专利名称：码分多址系统中的短码定时偏移的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统。更具体说，本发明涉及在导频信道上，把伪噪声(PN)码从基站发送至用户单元的码分多址(CDMA)通信系统。
背景技术：
地面通信系统已经提供常规的无线通信业务多年。这些业务包括，例如其中有，蜂窝电话业务、传呼、互连网接入、和数据传送业务。
因为比其他无线电频谱利用率方案，如时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)系统的无线电频谱利用率方案，码分多址(CDMA，如IS-95)无线通信系统有明显的优点，所以已经使码分多址(CDMA，如IS-95)无线通信系统变得特别流行。特别是，由于改善了编码和调制密度、干扰抑制、多径容差、和任一通信小区中同一频谱的再使用，从而提高了CDMA系统的效率。CDMA通信信号的格式，还使它的呼叫极其难以截接，因而更有效地保守呼叫方的秘密和为抵制作弊提供更大的免疫力。
图1画出按照现有技术的地面CDMA系统100的简化方框图。网络100包括与基站收发信机(BTS)103耦合的一个或多个基站天线102。每一BTS 103通过天线102及用户链路104，与移动用户106携带的用户单元通信。实质上，BTS调制并解调用户链路104上交换的信息，BTS还把信号转换为用户链路上使用的格式，和把用户链路上使用的格式转换为信号。
BTS 103还与移动交换局(MSO)110耦合。MSO 110包括把蜂窝网与公共交换电话网(PSTN，未画出)对接的交换机。因此，当网络数据由PSTN始发或发向PSTN时，该数据通过MSO 110路由。BTS 103与MSO 110之间的连接，可以是直接连接(如用光纤或电话(如T1)链路105)，或者，该连接108可以通过其他BTS 103，经链路108链接。
网络100还包括操作及维护中心(OMC)111，该中心配备人工操作员，对从MSO 110、BTS 103、和/或其他网络单元或外部源接收的状态消息和控制消息进行评估。这些消息可能包括，例如网络设备某部分失效，和/或网络各部分运行情况如何。根据收到的消息，OMC操作员可以启动网络的改变，请求各网络单元改变它们的操作。
在CDMA系统中，把来自多个用户的数据，在频谱的相同部分上扩展。每一用户单元的基带数据信号与称为“扩展码”的码序列相乘，该扩展码的速率比数据高出许多。按此方式扩展的数据，可以得到比基带数据信号更宽的传输频谱，因而该技术被称为“扩展频谱”。
扩展码通常是伪噪声(PN)码，它包含确定的比特数。不同长度的PN码，可用于各种不同的目的。一种特定类型的PN码，是“短码”，每一BTS在网络的导频信道上，周期地调制并发送该短码。导频信道的帧与短码一样长，并从每一导频信号帧的开始以均匀的间隔偏移，该均匀间隔的偏移被称为“偏移”。每一BTS周期地在导频信道上，按某一偏移发送短码，该偏移与其他BTS开始发送短码的偏移不同。这些不同的偏移通常由OMC 111或MSO 110指配。在导频信道帧连续相继的每一帧中，所有BTS都应按它们被指配的偏移，开始发送短码。
图2按照现有技术画出的定时图，表明多个BTS按不同的偏移开始发送短码。特别应该指出，图上画出五个BTS在导频信道上发送短码的定时图201-205。此外，还画出定时图206，该定时图表明后面要说明的搜索窗207，在该搜索窗内，用户单元应搜索某一特定BTS的短码的开始。在图2所示的例子中，BTS 1的201按偏移1开始发送短码、BTS 2的202按偏移3开始发送短码、BTS 3的203按偏移5开始发送短码、BTS 4的204按偏移2开始发送短码、和BTS 5的205按偏移4开始发送短码。
通常，有许多比图2所示更多的偏移，可供系统的BTS用于开始发送短码。例如，IS-95协议指定512种偏移可供一导频信道帧内使用，且每一偏移与先前的偏移相隔64码片。这一点意味着短码的长度是512×64码片。
用户单元监控导频信道，并尝试与该用户单元能够越区切换到的候选BTS同步。图3按照现有技术，画出用户单元从一个BTS越区切换至另一个BTS时所用方法的流程图。该方法开始于方框302，此时，正在网络上通信的每一用户单元，从该用户单元当前同步的BTS的控制信道，接收越区切换候选表，该越区切换候选表标明用户单元从理论上可能越区切换的各个备用BTS。越区切换候选表还标明每一候选BTS发射短码时的偏移。越区切换候选表周期地发送至用户单元，不过为便于说明，图3只画出接收的单张越区切换候选表。
在方框304，用户单元监控导频信道，并尝试与候选的BTS发送的短码同步。用户单元知道该短码，并尝试在称为“搜索窗”的时间窗内，把知道的短码与导频信道信号相关，该搜索窗对应于每一候选BTS的偏移。由于用户单元与每一BTS的距离对信号产生路径延迟，所以搜索窗有一定的宽度，以计及各候选BTS与用户单元可能的距离范围产生的路径延迟。地面网络通常知道该范围，因而该搜索窗可由系统规定。一般说，选择的搜索窗至少与偏移长度一样窄，以便能把最大数目的偏移指配给各个BTS，也便于用户单元能快速搜索特定的短码。
在方框306，对每一越区切换候选BTS，用户单元通过找出已知短码与接收信号之间的高相关度，测量该BTS信号的功率。在方框308，用户单元确定，该功率是否充分大于当前BTS发送的功率。如果否，则如图示，重复该过程。如果是，则在方框310，用户单元请求越区切换至该候选BTS，方法结束。越区切换之后，因为用户单元与新的BTS同步，所以用户单元能用另一种已知的PN码，对从新的BTS接收的数据消扩展。
