自动设置时钟的系统和方法 【发明领域】
本发明涉及自动设置时钟、诸如汽车仪表板时钟的系统和方法。
【发明背景】
数十年来，汽车上的时钟都安装在仪表板上。但是，许多仪表板时钟的时间都不准确，不是慢了就是快了。当现行时间发生变化时(即从夏令时间到标准时间或从标准时间到夏令时间)，仪表板上的钟的时间也会变得不准确。而且，汽车是移动的。那么，当把汽车开到一个不同的时区时，仪表板上的时钟的时间就会偏差一个小时。
但是，用人工界面来重新设置汽车上的时钟是非常困难的，因为这样的人工界面通常非常原始。例如，人工界面可能只有三个按纽：一个用于把时间重新设置到12:00，一个用于推进时针，一个用于推进分针。由于这种受限制的界面，例如当仪表板上的时钟快了5分钟的时候，要重新设置仪表板上的时钟就变得很麻烦。在此情况下，用户必须按55次那个分钟推进按纽，或者按下去，保持相当长的时间，直到前进的分针转到正确的数值上。另一个例子就是，在现行时间从夏令时间变为标准时间时的第一个星期日早上，需要按11次推进时针的按纽。
人们多次尝试为汽车上的时钟提供一种更新系统；但是，这些尝试因为经济上或管理上地限制而变得不实际。例如，Youngberg的美国专利5805530公开了一种装置，用于通过各种媒介(例如电视机的交流电源链路)来与各种设备上的时钟进行时间和其他信息的交流。对于汽车来说，Youngberg指出可以设置从主时钟到汽车的射频链路。但是，Youngberg系统碰到了一个困难，就是汽车到处行驶需要具有一些竞争的射频链路的多个主时钟。设置这样大量的带有射频发射机的主时钟，需要相当可观的基础费用。而且，射频通信的频谱由如联邦通信委员会严格控制，因此可以供这种应用所使用的频谱空间非常少。
因此，需要提高汽车时钟的准确度，并减少使用麻烦的人工界面来更新现行时间(特别是由于时区改变或现行时间改变的缘故)的必要性。最好，解决方案应当不需要昂贵的基础投资，而且不会遇到管理上的困难。
发明概述
本发明通过利用已作为蜂窝电话系统的信令的一部分而由基站进行广播的本地时间来重新设置汽车时钟，满足了上述的需求并且克服了上述困难。在现存的蜂窝电话系统中，已经开发、测试和实施了一套用于处理从一个基站到另一个基站的断开控制的程序。而且，基站已经安装好，不需要附加的边际基础成本。
因此，本发明的一个方面针对一种用于自动设置时钟的系统，所述系统包括移动台和可重置时钟。所述移动台配置为具有以下功能：获取从基站广播的码分多址(CDMA)导频信号；根据所述导频信号接收CDMA同步信道消息；以及根据所述CDMA同步信道消息计算本地时间。连接到移动台的可重置时钟包括振荡器和处理器，其中振荡器用于维持现行时间，而处理器配置成定期从移动台获得本地时间的指示并重新设置现行时间，以反映从移动台中获取的本地时间。在一个实例中，移动台能够从另一个基站获取CDMA导频信号，以接收另一基站的CDMA同步信道消息。这样，可以使用另一基站的本地时间，即使所述本地时间处于不同时区。
移动台的逻辑电平和可重置时钟的逻辑电平在某些情况下是不兼容的。因此，一个实施例提供了连接在移动台和可重置时钟之间的界面逻辑，以便在这两个不兼容的逻辑电平之间转换。在另一实施例中，可重置时钟设置在汽车内，例如具有安装在仪表板上用来显示现行时间的显示器或作为导航系统的一部分、显示现行时间和地理信息。
在本发明的另一实施例中，移动台配置成设定用于表示已经从基站接收到有效的本地时间的本地时间允许值。可重置时钟配置成检查本地时间允许值的状态，如果本地时间允许值设定为表示所述本地时间是有效的，那么所述本地时间就用于重新设置现行时间。因此，避免了对可重置时钟进行不恰当的更新。
本发明的另一方面与自动设置时钟的方法有关，所述方法包括：从基站获取码分多址(CDMA)导频信号；根据所述导频信号接收CDMA同步信道消息；根据所述CDMA同步信道消息计算本地时间；维持基于振荡器的现行时间；定期获得本地时间的指示；重新设置现行时间以便反映本地时间。在一实施例中，当从基站成功地获得本地时间后，现行时间的重新设置取决于被设置为指示本地时间有效的本地时间允许值。
