专利名称：全球定位系统帧定时测量的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术，特别涉及全球定位系统(Global PositionSystem，简称“GPS”)帧定时测量技术。
背景技术：
在无线通信领域中，除了基本的语音业务和数据业务以外，运营商需要提供各种其它增值服务以满足用户需求，移动增值业务成为我国移动通信市场新的经济增长点。第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)除了在带宽方面比第二代移动通信(The Second Generation，简称“2G”)有了明显的提高之外，还可以支持更加丰富的移动增值业务。
在移动增值业务中，移动定位业务作为一项深受用户欢迎的新的增值服务，将为运营商增添新的收入。作为3G主流标准之一的宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)中，有多种定位技术可供选择。具体的说，包含基于小区识别(CELL-ID)的定位技术、观测到达时间差(Observed Time Difference Of Arrival，简称“OTDOA”)定位技术和A-GPS定位技术。
上述三种定位技术可以在不同情况下使用，基于CELL-ID的定位技术可以在定位精度要求较低时使用；OTDOA定位技术可以在定位精度要求较高并且终端和网络无GPS接收装置时使用；而A-GPS定位方法则适宜定位精度要求高且终端和网络有GPS接收装置时使用。这几种方法也可以同时混合使用，以弥补彼此的不足。
在WCDMA网络商用初期，多数终端没有GPS设备，而且定位业务种类不丰富，网络将主要利用前两种方法提供定位业务。随着网络的发展和成熟，网络辅助的GPS定位技术的应用将会有所增加，网络将同时使用多种定位技术在不同情况下为不同的应用和不同的用户提供定位服务。
例如在A-GPS定位技术中，由网络向终端提供辅助A-GPS辅助数据，A-GPS辅助数据用来缩短首次发回位置信息所需时间(Time To First Fix，简称“TTFF”)和降低A-GPS接收模块的功耗。
GPS辅助数据包含诸如GPS捕获辅助信息、GPS定位辅助信息、GPS灵敏度辅助信息、GPS卫星工作状况信息之类的GPS伪距测量的辅助信息，以及诸如GPS历书以及修正数据、GPS星历、GPS导航电文之类的终端位置计算的辅助信息。
利用这些信息，终端可以很快捕获卫星并接收到测量信息，然后将测量信息发送给网络中的定位服务中心，由它计算出终端当前所处的位置。由于位置计算是在网络上完成的，终端的GPS接收实现复杂度大大降低，并能够降低终端的功耗。通常，单独的GPS接收机在冷启动时需要两分钟来计算第一个方位，而通过A-GPS接收机接收辅助数据，时间可以降为几秒；同时，利用A-GPS降低终端的功耗最多可以减少终端GPS芯片60％的功耗。
在开阔的环境中，如城郊或乡村，多径和遮挡是可以忽略的，A-GPS的定位精度能够达到10米左右甚至更优；如果UE处于城区环境，无遮挡并且多径不严重，定位精度将在30～70米之间；如果UE在室内或其他多径和遮挡严重的区域，此时UE难以捕获到足够的卫星信号，A-GPS将无法完成定位。
在第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)技术规范(Technical Specification，简称“TS”)25.433协议中，规定了采用A-GPS定位技术的必要功能，其中包括在WCDMA系统的基站即B节点(Node B)侧实现GPS帧定时测量，通过小区的系统消息更新下发给待定位的UE，以便UE做定时恢复。同时，根据3GPP TS 25.433的规定，为了实现A-GPS定位，Node B需要向无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)提供漂移率、截距、GPS帧定时测量上报值的标准差以及GPS帧定时漂移率的标准差等数据，这些数据通过对UE上报的数据进行计算之后得到。
需要指出的是，3GPP TS 25.433只规定了GPS帧定时测量的报告格式和相关参数的范围，并未对具体实现做出规定，不同的技术方案，对于网络侧的系统资源消耗有很大差异。现有技术方案中，对于曲线拟合算法的计算方式并没有确定，一般都采用最小二乘法对大量样本点进行拟合，获得一定时间内的近似直线表达方程，以在允许范围内进行预测。在使用最小二乘法时，可以在收集满所需的样本点后，都对所有样本点统一进行运算以获得最终的结果。熟悉本领域的技术人员可以理解，也可以使用其它高次曲线的拟合方法，但是计算量较大，且必要性不大。
