專利名稱：通信系統(tǒng)各組成部分之間的同步定時的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明背景本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及通信系統(tǒng)中信號發(fā)射的同步定時。
一些通信體制要求從一個遠(yuǎn)端站發(fā)射的信號和/或信息必須在一個預(yù)先規(guī)定的時隙范圍內(nèi)到達(dá)另一個站點(diǎn)。例如，一個采用時分多址(TDMA)的通信系統(tǒng)要求由發(fā)送設(shè)備發(fā)送的信息突發(fā)脈沖串必須在接收設(shè)備在一個預(yù)先規(guī)定的/已知的時隙內(nèi)被接收。在一個基于TDMA的系統(tǒng)里，不同用戶可以通過在一限定時間內(nèi)被分配給一個或多個時隙來共享一個傳輸媒質(zhì)。
以上討論的時間同步的要求，提出了一個當(dāng)在發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間存在一個未知的或未規(guī)定的傳輸延遲時的特殊問題。當(dāng)傳輸延遲未知時，發(fā)送設(shè)備不知道何時發(fā)送信息突發(fā)脈沖串才能使突發(fā)脈沖串在要求的時隙范圍內(nèi)到達(dá)接收設(shè)備。
在發(fā)送和接收設(shè)備之間具有未知的傳輸延遲的系統(tǒng)的一個例子是一個典型的有線通信結(jié)構(gòu)。有線通信結(jié)構(gòu)典型地包括一個給不同結(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的集線器，以使一個或多個結(jié)點(diǎn)是集線器的每一個支線的端點(diǎn)。支線典型地是光纖。光纖鋪設(shè)到要進(jìn)入單個用戶，例如住房，辦公室等等的同軸電纜的分配部分。在一特定支線的端點(diǎn)的分配部分經(jīng)常被分成可管理的子集，例如20千米半徑子集，這些子集是單個的結(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)典型地包括一個或多個連接單個用戶到有線通信系統(tǒng)的用戶段。
有線通信網(wǎng)絡(luò)的布局相應(yīng)于不同的地理?xiàng)l件而變化，這就使得每個不同的住房或其它用戶到集線器之間的傳輸延遲不同。而且，由于電纜的物理?xiàng)l件以及溫度和其它天氣條件的變化，傳輸延遲是動態(tài)變化的。然而，在集線器的控制單元負(fù)責(zé)接收和積極地沿某一路徑發(fā)送從每一個不同用戶來的信號和信息突發(fā)脈沖串，因而必須在預(yù)先規(guī)定的時隙內(nèi)接收從用戶來的信號。從用戶送出的信號必須在合適的時間上發(fā)送，以使它們的時隙不相互重疊，否則，它們將會相互干擾而不能被控制單元讀取。
由于有線通信結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)地與電視傳送聯(lián)系起來，它們現(xiàn)在正越來越多地使用雙向通信，這種通信采用的方案要求組成部分之間時間同步。因此，在系統(tǒng)的不同組成部分之間具有未知的傳輸延遲的通信系統(tǒng)中，需要一種用于信號發(fā)送定時同步的方法。而且，更加需要的是一個適用于有線通信結(jié)構(gòu)情況下的同步方案。
附圖簡述

圖1是一個用有線通信結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)的原理圖；圖2是圖1中所示的通信系統(tǒng)的單個節(jié)點(diǎn)的原理圖；圖3是表示電纜控制單元和圖2中所示的單個節(jié)點(diǎn)內(nèi)的兩個不同代表用戶單元的初始相對定時的定時圖；圖4是表示用于決定和補(bǔ)償一個特定節(jié)點(diǎn)的傳輸延遲的固定和可變部分的定時圖；圖5是一個推薦的電纜控制單元的原理框圖；圖6是表示被圖5中的電纜控制單元執(zhí)行的用來決定一個給定用戶單元的傳輸延遲的處理的流程圖。
圖7是一個推薦的用戶有線接入單元的原理框圖。
圖8是表示被圖7中用戶有線接入單元執(zhí)行的用于定時校準(zhǔn)和傳輸延遲補(bǔ)償?shù)奶幚淼牧鞒虉D。
附圖的詳細(xì)說明簡單地說，本發(fā)明提供用于被一個通信系統(tǒng)發(fā)送的信號的定時同步的方法和裝置。詳細(xì)地說，本發(fā)明的方法和裝置的范圍尤其適用于采用有線通信結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)中的信號的定時同步。
本發(fā)明的一個推薦的實(shí)現(xiàn)方式，正如下面更詳細(xì)說明的，決定了電纜控制單元(或集線器)和在一特定節(jié)點(diǎn)的單個用戶之間的傳輸延遲的“固定部分”。另外，該方法和裝置決定了傳輸延遲的不同的“可變部分”，該“可變部分”反映了從集線器到在一特定節(jié)點(diǎn)的不同用戶(例如房屋)的空間的變化。因此，盡管在一特定節(jié)點(diǎn)上的每一單個用戶具有相同的傳輸延遲的固定部分，而延時的可變部分很可能對每一不同的用戶都不同。根據(jù)本發(fā)明的原理，一旦決定了固定部分，電纜控制單元用固定部分設(shè)置接收時隙偏置，并指示不同的用戶單元用可變部分來設(shè)置它們發(fā)送的信號(即就是信息數(shù)據(jù)的突發(fā)脈沖串)的定時的偏置。
