專利名稱：在全球定位系統(tǒng)接收機中改善信號捕獲的方法
在全球定位系統(tǒng)接收機中改善信號捕獲的方法(說明書)本申請要求1998年8月13日提交的美國在先申請60/096436的優(yōu)選權本發(fā)明領域本發(fā)明涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機，更具體地涉及使用來自蜂窩網(wǎng)絡的信息減少捕獲GPS衛(wèi)星所廣播信號花費的時間。
本發(fā)明
背景技術：
在蜂窩網(wǎng)絡或其它公共陸地移動網(wǎng)絡(PLMN)中確定移動站的地理位置對于大范圍應用變得重要。例如，運輸和出租車公司可能需要定位服務以確定它們車輛的位置并且改善派遣流程效率。另外，為緊急呼叫例如911呼叫，了解移動終端的實際位置在緊急條件下保證可靠的結果是至關重要的。
另外，定位服務可以用于確定被盜汽車的位置，確認可能以較低價格收費的局部區(qū)域呼叫，檢測微蜂窩小區(qū)中的熱點，或提供特級的預約服務例如“我在哪里”服務?！拔以谀睦铩狈沼兄诖_定例如到移動站最近的加油站、餐館或醫(yī)院的位置。
一種用于確定移動站地理位置的技術將使用星基全球定位系統(tǒng)(GPS)。GPS是提供在GPS接收機中可以處理的指定編碼衛(wèi)星信號以獲得接收單元位置、速度和時間的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。需要四個或更多GPS衛(wèi)星信號以計算相對固定坐標系統(tǒng)的三維位置和相對絕對時間基準的接收機時鐘的時偏。
GPS系統(tǒng)包括二十四個(不算備用)全天在地球軌道運行的衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星的軌道高度(20200Km)使得衛(wèi)星重復相同的地面軌跡并且配置得對任何一點每二十四小時過頂一次。有六個軌道平面每個具有至少四個衛(wèi)星，等距離間隔(即60度相隔)并且相對地球赤道平面大約55度傾斜。該星座設計保證從地球上任何一點可以觀察到四到二十個之間的衛(wèi)星。
GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星提供確定GPS接收機位置、速度和時間坐標的兩種精度。大量GPS系統(tǒng)的民用用戶使用標準定位服務(SPS)，它具有水平100米、垂直±156米和±340ns時間的2-σ精度。精確定位服務(PPS)只對具有加密設備和密鑰和特定裝備接收機的授權用戶可使用。
每個GPS衛(wèi)星發(fā)射兩個微波載波信號。L1頻率(以1575.42MHz為中心)攜帶導航消息以及SPS和PPS編碼信號。L2頻率(以1227.60MHz為中心)也攜帶PPS編碼并用于通過與PPS系統(tǒng)兼容接收機測量電離層延遲。
L1和L2微波載波信號通過三種二進制編碼調(diào)制1.023MHZ粗捕獲(C/A)碼，10.23MHZ精碼(P-CODE)和50Hz導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)碼(NAVCODE)。C/A碼是偽隨機序號碼(PRN)其唯一地表特GPS衛(wèi)星。所有GPS衛(wèi)星在相同的L1和L2載波上發(fā)射它們二進制編碼。通過碼分多址(CDMA)相關器恢復同時接收的多個信號。在民用GPS接收機中的相關器首先恢復作為由NAV碼調(diào)制的C/A碼。鎖相環(huán)電路(PLL)然后從NAV碼中分離出C/A碼。應當強調(diào)GPS接收機首先需要確定其大致位置以便確定哪些GPS衛(wèi)星是在范圍內(nèi)。相反，知道其大致位置的GPS接收機可以很快調(diào)諧到適合GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號上。
GPS接收機的啟動一般需要從四個或更多GPS衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)信號中捕獲一組導航參數(shù)。初始化GPS接收機的過程可能通?；ㄙM幾分鐘。
