CN1053305C - 在同时广播网络中协调各时钟的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种具有一个系统控制器(23)用于同步多个寻呼站(24)的时钟同步系统。每个寻呼站具有一个时钟，该时钟包括一个计数器(52)，该计数器指示当前本地时间，其值通过所施加的计数器计数信号而顺序地增加。一个压控振荡器(58)产生一个时钟信号，控制该计数器计数。在系统控制器中的CPU(50)监视计数器指示的时间和将其与从系统时钟接收的定时信息进行比较。该定时信息包括时标和时标发送时间。该系统时钟将时标发送到每个寻呼站。

Description

在同时广播网络中协调各时钟的方法和设备
一般来说，本发明涉及用于协调多个时钟的系统，更具体地讲，是涉及由很宽的地理区域分隔开来的一组时钟的协调系统。
许多现代通信系统是由一些较小的子系统或站组合起来的，这些子系统或站在地理上彼此是分隔开来的，但被安排为共同工作。一种这样的系统是寻呼系统，一般来说，寻呼系统由寻呼终端、寻呼系统控制器和许多分布在很宽的地理寻呼服务区域上的称为寻呼站的发信机单元构成。寻呼终端与公共电话交换网相连和接收对该系统的各用户的来话呼叫。响应于一次呼叫，寻呼终端为该用户产生一个寻呼消息和通过寻呼系统控制器将该寻呼消息传送到寻呼站。
当收到该寻呼消息后，各寻呼站利用其相连的发送设备通过空间广播这一消息。为一种小型接收机的用户寻呼机检拾这一广播和通过操作显示器、产生一种音调、或产生一种有触觉的振动，通知该用户他正被寻呼。另外一些多站的系统包含有蜂窝双向系统和数据捕获系统。
为了保证多站通信和测量系统的正确操作，一般来说，每个站包含一个必须与其他各站的时钟协调操作的时钟。换言之，每个时钟在同一瞬间必须指示一个相互相关的时间。例如，一个寻呼系统被安排为：该寻呼系统控制器收集一定数目的寻呼，并将这些寻呼组合到一个数据包中，和而后将该数据包连同表示该数据包什么时侯将被广播的指令一起传送到各寻呼站。然后各寻呼站在该指令所表示的时间广播各寻呼消息的数据包。只要各站在精确的同一时间广播该数据包，位于寻呼信号来自两个或多个站，而这些站又与该寻呼机相距大约相同距离的区域中的系统用户携带的各寻呼机将会接收到一个能由该寻呼机网络很容易处理的信号。然而，如果在不同的时间广播各寻呼消息和/或在不同时间接收到这些消息，则各寻呼机将接收到一个不能处理的多个重叠的信号。结果，当一个携带寻呼机的用户进入了一个这种信号重叠区，这种不能处理的现象就可能出现。为了避免这种不希望的结果，所有寻呼站将具有指示相同时间的时钟，以便每个站在相同时间发送相同数据包。
至今，已经证明以经济的方式在分隔开的位置上，诸如各寻呼站提供全部同步的时钟是困难的。虽然个别站可以装备诸如原子钟这样的非常精确的时钟，但这些时钟是非常昂贵的。进一步来讲，一般需要由技术人员十分频繁地巡检时钟的场地，使这些时钟协调一致。与由人来进行的这种巡检相关的费用常常意味着这种协调的频度要低于最佳频度。
维持多时钟协调的系统的其他尝试包括提供产生一个连续的基准信号的主单元，地理上分隔开的每个时钟用上述基准信号调整其速率。典型地讲，该基准信号是某种类型的周期信号，各时钟利用锁相环子电路调整时钟的前进。这些系统的一个缺点是仅从基准广播时钟速率信息。另一种方法，诸如利用一个或多个无线接收机监视各寻呼站的输出，则要求周期性地相互为基准调整各时钟，以便允许同时广播寻呼消息。这些系统势必将是复杂的、损害灵敏度、和当系统广播寻呼时浪费无线电频率。
一般来说，本发明涉及一种分布传输系统，诸如寻呼系统，该系统通过具有协调部件的特点能够实现信号的同时广播。该系统包括一个系统控制器和多个地理上分布的各个站。系统控制器和各个站中的每个站都包含有一个时钟。各个站根据系统控制器发送的定时信息协调它们各自的时钟。
更具体地讲，本发明是关于一种传输系统，在该系统中每个时钟都是一个二进制计数器，该计数器响应于由一个振荡器产生的定时信号向前计数。系统时钟被锁定到一个外部基准时间上，在本发明的一个优选实施例中该外部基准时间是由一些全球定位系统(GPS)卫星发送的时间信号。在一个实施例中，该振荡器是压控振荡器，可以由一个CPU微调，以便甚至在时间基准失效时也能使系统时钟保持正确的时间。
在寻呼系统的情况下，系统控制器通过链路系统发送与通常通过该链路系统发送的寻呼数据块(PDB)构成一体的定时标志。在一个未来的时间上，系统时钟通过链路系统发送指示绝对时间的信息，在该信息中前一个时间标志被发送。在各寻呼站中的每个时钟，按照它的时钟测量该时间标志到达的时间。另外，每个寻呼站具有系统控制器与该寻呼站之间的有效传播延迟时间。通过将该传播延迟时间加到由系统控制器发送时间标志的时间上的办法，该寻呼站能够确定这样一个时间，在该时间上应该已经接收到该时间标志。该时间与实际上接收到时间标志的时间之间的差就是各个站的时钟的误差。
本发明提供了一种方便的方法，保证一个或多个时钟与在系统控制器中的一个远端时钟并联地运行。单独的各个时钟单元通过已经建立的链路系统接收时间标志。实现控制使计数器向前计数的速率的定时控制电路仅需要相当少的部件。因此，以最小的硬件规模和信号连接部件要求，使本发明相当经济地提供了这种同步系统。
通过结合各个附图参照下面的详细描述，本发明的上述各个方面和许多附带的优点将变得更容易体会，同是变得更好理解，其中各个附图是：
图1是寻呼系统的框图；
图2是本发明的寻呼系统的一部分的系统控制器中的时钟的框图；
图3是一个处理流程图，通过该处理流程该系统控制器被锁定到和同步到一个外部时间基准上；
图4是一个处理流程图，通过该处理流程该系统控制器经由链路系统发送定时信息，以便同步各个寻呼站；