为了系统提供最大数量的偏移(从而最大数量的候选BTS)，搜索窗必须至少与偏移长度一样窄。采用该种限制的系统，使它不可能让用户单元与距该用户单元超过某一距离的BTS同步。这是因为离得太远的BTS发送的短码，不可能在该搜索窗跨越的时间内，到达该用户单元。因此，即使某特定BTS有能力向某一用户单元提供服务，但只要它离该用户单元太远，它也不能为之提供服务。
一种解决方案是加宽每一候选BTS的搜索窗。但是，该解决方案的一个不良结果是，如果搜索窗的宽度超过导频信道偏移宽度，可用于指配的偏移便更少。在此情形下，可用的候选BTS数量，比最大数量要少。此外，用户单元搜索每一短码的时间更长。
需要一些方法和装置，能让最大数量的候选BTS成为潜在的可供某一用户单元向之越区切换的BTS。此外，需要一些方法和装置，哪怕某一BTS离某一用户单元比预定搜索窗允许的还远，也能让该用户单元与该BTS的短码同步。
图1按照现有技术，画出地面蜂窝通信网络简化的方框图；图2按照现有技术，画出定时图，表明多个BTS按不同的偏移发送短码；图3按照现有技术，画出用户单元从一个BTS越区切换至另一个BTS时所用方法的流程图；图4按照本发明的一个实施例，画出机载蜂窝通信网络简化的方框图；图5按照本发明的一个实施例，画出BTS、航空器、及用户单元之间通信路径的各种例子；图6按照本发明的一个实施例，画出BTS机组与航空器投射的覆盖脚印内各个小区之间的通信路径；图7按照本发明的一个实施例，画出控制中心用来确定报告的偏移与发送偏移的方法的流程图；图8按照本发明的一个实施例，举例说明多个重叠小区的偏移方案；图9按照本发明的一个实施例，画出一定时图，举例说明报告的偏移与发送偏移之间的差值；图10按照本发明的一个实施例，举出越区切换候选表的一个例子；图11按照本发明的一个实施例，画出计算可变延迟并把可变延迟加在短码上的方法的流程图；图12按照本发明的一个实施例，画出BTS在导频信道上发送短码的方法的流程图；和图13按照本发明的一个实施例，画出BTS简化的方框图。
具体实施例方式
本发明的方法和装置，是在综合机载收发信机与目前地面蜂窝通信网络的蜂窝通信网络中实施的。机载收发信机与目前地面蜂窝通信网络的综合，在本文中被称为“机载蜂窝网络”或“机载网络”。这些术语并不意味着网络的所有小区都由机载收发信机提供，虽然这是可能的，如在一个实施例所示那样。
每一机载收发信机，是航空器载运的有效载荷的一部分，且收发信机在蜂窝用户单元与一个或多个BTS间提供通信链路。在该机载网络中，每一航空器努力保持较稳定的航线，通常是在固定的地理区域上空。机载收发信机投向该地域的小区或天线束，在该地区内提供通信覆盖。
在一个实施例中，机载网络与常规地面蜂窝网络的结合，基本上无需改变网络的基础设施(如BTS、MSO、以及蜂窝通信设备)。实质上，机载收发信机被用作蜂窝设备与一个或多个BTS间插入的转发器。
常规的地面网络与本发明的机载网络之间的一种差别，在于BTS与用户单元之间的路径长度加于导频信道短码定时的影响。BTS与用户单元之间的路径，包括BTS与航空器之间的路径，和航空器与用户单元之间的路径。该路径一般比地面网络中BTS与用户单元的路径基本上更长。因此，BTS与用户单元之间发送的信号的路径延迟，在机载网络中要长得多。这就意味着，按特定偏移发送的短码，用户单元在搜索窗内是看不见该偏移的。换而言之，用户单元可能估计某特定短码约在偏移10开始，但由于机载系统更长的路径延迟，该短码可能直至约在偏移13才到达。
下面还要更详细说明，本发明的方法和装置，令BTS按不同于被报告给用户的偏移发送短码，从而解决路径延迟问题。因此，例如，BTS将按偏移10发送短码，但用户单元被通知在约偏移14来搜索短码。发送的偏移与报告的偏移之差，补偿了机载网络中固有的较长的路径延迟。当出现航空器航线较大偏差时，例如由于天气条件或空中交通控制指令，基本上改变了路径长度特性时，也可以用不同的发送偏移。
常规的地面网络与本发明的机载网络之间的另一种差别，在于航空器有效载荷提供的通信小区，与地面网络不同，不是相对于地面固定的。下面将要说明，每一航空器向地上的用户单元提供多个通信小区，且每一小区能支持多个信道。随着航空器沿它的航线移动，这些小区在地面扫过，为保持蜂窝呼叫，必须在小区间进行越区切换。且在用户单元移进或移出地面基站提供的小区时，也能进行越区切换。
还有，航空器沿着它的航线移动，使各个通信信道的路径长度变长或变短。在本发明的一个实施例中，在向用户单元调制和发送短码之前，在BTS提供的路径延迟中，对短码实时地加上一可变延迟，补偿路径延迟相应的增加或减小。
图4按照本发明的一个实施例，画出机载蜂窝通信网络400的简化方框图。网络400包括常规地面网络各单元，包括基站天线402、MSO 404、多个BTS 406、和OMC 408。此外，网络400包括多个蜂窝用户单元401，这些用户单元可以是固定的或由移动用户412携带。
网络400还包括一个或多个航空器410、一个或多个BTS机组413、一个或多个航空器无线终端(ART)420、和一空中控制中心414。本文所用术语“控制中心”本身，或者是指空中控制中心414与OMC408之一，或者指它们二者。
本文所用“蜂窝用户单元”，是指通过无线电链路，向和/或从网络400的收发信机、接收机、和/或发射机，送出和/或接收信息的移动的或固定的通信设备。该收发信机、接收机、和/或发射机，可以属于基站天线402或属于航空器410。蜂窝用户单元，例如可以是蜂窝电话、传呼机、无线电设备、计算机终端、或任何通过无线电链路送出和/或接收数据的其他电子装置或网络。
