无线通信基站发射定时偏移校正系统 本申请要求日本专利申请号为P2000-221043的优先权。
本发明涉及无线通信的位置测量，更确切的说，涉及无线基站发射定时的位置测量系统。
使用无线基站的位置测量系统公开在日本公开的待审查专利申请特开平7-181242中。在该申请中，终端接收由多个基站发射的信号，根据接收到的信号的延迟特性，计算从其接收到信号的每个基站与终端之间的距离，从而测量终端的位置。
现在的很多基站都采用码分多址(CDMA)网络。在一个典型的CDMA网络实施例中，一个基站包含一个系统，其发射定时被确定为与全球定位系统(GPS)的定时保持同步。图2举例说明与GPS同步的基站系统的结构。GPS人造卫星1、2和3具有非常精确的定时功能，且每个人造卫星传送唯一模式的信号。一旦接收到从GPS卫星上发来地信号，无线基站5、6和7有能力计算各自的位置和多个接收波形的延迟，以及来自GPS卫星的轨道定时信息。接收这种来自GPS系统的信息能使每个基站像GPS卫星一样保持精确的时间标记。在利用GPS系统定时的网络中，通过使用这种非常精确的时间标记，每个基站就能向彼此之间保持精确定时的其它基站发送唯一模式的信号。根据上述所讨论的与多个基站相关的同一原理，移动终端4有精确测量时间的能力，从而能够测定位置。
在图2中举例说明的每个无线基站最好包括一个天线，此天线具有一个无阻碍的“视野”，它至少覆盖无线通信区域的一部分。例如，将天线放置在建筑物的顶部，可以得到这种无阻碍的“视野”，通常，基站的其他装置放在建筑物的内部。通过位于基站上或其附近的天线13接收从GPS卫星1、2和3上发射的信号，并且GPS天线13将估计的空间位置和时间传送到GPS接收机14。
根据从GPS接收机14估计的时间信息，基准时钟发生器15然后校准基准时钟发生器的时间，即，基准时钟发生器的振荡器，从而根据GPS时间，为其所属的基站6获得校正发射时间的一个调整。由基准时钟发生器15产生的基准时钟提供给一个基带单元12，和RF单元11。基带单元12产生将从天线10发射的信号，RF单元11将要发射的信号转换为射频信号用于经天线10发射。
例如在CDMA系统中，为了允许同步和信号接收，以及位置的测量，发射定时必须十分精确，依据这种发射定时电波才能精确地从天线发射。但是本领域技术人员来说很明显，因为GPS天线和基站天线都放置在各自的基带装置的远处电波通过电缆，从天线到达基带单元12需要消耗一定的时间，另外，连接到天线和相应的基带单元12的电缆长度也随每个安装地点配线变化。再者，由于基准时间发生器15和基带单元12每个都包含有用于滤波处理的滤波器，各自的滤波系统也会造成传播延迟。此外，新的基站安装技术可能使用不同的组件，由于滤波器的延迟可能随每个新产生的技术而不同或增加。
由于敷设电缆和滤波在每个基站产生的时间差，此后被称作“基站发射定时偏移”或“偏移”。但是对本领域技术人员来说很明显，由基站发送的发射定时信息允许接收机计算传播时间，即，在终端的接收时间少于发射时间，因此允许终端通过诸如三角测量定位。然而，由于发射定时偏移，其本身是由于敷设电缆及滤波的差异造成对每个基站来说基站发射定时偏移是固有的，传播时间常常是不能精确计算的，因为由于偏移，接收到的发射时间是不精确的发射时间。由于在每个系统中所固有的因敷设电缆及滤波的延迟，电波从天线10实际发射出去的时间与相应的基带单元12产生该电波的时间是不同的。至于发射定时偏移，位置测量终端通知基站发送信号的时间，在位置计算中将偏离等于基站发射定时偏移。
DGPS系统使用GPS可计算出地面上一个已知位置的点的位置，并通过FM信号或互联网传送作为结果的补偿信息。GPDS经常使用基于GPS的系统，日本公开的待审查专利申请特开平9-311177描述了一种GPDS系统的实施例。GPDS的使用允许对通过电离层传播所产生的延迟长度的补偿。这种通过电离层所产生的延迟长度是依据GPS卫星的轨道而随时变化的。然而，这种GPDS方法对信号源是蜂窝基站的位置测量系统是不适用的。因为，考虑到蜂窝基站是在地面上的事实，从附近基站发射的信号与从远端基站发射的信号相比，其信号强度相差很远，由此导致了相对距离的问题。这就意味着从许多基站发出的信号不可能被单独的检测站同时测量。
因此需要有一种系统、装置和方法，用于补偿基站的发射定时偏移。
