专利名称：用于使用gps确定远端单元的位置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及GPS定位，特别地，涉及使用GPS在无线通信系统中确定远端单元的位置。
背景技术：
GPS接收机通常通过计算由许多个GPS(即，GPS/NAVSTAR)卫星同步发射的信号到达的相对时间，确定它们的位置。这些卫星发射卫星定位数据和GPS辅助数据，作为其消息的一部分，诸如时钟测时或者“星历(ephemeris)”数据。搜索和采集GPS信号的处理，读取关于多个卫星的星历数据以及由该数据计算接收机的位置是耗时的，常常需要数分钟。在许多情况中，该冗长的处理时间是不可接受的，特别是在为911调度中心进行定位的紧急情况中。
存在两个GPS接收系统的主要功能(1)计算到不同的GPS卫星的伪距(pseudorange)，和(2)使用这些伪距以及卫星测时和星历数据计算接收平台的位置。伪距简单地是来自每个卫星的接收信号和本地时钟之间的时间延迟。一旦GPS信号被采集和跟踪，即自其提取卫星星历和测时数据。如上文所述，收集这些信息通常花费相对长的时间(30秒～数分钟)，并且必须通过良好的接收信号电平实现，以便于实现低的误差率。
事实上，所有已知的GPS接收机均利用相关方法计算伪距。常常通过硬件相关器实时地执行这些相关方法。GPS信号包含高速率的重复信号，其被称为伪随机(PN)序列。该码序列属于被称为黄金码(Gold码)的族。每个GPS卫星广播具有唯一黄金码的信号。
对于接收自给定的GPS卫星的信号，在转换到基带的下变频处理之后，相关处理器使接收信号同其本地存储器中包含的适当的黄金码的存储复本相乘，然后求该乘积的积分或者对其进行低通滤波，以获得信号存在的指征。该处理被称为“相关”操作。通过随后调节该存储复本相对于接收信号的相对时序，并且观察相关输出，接收机可以确定接收信号和本地时钟之间的时间延迟。该输出的存在的初始确定被称为“采集”。一旦采集发生，则处理进入“跟踪”阶段，其中小量地调节本地参考的时序，以便于维持高的相关输出。
相关采集处理是非常耗时的，特别是在接收信号弱的情况下。为了改善采集时间，许多GPS接收机利用许多个相关器(甚至潜在有数千个)，其允许并行地搜索相关峰值。然而，仍然存在改善定位时间的需要，特别是在由美国的FCC颁布的E911规范下的无线环境中。
图1是根据本发明的实施例的无线通信系统的图示。
图2是根据本发明的移动站和服务移动定位中心(SMLC)框示。
图3是根据本发明的实施例的由SMLC使用的表格的示例。
图4是根据本发明的实施例的由SMLC使用的表格的示例。
图5是说明了系统实体之间的通信和本发明的实施例执行的逻辑的消息流图。
具体实施例方式
为了解决由配备GPS的单元较快地定位的需要，本应用描述了本发明的实施例，其向被定位的远端单元提供GPS辅助数据。该GPS辅助数据与包含特定远端单元的网格(grid element)的中心点有关。网格是这样的地理区域，其中在网格中的任何位置，相同的12个或者更多的GPS卫星是可见的。(在任何一个时刻可以看到的实际数目取决于GPS星群中的卫星的具体位置。因此，在机会性的时刻(opportunistic moment)，网格区域具有12个或者更多的卫星的潜在的共有可见度。)通过提供关于网格的GPS辅助数据，远端单元接收实际上已充分局部化的GPS辅助数据，以更加快速地协助其确定其位置。而且，由于在诸如美国的地区中，存在比小区基站少很多的网格，因此相比于基于小区基站的情况，基于网格维护当前的GPS辅助数据需要较少的网络带宽。
通过参考图1～5可以更加全面地理解所公开的实施例。图1是根据本发明的实施例的通信系统100的图示。系统100包括可自伊利诺斯州绍姆堡的摩托罗拉公司(Motorola，Inc.of Schaumburg，Illinois)获得的商用“iDEN”通信系统、全球定位系统(GPS)卫星星群(由卫星101～103表示)、GPS参考网络以及公共安全应答点(PSAP)。PSAP 126包括公共安全调度中心，诸如911呼叫中心。GPS参考网络105包括诸如Global Locate，Inc.网络的网络。移动站(MS)110和无线接入网络(RAN)120代表“iDEN”通信系统。然而，本发明不限于具体的无线技术。例如，在可替换的实施例中，通信系统100可被构建为利用其他的通信系统协议，诸如，但不限于，TETRA、GSM、CDMA和UMTS系统中的协议。