在实际应用中，上述方案存在以下问题现有的技术方案中，计算量在样本点数较多时计算量非常大，对系统性能的影响过大，同时参数的验证和修改不便。
造成这种情况的主要原因在于，现有技术中，使用最小二乘法，若每次拟合的样本点数目为N，每次拟合均需要对所有N个样本点进行运算以获得结果，在样本点数较多时，每个样本点都需要参加多次拟合的运算，计算量非常大，并且由于每次拟合的样本点数目参数一般固化在程序中，修改不便，对于样本点数目参数的验证比较麻烦。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种全球定位系统帧定时测量的方法，使得计算性能得以提高，减小对系统性能影响；同时实现参数可以配置，参数验证的速度得以提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种全球定位系统帧定时测量的方法，包含以下步骤A接收修改样本点个数为N个的消息并判断样本点个数是否合法，如果是则进入步骤B，否则结束；B判断是否正在进行全球定位系统帧定时测量计算，若是则终止当前计算并重新初始化C，否则直接进入步骤C；C根据所述步骤A中接收的所述消息修改样本点个数为N个并进行计算。
其中，所述样本点的取样时间为等差数列，采用递推关系进行计算。
此外，采用最小二乘法进行所述样本点的拟合，当前计算值可以通过在前一时刻的计算值上，去除前面第N+1个样本点的影响并增加当前样本点的影响递推得到。
此外，所述全球定位系统帧定时测量计算在宽带码分多址系统中进行，需要计算的数值包含估计值、漂移率、估计值标准差和漂移率标准差。
此外，第t次的测量值包含全球定位系统帧定时测量值和其对应的时戳、将所述全球定位系统帧定时测量值作为x轴的度量、将所述时戳进行变换去除全球定位系统帧定时固定斜率的影响后作为y轴的度量进行最小二乘法拟合。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，本发明方案采用递推关系进行GPS帧定时测量计算，同时支持在系统运行时动态修改包括样本点个数等参数。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即由于使用了递推公式，因此可以大大降低系统的计算量，在实际环境中进行了验证，证明在使用最小二乘法进行GPS帧定时测量计算时，如果样本点数为N，则计算效率可以提高N倍。
图1为根据本发明的一个较佳实施例的GPS帧定时测量计算的方法的流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明的基本思想在于，进行拟合所需要的样本点数目可以动态设定，同时要求样本点的取样时间即时戳为等差数列，以便于使用递推公式进行拟合，减少系统的计算量。
本发明将第t次的GPS帧定时测量值和其对应的时戳分别记为GPS(t)(单位是1/16chip)和BFN(t)(单位是10ms)。当需要计算第t(t＞＝N，N为样本点数)次的GPS帧定时估计值的时候，利用第t次测量时刻之前的连续N次测量值(包含第t次测量)进行最小二乘估计，分别估计出第t次测量估计值z(t)和GPS帧定时的漂移率k(t)。利用第t次测量时刻之前的连续2N-1次测量值(包含第t次测量)计算获得GPS帧定时测量上报值的标准差以及GPS帧定时漂移率的标准差。
上述过程中，为了提高计算性能，降低对系统资源的消耗，在计算时采用递推公式进行最小二乘法拟合，根据拟合结果计算需要的计算结果。
下面结合本发明的一个具体实施例来说明本发明方案。
下面说明本发明中，如何进行GPS时间信息的处理并用处理值进行计算。
需要提及的是，为了实现可以使用递推公式的计算，要求GPS时间信息中的时戳BFN(t)为等差数列。在本发明的一个较佳实施例中，BFN(t+1)-BFN(t)＝100，即要求相邻两次样本点的时间差必定为100个BFN(1秒)。
首先说明在本发明中，如何进行GPS时间信息的处理。
在本发明的一个较佳实施例中，在以本次测量前的第N点的BFN值作为时间的原点，对应的GPS帧定时值作为GPS帧定时的原点，令x(t)＝(BFN(t)-BFN(0)/100，y(t)＝GPS(t)-GPS(1)。熟悉本领域的技术人员可以理解，x是Node B自己的时间坐标，y是GPS时间坐标。