參考圖以更詳細(xì)地理解本發(fā)明的原理，圖1是一個有線通信結(jié)構(gòu)的原理概圖，它被配置成用于雙向通信，例如，完成電話呼叫或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的雙向發(fā)送。參考圖1，通信系統(tǒng)100由一個電纜控制單元102(CCU)組成。電纜控制單元102用來在整個系統(tǒng)100里接收和積極地按某一路由發(fā)送信號(即就是信息)，以及執(zhí)行其它的系統(tǒng)管理功能。
從電纜控制單元102(即就是集線器)伸展出的是幾條支線104，106，108和110，它們可以是光纖。支線根據(jù)特定的應(yīng)用，拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求，104-110可以是其它合適的發(fā)送媒質(zhì)，例如低損耗同軸電纜，支線104-110對于通信系統(tǒng)100來說用作“干線”，這對于熟悉本技術(shù)的人員來說很明顯。
每一根光纖支線104-110分別引向分配部分112，114，11 6和118的某一個。每一個分配部分112-118都位于相應(yīng)的一個支線104-110的端點(diǎn)，每一根支線104-110都分別在一個分配點(diǎn)120，122，124和126處結(jié)束。通常，分配部分112-118由同軸電纜而不是光纖組成，同軸電纜分配信號到單個用戶，以及從單個用戶接收信號，正如圖2中詳細(xì)表示的。
分配部分112-118用不同的具有代表性的結(jié)構(gòu)表示出，以表明可以采用這些種類。例如，分配部分112以一個環(huán)表示的，而分配部分114和116是以不同的殘余環(huán)表示的。這樣，為每個分配部分所選的特定的結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的局限因素。
除了分配部分，電纜控制單元102也可以通過網(wǎng)關(guān)連到其它通信系統(tǒng)。例如，一根支線128從控制單元102伸展到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)130。支線128可以象支線104-110一樣是光纖，或者支線128是對該技術(shù)熟悉的人員所知道的其它合適媒質(zhì)。因此，通信系統(tǒng)100可通過線128和各種網(wǎng)關(guān)而被用來接入到所有通?？捎玫耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中，例如PSTN130。
圖2是通信系統(tǒng)100的一部分的原理圖，它表示出本發(fā)明有關(guān)分配部分116的原理。熟悉該技術(shù)的人員會意識到這些原理同樣可以應(yīng)用到參考圖1所表示和描述的每一個分配部分，以及未表示出的分配部分的其它結(jié)構(gòu)。
分配部分116包括一根同軸干線電纜202，用作圖2中所表示出的節(jié)點(diǎn)124的傳輸媒質(zhì)。節(jié)點(diǎn)124包括從干線電纜202分出的兩個不同的用戶房屋206和208。在推薦的安排里，節(jié)點(diǎn)124由沿著從分配部分116的一段20千米的分支的所有用戶例如房屋206和208組成。雖然，20千米是任意選出的，那個距離在分配部分提供了很好的可管理的分組。例如，如果在一個用戶節(jié)點(diǎn)上的多個用戶相互之間距離比約20千米遠(yuǎn)，基于電纜控制單元的傳輸延遲將變得使通信變得不方便的程度，甚至可能在給定的通信傳送設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)下效率低下。
正如圖2中所示，每一個用戶房屋206和208分別通過有線接入單元210和212連到通信系統(tǒng)100。分別安裝在用戶房屋206和208的外面的有線接入單元210和212，也稱作用戶單元。每一個用戶單元210和212可由一個接口盒組成，該接口盒包括軟件和電子儀器以向用戶提供接入到通信系統(tǒng)100多種形式。
由用戶單元210和212提供的接入的靈活性通過耦合到用戶單元210和212的在用戶房屋206和208里的各種設(shè)備來證示。例如，房屋206有耦合到用戶單元210，并由此到通信系統(tǒng)100的一部電話214和一臺電視機(jī)216(或安裝頂盒)。
類似地，用戶房屋208表示出一臺耦合到用戶單元212的個人計(jì)算機(jī)218。
用戶單元提供在每一個家庭或公司與電纜控制單元102之間的雙向數(shù)據(jù)傳送能力。因此，電話214，電視216和計(jì)算機(jī)218都被提供到電纜控制單元102的雙向數(shù)據(jù)通信路徑。熟悉該技術(shù)的人員可以理解，為用戶單元210和212提供功能的軟件和電子儀器可在單個設(shè)備214，216和218里根據(jù)選擇留下全部或部分，在這種情況下，那些設(shè)備，或者設(shè)備和有線接入單元的組合，將被認(rèn)為是用戶設(shè)備或用戶單元。
圖2表示由本發(fā)明的方法和裝置所要解決的未定傳輸問題。詳細(xì)地說，圖2表示在用戶設(shè)備和控制單元之間的傳輸延遲的“固定部分”沿著支線108存在。為了便于說明，支線108被認(rèn)為在分配點(diǎn)124結(jié)束，分配點(diǎn)124代表第一個用戶分支220。
固定部分，正如箭頭222所指的，之所以被認(rèn)為是固定的，是因?yàn)橛筛删€，光纖連接等等產(chǎn)生的延遲對每一個用戶單元都是公共的，每一個單元都將至少經(jīng)受這些延遲。因此，固定延遲對于在給定結(jié)點(diǎn)的所有單個用戶單元(例如，在結(jié)點(diǎn)204的用戶單元210和212)實(shí)質(zhì)上是相同的。
