专利名称：与基于卫星定位有关的方法和布置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通过使用卫星的移动设备定位，并且具体地，涉及由基于陆地的通信节点辅助的上述定位。
相关技术说明近年来，确定物体、设备或携带设备的人员的地理位置在许多应用领域中变得越来越受关注。解决定位的一个方案是使用从卫星发射的信号来确定位置。此类系统熟知的例子有全球定位系统(GPS)(参见例如(1))和即将使用的GALILEO系统。位置是作为基于多个接收的卫星信号的三角测量/三边测量、相对于指定的坐标系统给出。
除额定载波频率和调制通过信号承载的数据所用的规则外，无需有关系统的任何其他信息，独立的GPS接收机可获得GPS卫星信号的完全锁定。基本上，三维位置及接收机时钟与卫星时间的偏差必须在位置计算步骤中确定。
辅助GPS(AGPS)被定义为用于将GPS接收机集成到蜂窝通信系统的用户设备即移动台的GPS增强(参阅例如第三代合作伙伴项目(3GPP)规范TS 25.331或TS 44.031或用于安全用户平面定位(SUPL)的开放移动联盟(OMA)规范)。辅助GPS通常旨在在许多不同方面提高GPS接收机的性能，包括检测灵敏度、获得位置估计的时间、准确度和节约电池电能。这通过将一些功能从移动台中的GPS接收机转移到网络并因而在GPS接收机本身中只执行一小部分GPS任务而实现。
有两种类型的AGPS，移动台(或用户设备)基础型和移动台(或用户设备)辅助型。在移动台基础型AGPS中，在移动台中通过使用由移动台确定的测距信号测量结果及由网络提供的辅助数据而计算得出移动台的位置。在移动台辅助型AGPS(有时还称为网络基础型AGPS)中，移动台只测量和报告反映到航天器(即，卫星)的伪距的已接收测距信号的定时。对于两种类型的AGPS而言，对1毫秒取模截断测距信号的测量的定时，这对应于300公里的距离。计算移动台位置时，在移动台本身或网络位置服务器中，需要使用有关移动台位置的先验信息及由移动台确定的测距信号测量结果来重构完整的伪距以计算精确的移动台位置。
本发明的发明人认识到AGPS的问题在于，如果有关移动台位置的先验信息精度太低，即，所述先验信息中移动台位置的不确定性太大，则测量和报告已接收测距信号的截断定时可导致在确定到航天器的伪距时模糊不清。因此，如果选择并使用不正确的伪距作为确定移动台位置的基础，则在计算的移动台位置中将出现大约例如100公里的重大误差。
由本发明的发明人之一提出的美国专利申请60/545175描述了一种解决此问题的方式，涉及放弃不可能的伪距值。
发明概述本发明涉及的问题是在通过辅助数据的基于卫星的定位的环境中提供增强的稳固性以防止出现模糊伪距重构。
该问题通过如权利要求1和3所述的方法、如权利要求11、13和27所述的设备和如权利要21所述的测量报告信号而得以解决。
本发明提供的一个优点是结合诸如辅助GPS(AGPS)的通过辅助数据的基于卫星的定位增强稳固性以防止出现模糊伪距重构。
本发明的另一个优点在于实现增强的稳固性而不降低检测灵敏度。
本发明仍有的另一优点在于实现增强的稳固性而处理延迟只是稍微增大。
下面将参照其示范实施例并且还参照附图对本发明进行更详细的描述。
附图简述
图1是应用本发明的移动台辅助型AGPS的示范情况示意图。
图2是示出在GPS测距信号中的C/A码和导航数据比特的图。
图3是示出在GPS测距信号中的GPS导航数据格式的方框图。
图4是示出在图1所示系统的不同部分中的时间的图。
图5是示出根据本发明分别用于测量来自卫星的测距信号并基于有关来自卫星的测距信号的测量计算位置的基本方法的流程图。
图6是根据本发明第一示范实施例的移动台的示意方框图。
图7是示出由图6的移动台执行的处理的流程图。
图8是示出与比特边缘同步有关的相关的方框图。
图9是位置服务器的示意方框图。
图10是示出测量报告信号格式的示范实施例的方框图。
图11示出导出初始位置不确定性边界的最差情况，而现有技术AGPS可处理此情况以仍提供明确的伪距重构。
实施例详细说明图1示出可应用本发明的非限制性示范情况。在此示范情况中，基本无线通信系统SYS1与全球定位系统(GPS)一起用于提供移动台辅助型AGPS。图1中所示的示例无线通信系统SYS1是通用移动电信系统(UMTS)。通信系统SYS1包括网络部分NET1和或者称为移动台(MS)的用户设备(UE)。网络部分NET1包括核心网络CN1和UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)RAN1。核心网络CN1包括提供电路交换业务的移动业务交换中心(MSC)节点MSC1和适合提供分组交换类型的业务的、有时称为服务GPRS支持节点(SGSN)的通用分组无线电业务(GPRS)节点SGSN1。