图5表示一种典型寻呼数据块(PDB)，该数据块中含有用于由各寻呼站进行同步的时间标志；
图6是本发明的系统的一部分的站控制器的框图；
图7是一个处理流程图，通过该处理流程站控制器利用经由链路系统接收的定时信息以便保持它的时钟的协调；
图8A是说明利用卫星链路和组态为确定链路传播延迟的一个寻呼系统的图；
图8B是说明用于确定经由卫星链路的链路延迟的一种方法的流程图；
图9是说明利用冗余卫星链路和组态为确定链路延迟的一个寻呼系统的图；和
图10是站控制器中的时钟的另外一种实施方案的框图。
                寻呼系统的概述
图1表示包括本发明的方法和设备的寻呼系统20。寻呼系统20包括寻呼终端22、寻呼系统控制器23和分散在一个很宽广的地理区域中的多个寻呼站24。在本发明的这个优选实施例中，如图1所示，寻呼系统控制器23与寻呼终端22成为一个整体。在另外一种方案中，寻呼系统控制器23可以与寻呼终端是不同的和分开的。
寻呼系统与一个公共电话交换网(PSTN)26相连接，用于接收来话呼叫，这些来话呼叫包括请求寻呼与寻呼系统20签约的那些个人。响应于来话呼叫，寻呼终端22寻呼消息，和由寻呼终端22传送到寻呼系统控制器23。寻呼系统控制器23将这些寻呼消息组合成为寻呼数据块(PDB)28，并被传送到寻呼站24。正如将要在下文中更详细描述那样，PDB含有不同的信息类别，包括：实际寻呼数据、传送差错校正信息、地址信息和定时信息。而寻呼站24每次广播寻呼消息覆盖一个规定的地理区域，正如图1所示对于一些示例性的寻呼站由圆29所表示的那样。
将PDB28传送到寻呼站24的实际方法取决于这样一些因素，诸如：各寻呼站的硬件、至寻呼站的距离、和/或所使用的具体传送系统的经济考虑。例如：PDB28可以通过硬导线或光纤电话链路30传送。其他寻呼站24为组态为经由微波链路32来接收PDB28，而另外一些站则经由卫星链路34来接收PDB28。当然，寻呼站24可以经由两条或多条可供选择的通信链路接收PDB28。在一条链路出故障的情况下，其他链路将能够用于保证PDB28的被接收。
可供选择的方案是，可以利用多个链路同时发送每个PDB28的多个拷贝，使在个别站上的处理设备利用这些来自每个PDB的信息去校正任何传输差错。在系统中用于从寻呼系统控制器23向各个寻呼站24传送PDB的链路30、32和34被统称为链路系统。
其中一个表示在图1中的中心的每个寻呼站24包含有站控制器38和发信机40。站控制器38从寻呼系统控制器23接收PDB28和将含在PDB中的寻呼信息变换为一种形式，以便于该寻呼信息被调制而由发信机40广播。
个别的各个站控制器38控制各个寻呼消息的传送，以便使所有的发信机40在精确的同一时刻广播同一寻呼消息。这种同时广播保证当寻呼接收机42位于能接收到来自两个或多个寻呼终端的广播的区域时，正如由圆29之间的重叠区域44所表示的那样，寻呼接收机仍能接收到可以容易处理的信号。因此，站控制器38通过各个发信机40控制含在PDB28中各寻呼消息的传输，以便使每个发信机在相同时间广播含在一个单一的、公共的PDB28的寻呼消息。
                寻呼系统控制器
图2表示寻呼系统控制器23的时钟部分46的框图。该时钟部分包括：中央处理单元GPU50、计数器52、第一锁存器54、第二锁存器64、GPS接收机、10MHz压控振荡器58(VCXO)、数模变换器(DAC)60、时间标志检测电路47和链路发信机62。这些部件以协调操作的方式操作使时钟部分46与外部时间基准同步和经由链路发信机62发送定时信息。在该优选实施例中，一般，该定时信息是与PDB结合为一个整体通过链路系统传送的。正如在下文将要更详细看到的那样，定时信息(包括时间标志和绝对时间，在绝对时间上时间标志被发送)被每个寻呼站24的站控制器38利用，以实现数据的同时广播。
时钟部分46的核心部分是CPU50、DAC60、VCXO58和计数器52。时钟部分46通过使VCXO58产生一个10MHz频率的时钟信号来工作。用于产生这个时钟信号的适宜的VCXO58是Isotemp Research公司的型号为NO·VCXO134-10的压控振荡器，该振荡器产生范围在9,999,988与10,000,012Hz之间的可变频率输出信号的频率是由DAC60施加到VCXO上电压的函数。
VCXO每次产生时钟信号的一个完整的正弦周期，计数器52向前计一个数。可供选择地，可以将一个峰值检测器或其他方波形成电路(未示出)插入VCXO58与计数器52之间，以便将正弦信号变换为适合驱动计数器52的数字信号。
计数器是一个设置在模为600,000,000的30位二进制计数器。因此，计数器58以二进制格式向前计数，直至它的总计数值达599,999,999，然后复位为零(0)。与来自VCXO58的标称的10MHz信号联合操作，该计数器将每秒向前计数一千万次。因为是按照模600,000,000计数，所以计数器52将每60秒复位一次。因此，计数器52的每次计数一般等效为十分之一个一微秒(0,0000001秒)的经历时间。另外，计数器52可以或者用硬件实现，或者可供选择地，或用CPU50、或用一个单独的处理器按照软件来运行。作为一种进一步可供选择的方案，该计数器可以按照一种硬件和软件的组合来实现。
进一步的言，计数器模数不是600,000,000和VCXO的频率不是10MHz也可以被利用。然而，这样取的优点是计数器模被VCXO频率除是一分的倍数，或者整除等于一分。因此，计数器52的精密实现不是关键的和可以由多种不同的方式来实现。