應(yīng)該注意，為了簡單而清楚，假設(shè)連接房屋206和208到分配線202的分支220和224不產(chǎn)生效果顯著的延遲。否則，根據(jù)本發(fā)明的原理，分支220的延遲被加到固定部分，以使固定部分仍然是任何一個用戶所要經(jīng)受的最小延遲，因?yàn)樗腔陔x電纜控制單元102最近的用戶。
另外，傳輸延遲的“可變部分”在圖2中表示出，正如箭頭226所指的，它代表信號在單個用戶分支220和224之間傳輸?shù)臅r間。這個部分之所以被認(rèn)為是可變的，是因?yàn)閷ρ刂€202的每一個用戶它是不同的。隨著從電纜控制單元102伸展出的同軸電纜的延伸，電纜對上面背景部分討論的動態(tài)變化變得更加敏感。根據(jù)本發(fā)明的原理，傳輸延遲的固定部分222和可變部分226都得到規(guī)定和補(bǔ)償，以使從用戶單元210和212發(fā)出的信號在適當(dāng)?shù)念A(yù)先規(guī)定的時隙內(nèi)到達(dá)控制單元102。
圖3是一個定時圖，它表示控制單元102和圖2的節(jié)點(diǎn)204的兩個用戶單元210和212的初始相對定時。更詳細(xì)地說，時隙序列302表示在控制單元102里連續(xù)時隙304、306和308同步狀態(tài)下的定時。當(dāng)控制單元102發(fā)送信號時，它在特定的預(yù)先規(guī)定的時隙范圍內(nèi)如此工作，正如舉例中垂直線310和312分別標(biāo)示時隙306的開始和結(jié)束所指的。類似地，當(dāng)控制單元102從用戶單元接收用戶信號時，它們必須在一特定的時隙內(nèi)被接收(例如，時隙306)。這些定時要求與通常使用的同步通信協(xié)議一致，包括TDMA。
時隙序列314表示在通過通信系統(tǒng)100的本發(fā)明的定時補(bǔ)償原理操作之前相應(yīng)于用戶單元210的連續(xù)時隙316，318和320的相對定時，(即就是，被用戶單元210接收到的信號/信息突發(fā)脈沖串，以及更重要地產(chǎn)生的，是同步的，以使時隙序列302和時隙序列314之間的差異得到補(bǔ)償)。時隙序列322表示在如上所述的定時補(bǔ)償操作實(shí)現(xiàn)之前，相應(yīng)于用戶單元212的連續(xù)時隙326，328和330的相對定時。
應(yīng)該注意到，圖3表示出不同的時隙序列302，314，322的相對位置關(guān)系，正如它們在控制單元102處被觀察到的。即就是說，時隙序列302和時隙序列314之間的時延324是由圖2中所示的路徑長度222所導(dǎo)到的傳輸延遲產(chǎn)生的，即就是，分配點(diǎn)124(到用戶單元210的分支220所在的地方)和控制單元102之間的路徑。也應(yīng)該注意到，時延324只代表一個時隙剩余的/小數(shù)部分，路徑222上的實(shí)際的傳輸延遲可能是幾個時隙加上該小數(shù)部分324。
類似地，時隙序列314和序列322之間的時延334，是由圖2中表示的路徑長度226(在分支220和分支224之間的沿著干線202的路徑)所導(dǎo)致的附加傳輸延遲產(chǎn)生的。時延334代表傳輸延遲的固定部分，因?yàn)闆]有別的用戶處在房屋206和集線器102之間，而時延334代表可變部分?？梢岳斫?，如果還有別的房屋(未畫出)位于干線202的沿線，那些房屋的每一個將都有必須得到補(bǔ)償?shù)难舆t的唯一的可變部分。
圖4是一個定時圖，它根據(jù)本發(fā)明的原理，表示出固定延遲324和可變延遲334是怎樣被決定和被補(bǔ)償?shù)摹？刂茊卧?02在時隙402內(nèi)發(fā)送一個全局探測信號到在節(jié)點(diǎn)204的所有用戶單元(包括單元210和212)。相應(yīng)地，所有的用戶單元通過發(fā)送一個響應(yīng)信號來響應(yīng)，這些響應(yīng)信號組合形成單個接收信號404。
電纜控制單元102包括用多種同樣地有效的方法之中的任何一種來測試接收信號強(qiáng)度的能力。在最簡單情況下，控制單元102直等到出現(xiàn)一個如虛線406所指的信號強(qiáng)度的門限值，在這一點(diǎn)處，假定從最近的節(jié)點(diǎn)204的用戶單元(此時是單元210)接收到一個響應(yīng)信號?；蛘撸砸环N需要附加處理的在一定程度上更復(fù)雜的方式，控制單元202將通過合成在一定時間內(nèi)的信號以及從平均值里檢測一個大的增加，來檢測接收信號404的存在。這個坡度信息可在不需要預(yù)先定義門限406的情況下使用。
在認(rèn)定接收到一個響應(yīng)信息以后，參考時隙410的開始408(時隙410代表信號被接收到的當(dāng)前時隙)，控制單元102接著決定達(dá)到門限值406的時間點(diǎn)。控制單元102將圖4中用箭頭412表示的差別和自從全局探測信號被發(fā)出后已經(jīng)發(fā)出的時隙的個數(shù)的時間組合(正如圖4中箭頭414所表示的)。
時段412和414的總和對應(yīng)于從最近的用戶單元210(即就是由于圖2中所示的路徑222的延遲)到控制單元102的傳輸延遲416。因此，它被看作有關(guān)節(jié)點(diǎn)204的傳輸延遲的固定部分。顯然，時段414代表時隙間隔的整數(shù)個數(shù)，而時段412代表單個時隙的小數(shù)部分。
控制單元102通過調(diào)整它的接收窗口來抵消固定延遲的方式來補(bǔ)償延遲的固定部分。這是通過將處理窗口從時間位置T1推遲到時間位置T2來完成的，正如箭頭420所指的(實(shí)際上，正如熟悉該技術(shù)的人所理解的，提前量只是觀察到的時間移位412的一半，因?yàn)橛^察到的時移代表的是環(huán)路傳輸時延，而不是單方向延遲)。