GPS定位處理的時間直接取決于一個GPS接收機具有多少信息。大多數(shù)GPS接收機利用天文年歷數(shù)據(jù)編程，其粗略描述了所需要衛(wèi)星提前一年的位置。可是，如果GPS接收機不知道其自己的大致位置，則GPS接收機不能足夠快地相關可觀察衛(wèi)星的信號，因此不能快速計算其位置。另外，應當注意，在啟動時捕獲C/A碼和NAV碼所需要的信號強度比已經(jīng)捕獲信號的持續(xù)監(jiān)測所需要信號強度更高。也應當注意，監(jiān)測GPS信號的過程明顯受環(huán)境因素的影響。因此，當接收機在樹林下、在車輛內(nèi)或最壞的在建筑內(nèi)時，在露天容易捕獲的GPS信號變得很難捕獲。
現(xiàn)在的政府命令，例如FCC Phase II E-911業(yè)務的響應時間要求，強制以迅速的方式精確確定移動手機的位置。因此，為高效率實現(xiàn)移動終端內(nèi)GPS接收機并且也滿足快速和精確定位需要，能夠快速提供具有精確輔助數(shù)據(jù)例如本地時間和位置估計、衛(wèi)星星歷和時鐘信息(可能隨移動站位置而改變)的移動終端已經(jīng)變成必須。這種輔助數(shù)據(jù)的使用可以允許集成或連接到移動站的GPS接收機迅速完成啟動過程。因此需要能夠對于現(xiàn)有無線電網(wǎng)絡向集成或連接到移動終端的GPS接收機發(fā)送必須的輔助GPS信息。
Taylor等人的美國專利4445118討論了輔助GPS接收機的原理。該方法描述了使用單一發(fā)射機，例如同步衛(wèi)星，提供廣泛地理區(qū)域的上的單一輔助信息。該輔助數(shù)據(jù)包括可觀察的GPS衛(wèi)星清單，各個衛(wèi)星位置，和予計的衛(wèi)星信號多普勒頻移。該消息的結構允許在用戶接收機中進行位置計算功能(PCF)。
Krasner的美國專利5663734描述了另一個GPS接收機方案。該專利主要涉及接收機結構，但討論了如何通過輔助改善接收機性能。該專利提出“代表星座數(shù)據(jù)”和估計多普勒頻移作為輔助信息的可能內(nèi)容。
Lau的美國專利5418538描述了用于通過廣播與類似“基準站”中接收機的“差分”信號幫助遠程GPS/GLONASS接收機的系統(tǒng)和方法。該基準站在實施例中廣播可觀察衛(wèi)星清單和輔助星歷。對遠程接收機的好處有三方面減少存儲器要求、降低頻率基準成本和快速捕獲。該討論描述了在捕獲第一衛(wèi)星之后能夠估計和消除由接收機時鐘不準確引起的多普勒現(xiàn)象的優(yōu)點。
Eshenbach的美國專利5663775描述了一種方法，通過該方法GPS接收機從無線電信號中分離出精確絕對時間基準?？蛇x擇地，該接收機也從無線電信號中分離出頻率基準，比包含在接收機內(nèi)便宜晶振更精確。GPS接收機執(zhí)行位置計算，因此必須具有絕對時間以及GPS衛(wèi)星的星歷和時鐘校正。
總之，上述專利不使用用戶終端與蜂窩網(wǎng)絡(或PLMN)之間通過大氣接口進行無線連接中呈現(xiàn)的信息。使用了基于GSM網(wǎng)絡對GPS優(yōu)勢的一個建議是T1標準文件TIPI5/98-132r2。該建議基于在網(wǎng)絡的各種節(jié)點上安置基準GPS接收機，捕獲來自這些接收機的星歷信息，然后通過GSM下行鏈路承載消息將可觀察衛(wèi)星清單與信息一起提供給所有基于手機的GPS接收機。該方案的好處是允許基于手機GPS接收機成為全功能，即它包括PCF也可以工作在連續(xù)導航模式。非常希望對所有裝備GPS的手機廣播輔助信息，但當前GSM網(wǎng)絡中的廣播設施不可能以適時方式傳送輔助信息。點對點發(fā)送可能更靈活，因為等待時間對于緊急場合(E911)特別重要，這是美國市場上的規(guī)定要求。
盡管在TIPI5/98-132r2中提出的系統(tǒng)使用蜂窩GPS集成的某些方面，而在其它方面新穎方法和系統(tǒng)可以提供進一步的性能增進。本發(fā)明致力于通過用新穎和簡單方式解決上述的一個或幾個問題。