本发明涉及用于测量从无线基站天线发射的信号的定时的发射定时测量装置。该发射定时装置包括一个精确的时间接收天线，可接收精确时间值；一个蜂窝天线，可接收从无线基站天线发射的信号的接收时间值；以及一个基准时钟发生器，可用来接收接收时间值和精确时间值。该基准时钟发生器对接收时间值和精确时间值进行比较，得到一个基准输出。接收时间值通常包含从无线基站天线发射的信号的发射时间标记，基准时钟发生器最好从精确时间值中减去传播时间以形成第一和，然后将此第一和与发射时间标记进行比较，得到基准输出。该基准输出可调整从无线基站天线发射的信号的定时，且一个或多个基准输出可以存储在存储单元中。
本发明也涉及发射定时测量系统。该系统包括：一个可发送精确时间值的精确时间发生器；至少一个发射第一信号的无线基站天线；以及一个有第一天线和第二天线的发射定时测量装置，在第一天线接收精确时间值，在第二天线接收第一信号，并输出一个来自精确时间值的第一信号的偏移。该系统另外可以包含一个中心，至少三个无线基站天线的偏移可存储在该中心中。该系统也最好包含一个终端，该终端访问该中心，接收用于与该终端通信的至少3个无线基站天线的偏移。终端和中心两者可实现终端的位置的定位。
本发明另外涉及用于测量从无线基站天线发射的信号的定时的方法。该方法包括步骤：在第一天线接收精确时间，收到发自无线基站天线的信号时从第一天线输出精确时间值；在第二天线接收从无线基站天线发射的信号，从第二天线输出从无线基站天线发射的信号的接收时间值；在基准时钟发生器接收从无线基站天线发射的信号的接收时间值，并通过基准时钟发生器对接收的时间值和精确的时间值进行比较后得出基准输出。该方法另外可以包括步骤：根据基准输出，调整从无线基站天线发射的信号的定时。该方法最好还包含步骤：存储基准输出；由终端访问存储的基准输出；由终端接收与该终端通信的至少三个无线基站天线的基准输出；以及根据从无线基站天线与该终端通信和基准输出，定位该终端的实际位置。
因此，本发明提供了一种用于补偿基站的发射定时编移的系统、装置和方法，而无需如在日本公开的待审查专利申请特开平9-311177中那样需要一个检测站点，也不会遇到多径或相对距离的问题。
为了使本发明能清楚理解和容易实现，本发明将参考下面附图描述，其中相同的参考符号代表相同的或相似的部件，结合这些图，构成说明书的一部分，其中：
图1是一个框图，说明一个无线通信基站发射定时编移校正系统；
图2是一个框图，说明一个和GPS同步的基站系统的结构；
图3是一个框图，说明一个无线通信基站发射定时偏移校正系统。
应该明白，为了清楚地理解本发明简化本发明的附图和说明书以示出相关的部件，为了清楚，删去了许多在典型的电信系统中常见的其它部件。为了实现本发明，本领域的那些普通技术人员将认识到，其它的部件是值得要的和/或需要的，但是，由于这些部件是公知的，且对更好地理解本发明并无帮助，故在此这些部件不加以讨论。
图1是一个框图，举例说明一个无线通信基站发射定时偏移校正系统。该系统包括：GPS卫星1、2、3，基站5、6和7，移动终端4，以及基站控制器40。基站5、6和7接收和同步来自GPS卫星1、2和3的信号，移动终端4，基于从基站发射的信号检测位置。
每个基站控制器40最好包括一个发射定时测量装置18，其内含GPS天线13和蜂窝天线16。适宜地，蜂窝天线16与蜂窝接收机17相连，并接收从基站6的天线10发射的信号。在本发明的一个实施例中，蜂窝天线16安装在基站天线10的远端。尽管没有额外干扰的最大功率的接收信号必须仍在天线10上，对蜂窝天线16是有意义的，或者对蜂窝天线16有意义的天线10的信号本身必须被识别，并被选择用于由蜂窝天线16进行监测。但是，本发明使用蜂窝天线16也可有另一种工作方式，该蜂窝天线16是从基站天线10使用电缆或天线组件耦合分支的。GPS天线13最好与GPS接收机14相连，并接收来自GPS卫星1、2、3的信号。
每个基站控制器40也最好包含一个基准时钟发生器15。该基准时钟发生器15加快或减慢基站的系统时钟，因此基本上消除发射定时偏移。当偏移引起的延迟很大的时候，基准时钟发生器15加快基站的系统时钟大，延迟小，则加快基站的系统时钟小。因此基于GPS接收机14的位置和在GPS接收机14的时间，以及基于通过基带单元12、RF单元11和来自蜂窝基站6的信号定时的天线10，经由蜂窝天线16在蜂窝接收机17接收的，与GPS时间相比较的反馈，通过校准基站的内部时钟，基准时钟发生器15产生精确的基准时钟。