RAN 120包括增强型基站收发信机系统(EBTS)121、基站控制器(BSC)122、移动交换中心(MSC)123、服务移动定位中心(SMLC)124和网关移动定位中心(GMLC)125。RAN 120向MS 100提供无线服务。然而，本发明不限于作为移动电话或者必要的无线系统的远端单元或者通信单元。例如，该单元可以包括无线连接到RAN 120的配备GPS的计算机或者经由互联网连接到RAN 120的配备GPS的计算机。
本领域的技术人员将认识到，图1并未示出所需用于系统100进行操作的所有网络设备和设备部件。图1仅示出了那些与本发明的实施例的描述特别相关的系统实体的简化图示。同样地，图2示出了MS和SMLC的那些与本发明的实施例的描述特别相关的部件的简化图示。MS 110包括发射机201、接收机202、通信处理器203和GPS处理器204。SMLC 124包括处理器210、网络接口211和网络接口212。
本领域技术人员了解多种途径，使这些实体和部件的每一个可由无线通信公司，诸如“摩托罗拉”，实现和/或销售。例如，处理器典型地包括这样的部件，诸如，微处理器和/或数字信号处理器、存储器、和/或被设计用于实现以电路形式表达并且/或者如计算机指令所表达的算法的逻辑电路。而且，处理器通常连接到网络接口，以便于经由数据通信网络和/或专用通信链路同其他的设备通信。对于给定的算法、逻辑流、或者消息流，本领域的技术人员了解多种可利用的设计和研发技术，用于实现按照需要执行指定的逻辑并经由网络接口进行通信的处理器。而且，本领域的技术人员将认识到，本发明的SMLC方面可以在RAN 120的不同的物理部件中或者跨越不同的物理部件实现，而非仅限于专用的SMLC。
如MS中使用的发射机、接收机和处理器是普通的并且在本领域是公知的。而且，接收GPS信令和定位(如，由GPS处理器执行)也是普通的并且在本领域是公知的。在本发明的第一实施例中，通过使用已知的通信设计和研发技术，已知的“iDEN”MS适于实现本发明的逻辑。同样地，在本发明的第一实施例中，通过使用已知的通信设计和研发技术，已知的SMLC适于实现本发明的逻辑。
根据本发明的第一实施例，通信系统100的操作基本上如下进行。SMLC自GPS参考网络105获得与网格中心点相关联的更新的GPS辅助数据。网格是这样的地理区域，其中在网格中的任何点，可见相同的12个或者更多的GPS卫星。例如，通过向位置的水平的(即无遮挡的)地平线施加屏蔽角度，可以确定网格。在1994年的联邦无线电导航计划(Federal Radionavigation Plan)中，提出了这样的设计指导，即其示出了，允许USCG DGPS导航服务(USCG DGPS NavigationService)使用7.5度的屏蔽角度产生基线距离(用户-基站)，该7.5度的屏蔽角度表示超过400公里的用户-基站间隔。该7.5度的屏蔽给出了多于9个的共同可见的卫星。
本发明的第一实施例应用1度的屏蔽，用以实现超过12个卫星的共用(即，这些卫星处于位置的水平地平线上面，但是不必是无遮挡的)。该1度的屏蔽意味着，小区发射塔需要与预定的网格中心相关联，其不能明显地远于75公里的距离。(应注意到这将随纬度变化。75公里是基于美国中部的近似值。)因此，正方形的网格的尺寸应为150公里×150公里。因此，由通信系统100服务的地理区域将由网格覆盖，其150公里见方，足够覆盖该区域。然而，在本发明的可替换的实施例中，网格不需要是正方形的，甚至不需要是多边形的。毕竟事实上网格覆盖了地球表面的一部分，因此其是至少稍微弯曲的表面(不仅仅是2维的形状)。
图3和4是根据本发明的第一实施例、由SMLC 124使用的表格的示例。表格300将所支持的每个小区基站的小区ID映射到关于该小区的具体的纬度和经度，并且将小区ID映射到每个小区基站所位于的网格中。表格400包含关于每个网格的中心点的位置(纬度和经度)以及关于每个具体的网格的适当的最近的GPS辅助数据。这样，经由网络接口211，SMLC 124的处理器210自GPS参考网络105获得关于每个网格的更新的GPS辅助数据。在第一实施例中，SMLC 124通过来自GPS参考网络105的当前数据，大约每分钟更新一次其GPS辅助数据。需要频繁的更新以防止缓存数据变得过于陈旧。