本发明的其他目的、优点和新颖的特征将在以下的描述中得到部分说明，并且部分地根据分析而明白或者可以通过实践本发明而得到理解。通过一些手段和组合的方法，特别是所附权利要求书中指出的手段和组合的方法，将实现本发明的目的和获得本发明的优点。
附图简要说明
将以附图的形式通过非限制性的实例来图解说明本发明，附图中相同的标号表示相同的元件，附图中：
图1是根据本发明一个实施例的自动时钟设置系统的示意图。
图2是图1说明的移动台的一种实现方案的示意图。
图3是图1说明的可重置时钟的一种实现方案的示意图。
图4是说明根据本发明实施例的图1说明的移动台的操作的流程图。
图5是说明根据本发明实施例的图1说明的可重置时钟的操作的流程图。
优选实施例说明
以下描述自动设置时钟、例如汽车仪表板上的时钟的系统和方法。在以下的描述中，出于说明的目的，陈述了大量具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，对于本领域的技术人员来说，他们很清楚本发明可以脱离这些具体的细节而实施。在其他实例中，众所周知的一些结构和装置以方框的形式示出，以避免和本发明产生不必要的混淆。
图1描绘根据一个实施例安装在汽车100内的用于自动设置时钟的配置。汽车100包括移动台102、界面逻辑104、可重置时钟106和时钟显示器108。移动台102与移动电话系统的基站112进行无线通信，基站112还包括位于不同地理位置的其他基站，例如基站114。
移动台102可以是一部移动电话、个人通信服务(PCS)电话、蜂窝电话或定制的装置，适合于为实现在此公开的目的而接收码分多址(CDMA)信号。CDMA是一项用于扩频多址数字通信的技术，它通过使用独特的码序列来建立信道。CDMA在美国用于提供蜂窝式服务时波段为800兆赫波段，而用于提供个人通信服务(PCS)时波段为1900兆赫波段。在美国专利4901307中讨论了CDMA系统的一种实施方案。
在CDMA情况下，每个发送的信号包括不同的伪随机二进制序列，也称为伪噪声(PN)序列，它调制载波信号、扩展波形频谱。因此，由于每一个CDMA用户单元被赋予独特的PN码，所以多个移动台可以发送和接收共享相同频谱的CDMA信号。如果或者在频率字段或或者在时间字段查看这些CDMA信号，那么，多址信号好象彼此顶部叠加。在基站或用户基站接收机中利用相关器将CDMA信号分离，所述相关器仅仅从被选中的二进制PN序列接收信号能量，并且对其频谱进行去扩展。来自其他源的、其代码与被选中的二进制PN序列不相符的CDMA信号，其带宽并不被去扩展，因此，仅仅对背景噪声有影响并且代表由系统产生的自干扰。
如本领域的一般技术人员所熟知那样，地理区字段内每一蜂窝服务的空中链接116接口包括从基站112到移动台102的前向CMDA信道。前向CDMA信道再细分为多个逻辑上分离的编码信道，其中编码信道0分配给导频信道，编码信道32分配给同步信道。余下的编码信道可能分配给寻呼信道(在1到7范围内)或者业务信道。
导频信道是由每一CDMA基站112到114连续发送的未调制的直接序列扩频信道。导频信道允许移动台获取其他信道的定时、为相干解调提供相位参考并且考虑到比较基站112和114之间的信号强度、以便确定切换时间。同步信道向移动台102传送同步信息。寻呼信道用于把控制信息和寻呼从基站112传输到移动台102。业务信道在基站112和移动台102之间传送用户信息和信令信息。
图2描绘移动台102的一种实现方案，它可以是汽车或PCS电话的一部分，或者可以是为自动设置时钟而专门设计的，它包括接收机202，所述接收机可以通过空中链接116与图1的基站112进行通信。移动台102可以是专用单元，基本上由上述部件构成，也可以是一部完整的电话，带有一些没有示出的部件，例如麦克风、扬声器、小键盘和显示器，以提供移动电话的其他具体的功能。例如，在完整的电话实施例中，单元202还可以包括发射机，用于向基站112、并且最终向终端电话或其他装置发送话音和信令业务。
此外，移动台102包括控制电路，用于控制接收机202的数据接收。在图2中，此控制电路表现为微处理器200。微处理器200连接到存储器204，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、或者两者的组合，或其他任何计算机可读的介质或其组合。存储器204向微处理器202提供可执行的指令，用于根据本发明的不同实施例提供不同的功能，下文将详细说明。