例如，基准时钟发生器15可接收从无线基站天线10发射的信号的接收时间值，该值等于由基站6放置的发射时间标记加上到蜂窝天线16的传播时间。经由GPS接收机14，基准时钟发生器15接收精确接收时间值，且通过从每个接收时间值中减去传播时间，可知道实际的发射时间，就像根据基站6的时间标记得到的发射时间一样，然后基准时钟发生器15就能据此调整从基站天线10发射的信号的时间标记。
在另外一个优选实施例中，在基准时钟发生器15的比较包括仅从GPS接收机14的时间值中减去传播时间，并将结果与来自基站6的时间标记(其中的发射时间标记这里定义为包括按照蜂窝天线16接收到的“接收时间”中)相比较，因此允许对从基站天线10发射的信号的时间标记作相应的调整。因此，将GPS时间与基准时钟发生器15上蜂窝接收机的接收时间相比较，允许测量确切的实际时间值，此时间值信号从蜂窝基站6上的天线10发射给蜂窝天线16。尽管本发明的实施例参照GPS定时进行讨论，但是对于本领域技术人员来说很明显，精确时间测量装置并不限于GPS，而是可以包括任何的非常精确时间保持方法，例如，当然并不限于，在每个基站6提供铯钟或原子钟。另外，应该注意到的是，尽管GPS接收机14的时间中可能存在电缆延迟，这种延迟很容易从已知的实际的GPS时间测量中校准，或者GPS接收机电缆长度是已知的，或者到所有的基站5、6、7的电缆长度是个常数。在GPS电缆延迟已知的情况下，总的延迟减去已知的电缆延迟，就得出蜂窝天线16电缆系统的延迟。
当基站天线10的位置信息提前到达基准时钟发生器15时，或者位置信息是从GPS信号中获得时，从天线10到发射定时测量装置18的传播距离，可根据装置18上的GPS接收机15所测得的位置计算出来。此距离除以光速即得传播时间，也就是前文所述的基准时钟发生器15计算时所使用的延迟。如前文所述，因为从基站天线10发射的信号的精确接收时间在蜂窝天线16和蜂窝接收机17上时是已知的，根据基站6，从接收时间中减去传播时间就得到电波从基站天线10发射出去的时间。基准时钟发生器15产生基准时钟，以便给出作为发射时间的正确值。
另外，基站控制器40适宜于包含一个基带单元12。该基带单元12产生一个与从基站天线10发射的信号相匹配的基带信号。由该基带单元12产生的该信号经RF单元11调制后为载波频率，由基站天线10发射。从基站天线10发射的信号定时与基准时钟发生器15同步，因此由基准时钟发生器15控制。应该注意的是，覆盖很多移动终端4的基站6通常不能突然改变发射的信号的定时，因此基准时钟发生器15最好要通过反复的微调来消除从基站天线10发射的信号定时偏移，例如，每80毫秒帧“延迟”或“提前”1/16毫秒。
电缆延迟发生在信号从GPS天线13或者蜂窝天线16输入到各自的接收机14、17中的时候，电缆延迟也可能出现在接收机内，或者出现在接收机14、17和基准时钟发生器15的连接上。然而，对位置测量而言，如果从每个基站发射的信号的有关的接收定时差异，即信号到达的时间差异(TDOA)是精确计算的，那么终端位置测量就可以是无误差的。因此，由于不可预见的电缆延迟或类似的原因所导致的额外的误差，可通过使用相当于具有相同电缆长度和相同部件延迟的发射定时测量装置18来降低或消除这些误差。
虽然上述的典型实施例是使用单一的基站天线，对于本领域技术人员来说很显然，本发明也可使用多个天线10来实现，诸如扇形天线。然而，多个天线一定要由一个公共的基准时钟发生器15共同控制，并且多个天线电缆长度应相等，这样才能通过基准时钟发生器15保证每个扇区的调整是一致的。在一个使用多个天线的典型实施例中，由蜂窝接收机17显示的对所有扇区不同延迟的补偿信号必须反馈回每个基站5、6、7上的基带单元12，因此，每个扇区可独立控制，发射定时也可对每个扇区单独调整。