GPS辅助数据包括这样的数据，诸如，卫星轨道参数(例如，相对于赤道的轨道倾角、升交点经度、近地点幅角、半主轴长度、偏心距、以及给定时刻的卫星在轨道椭圆上的位置)、卫星钟差、准确的时间/日期、网格中心点位置、卫星星体状态、以及电离层修正参数。在第一实施例中，使由SMLC 124收集的关于每个网格的GPS辅助数据同该时刻的网格相适应。例如，仅收集关于那些当前可自网格看见的卫星的数据，并且相对于网格的中心点(如表400中所指出的)，收集对于具体位置而言特定的数据。而且，第一实施例的GPS辅助数据包括，例如，网格中心点的纬度和经度，相对于小区基站或者服务区域的纬度/经度。由于网格中心点的位置是足够用的，因此MS不需要小区基站的位置。
图5是说明了系统实体之间的通信和本发明的第一实施例执行的逻辑的消息流图。当MS 110的通信处理器203向RAN 120发送紧急呼叫请求501时，触发了用于E911应用的定位。MSC 123协调MS 110和PSAP 126之间的语音连接的设置。这样，MS 110的用户可以同公共安全部门中的某个人通话，诸如911调度员。在第一实施例中，MS 110还向RAN 120发送GPS辅助请求503。消息501和/或503包含当前服务于MS 110的小区基站的小区ID。这样，该请求和小区ID传递到SMLC 124。
SMLC 124的处理器210经由网络接口212接收GPS辅助请求，并且确定哪个网格与该小区ID对应。然后处理器210经由网络接口212向MS 110发送对应于MS 110的网格的GPS辅助数据504。通信处理器203经由接收机202接收GPS辅助数据504，并且将其提供给GPS处理器204。这样，处理器204通过使用GPS辅助数据采集和跟踪至少某些其可见的卫星，经由接收机202，能够更加快速地确定MS 110的位置。在确定MS 110的位置(例如，纬度和经度)之后，处理器204将该位置传递到通信处理器203，其经由发射机201向RAN 120发送位置消息505。因此，当PASP 126向RAN 120发送定位请求506时，RAN 120向公共安全人员回复指出MS 110的位置的位置消息507。这样，完成了消息流500。
消息流500表示关于本发明的第一实施例的消息传递，并且尤其集中于E911应用。然而，其他消息流也可以体现本发明。例如，在定位增强服务的情况中，不会出现呼叫请求、语音连接，也不会出现GPS辅助请求，并且可不牵涉PSAP。作为替换，MS可以接收来自诸如GMLC的实体的定位请求，或者MS可能仅接收GPS辅助数据，其将触发定位。
如此处描述的在无线系统中执行定位提供了两个主要优点。首先，远端单元通过其接收自RAN的GPS辅助数据，能够更加快速地确定其位置。其次，通过基于网格而非基于小区基站/服务区域周期性地收集GPS辅助数据，减少了RAN和GPS参考网络之间的网络业务，并可能减小订制成本。由网格系统过滤潜在大量的E911请求的针对GPS参考网络的询问和正进行的定位增强服务。例如，所有源自相同网格的请求将接收相同的缓存GPS协助数据，而非产生针对GPS参考网络的独立请求。因此，关于一个网格的GPS辅助数据可以潜在地服务数以百万计的单元。
在前面的说明书中，通过参考具体的实施例描述了本发明。但是，本领域的普通技术人员将认识到，在不偏离如权利要求阐明的本发明的精神和范围的前提下，可以进行不同的修改和变化。因此，本说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的，并且所有这样的修改都涵盖于本发明的范围中。此外，本领域的普通技术人员将认识到，为了简化和清楚起见，说明了附图中的元件。例如，附图中的某些元件的尺寸相对于其他元件是夸大的，以协助增进对本发明的不同的实施例的理解。
上文参考本发明的具体实施例，已经描述了益处、其他优点和对问题的解决方案。但是，益处、优点、对问题的解决方案，以及任何可以引起或导致该益处、优点、对问题的解决方案或者可以使该益处、优点、对问题的解决方案变得更加显著的要素不应被解释为任何或全部权利要求的苛求的、必需的或者基本的特征或要素。
