用于保持时间同步的系统和方法
【技术领域】
[0001] 各个实施例涉及无线通信，并且更特别地，涉及用于在包含设置在接收机与网络 信标之间的障碍物的环境下与网络进行时间同步的网络、设备、方法和计算机可读介质。
【背景技术】
[0002] 能够在合理的精确度内估计人和物在地理区域中的位置是期望的。准确的位置估 计能够用于加快紧急响应时间、追踪业务资产、以及将消费者链接到附近的商家。多种技术 被用来估计物体的位置。然而，这些技术通常要求每个发射机同步到共同的时间源，像给每 个发射机发射定时信号的卫星系统。不幸的是，在城市环境中，一些发射机通常安装在始终 缺少卫星系统的清晰视界的区域中。因此，这些发射机并不总是能接收精确的定时信号。因 此，需要改进的用于保持位于在某些时段期间没有时钟源的清晰视界的区域中的发射机的 时间同步的技术。
【发明内容】
[0003] 本公开的某些实施例通常涉及用于在不同时间实例，在包含设置在接收机与一个 或多个卫星之间的障碍物的环境下，与卫星网络进行时间同步的网络、设备、方法和计算机 可读介质。这些网络、设备、方法以及计算机可读介质可以追踪一个或多个卫星，所述一个 或多个卫星高于与从接收机沿参考平面向外延伸的不同区域对应的一个或多个最小仰角， 以使本地设备与这些卫星中的至少一个卫星的定时信号同步。当没有高于所述最小仰角的 卫星时，该网络、设备、方法以及计算机可读介质可以识别与远程设备对应的频率调整，该 远程设备接收来自卫星的定时信号，以及，之后使用该频率调整来同步本地设备。
【附图说明】
[0004] 图1描述了发射机系统。
[0005] 图2描述了与"城市峡谷（canyon) "中的仰角对应的信号路径的侧视透视图。
[0006] 图3示出了用于识别仰角的过程。
[0007] 图4描述了与接收机组件和障碍物的位置对应的可见区域的俯视透视图。
[0008] 图5A-B描述了接收机组件随时间的信号获取的侧视透视图。
[0009] 图6描述了具有两个接收机组件和振荡器组合的系统，所述两个接收机组件和振 荡器组合彼此位于远程。
[0010] 图7-18示出了一个或多个实施例的操作特性。
[0011] 图19示出了用于基于不同仰角追踪卫星、以及用于基于对位于远程的振荡器做 出的调整来调整振荡器以产生输出的过程。
【具体实施方式】
[0012] GPS驯服（discipline)振荡器（GPSDO)是非常精确的时钟源，它提供与GPS时间 同步的秒脉冲（PPS)输出（并且，该输出还通常为IOMHz输出）。通常，它包括与空中开放 条件下的接收机（例如，GPS接收机）形成闭环的压控振荡器（VCXO)，以使该VCXO不断调 谐其频率，以适应GPS卫星在一天中的升降。该接收机主要以仅时间模式运行，在该模式 下，它被放置在预先勘测的位置，使得不需要计算位置估计，并且只需要确定定时解决方案 来控制该VCXO。
[0013] 通常，接收机和振荡器的组合位于发射机（例如，基站）处，以使振荡器的输出可 以作为可靠的时钟源，以用于来自发射机的信号传输，该发射机以与GPS振荡器一样精确 的频率与GPS时间同步。在一组地理上分开的发射机中的每个发射机上使用GPSD0,使得发 射机之间彼此同步、并且与GPS时间同步成为可能。
[0014] 时间驯服振荡器（例如，GPSD0)的成功运行往往取决于产生被调谐到参考网络 (例如，卫星网络）的时间的输出（例如，PPS输出）。通常，只有在振荡器对于至少一个卫 星是可见的（假设接收机处于仅时间模式）的情况下，精确的输出是可能的。然而，有一些 场景中，发射机（以及它的振荡器）不得不被安装在对GPS具有挑战性的位置，像由建筑物 和其他障碍物形成的城市峡谷，所述建筑物和其他障碍物影响GPS卫星与发射机之间的定 时信号的视线传输。这样的位置充满了从卫星到达GPS接收机的反射（或"多路"）信号的 可能性，在这种情况下，计算出的PPS将会是不准确的。
[0015] 为了解决卫星在发射机的位置不具有恒定可见性的问题（该问题往往会导致来 自该发射机的振荡器的不准确的PPS输出），在发射机处的接收机组件可以使用高海拔截 止掩膜来运行，以此，该接收机不使用低于特定海拔/高度的卫星，以便确保视线测量。但 是，在这样做时，不能保证在所选的仰角之上一直有至少一个可见的卫星，特别是在掩膜角 度需要被设置大于60度以避开所有方向上的障碍物的情况下。在这种情况下，GPS接收机 经历显著的中断时间，阻止GPSDO在闭环中运行，并且因此，使得该GPSDO的PPS输出不太 有用或者完全无用。在此公开了各种解决方案，包括用于允许从GPSDO输出的PPS与GPS PPS始终保持密切的同步（即便是中断时）的两级方法。