本發(fā)明概述按照本發(fā)明描述了一種方法，根據(jù)來自蜂窩基站表示手機與基站距離的信息限制捕獲搜索范圍。另外，該方法使用了相同信息用于高精度時間傳輸，這也幫助減少GPS信號的搜索范圍。這減少了計算用戶位置的總等待時間，這對于滿足美國市場對緊急定位(E911)的受理要求特別重要。
在此廣泛地討論了減少全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機中搜索碼移位的方法，該GPS接收機集成在包括工作在無線電網(wǎng)絡中收發(fā)信機的移動站(MS)上。該方法包括確定代表MS與服務MS的基礎收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)之間往返行程傳播延遲的時間周期，并且使用該時間周期計算MS中碼移位不確定性的范圍的步驟。
在本發(fā)明的一個方面中，MS知道GPS衛(wèi)星的位置和其自身的大致位置。
在本發(fā)明的另一個方面中，MS不知道衛(wèi)星的位置和其自身的大致位置，但知道衛(wèi)星的仰角。
本發(fā)明的特征是從BTS向MS傳遞該時間周期。
本發(fā)明的另一個特征是該時間周期是確認BTS和MS之間少量碼元傳輸速率的定時提前量。
按照本發(fā)明的另一個方面，BTS將BTS的位置信息傳遞MS，而MS具有用于計算碼移位不確定性范圍的衛(wèi)星視線矢量信息。
按照本發(fā)明的又一個方面，討論了減少全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機碼移位搜索的方法，該GPS接收機集成到包括在無線電網(wǎng)絡上工作的收發(fā)信機的移動站(MS)上。該方法包括在對應GPS歷元時間的選擇時間上確定服務于MS的基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)傳輸空中接口狀態(tài)的步驟，向MS發(fā)出傳輸空中接口狀態(tài)的步驟，和使用已發(fā)出的傳輸?shù)目罩薪涌跔顟B(tài)在MS上分離出GPS歷元時間的步驟。
本發(fā)明的一個特征是MS在分離步驟之前利用BTS鎖定頻率。
本發(fā)明的另一個特征是MS在分離步驟之前用BTS空中接口狀態(tài)同步。
本發(fā)明的另一個特征是確定代表MS與BTS之間往返行程傳播延遲的時間周期。該時間周期用于分離步驟以分離出GPS歷元時間。
本發(fā)明的另一個特征是無線電網(wǎng)絡是時分多址(TDMA)系統(tǒng)和狀態(tài)代表在選擇時刻的比特、時隙和幀。
按照本發(fā)明的其它方面討論一種校準移動站(MS)時間基礎的系統(tǒng)，該MS包括工作在無線電網(wǎng)絡上的收發(fā)信機，和一個全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機。該系統(tǒng)包括數(shù)控振蕩器(NCO)用于產(chǎn)生對GPS接收機的歷元定時過程。一個處理器耦合到收發(fā)信機、接收機和NCO。該處理器包括無線電網(wǎng)絡處理裝置，用于從接收機接收在對應GPS歷元時間的選擇時間上服務于MS的基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)的發(fā)射空中接口狀態(tài)，并且在MS上使用所發(fā)射的發(fā)射空中接口狀態(tài)分離GPS歷元時間和響應所分離出的GPS歷元時間控制NCO的工作，和GPS處理裝置使用來自NCO的歷元時間過程執(zhí)行由GPS接收機所接收的GPS信號上碼移位搜索。
本發(fā)明的另一個方面中，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生NCO時鐘信號的鎖相環(huán)。
在本發(fā)明的另一個方面中，GPS處理裝置執(zhí)行位置計算功能并且包括用于確定GPS歷元時間的移動以進一步控制NCO的裝置。