正如将要在下文所更详细地看到那样，计数器52对通过时间保持十分之一微秒(0,000,0001秒)的量度，因为它是最后的重新设置。如果时间基准可能暂时或永久地失效，则计数器的值相对于一分钟开始进行漂移，除非VCXO58精确地工作在10MHz。由于这种原因，VCXO58被CPU50产生的VCXO控制信号进行调整。在该系统的一个优选实施例中，CPU50产生一个16位VCXO控制信号，用于建立由VCXO58产生的同步信号的频率。VCXO控制信号通过一个并行数据总线被转移到DAC60。DAC60变换数字化的VCXO控制信号为施加到VCXO58的模拟VCXO控制信号。
        系统控制器时钟与外部时间的同步
系统控制器23的时钟(该时钟保持系统的时间)被锁定到一个外部时间基准，在本优选实施例中该基准是GPS时间基准。十分明显，外部时间基准可以来自任何来源，包括位于系统控制器中的原子钟。在本优选实施例中，GPS接收机56用于接收来自一个或多个GPS卫星的信号。这些卫星产生高精度的时间和位置信号和这些卫星这样地进行安排，即在地球上的任何点上的地球站，诸如GPS接收机56，都能接收来自至少四个卫星的信号。
适宜的GPS接收机56是从德克萨思州的达拉斯Rockwell公司可以得到的“Navcore V″型接收机。一般，这种类型的GPS接收机具有两个输出端：一个脉冲输出端(在图2中该输出端连接到第一锁存器54)和一个串行数据输出端(在图2中该输出端连接到CPU50)。大约每秒一次，GPS接收机确定其精确的位置和在该位置上的绝对时间。而后GPS接收机在其脉冲输出端产生一个窄脉冲(一般为一个微秒，并在本说明书中称为GPS时间脉冲)和当GPS时间脉冲出现有效时，在其串行数据输出端输出定位信息和绝对时间。来自GPS卫星的基准时间在本说明书中称为GPS绝对时间，在该优选实施例中系统时间等效于GP5绝对时间。应当指出，GPS卫星与GPS接收机56之间的传播时间的校正是由GPS接收机56自动地提供的。因此，在GPS接收机56输出一个GPS绝对时间的当时，在该GPS接收机的位置上，该时间是校正的GPS绝对时间。
进一步讲，如图2所示的设备还将利用其他GPS接收机进行操作，在其他GPS接收机中GPS时间脉冲精确地按照绝对秒产生和该接收机仅仅偶尔在串行数据输出端发送GPS绝对时间。因为GPS绝对时间是最后接收到的，所以GPU50能够容易地对GPS时间脉冲的数目计数，以确定每个GPS时间脉冲的GPS绝对时间。
可以是Motorola 68302的32位微处理器的CPU50与相连的存储器电路一起被用于将由计数器52所保持的时间与从GPS接收机获得的GPS绝对时间进行比较。本发明所用的方法可以通过参照图2和3而获得最好的理解。
具体来讲，系统控制器时钟对GPS绝对时间的同步如在步骤100所描述的是由GPS接收机56产生GPS时间脉冲和GPS绝对时间信息开始的。GPS接收机56产生一个GPS时间脉冲，该脉冲被输入到锁存器54。依次，在步骤102，在由GPS接收机产生GPS时间脉冲的精确时间锁存器54存储计数器52的值，以便允许在下一个GPS时间脉冲到来之前由CPU50读出。另外，作为由GPS接收机56发送的GPS绝对时间被装入CPU50中的寄存器。
当系统控制器被初始加电时，计数器52是自由运行的。因此，计数器52不能提供GPS绝对时间的可识别指示。例如，最好是，因为计数器52每分钟要“翻转”(rolls over)一次，当该寻呼系统的绝对时间(例如从GPS卫星获得的)精确地落在整数分，12：24：00.000时该计数器应当读数为000,000,000。然而，这种条件很难出现，实际上，这种机会的概率是600,000,000对1。因此，在步骤104，必须确定系统控制器计数器的偏差，以便使计数器52将精确地用作为一个时钟。首先，GPS绝对时间和计数器值被安排为一种格式，这样它们能够容易互相比较。
例如，GPS绝对时间从浮点表示变换为一个以二进制格式表示的定点数。另外，因为计数器52仅保持跟踪GPS绝对时间的秒部分，对于确定计数器偏差的目的，GPS绝对时间的小时和分部分被舍去。因此，GPS绝对时间的秒部分被变换为从该分开始的十分之一微秒的计数数目。例如，如果GPS绝对时间是12：34：04·123，则十分之一微秒的数的十进制表示是41,230,000。
由第一锁存器54存储的计数器52的值(在本说明书中也称为计数器值)与GPS绝对时间的十分之一微秒的表示值之间的差被计算出来。这个差表示该计数器从GPS绝对时间偏差的总量或该系统控制器计数器的偏差。
为了说明起见，假设当GPS接收机56输出一个GPS脉冲时，该GPS绝对时间是12：34：56·789和当锁存器54由该GPS时间脉冲启动时，计数器52的值是282,820,000。仅观察GPS绝对时间的秒部分和变换为计数器的增量，该GPS绝对时间等效为567,890,000计数器增量。因此，从567,890,000减去282,820,000，该系统控制器计数器偏差值为285,070,000个计数。该计数器偏差值对确定系统时间是重要的。例如，如果在某个未来的时间上，计数器值是100,000,000，则系统时间(在该优选实施例中等效于GPS绝对时间)是一分开始以后38,507秒(100,000,000+285,070,000＝385,070,000个计数)。