傳輸延遲可變部分的決定是由控制單元102如下完成的。需要特別注意的是根據(jù)本發(fā)明的原理，節(jié)點(diǎn)地理布局的設(shè)計(jì)規(guī)劃要求在某一特點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的用戶的可變延遲不超過一個時隙的
。即就是，從最近用戶單元到最遠(yuǎn)用戶單元的距離不超過一個時隙的
，通過同軸電纜上的傳輸延遲測得。這個限制的原因從以下對延遲的可變部分的測試和補(bǔ)償?shù)挠懻摱兊妹黠@。
一旦控制單元102已經(jīng)建立起傳輸延遲的固定部分，一個接收窗口將被建立，以使從用戶單元來的所有的定時調(diào)整要求在接收窗口內(nèi)被接收(圖4中，接收窗口相應(yīng)于時隙410)。用戶單元定時調(diào)整要求是通過發(fā)送一個“短突發(fā)脈沖串”實(shí)行的，“短突發(fā)脈沖串”的持續(xù)時間小于或者等于，最好等于，一個時隙的一半。這個縮短的突發(fā)脈沖串長度，和網(wǎng)絡(luò)布局一起，要求最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)引入的單程可變延遲不超過一個時隙的
，確保該縮短的突發(fā)脈沖串即使是從最遠(yuǎn)的用戶單元送出的，也可以在接收窗口內(nèi)到達(dá)控制單元102。
有關(guān)用戶單元212的傳輸延遲的可變部分在圖中用箭頭418表示。以連續(xù)的TDM時隙形式的同步信號被控制單元102發(fā)送，其時隙邊界校準(zhǔn)到時間T0。用戶單元210發(fā)送一個響應(yīng)短突發(fā)脈沖串，該短突發(fā)脈沖串在時間T1到達(dá)控制單元102，正如箭頭420所指的(之所以不在時間T2，是因?yàn)橛蓚鬏斞舆t的固定部分引起的補(bǔ)償)。觀察到短突發(fā)脈沖串在時間T1到達(dá)(在接收窗口的起始處)，很顯然，用戶單元210沒有傳輸延遲的可變部分(正如以上所述，這是因?yàn)橛脩魡卧?10是在節(jié)點(diǎn)204的到控制單元102最接近的用戶)。
然而，將同樣的原理用于用戶單元212，產(chǎn)生不同的結(jié)果?？紤]到固定部分補(bǔ)償，用戶單元212發(fā)送它的相應(yīng)短突發(fā)脈沖串，以使它在時間T3到達(dá)控制單元102，正如箭頭422所指(之所以不是在時間T4，是因?yàn)橛捎趥鬏斞舆t的固定部分引起的補(bǔ)償)。
時間T3和取樣窗口408(也就是，時間T1)的開始處之間的差異對應(yīng)于傳輸延遲的可變部分。因此，用戶單元212被指令提前其發(fā)送，以使其信號在時間T1被控制單元102接收(正如以上所述，實(shí)際的被單元212提前的時間是箭頭418所指的時間的一半)。其它的位于干線202沿線上的用戶單元根據(jù)它們離最近的用戶單元210的距離，提前不同的可變延遲量。
圖5提供了一個推薦的電纜控制單元102的詳細(xì)的原理框圖，該電纜控制單元102包括一個處理器502(推薦地是一個數(shù)字信號處理器(DSP))，一個處理器存貯器504(推薦地是在處理器502里的內(nèi)部存貯器)，一個外部緩沖存貯器506和一個信號轉(zhuǎn)換電路508。轉(zhuǎn)換電路508，推薦地是一個RF收發(fā)信機(jī)，將從支線510接收的或發(fā)送到支線510(支線510通常代表圖1中所表示的從電纜控制單元102伸展出的支線)的模擬信號轉(zhuǎn)換為存貯在緩沖存貯器506里的數(shù)字信號。緩沖存貯器506的應(yīng)用并不是必需，而是推薦使用以避免在處理器502操作時的等待狀態(tài)。
控制單元102如何認(rèn)定已經(jīng)接收到一個響應(yīng)信號的更詳細(xì)的描述，參考圖6中所示的流程圖進(jìn)行。熟悉該技術(shù)的人員將會理解用于執(zhí)行圖6中所示的步驟的指令推薦地存貯在連接到處理器502的程序存貯器516里。程序存貯器516可以是任何非可變存貯器，例如只讀存貯器(ROM)，或者可以是可變存貯器，例如隨機(jī)存取存貯器(RAM)，它在控制單元102上電時加載。
在本發(fā)明的推薦的實(shí)施方式中，從用戶單元到控制單元102的通常的信息突發(fā)脈沖串由112個符號(即就是224比特)組成。然而，為了定時校準(zhǔn)操作，一個48個符號的縮短的突發(fā)脈沖串是推薦的(正如以上所述的，該縮短的突發(fā)脈沖串將小于或等于一個時隙的一半，在推薦的實(shí)施方式中，它等于120個符號)。另外，在短突發(fā)脈沖串的前面提供兩個比特，以為轉(zhuǎn)換電路508建立一個參考相位。
圖6是電纜控制單元決定一給定用戶單元傳輸延遲執(zhí)行的處理流程圖。控制單元102通過在步驟602中從緩沖存貯器506加載一個完整時隙的信息(即就是120個符號)。步驟602可利用處理器502完成，或利用如圖5中由虛箭頭512所指的直接加載存貯器504的電路(未表示出)完成。每一個符號推薦地由從支線510接收來的模擬信號的4個抽樣表示，4個抽樣提供處理器需求和估計(jì)的突發(fā)脈沖串能量之間的足夠平衡(例如，每個符號的更多抽樣將以增加處理需求為代價(jià)來提供對突發(fā)脈沖串能量估計(jì)的更加精確)。
在步驟604中，處理器502計(jì)算每一個奇數(shù)號碼的抽樣能量(再一次大量地減少不需的處理)，保持計(jì)算能量的總數(shù)并且每計(jì)算4次就將總數(shù)存貯在位于存貯器504的數(shù)組514中。這樣，對于一給定的時隙，數(shù)組514有總供60個能量計(jì)算。數(shù)組中的數(shù)據(jù)在處理以后，以升序代表整個時隙的能量輪廓(因?yàn)槊恳粋€以前的總數(shù)都被加到隨后的計(jì)算中)。如果想要增加被估計(jì)的突發(fā)脈沖串位置的概率，數(shù)組514將有240個元素，而不是以上描述的60個元素。通過計(jì)算所有240個抽樣而不是60個抽樣的總能量，可以獲得對突發(fā)脈沖串位置估計(jì)增加大約±1個符號的精度(以大量地增加處理要求為代價(jià))。