航空器410例如可以是飞机、直升机、气球、飞艇、或任何驾驶的或无人的、固定翼的、旋转翼的、和比空气轻的能载运有效载荷的飞行器。在一个实施例中，该航空器是飞机，其飞行员负责该飞机的飞行(如操纵手动控制和自动导航系统)和与空中交通控制(ATC)和航空器操纵中心(AOC)(未画出)进行口头通信。
在一个实施例中，航空器还包括航空器飞行管理系统(AFMS)(未画出)。该AFMS包括自动导航系统、GPS设备、航空电子学设备、数据收集设备、和控制设备。其中，AFMS负责通过自动导航系统，维持正确的航线和航迹。航空器的航线是航空器当前或将来位置(如纬度、经度、和/或高度)与方位的瞬间描述、和/或航空器应沿之飞行的路径的描述。在个别实施例中，能够把服务于某一特定地区的任务，分配给一个或多个航空器。本文使用的术语“航空器”，包括航空器本身、AFMS、和航空器的有效载荷。
每一航空器410载运的有效载荷，是用作网络ART 420(从而BTS机组413)与多个蜂窝用户单元401之间的收发信机或转发器。航空器的有效载荷，包括天线、射频(RF)放大器、RF转换器、和可能的模数(A/D)和数模(D/A)转换器。在个别实施例中，有效载荷的天线，可以是相控阵列天线、反射器、喇叭天线、曲面天线、或其他类型的天线。有效载荷还包括用于控制该有效载荷天线、转换器和其他设备的计算设备。
如上所述，有效载荷的作用，是作为蜂窝用户单元401与ART 420之间数据通信的收发信机或转发器，蜂窝用户单元401及ART 420各与一个或多个BTS机组413耦合。在一个实施例中，有效载荷在某一频率范围中与ART 420通信，在另一频率范围中与蜂窝用户单元401通信。航空器有效载荷通过ART链路422，从ART 420接收RF信号，把信号下变频至适当的蜂窝频率，又把蜂窝信号通过用户链路411，提供给与用户412有关的蜂窝用户单元。在反向路径上，航空器有效载荷从蜂窝用户单元401接收RF信号，把信号上变频至ART链路422使用的频率范围，又把上变频的信号发送至ART 420。在一个实施例中，与ART 420交换的RF信号，其频率在C频带(如3-8GHz)内，又在约800-1800MHz的频率范围内，与蜂窝用户单元交换RF信号。在别的实施例中，与ART 420或蜂窝用户单元交换的信号，可以在其他范围的频率上，尤其与使用的通信协议类型有关。
在一个实施例中，网络400还包括空中控制中心414，该中心通过天线416及航空器测距和控制链路418，与航空器410通信。空中控制中心414是分布的或集中的计算设备，包括航空器操纵控制器(AOC)(未画出)和子系统状态及控制装备(SS&C)(未画出)。AOC与SS&C的基本功能，是接收关于航空器飞行参数及天气的信息，从这些参数及天气信息导出控制消息，又把控制消息送至网络400的机载装置或地面各部分内的装置。此外，在个别实施例中，飞行员能够与AOC进行口头通信，或能够把改变输入航空器的自动导航系统，导航系统随后把这些改变发送至AOC。
在一个实施例中，航空器有效载荷从AFMS收集有关航空器飞行参数的信息，并周期地在RF链路418上，把信息发送至空中控制中心414。该飞行参数信息可以是航空器航线、位置、高度、或说明航空器当前状态或需要的未来状态等飞行特性的全部或部分描述。航空器位置包括航空器高度、纬度、经度、和/或其他信息(如距某一陆标的距离或方向)。除收集并发送飞行参数信息至空中控制中心414外，航空器有效载荷还通过RF链路411，向用户412的多个蜂窝用户单元401提供通信信道。
为了分别与ART 420和MSO 404通信，空中控制中心414通过ART控制链路428和MSO控制链路430交换消息。在一个实施例中，链路428和430是硬连线链路(如同轴电缆或光纤光缆)，但在其他实施例中，链路428和430的任一个或两者，可以是无线电链路。
虽然图4中画出的空中控制中心414，位于单个设施内，但控制中心414的各部分可以位于分开的设施内。例如，在个别实施例中，控制中心的部分或所有功能，可以位于MSO 404、OMC 408、ART 420、BTS 406、航空器410、或其他设施(未画出)内。
如上所述，在一个实施例中，网络400包括一个或多个MSO 404。MSO 404的功能，是作为移动交换中心(MSC)和作为基站控制器(BSC)。作为MSC，MSO 404把网络400与PSTN(未画出)和/或其他网络对接。作为BSC，MSO 404控制所有或一些网络基站的天线402、BTS 406、BTS机组413、和ART 420。在某些情况下，MOS404接收改变偏移的信息，BTS 406、413用这些改变了的偏移，在导频信道上发送它们的短码。在一个实施例中，该信息发自OMC 408。在其他实施例中，该信息可能来自空中控制中心414或其他网络单元。
MSO 404通过链路432与BTS 406和BTS机组413通信。在一个实施例中，链路432是硬连线链路(如同轴电缆或光纤光缆)，虽然在其他实施例中，它们可以是无线电链路。
在一个实施例中，网络400还包括OMC 408，与MSO 404在同一位置。在另外的实施例中，OMC 408包含在MSO 404的分开的设施内或分布在多个设施上。
OMC 408由操作员人工操作，他对从MSO 404、航空器410、BTS406、BTS机组413、ART 420、和/或其他网络单元或外部源接收的状态消息及控制消息，进行评估。这些消息例如指出网络装备的某一部分已经失效，和/或网络装备各部分的运行状况。