当系统控制器初始加电源时，首次计算的系统控制器计数器偏差存储在CPU50中。然而，随着接收附加的时间标志和GPS定时信息，该系统控制器计数器偏差被“细调”。具体来说，在步骤106，对所接收的每个GPS时间标准重复步骤100-104的处理。而后在步骤106，按照系统控制器计数器偏差的一个预定数，例如，前面步骤100计算的系统控制器计数器的偏差，来计算该系统控制器计数器偏差的动态平均值(moving average)。在该优选实施例中，移动平均值是通过一个数字滤波器计算的。因此，系统控制器计数器偏差被不断地微调和被存储在CPU50中。十分明显，如果VCXO58精确地工作在10MHz，则在一段时间周期范围内，系统控制器计数器偏差将基本是相同的。
在步骤100-104的几次选代中计数器偏差连续漂移，则表示VCXO58的频率并不精确地在10MHz。在这种情况下，CPU50产生一个VCXO控制信号)该信号被施加到DAC60，而后再施加到VCXO58。VCXO控制信号调谐VCXO，以使VCXO更精确地产生10MHz信号。具体地讲，CPU50确定VCXO58应当向上或向下调整输出频率的量。在计数器偏差倾向于向上漂移的情况下，则计算出降低VCXO58频率的VCXO控制信号。在计数器偏差倾向于向下漂移的情况下，则计算出增加VCXO58频率的VCXO控制信号。VCXO58频率的增加或降低反比例于计数器偏差的漂移。
计算VCXO控制信号的方法首先从数学上计算VCXO的设置，该设置将从理论上完美地校正计数器偏差的漂移，而后从那种计算产生一个新的校正那种漂移的VCXO控制信号。例如，假设计数器在一分钟向上漂移了60个计数，转换为每秒漂移一个计数。这个漂移表示VCXO58的频率是10,000,001Hz，即该VCXO略微快了一些。CPU50而后将施加一个VCXO控制信号，该信号将降低VCXO58的频率1Hz。
另外一种方案，可以利用一种自适应方法计算VCXO控制信号。该自适应方法与上述方法一样，开始在一段短的周期中测量计数器偏差的漂移。然而，当该漂移减小时，再在一段长的时间间隔中(10分钟)测量系统控制器计数器偏差的漂移。例如，当一个时间标志到达时，将其系统控制器计数器偏差与许多分钟以前(约30分钟之前)接收到的时间标志的系统控制器计数器偏差进行比较。计数器偏差的差值而后利用动态平均(running average)进行平均。这种方法提供一个最终的极为精确的VCXO控制信号。
例如，假设当一小时过一分钟时，计数器偏差是43,500。在一小时过31分钟时，计数器偏差是44,000。换言之，在1800秒(30分钟)里偏差增加了50微秒(500个计数单位)。因此，该振荡器在频率上太低了，其降低的比率是1799.999950除以1800.000.000当由10MHz相乘时，给出的实际VCXO频率是9,999,999.722Hz。而后，对于这个不精确值VCXO必须被校正。因此，应当理解为，在上面的例子中，仅仅说明这种调整，并且用于校正漂移或确定VCXO控制信号的其他方法也可以利用。
不断重复上述如图3所示的整个处理过程，以保证系统控制器23同步到GPS绝对时间上，并且VCXO58工作在10MHz。
        由系统控制器产生的时间标志信号
按照本发明，系统控制器23已经锁定到GPS绝对时间以后，系统控制器通过链路系统发送定时信息，该信息被各寻呼站用于同步其各自的时钟。该定时信息包括两部分和经由链路系统被传送，一般是与PDB结合为一体通过链路系统发送。因此，定时信息要求最小的链路传输时间和额外开销。
下面参照图5，十分明显，PDB含有多个信息字段，包括：数据包序号120、帧同步图形122、前次数据包的发送时间124、开始时间126、结束时间128和数据130。在实际的寻呼系统中，附加信息也要与PDB组合在一起，但是，那种信息与本发明的关系并不密切，且在这里就无须讨论。另外，如图5所示各字段的次序可以不代表包含在经由链路系统被发送的PDB中的字段的次序。例如，帧同步图形常常改变为放在形成PDB数据流的首端。另一种方案是，帧同步图形可以插入到PDB的各个部分。
数据包串号120识别具体的一个PDB。所提供的帧同步图形122使每个寻呼站能捕获PDB。帧同步图形是一种预定的图形，利用该图形各寻呼站能够识别一个PDB的边界。当在前次PDB以发送一个时间标志时，前次数据包发送时间124表示GPS绝对时间。因此，前次数据包发送时间字段不但包括GPS绝对时间而且还包括涉及该GPS绝对时间的前次PDB的数据包序号。开始时间126和结束时间128表示GPS绝对时间，在这个时间上寻呼站被命令开始和停止发送含在PDB中的数据。最后，数据130是由各寻呼站发送的实际寻呼消息。
上面所描述的PDB格式仅仅是为了说明，十分显然，本专业的技术人员可能利用各种各样的PDB格式。例如，PDB序号可以是隐含方式的和前次数据包发送字段可以涉及第N个前面的数据包，其中N是整个寻呼系统意见一致的数。另外，开始时间和发送持续期可以利用开始时间和结束时间来代替。
如上所述，定时信息含有两个不同的部分：(1)在PDB中的时间标志；和(2)由新近的PDB传送的时间标志的发送时间。将定时信息放入PDB的机制参照图2和4是最容易理解的。具体来讲，在步骤150，当下一个PDB通过链路发信机62经由链路系统被发送时，向链路发信机62和时间标志检测器47提供PDB。在该优选实施例中时间标志的术语并不涉及离散的位、信号和脉冲。相反，该时间标志是在PDB中不认为是时间标志的预定的位置。明确地讲，在该优选实施例中，时间标志是在帧同步图形后面的预定数目的位。在该优选实施例中时间标志是一个位沿的转换，该位沿的变换是跟在完整的帧同步图形后边的预定数目的位。
时间标志检测器47进行检测PDB的帧同步图形和计数帧同步图形之后预定位数目的操作。可以明显看出，寻呼系统的全部部件提供跟在帧同步图形后边的精确的预定位数目。这能使所有部件在同一位置“检查”时间标志。换言之，这能使寻呼系统的所有部件在相同位变换上检测时间标志。在时间标志检测器47检测在PDB中的时间标志之后，时间标志检测器47向第二锁存器64提供传送时间脉冲。因此，在PDB时间标志的瞬间由系统控制器传送，在步骤152锁存器64存储为CPU50所利用的计数器52的值。