處理器502在步驟606中將總數(shù)除以2(推薦地，通過僅將總數(shù)向右移一位)。當(dāng)在步驟606中已經(jīng)計(jì)算半數(shù)時，處理器502在步驟608中執(zhí)行在數(shù)組514中搜索2叉樹，以尋找總數(shù)最接近該半數(shù)的數(shù)組元素?？梢岳斫猓m然2叉樹可能是尋找該半數(shù)值的最有效的搜索，也可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下采用其它的著名的搜索方法。例如，在以大量地增加處理時間為代價(jià)，執(zhí)行每一個數(shù)組元素的簡單順序搜索。二叉樹搜索對順序搜索的優(yōu)點(diǎn)在于，將只用6個而不是60個比較操作來找到該半數(shù)。最接近于半數(shù)的數(shù)組元素被看成是突發(fā)脈沖串的估計(jì)的中心(即就是半數(shù)位置)。
處理器502在步驟610中，通過從半數(shù)位置減去一個預(yù)先規(guī)定的抽樣數(shù)X來估計(jì)突發(fā)脈沖串的起始位置。這個減法操作是參考在步驟602中加載進(jìn)存貯器504的整個幀而執(zhí)行的。假定突發(fā)脈沖串包含48個字符，X可以簡單地選擇為24。然而，假如在一個突發(fā)脈沖串過程中能量分布一致，載噪比(CNR)為10db，離突發(fā)脈沖串的真正中心的最壞情況的偏差是大約±3.3個字符。為了在CNR級別等于或大于10db時對突發(fā)脈沖串檢測優(yōu)化處理，以及為了補(bǔ)償從真正中心的可能偏離，突發(fā)脈沖串窗口推薦地縮短8個字符(即就是每端4個)而得到一個40個字符的窗口，在這種情況下X是20而不是24。
處理器502在步驟612中，在估計(jì)的開始位置處開始，在加載到存貯器504的整個時隙的2X個符號(如上所述，推薦地為40)期間內(nèi)，運(yùn)行一個符號定時檢測程序，以決定在隨后的處理中應(yīng)用的最佳抽樣(數(shù)組514的估計(jì)的開始位置與加載到存貯器504的整個時隙的相當(dāng)相似的位置相關(guān))。步驟612的符號定時檢測器決定4個抽樣中哪一個抽樣被用來在隨后的處理中從接收來的信號中檢測信息。
一旦最佳抽樣被選擇，處理器502在步驟614中，在步驟612中處理的符號的相同的時期內(nèi)，運(yùn)行一個微分檢測器。微分檢測器從接收到的信號中提取信息，大大地從信號中消除了噪聲。熟悉該技術(shù)的人員很容易理解信號檢測技術(shù)是公知的，在不離開本發(fā)明的原理的情況下，在執(zhí)行處理步驟614時可以實(shí)行不同的檢測程序。
在步驟614中信息從接收到的信號中抽取出來以后，處理器512在步驟616執(zhí)行對該信息的搜索以檢測一個或多個SYNC(同步)字的存在。在本發(fā)明的推薦的實(shí)施方式中，使用三個24比特的SYNC字。另外，盡管可以用不同的SYNC字，有相同的三個SYNC字是值得推薦的，每一個有對應(yīng)于“1F53A0”的比特方式。這個比特方式被發(fā)現(xiàn)具有高的自動相關(guān)，它可以減少搜索需要的處理時間。
在不離開本發(fā)明原理的情況下，雖然可以用多種搜索技術(shù)，處理器502在步驟616運(yùn)行一個二叉相關(guān)器程序是值得推薦的，該二叉相關(guān)器程序?qū)⑾嚓P(guān)窗口移動通過存貯器504，而不是將存貯器504移動通過相關(guān)窗口。外理器502繼續(xù)運(yùn)行二叉相關(guān)器直到所有的三個SYNC字都被定位。第三個SYNC字的第一個比特的比特位置標(biāo)明突發(fā)脈沖串的中心位置。一旦這個位置被標(biāo)明，步驟616的處理通過從跟在第三個SYNC字的字抽取ID碼來完成。
一旦步驟616中的處理完成，突發(fā)脈沖串位置就已經(jīng)被估計(jì)并接著精確地決定，信號的ID碼也已經(jīng)被識別。而且，由相關(guān)的ID碼標(biāo)明的用戶單元的傳輸延遲也已經(jīng)被決定。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)由步驟618所示，其中處理器502用實(shí)際的突發(fā)脈沖串位置信息來執(zhí)行另一個積分(相似于步驟604的積分)，該積分決定突發(fā)脈沖串的平均功率。如果步驟618的積分在32個符號期間執(zhí)行，得到的功率計(jì)算對應(yīng)于從一個普通突發(fā)脈沖串獲得的平均功率，該普通突發(fā)脈沖串是可能被通信系統(tǒng)100用來在通常發(fā)送期間處理信號的突發(fā)脈沖串(即就是，當(dāng)全部突發(fā)脈沖串長度，而不是縮短的突發(fā)脈沖串被使用)。
因此，圖6中表示的電纜控制單元102和相應(yīng)的處理步驟決定整個通信系統(tǒng)100里的固有傳輸延遲。然而，在支線510的另一端，是用戶單元，用戶單元先是發(fā)送縮短的突發(fā)脈沖串以用于定時校準(zhǔn)，接著抵消傳輸延遲所需的補(bǔ)償。這些功能參考圖7和8詳細(xì)描述如下。
一個普通的用戶有線接入單元700(CAU)如圖7所示。以上討論的有關(guān)有線通信系統(tǒng)100的包括單元210和212的任何一個用戶單元，都可以利用有線接入單元700實(shí)現(xiàn)。有線接入單元700典型地通過一根相應(yīng)的支線510連接到電纜控制單元102，如圖5和7所示。