OMC 408接收各种遥测信息、状态信息、和控制信息，并确定网络应作何种改变。在一个实施例中，OMC 413能直接或间接与MSO404、BTS 406、BTS机组413(多个BTS)、ART 420、基站天线402或航空器410通信，令这些网络单元的一个或多个，根据接收的遥测消息、状态消息、和控制消息，改变它们的操作。在个别实施例中，其他网络单元，如空中控制中心414或某些其他自动或人工机构，也能或另外使网络发生改变。
在一个实施例中，OMC 408计算各BTS在导频信道上发送短码的偏移(本文称为“发送偏移”)，并且还确定用户单元在查找BTS短码时使用的偏移(本文称为“报告的偏移”)。然后，OMC 408从这些偏移导出一个或多个控制消息，送至MSO 404、BTS 406、和/或BTS机组413。这些控制消息能使各BTS确定何时发送它们的短码，或对MSO 404，这些控制消息能使MSO 404控制各BTS的操作。
控制消息可以包括各偏移本身，或可以包括从这些偏移导出的指令和其他信息。例如，控制消息可以包括发送偏移和报告的偏移，或者，控制消息可以包括这些偏移之一及指出该两者之差的差值。另外，该消息可以包括发送偏移或一差值，以及包含报告的偏移的越区切换候选表。
在一个实施例中，为了影响一个或多个BTS 406、413的操作，OMS 408向MSO 404送出控制消息。MSO 404接着使用控制消息中的信息，控制一个或多个BTS 406、413的操作。在某些情形中，MSO404直接向BTS 406、413发出控制消息。在其他情形下，MSO 404可能评估该控制消息，并导出修改的控制消息，送至BTS 406、413。
当BTS 406、413从MSO 404收到原来的或修改的控制消息时，在BTS 406、413通过导频信道发送它们的短码时，利用该消息内的偏移信息进行控制。BTS 406、413可以通过硬连线链路或通过无线电链路，经过基站天线402，接收控制消息。在其他实施例中，BTS 406、413可以经过航空器410和ART 420，从OMC 408接收控制消息。
图5按照本发明的一个实施例，画出BTS机组502、航空器504、与用户单元506之间通信路径的各种例子。如上所述，航空器504按航线508在特定地理区域上空飞行。在按该航线飞行时，航空器504作为收发信机，使BTS机组502与一个或多个用户单元506之间转发信号。
当航空器504沿它的航线508到达第一位置510时，BTS 502与用户单元506之间的通信路径的路径长度，约等于BTS 502到航空器504的链路512长度，与航空器504到用户单元506的链路514长度之和。同样，当航空器沿它的航线508到达第二位置516时，路径长度约等于链路518与520长度之和。
在通信路径上发送的消息(如短码)经历的路径延迟，与整个路径长度成正比。该路径长度越长，路径延迟越大。因此，在路径512、514发送的消息，经历的路径延迟比在路径518、520发送的消息更长。
由于航空器510通常以较高的高度飞行，以提供大面积的覆盖区，所以BTS 502与用户单元506之间的路径长度，基本上比现有技术的地面系统经历的路径长度更长。因此，按照现有技术的方法，BTS 502发送的短码，不可能在与该BTS 502预定偏移有关的搜索窗内，到达用户单元506。此外，由于航空器按它的航线508而出现的路径长度的变化，可以使发送的短码偏移，并且使检测该短码必需的搜索窗沿该航线变化。
按照本发明的一个实施例，这些问题可以通过应用下述两种技术之一或两者而解决1)以不同于用户单元搜索(即报告的偏移)的偏移(即发送偏移)发送短码；和2)在BTS调制和发送短码之前，对该短码加上可变的延迟。利用第一种技术，发送偏移与报告的偏移，由控制中心根据预测的航空器航线确定。这些偏移彼此相差某一差值，该差值补偿预测的路径延迟。控制中心把发送偏移和报告的偏移送至BTS。BTS 502开始按发送偏移发送短码，但稍晚才把查找短码的报告的偏移通知用户单元506。
利用第二种技术，航空器按它的航线508飞行时出现的路径长度变化，在BTS 502调制和发送短码前，由加在短码上的可变延迟补偿。利用不同的发送偏移和报告的偏移，以及加上可变延迟的过程，将在下面更详细地说明。
在一个实施例中，每一航空器510向控制中心送出指示该航空器位置的信息。利用该航空器位置，控制中心能够与BTS 502通信，使之改变短码的发送偏移，以便获得最佳的网络性能。
航空器510偶尔会请求基本上偏离它的正常航线508。这可能由于如雷暴522等天气事件，或者如空中交通控制(ATC)指令等其他事件。此时，航空器510可能按不同的航线524飞行。这样将产生比航空器按它的正常航线遇到的路径延迟甚至更大的路径延迟。例如，如果航空器510沿不同的航线524到达位置526，则路径长度将近似为链路528和530之和。该路径长度比正常出现的路径长度基本上更长。
在一个实施例中，大的路径长度偏差，如果需要，则在偏差发生之时，可由改变报告的偏移和/或发送偏移得到实时补偿。控制中心收到指示航空器位置变化的遥测数据，重新计算发送偏移和/或报告的偏移，并把说明新的偏移的信息，送至有关的BTS。在另一个实施例中，路径长度大的偏差，可以通过改变加于BTS短码的可变延迟来处理。
除了因航空器位置产生的路径长度偏差外，在航空器小区脚印的各小区内的通信路径，可能有十分不同于其他小区的路径长度，足以保证上述两种技术之一或二者的应用。图6按照本发明的一个实施例，画出BTS 601-603与航空器608投射的覆盖脚印606内各小区604之间的通信路径。
