращается по сравнению с количеством при начальной синхронизации (включении питания). Однако даже если набор кодов скремблирования, по которым МС производит поиск, является относительно малым, в МС все равно не известна синхронизация этих кодов. Этот недостаток информации о синхронизации является главной причиной, почему существующие решения, относящиеся к поиску в ячейке в асинхронной системе, требуют больше времени (и являются более сложными), чем поиск в ячейке в синхронной системе.

Настоящее изобретение преодолевает этот недостаток, связанный с проблемой информации о синхронизации за счет того, что исходная БС посылает к МС (наряду со списком соседних ячеек) оценку ОРВ между исходной БС и каждой из БС в списке соседних ячеек. Другими словами, вместо посылки только кодов скремблирования соседних БС к МС, исходная БС также передает оценки ОРВ для каждой из них. Для осуществления ГПК МС может сообщать в сеть (на регулярной основе, по наступлению какого-либо события или по требованию от БС) оценки ОРВ наряду с информацией о качестве сигнала (например, мощности сигнала, отношении "сигнал-помеха" (ОСП) и т.д.) для соседних БС. В результате каждый КБС может поддерживать таблицу оценок ОРВ, которая может обновляться непрерывно, исходя из сообщений ОРВ, принятых от МС. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения таблица оценок ОРВ поддерживается в базе данных в КБС.

Затем, контроллеры КБС могут посылать записи из этой таблицы оценок ОРВ к МС в сообщении списка соседних ячеек, наряду с соответствующими кодами скремблирования (причем КБС поддерживает отслеживание информации оценок ОРВ уже посланной в предыдущих сообщениях к МС). При использовании этого нового способа в БС известны относительные разности во времени. Следовательно, в наилучшем варианте осуществления, когда МС инициирует поиск потенциальной целевой БС, МС уже имеет оценку синхронизации этой БС (из информации об ОРВ) по сравнению со своей исходной БС. В результате процедура поиска ячейки, используемая в асинхронной системе МДКРК, может быть выполнена намного быстрее, чем в случаях известных процедур. Когда МС синхронизирована с потенциальной целевой БС, МС получает улучшенную оценку ОРВ, которую, в свою очередь, МС может передать назад к исходной БС (предпочтительно вместе с информацией о качестве для потенциальной целевой БС). Исходная БС (или связанный с ней КБС) может затем обновить эту запись в таблице оценок ОРВ.

Более конкретно, фиг.1 изображает последовательность операций, иллюстрирующую наилучший способ 100, который может быть использован для обеспечения синхронизации БС и увеличения скорости поиска ячейки - кандидата на переключение каналов связи в асинхронной мобильной системе связи МДКРК, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. На этапе 104 наилучшего способа, показанного на фиг.1, КБС формирует список соседних ячеек (например, "набор соседей" в системе IS-95) с соответствующими кодами скремблирования, вместе с множеством оценок ОРВ между исходной БС и соответствующими БС-кандидатами на переключение каналов связи из таблицы оценки ОРВ (предпочтительно поддерживаемой в базе данных в КБС). На этапе 106 исходная БС осуществляет широковещательную передачу или передает список соседних ячеек с кодами скремблирования и оценки ОРВ в "сообщении списка соседних ячеек" к задействованной МС. В действительности, КБС хранит данные отслеживания оценок ОРВ, который он посылает к МС, чтобы излишне не дублировать информацию ОРВ, которую МС может уже иметь. В этот момент МС имеет принятый список БС, с которыми она может синхронизироваться (и также информацию о качестве сообщения). Принятый список соседних ячеек может также включать в себя оценку неопределенности (описанную более подробно ниже). МС сохраняет информацию о списке соседних ячеек в локальной памяти.