核心网络节点MSC1和SGSN1均通过称为Iu接口的无线电接入网络接口连接到无线电接入网络RAN1。无线电接入网络RAN1包括一个或多个无线电网络控制器(RNC)。为简明起见，图1的无线电接入网络RAN1示为只具有一个无线电网络控制器节点RNC1。每个无线电网络控制器连接到多个无线电基站(RBS)并控制这些基站。例如，并且再次为简明起见，图1只示出连接到无线电网络控制器节点RNCl的第一无线电基站节点RBS1和第二无线电基站节点RBS2。无线电网络控制器RNC1与基站RBS1和RBS2之间的接口称为Iub接口。诸如图1所示移动台MS1的移动台通过称为Uu接口的无线电或空中接口与一个或多个无线电基站RBS1-RBS2进行通信。无线电接口Uu、Iu接口和Iub接口均在图1中示为虚线。
在图1中，GPS系统由航天器即卫星SV1-SV4表示。每个航天器SV1-SV4发射对应的测距信号RS1-RS4。请注意，为简明起见，图1中仅示出四个航天器SV1-SV4。
在使用移动台辅助型AGPS确定图1中移动台MS1的位置时，移动台MS1从位置服务器101接收辅助数据并向其报告测量结果。基于报告的测量结果和有关移动台所处位置的先验信息，位置服务器计算移动台MS1的位置。视位置服务器连接到蜂窝网络的方式而定，AGPS可分成两个类别，即“AGPS控制平面解决方案”和“AGPS用户平面解决方案”。
在“AGPS控制平面解决方案”中，位置服务器功能(可在有时称为服务移动位置中心(SMLC)或独立SMLC(SAS)的单独位置服务器节点中实施，或与诸如无线电网络控制器的其他网络节点中的其他功能集成在一起)与蜂窝网络紧密集成，并且使用所谓的控制平面信令传递辅助数据和测量结果。此解决方案的特征还在于一般情况下位置服务器会接收有关移动台当前在哪个小区中运行的信息，并且位置服务器在计算移动台的位置时会将此信息应用为移动台的先验位置。因此，先验位置信息中的不确定性对应于小区大小。
在“AGPS用户平面解决方案”中，位置服务器功能与蜂窝网络的集成不太紧密，并且使用所谓的用户平面信令传递辅助数据和测量结果，即，普通的用户数据分组用于将此信息透明地输送到蜂窝网络。此解决方案的特征还在于位置服务器不会接收有关移动台位于哪个小区的信息，或至少不会始终能够将给定的小区身份与对应于小区覆盖区域的特定地理区域相关联。因此，对于AGPS用户平面解决方案，移动台先验位置信息中的不确定性可能远远大于小区大小，并且可能对应于例如移动台当前运行时所处的国家大小。
在图1的示范情况中，示出AGPS用户平面解决方案，其中位置服务器101经基于因特网协议(IP)的分组数据网络102连接到蜂窝网络NET1。
GPS航天器SV1-SV4发射测距信号RS1-RS4，频谱中心为1575.42MHz。图2示出每个测距信号RS1-RS4如何包括导航数据比特202流201，这些比特由对发射信号的航天器是独特的所谓粗/捕获(C/A)码203定义的扩频码扩展。C/A码203的长度为1023个码片，并且码片持续时间为1/1.023×106秒，即，C/A码包括以1.023×106Hz的速率变化的+/-1序列并每1毫秒重复本身。导航比特202具有20毫秒的比特周期，即，对应于20个C/A码重复。
除其他内容外，导航数据还包括所谓的星历参数集合，该集合允许接收机计算信号发射时卫星的精确位置。发射的精确时间也可从导航数据中读取。
图3更详细地示出导航数据如何被进一步分成5个子帧301-305，每个子帧长度为6秒。每个子帧301-305被分成10个字，每个字长度为0.6秒，并包含30个数据比特。时戳-GPS周时(TOW)在每个子帧301-305的第二个字-交接字(HOW)中发射。所示时间是所考虑的子帧结束时的发射时间。因此每6秒重复TOW。
每个测距信号RS1-RS4基本上定义由移动台MS1测量的时钟。该时钟指示信号发射的时间。如果移动台MS1知道GPS系统时间，则时钟读数可直接用于确定时间延迟，并因此确定从发射测距信号的航天器到移动台MS1的距离。通过测量三个距离并利用有关发射时航天器位置的知识，然后可确定移动台MS1的三维位置。然而，通常移动台MS1不知道精确的GPS系统时间，因此，需要再一次测量以消除移动台时钟偏差。