CAU700包括包含有一個有線接口704的RF收發(fā)信機(jī)702，一個上變頻器706，一個調(diào)制器708和一個下變頻器710。有線接口704提供一個到同軸電纜或光纖的接口，由此RF信號從上變頻器706傳輸?shù)街Ь€510，以及RF信號從支線510下載到下變頻器710。調(diào)制器708將數(shù)字信號處理成為模擬信號，該模擬信號被上變頻器706轉(zhuǎn)換到它們合適的頻率以用于傳送。
CAU700也包括一個處理器電路712，考慮到處理器需求的廣泛性，處理器電路702推薦地是應(yīng)用一個專用集成處理器(ASIC)而不是一個通用微處理器。ASIC712推薦地包括寄存器714以提供性能的進(jìn)一步提高。寄存器714包括如下標(biāo)記的7個寄存器Tx幀設(shè)置，Tx幀長度，Tx偏置，斜坡設(shè)置，斜坡復(fù)位，上電設(shè)置，和上電復(fù)位。這些寄存器通過地址總線720和數(shù)據(jù)總線722連接到微處理器716和存貯器718。寄存器714的功能，以及CAU700怎樣操作的解釋，參考圖8如下所示。
圖8表示出一個流程圖，它表明被圖7中CAU700在定時校準(zhǔn)和傳輸延遲補(bǔ)償期間執(zhí)行的處理。熟悉該技術(shù)的人員可以理解執(zhí)行圖8中所示步驟的指令，推薦地在ASIC712和/或存貯在連接到微處理器716的程序存貯器724里實(shí)現(xiàn)。程序存貯器724可以是任何非可變存貯器，例如只讀存貯器(ROM)，或者它可以是可變存貯器，例如隨機(jī)存取存貯器(RAM)RAM在CAU700上電時加載。
當(dāng)CAU700最初開機(jī)時，在寄存器714里的Tx偏置寄存器用一個隨機(jī)值初始化，該隨機(jī)值代表電纜控制單元102和CAU700之間的最壞情況的偏差，CAU700被設(shè)置成只發(fā)送短突發(fā)脈沖串。CAU700的處理是在一經(jīng)收到從控制單元102來時隙的第一個比特開始的，正如步驟802所示的。第一個比特的接收(也指下行觸發(fā))使得在步驟804中將Tx偏置的值加載到Tx偏置計(jì)數(shù)器，并用于開始計(jì)數(shù)(計(jì)數(shù)是被這個單個下行比特時鐘驅(qū)動的)。
Tx偏置計(jì)數(shù)器到達(dá)終點(diǎn)計(jì)數(shù)后，產(chǎn)生一個同步到上行比特時鐘的TC信號，接著該同步了的信號使得脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器在步驟806中開始計(jì)數(shù)。上行比特時鐘提供一個所有隨后信號都與之同步的額外的參考幀。Tx脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器有效地產(chǎn)生三個負(fù)責(zé)從CAU700發(fā)送信息的信號。當(dāng)脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器等于分別地存貯在上電設(shè)置，斜坡設(shè)置和Tx幀設(shè)置寄存器里的值時，這三個信號在步驟808、810和812中設(shè)置。上電設(shè)置信號有效地打開RF收發(fā)信機(jī)，而斜坡設(shè)置信號有效地從一個開始的低功率設(shè)置增加發(fā)送功率到全功率。當(dāng)達(dá)到全功率設(shè)置時，Tx幀設(shè)置信號有效地將數(shù)據(jù)送入上行。
用從Tx幀長度寄存器來值加載Tx幀長度計(jì)數(shù)器，以及用Tx幀長度計(jì)數(shù)器初始化計(jì)數(shù)的步驟814出現(xiàn)在步驟812中發(fā)生Tx幀設(shè)置后。步驟814發(fā)生在步驟808-812已經(jīng)發(fā)生之后，以使步驟814有效地將數(shù)據(jù)加載到上行，并發(fā)送它直到Tx幀長度計(jì)數(shù)器到達(dá)它的終端計(jì)數(shù)，正如步驟816中產(chǎn)生一個Tx幀復(fù)位信號所示，這樣，CAU700根據(jù)存貯在Tx幀長度寄存器里的值來發(fā)送比特的個數(shù)。這個值在定時校準(zhǔn)過程對應(yīng)于一個短突發(fā)脈沖串，而此后則對應(yīng)普通突發(fā)脈沖串。另外，短突發(fā)脈沖串信息由三個相同的連續(xù)的SYNC字，隨后是一個識別字組成是值得推薦的。SYNC字推薦地對應(yīng)于比特方式“1F53A0”，正如以上所述的。
Tx幀復(fù)位脈沖的產(chǎn)生，為CAU700準(zhǔn)備下一個下行發(fā)送而開始功率下降循環(huán)。在步驟818，當(dāng)Tx幀復(fù)位脈沖已經(jīng)產(chǎn)生時，脈沖復(fù)位計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)脈沖復(fù)位計(jì)數(shù)器的值等于斜坡復(fù)位寄存器的值時，在步驟820中，產(chǎn)生一個斜坡復(fù)位脈沖，該脈沖有效地將發(fā)送的功率降回到一個極小的設(shè)置。同樣地，當(dāng)脈沖復(fù)位計(jì)數(shù)器的值到達(dá)上電復(fù)位寄存器的值時，在步驟814產(chǎn)生一個上電復(fù)位脈沖，它有效地關(guān)閉發(fā)射機(jī)直到下一個發(fā)送循環(huán)。
