用于保持時(shí)間同步的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 各個(gè)實(shí)施例涉及無線通信，并且更特別地，涉及用于在包含設(shè)置在接收機(jī)與網(wǎng)絡(luò) 信標(biāo)之間的障礙物的環(huán)境下與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能夠在合理的精確度內(nèi)估計(jì)人和物在地理區(qū)域中的位置是期望的。準(zhǔn)確的位置估 計(jì)能夠用于加快緊急響應(yīng)時(shí)間、追蹤業(yè)務(wù)資產(chǎn)、以及將消費(fèi)者鏈接到附近的商家。多種技術(shù) 被用來估計(jì)物體的位置。然而，這些技術(shù)通常要求每個(gè)發(fā)射機(jī)同步到共同的時(shí)間源，像給每 個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射定時(shí)信號(hào)的衛(wèi)星系統(tǒng)。不幸的是，在城市環(huán)境中，一些發(fā)射機(jī)通常安裝在始終 缺少衛(wèi)星系統(tǒng)的清晰視界的區(qū)域中。因此，這些發(fā)射機(jī)并不總是能接收精確的定時(shí)信號(hào)。因 此，需要改進(jìn)的用于保持位于在某些時(shí)段期間沒有時(shí)鐘源的清晰視界的區(qū)域中的發(fā)射機(jī)的 時(shí)間同步的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開的某些實(shí)施例通常涉及用于在不同時(shí)間實(shí)例，在包含設(shè)置在接收機(jī)與一個(gè) 或多個(gè)衛(wèi)星之間的障礙物的環(huán)境下，與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)。這些網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、方法以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以追蹤一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星，所述一個(gè) 或多個(gè)衛(wèi)星高于與從接收機(jī)沿參考平面向外延伸的不同區(qū)域?qū)?yīng)的一個(gè)或多個(gè)最小仰角， 以使本地設(shè)備與這些衛(wèi)星中的至少一個(gè)衛(wèi)星的定時(shí)信號(hào)同步。當(dāng)沒有高于所述最小仰角的 衛(wèi)星時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、方法以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以識(shí)別與遠(yuǎn)程設(shè)備對(duì)應(yīng)的頻率調(diào)整，該 遠(yuǎn)程設(shè)備接收來自衛(wèi)星的定時(shí)信號(hào)，以及，之后使用該頻率調(diào)整來同步本地設(shè)備。
【附圖說明】
[0004] 圖1描述了發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。
[0005] 圖2描述了與"城市峽谷（canyon) "中的仰角對(duì)應(yīng)的信號(hào)路徑的側(cè)視透視圖。
[0006] 圖3示出了用于識(shí)別仰角的過程。
[0007] 圖4描述了與接收機(jī)組件和障礙物的位置對(duì)應(yīng)的可見區(qū)域的俯視透視圖。
[0008] 圖5A-B描述了接收機(jī)組件隨時(shí)間的信號(hào)獲取的側(cè)視透視圖。
[0009] 圖6描述了具有兩個(gè)接收機(jī)組件和振蕩器組合的系統(tǒng)，所述兩個(gè)接收機(jī)組件和振 蕩器組合彼此位于遠(yuǎn)程。
[0010] 圖7-18示出了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的操作特性。
[0011] 圖19示出了用于基于不同仰角追蹤衛(wèi)星、以及用于基于對(duì)位于遠(yuǎn)程的振蕩器做 出的調(diào)整來調(diào)整振蕩器以產(chǎn)生輸出的過程。
【具體實(shí)施方式】
[0012] GPS馴服（discipline)振蕩器（GPSDO)是非常精確的時(shí)鐘源，它提供與GPS時(shí)間 同步的秒脈沖（PPS)輸出（并且，該輸出還通常為IOMHz輸出）。通常，它包括與空中開放 條件下的接收機(jī)（例如，GPS接收機(jī)）形成閉環(huán)的壓控振蕩器（VCXO)，以使該VCXO不斷調(diào) 諧其頻率，以適應(yīng)GPS衛(wèi)星在一天中的升降。該接收機(jī)主要以僅時(shí)間模式運(yùn)行，在該模式 下，它被放置在預(yù)先勘測(cè)的位置，使得不需要計(jì)算位置估計(jì)，并且只需要確定定時(shí)解決方案 來控制該VCXO。