在进行计算之前，为了去除GPS帧定时固定斜率(3840000Chips/s)的影响，令y(t)＝y(t)-16*384000*x(t)。其中，增加系数16是由于GPS时戳的单位是1/16chip。
接着，就可以用上述处理后的GPS时间信息，通过最近的N个样本点计算GPS帧定时测量值的漂移率k(t)(单位是1/256chip)及其截距b(t)(单位是1/16chip)。
根据最小二乘法原理，k(t)和b(t)的公式分别如下k(t)=16*(N*SumtXY-SumtX*SumtY)N*SumtX2-(SumtX)2=16*SumtSLPSumtDEN---[1]]]>b(t)=16*(SumtX2*SumtY-SumtX*SumtXY)N*SumtX2-(SumtX)2=16*SumtINTSumtDEN---[2]]]>
其中，SumtX=Σi=t-N+1txi,SumtY=Σi=t-N+1,tyi,SumtX2=Σi=t-N+1txi2,SumtXY=Σi=t-N+1txiyi.]]>从而可以得到递推公式Sumt+1X＝SumtX+(xt+1-xt-N+1)；Sumt+1Y＝SumtY+(yt+1-yt-N+1)；Sumt+1X2=SumtX2+(xt+12-xt-N+12);]]>Sumt+1XY＝SumtXY+(xt+1yt+1-xt-N+1yt-N+1)。
同时，根据前述约定，可以推出如下公式SumtDEN≡SumNDEN≡N2(N+1)(N-1)12]]>即[1]，[2]式中的分母是个恒等式，其值根据N而定，可以预先计算好。并且由上述递推公式，可得以下结果Sumt+1SLP=SumtSLP+N2[(N-1)yt+1+(N+1)yt-N+1-2Σt=1Nyt-N+i]]]>令Sumt+1A=(N-1)yt+1+(N+1)yt-N+1-2Σi=1Nyt-N+i]]>则有Sumt+1A＝SumtA+N[(yt+1-yt)+(yt-N+1-yt-N)]+(yt-N+1+yt-N-yt+1-yt)从而有Sumt+1SLP=SumtSLP+N2{SumtA+N[(yt+1-yt)+(yt-N+1-yt-N)]+]]>(yt-N+1+Yt-N-Yt+1-yt)}]]>由SumtDEN的定义可得如下推导
SumtDEN=N*SumtX2-(SumtX)2⇒]]>N*SumtX2=SumtDEN+(SumtX)2⇒]]>SumtX2=SumtDEN+(SumtX)2N]]>代入[2]，即得SumtINT]]>=SumtDEN+(SumtX)2N*SumtY-SumtXSumtXY]]>=-SumtSLP*SumtXN+SumtDENN*SumtY]]>=-SumtSLP*SumtXN+(N-1)N(N+1)12*SumtY]]>=(N-1)N(N+1)12*SumtY-SumtSLP*SumtXN]]>这样在用最小二乘法拟合计算k(t)和b(t)时，就可以根据上述的递推公式进行计算。计算出k(t)和b(t)后，就可以对第t次的GPS帧定时测量估计值进行计算z(t)＝(16*3840000+k(t)/16)*x(t)+b(t)+GPS(1)熟悉本领域的技术人员可以理解，当前测量值大于等于2N-1个时，不仅可以用最近N次测量值计算估计值z(t)和漂移率k(t)，还可以用最近2N-1次测量值计算估计值标准差和漂移率标准差。
漂移率k(t)和估计值z(t)的标准方差如下Dt(k)=NN-1{E(K2)-[E(K)]2}]]>=NN-1[1NΣi=t-N+1tki2-(1NΣi=t-N+1tki)2]]]>=1N-1Σi=t-N+1tki2-1N(N-1)(Σi=t-N+1tki)2---[4]]]>
Dt(z)=NN-1E{[Z-E(Z)]2}]]>=NN-11NΣi=t-N+1t(zi-zi′)2]]>=1N-1Σi=t-N+1t(zi-zi′)2---[5]]]>其中zi′=(16*3840000+ki′/16)*xi+bi′+GPS(1)]]>ki′=1NΣj=i-N+1tkj]]>bi′=1NΣj=i-N+1ibj]]>令xi′=[ki-ki′]/16*xi+(bi-bi′)]]>SumtK=Σi=t-N+1tki]]>SumtK2=Σi=t-N+1tki2]]>则[4]，[5]可以化简为Dt(K)=1N-1SumtK2-1N(N-1)(SumtK)2---[6]]]>Dt(Z)=1N-1Σi=t-N+1t(xi′)2---[7]]]>推导出递推公式如下