На этапе 108, уже имея априорную информацию оценки (синхронизации) ОРВ соседней ячейки, вместе с другой соответствующей информацией о соседних ячейках, МС может инициировать первичный поиск ячейки, используя обычную конфигурацию согласованного фильтра. При использовании станцией МС согласованного фильтра для первичного поиска ячейки формируются пики сигналов, соответствующие сигналам БС, которые МС может принимать с достаточным качеством для определения ячеек - кандидатов на переключение каналов связи. На этапе 110 МС сопоставляет оценки ОРВ с полученными пиками сигнала согласованного фильтра, чтобы определить, какие пики наиболее вероятно соответствуют определенным скремблирования в списке соседних ячеек (этап 112). На этапе 114 на основании сопоставлений, полученных на этапе 112, МС может выбирать коды скремблирования для наиболее вероятной ячейки - кандидата на переключение каналов связи из списка соседних ячеек. МС может затем инициировать поиск ячейки (этап 116).

Теоретически, если вышеописанные оценки ОРВ совершенно точны, то МС могла бы игнорировать все пики выходного сигнала согласованного фильтра, не соответствующие информации "оценки" ОРВ. В этой гипотетической ситуации процедура сопоставления кода скремблирования (например, этап 112) в целом может быть опущена совсем. Однако в любом случае в соответствии с настоящим изобретением, использование в МС оценок ОРВ для определения наиболее вероятной ячейки - кандидата на переключение каналов связи из списка соседних ячеек позволяют МС игнорировать значительное количество пиков согласованного фильтра, и/или связать некоторые из этих пиков с соответствующими кодами скремблирования, что значительно снижает сложность процедуры поиска ячейки и существенно увеличивает скорость поиска.

Используя вышеописанный новый способ, каждая БС (ячейка), при содействии МС, соединенных с ней, имеют информацию о различиях в синхронизации относительно соседних с ней БС (ячеек). Если, по некоторым причинам, не имеется никаких МС, соединенных с конкретной БС, то таблица оценок ОРВ, соответствующая этой БС, не обновляется. Следовательно, так как относительное хронирование между соседними БС может непрерывно смещаться, неопределенность (или димерсия) записей в таблице оценок ОРВ для этой БС увеличится. Вообще, неопределенность в оценке ОРВ может увеличиваться со временем, но эта неопределенность обычно является минимальной сразу после завершения обновления, например на основании сообщения ОРВ, принятом от МС). Следовательно, для того, чтобы система связи была более устойчивой во время периодов неактивности МС (например, ночью, или в течение выходных в частных учрежденческих системах), как указано выше, оценка неопределенности ОРВ может быть распространена или передана из БС вместе с оценкой ОРВ в списке соседних ячеек. МС может затем, например, устанавливать (например, увеличивать) свое окно времени поиска соответственно, чтобы учесть дополнительный уровень неопределенности. МС может, таким образом, учесть и те БС, которые имеют относительно неопределенную информацию о своих ОРВ, и также минимизировать свой уровень сложности при формировании относительно определенных оценок ОРВ.

Дополнительный способ для дальнейшего смягчения проблемы неопределенности в случае наличия слишком малого количества активных МС в течение относительно длительных периодов, состоит в размещении фиктивных МС в фиксированных местоположениях в системе. Эти "фиктивные" МС могут иметь ограниченные функциональные возможности, и могут вызываться БС, имеющими относительно высокую неопределенность записей в таблице оценок ОРВ для обеспечения обновления ОРВ. Такие "фиктивные" МС предпочтительнее расположить там, где они могут быть доступны для множества БС (например, около границ ячейки).

