用于增强gps性能的发射器识别符数据库的制作方法

专利名称：用于增强gps性能的发射器识别符数据库的制作方法
技术领域：
本发明方法和设备大体上涉及用于无线用户设备的定位系统，且更具体来说涉及 一种蜂窝式识别和用于帮助位置确定的相关位置信息的移动站数据库。
背景技术：
例如蜂窝式电话、个人通信系统(PCS)装置和其它移动站(MS)的用户设备(UE) 的准确位置信息在通信行业中变得越来越普遍。全球定位系统(GPQ提出了一种提供无线 UE位置确定的方法。GPS利用环地球轨道中的人造卫星(SV)。GPS用户可通过从SV获得 的信息来导出包括三维位置、速率和日期的精确导航信息。GPS系统基于对从沿轨道运行的SV广播的GPS信号到达GPS接收器天线的时间的 测量来确定位置。通常，需要接收来自四个SV的信号以进行四个维度(纬度、经度、高度和 时间)的精确位置确定。观察到的信号传播延迟是观察到的信号传输时间与假定的本地接 收时间之间的差。通过将观察到的传播延迟乘以光速来建构伪距离。通过对并入有测得的 伪距离和已知的SV位置的带有四个未知数的一组四个等式进行求解来求出位置和时间。 使用针对每一 SV的机载原子钟，结合连续监视并校正SV时钟和轨道参数的跟踪站来维护 GPS系统的精确能力。用于位置确定的GPS系统的一个缺点是在某些情况下执行信号获取所需的相对 较长的时间。直到已首先通过在二维搜索“空间，，中进行搜索而定位SV信号，才能跟踪SV 信号，所述二维搜索“空间”的维度是码相位延迟和观察到的多普勒频移。通常，如果之前 不了解信号在此搜索空间内的位置(如在接收器“冷启动”之后会出现的情况)，那么必须 针对待获取和跟踪的每一 SV信号搜索大量码延迟和频率。按顺序检查这些位置，此过程在 常规GPS接收器中可能花费几分钟。只要接收器(例如)在断电之后未能接收或当某个时段中信号被阻断到达接收器 时，GPS接收器就必须获取来自SV的信号。在获取信号之后，必须对其进行维护或“跟踪”。 假定灵敏度阈值固定，获取SV信号所花费的时间与从时间与频率不确定度的乘积导出的 总搜索空间成比例。对于期望高灵敏度的应用来说，如果搜索空间较大，那么信号重新获取 延迟可能花费数十秒。为了减少这种延迟，可提供信息以帮助GPS接收器获取特定信号。此帮助信息通 过提供码和频率维度的边界而允许接收器缩小为了定位信号而必须搜索的搜索空间。预测 的码窗口提供其中应可找到“码相位”(实际上是，信号到达时间或“伪距离”)的减小的范 围，或与信号相关联的观察到的多普勒位移的预测范围。帮助也可包括关于信号的其它信息，例如其PN(伪噪声或伪随机)码、数据位调制和内容。较窄的码和频率窗口减小总搜索 空间，从而导致接收器获取信号所花费的时间减少。通常将采用以外部来源GPS帮助数据 增强的GPS接收器的系统称为“帮助全球定位系统(AGPS) ”。AGPS系统的一个实例是与一个或一个以上基站(BS)(也称为基发射站(BTS)或节 点B)通信的具有GPS能力的无线移动站(MQ，所述基站又与一个或一个以上服务器(视通 信空中接口协议而定，也称为位置确定实体(PDE)或服务移动定位中心(SMLC))通信。PDE 从一个或一个以上GPS参考接收器获得GPS帮助信息。PDE还访问确定近似MS位置的装 置。这可能由基于由MS报告的服务小区识别(ID)来提供BTS/节点B位置的“基站历书 (BSA)”组成。或者，这可经由向与MS相关联的“本地位置登录(HLR) ”进行任意时间询问 (ATI)请求来获得。PDE计算针对近似MS位置而定制的帮助信息。BSA基于由MS提供到 PDE的服务小区识别来提供MS的近似位置。BSA提供参考位置的地理坐标。PDE还维护含 有参考时间、卫星轨道历书和星历信息、电离层信息和卫星工作情况(“健康”)信息的GPS 数据库。此GPS帮助信息的目标是允许MS预测特定SV信号的到达时间或码相位，以及SV 信号的多普勒位移。如果MS具备在具有预定大小的区域(例如，特定的蜂窝式覆盖范围) 内的初始参考位置，那么可将总搜索空间减小到与所述预定大小一致。减小搜索空间大小 允许接收器花费较多时间来处理每一码和频率假设，从而获得改进的总灵敏度。通过使用 减小的搜索空间可获得超过20dB的灵敏度改进。然而，帮助位置定位系统取决于与外部实体的通信。此通信受到连接和消息传递 等待时间的影响，消耗额外的功率且消耗额外的影响总容量的通信系统带宽。因此位置确定需要对轨道数据或针对卫星信号获取的获取帮助中的任一者或两 者进行频繁更新。需要一种改进位置确定的性能和准确度，同时减少对轨道数据或卫星信 号获取帮助的频繁更新的依赖性的系统和方法。