在覆盖脚印606内，投射在脚印606内的多个小区604的每一个，都被提供了多个通信信道。在一个实施例中，每一小区604与一个BTS601-603相联系。因此，如果N个小区出现在脚印606内，那么，与该脚印相联系的BTS机组中，应包括N个BTS 601-603。
在一个实施例中，脚印606的半径约在50-200公里的范围，虽然在其他的实施例中，可以采用更大的或更小的脚印半径。此外，在一个实施例中，小区半径约在5-25公里的范围，虽然在其他的实施例中，可以采用更大的或更小的小区半径。在画出的实施例中，脚印606包括13个小区604，无论哪一个小区，每小区都提供1-300个信道。在别的实施例中，脚印606内可以包括或多或少的小区604，且每一小区按不同的范围提供信道的数量。
航空器608与陆地之间链路的长度，对不同的小区可以不同。例如，中央小区612的路径长度610，比脚印606周边的小区616的路径长度614短。虽然与脚印606内的小区配置有关，但对每一小区，路径长度之差十分大，足以保证与BTS有关的发送偏移和报告的偏移间有不同的差值。
按照本发明的各个实施例，航空器的小区间路径长度的不一致，可以通过对一些BTS用不同的差值来补偿，和/或在导频信道上对短码进行调制和发送之前，通过加上不同的可变延迟来补偿。
图7按照本发明的一个实施例，画出控制中心用来确定报告的偏移与发送偏移的方法的流程图。为各个网络BTS确定偏移时，重要的是，控制中心要保证，按指配给某一BTS小区的偏移发送的短码，不能与按指配给另一BTS小区的偏移发送的短码发生干扰。例如，如果有重叠小区的BTS，按大致相同的偏移(如在偏移的搜索窗内)发送它们的短码，那么就可能发生干扰。在此情况下，用户单元要识别哪一BTS发送哪一短码，是不可能的。
因此，在方框702，本方法以识别由航空器和/或地面基站提供的重叠小区开始。通常，航空器提供的相邻小区，彼此存在某种程度的重叠。因此，在一个实施例中，控制中心应识别作为重叠小区的相邻小区。此外，航空器提供的小区可能与地面基站提供的小区重叠。根据航空器预测的航线，以及对地面小区位置的了解，控制中心能确定哪些航空器小区将与哪些地面小区重叠。
在本发明的机载系统的一个实施例中，偏移的分配考虑了如下事实航空器提供的小区是在地面上移动的。当航空器沿它的航线飞行时，航空器小区的偏移，最好不会与航空器小区扫过的地面BTS发送的短码产生干扰。因此，在一个实施例中，在航空器围绕它的航线的整个飞行中，重叠的小区能被识别。在整个航空器围绕它的航线的飞行中，能够据此确定各偏移，使发送的短码不会与其他发送的短码发生干扰。在另外一个实施例中，各偏移可以随航空器沿它的航线飞至不同位置而改变。
重叠的小区一旦已经确定，在方框704，控制中心按照在地面上观察到的短码偏移来确定各短码的偏移，并在控制信道中报告各用户单元。这一确定产生一偏移“方案”，该方案把各偏移映射至航空器提供的小区和地面的小区。
图8按照本发明的一个实施例，举例说明按照在地面上的观察，对多个重叠小区确定的偏移方案。按照本发明的一个实施例，六边形小区801、802、803、804、805、806、和807，代表航空器在它的航线上某点提供的小区。圆圈形小区811、812、和813，代表地面基站通过基站天线814提供的小区。
举例的偏移与每一小区801-807、811-813有关。在一个实施例中，这些偏移由控制中心指配。用小区804作为起始点，控制中心能识别，小区801、802、803、805、806、807、与811是重叠的小区。因此，控制中心将把不会与小区804按偏移发送的短码发生干扰的偏移，指配给每一个重叠的小区。图上画出的小区804的偏移是14，而图上画出的每一个重叠的小区，有不同的偏移。因此，设计的偏移在航线的该点，不会使小区804与任何重叠小区之间产生干扰。
在某些情形下，偏移可以再使用。具体说，偏移能够在非重叠小区上再使用。因为小区802与806不相邻，也不重叠，所以控制中心可以把同一偏移指配给该两个小区。在图上所示例子，该两个小区的偏移都是3。控制中心还可以把相同偏移给予地面基站提供的小区和航空器提供的小区。不过，在一个实施例中，控制中心应确定，在实施任何该类再使用之前，航空器提供的小区不会扫过该地面小区。
方框704确定的偏移，对应于向用户单元报告的偏移。换句话说，这些报告的偏移向用户单元指出搜索各BTS发送的信号短码的时间。在一个实施例中，报告的偏移以越区切换候选表的形式，送至用户单元。下面还要详细说明，越区切换候选表由与用户单元同步的BTS，周期地发送至各用户单元。在其他的实施例中，该偏移可以用某些其他消息格式送至用户单元。
确定了报告的偏移之后，在方框706-710，控制中心确定发送偏移，该发送偏移指出各BTS开始发送它们的短码的时间。对航空器提供的小区，发送偏移应计及BTS与用户单元经过航空器的长的路径所涉及的路径延迟。
在方框706，在一个实施例中，控制中心为各航空器提供的小区，计算从某一BTS，经过航空器，再到与该BTS的小区对应的地面区域的路径长度。该计算涉及确定该BTS到航空器的链路长度、和确定航空器到每一小区中地面的链路长度。然后，控制中心计算该第一和第二链路之和，其和就等于路径长度。在一个另外的实施例中，控制中心计算航空器提供的所有小区的平均路径长度。该平均路径长度是该BTS到航空器的链路长度，与航空器到各航空器提供的小区中地面的链路平均长度之和。在个别实施例中，也可以使用别的计算，即计算近似的整个路径长度。因此，路径长度仅是近似于第一和第二链路长度之和。