GPS接收機的最重要任務之一是進行到各個衛(wèi)星發(fā)射機的距離測量。在民用級GPS情況下，接收機通過觀察C/A碼相位測量距離，該碼對于每個衛(wèi)星是唯一的。通常，接收機必須搜索每個衛(wèi)星的全部1023碼片周期直到捕獲一個。如果接收機沒有非常精確的頻率基準和如果因環(huán)境衰減和/或設計選擇使信號已經(jīng)減弱該任務將更困難。這些情況需要更多接收機資源或延長捕獲和測量過程。那個選擇都不好，因為前者增加了額外成本而后者增加了對于緊急定位場合所不能容忍的等待時間。
本發(fā)明的要點是通過提供信息聚焦接收機內(nèi)的捕獲搜索以避免這兩種選擇。具體地，本發(fā)明涉及GPS接收機與收發(fā)信機集成的情況，該收發(fā)信機能夠通過網(wǎng)絡的特定空中接口與蜂窩或PCS網(wǎng)絡通信。由該網(wǎng)絡提供的標準信息用于幫助集成GPS接收機并且改善其敏感度和等待時間。這種改善的結果是接收機在常規(guī)單獨GPS接收機所不能的環(huán)境中可以迅速捕獲衛(wèi)星和計算其位置。此增加的性能對于緊急定位應用非常重要，因為用戶可以對于各種條件下個人安全有很高期望。
根據(jù)說明書和附圖本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更明顯。
附圖簡介
圖1是按照本發(fā)明的輔助GPS接收機系統(tǒng)的方框圖；圖1a和1b是按照本發(fā)明的輔助GPS接收機系統(tǒng)的方框圖；圖2a是相對蜂窩網(wǎng)絡基站收發(fā)信機站和用戶終端或GPS-MS定位的衛(wèi)星的簡要示意圖；圖2b是相對蜂窩網(wǎng)絡基站收發(fā)信機站和用戶終端或GPS-MS定位的衛(wèi)星球坐標的簡要示意圖；圖3是在小區(qū)內(nèi)GPS-MS定位的簡要示意圖；圖4是表示網(wǎng)絡輔助GPS中定時關系的時序圖；圖5是按照本發(fā)明GPS-MS接收機部分的方框圖；圖6是表示GSM TDMA時幀結構的圖。
本發(fā)明詳細說明圖1表示了公共陸地移動網(wǎng)絡(PLMN)，例如示范性的GSM蜂窩網(wǎng)絡110，該網(wǎng)絡本身包括多個MSC/VLR服務區(qū)112，每個具有一個移動交換中心(MSC)114和一個相連接訪問位置寄存器(VLR)116。該MSC/VLR服務區(qū)112隨后包括多個定位區(qū)(Las)118，被定義為給定MSC/VLR服務區(qū)112的一部分，其中移動終端或移動站(MS)120可以自由移動而不必向控制LA118的MSC114和/或VLR116更新其位置。每個定位區(qū)118進一步分成大量小區(qū)122。示范性移動站120是物理設備，例如車載電話機或其它便攜電話機，由移動用戶使用與蜂窩網(wǎng)絡110、其它移動用戶或用戶網(wǎng)絡外的其它用戶進行有線或無線電通信。
MSC114與至少一個基站控制器(BSC)123通信，其隨即與至少一個基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)124連接。該BTS124是物理設備，為簡單在圖1中表示為無線電天線塔，它提供對所負責小區(qū)122的無線電覆蓋。應當理解，各種BSC123可以連接到若干BTS124，并且可以用單獨節(jié)點或集成在MSC114中實現(xiàn)。在任何情況下，BSC123和BTS124元件作為整體通常稱為基站系統(tǒng)(BSS)125。
參照圖1，每個PLMN服務區(qū)或蜂窩網(wǎng)絡110包括一個歸屬位置寄存器(HLR)126，其是包含用戶信息例如用戶概況、當前位置信息、國際移動用戶識別碼(IMSI)或登記在PLMN110內(nèi)用戶的其它管理信息的數(shù)據(jù)庫。HLR126可以與MSC114結合的特定MSC114共同配置，或(如圖1所示)可以是服務的多個MSC114。
VLR116是包含有關位于MSC/VLR服務區(qū)112內(nèi)MS120的完整集合信息的數(shù)據(jù)庫。如果MS120移動到新物理位置例如新MSC/VLR服務區(qū)112(圖1中未示出)，與MSC114連接的VLR116從HLR126請求有關MS120的信息(同時通知HLR126有關MS120的新位置)。因此，當MS120用戶想進行呼叫時，本地VLR116將具有必要的用戶識別信息而不必再詢問HLR126。