图4的序列示出图1所示系统的不同部分的时钟关系(以毫秒表示)。每个航天器SV1-SV4具有精确的原子时钟以保持时钟稳定性。然而如图4所示，航天器发射并不是与GPS系统时间完全同步。在图4中，序列401表示GPS系统时间，序列411表示航天器1的时钟，序列41N表示航天器N的时钟，序列402表示图1的移动台MS1的时钟，而序列421和42N分别表示如在由移动台MS1分别从航天器1和航天器N接收的测距信号中读取的时间。通过画一条穿过时序图的竖线431，可获得如在空间中的各个点观察到的所有时钟读数的快照。GPS系统时间401被定义为基于地面站时钟集合和航天器时钟子集的总体均值。如图4中所示，各个航天器时钟411和41N及移动台时钟402与GPS系统时间401相比存在轻微的偏移(分别参见SV时钟偏差412和413及移动台时钟偏差414)。航天器时钟的各个偏移的模型作为导航消息的一部分从每个航天器发射。信号到达地球表面的某个点(例如移动台MS1的当前位置)时，它们被延迟了取决于从所考虑的航天器到地球表面上所述点的距离的量。如图4中的时钟读数所示，延迟一般为60-85毫秒(ms)。
在使用AGPS确定移动台的位置时，移动台测量已接收测距信号的相对于选定时间点的C/A码边界位置的时间位置，即，C/A码相位。对1毫秒(即，一个C/A码周期)取模确定C/A码相位。
基于已接收测距信号的测量的C/A码相位和(从网络接收的)包括航天器星历与时钟校正数据的辅助数据及有关移动台位置的先验信息，实施移动台基础型AGPS的移动台计算其在选定时间点的位置。
实施移动台辅助型AGPS的、诸如图1中的移动台MS1的移动台改为发射无线信号，报告已接收测距信号的C/A码相位(依据从选定时间点直至下一C/A码重复开始的C/A码的完整和不完整码片表示)及对应于选定时间点的GSP系统时间估计。基于移动台报告的信息和有关移动台位置的先验信息，在蜂窝网络或在另一网络中的、诸如图1中的位置服务器101的位置服务器计算移动台的位置。
本发明的发明人认识到当在移动台位置的先验信息中的不确定性太大时，对1毫秒取模测量C/A码相位并因此通过时间模1毫秒表征每个测距信号的AGPS方式导致出现问题。如附录1所示，在先验位置不确定性大于75公里时，则无法明确重构到航天器的所谓伪距。
通过让移动台测量每个测距信号的测距信号定时而无任何截断，可解决由于测距信号定时的截断测量与先验位置中太大的不确定性组合而导致的模糊伪距重构问题。然而，这会要求将有关每个测量的测距信号的周时信息解码，这大大增加了处理延迟，并且由于将周时信息解码比检测C/A码边界要困难得多，因此，还可能降低在移动台中集成的GPS接收机的检测灵敏度。
通过提供方式大大降低在AGPS(包括移动台基础型和移动台辅助型AGPS)的环境中移动台的先验位置不确定性导致模糊伪距重构的风险，本发明解决了上述问题。同时，本发明还避免了将有关每个测量的测距信号的周时解码的需要和相关联的缺点。
图5示出根据本发明的、分别用于报告有关由移动台从卫星(即航天器)接收的测距信号的测量和用于基于此类测量计算移动台位置的基本方法，其中，每个所述测距信号包括由扩频码(例如，GPS粗捕获码)扩展的数据比特(例如，GPS导航数据比特)流。两个方法均包括对至少一个已接收测距信号执行步骤501和502，而基本方法的最后步骤不同。
在步骤501，执行与数据比特流中数据比特边缘的同步。这一般会涉及对数据比特长度取模(对AGPS而言即对20毫秒取模)确定/识别数据比特边缘位置。
在步骤502测量相对于选定时间位置的对数据比特流的数据比特长度取模的时间位置。
在步骤501和502后，报告测量的基本方法包括以无线方式发射信号的又一步骤503，信号包括表示在步骤502测量的所述时间位置的数据。
在步骤501和502后，计算移动台位置的基本方法包括又一步骤504，该步骤利用相对于所述选定时间点的所述数据比特流的所述测量的时间位置和移动台经无线通信网络至少一个基站接收的辅助数据，计算所述移动台位置。已接收辅助数据会包括星历参数和发射已接收测距信号的卫星的时钟校正，这使得计算在测距信号发射时的卫星位置成为可能。已接收辅助数据还会包括移动台位置的先验估计。
一般情况下，对多个已接收测距信号、优选是对所有检测到的测距信号执行所述同步和测量步骤501和502。在步骤503发射的信号因此会包括表示所述多个已接收测距信号中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置的数据，而在步骤504执行的位置计算会利用所述多个已接收测距信号中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置。
包括步骤501、502和503的、报告测量的基本方法的实施例可例如用于在支持移动台辅助型AGPS的移动台中实施处理，其中，基于移动台报告的测量结果，在网络侧某处的节点中执行实际的位置计算。
包括步骤501、502和504的、计算移动台位置的基本方法的实施例可例如用于在支持移动台基础型AGPS的移动台中实施处理。
在AGPS(移动台辅助型AGPS或移动台基础型AGPS)的环境中应用图5的方法会使移动台测量对20毫秒取模的已接收测距信号的定时(与现有技术AGPS的对1毫秒取模相比)。在移动台位置的先验不确定性小于1500公里(与应用现有技术的1毫秒截断时少于75公里相比)时，20毫秒截断允许完整伪距的明确重构。