发明内容
本文的用于确定移动站位置的方法包括将系统发射器识别符和相关联的位置信 息的数据库存储在移动站存储器中。所述移动站使用位置数据库来帮助移动站位置确定。 所述数据库由一个或一个以上发射器识别符和与所述识别符相关联的移动站位置信息组 成。所述发射器识别符可能由一个或一个以上蜂窝式识别(例如，小区ID、基站身份码 (BSIC)、主扰码(PSC)和基站载波频率)组成。在作为存储在所述数据库中移动站位置信 息的函数的不确定区域中搜索人造卫星信号。所述位置不确定区域的大小基于位置信息、 具有预界定大小，或基于使用假定的平台动力学生成的预界定大小的传播。使用预界定主机平台速率和加速度信息的平台动力学限制不确定区域的大小。在 基于存储在所述数据库中的位置信息的不确定区域、具有预界定大小的不确定区域和基于 平台动力学的不确定区域中的较小区域(Rtl)中搜索人造卫星信号，以获得初始位置(χο， y0) ο如果在稍后的位置(Xl，Y1)处知道精确的或近似的位置，那么移动站选择基于存 储在所述数据库中的位置信息的不确定区域、具有预界定大小的不确定区域和基于平台动 力学的不确定区域中的较小区域(R1)，以获得所述稍后的位置(Xl，yi)。搜索在(Rq)与(R1)的重叠区域中开始，以获得此稍后位置。通过在获得与发射器识别符相关联的位置信息时更新此信息来维护位置数据库。 先前的位置信息和当前的位置信息用于重新计算与发射器识别符相关联的近似位置。位置数据库中的位置信息提供移动站时间维护以及对位置确定的健全性检查 (sanitycheck)。通过将定位报告与服务基站识别符相关联，可通过网络构造“网络外”位 置数据库。可视需要将“网络外”数据库传递到另一网络。本文的移动站包括双向通信系统、位置定位系统、移动站控制和移动站存储器中 的位置数据库。所述位置定位系统、移动控制和存储器进行通信，从而基于所述位置数据库 中的位置信息来搜索人造卫星信号。


以下图式中展示所揭示的方法和设备的实施例，图中相同的参考标号和名称指示 相同或类似部分。图1A说明移动站、基站、无线电网络控制器、核心网络和位置确定实体之间的通 信的概述；图1B说明图IA的基站的近似覆盖区域；图2说明具有位置定位能力的示范性移动站；图3说明建立和维护移动站位置数据库的方法的概述；图如说明基于平台动力学的初始位置周围的不确定区域；图4b说明基于来自移动站位置数据库的信息的初始位置周围的不确定区域；图如说明初始位置周围的具有预界定大小的不确定区域；图4d说明基于平台动力学和移动站位置数据库的不确定区域的确定；图如说明基于来自移动站位置数据库的信息的不确定区域的确定；图如说明基于平台动力学和移动站位置数据库来确定不确定区域的方法的概 述；和图恥说明图fe的概述的继续部分。
具体实施例方式本文描述的方法和设备适用于通信系统，例如获取并利用全球定位系统人造卫星 信号的无线位置定位系统以及使用获取帮助数据的那些系统(例如，AGPS系统)。所属领 域的技术人员将了解，本文的系统和方法可在任何通信空中接口协议中使用，所述通信空 中接口协议例如(但不限于)UMTS、GSM和码分多址(CDMA)。参看图IA和1B，图式说明与服务基站12通信的具有GPS能力的MS 10的实例， 服务基站12在GSM协议中也称为基发射站(BTQ或在UMTS协议中称为“节点B”。本文使 用术语“移动站”来描述具有位置定位能力的任何类型的设备，且不限于任何特定类型的硬 件。MS 10与BTS 12通信，因为MS 10位于BTS 12的覆盖区域内。如果BTS12的服务天 线从此基站直接操作(例如，通信路径中没有中继器)，那么BTS 12的覆盖区域M的近似 第一估计是以BTS 12的服务天线为中心的半径为R的圆，如图IB所示。因此，MS 10的位 置的不确定度位于此覆盖区域M(也称为“不确定区域”)内。(所属领域的技术人员将了解，所述覆盖区域不必为圆形，而是更实际地为扇区形状。)基站12与无线电网络控制器(RNC) 14通信，无线电网络控制器(RNC) 14又与核心 网络(CN) 16通信。位置服务器或位置确定实体(PDE)IS与核心网络通信以向移动站提供 位置确定帮助。PDE 18存储基站历书(BSA) 20，基站历书(BSA) 20存储移动站的参考位置， 且在CDMA空中接口的情况下存储时间延迟校准估计值。PDE还维护卫星轨道历书、时钟和 星历信息、电离层信息以及卫星工作情况(“健康”)信息的本地数据库。此信息的某部分 经定制以用于MS的近似定位；这是使用移动站的蜂窝式识别通过BSA确定的。