此外，移动台102包括本地时间缓冲器206，用于保持适合于移动台102所在地点的本地时间的指示。存储在本地时间缓冲器206(它可以是寄存器、锁存器、计算机存储器或其他数据存储装置)中的比特，可以用任意一种不同的方式来表示本地时间，例如，以分开地表示一天的小时、分钟和秒钟的扩展的形式，表示为从参考时间算起已经过去的80毫秒的倍数、或者表示为从当天的午夜算起已经过去的秒数。
此外，移动台102包括本地时间使能208，它可以是一比特的寄存器或锁存器，用于表明本地时间缓冲器206的指示处于两种状态中的任一种：“设置”为有效，“重新设置”为无效。例如，从加电开始一直持续到计算出本地时间为止，本地时间缓冲器处于“重新设置”的状态。此时，把本地时间缓冲器206设定为指示有效的本地时间值。在许多实施例里，本地时间缓冲器206和本地时间使能208均配置成把它们的值输出到界面逻辑104。
再参考图1，提供界面逻辑104，用于在由移动台102和可重置时钟106支持的各逻辑电平之间进行适当的电变换。通常，移动台102和可重置时钟106由不同的卖主供应，具有不兼容的逻辑电平。一般来说，如果一个装置的各电平不代表另一装置的相同的逻辑值，那么，就认为这两种装置的逻辑电平是不兼容的。例如，移动台102可能利用3V CMOS逻辑实施，而可重置时钟可能利用5V TTL逻辑实施。在此情况下，3V CMOS的逻辑高不足于正确驱动逻辑值为5V TTL的逻辑系统。因此界面逻辑104实际上的实施取决于移动台102和可重置时钟106所采用的逻辑电平；但是，一旦指明移动台102和可重置时钟106的逻辑电平，本领域的普通技术人员也能够使用上拉电阻器等来适当地实现界面逻辑104。
图3是根据一个实施例的可重置时钟106的实施方案的示意图。可重置时钟106包括微处理器300，后者连接到用于存储供其使用的指令和数据的存储器302。此外，可重置时钟106还包括振荡器304，例如振荡频率为32,768赫兹的石英晶体振荡器或者经过较精细校准的电控振荡器。计数器306连接到可重置时钟106，用于维持现行时间值，其方法是：计算振荡器304输出的适当的周期数，并且当计算完例如一秒内的周期数后就增大现行时间值。例如，对于频率为32,768赫兹的石英晶体振荡器来说，其适当的周期数为每秒32,768个周期的分辨率计数器。在各种的实施例中，可重置时钟可以固定到图1的汽车100中，作为仪表板时钟、作为小汽车上的诊断计算机的一部分、或者作为导航系统的一部分等。
此外，微处理器300配置成(例如通过存储器302中可执行的指令)用来存取计数器306、以便获得现行时间值并把现行时间值变换成方便的、可显示的形式，例如小时或分钟。因此，可重置时钟106包括连接到微处理300并受其控制的显示装置308，用于在显示器108上提供格式化的现行时间的指示。时钟显示器108可以用各种方法实现，包括发光二极管(LED)显示器、液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)，有源矩阵显示器，或者例如导航系统显示器之类的其他显示器等。
工作期间，图1的基站112和114持续不变地发送本地时间，作为操作CDMA系统的同步信息总开销的一部分。相应地，移动台102配置成从存在于CDMA信号中的同步信息提取本地时间，并提供用于更新可重置时钟106的现行时间值的本地时间。
在一个实施例中，移动台102配置成(如通过存储在微处理器200的存储器204中的适当的指令)执行图4中所示的步骤。例如，在初始化或启动、汽车点火时，移动台102执行步骤400，其中，将本地时间使能208复位。本地时间使能208的复位状态表明存储在本地时间缓冲器206内的任何时间值都是无效的，那是刚刚启动的时候，因为还没有从基站112获得本地时间。