图6-9示出了用于报告在图1移动台MS1中实施的测距信号测量的方法和设备的第一示范实施例及根据本发明用于位置计算的设备的第一示范实施例。图10示出根据本发明的测量报告信号的第一示范实施例。
图6是示出根据本发明的此示范实施例的移动台MS1结构的方框图。移动台MS1包括蜂窝通信模块601、定位模块602、GPS RF前端603、用于与蜂窝网络通信的天线604及GPS天线605。定位模块602包括CPU 612、存储器610和数字信号处理器(DSP)611。蜂窝通信模块601以无线方式从蜂窝网络接收辅助数据，并以无线方式经蜂窝网络中的基站将测量结果发射到蜂窝网络。辅助数据可包括可视卫星的星历和时钟校正、移动台MS1的大约位置及大约的GPS系统时间。或者，辅助数据可包含预计只用于辅助相关处理的显式辅助数据。通信模块601通过使用接口606将已接收的辅助数据转发到定位模块602，而通过使用接口613将测量结果从定位模块602提供到通信模块601。通信模块601还为GPS RF前端603和定位模块602提供时钟参考607。GPS RF前端模块603由定位模块602使用接口608控制。
图7示出由移动台MS1在接收定位请求时执行的处理。
定位模块602从通信模块601接收定位请求时，在步骤701它请求GPS RF前端603提供GPS信号样本。GPS RF前端603通过天线605接收GPS频带，将信号下变频到基带，将信号分成同相(I)和正交(Q)分量，对信号抽样并将其转换成数字格式，并且将这些信号通过接口609输出到定位模块602。定位模块602在存储器610中存储已接收的I和Q数据。
步骤702-703定义对包括在步骤707发射的测量报告中的每个单独的测距信号RS1-RS4执行的处理。请注意，即使图7示出每个单独的测距信号的按序处理(参阅步骤704)，但优选是并行执行与不同测距信号有关的处理。
由移动台MS1从任意航天器SV1-SV4接收的随时间t变化的测距信号y可以以简化的方式写为y(t)＝a·c(t-τ)·d(t-τ)·exp{i·(ω0t+ωdt+φ)}+e(t)(20)此处，a是已接收信号的振幅，c(t)是航天器的C/A码，以及d(t)是导航数据比特流(参见图2)。项τ是信号的未知延迟，该未知延迟随从航天器到移动台MS1的位置的距离而变化，ω0是GPS载波频率，ωd是信号的多普勒频率，φ是未知相位，以及e(t)是噪声。
在步骤702，通过使用测试测距信号的所有可能的码相位和多普勒频移的相关，定位模块602中的数字信号处理器611确定测距信号的C/A码边界。
一旦在步骤702已确定测距信号的C/A码边界，便在步骤703继续数字信号处理器611对所述测距信号的处理，以与此测距信号的导航数据比特流的比特边缘同步。比特边缘同步相当于确定d(t)序列的数据比特转换。文献中提到了几种已知的执行比特边缘同步的方式(参见例如[2]的第8章)。可如何执行比特边缘同步的一个示例会是先将已接收数据解扩，从而留下比特率为1毫秒(即，对应于每个C/A码重复)的原“伪比特”。注意，每个导航数据比特有20个伪比特。根据公式(20)(并忽略噪声分量)，这可表示为s(kT)＝a·d(kT-τ)·exp(iφ)；T＝0.001s，k＝1，2，...，N(21)随后，如图8所示，将伪比特馈入第一组累加器801，这些累加器对20个连续的伪比特求总和。此后，对此和求平方，并且在第二组累加器802中产生新总和。此过程重复M次。M可适用于当前信噪比或选择为固定值，例如，M＝50。对伪比特序列的20个不同的延迟执行所有此操作。将累加和最大化的输出仓(bin)即第二组累加器802中的累加器，确定所考虑航天器的数据比特边缘。由于它统计自最近导航数据比特边界开始的C/A码周期的整数数量，因此，这可表示为介于0与19之间的数字，在下文将称为整数码相位(“icp”)。
一旦对测距信号最初完成步骤702和703，DSP 611便通过跟踪所述测距信号的C/A码边界/比特边缘定时的变化而保持与所述测距信号的同步。
如果需要采集更多测距信号(在步骤704选择“是”)，则对下一测距信号重复步骤702和703(如已经论述的，优选是对若干测距信号并行执行步骤702-703的处理，而不是如图7所示按序执行)。在步骤704中有关是否应采集更多测距信号的判定可基于到此为止采集的测距信号数量(应采集至少3个或优选是4个测距信号，但采集更多测距信号会提高计算位置的精度)和定时要求(用于提供测量报告信号的响应时间可通过参数配置为例如在接收定位请求的16秒内)。
如果采集了足够的测距信号(在步骤704选择“否”)，则在步骤705估计选定时间点的GPS周时(TOW)。请注意，优选是一对第一测距信号完成步骤702-703，就基于所述测距信号与采集另外的测距信号并行执行步骤705。