На фиг.2 показана упрощенная блок-схема примера системы 200 мобильной связи, которая может быть использована для осуществления способа 100 (фиг.1) для облегчения синхронизации (например, при наличии информации об относительных разностях во времени) БС и увеличения скорости поиска ячейки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 200 предпочтительно является асинхронной системой мобильной связи МДКРК, которая включает в себя, для иллюстративных целей, три БС и три МС. Однако должно быть понятно, что показанное количество БС и МС служит только для иллюстрации, и что типовая система может включать в себя более трех БС и трех МС. В этом примере МС1 работает в активном режиме, и связана через линию связи 202 интерфейса радиосвязи с БС1. В соответствии с этапом 106 способа 100 (фиг.1), МС1 принимает список соседних ячеек, предпочтительно включающий в себя соответствующие оценки ОРВ и дополнительно может связывать оценки неопределенности в заранее выделенном канале управления от БС 204 (через БС1, как только она "соединится" с МС1). По меньшей мере, две из соседних ячеек, имеющихся в списке в качестве записей в таблице оценок ОРВ, представляют собой БС2 и БС3. Систематически (или по требованию) МС1 осуществляет контроль и сообщает о качестве этих БС (мощности сигнала, ОСП, отношении сигнал-шум (ОСШ), частоте появления ошибочных битов (ЧОБ) и т.д.) в КБС 204 (через БС1). Так как МС1 имеет принятые оценки ОРВ от КБС 204 (через БС1), МС1 может синхронизироваться относительно быстро с БС2 и БС3, по меньшей мере, первой возможности, когда МС1 осуществляет поиск БС2 и БС3. Когда МС1 синхронизирована с БС2 (или БС3), можно предположить, что МС1 имеет "хорошую" оценку ОРВ для этой БС. Систематически или по требованию МС1 может сообщать КБС 204 (через БС1) об оценке качества сигнала, соответствующей, по меньшей мере одной из записей в списке соседних ячеек. В дополнение к оценкам качества, МС1 может также передавать текущую оценку ОРВ к КБС 204.

Ситуация поиска ячейки для МС2 аналогична ситуации для МС1, за исключением того, что в приведенном примере МС2 участвует в процедуре ГПК с использованием БС1 и БС2, и контролирует только одну другую БС (например, БСЗ через линию связи 214 интерфейса радиосвязи). В этом примере МС3 функционирует в дежурном режиме (не имеет установленного соединения), но она может контролировать БС согласно списку соседних ячеек, принятому по каналу широковещательной передачи БС, которую МС3 рассматривает как "наилучшую" для прослушивания (например, в этом случае БС3, через линию связи 218 интерфейса радиосвязи. МС3 может также контролировать БС1 (через линию связи 208 интерфейса радиосвязи и БС2 (через линию связи 212 интерфейса радиосвязи. Широковещательная передача оценок ОРВ станцией БС3 помогает МС3 синхронизироваться более быстро с БС1 и БС2, или, по меньшей мере, первый раз, когда происходит процедура синхронизации. Сложность поиска ячейки таким образом снижается, а скорость поиска ячейки значительно увеличивается.

Предпочтительно, каждая МС, работающая в системе 200 мобильной связи, передает свою измеренную оценку ОРВ систематически или по требованию к КБС 204 (через БС1). КБС 204 сохраняет оценки ОРВ, принятые от МС, в таблице оценок ОРВ. Альтернативно, каждая запись, сохраненная в таблице оценок ОРВ (то есть, представляющая оценку разности между парой базовых станций) может быть вычислена на основании оценок, принятых от множества различных МС. Например, сохраненная оценка может представлять среднее число предыдущих x принятых оценок, или оценок, принятых за предшествующие у минут. Значения в таблице могут быть обновлены посредством замены предыдущих оценок или повторным вычислением конкретных оценок, основанным на последних принятых данных. Значения, сохраненные в таблице, затем посылают к другой МС, как описано выше, вместе со списком соседних ячеек, для обеспечения синхронизации этих МС с соседними БС по мере необходимости. Кроме того, специалистам должно быть понятно, что нет необходимости таблицу оценок ОРВ сохранять в КБС 204; скорее, таблица может быть сохранена в одной или более баз данных, расположенных фактически в каком-либо узле сети (например, в регистре, связанном с КМС или в полностью отдельной базе данных).

В другом аспекте изобретения оценки ОРВ могут быть использованы, чтобы определить положение МС. Вычисление местоположения, однако, требует более точных оценок ОРВ, чем в случае поиска ячейки. Вот почему концепция определения местоположения мобильной станции, по существу, использует определение задержки распространения между МС и каждой из множества БС или на измерения ВП или РВП для различных БС. В большинстве случаев скорость поиска ячейки может быть значительно увеличена без необходимости вычисления задержек распространения. Таким образом, обычно достаточно основывать оценки ОРВ на разности во времени между двумя БС, которую измеряют одной или более мобильными станциями без учета задержек распространения сигналов в прямой линии связи, принятых в МС от каждой из БС. С другой стороны, чтобы выполнить определение положения мобильной станции необходима более точная оценка ОРВ.