在步骤402，移动台试图从基站112或114之一获取导频信号。在移动电话网络中，导频信号沿着每个小区的导频信道发送，并被移动台102用来获得初始系统同步并提供对来自基站112的信号的可靠的时间、频率和相位跟踪。移动台112持续地跟踪所述导频信号。每一个基站112和114利用相同的、但具有不同的扩频码相位偏移的正交扩频码发送所述导频信号，使得可以区分来自不同基站112和114的导频信号。所有导频信号使用相同的正交扩展码这一事实使移动台102可以通过对所有编码相位的单一搜索过程来寻找系统定时同步，从而加快了在小区内获取导频信号的过程。如果移动台102能够检测到多于一个的导频信号，那么移动台102就会获取更强的导频信号，所述信号属于地理上更好的基站，在图1为基站112。实际的导频信道数据是一系列0。美国专利5781543中讨论了用于获取CDMA信号的一种实现方案。
如果移动台102不能从基站112获取导频信号，因为例如移动台102位于很深的地下隧道或沙漠地区，那么控制循环回到步骤400，其中本地时间使能218保持在复位(无效)的状态。过了一段时间之后，移动台102可以再次回到步骤402，并重新试图获取导频信号。
另一方面，如果移动台102能够从基站112获取导频信号，那么控制就继续到步骤404。在步骤404，移动台102试图存取同步信道以便获得同步信道消息。逻辑上位于编码信道32的所述同步信道使用与导频信道相同的伪噪声序列和相位偏移，因而任何时候导频信道被跟踪，它都可以被解调。同步信道的数据以提供时间和帧同步的同步信道消息的形式从基站112和114发送到移动台102。
根据在1999年2月3日通过的一种标准，也就是ANSI/TIA-95-B-1999，所述同步信道消息具有以下固定长度的消息格式：
[表1]字段长度(比特)MSG_TYPE8P_REV8MIN_P_PREV8SID15NID16PILOT_PN9LC_STATE42SYS_TIME36LP_SEC8LTM_OFF6DAYLT1PRAT2CDMA_FREQ11
非时间相关字段说明如下。MSG_TYPE字段表示消息类型并被设定为常数“00000001”，P_REV字段和MIN_P_REV字段分别表示基站112的协议版本级别和基站112支持的最小协议版本级别。SID字段和NID字段分别为系统和系统的副标识提供系统标识数字。PILOT_PN字段包含基站112的导引伪噪声(PN)序列偏移索引，单位为64PN片码，而LC-STATE存储了此消息的SYS-TIME字段所给出的时间的长编码状态。PRAT字段用于指示寻呼信道数据速率(例如9600比特/秒，4800比特/秒等)，而CDMA-FREQ以代码数字系统的形式保存第一寻呼信道的频率分配。
同步信道消息中与时间相关的字段包括SYS-TIME字段、LP-SEC字段、LTM-OFF字段和DAYLT字段。在传输同步信道消息过程中指定的时刻将SYS-TIME字段以80毫秒为单位发送到系统时间(SystemTime)。除了跳秒之外，系统时间与通用协调时间(UTC时间)同步，并且使用与全球定位系统(GPS)时间相同的时间原点。所有基站112和114使用相同的具有小容许误差的系统时间，移动台102也使用相同的系统时间，但被从基站112到移动台102的传播延迟所偏移。
LP_SEC字段存储了从启动系统时间就开始出现的跳秒的次数。LTM_OFF字段包括以30分钟为单位的本地时间与系统时间的二进制补码偏移。例如，东部标准时间(EST)与UTC时间的时差为5小时，用于EST的LTM_OFF字段就是-5或6比特二进制补码“111011”。最后，DAYLT字段用于夏令时间指示器，更具体地说，如果夏令时间有效的话就是“1”，如果夏令时间无效的话就是“0”。
如果移动台102不能从基站112获得有效的同步信道消息(例如，由附于其上的无效CRC码所决定)，那么，控制就返回到步骤400，在该步骤中，本地时间使能208维持在复位(无效)状态。过了一段时间之后，移动台102再次进到步骤402，并再次试图获取导频信号，或者如果已经获取导频信号的话，到达步骤404，再次试图获得有效的同步信道消息。