对于可如何执行步骤705有若干替代选择。一般情况下，TOW估计是基于确定在一个测距信号(参见图3)、优选是第一个采集的测距信号的所谓交接字(HOW)中发射的TOW并然后补偿从由航天器进行信号发射直至由移动台MS1进行信号接收的传播延迟。
可通过将发射的TOW直接解码而确定发射的TOW。此替代选择暗示以20毫秒的速率将数据解调，并且通常要求确定子帧边界，然后解码交接字，从中可导出TOW，即发射时间tti。每个子帧的长度为6秒，因此，此过程可能要求收集大约8秒的导航数据。在假设0dB天线的情况下，TOW解调一直到大约-172dBW起作用，并且实际上是检测灵敏度的限制因素。
或者，可通过使用相关技术的重构来确定发射的TOW。此过程还要求生成解调的数据比特，但不是进行直接解码，而是进行与已知的发射的导航数据比特(例如，可作为辅助数据的一部分发送到移动台的所谓遥测字和HOW字的内容)的相关。这要求GPS时间先验已知为在几秒内。此过程起作用时的信号电平比直接TOW解码低些，但极可能的是性能受跟踪环的限制，跟踪环可能在如此低的信号电平释放锁定。一般情况下，为此采用锁相环或自动频率控制环。但预期这将一直到大约-179dBW起作用。
通过应用77毫秒的预计平均传播延迟，可补偿传播延迟。或者，根据发明人Ari Kangas和Janos Toth-Eget于2004年9月29日提交的同时待审的美国专利申请中详细描述的原则，从由移动台MS1从蜂窝网络接收的辅助数据可导出更准确的传播延迟补偿。
在步骤706，对每个采集的测距信号中与选定时间点相邻的导航数据比特边缘测量相对于选定时间点的时间位置。更具体地，在步骤706，对于每个采集的测距信号，通过记录从选定时间点直至下一C/A码边界的完整和不完整码片数及另外在选定时间点与前一最近导航数据比特边缘之间的C/A码周期的整数数量，测量选定时间点前最近比特边缘的位置。通过测量C/A码相位移动(完整和不完整码片)及整数C/A码相位(C/A码重复数)，从而对导航数据比特长度(即，20毫秒)取模确定每个测距信号相位。
最后，在步骤707，由移动台MS1以无线方式将测量报告信号发射到蜂窝网络NET1。
图10以示意图方式示出在本发明的此示范实施例中使用的测量报告信号1001的示范格式。请注意，图10提供简化视图，该视图集中在与本发明有关的数据上，并且测量报告信号会包括图10中未示出的另外的数据(例如，如根据3GPP TS 44.031为测量位置响应(MEASURE POSITION RESPONSE)消息或根据3GPP TS 25.331为测量报告(MEAS UREMENT REPORT)消息指定的数据)。
测量报告信号1001包括每个测量的测距信号的以下数据
标识测量数据对其有效的特殊卫星的卫星ID 1002。
从选定时间点直至下一C/A码边界的完整码片1003和不完整码片1004的数量。
在选定时间点与前一最近导航数据比特边缘之间的C/A码周期的整数数量1005。
测量报告信号还包括在选定时间点的估计的TOW 1006。
测量报告信号在本发明的第一示范实施例中作为寻址到位置服务器101的用户平面中的普通用户数据发射。因此，通过蜂窝网络NET1，经基于IP的网络102将测量报告信号透明路由到位置服务器101。
图9以示意图方式示出位置服务器101的结构。位置服务器包括通信模块901和定位模块903。通信模块901接收测量报告，并将测量数据转发到定位模块903。定位模块903通过使用提供的测量数据(包括每个报告的测距信号的测量的定时信息)和有关移动台位置的先验信息，计算移动台MS1的位置。先验信息例如可从包括在来自移动台MS1的信号中并指示移动台MS1运行时所处网络的公共陆地移动网络(PLMN)身份中导出。PLMN身份例如可作为移动台当前运行时所处小区的小区身份的一部分包括在内。通过使用提供的PLMN身份，定位模块903可例如通过从表中检索移动台MS1运行时所处国家的中心的坐标及对应于从所述中心直至所述国家的边界的最大距离的半径，从而导出先验位置信息。特别是对于大的国家，小区身份的分级特性还可用于标识移动台运行时所处国家内的特殊地区。与尝试维护具有有关每个小区的地理坐标的信息的全球数据库相比，维护不同国家或所述国家内地区的中心/半径信息表的负担要轻得多。
在本发明的示范第一实施例中，移动台MS1的定位模块602既充当与已接收测距信号上数据比特流中数据比特边缘同步的同步装置，又充当测量相对于选定时间点的已接收测距信号上数据比特流的位置的测量装置，而蜂窝通信模块601充当以无线方式发射信号的发射装置，信号包括表示所述测量的时间位置的数据。在位置服务器101中，通信模块901充当接收包括所述测量的时间位置的测量报告信号的装置，而定位模块903充当基于已接收的测量结果计算移动台位置的装置。