Настоящее изобретение решает эту проблему за счет вычисления улучшенной ОРВ, которая учитывает задержки распространения сигналов в обратной и прямой линиях связи. По существу, улучшенная ОРВ является разностью между временем, когда первая БС начинает передавать свой сигнал по прямой линии связи и временем, когда вторая БС начинает передавать свой сигнал по прямой линии связи. Эта улучшенная оценка ОРВ может быть вычислена с использованием: (1) локального времени приема и передачи сигналов в обратной и прямой линиях связи в определенных БС, измеряемого в каждой из соответствующих БС и (2) разности ВП в МС сигналов прямой линии связи от БС, сообщения о которой передается мобильной станцией. Эта улучшенная информация ОРВ может быть затем использована другими мобильными станциями для определения местоположения.

В предпочтительном варианте осуществления улучшенные оценки ОРВ сохраняют в таблице базы данных в КБС или в центре коммутации мобильных станций (ЦКМ). Затем, желательно определение положения для второй МС (систематически, по наступлении некоторого события или по запросу от КБС или МС). Вторая МС измеряет разности во времени между БС на основании времени приема во второй МС сигнала прямой линии связи от каждой БС и сообщает об измеренных разностях во времени в КБС. КБС затем сравнивает сохраненную улучшенную оценку ОРВ между конкретной парой БС с измеренной разностью во времени между той же самой парой БС, сообщение о которой передала МС. На основании этого сравнения могут быть вычислены задержки распространения между каждой из нескольких БС и МС, и может быть осуществлено точное определение местоположения МС. Измерения ВП или РВП вновь могут быть использованы для определения местоположения. Независимо от того, какой используется способ определения местоположения, однако вычисления определения местоположения, по существу, полагаются на наличие задержек распространения в окружающей среде мобильной станции.

Вообще, определение каждой оценки ОРВ в МС включает только две БС, даже если может иметь место трехсторонняя процедура ГПК (то есть с использованием трех различных БС). Повторяя определение ОРВ в течение множества различных процедур ГПК, может быть определена улучшенная оценка ОРВ между значительным количеством возможных пар БС. Улучшенные оценки ОРВ затем обычно используют другими МС (то есть, МС, которые не участвовали в вычислениях оценок ОРВ) для определения положения этих других МС. Очевидно, однако, что положение МС, которая участвовала в вычислениях оценок ОРВ, может также быть определено с использованием улучшенных оценок ОРВ. В любом случае, процедура определения местоположения предпочтительно использует столько БС, сколько возможно, чтобы увеличить точность оценки местоположения.

На фиг.3 схематически изображена МС, которая находится в состоянии ГПК или собирается его осуществить. Первая базовая станция БС1 передает кадр сигнала 302 по прямой линии связи (или кадр пилот-сигнала или кадр данных графика) в момент времени Т_t1, который измеряется в системе отсчета времени первой базовой станции БС1. Сигнал 304 обратной линии связи от мобильной станции МС1 принимает первая базовая станция БС1 в момент времени T_r1, также измеренный в системе отсчета времени первой базовой станции БС1. Точно так же вторая базовая станция БС2 передает сигнал 306 по прямой линии связи в момент времени T_t2, и принимает сигнал 304 обратной линии связи от мобильной станции МС1 в момент времени Т_r2, измеренный в системе отсчета времени второй базовой станции БС2. В общем случае система отсчета времени этих двух базовых станций в асинхронной сети будет иметь относительную разность во времени (ОРВ) Δ. Другими словами, если событие (такое как передача кадра пилот-сигнала) происходит в момент времени T₁ в первой базовой станции БС1, соответствующее событие будет иметь место в момент времени

во второй базовой станции БС2. Как только ОРВ Δ известна, она может быть использована другими МС для определения местоположения мобильной станции.