确定了路径长度(或长度)之后，在方框708，控制中心计算BTS发送的信号到达地面用户单元经历的路径延迟。对各航空器提供的小区，该路径延迟近似等于该路径长度除以RF信号在空气中的传播速度。
在一个实施例中，该路径延迟以秒的分数表示。因为偏移是以码片计量的，所以在一个实施例中，路径延迟要转换为码片。然后，把对应于路径延迟的码片数转换为“差值”的值。该差值表示偏移的数量，并用每偏移的码片数除对应于路径延迟的码片数来计算。例如，控制中心确定，路径延迟对应于215码片。按照IS-95，每一偏移分配64码片，215码片对应于3.4个偏移。在一个实施例中，该差值四舍五入或舍去小数部分，成为最接近的整数。因此，本例子的差值将是3个偏移。
然后，在方框710，控制中心利用该差值，确定各个BTS发送短码的偏移。对特定的BTS，该发送短码的偏移，等于该BTS的报告的偏移减去该差值。图9按照本发明的一个实施例，画出一定时图，举例说明报告的偏移与发送偏移之间的差值。报告的偏移902等于偏移数4，而发送偏移等于偏移数1。因此差值906等于3个偏移。在一个实施例中，发送偏移经常早于或等于报告的偏移。但是，在某些实施例中，当差值把发送偏移移进前一导频信道帧中时，由于短码传输的周期性质，可能出现发送偏移晚于报告的偏移。
在方框712，控制中心产生包含报告的偏移的越区切换候选表。图10按照本发明的一个实施例，举出越区切换候选表的一个例子。该越区切换候选表指出，用户单元在理论上可以越区切换至与报告的偏移1002对应的各BTS 1004。基本上，越区切换候选表包括先前在方框704中确定的报告的偏移。
在一个实施例中，用户单元从与之在控制信道上同步的BTS，接收越区切换候选表。对越区切换候选表中列举的每一个BTS，用户单元围绕该BTS对应的偏移，在导频信道上搜索短码。例如，用户单元围绕偏移数14，在搜索窗上搜索与BTS 1对应的短码。
图10还举出各个BTS的发送偏移1006的例子，虽然这些偏移，不包含在一个实施例中的越区切换候选表内。利用前一个例子，BTS 1在偏移数9期间发送它的短码，而报告的偏移是14。因此，报告的偏移与发送偏移的差值，是5个偏移。所以，在用户单元搜索BTS 1的短码前，BTS 1发送短码5个偏移。
在其他的实施例中，越区切换候选表将在过程的较早时间产生。不过，为了说明的目的，也为了把该表的报告的偏移与举例的发送偏移比较，图上所示方框，是在确定发送偏移之后产生的。
回头参考图7，在方框714，向各个BTS发送偏移信息。在一个实施例中，该偏移信息能够直接从控制中心发送，或者能够经过MSO向各BTS发送。
偏移信息包括越区切换候选表和标识每一个BTS发送偏移的信息。在一个实施例中，标识发送偏移的信息就是发送偏移本身。在另一个实施例中，不是送出该发送偏移，而是送出差值，并且，各BTS发送偏移的计算，是从越区切换候选表的报告的偏移中，减去该差值。
在方框716，BTS开始用适当的发送偏移来发送它的短码，并在它的控制信道中把报告的偏移送至各用户单元。在一个实施例中，BTS以越区切换候选表的形式，送出报告的偏移。在某些情况下，可以通知BTS等待一段时间，直至实现新的发送偏移，并把新的报告的偏移送至用户单元。方法至此结束。
如前所述，当航空器沿它的航线飞行时，路径长度的变化，可能导致某BTS发送的短码，被地面以不同于报告的偏移的偏移接收。在一个实施例中，上述问题可以在航线上某些确定点，通过周期地改变发送偏移而补偿。但是，该补偿过程可能导致用户单元与BTS短码同步能力的瞬发性波动。
在另一个实施例中，不是周期地改变发送偏移，而是使BTS短码的发送按实时延迟，以便在航空器沿它的航线飞行时，适应路径长度的变化。这一点可以向BTS添加延迟单元，在短码被调制并通过导频信道发送至用户单元前，把可变延迟加在短码上，从而实现上述适应路径长度的变化。
在一个实施例中，系统是这样计算可变延迟的路径延迟+可变延迟＝预定常数。该预定常数的选择如下在正常运行时，可变延迟应经常大于或等于零。因此，不论沿其航线的航空器在何处，加在BTS发送的短码上的总延迟，都将相同。这一点意味着，当路径延迟为最小时(即，BTS与用户单元之间的路径较短)，可变延迟值将是最大。另一方面，当路径延迟为最大时(即，BTS与用户单元之间的路径较长)，可变延迟值将是最小。
图11按本发明的一个实施例，画出计算和加上可变延迟的方法的流程图。在方框1102，当控制中心收到指示航空器当前或将来位置的信息时，方法开始。该信息可以发自航空器(如，从航空器发向地面的遥测消息)，或发自跟踪航空器位置的其他源。
在方框1104，控制中心根据航空器位置，计算BTS与地面之间的路径延迟。在一个实施例中，该计算能对每一个航空器提供的小区进行，或者，在另一个实施例中，能够计算平均路径延迟。
然后，在方框1106，控制中心从预定的常数中减去路径延迟，计算可变延迟。该可变延迟在各个实施例中，可用秒的分数、时钟周期、或某些别的方式表示。
在方框1108，把可变延迟信息送至BTS。在一个实施例中，只有送至BTS的最后可变延迟已经发生改变时，才送出可变延迟信息。在另一个实施例中，每计算一次，都发送一次可变延迟信息。之后，在方框1110，BTS利用可变延迟信息，延迟它的短码的发送，然后，如图11所示，重复执行本方法。