步驟814期間的數(shù)據(jù)發(fā)送使控制單元102如上所述決定控制單元102和CAU700之間的傳輸延遲?？刂茊卧?02隨后發(fā)送一個定時補(bǔ)償值到CAU700，該補(bǔ)償值加載到Tx偏置寄存器來替代在步驟824中定時校準(zhǔn)期間使用的最壞情況值。
一旦接收到新的偏置值，CAU700在步驟826中修改存貯在Tx幀長度寄存器中的值到相應(yīng)于通常的突發(fā)脈沖串長度，而不是縮短的長度。控制單元102和CAU700之間的附加發(fā)送因此同步，以抵消兩設(shè)備之間的傳輸延遲。這個同步過程推薦地在每一個雙向發(fā)送序列的開始時執(zhí)行，并且每當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)過多的錯誤出現(xiàn)時也執(zhí)行(實(shí)質(zhì)上是要求定時同步功能被重新執(zhí)行)。
可以理解，前述只是本發(fā)明的一個例子，熟悉該技術(shù)的人員可以在不離開本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行多種修改。例如，圖1中的有線通信系統(tǒng)利用PSTN來連接到一個本地電話系統(tǒng)，而作為一種選擇，也可以直接連接到其它的有線通信系統(tǒng)，或者直接到多種長途服務(wù)提供器。
權(quán)利要求
1.一種用于通信系統(tǒng)各組成部分之間的同步定時的方法，包括以下步驟在用戶設(shè)備接收一個表示為用戶設(shè)備提供的信息選擇路由的控制單元的接收窗口的信號；響應(yīng)從用戶設(shè)備到控制單元的接收、發(fā)送控制單元在接收窗口期間抽樣的信號突發(fā)脈沖串的步驟，用從用戶設(shè)備到控制單元的傳輸延遲的固定部分在時間上調(diào)整接收窗口；在用戶設(shè)備接收表示從用戶設(shè)備到控制單元的傳輸延遲的可變部分的時間校準(zhǔn)信息，該校準(zhǔn)信息是從控制單元的信號突發(fā)脈沖串的到達(dá)定時計(jì)算得到；從用戶設(shè)備發(fā)送一個位于根據(jù)時間校準(zhǔn)信息的時間上的信息突發(fā)脈沖串。
2.在一個利用同軸電纜作為傳輸媒質(zhì)的通信系統(tǒng)中用于同步從用戶設(shè)備來的信號的接收定時的方法，通信系統(tǒng)中用戶設(shè)備和控制單元之間存在未定的傳輸延遲，控制單元為從用戶設(shè)備來的信號選擇路由，以及其中從用戶設(shè)備來的信號必須在控制單元中于一個預(yù)先規(guī)定的時隙期間內(nèi)被接收，該預(yù)先規(guī)定的時隙具有一個第一個持續(xù)期間，該方法包括以下步驟將該預(yù)先規(guī)定的時隙在時間上設(shè)置一個偏置，偏置量與未定傳輸延遲的固定部分相關(guān)；從控制單元到用戶設(shè)備發(fā)送一個時隙信號；在控制單元接收一個從用戶設(shè)備發(fā)送來的傳輸延遲測試信號，具有一個第二個持續(xù)期間的傳輸延遲測試信號小于或者等于第一個持續(xù)期間的一半，該傳輸延遲測試信號跟著預(yù)先規(guī)定的時隙的開始而被接收；通過測試跟著預(yù)先規(guī)定的時隙的開始，即傳輸延遲測試信號被接收時的時間量決定未定傳輸延遲的可變部分，即向用戶設(shè)備發(fā)送未定傳輸延遲的可變部分的校準(zhǔn)信息指示。
3.在一個要求從用戶設(shè)備來的信息的突發(fā)脈沖串在控制單元的具有第一個持續(xù)時間的定時窗口內(nèi)被接收，以及要求在用戶設(shè)備和控制單元之間存在未定的定時延遲的通信系統(tǒng)中，一種構(gòu)造包括一個控制用戶設(shè)備的程序存貯器，該程序存貯器包括在用戶設(shè)備中控制用戶設(shè)備從控制單元接收定時時隙信號的指令；控制用戶設(shè)備發(fā)送一個用戶設(shè)備定時突發(fā)脈沖串的指令，該突發(fā)脈沖串具有一個比第一個持續(xù)時間一半還少的第二個持續(xù)時間，用戶設(shè)備定時突發(fā)脈沖串跟在定時時隙信號接收后的在一個預(yù)先定義的時間量上被發(fā)送；控制用戶設(shè)備接收用戶設(shè)備和控制單元之間的未定定時延遲的可變部分的時間校準(zhǔn)信息指示的指令；控制用戶設(shè)備發(fā)送多個信息突發(fā)脈沖串信號的指令，每個突發(fā)脈沖串信號在時間上的位置與時間校準(zhǔn)信息一致，定時窗口在時間上被移位一個與用戶設(shè)備和控制單元之間的未定定時延遲的固定部分相關(guān)的量。
4.在一個在用戶設(shè)備和為從用戶設(shè)備來的信號選擇路由的控制單元之間存在一個未定的傳輸延遲，以及從用戶設(shè)備來的信號必須在控制單元中在一個預(yù)先規(guī)定的時隙內(nèi)被接收的通信系統(tǒng)中，一種構(gòu)造包括一個控制單元的程序存貯器，該程序存貯器包括控制設(shè)備發(fā)送時隙信號到用戶設(shè)備的指令，時隙信號表明預(yù)先規(guī)定的時隙的定時；控制設(shè)備從用戶設(shè)備在預(yù)先規(guī)定的時隙期間接收傳輸延遲測試信號的指令，該預(yù)先規(guī)定的時隙在時間上的位置與未定傳輸延遲的固定部分相一致；控制單元決定在預(yù)先規(guī)定的時隙開始后的時間量的指令，該預(yù)先規(guī)定的時隙是指傳輸延遲測試信號被接收。
5.一種用于通信系統(tǒng)各組成部分之間的定時同步的方法，包含以下步驟從用戶單元提供信號信息到控制單元，信號信息具有一個開始位置和一個結(jié)束位置；產(chǎn)生信號信息的能量輪廓，該輪廓包括一個代表信號信息總能量的值；決定總能量的大約半數(shù)值位于能量輪廓的何處；根據(jù)半數(shù)值的位置，在信號信息中設(shè)置一個開始位置；在信號信息中至少定位一個同步(SYNC)字；向用戶單元發(fā)送一個偏置值，該偏置值大大地補(bǔ)償了開始位置和起始位置之間的所有延遲。