当PDB的时间标志被传送以后，在步骤154，CPU50从锁存器64读计数器值。CPU50还存储PDB的序号。CPU通过系统控制器计数器偏差(上面讨论过的校正计数器值和确定GPS绝对时间，在该时间在步骤155，该PDB被传送。因为在本优选实施例中，计数器52每分钟复位，所以GPS绝对时间被校正为从0到599,999,999的范围。
最后，在步骤156，时标被发送的GPS绝对时间，连同PDB序号包括在跟着发送的PDB的前次数据包124的发送时间的识别字段中。图4所示的处理过程由寻呼系统控制器连续地重复，以便同步各个寻呼站。
上文所描述的是提供时标与PDB形成整体的优选实施例。十分明显，时标并不需要与PDB形成整体。而时标可以与PDB交错安排，并且前次时标发送时间也可以交错安排。换言之，分开的不同数据组可以用于传送时间信息。但是，正如在优选实施例中所述，在PDB中时标的混合代表着有价值的链路系统的广播时间的节约。
                站控制器
图6表示站控制器38的主要部件的框图。如所见，站控制器38的时钟的硬件非常类似于系统控制器23的时钟。按照本说明书所用的，站时间这一术语是指由站控制器38所保持的时间。
站控制器包括：CPU250、计数器252、锁存器264、10MHzVCXO258、DAC260、时标检测器259、比较器261和链路接收机262。这些部件以共同操作的方式利用经由链路系统收到的定时信息将该时钟与系统时钟进行协调。
该时钟的核心部件是CPU250、DAC260、VCXO258和计数器252。类似于系统控制器的VCXO，VCXO258产生和提供一般设置为10MHz频率的一个信号。VCXO258可以是或可以不是用于系统控制器的那种类型的VCXO。然而，类似于在系统控制器中的VCXO，VCXO258的输出信号的频率是施加在其上电压的函数。VCXO258的每次信号输出的时间运行一个完整的正弦周期，产生一个时钟信号就引起计数器252增加一个计数量。
计数器是设置在模数为60C,000,000的30位二进制计数器。因此，计数器258以二进制格式向前计数，直至计数的总数达到599,999,999，并且然后复位到0。与来自VCXO258的标称10MHz信号配合操作，计数器将一般每秒向前进行一千万次计数。由于是根据模数600,000,000，所以计数器252将每60秒钟复位一次。这样，计数器252的每次计数一般等效于一微秒的十分之一(0·0000001秒)的经过时间。类似于系统控制器的计数器，计数器252可以按照硬件、软件或者两者的组合予以实施。
如果链路系统暂时失效，停止了标的接收，该计数器的值将相对于一分钟的开始时间漂移，除非VCXO258精确地工作在10MHz。由于这种漂移，VCXO258就要由CPU50产生的一组VCXO控制信号来调整。在本系统的一个优选实施例中，CPU50产生一个16位VCXO控制信号，用于建立由VCXO258产生的信号的频率。该VCXO控制信号经由并行数据总线转移到DAC250。DAC260将数字的VCXO控制信号变换为施加到VCXO258上的模拟VCXO控制信号。
在站控制器38的情况下，如图6所示，VCXO258的输出还可以送到寻呼站的发信机40。寻呼站发信机40利用VCXO输出信号作为基准信号调整其产生的载波信号的频率。例如，发信机40最好是包括一个锁相环综合器，该综合器产生一个构成该载波信号的基础的信号。VCXO258的输出信号被送到锁相环综合器，调整载波信号的频率。
另外，比较器261和发信机40与其他站控制器38的部件配合操作，从寻呼站向各寻呼机发送实际的寻呼消息。尚记得，每个PDB包含：数据、发送的开始时间和发送的结束时间。每个单独的数据位(由寻呼站广播的实际寻呼消息)必须在给定的时间广播。这就是CPU250、比较器261和发信机40要做的事情。
具体来讲，CPU250向比较器261提供一个特定的计数器值，该值指示PDB数据的下一个位在什么时侯将被发送。如图6所示，CPU250通过一条单独的线路也向发信机40提供位数据。比较器261还监视计数器252的值。当计数器252的值等于来自CPU250的特定计数器值时，比较器261向发信机40输出一个准备信号。在该时刻，发信机40从CPU250接收要发送的位并且发送该位。另一种方案是，比较器261的输出可以操作一个锁存器，在要求的时间上改变一个或多个输出位的状态。对于来自PDB的数据的每一位，由CPU250向比较器261输出的具体计数器值是由CPU250计算的。实现这种计算的一种方法是从发送的结束时间减去发送的开始时间，以确定发送的持续时间。另外，已知在该持续时间中有多少数据位须发送。因此，对数据的每位的开始时间可以利用位数目去除发送持续期来计算用这样一个值增加发送时间，该值是往往由于分数余数增加发送时间一次计数的误差而确定的。
例如，假设开始时间是12：00：00·000，结束时间是12：00：01，000，和将要发送的位数等于1000。进一步，还假设当GPS绝对时间精确地落入一个整分钟时，计数器252读出000,000,000。因此，CPU250将提供值000,000,000给比较器261，以便发送第一位；提供值000,010,000以便发送第二位；提供值000,020,000，以便发送第三位，等等，每后续一位被发送，增加10,000个计数。
            由站控制器利用定时信息