如此处和权利要求中使用的，术语“包括”、“包含”或者任何其他的其变型，目的在于阐述非排他性的包含，因此，包括一系列要素的处理、方法、制造物品或者装置不仅包括那些列出的要素，还可以包括未专门列出的其他要素或者对于该处理、方法、制造物品或者装置是固有的其他要素。如此处使用的术语“a”或者“an”，被定义为一个或者多于一个。如此处使用的术语“plurality”，被定义为两个或者多个两个。如此处使用的术语“另一”，被定义为至少一个是第二个或者更多的。如此处使用的术语“包括”和/或“具有”，被定义为包括(即，开放式语言)。如此处使用的术语“连接(coupled)”，被定义为连接(connected)，尽管不必是直接连接，也不必是机械或者电气连接。如此处使用的术语“程序”(或者“程式”)，被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。程序、程式或者计算机程序，可以包括子程序、函数、进程、对象方法、对象实现、可执行应用程序、applet、servlet、源代码、共享程序库/动态负载程序库和/或其他用于在计算机系统上执行的指令序列。
权利要求
1.一种用于使用GPS确定远端单元的位置的方法，该方法包括接收与网格中的位置相关联的GPS辅助数据，其中，网格是这样的一种地理区域，如果自该网格中的中心点可以看到至少12个GPS卫星的话，则在该地理区域内可看见至少12个GPS卫星，其中当卫星处于位置水平地平线上面时，GPS卫星是可见的；和通过使用GPS辅助数据采集和跟踪GPS卫星，确定远端单元的位置。
2.权利要求1的方法，其中，所述地理区域具有近似正方形的形状。
3.权利要求1的方法，进一步包括，向无线接入网络(RAN)发送呼叫请求。
4.权利要求1的方法，进一步包括，向无线接入网络(RAN)发送关于GPS辅助数据的请求。
5.权利要求1的方法，进一步包括，向无线接入网络(RAN)发送远端单元的位置。
6.一种通信单元，包括接收机；通信处理器，其连接到接收机，适于经由接收机接收与网格中的位置相关联的GPS辅助数据，其中网格是这样的一种地理区域，如果自该网格的中心点可以看到至少12个GPS卫星的话，则在该地理区域内可看见至少12个GPS卫星，其中当卫星处于位置水平地平线上面时，GPS卫星是可见的；和GPS处理器，其连接到接收机和通信处理器，适于通过使用GPS辅助数据经由接收机采集和跟踪GPS卫星，确定远端单元的位置。
7.一种用于协助使用GPS确定远端单元的位置的方法，该方法包括自GPS参考网络获得与网格中心点相关联的更新的GPS辅助数据，其中所述网格是这样的一种地理区域，如果自该网格的中心点可以看到至少12个GPS卫星的话，则在该地理区域内可看见至少12个GPS卫星，其中当卫星处于位置水平地平线上面时，GPS卫星是可见的；和接收GPS辅助请求，其指出了请求与网格相关联的GPS辅助数据；和发送与网格中心点相关联的GPS辅助数据。
8.权利要求7的方法，其中，GPS辅助请求包括小区ID，并且其中，该方法进一步包括，确定与网格相关联的小区ID。
9.权利要求7的方法，进一步包括，周期性地自GPS参考网络获得与网格中心点相关联的更新的GPS辅助数据。
10.一种服务移动定位中心(SMLC)，包括第一网络接口；第二网络接口；和处理器，其连接到第一和第二网络接口，适于经由第一网络接口自GPS参考网络获得与网格中心点相关联的更新的GPS辅助数据；适于经由第二网络接口接收GPS辅助请求，该请求指出了请求与网格相关联的GPS辅助数据；并且适于经由第二网络接口发送与网格中心点相关联的GPS辅助数据，其中所述网格是这样的一种地理区域，如果自该网格的中心点可以看到至少12个GPS卫星的话，则在该地理区域内可看见至少12个GPS卫星，其中当卫星处于位置水平地平线上面时，GPS卫星是可见的。
全文摘要
为了解决由配备GPS的单元较快地定位的需要，本应用描述了本发明的实施例，其向被定位的远端单元(110)提供GPS辅助数据。该GPS辅助数据与包含特定远端单元的网格的中心点有关。网格是这样的地理区域，其中在网格中的任何位置，可看见相同的12个或者更多的GPS卫星。通过提供关于网格的GPS辅助数据，远端单元接收实际上已充分局部化的GPS辅助数据，以更加快速地协助其确定其位置。而且，由于在诸如美国的地区中，存在比小区基站少很多的网格，因此相比于基于小区基站的情况，基于网格维护当前的GPS辅助数据需要较少的网络带宽。
文档编号G01S1/00GK1695322SQ03824647
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月30日
发明者布鲁斯·德拉韦特, 奥德丽·朗赫斯特 申请人:摩托罗拉公司