GPS参考接 收器或世界区域参考网络(WARN) 22向PDE 18提供参考SV信息。参看图2，图中说明图IA和IB中描绘的MS 10的组件。移动站10包括双向通信 系统沈，例如(但不限于)蜂窝式通信系统，其经由天线观发射和接收信号。所述通信系 统包括调制解调器30，例如UMTS、CDMA或GSM调制解调器。移动站10包括位置定位系统， 例如具有GPS接收器34的全球定位系统32，所述GPS接收器34经由天线36接收SV信号。 调制解调器30和GPS接收器34相互通信，且MS蜂窝式识别、频率和其它无线电信息在两 者之间共享。中央处理单元(CPU)和相关的存储器、硬件、软件和固件提供移动控制38。将 了解，如本文所使用，所述CPU可以(但不是必需)包括一个或一个以上微处理器、嵌入式 处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)和类似物。术语CPU希望描 述由系统而不是特殊硬件实施的功能。用户接口 40允许用户将信息输入MS 10或从MS 10 接收信息。如本文所使用，术语“存储器”指与MS相关联的任何类型的长期、短期或其它存 储器，且不限于任何特定类型的存储器或任何特定数目的存储器，或存有存储器的任何特 定类型的媒体。在MS 10通过星历数据或获取帮助而获得其位置之前，MS拥有的唯一相关数据是 其MS蜂窝式识别，下文中称为“小区ID”。世界上GSM、UMTS和GPRS协议中的每一 BTS均 具有唯一的小区ID。标准3GPP TS 23. 003将“小区全局身份”定义为由三位MCC+两位或 三位MNC+两字节LAC+2字节CI组成，其中MCC指移动国家代码，MNC指移动网络代码，LAC 指位置区域代码，且CI指小区身份。尽管“小区全局身份”的定义目前在使用中且服务于 本文涉及的“小区ID”的目的，但所属领域的技术人员将了解，不需要精确地以3GPP TS标 准的方式来定义“小区ID” ；无穷种类的组件可构成唯一的小区ID且仍然以相同方式起作 用以产生与本发明方法和设备中所描述结果相同的结果。如本文所使用，术语“蜂窝式识 别”一般不仅指代“小区ID”，而且还指代其它识别，包括(但不限于)基站识别码(BSIC)、 主加扰码(PSC)和基站载波频率。网络可通过向本地位置寄存器(HLR)提交任意时间询问(ATI)来获得小区ID。所 述请求可含有国际移动设备身份(IMSI)或移动站集成服务数字网络(MSISDN)识别。另 外，MS从周期性广播的系统信息消息提取小区ID。将小区ID与近似位置相关联代表描述 MS的一般位置的最基本方法。其需要网络来识别与MS通信的BTS和所述BTS的位置。一 旦知道所述BTS的位置，那么就知道MS的近似位置是在所述BTS的覆盖区域或未确定区域 内的某处。(参见图IB。)当然，这种确定近似MS位置的方法的准确性取决于小区大小或 覆盖区域，且在许多情况下可能较差，因为(例如)典型的GSM小区的半径范围在2千米与 32千米之间。因此，不仅特定覆盖区域内MS的精确位置是未知的，而且一个覆盖区域的半 径也不太可能与另一覆盖区域的半径相同。
在交递期间，MS不必检索后续基站的小区ID，而是保留在加电期间MS所连接到的 基站的小区ID。出于更快速的识别目的，当MS交递到后续基站时，较小的局部明确的BSIC 识别符(GSM协议中)或PSC识别符(UMTS协议中)以及载波频率由MS存取。然而，尽管 小区ID对每一基站来说是唯一的，但BSIC和PSC识别符对每一基站来说不是唯一的，而是 由世界上别处的其它基站再使用。多数移动站在给定的地理区域中花费大量时间。举例来说，安装在汽车中的GPS 系统或同一汽车的用户的蜂窝式电话通常在有限的周界(例如，San Francisco海湾区)内 行进。本文描述的用于移动帮助位置确定的方法和设备利用了多数移动站在特定地理区域 中花费操作时间的主要部分的事实。本文的方法和设备包括小区识别符和相关位置信息的 位置数据库。每次当MS通过基于UE或UE帮助的GPS或通过其它方式请求位置确定时，各种蜂 窝式识别(包括(但不限于)与最终精确确定的位置相关联的小区ID、纬度和经度、PSC或 BSIC，以及基站载波频率)存储在数据库42中(见图幻。(本文使用的术语“精确”位置 指通过使用例如(但不限于)GPS的定位系统而确定的最终位置)。位置数据库42存储并 维护在与移动站相关联的存储器中。MS因此“了解”在MS确定其位置的每一时间(t)其 行进的区域内蜂窝式识别之间的关系，所述蜂窝式识别例如为小区ID、纬度和经度、PSC或 BSIC，和载波频率。表I中展示在不同时间(t)确定的取样位置的实例，其中f。指基站载 波频率。表 I