站控制器38利用定时信息的描述参照图7予以表示。首先，在步骤170，通过链路系统发送的PDB由链路接收机262接收。接下来，在步骤172，当PDB到达后，被提供给时标检测器259和CPU250。时标检测器259基本上类似于系统控制器中的时标检测器47(如图3所示)。当检测到装入PDB中的时标时，时标检测器产生一个启动锁存器264的接收时间脉冲。因此，精确的站时间，即在该时间上PDB到达链路接收机262，被存储在锁存器264，以便由CPU250读出和利用。接下来，在步骤174，CPU250读出计数器值，和在步骤176，站控制器38等待后续的PDB到达，该PDB指示按照GPS绝对时间的前次时标被发送的时间。
前者接收到的一个PDB时间，在步骤178计算出一个初始的站控制器计数器偏差。该计算类似于系统控制器计数器偏差计算。例如，假设站控制器初始加电和计数器252自由运行。接下来，假设通过链路系统到达的PDB具有序号53和当前到达以后，时标检测器259产生锁存一个计数器值200,000,000的接收时间脉冲。在一个稍后的时间上，一个PDB到达站控制器表示PDB序号53是在GPS绝对时间12：34：56.000被发送的。另外，通过链路系统的传播时间已知为1·0秒(所利用的方法在下文进一步描述)。因此，站控制器的CPU250能够算出，该PDB应当在绝对时间12：34：57·000接收到。即，当该绝对时间时，本地计数器为200,000,000，变换为计数值为570,000,000。利用用于系统控制器23中计算系统控制器相同的方法，站控制器确定该计数器滞后GPS绝对时间370,000,000个计数单位(十分之一微秒)。因此，在这种情况下，站控制器计数器的偏差是370,000,000个计数单位。
一旦站控制器计数器偏差由第一个PDB已被标出，则现在站控制器的CPU250可以确定对应于任何GPS绝对时间的合适的计数器值。为了说明的缘故，举上面的例子，如果在将来，希望知道当GPS绝对时间为12：00：47·000时的计数器值，则从470,000,000中减去站计数器偏差370,000,000而给出一个100,000,000值。因此，当计数器值为100,000,000时，CPU250能够确定GPS绝对时间是一分开始后的47·000秒。
在站控制器中这种与GPS绝对时间相对应的计数器值的能力是本发明的一个重要部分。回忆起，每个PDB包括一个放置在前面作为GPS绝对时间的发送开始时间。回到上面的例子，如果PDB具有12：00：45·678开始时间，则在发送开始时计数器值应当是456,780,000(GPS绝对时间的秒部分变换成十分之一微秒)减去370,000,000(计算出的站控制器计数器偏差)，该值等于86,780,000。因此，当计数器252读数为86,780,000时，站控制器将开始发送，即该值出现在比较器261。
每次接收到新的PDB时，步骤170-178重复计算一个新的站控制器计数器偏差。当附加的PDB到达时，站控制器计数器被微调。具体讲，在步骤180，对收到的每个GPS时间标志重复步骤170-178的处理。而后在步骤180，基于预定数目的站控制器计数器偏差；例如，至少100个计算的站控制器计数器偏差，来计算站控制器计数器偏差的动态平均值。在该优选实施例中，该动态平均值是通过一个数字滤波器计算的。因此，站控制器计数器偏差被连续地微调和被存储在CPU250中。十分明显，如果VCXO258精确地工作在10MHz，则站控制器计数器偏差在一个时间周期范围内将基本上是相同的。
计数器偏差在步骤170-178的几个迭代中连续地漂移，表示VCXO258的频率来精确地在10MHz。在这种情况下，在步骤180，CPU250产生一个VCXO控制信号，施加到DAC260，并且而后再加到VCXO258。VCXO控制信号调谐该VCXO，使VCXO更精确地产生10MHz信号。具体来讲，CPU250确定VCXO258的输出信号的频率应当向上或向下调整的范围。在计数器偏差朝上漂移的情况下，VCXO控制信号降低VCXO258的频率被计算出来。在站控制器计数器偏差朝下漂移的情况下，VCXO控制信号增加VCXO258的频率被计算出来。VCXO258的频率的增加或降低的变化反比例于计数器偏差的漂移。
在站控制器中调整VCXO的方法基本上类似于在系统控制器中所用的调整VCXO的方法，这里将不再赘述。
如上文所指出，将所有站控制器38的时钟链接到系统控制器23对于同时广播是重要的。在一个寻呼系统中，其中PDB含有指示各寻呼站精确地在什么时侯广播这些寻呼消息的信息，每个寻呼站必须具有一个精确的时钟。
          为每个寻呼站计算链路延迟的方法
如上文所指出，链路延迟的量(从系统控制器到寻呼站PDB的传播时间)的了解对于每个站在实现同时广播是重要的。通过至少四种方法可以确定链路延迟。
第一，一般，链路延迟可以由几何学的依据确定，即，测量从系统控制器到寻呼站的距离和被电磁波的传播速度除。这种方法对于传播距离是固定的无线链路是最有用的。然而，对于卫星链路来说，其中卫星的轨道是变化的，系统控制器和寻呼站之间的传播距离将是变化的。在这种情况下，如下所述的第三种方法是适宜的。
第二，一个单独的便携式的GPS接收机可以用于系统控制器与每个各别寻呼站之间的链路传播延迟(表示为PD)。具体来讲，该便携式GPS接收机被带到该寻呼站。该GPS接收机的输出提供给寻呼站的站控制器，利用的实施例如图10所示。