Кроме того, каждый сигнал в прямой линии связи имеет смещение t_i относительно времени передачи кадра канала пилот-сигнала. Таким образом, данные канала графика от первой базовой станции БС1 передают в момент времени

где T_p1 является временем передачи кадра пилот-канала от первой базовой станции БС1. Точно так же данные канала графика сигнала в прямом канале связи от БС2 передают в момент времени

Когда инициализирована процедура ГПК, мобильная станция МС1 просто прослушивает пилот-сигнал и t₂=0. Позже, когда мобильная станция МС1 находится в состоянии ГПК, вторая базовая станция БС2 будет передавать данные, и смещение t₂ сигналов будет настроено так, чтобы данные от первой базовой станции БС1 и второй базовой станции БС2 достигли мобильной станции приблизительно в одно и то же время. В нижеследующем описании может быть рассмотрен общий сценарий, в котором предполагается, что смещения t₁ и t₂ известны. Этот сценарий охватывает оба случая инициализации ГПК и уже установления ГПК.

На фиг.4 изображена диаграмма относительного хронирования различных сигналов ГПК, которые передаются и принимаются в системе, изображенной на фиг.3. Время на чертеже показано в обычной произвольной системе отсчета времени для вычисления ОРВ в соответствии с настоящим изобретением, однако время каждого события определяется в локальной системе отсчета времени станции (то есть, МС или ВС), связанной с этим событием.

В момент времени T_t1, измеренный в системе отсчета времени первой базовой станции БС1, кадр 402 пилот-сигнала или графика передается первой базовой станцией БС1. Кадр 402 принимается в мобильной станции МС1 в момент времени T_mr1, который измеряется в системе отсчета времени мобильной станции МС1. Момент времени T_mr1 задержан относительно времени передачи T_t1 на время задержки распространения , требуемое сигналу для прохождения от первой базовой станции БС1 к мобильной станции МС1 и обратно. Мобильная станция МС1 передает свой сигнал 404 по прямой линии связи в момент времени T_mt. Для простоты и без потери общности применения, может быть принято, что мобильная станция МС1 передает свой сигнал 404 по прямой линии связи в тот же момент времени, когда она принимает сигнал 402 по прямой линии связи от первой базовой станции БС1. Таким образом,

и сигнал 404 обратной линии связи принимают в первой базовой станции БС1 в момент времени

Сигнал 404 обратной линии связи от мобильной станции МС1 принимают во второй базовой станции БС2 в момент времени Т_r2, и является задержанным относительно времени передачи T_mt на время задержки распространения τ₂.

Вторая базовая станция БС2 также передает кадр 406 графика или пилот-сигнала в момент времени T_t2. По истечении времени задержки распространения τ₂ сигнал 404 прямой линии связи принимают мобильной станцией МС1 в момент времени T_mr2.

Чтобы вычислить ОРВ Δ, мобильная станция МС1 передает сообщение о разности во времени t_diff между временем приема T_mr2 сигнала 406 прямой линии связи от второй базовой станции БС2 и временем передачи Т_mt. сигнала 404 обратной линии связи от мобильной станции МС1. Таким образом,

Следует заметить, что на фиг.4 разность времени t_diff относительно велика, что обычно показательно для начального захвата.

С использованием вышеуказанных обозначений выражение для времени приема Т_r2 сигнала обратной линии связи во второй базовой станции БС2 имеет вид:

а выражение для t_diff можно записать в виде:

путем вычитания времени прихода T_mr2 сигнала 406 прямой линии связи от второй базовой станции БС2 (кадр пилот-сигнала при инициализации ГПК или данные графика при осуществлении ГПК) из времени передачи T_mt сигнала 404 обратной линии связи от мобильной станции МС1, причем время измеряется в системе отсчета времени второй базовой станции БС2. Таким образом, в системе отсчета времени второй базовой станции:

Следовательно, имеются три уравнения: (5), (7) и (8) и три неизвестных: 1) время задержки распространения τ₁ между мобильной станцией МС1 и первой базовой станцией БС1; 2) время задержки распространения τ₂ между мобильной станцией МС1 и второй базовой станцией БС2 и 3) разность во времени и между первой базовой станцией БС1 и второй базовой станцией БС2. Решая относительно Δ, можно получить

что дает решение требуемой ОРВ Δ между базовыми станциями БС1 & БС2.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мобильная станция МС1 передает сообщение о разности во времени t_diff, и каждая из базовых станций БС1 & БС2 передает сообщение о своих соответствующих временах передачи и приема в сеть. Вычисление ОРВ Δ затем осуществляются в КБС или КМС. Альтернативно, вычисление может быть выполнено в мобильной станции МС1 или в базовой станции, как только предоставляются необходимые данные синхронизации.