图12按照本发明的一个实施例，画出BTS在导频信道上发送短码的方法的流程图。在方框1202，当BTS收到可变延迟信息，和/或标识短码的发送偏移与报告的偏移的信息时，方法开始。如前面结合图11所述，可变延迟信息指示BTS把多少延迟加在它的短码上，以保持总的路径延迟等于预定的常数值。还有，如前面结合图7所述，标识短码的发送偏移与报告的偏移的信息，可以取发送偏移数、差值、越区切换候选表、和/或某些其他类型信息的形式。
在方框1204，BTS在它的控制信道上发送报告的偏移。在一个实施例中，这一步是在控制信道上发送越区切换候选表完成的。BTS通过向用户单元发送报告的偏移，指示用户单元何时搜索用户单元可以越区切换的所有BTS的短码。
在方框1206，BTS用发送偏移产生它的短码。如前所述，发送偏移等于或早于报告的偏移，且各偏移间的差值，依赖于路径的长度。任何正在搜索BTS短码的用户单元，按此方式应在报告的偏移的搜索窗内收到短码。
在方框1208，为了补偿航空器沿航线飞行出现的路径长度偏差，BTS应用可变延迟来产生短码。在一个实施例中，这一步的实现，是通过在缓存器中让短码比特排队，并调整这些比特从缓存器读出和送至BTS调制器所需时间而完成的。本实施例将在下面更详细地说明。
然后，在方框1210，对短码进行调制，并在方框1212，在导频信道上发送。然后，本方法如图所示重复，BTS用收到的信息，继续送出报告的偏移，并产生、延迟、调制、和发送短码，直至从控制中心收到新的可变延迟、和/或偏移信息为止。
在图12所示实施例中，该两种技术，即利用可变延迟和利用不同的发送偏移及报告的偏移，是结合起来使用的。在其他的实施例中，只用一种技术，而不是两种技术，来补偿路径延迟和因航空器航线产生的路径延迟变化。
图13按照本发明的一个实施例，画出BTS简化的方框图。在一个实施例中，BTS包括短码发生器1302、短码调制器1306、RF发射机1308、系统接口1310、和控制信道消息发生器1312。
系统接口1310从控制中心接收控制消息。在一个实施例中，这些控制消息包括偏移信息。该偏移信息指出BTS发送它的短码时使用的发送偏移，还指出BTS应通报用户单元的报告的偏移。控制信道消息发生器1312产生的消息，在一个实施例中，包括报告的偏移信息，且该信息要在控制信道上，经过RF发射机1308送至用户单元。在一个实施例中，报告的偏移信息的形式，是越区切换候选表。
短码发生器1302利用偏移信息，确定在哪一个偏移中(即发送偏移)，它应开始产生它的短码。短码发生器1302在适当的发送偏移上，产生短码。在一个实施例中，该短码然后被短码调制器1306调制，并由RF发射机1308发送。
在另一个实施例中，BTS还包括缓存器1304和输出时钟1314。缓存器1304用来把可变延迟加到产生的短码上。在一个实施例中，缓存器1304有可变的长度，是先进先出(FIFO)缓存器。因此，在缓存器中的比特数，确定任何特定比特通过缓存器的时间有多快。从而，缓存器中的比特数，规定了加在该比特上的延迟。
在一个实施例中，输出时钟1314的频率，是根据系统接口1310接收的可变延迟信息而改变的。当可变延迟信息指示增加延迟的时候，则降低时钟频率，以便使更多比特在缓存器中积累。借助更多比特的积累，任一比特被计时而离开缓存器的时间也增加。当可变延迟信息指示降低延迟的时候，则增加时钟频率，以减小缓存器中的比特数。借助减小缓存器中的比特数，任一比特被计时而离开缓存器的时间也降低。在其他的实施例中，有许多其他方法可以使产生的短码比特延迟，本领域熟练人员根据本文的叙述，是容易了解的。
前面的详细说明是参照附图进行的，所以附图成为本说明的一部分，并且，附图是通过举出能够实现本发明的特定实施例画出的。这些实施例已充分详细地说明，本领域熟练人员能据此实施本发明。前述详细的说明使用的术语，是为了使本详细说明更易于理解。应当指出，在本说明中，这些术语及措辞不能被认为是对本发明范围的限制。
本领域熟练人员应当明白，本文出示的方法的操作及说明，能够按不同于参照各图说明的顺序执行。同样应当明白，虽然某些流程图有“开始”和“结束”方框，但一般说来，各流程图描述的方法是连贯地进行的。
还应指出，各图画出的方框图，仅为示意，不是按比例画的。某些比例可以放大，而另一些则可以缩小。这些图在于举出本发明的各种实施方案，以便本领域非熟练人员了解和适当实施。
本领域非熟练人员易见，任何为达到同一目的的安排，可以代替图示特定的实施例。例如，虽然本说明是在特定网络单元中实现本发明的种功能的，但有许多功能可以转移到其他单元。例如，控制中心的一些或全部功能，可以转移到地面蜂窝网络的OMC、MSO、BTS、和/或ART，或转移到航空器的有效载荷或AFMS。此外，OMC执行的一些或全部功能，可以由空中控制中心执行，反之亦真。还有，控制中心执行的某些路径长度及偏移的计算，可以由航空器或MSO计算。此外，虽然本说明是在导频信道上发送短码，但本发明可以应用于任何长度的任何PN码的发送，或把其他已知数据在导频信道上、控制信道上、数据信道上、或其他信道上发送。最后，虽然被说明的本发明，是在用航空器作收发信机的系统中实施的，但也可以在BTS与用户单元间使用直接链路的情形中实施，或在把其他设施(如转发器塔或其他固定的或移动的转发器或再发器)插入BTS与用户单元间路径的情形中实施。
本申请旨在涵盖任何属于本发明范围内的修改或变化。因此，前面的详细说明不应认为是限制，本领域熟练人员显然知道，在不偏离后面权利要求书表达的本发明的精神和范围下，可以在细节上、材料上、和各部分与操作的安排上作各种变化，这些细节、材料、和各部分与操作，已经为解释本发明的性质而说明和演示。
权利要求