Sumt+1K＝SumtK+(kt+1-kt-N+1)Sumt+1K2=SumtK2+(kt+12-kt-N+12)]]>ki+1′=ki′+1N(ki+1-ki-N+1)]]>bi+1′=bi′+1N(bi+1-bi-N+1)]]>Dt+1(Z)=Dt(Z)+1N[(xt+1′)2-(xt-N+1′)2]]]>最后计算出GPS帧定时测量上报值的标准差std(Z)以及GPS帧定时漂移率的标准差std(K)，计算公式分别如下std(K)=D(K)]]>std(Z)=D(Z)]]>熟悉本领域的技术人员可以理解，当前的计算值可以通过在前一个时刻的计算值上，去除第前N+1个测量值的影响并增加当前测量值的影响后得到。
需要说明的是，在本发明的一个较佳实施例中，为了更好地根据不同的硬件条件设置样本点个数，允许在运行时动态修改样本点个数N，以提高参数验证的速度。其中，样本点个数N可以由系统根据要求自动修改设定，也可以由操作人员修改设定。
根据本发明的一个较佳实施例的GPS帧定时测量计算的方法的流程如图1所示。需要说明的是，该流程在Node B侧完成。
首先进入步骤110，接收修改样本点消息。需要说明的是，在修改样本点消息中，包含以后计算时的样本点个数N，系统根据此消息修改样本点个数N。
接着进入步骤120，判断样本点数是否合法，如果是则进入步骤130，否则以失败结束。其中，样本点数N的范围由系统设定，如果所接收的样本点消息中，样本点个数在系统设定范围内则合法，否则不合法。
在步骤130中，判断系统是否正在进行GPS帧定时测量计算，如果是则进入步骤140，否则进入步骤160。
在步骤140中，终止当前计算。熟悉本领域的技术人员可以理解，由于需要修改样本点数N，因此测量计算需要重新进行，当前的计算需要终止。
接着进入步骤150，初始化存储器内容。
接着进入步骤160，设置新的样本点数并计算。需要说明的是，在该步骤中，需要计算并上报RNC的值包含估计值、漂移率、估计值标准差和漂移率标准差。在本发明的一个较佳实施例中，采用最小二乘法进行样本点的拟合和估计，根据拟合的结果进行计算，在计算时采用递推关系减小系统的运算量。
至此，完成GPS帧定时测量计算。
熟悉本领域的技术人员可以理解，如果不采用直线拟合方式，而采用曲线拟合方式，也可以推导出类似的递推关系以减少计算量。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种全球定位系统帧定时测量的方法，其特征在于，包含以下步骤A接收修改样本点个数为N个的消息并判断样本点个数是否合法，如果是则进入步骤B，否则结束；B判断是否正在进行全球定位系统帧定时测量计算，若是则终止当前计算并重新初始化C，否则直接进入步骤C；C根据所述步骤A中接收的所述消息修改样本点个数为N个并进行计算。
2.根据权利要求1所述的全球定位系统帧定时测量的方法，其特征在于，所述样本点的取样时间为等差数列，采用递推关系进行计算。
3.根据权利要求2所述的全球定位系统帧定时测量的方法，其特征在于，采用最小二乘法进行所述样本点的拟合，当前计算值可以通过在前一时刻的计算值上，去除前面第N+1个样本点的影响并增加当前样本点的影响递推得到。
4.根据权利要求2所述的全球定位系统帧定时测量的方法，其特征在于，所述全球定位系统帧定时测量计算在宽带码分多址系统中进行，需要计算的数值包含估计值、漂移率、估计值标准差和漂移率标准差。
5.根据权利要求4所述的全球定位系统帧定时测量的方法，其特征在于，第t次的测量值包含全球定位系统帧定时测量值和其对应的时戳、将所述全球定位系统帧定时测量值作为x轴的度量、将所述时戳进行变换去除全球定位系统帧定时固定斜率的影响后作为y轴的度量进行最小二乘法拟合。
全文摘要
本发明涉及移动通信技术，公开了一种全球定位系统帧定时测量的方法，使得既能够提高计算性能，减小对系统性能影响；同时实现参数可以配置，从而提高了参数验证的速度。本发明中，方案采用递推关系进行GPS帧定时测量计算，同时支持在系统运行时动态修改包括样本点个数等参数。
文档编号H04Q7/38GK1837843SQ200510024639
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月25日 优先权日2005年3月25日
发明者姚建中 申请人:上海华为技术有限公司