Путем вычисления улучшенных оценок ОРВ между различными парами БС в асинхронной мобильной системе связи, решение для сигналов в восходящем направлении или решение для сигналов в нисходящем направлении может быть использовано для определения положения МС в системе без необходимости в абсолютной системе отсчета времени. Например, фиг.5 изображает последовательность операций, которая иллюстрирует возможный способ 500 обеспечения синхронизации станций БС и определения положения выбранной МС в асинхронной мобильной системе связи МДКРК в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как очевидно для специалистов, многочисленны другие способы определения местоположения, такие как с использованием ВП или РВП, также могут применяться совместно со способом, основанным на использовании улучшенной оценки ОРВ, чтобы облегчить определение местоположения в соответствии с изобретением. На этапе 504 КБС вычисляет множество улучшенных оценок ОРВ между различными парами БС, которые находятся под управлением КБС или которые внесены в список соседних ячеек. Это вычисление осуществляют, используя данные, предоставляемые другими МС в мобильной системе связи. Соответственно, принимают во внимание влияние задержек распространения, чтобы вычислить оценки ОРВ с высокой точностью. Предпочтительно, таблицу этих улучшенных оценок ОРВ поддерживают в базе данных в КБС. На этапе 506 выбранная МС управляет БС в соседних ячейках. Для целей настоящего способа 500 определения местоположения, это включает в себя контроль, например, известной последовательности, которую периодически передают БС. Эта процедура контроля может включать в себя обычный контроль БС для (поиска) потенциальных кандидатов на переключение каналов связи. Следует отметить, что контроль известной последовательности от БС может обычно выполняться даже в случаях, когда ограниченная "слышимость" препятствует осуществлению процедуры ГПК с этой БС.

На этапе 508 МС измеряет ВП сигналов прямой линии связи, переданных несколькими различными БС. Каждое измерение ВП может быть осуществлено в системе отсчета времени МС или в качестве относительного значения по отношению к исходной БС или к некоторой другой БС. Измерения ВП временно сохраняют в локальной памяти вместе с информацией, идентифицирующей БС, которая соответствует каждому измерению ВП. Эти данные затем посылают к КБС для дальнейшей обработки. Измерения на этапе 508 могут быть осуществлены над данными канала пилот-сигнала или данными канала графика. Поскольку в БС обычно известно смещение t_i, то разности во времени между БС (то есть, разность во времени между передачами кадра пилот-сигнала БС) известны, даже когда используют канал графика. На этапе 510 БС уточняет измерения ВП с учетом ОРВ между различными БС, суммируя оценки ОРВ с измерениями ВП. На этапе 512 время задержки распространения рассчитывают для каждого сигнала прямой линии связи, используя уточненные результаты измерения ВП, и на этапе 514 оценивают местоположение МС, используя вычисленные времена задержки распространения. Информация о местоположении может быть затем, например, передана к МС, сохранена в КБС или послана в регистр исходного местоположения (РИМ). В альтернативном варианте осуществления вычисления на этапах 510, 512 и 514 могут быть также осуществлены в процессоре МС, КМС или некоторого другого узла в сети.

Способ 500, проиллюстрированный фиг.5, обеспечивает оценки определения местоположения на основании измерений, сделанных в МС для ВП сигнала прямой линии связи. В другом альтернативном варианте осуществления определение местоположения мобильной станции осуществляют, используя сигнал обратной линии связи. Решение для сигналов обратной линии связи является, по существу, тем же, что и решение для сигналов прямой линии связи за исключением того, что вместо измерения ВП сигналов прямой линии связи на этапе 508, измерения ВП осуществляют в множестве БС над сигналом обратной линии связи, который передан станцией МС. Эти измерения для сигнала обратной линии связи затем подают в КБС или КМС и уточняют измерения ВП и рассчитывают времена задержки распространения, как на этапах 510 и 512 решения для способа 500 при передаче в прямой линии связи.