[0013] 通常，接收機(jī)和振蕩器的組合位于發(fā)射機(jī)（例如，基站）處，以使振蕩器的輸出可 以作為可靠的時(shí)鐘源，以用于來自發(fā)射機(jī)的信號(hào)傳輸，該發(fā)射機(jī)以與GPS振蕩器一樣精確 的頻率與GPS時(shí)間同步。在一組地理上分開的發(fā)射機(jī)中的每個(gè)發(fā)射機(jī)上使用GPSD0,使得發(fā) 射機(jī)之間彼此同步、并且與GPS時(shí)間同步成為可能。
[0014] 時(shí)間馴服振蕩器（例如，GPSD0)的成功運(yùn)行往往取決于產(chǎn)生被調(diào)諧到參考網(wǎng)絡(luò) (例如，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）的時(shí)間的輸出（例如，PPS輸出）。通常，只有在振蕩器對(duì)于至少一個(gè)衛(wèi) 星是可見的（假設(shè)接收機(jī)處于僅時(shí)間模式）的情況下，精確的輸出是可能的。然而，有一些 場(chǎng)景中，發(fā)射機(jī)（以及它的振蕩器）不得不被安裝在對(duì)GPS具有挑戰(zhàn)性的位置，像由建筑物 和其他障礙物形成的城市峽谷，所述建筑物和其他障礙物影響GPS衛(wèi)星與發(fā)射機(jī)之間的定 時(shí)信號(hào)的視線傳輸。這樣的位置充滿了從衛(wèi)星到達(dá)GPS接收機(jī)的反射（或"多路"）信號(hào)的 可能性，在這種情況下，計(jì)算出的PPS將會(huì)是不準(zhǔn)確的。
[0015] 為了解決衛(wèi)星在發(fā)射機(jī)的位置不具有恒定可見性的問題（該問題往往會(huì)導(dǎo)致來 自該發(fā)射機(jī)的振蕩器的不準(zhǔn)確的PPS輸出），在發(fā)射機(jī)處的接收機(jī)組件可以使用高海拔截 止掩膜來運(yùn)行，以此，該接收機(jī)不使用低于特定海拔/高度的衛(wèi)星，以便確保視線測(cè)量。但 是，在這樣做時(shí)，不能保證在所選的仰角之上一直有至少一個(gè)可見的衛(wèi)星，特別是在掩膜角 度需要被設(shè)置大于60度以避開所有方向上的障礙物的情況下。在這種情況下，GPS接收機(jī) 經(jīng)歷顯著的中斷時(shí)間，阻止GPSDO在閉環(huán)中運(yùn)行，并且因此，使得該GPSDO的PPS輸出不太 有用或者完全無用。在此公開了各種解決方案，包括用于允許從GPSDO輸出的PPS與GPS PPS始終保持密切的同步（即便是中斷時(shí)）的兩級(jí)方法。
[0016] 使用或從第一種方法開始，自適應(yīng)掩膜方案可用于減少或消除GPS衛(wèi)星中斷的持 續(xù)時(shí)間，所述自適應(yīng)掩膜方案調(diào)整自身以便適應(yīng)GPS接收機(jī)的特定位置。在某些情況下，該 方案可能不會(huì)徹底地消除中斷的可能性，但是其目標(biāo)在于顯著地減少它們的持續(xù)時(shí)間。當(dāng) 發(fā)生中斷時(shí)使用第二種方法，VCXO可通過使用在沒有GPS中斷的情況下的閉環(huán)運(yùn)行期間保 留的控制參數(shù)、以及從附近的在閉環(huán)中運(yùn)行、同時(shí)具有足夠的衛(wèi)星的清晰視界的GPSDO實(shí) 時(shí)提取的控制參數(shù)的短期變化的組合，控制其鎖相環(huán)（PLL)參數(shù)，來以開環(huán)模式運(yùn)行。
[0017] 這些方法的成功可能取決于將發(fā)射機(jī)放置的位置，該位置優(yōu)化其從衛(wèi)星接收視線 通信的能力，即使在中斷時(shí)。
[0018] 使能與網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步的發(fā)射機(jī)的布置
[0019] 本公開的某些方面涉及發(fā)射機(jī)的布置，這些發(fā)射機(jī)必須與網(wǎng)絡(luò)的定時(shí)同步。例如， 如圖1所示的發(fā)射機(jī)100,它描述了從網(wǎng)絡(luò)（衛(wèi)星、陸地、或者其他網(wǎng)絡(luò)）獲取定時(shí)信號(hào)的一 個(gè)或者多個(gè)接收機(jī)組件（例如，衛(wèi)星RF組件140、陸地RF組件150、或者其他接收組件）。 發(fā)射機(jī)100的進(jìn)一步描述在后文提供。
[0020] 當(dāng)確定在哪里放置發(fā)射機(jī)時(shí)，可以評(píng)估各種環(huán)境條件。例如，勘測(cè)可以確定在哪 放置發(fā)射機(jī)能夠優(yōu)化發(fā)射機(jī)在各種時(shí)間實(shí)例接收精確的定時(shí)信號(hào)的機(jī)會(huì)（例如，理想狀態(tài) 下，相比于從對(duì)于發(fā)射機(jī)不可見的衛(wèi)星接收多路信號(hào)，從對(duì)于發(fā)射機(jī)可見的衛(wèi)星接收視線 信號(hào)）。所述勘測(cè)可以比較小地理區(qū)域中的不同位置（例如，一個(gè)或多個(gè)城市街區(qū)，建筑物 屋頂?shù)鹊龋?，以確定哪里最適宜發(fā)射機(jī)從網(wǎng)絡(luò)接收定時(shí)信號(hào)。一個(gè)最理想的位置是，當(dāng)發(fā)射 機(jī)放置在該位置時(shí)，能夠比該地理區(qū)域中的其他位置更經(jīng)常獲取到視線信號(hào)，或者比在發(fā) 射機(jī)的高負(fù)載使用期間更經(jīng)常獲取到視線信號(hào)。