权利要求
1.一种用于确定移动站位置的方法，其包含将发射器识别符和相关联的移动站位置信息存储在数据库中； 在作为存储在所述数据库中移动站位置信息的函数的不确定区域中，搜索信号；和 用所述信号确定所述移动站的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含 通过无线信号接收发射器识别符；和在所述数据库中定位所接收到的发射器识别符和相关联的移动站位置信息；其中 所述不确定区域是关于所接收的发射器识别符相关联的所述移动站位置信息的函数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射器是蜂窝式电信基站。
4.根据权利要求3所述的方法，其中存储数据库包含存储由小区ID、BSIC识别符、PSC识别符和基站载波频率组成的群组中选出的至少一 个识别符；和存储与所述识别符相关联的移动站位置信息。
5.根据权利要求1所述的方法，所述发射器为非蜂窝式的电信基站。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述不确定区域包含基于与一个发射器识别符相 关联的移动站位置信息的区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述不确定区域包含具有预界定大小的区域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述不确定区域进一步为平台动力学的函数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中平台动力学基于预界定的速率和加速度信息。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述不确定区域是由所述数据库中移动站位置 信息所界定的区域、具有预界定大小的区域和基于平台动力学的区域的最小值的函数。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含根据存储在所述数据库中的移动站位置信息所界定的区域、具有预界定大小的区域和 基于假定的平台动力学的区域的最小值的函数来限定第一位置(Xo，y0)的第一区域(R。)； 根据存储在所述数据库中的移动站位置信息所界定的区域、具有预界定大小的区域和 基于假定的平台动力学的区域的最小值的函数来限定第二位置(Xl，Y1)的第二区域(R1)； 和其中用于搜索所述信号的所述不确定区域是第一区域(Rtl)和第二区域(R1)的重叠区域。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含基于经更新的移动站位置信息来维护 所述数据库。
13.根据权利要求1所述的方法，其中维护所述数据库包含基于先前的移动站位置信 息和当前的移动站位置信息来重新计算移动站位置信息。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含基于所述数据库中的移动站位置信息 而针对所述移动站执行时间维护。
15.根据权利要求14所述的方法，其中执行时间维护包含 基于所述数据库中的移动站位置信息确定所述移动站的位置； 测量信号传播延迟；和基于所述位置和所述信号传播延迟来确定时间。
16.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含对基于所述数据库中的移动站位置信 息的位置确定执行健全性检查。
17.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含当所述发射器识别符和相关联的移动 站位置信息位于移动站本地网络之外时存储“网络外”数据库。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含将所述“网络外”数据库传递到网络。
19.根据权利要求1所述的方法，其中搜索信号包含搜索人造卫星信号。
20.一种用于确定移动站位置的方法，其包含从基站接收发射器识别符；在存储在所述移动站中的位置数据库中搜索所述发射器识别符，其中所述位置数据库 包括至少一个识别符和与所述发射器识别符相关联的移动站位置信息；基于来自所述位置数据库的移动站位置信息搜索信号；和基于信号获取来确定精确的移动站位置。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述基站是蜂窝式电信基站。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述基站为非蜂窝式的电信基站。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述移动站位置信息是一个或一个以上先前被 确定的所述移动站的位置。