Как описано выше применительно к стандартным оценкам ОРВ, неопределенность в улучшенных оценках ОРВ также увеличится со временем, если таблица оценок ОРВ для конкретной БС не обновляется. Для цели определения местоположения, однако, требуемая точность оценок ОРВ является намного большей, чем в случае поиска ячейки. Таким образом, улучшенные оценки ОРВ, полученные во время ГПК, должны быть в достаточной мере обновленными, чтобы сигналы синхронизации в ЕС не испытывали дрейфа по сравнению друг с другом. Иначе будет трудно и даже невозможно, выполнить точные определения местоположения мобильной станции. Многие из способов, описанных выше для описания проблемы неопределенности в контексте стандартной оценки ОРВ, могут использоваться аналогичным образом, чтобы описать неопределенность в контексте улучшенной оценки ОРВ.

Способ получения улучшенной оценки ОРВ также может использоваться для дальнейшего совершенствования процесса поиска ячейки, описанного со ссылками на фиг.1 и 2. В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа 100 поиска ячейки (см. фиг.1) разность во времени, сообщенная МС при ГПК, используется непосредственно для вычисления оценки ОРВ; никакой информации от БС не требуется. Таким образом, (см. фиг.4), стандартная оценка ОРВ равна времени приема T_mr1 в МС сигнала прямой линии связи от первой базовой станции БС1, вычтенному из времени приема Т_mr2 в МС сигнала прямой линии связи от второй базовой станции БС2. На фиг.4 это значение показано разностью во времени t_diff. Непосредственное использование разности во времени, сообщение о которой передано МС, обеспечивает существенное уточнение по сравнению с известными процедурами поиска ячейки и в большинстве случаев значительно снижает сложность процесса поиска ячейки, позволяя преодолеть проблемы, имеющиеся в других возможных способах определения местоположения.

Если, однако, требуется большая точность, неопределенность синхронизации в МС, которые осуществляют поиск для осуществления ГПК, может быть дополнительно снижена до пятидесяти процентов при использовании улучшенной оценки ОРВ, что требует принятия во внимание задержек распространения. Используя улучшенные оценки ОРВ, набор времен задержки, которые МС должна определить на длине поиска ячейки, значительно уменьшается, особенно по сравнению с известными способами поиска ячейки. Интервал неопределенности поиска ячейки будет тогда зависеть от размера ячейки и степени деления ячейки на сектора. Например, в системе, с неразделенными на сектора ячейками, имеющей радиус зоны ячейки приблизительно 30 километров, неопределенность составляет менее 300 микросекунд, с учетом того, что положение мобильной станции может быть оценено в пределах радиусов 3 ячеек. Окно нормального поиска для известных способов поиска ячейки, напротив, составляет приблизительно 10 миллисекунд. Таким образом, использование улучшенной оценки ОРВ обеспечивает уточнение на два порядка сложности поиска. Результаты еще лучше в сотовых системах связи с меньшими ячейками или с разделенными на сектора ячейками. Также возможно дополнительно уменьшить интервал неопределенности для поиска ячейки, оценивая задержку прямого и обратного распространения между целевой ЕС и мобильной станцией, которая выполняет поиск ячейки, особенно в случае с разделенными на сектора ячейками. Оценка задержки на распространение в прямом и обратном направлениях может быть легко вычислена, исходя из данных, доступных при осуществлении вычислений ОРВ или если известно приблизительное местоположение мобильных станций.

Хотя несколько предпочтительных вариантов осуществления способа и устройства настоящего изобретения были проиллюстрированы на чертежах и описаны в вышеприведенном подробном описании, понятно, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Например, измерения относительной синхронизации станций БС, осуществленные в соответствии с настоящим изобретением, также могут быть использованы для псевдо-синхронизации станций БС. Таким образом, изобретение допускает многочисленные изменения, модификации и замены без изменения объема и сущности изобретения, которые сформулированы и определены в нижеследующей формуле изобретения.