6.用于一個同步通信系統(tǒng)中的控制單元，它連接多個用戶單元到控制單元，該控制單元包括一個在控制單元和通信系統(tǒng)之間提供一個接口的RF收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)提供數(shù)字信號到控制單元，一個預(yù)先規(guī)定數(shù)目的數(shù)字信號包括一個完整的時隙；主存貯器耦合到RF收發(fā)信機(jī)以接收整個時隙；處理電路耦合到主存貯器，以處理時隙來至少決定在控制單元和每一個用戶單元之間的任何時延，它是通過在抽取信號信息之前先估計(jì)在時隙中信號信息位于何處，處理電路提供一個偏置值到每個用戶單元，該偏置值補(bǔ)償為每一個不同的用戶單元決定的延遲。
7.一種用于通信系統(tǒng)中組成部分的定時同步的方法，通信系統(tǒng)包括從控制單元到至少一個用戶單元的下行傳送，和從至少一個用戶單元到控制單元的上行發(fā)送，每一個發(fā)送都具有一個發(fā)送長度，該方法包括以下步驟從控制單元接收下行啟動信號(trigger)；用一個代表在控制單元和至少一個用戶單元中選擇的一個之間的傳輸延遲的最壞情況的預(yù)先規(guī)定的值，來設(shè)置下一個上行發(fā)送的偏差；在所選的用戶單元中打開一個RF收發(fā)信機(jī)到一個發(fā)送功率設(shè)置；將發(fā)送長度設(shè)置成對應(yīng)于一個短突發(fā)脈沖串；在一個對應(yīng)于下一個上行發(fā)送的信號中格式化至少一個SYNC字；對應(yīng)于下一個上行發(fā)送來發(fā)送信號。
8.用于同步通信系統(tǒng)的多個用戶接入單元，它連接一個控制單元到多個用戶接入單元，基于控制單元在一個預(yù)先規(guī)定的接收窗口內(nèi)從用戶單元接收發(fā)送，至少有一個用戶接入單元包括一個提供一個在用戶接入單元與通信系統(tǒng)之間的接口的RF收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)提供數(shù)字信號到用戶接入單元，一個預(yù)先規(guī)定數(shù)目的數(shù)字信號包括一個完整的時隙；多個為至少一個延遲偏置值和一個發(fā)送幀長度存貯值的監(jiān)時寄存器；耦合到RF收發(fā)信機(jī)的特殊的處理電路，該處理電路從RF收發(fā)信機(jī)接收數(shù)字信號并向RF收發(fā)信機(jī)提供數(shù)字信號；耦合到特殊處理電路的主存貯器；一個耦合到主存貯器和多個寄存器的處理器，該處理器通過提供一個短突發(fā)脈沖串上行信號到特殊的處理電路來響應(yīng)接收一個下行觸發(fā)，直到從控制單元接收到一個延遲偏置值，此時普通的上行突發(fā)脈沖串被提供，以使上行突發(fā)脈沖串被與接收窗口的定時校準(zhǔn)了的控制單元接收。
9.一個用于同步雙向發(fā)送的通信系統(tǒng)，包括多個初始化成發(fā)送短突發(fā)脈沖串的用戶單元，相應(yīng)于在接收到一個偏置延遲值之后，接收下行觸發(fā)并發(fā)送普通突發(fā)脈沖串，該短突發(fā)脈沖串至少具有一個SYNC字；估計(jì)在接收窗口中短突發(fā)脈沖串的位置的控制單元，基于估計(jì)的位置處理短突發(fā)脈沖串，以從接收到的信號中抽取數(shù)據(jù)并在接收到的信號中搜尋至少一個SYNC字，這一搜尋提供了一個相當(dāng)精確的在接收窗口中的短突發(fā)脈沖串的位置，該接收窗口被用于發(fā)送偏置延遲值到各個發(fā)送短突發(fā)脈沖串的用戶單元。
10.一種用于在一個具有多個用戶單元和一個控制單元的通信系統(tǒng)中提供同步發(fā)送的方法，該通信系統(tǒng)的通信是基于控制單元在一個預(yù)先規(guī)定的接收窗口中接收信息，該方法包括以下步驟系統(tǒng)初始化包括以下步驟建立一個傳輸延遲的固定部分；補(bǔ)償該固定部分；單一雙向通信初始化包括以下步驟接收一個信息的完整時隙，它代表在控制單元中從被選擇的一個用戶單元來的短突發(fā)脈沖串，該短突發(fā)脈沖串至少包括一個SYNC字；在控制單元中，估計(jì)信息的平均功率在整個時隙中的位置；基于在控制單元中的估計(jì)，從整個時隙中抽取數(shù)據(jù)；在控制單元中，從抽取的數(shù)據(jù)中搜索至少一個SYNC字；從控制單元到所選的用戶單元提供一個偏置延遲值，以使從所選的用戶單元來的隨后的發(fā)送與合適的接收窗口進(jìn)行定時校準(zhǔn)；基于接收到的偏置延遲值調(diào)整所選的用戶單元的發(fā)送定時；在所選的用戶單元，從短突發(fā)脈沖串長度改變到普通突發(fā)脈沖串長度。
全文摘要
一種用于通信系統(tǒng)(100)中信號發(fā)送的定時同步的方法確定在中央單元(102)和在一特定節(jié)點(diǎn)(202)上的用戶(206,208)之間的傳輸延遲的“固定部分”(222)。另外,該方法確定出傳輸延遲的“可變部分”,它計(jì)及在一個特定節(jié)點(diǎn)(202)上的不同用戶的空間變化。本推薦的方法將控制單元(102)的接收窗口的偏差設(shè)置成與固定部分一致,并控制各個用戶單元(206,208)設(shè)置被不同的部分發(fā)送的信號的定時偏置。
文檔編號H04J3/14GK1169804SQ9619164
公開日1998年1月7日 申請日期1996年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月5日
發(fā)明者蒂莫西·M·伯克, 邁克爾·曼尼特, 羅伯·巴哈里 申請人:摩托羅拉公司