在另一个具有代表性的实施例中，天线10不用与蜂窝天线16一一对应，每个基站5、6、7包括天线10、RF单元11、基带单元12。但是，发射定时装置18至少要为两个基站(如基站6、7)服务。在这个实施例中，发射定时装置18被用来监视一个基站，例如根据基站6的标识信息监视基站6，然后通过基准时钟发生器15的反馈环路修改基站6的时钟。然后，这个过程对基站7重复等等。在这个实施例中，发射定时装置10可能远置于每个或所有的基站5、6、7，通过电缆、RF或光纤给每个基站发送调整信息是必需的。但是，处于同一地点的发射定时测量装置18和基站装置消除本发明的多径问题的任何影响。
相应于图1，对于本领域技术人员来说很明显，为了产生终端4的精确位置，由终端4通过三角测量实现定位，由终端4使用的每个基站5、6、7必须装备发射定时装置18。
图3是一个框图，举例说明本发明的另一个实施例。根据图3，基站5、6、7的发射定时最好不进行调整。在通信连接中每个基站5、6、7包括发射定时装置20、21、22。
图3的发射定时测量装置20、21、22包括一个GPS天线13和一个蜂窝天线16。GPS接收机14确定发射定时测量装置21所在的地理位置，以及由GPS天线13从GPS卫星1、2、3接收的信号的精确时间，并产生一基准GPS时钟信号。蜂窝通信单元23经蜂窝天线16接收从基站天线10发射的信号，并测量相应的基站5、6、7的导频信号的接收定时。导频信号的测量可以包括：例如使用与由基站5、6、7发射的导频信号相匹配的滑动相关器以便从相位中测量信号的定时，因此相关性就变得非常重要。由于导频信号是周期性信号，导频信号的测量可以包括：连续的监测，或者可以包括对一预定周期信号的测量以及对预定周期结果的平均。取平均可以提高接收定时测量的精确性。通常，一次测量的误差为σ，且每次测量误差是一独立事件，N次测量结果的平均可将误差降低至σ/sqrt(N)。
基于由GPS接收机14获得的精确时间，接收定时测量装置24(诸如基准时钟发生器15)测量导频信号接收定时的相对精确性就像通过蜂窝通信单元23和GPS接收机14相比较确定的一样，该比较可由相应于图1如前面所讨论的减去传播时间的办法来实现。该测量的相对接收定时存储在存储单元25中。存储在存储单元中的接收定时值然后由控制装置26转换为发射定时误差信息，该误差信息被转发至中心28。
所关心的基站5、6、7的天线的物理位置也最好存储在控制器26中。基于GPS接收机14的输出，由于发射定时测量装置20、21、22的位置是已知的，基于两个已知位置的差异，在基站天线10与发射定时测量装置20、21、22之间的距离是知道的。该差异除以光速给出电波从一个天线传播到另一个的时间长度，如相应于图1所讨论的，从已知的接收定时可测量在基站5、6、7的天线10的顶部的发射定时。从测量的发射定时与希望的基站发射定时之间的差异然后估算发射定时的误差。
控制装置26定期地将已确定的误差信息传送给中心28，该中心最好位于网络27内。这个误差信息可由控制器26通过有线或无线的方式发射给中心28。例如，接收定时误差信息(偏移信息)经蜂窝通信单元23，通过蜂窝网络传送给中心28。
一接到终端4发来的位置测量请求，存储在中心28上的信息被下载到终端4。在终端4上，终端测得接收定时后，减去中心提供的因误差导致的偏移就得到补偿的接收定时信息，使用此信息计算出位置。位置计算方法的细节在日本公开的待审查专利申请特开平7-181242中描述。因此，尽管基站的发射定时存在偏移，通过终端对基站定时偏移值的补偿，终端4可计算出精确的位置。
发射定时测量装置20、21、22可永久地安装在各自的基站5、6、7上，但不是必须的，并且装置20、21、22最好于GPS同步。然而，基站经常也与GPS同步。另外，大多数导致定时偏移的电缆延迟和滤波延迟是固定的，因此不需要重复计算。在一个其中基站与GPS同步的例子中，一旦测量到发射定时偏移，用于发射定时偏移的补偿值随时间变化就很小，因此为了能测量位置，发射定时测量装置只需测量发射定时偏移一次，然后将定时测量结果存放在中心28中。在发射定时装置20、21、22只被使用一次的地方，适宜于使用便携式发射定时测量装置20、21、22。例如，对于同一的多个基站，使用装备在车上的发射定时测量装置，发射定时偏移可以在多个地点测量，并且定时偏移补偿的计算可以是存储在中心28中的一系列测量值的平均的结果。