1.一种在码分多址(CDMA)通信系统中控制伪噪声(PN)码发送的方法，该通信系统包括至少一个基站收发信机(BTS)和至少一个用户单元，该方法包括第一BTS发送代表第一偏移的数据，该第一偏移指出用户单元应该搜索第二BTS发送的信号中PN码的时间；由第二BTS产生PN码；和第二BTS按第二偏移指定的时间，发送包含该PN码的调制信号，其中该第二偏移指定的时间与第一偏移不同。
2.按照权利要求1的方法，其中该调制信号的发送，包括按第二偏移指定的时间，周期地发送调制的短码。
3.按照权利要求1的方法，其中第二偏移指定的时间早于第一偏移指定的时间一个差值，且该差值是第二BTS与用户单元间通信路径的路径长度的函数。
4.按照权利要求3的方法，其中该通信路径，包括在第二BTS与用户单元之间转发该调制信号的航空器，且该路径长度，约等于第二BTS到该航空器的第一链路长度，与该航空器到地面的第二链路长度之和。
5.按照权利要求4的方法，其中该航空器试图按航线飞行，且该差值按照航空器沿航线的位置而随时间周期地改变。
6.按照权利要求1的方法，其中发送数据，包括向用户单元发送一个越区切换候选表，其中该越区切换候选表为包括第二BTS的一个或多个BTS指示第一偏移，这些BTS是用户单元可以越区切换到的，又，该一个或多个BTS，按第二偏移指定的时间，发送调制的PN码，该第二偏移指定的时间与第一偏移不同。
7.按照权利要求1的方法，还包括使PN码的调制和发送延迟一段延迟时间，其中，该延迟时间，是按照第二BTS与用户单元之间通信路径的路径长度，随时间而变化的。
8.按照权利要求7的方法，其中延迟调制与发送包括改变调整时间的时钟频率，PN码的比特是按该时间提供给调制器的。
9.按照权利要求7的方法，还包括在调制和发送之前，把PN码存储在缓存器中，且其中延迟包括改变缓存器中PN码的比特数。
10.一种在码分多址(CDMA)通信系统中控制伪噪声(PN)码发送的方法，该通信系统包括至少一个基站收发信机(BTS)和至少一个用户单元，该方法包括确定第一偏移，该第一偏移指示用户单元应该搜索第一BTS发送的PN码的时间；确定第二偏移，该第二偏移指出第一BTS应该发送PN码的时间，其中该第二偏移与第一偏移不同；和把标识第二偏移的信息发送至第一BTS。
11.按照权利要求10的方法，其中确定第一偏移，包括识别多个BTS提供的小区重叠的地区；和确定第一偏移，使由第一BTS在该第一偏移指定的时间发送的PN码，不会与另一个BTS发送的PN码发生干扰。
12.按照权利要求11的方法，还包括为另外的BTS确定另外的偏移，使该另外的BTS发送的PN码不会出现干扰；和产生越区切换候选表，该表把第一偏移与第一BTS相关，并且把另外的偏移与另外的BTS相关，其中发送信息，包括把该越区切换候选表送至第一BTS。
13.按照权利要求10的方法，其中确定第二偏移，包括计算第一BTS与地面之间通信路径的路径长度；根据该路径长度，计算沿该通信路径发送的信号的路径延迟；和近似按第一偏移减去该路径延迟，确定第二偏移。
14.按照权利要求13的方法，其中该通信路径，包括在第二BTS与用户单元之间转发该调制信号的航空器，且确定该路径长度，包括计算第二BTS到该航空器的第一链路长度，与该航空器到地面的第二链路长度之和。
15.按照权利要求13的方法，其中的路径延迟，是按照航空器沿航线飞行的位置而变化的，该方法还包括向用户单元发送PN码前，计算第一BTS应加在该PN码上的延迟；和把标识该延迟的信息发送至第一BTS。
16.一种码分多址(CDMA)通信系统的基站收发信机(BTS)，该BTS包括伪噪声(PN)码发生器，在由第一偏移指定的时间产生PN码，其中，该PN码包括多个比特；把该多个比特调制成调制信号的调制器；和与该调制器耦合的射频(RF)发射机，把调制信号发送至用户单元，其中，已经通知该用户单元，在由第二偏移指定的时间搜索该PN码，且其中的第二偏移与第一偏移不同。
17.按照权利要求16的BTS，还包括在调制多个比特前存储该多个比特的缓存器，该缓存器有效地使PN码的调制和发送延迟一段延迟时间，其中该延迟时间，是按照第二BTS与用户单元之间通信路径的路径长度，随时间而变化的。
18.按照权利要求17的BTS，还包括调整时间的时钟，按该时间把PN码的比特提供给调制器。
19.按照权利要求16的BTS，其中RF发射机，经过转发调制信号的航空器，把调制信号发送至用户单元，又其中第一偏移与第二偏移的差值，是基于对应于该BTS与该航空器之间路径的路径长度，和该航空器与用户单元之间路径的路径长度的路径延迟。
20.按照权利要求16的BTS，还包括从控制中心接收标识该第一偏移信息的系统接口。
全文摘要
一种CDMA蜂窝通信网络(图4，400)，包括一个或多个航空器(410)，在基站收发信机(BTS，406、413)与用户单元(401)之间转发导频和控制信道信号。BTS在控制信道上，向用户单元发送越区切换候选表。越区切换候选表标明候选的BTS，这些候选的BTS，是用户单元在理论上可以越区切换的。此外，该表还向用户单元指出，应该按哪些偏移来搜索候选BTS通过导频信道发送的短码。根据BTS、航空器、和用户单元之间的路径长度，候选的BTS实际上按等于或早于通报给用户单元的偏移某些差值，产生它们的短码。再有，这些BTS能够在产生的短码比特上加上可变延迟，以补偿因航空器沿它的航线飞行产生的路径延迟变化。
文档编号H04B7/185GK1439202SQ01811784
公开日2003年8月27日 申请日期2001年6月22日 优先权日2000年6月26日
发明者小托马斯·彼德·艾莫斯, 乔纳森·H·格洛斯, 斯科特·A·阿莫杜里, 迈克尔·B·哈沃迪 申请人:摩托罗拉公司