[0021] 當(dāng)確定在哪放置發(fā)射機(jī)時(shí)，可以做出各種不同的考慮，包括障礙物的存在，該障礙 物在不同的時(shí)間實(shí)例，阻礙了發(fā)射機(jī)對(duì)于各個(gè)衛(wèi)星的可見性，從而阻止從一個(gè)衛(wèi)星獲取視 線信號(hào)，直到該衛(wèi)星在稍后的時(shí)間移動(dòng)到視界內(nèi)。這樣的障礙物可以包括人造障礙物（例 如，建筑物）、自然障礙物（例如，山脈）、大氣條件等。障礙物相對(duì)于發(fā)射機(jī)的位置的大小 (例如，它們的高度/海拔）創(chuàng)建可見區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，衛(wèi)星對(duì)于在發(fā)射機(jī)處的接收機(jī)組件 是可見的，通過該區(qū)域，接收機(jī)組件可以從衛(wèi)星接收視線信號(hào)。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，在一個(gè)位置的各個(gè)方向上確定障礙物的高度。根據(jù)障礙物的高 度變化，識(shí)別可見區(qū)域，其中，每個(gè)可見區(qū)域通過該區(qū)域中的建筑物的最大高度來界定。每 個(gè)區(qū)域可進(jìn)一步通過與某些建筑物所位于的邊界對(duì)應(yīng)的方位角范圍來界定?？梢妳^(qū)域的大 小可以變化。區(qū)域可以是有大小的，因此衛(wèi)星將要在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)通過該區(qū)域?？商鎿Q地，非 可見區(qū)域的大小可以被定為沒有衛(wèi)星通過的方位角范圍。當(dāng)搜索衛(wèi)星時(shí)，這樣的非可見區(qū) 域可被發(fā)射機(jī)的接收機(jī)組件忽略。在一些實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)可以通過分析在一段時(shí)間（例 如，一個(gè)或多個(gè)24小時(shí)窗口）期間的衛(wèi)星測(cè)量的質(zhì)量，以及這些測(cè)量的起始點(diǎn)來自動(dòng)確定 非可見區(qū)域和/或可見區(qū)域。同一顆衛(wèi)星的不可接受的測(cè)量（例如，多路測(cè)量）和可接受 的測(cè)量（例如，視線測(cè)量）之間的比較能夠被做出，以用于確定沿特定的方向的仰角掩膜。
[0023] 接收機(jī)不需要在一個(gè)特定的衛(wèi)星穿越空中時(shí)，看該特定的衛(wèi)星。該接收機(jī)可以對(duì) 空中采樣，以獲取在不同區(qū)域（例如，方位角范圍）中、位于不同海拔的衛(wèi)星。由于其位置 是預(yù)先勘測(cè)的，該接收機(jī)能夠根據(jù)這些不同的衛(wèi)星確定測(cè)量殘差。如果該殘差在一定的閾 值范圍內(nèi)，該衛(wèi)星可以被視為是可靠的，否則它們可以被丟棄。通過這種方式，接收機(jī)能夠 潛在地識(shí)別仰角，該仰角生成針對(duì)每個(gè)方位角面元（bin)的可靠的測(cè)量。
[0024] -旦可見區(qū)域被識(shí)別出，中斷周期可以被確定。中斷周期可以被定義為當(dāng)最小數(shù) 量的衛(wèi)星在穿過一些或全部可見區(qū)域的位置處不可見的時(shí)段。根據(jù)發(fā)射機(jī)的需要，最小數(shù) 量可以不同，但是通常是至少一顆衛(wèi)星。
[0025] 上述過程可以針對(duì)其他位置重復(fù)。可以進(jìn)行位置之間的比較，以便為發(fā)射機(jī)確定 相對(duì)于其他位置的最佳位置。例如，最佳位置可以為，當(dāng)該位置的中斷周期相比于其他位置 的中斷周期而言具有最小長(zhǎng)度時(shí)，或者當(dāng)該中斷周期是在對(duì)發(fā)射機(jī)低需求的時(shí)期。一旦放 置，發(fā)射機(jī)可以自適應(yīng)掩膜模式運(yùn)行。當(dāng)然，除了衛(wèi)星可見性的其他考慮（像由與移動(dòng)接收 機(jī)有關(guān)的發(fā)射機(jī)的射頻傳輸覆蓋）可限制發(fā)射機(jī)被放置的位置。
[0026] 自適應(yīng)掩膜
[0027] 圖2描述了接收機(jī)組件240a在其中運(yùn)行的環(huán)境200。該接收機(jī)組件240a可以包 括任意數(shù)量的接收機(jī)，包括衛(wèi)星（例如，GPS)或陸地接收機(jī)。需要注意的是，該接收機(jī)組件 240a(其可以為位于預(yù)定位置處的基站的一部分）能夠以僅時(shí)間模式運(yùn)行，這需要來自衛(wèi) 星295a-b中的一者的視線信號(hào)。因此，針對(duì)接收機(jī)組件240a運(yùn)行的一種解決方案為，選擇 海拔掩模角，