使用如图3的系统，定时偏移的补偿可由中心28来实现。例如，可以采用计算，其中终端4测量附近基站6的接收定时，将测量结果发给中心28。在中心28，基于由终端4发射的信息和在中心28的已知基站偏移值的基础上，发射定时偏移得以补偿。然后在中心28产生终端4的位置，并传给终端4。因此，在一个实施例中，其中即时的发射定时偏移补偿不是必需的，根据本发明，为了便于在中心28对发射定时偏移值共同管理，可使用如发射定时装置20、21、22的结构。但是，应该注意的是，同一地点的发射定时装置和基站装置消除本发明的多路问题的任何影响。
本领域技术人员将注意到，相应于本发明的图1、图3所示的实施例，大多数基站与GPS或类似的定时系统同步，这样，一旦定时偏移得到补偿，或是一旦必需的定时补偿值被测量，并不需要频繁的重复计算。典型的，该值可能有规律地在几小时到几天的范围内变化，因此在本发明的适当操作中每小时重复一次就足够了。
通过使用本发明，在基站的发射定时中的偏移可以得到补偿。该补偿导致提高了终端位置估计的精确性。对于本领域技术人员来说，本发明其它的优点和益处是很明显的。
1.一种发射定时测量系统，包含：
一个发射至少一个精确时间值的精确时间发生器；
至少一个发射第一信号的无线基站天线；和
一个有第一天线和第二天线的发射定时测量装置，其中所述发射定时测量装置在第一天线上接收精确时间值，在第二天线上接收第一信号，并输出从精确时间值中得到的第一信号的偏移。
2.根据权利要求1的发射定时测量系统，进一步包括一个中心，其中存储所述至少一个无线基站天线的至少三个偏移。
3.根据权利要求2的发射定时测量系统，进一步包括一个网络，通过该网络偏移能从所述的发射定时装置传递到所述中心。
4.根据权利要求2的发射定时测量系统，进一步包括一个终端，其中所述终端访问所述的中心，并从中心接收所述无线基站天线的至少三个偏移，其中所接收的至少三个偏移是属于与所述终端进行通信的至少三个无线基站天线的。
5.根据权利要求4的发射定时测量系统，其中所述终端包含一个定位器，所述定位器根据所述终端与至少三个无线基站天线之间的通信以及所得的至少三个偏移来确定所述终端的物理位置。
6.根据权利要求5的发射定时测量系统，其中所述发射定时测量装置包含所述终端。
7.根据权利要求2的发射定时测量系统，进一步包括一个终端，且其中所述中心进一步包含一个定位器，其中定位器根据所述终端与所述至少一个无线基站天线之间的至少三个的通信以及所述至少一个天线基站无线中的至少三个的偏移来确定所述终端的物理位置。
8.根据权利要求1的发射定时测量系统，其中所述至少一个无线基站天线的一个与所述的发射定时测量装置共同定位。
9.一种测量从无线基站天线发射的信号的定时的方法，包括：
在第一天线上接收至少包含一个精确时间值的信号；
从第一天线上输出接收到的从无线基站发射的信号的精确时间值；
在第二天线上接收从无线基站天线发射的信号；
从第二天线上输出从无线基站天线发射的信号的接收时间值；
在基准时钟发生器上接收从无线基站天线发射的信号的接收时间值和精确时间值；和
由基准发生器比较接收时间值和精确时间值得出基准输出。
10.根据权利要求9的方法，其中接收时间值包含从无线基站天线发射的信号的发射时间标记，其中所述比较包括：
从精确时间值中减去从无线基站天线到蜂窝天线的传播时间，以形成第一和；
将此第一和与发射时间标记进行比较，得到基准输出。
11.根据权利要求9的方法，进一步包括根据基准输出，调整从无线基站天线发射的信号的定时。
12.根据权利要求9的方法，进一步包括存储该基准输出。
13.根据权利要求12的方法，进一步包括：
由终端访问存储的基准输出；
由终端从存储器中接收至少三个无线基站天线的基准输出，其中至少三个无线基站天线是与终端进行通信。
14.根据权利要求13的方法，进一步包括：
根据终端与至少三个无线基站天线之间的通信以及根据至少三个基准输出，定位该终端的物理位置。
15.用于位置测量的中心，具有一个存储单元，用来存储从多个基站发射的特定信号的发射定时补偿值；以及一个通信单元。从终端收到请求时，用于发射所述存储在存储单元中的补偿值给终端。
本发明不限于上文所讨论的几种实施例的范围，对那些经过训练的本领域技术人员来说各种改变和变化是很明显的，这些改变和变化将落入本发明的精神和范围内，因此本发明将和所进行的详细的描述、本领域的熟练的技术和下面的权利要求保持在最大范围的一致。