除上面公开的本发明的示范第一实施例外，有若干方式提供第一实施例的重新布置、修改和替代，从而产生本发明的另外的实施例。
通过在移动台MS1的定位模块602中将图7的步骤707基本上替换为计算移动台MS1的位置的步骤，可从所示的本发明第一实施例导出在移动台基础型AGPS的环境中使用的示范实施例。因此，第一示范实施例中位置服务器101的定位模块903执行的计算会改为由移动台MS1的定位模块602执行。移动台位置的先验估计及卫星星历数据和时钟校正会作为在位置计算中使用的辅助数据由网络提供。
本发明当然可在AGPS控制平面和用户平面解决方案的环境中应用。关于AGPS控制平面解决方案，本发明可能非常关注在扩展范围小区(在GSM中，扩展范围小区可具有高达100公里的半径)的环境中应用或在网络中未实施小区身份定位(这一般用作确定先验位置信息的基础)时应用。在控制平面解决方案中将本发明应用到移动辅助型AGPS会暗示用于从移动台报告测量结果的信令消息的修改以包括定义对导航数据比特长度(即，20毫秒)取模测量的测距信号相位的数据。这优选是可通过添加如对第一示范实施例的测量报告信号所建议的自前一最近导航数据比特边缘的C/A码周期的整数数量而实现。需要修改的信令消息的示例有如在3GPP TS 44.031中指定的测量位置响应(MEASURE POSITION RESPONSE)消息和如在3GPPTS 25.331中指定的测量报告(MEASUREMENT REPORT)消息。
除上述和图10中建议的格式外，对于可如何在测量报告信号中表示对测距信号中数据比特流的数据比特长度取模测量的时间位置当然有若干个替代选择。一个替代选择会是包括到选定时间点后的最近比特边缘的C/A码周期的整数数量。另一个替代选择会是将码重复的整数数量及完整和不完整码片的数量一起转换成以完整和不完整毫秒表示的时间。
通过使用足够精确的实时时钟，例如，一般每秒只偏差几纳秒并在长时间内具有优于1毫秒的长期稳定性的蜂窝系统时钟，周时估计会无需为每个定位请求将测距信号中发射的TOW解码/重构。此外，执行TOW估计的一个替代选择会是测量另外的测距信号以估计未知的测距信号接收时间，并且对于移动台辅助型AGPS，在测量报告信号中包括另外的测距信号的数据而不是TOW估计。
在会希望结合AGPS处理甚至更大的超过1500公里的先验位置不确定性的情况下，本发明可与美国专利申请60/545175的讲授内容组合，如本申请中所述的对已接收测距信号执行对导航数据比特长度取模的测量，并然后如所述美国专利申请中公开的消除不可能的伪距。
虽然本发明在其第一示范实施例中已在辅助型GPS环境中应用，但本发明当然可结合发射的测距信号包括由扩频码扩展的数据比特的其他基于卫星的定位系统应用。
附录1此附录示出超过75公里的先验位置不确定性暗示由于现有技术AGPS的1毫秒截断而无法明确重构伪距的原因。
图11示出最差情况，其中，移动台测量第一航天器SV1的完整时钟tsv1，即执行从航天器SV1接收的测距信号的完整TOW重构，并且测量第二航天器SV2时钟tsv2的不完整(亚毫秒)部分，即，只确定从航天器SV2接收的测距信号的C/A码相位。已知移动台在圆内，例如，对应于服务小区的小区边界，具有半径Δ，即移动台的先验位置不确定性为Δ。从航天器SV1到圆心的距离为d1，而从航天器SV2到圆心的距离为d2。测量在(未知)时间t0完成。现在的问题是在什么条件下明确重构时钟tsv2的整数毫秒部分是可能的？在试验移动台位置A和B的时钟tsv1和tsv2现在计算如下位置Atsv1＝t0-(d1-Δ)/c(1)tsv2＝t0-(d2+Δ)/c(2)其中，c是无线电信号在真空中传播的速度。
从(2)减去(1)并重新排列产生了tsv2＝tsv1+(d1-d2-2Δ)/c (3)位置Btsv1＝t0-(d1+Δ)/c(4)tsv2＝t0-(d2-Δ)/c(5)从(5)减去(4)并重新排列产生了tsv2＝tsv1+(d1-d2+2Δ)/c (6)组合(3)和(6)，由此得出tsv2所处的区间tsv2∈(tsv1+(d1-d2-2Δ)/c，tsv1+(d1-d2+2Δ)/c)(7)此区间的大小为4Δ/c。为明确重构tsv2的整数毫秒部分，要求区间小于1毫秒。因此4Δ/c＜0.001 (8)
这得出要求Δ＜c*0.001/4～75km(9)参考文献[1]“Navstar GPS空间部分/导航用户接口”(Navstar GPS SpaceSegment/Navigation user Interfaces，ICD-GPS-200，Revision IRN-200C-003，11October 1999)。“全球定位系统理论与应用”(Parkinson，Spilker GlobalPositioning SystemTheory and Applications，Volume 1，AIAA，1996)