[0016] 使用或从第一种方法开始，自适应掩膜方案可用于减少或消除GPS卫星中断的持 续时间，所述自适应掩膜方案调整自身以便适应GPS接收机的特定位置。在某些情况下，该 方案可能不会彻底地消除中断的可能性，但是其目标在于显著地减少它们的持续时间。当 发生中断时使用第二种方法，VCXO可通过使用在没有GPS中断的情况下的闭环运行期间保 留的控制参数、以及从附近的在闭环中运行、同时具有足够的卫星的清晰视界的GPSDO实 时提取的控制参数的短期变化的组合，控制其锁相环（PLL)参数，来以开环模式运行。
[0017] 这些方法的成功可能取决于将发射机放置的位置，该位置优化其从卫星接收视线 通信的能力，即使在中断时。
[0018] 使能与网络的时间同步的发射机的布置
[0019] 本公开的某些方面涉及发射机的布置，这些发射机必须与网络的定时同步。例如， 如图1所示的发射机100,它描述了从网络（卫星、陆地、或者其他网络）获取定时信号的一 个或者多个接收机组件（例如，卫星RF组件140、陆地RF组件150、或者其他接收组件）。 发射机100的进一步描述在后文提供。
[0020] 当确定在哪里放置发射机时，可以评估各种环境条件。例如，勘测可以确定在哪 放置发射机能够优化发射机在各种时间实例接收精确的定时信号的机会（例如，理想状态 下，相比于从对于发射机不可见的卫星接收多路信号，从对于发射机可见的卫星接收视线 信号）。所述勘测可以比较小地理区域中的不同位置（例如，一个或多个城市街区，建筑物 屋顶等等），以确定哪里最适宜发射机从网络接收定时信号。一个最理想的位置是，当发射 机放置在该位置时，能够比该地理区域中的其他位置更经常获取到视线信号，或者比在发 射机的高负载使用期间更经常获取到视线信号。
[0021] 当确定在哪放置发射机时，可以做出各种不同的考虑，包括障碍物的存在，该障碍 物在不同的时间实例，阻碍了发射机对于各个卫星的可见性，从而阻止从一个卫星获取视 线信号，直到该卫星在稍后的时间移动到视界内。这样的障碍物可以包括人造障碍物（例 如，建筑物）、自然障碍物（例如，山脉）、大气条件等。障碍物相对于发射机的位置的大小 (例如，它们的高度/海拔）创建可见区域，在该区域内，卫星对于在发射机处的接收机组件 是可见的，通过该区域，接收机组件可以从卫星接收视线信号。
[0022] 在一个实施例中，在一个位置的各个方向上确定障碍物的高度。根据障碍物的高 度变化，识别可见区域，其中，每个可见区域通过该区域中的建筑物的最大高度来界定。每 个区域可进一步通过与某些建筑物所位于的边界对应的方位角范围来界定。可见区域的大 小可以变化。区域可以是有大小的，因此卫星将要在某个时间点通过该区域。可替换地，非 可见区域的大小可以被定为没有卫星通过的方位角范围。当搜索卫星时，这样的非可见区 域可被发射机的接收机组件忽略。在一些实施例中，发射机可以通过分析在一段时间（例 如，一个或多个24小时窗口）期间的卫星测量的质量，以及这些测量的起始点来自动确定 非可见区域和/或可见区域。同一颗卫星的不可接受的测量（例如，多路测量）和可接受 的测量（例如，视线测量）之间的比较能够被做出，以用于确定沿特定的方向的仰角掩膜。
[0023] 接收机不需要在一个特定的卫星穿越空中时，看该特定的卫星。该接收机可以对 空中采样，以获取在不同区域（例如，方位角范围）中、位于不同海拔的卫星。由于其位置 是预先勘测的，该接收机能够根据这些不同的卫星确定测量残差。如果该残差在一定的阈 值范围内，该卫星可以被视为是可靠的，否则它们可以被丢弃。通过这种方式，接收机能够 潜在地识别仰角，该仰角生成针对每个方位角面元（bin)的可靠的测量。
[0024] -旦可见区域被识别出，中断周期可以被确定。中断周期可以被定义为当最小数 量的卫星在穿过一些或全部可见区域的位置处不可见的时段。根据发射机的需要，最小数 量可以不同，但是通常是至少一颗卫星。
[0025] 上述过程可以针对其他位置重复。可以进行位置之间的比较，以便为发射机确定 相对于其他位置的最佳位置。例如，最佳位置可以为，当该位置的中断周期相比于其他位置 的中断周期而言具有最小长度时，或者当该中断周期是在对发射机低需求的时期。一旦放 置，发射机可以自适应掩膜模式运行。当然，除了卫星可见性的其他考虑（像由与移动接收 机有关的发射机的射频传输覆盖）可限制发射机被放置的位置。
[0026] 自适应掩膜
[0027] 图2描述了接收机组件240a在其中运行的环境200。该接收机组件240a可以包 括任意数量的接收机，包括卫星（例如，GPS)或陆地接收机。需要注意的是，该接收机组件 240a(其可以为位于预定位置处的基站的一部分）能够以仅时间模式运行，这需要来自卫 星295a-b中的一者的视线信号。因此，针对接收机组件240a运行的一种解决方案为，选择 海拔掩模角，