24.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含存储与所接收到的发射器识别符相关 联的精确的移动站位置。
25.根据权利要求M所述的方法，其进一步包含基于精确的移动站位置和较早时间确 定的至少一个精确的移动站位置来计算与所接收到的发射器识别符相关联的近似移动站 位置。
26.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含将所接收到的发射器识别符与存储在 所述位置数据库中的发射器识别符进行比较，以确定所述移动站是否已在较早的时间与所 述基站通信。
27.根据权利要求沈所述的方法，其进一步包含在所述移动站先前未曾与所述基站通 信的情况下将所述发射器识别符添加到所述位置数据库。
28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包含将与所述被添加的发射器识别符相关 联的移动站位置信息存储在所述位置数据库中。
29.根据权利要求20所述的方法，其中搜索信号包含搜索人造卫星信号。
30.一种移动站设备，其包含双向通信系统；位置定位系统；移动站控制系统；和包含位置数据库的存储器，所述位置数据库包含至少一个发射器识别符以及与所述发 射器识别符相关联的移动站位置信息；其中所述双向通信系统、位置定位系统、移动站控制系统和存储器之间进行通信，从而基于 在所述位置数据库中的移动站位置信息来搜索信号。
31.根据权利要求30所述的移动站设备，其中所述发射器识别符是蜂窝式电信基站的 识别符。
32.根据权利要求30所述的移动站设备，其中所述发射器识别符是非蜂窝式电信基站 的发射器的识别符。
33.根据权利要求30所述的移动站设备，其中所述双向通信系统从基站接收发射器识 别符，并且所述信号搜索是基于在所述位置数据库中与所述发射器识别符相关联的移动站 位置信息进行的。
34.根据权利要求30所述的移动站设备，其中所述移动站位置信息包含在特定时间所 述移动站的精确位置信息，以及针对所述识别符的近似位置信息。
35.根据权利要求34所述的移动站设备，其中从所述精确位置信息中确定近似位置信肩、ο
36.根据权利要求30所述的移动站设备，其中所述信号是人造卫星信号。
37.一种移动站设备，其包含将发射器识别符和相关联的移动站位置信息的数据库存储到移动站存储器中的装置；从基站接收发射器识别符的装置；用于搜索所述数据库来定位与所接收的发射器识别符相关联的移动站位置信息的装置；在作为所述经定位的移动站位置信息的函数的不确定区域中，搜索信号的装置；和 基于信号获取确定所述移动站的所述位置的装置。
38.一种处理器，其包含位置定位系统和移动站控制系统；包含位置数据库的存储器，所述位置数据库包含至少一个发射器识别符以及与所述发 射器识别符相关联的移动站位置信息，其中所述移动站位置信息是一个或一个以上先前被 确定的移动站的位置；其中所述存储器与所述位置定位系统和所述移动站控制系统通信，从而所述位置定位系统 基于在所述位置数据库中的所述移动站位置信息来搜索信号。
全文摘要
一种用于增强GPS性能的发射器识别符数据库，发射器识别符和相关位置信息的移动站数据库存储在移动站存储器中。所述移动站使用所述数据库来基于例如小区ID、基站BSIC、PSC或载波频率等识别符辅助确定所述移动站的当前位置。在作为与当前识别符相关联的位置信息的函数的不确定区域中搜索人造卫星信号。可通过假定的平台动力学经由预界定的速率和加速度信息来限定所述不确定区域。通过来自所述位置数据库的已知近似位置和单个人造卫星传播延迟的测量也可实现针对所述移动站的时间维护。所述移动站可将通过人造卫星信号获得的位置确定与位置数据库信息进行比较以确定所述位置的有效性。网络外位置信息也存储在所述位置数据库中，且视需要与网络共享。
文档编号G01S19/46GK102149191SQ20111002636
公开日2011年8月10日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者多米尼克·杰勒德·法默, 苏珊·阿尔桑 申请人:高通股份有限公司