权利要求
1.移动台(MS1)中一种报告有关由所述移动台(MS1)从卫星(SV1-SV4)接收的测距信号(RS1-RS4)的测量的方法，所述测距信号各自包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)，所述方法包括以下步骤，对已接收测距信号(RS1-RS4)中至少之一与所述数据比特(202)流(201)中的数据比特边缘同步(501、702-703)；测量(502、706)相对于选定时间点的对所述数据比特(202)流(201)的数据比特长度取模的时间位置；所述方法还包括以无线方式(503、707)发射信号的步骤，所述信号包括表示所述测量的时间位置的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，对多个已接收测距信号(RS1-RS4)执行所述同步和测量步骤，并且所述以无线方式发射的信号包括表示所述多个已接收测距信号中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置的数据。
3.移动台(MS1)中一种基于有关由所述移动台(MS1)从卫星(SV1-SV4)接收的测距信号(RS1-RS4)的测量计算所述移动台位置的方法，所述测距信号(RS1-RS4)各自包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)，所述方法包括以下步骤，对已接收测距信号(RS1-RS4)中至少之一与所述数据比特(202)流(201)中的数据比特边缘同步(501、702-703)；测量(502、706)相对于选定时间点的对所述数据比特(202)流(201)的数据比特长度取模的时间位置；所述方法还包括以下步骤通过利用相对于所述选定时间点的所述数据比特流的所述测量的时间位置和由所述移动台(MS1)经无线通信网络(NET1)的至少一个基站(RBS1、RBS2)接收的辅助数据，计算(504)所述移动台位置。
4.如权利要求3所述的方法，其中，对多个已接收测距信号(RS1-RS4)执行所述同步和测量步骤，并且通过利用所述多个已接收测距信号(RS1-RS4)中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置，执行所述位置计算。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述测量涉及确定所述数据比特流中相邻比特边缘相对于所述选定时间点的时间位置。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述相邻比特边缘是在所述选定时间点后最近的下一比特边缘。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述相邻比特边缘是在所述选定时间点前最近的比特边缘。
8.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述卫星是全球定位系统的一部分。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述扩频码是粗捕获码，并且所述数据比特流是根据全球定位系统规范格式的导航数据比特流。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述同步步骤包括以下子步骤确定(702)粗捕获码边界；确定(703)导航数据比特边缘。
11.一种执行有关由移动台从卫星(SV1-SV4)接收的测距信号(RS1-RS4)的测量的设备，所述测距信号各自包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)，所述设备包括同步装置(602)，用于与至少一个已接收测距信号的数据比特流中的数据比特边缘同步；测量装置(602)，用于测量相对于选定时间点的对所述至少一个已接收测距信号的数据比特流的数据比特长度取模的时间位置；发射装置(601)，用于以无线方式发射信号，所述信号包括表示所述测量的时间位置的数据。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述同步和测量装置适用于对多个已接收测距信号(RS1-RS4)操作，并且所述发射装置适用于将表示所述多个已接收测距信号中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置的数据包括在所述信号中。