在寻呼站中所接收到PDB中的GPS绝对时间等于在所发送的PDB中的GPS绝对时间加上通过链路的传播延迟时间。从而，PD＝接收的时间减发送的时间。如上文所指出，发送时间被包括在通过链路延迟传送的后续PDB中。因此，GPS绝对时间在接收时，必须确定计算的传播延迟。这是按如下方式计算的，当便携式GPS接收机在站控制器中提供GPS时间脉冲时，该站控制器的计数器值，连同在该计数器值上的绝对时间都被记录下来。按照这个信息，当PDB到达时计数器值可以被校正回GPS绝对时间(当PDB到达站控制器时)。
为了说明的目的，假设当计数器值是100,000,000时，来自PDB的时标到达，和当该时标被发送时相应的GPS绝对时间是12：00：00·000。进一步假设，当GPS绝对时间为12：00：00·600相应计数器值为105,000,000时，GPS接收机向站控制器提供GPS时间脉冲。时标(PDB)到达的时间和GPS时间脉冲到的时间之间计数器值经过了5,000,000个计数单位(或0·5秒)。这表示，当计数器值读为100,000,000(当该PDB已被接收到时)时，GPS绝对时间为12：00：00·100。利用上面给出的公式，该传播延迟等于0·1秒。
第三，这种情况是链路系统包括一个卫星链路，必须利用对上述方法的更为复杂的变形。由于卫星在轨道上是变化的，所以传播的延迟随时间也是变化的。因此，对于所有寻呼站在基本上相同的时间测量传播延迟是重要的。上述第二种方法可以利用，但是，应当要求一个技术人员相同时间在每个寻呼站上。本第三种方法要求利用两部GPS接收机，其中一部用作基准。参照图8，示出了利用一个卫星链路的简化的两寻呼站寻呼系统。系统控制器208向卫星210发送PDB，卫星又发送该PDB到寻呼站A212和寻呼站B214。另外，在两个寻呼站之间提供通信信道216。
该方法可以从图8B中看出，其中在步骤200，一个第一GPS接收机被带到一个基准寻呼站，在这种情况下是寻呼站A212。利用上述的方法，对于寻呼站A212，在时间T1可以测量出链路传播延迟，表示为AD1。进一步，这个传播延迟被存储在寻呼站A212的CPU中，由该站控制器用于计算站控制器计数器偏差。为了协调各寻呼站，必须在时间T1，为寻呼站B214确定传播延迟，表示为BD1。
接下来，在步骤202，将第一GPS接收机留在寻呼站A212，将第二GPS接收机带到寻呼站B214并在时间T2测量传播延迟，表示为BD2。下一步，在步骤204，在基本上T2的时间，在寻呼站B214的技术人员利用通信信道216与寻呼站A212联络，确定其在T2时间的传播延迟，表示为AD2。已经确定，根据卫星210在其轨道中的运动，对于每个寻呼站，传播延迟将非常接近相同。因此，对于两个分别的寻呼站在两个分别的时间传播时间的差将是相同的。换言之，BD2-BD1＝AD2-AD1或BD1＝BD2-AD2+AD1。因此，在寻呼站B214的传播延迟在步骤206被设置为等于BD2-AD2＋AD1。上述方法对在寻呼系统中的每个寻呼站利用每个寻呼站参考基准站的方式进行实施。
第四，其中链路系统包括多于一个卫星链路，必须构成一种链路延迟测量的自动方法。由于链路延迟的测量是自动的和连续的，因此减少了巡视各寻呼站的需要。另外，第四种方法允许传播延迟将在相当短的时间周期中被修改，因此适合于变化的链路系统特性。参照图9，示出了一种冗余卫星链路寻呼系统。该系统包括：系统控制器300，两个卫星306A和306B，三个监测站302A、302B、和302C，两个寻呼站304A和304B，以及一个通信信道308。
监测站302A-C分散在整个寻呼系统的各个位置。在全国寻呼系统的情况下，几个监控站可以要求安置在该国家中地理上分隔开的各个位置。每个监测站能够接收卫星306A-B任意一个发送的PDB。监测站302A-C还包括一个GPS接收机。利用上述第二种方法，监测站302A-C可以不断地在任何具体的时间计算通过每个卫星的传播延迟。每个监测站302A-C经通信信道308向系统控制器报告在其位置上对于每个卫星的传播延迟。通信信道可以是电话线路、分组数据网、或其他类型的信道。
系统控制器300当从监测站302A-C收到该信息时，通过卫星发送该信息，将该信息送到每个寻呼站。各寻呼站而后通过内插和/或平均由每个监测站302A-C为该链路测量的传播延迟，计算出通过任何一条卫星链路的传播延迟。
例如，如图9所示，寻呼站304A在监测站302A和302B之间。利用卫星306A的传播延迟将是对于卫星306A由监测站302A和监测站302B监测的传播延迟的加权平均值。对于任何具体的寻呼站的从监测站304A-C得到的每个读数的精确的加权取决于各监测站和该寻呼站的地理位置。这种方法的一个重要优点是如果一个寻呼站转到另外的卫星链路，传播延迟的重新计算是容易实现的，且不需要技术人员去巡检。该寻呼站为新的卫星正确地重新计算其从监测站302得到的读数的加权平均值。
                站控制器的可供选择的实施例
根据通过链路系统的传输时间信息的上面描述的方法非常适合于具有很大卫星或RF链路比例的寻呼系统。在卫星或RF情况下，系统控制器与每个站控制器之间的传播时间可以很容易地计算或测量出来。然而，在链路系统包括大量电话线路或其他硬线通信信道的情况下，传播延迟可能有相当大的变化。例如，对于公用电话线路来说，由电话公司可变化的电话传输路由可以极大地改变PDB的传播时间。另外，环境温度的变化也可能改变传播延迟。
在这些情况下，通过链路信道的传输时间信息可能不象当链路系统是卫星或RF链路那样有效。为了解决这一困难，在本发明的可供选择的实施例中，每个寻呼站的每个站控制器都包括一个GPS接收机。具体来讲，如图10所示，该可供选择的实施例基本上类似于站控制器的优选实施例。但是，已经增加了一个GPS接收机356和一个锁存器354，允许站控制器的可供选择的实施例直接将其时钟与GPS绝对时间相关。