另一方面，如果移动台102能够从基站112获得有效的同步信道消息，那么控制就进到步骤406。在步骤406，根据同步信道消息计算本地时间。例如，从系统时间的起点开始的、以80毫秒为单位的本地时间等于SYS_TIME-(LP_SEC×12.5)+(LTM_OFF×22,500)+(DAYLT×45,000)。
在步骤408，移动台102把从步骤406计算得来的本地时间存储在本地时间缓冲器206中，并设定本地时间使能208指示本地时间缓冲器的值为有效值。过了一段时间之后，控制返回到步骤404，在那里从同步信道获得另一个CDMA同步信道消息，以提供更新的本地时间值。
同时，可重置时钟106执行图5所示的步骤。更具体地说，在步骤500，可重置时钟106照常运行，其中振荡器304有规律地产生一系列由计数器306计数的时钟滴答声。在计数器306的计数到达适当的滴答声数目之后，计数器增大其计数值。例如，如果本地时间以1秒为单位存储在计数器306中，而且计数器304是36768赫兹的石英振荡器，那么计数器306应在振荡器304每36768次时钟滴答声之后增大其计数值。每秒过后，计数器306产生中断信号并把所述信号发送给微处理器300，作为响应，微处理器300把计数器306的现行时间值格式化，并控制显示驱动器308，以便在时钟显示器308上面显示现行时间。
在步骤502，可重置时钟106检查在轮询周期内是否过了一定的秒数ΔT。例如，如果ΔT设置为15分钟，那么可重置时钟106就检查从它上次为了反映从基站102获得的本地时间而更新其现行时间开始是否过了15分钟。轮询周期的长度可以是固定的一段时间，例如10或15分钟，或者由包括在汽车100中的汽车诊断处理器配置。
如果轮询周期还没过去，那么控制返回到步骤500，在那里可重置时钟照常运行(对振荡器304的滴答声进行计数)并且更新时钟显示器108，直到轮询周期过去。另一方面，如果轮询周期已经过去，那么执行过程进到步骤504，在那里可重置时钟通过界面逻辑104从移动台102获取本地时间使能208并对其进行检查。如果时钟使能208被复位、表示本地时间缓冲器206中的值无效，那么执行过程返回到步骤500，在那里可重置时钟106照常运行。
另一方面，如果本地时间使能208被置位、表示本地时间缓冲器206包含有效的本地时间，那么在步骤506，从本地时间缓冲器206处获得该有效的本地时间。在步骤508，这个新的本地时间被用来或者以计数器306或者以存储在存储器302中的数值重置现行时间，所述计数值或存储在存储器302中的数值与现行时间结合、产生格式化的现行时间的显示。重置现行时间之后，控制返回至步骤500，在该步骤中，可重置时钟106照常运行。
因此，在此描述用于自动设置时钟的系统和方法的一个实施例，所述实施例对汽车来说特别有用。移动台102通过从蜂窝电话系统获取本地时间而能够从地理上相关性最大的基站获取现行的本地时间。由于汽车110随时间不断移动，移动台102从不同的基站获取导频信号，所述导频信号发送所述时区的正确的本地时间。一旦汽车进入了新的时区并从新时区的基站获取导频信号，可重置时钟就自动地被设置为所述时区的正确的本地时间。
当开始采用夏令时间或取消夏令时间的时候，本实施例同样非常有用。在新的现行时间(夏令时间或标准时间)的第一种情况里，例如，紧跟着那个星期天早上点火之后，移动台102获得夏令时间的正确指示，并把正确的本地时间信息提供给可重置时钟106。因此，可重置时钟被自动地设置为正确的现行时间。
此外，许多汽车时钟是不准确的，部分原因是因为振荡器304的不同。通过定期从移动台102获得准确的本地时间，不准确的现行时间就定期地被设置为正确的现行时间。因此，可重置时钟被自动地设置为更加准确的时间。
如上所述，人工更新汽车仪表板的用户界面既麻烦又让人苦恼。但是，如上所述的自动设置时钟，至少可以避免使用既麻烦又让人苦恼的人工操作界面。
与其他方案相反的是，用于提供本地时间信号的基础已经作为蜂窝电话系统的一部分而存在。实际上，不需要对基站112或114作任何的改动，因为基站112和114已配置成广播所述同步信道消息。
虽然已经结合当前被认为是最切合实际的优选实施例描述了本发明，但是，显然，本发明并不限于以上公开的实施例，相反，本发明意图覆盖在所附权利要求书的精神和范围之内的各种各样的修改以及等效的配置。