13.一种基于有关由移动台从卫星(SV1-SV4)接收的测距信号(RS1-RS4)的测量计算所述移动台的位置的设备，所述测距信号各自包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)，所述设备包括同步装置(602)，用于与至少一个已接收测距信号的数据比特流中的数据比特边缘同步；测量装置(602)，用于测量相对于选定时间点的对所述至少一个已接收测距信号的数据比特流的数据比特长度取模的时间位置；计算装置(602)，用于通过利用相对于所述选定时间点的所述数据比特流的所述测量的时间位置和由所述移动台经无线通信网络(NET1)的至少一个基站(RBS1、RBS2)接收的辅助数据，计算所述移动台的所述位置。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述同步和测量装置适用于对多个已接收测距信号操作，并且所述计算装置适用于利用所述多个已接收测距信号中每个信号相对于所述选定时间点的测量的时间位置。
15.如权利要求11-14中任一项所述的设备，其中，所述测量装置适用于确定所述数据比特流中相邻比特边缘相对于所述选定时间点的时间位置。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述相邻比特边缘是在所述选定时间点后最近的下一比特边缘。
17.如权利要求15所述的设备，其中，所述相邻比特边缘是在所述选定时间点前最近的比特边缘。
18.如权利要求11-17中任一项所述的设备，其中，所述卫星是全球定位系统的一部分。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述扩频码是粗捕获码，并且所述数据比特流是根据全球定位系统规范格式的导航数据比特流。
20.一种移动台(MS1)，包括如权利要求11-19中任一项所述的设备。
21.一种包含在数字数据流中的测量报告信号(1001)，所述测量报告信号报告有关由移动台(MS1)从卫星(SV1-SV4)接收的测距信号(RS1-RS4)的测量，所述测距信号(RS1-RS4)各自包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)，所述测量报告信号(1001)包括至少一个已接收测距信号的表示相对于选定时间点的对所述至少一个已接收测距信号中的数据比特流的数据比特长度取模的时间位置的数据(1003-1005)。
22.如权利要求21所述的测量报告信号，其中，所述测量报告信号包括表示多个已接收测距信号中数据比特流相对于所述选定时间点的时间位置的数据。
23.如权利要求21-22中任一项所述的测量报告信号，其中，由所述测量报告信号中包括的数据表示的相对于所述选定时间点的每个时间位置是与所述选定时间点相邻的比特边缘的时间位置。
24.如权利要求21-23中任一项所述的测量报告信号，其中，每个扩频码(203)包括有限长度的码片序列，并且其中，相对于所述选定时间点的每个时间位置在所述测量报告信号中由数据表示，所述数据包括从所述选定时间点直至下一C/A码重复开始的剩余完整码片(1003)和不完整码片(1004)的数量；在所述选定时间点前最近的比特边缘与所述选定时间点之间的整数扩频码重复(1005)的数量。
25.如权利要求21-24中任一项所述的测量报告信号，其中，所述卫星是全球定位系统的一部分。
26.如权利要求25所述的测量报告信号，其中，所述扩频码是粗捕获码(203)，并且所述数据比特流是根据全球定位系统规范格式的导航数据比特(202)流(201)。
27.一种用于计算移动台(MS1)的位置的设备(101)，所述设备(101)包括接收如权利要求21-26中任一项所述的测量报告信号的装置(901)；通过利用已接收测量报告信号中报告的至少一个时间位置计算所述移动台位置的装置(903)。
全文摘要
本发明涉及报告有关由移动台从卫星(SV1－SV4)接收的测距信号(RS1－RS4)的测量或者基于此类测量计算位置的方法和设备及测量报告信号，其中，每个所述测距信号包括由扩频码(203)扩展的数据比特(202)流(201)。在与测距信号上数据比特流中的数据比特边缘同步(501)后，测量(502)相对于选定时间点的对所述数据比特流的数据比特长度取模的时间位置。测量的时间位置可由对已接收测距信号执行测量的设备用于计算(504)移动台的位置。或者，该设备可发射(503)包括表示所述测量的时间位置的数据的无线信号，从而允许在另一设备(101)中确定移动台位置。
文档编号G01S5/14GK101044413SQ200480044195
公开日2007年9月26日 申请日期2004年10月11日 优先权日2004年10月11日
发明者A·坎加斯, T·维格伦 申请人:艾利森电话股份有限公司