在每个站控制器的时钟同步到来自GPS卫星的信号上，并进行与上述图3的系统控制器相同的同步处理。在这种方式中，每个寻呼站独立地能够将其内部时钟同步到GPS卫星。按照具有全部同步的各个时钟的方式，所有的寻呼站将能够同时发送寻呼信号。这个实施例同样也可以用于测量通过链路的传播延迟(如前文所描述)。
前面的详细描述限于对本发明的一些具体的实施例。然而，十分显然，本发明在实现其某些或全部优点的同时，可以做出各种改变和改型。因此，所附的权利要求书的目的是覆盖作为进入本发明的真正精神实质和范围内的所有那些变化。

Claims (11)

1.一种寻呼系统，包括：
(a)一个系统控制器，该控制器包括用于保持系统时间的系统时钟，上述系统控制器被操作，产生寻呼数据块，上述寻呼数据块含有要广播的寻呼消息，每个上述寻呼数据块含有开始时间和定时信息，上述定时信息是从上述系统时钟导出的；和
(b)多个寻呼站，用于接收上述定时信息，每个上述寻呼站包括：
(I)一个链路接收机，用于从上述系统控制器接收上述寻呼数据块；
(II)一个发信机，用于广播含在上述寻呼数据决中的寻呼消息；和
(III)一个站控制器，包括保持站时间的寻呼站时钟，上述站控制器从上述系统控制器接收上述寻呼数据块，当上述寻呼站时钟的上述站时间等于含在寻呼数据块中的上述开始时间时，传送含在上述寻呼数据块中的上述寻呼消息到上述发信机以便广播；
其中至少一个上述寻呼站的上述寻呼站时钟利用含在上述寻呼数据块中的上述定时信息，将上述寻呼站时钟校准到上述系统时钟上，其特征在于：上述系统时钟包括：
一个计数器，该计数器响应于加在其上的一个时钟信号而前进一个计数单位；和
一个可变振荡器，用于产生上述时钟信号，上述可变振荡器在一个由振荡器控制信号调整的速率上产生上述时钟信号；
和其中上述系统控制器包括一个中央处理器单元，该单元与上述计数器相连接，用于接收来自计数器的计数和根据上述计数产生上述系统时间，和上述中央处理器单元还产生上述振荡器控制信号，上述振荡器控制信号取决于上述计数器和上述绝对时间。
2.按照权利要求1的寻呼系统，其特征在于上述系统时钟包括一个时间基准接收机，适合于从一个基准时钟接收一个绝对时间信号，和其中上述系统控制器进行操作，根据上述绝对时间信号校准上述系统时钟。
3.按照权利要求2的寻呼系统，其特征在于系统控制器的上述时间基准接收机是一个适合从卫星接收含有上述绝对时间信号的信号的接收机。
4.按照权利要求3的寻呼系统，其特征在于上述每个寻呼站时钟包括：
一个计数器，响应于施加在上述计数器的一个时钟信号该计数器向前计一个数；和
一个可变振荡器，用于产生上述时钟信号，上述可变振荡器按照由一个振荡器控制信号调整的频率产生上述时钟信号；
和其中上述站控制器包括一个中央处理器单元，该单元连接到上述计数器，用于从计数器接收计数和根据上述计数产生上述系统时间，和上述中央处理器单元还产生上述振荡器控制信号，上述振荡器控制信号取决于上述计数和上述接收的定时信息。
5.按照权利要求1的寻呼系统，其特征在于每个上述寻呼站时钟包括：
一个计数器，响应于施加到该计数器的一个时钟信号向前计一个数；和
一个可变振荡器，用于产生上述时钟信号，上述可变振荡器按照由一个振荡器振荡信号调整的频率产生上述时钟信号；
和其中上述站控制器包括一个中央处理器单元，该单元连接到上述计数器，用于从计数器接收计数和根据上述计数产生上述站时间，和上述中央处理器单元还产生上述振荡器控制信号，上述振荡器控制信号取决于上述计数和上述接收的定时信号。
6.按照权利要求5的寻呼系统，其特征在于上述定时信息包括时标和时标发送时间，上述寻呼站时钟包括连接到上述计数器、上述中央处理器单元和上述链路接收机的一个锁存器，当上述链路接收机收到上述定时信息的上述时标时，上述锁存器提供来自上述计数器的计数到上述中央处理器单元。
7.按照权利要求5的寻呼系统，其特征在于上述系统时钟包括适合于用于从一个基准时钟接收一个绝对时间信号的时间基准接收机，和上述系统控制器按照上述绝对时间信号校准上述系统时钟。
8.按照权利要求1的寻呼系统，其特征在于上述系统控制器产生上述定时信息，上述定时信息包括时标和时标发送时间，上述时标是与上述寻呼数据块为一个整体，上述系统控制器在时标被发送到上述寻呼站的瞬间存储上述系统时间，上述系统控制器发送上述存储的系统时间作为在后续的寻呼数据块中的上述时标发送时间。
9.按照权利要求5的寻呼系统，其特征在于，上述的系统控制器中央处理器单元产生上述定时信息，上述定时信息包括时标和时标发送时间，上述时标是与上述寻呼数据块成为一个整体，当该时标被传送到上述寻呼站时，上述系统控制器的上述中央处理器单元存储上述系统时间，上述中央处理器发送上述被存储的系统时间作为在后续的寻呼数据块中的上述时标发送时间。
10.一种从多个分隔开的寻呼站同时广播寻呼消息的方法，上述寻呼消息是从一个系统控制器发出的，每个寻呼站包括一个站时钟，上述同时广播的方法包括以下步骤：
将一组要广播的寻呼消息组装成一个寻呼数据块和提供给上述寻呼数据块一个开始时间；
发送上述寻呼数据块到各寻呼站；
当在每个寻呼站的上述站时间指示等于上述寻呼数据块中的上述开始时间时，从各寻呼站发送含在上述寻呼数据块中的寻呼消息；
在各寻呼站中从上述系统控制器周期地接收定时信息；和
根据上述定时信息重新设置每个站的时钟，收便使每个站的时钟保持相同的时间。
11.按照权利要求10的同时广播发送的方法，其特征在于，一个系统时钟为上述寻呼数据块提供开始时间，还包括以下步骤：
根据从外部源接收的一个基准时间，周期性地重新设置该系统时钟。
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