基本GSM接入方案是時分多址(TDMA)具有每載波八個基本的物理信道。載波間隔是200KHz。因此物理信道定義為一系列TDMA幀作為由時隙序號和跳頻序列附加指定。基本無線電資源是持續(xù)15/26ms(即576.9μs)的時隙并且以大約270.83Kbit/s的調(diào)制速率發(fā)射信息。這意味著每個時隙(包括保護時間)持續(xù)156.25比特。八個時隙構成一個TDMA幀。因此，一個TDMA幀具有4.615ms(60/13ms)的持續(xù)時間。
在圖6中表示了代表GSM TDMA時間幀結構的圖。該結構的最長再現(xiàn)時間周期稱為超超幀并且具有3小時38分53秒和760毫秒持續(xù)時間。GSM TDMA幀由幀序號(FN)編號。幀序號(FN)是連續(xù)TDMA幀的循環(huán)計數(shù)，工作范圍從0到2715647(即2048×51×26-1，也稱為FN-MAX)。幀序號在每個TDMA幀結尾遞增。從0到2715647的TDMA幀序號完整周期稱為超超幀。需要這樣的長周期支持由ETSI GSM規(guī)定所定義的某些加密機制。
一個GSM TDMA超超幀被分成2048個超幀，每個具有6.12s的持續(xù)時間。超幀是最小公共多個GSM TDMA時間幀結構。超幀自身被進一步分成三種類型多幀26-多幀、51多幀和52多幀。
第一種GSM TDMA多幀是26-多幀，其包括26個TDMA幀具有總共120ms的持續(xù)時間。因此，一個GSM TDMA超幀可以具有51個這種26-多幀。這些26多幀用于攜帶業(yè)務信道(TCH)和輔助控制信道(包括慢輔助控制信道(SACCH)和全速輔助控制信道(FACCH))。
第二類GSM TDMA多幀是51-多幀，包括51個TDMA幀并且具有總共235.4ms的持續(xù)時間。一個GSM TDMA超幀可以具有26個這種51-多幀。這些51-多幀用于支持廣播、公共控制和獨立專用控制(和它們的輔助控制信道)，包括例如廣播控制信道(BCCH)、公共控制信道(CCCH)和獨立專用控制信道(SDCCH)或分組廣播控制信道(PBCCH)和分組公共控制信道(PCCCH)。
第三種GSM TDMA多幀是52-多幀，包括52個TDMA幀和具有總共240ms的持續(xù)時間。一個GSM TDMA超幀可以具有25.5個這種52個多幀。一個52多幀中的TDMA幀從0到51編號。52-多幀格式用于支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務和控制信道，例如分組廣播控制信道(PBCCH)，分組公共控制信道(PCCCH)，分組輔助控制信道(PACCH)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務信道(PDTCH)。
如上所述，一個TDMA幀由八個時隙組成并且具有4.615ma(60/13ms)的持續(xù)時間。每個時隙是大約576.0μs(15/26ms)的時間間隔，即156.25比特持續(xù)時間，其物理內(nèi)容稱為脈沖串。如圖6所示，在GSM TDMA系統(tǒng)中使用四個不同類型的脈沖串。
第一種脈沖串稱為正常脈沖串(NB)，包含116個加密比特和包括8.25比特持續(xù)時間的保護時間(大約30.46μs)。正常脈沖串用于攜帶業(yè)務或控制信道上的信息，除了隨機存取信道(RACH)。
第二種脈沖串稱為頻率校正脈沖串(FB)，包含142個固定比特并且包括8.25比特持續(xù)時間的保護時間(大約30.46μs)。頻率校正脈沖串用于移動終端的頻率同步。FB等同于未調(diào)制載波，在頻率上偏移，但具有與正常脈沖串相同的保護時間。FB與BCCH一起廣播。FB的重復也稱為頻率校正信道(FCCH)。
第三種脈沖串稱為同步脈沖串(SB)，包含78個加密比特和8.25比特保護時間。同步脈沖串包含一個64比特長訓練序列并且攜帶有關TDMA幀序號(FN)的信息以及基站識別碼(BSIC)。SB用于移動終端的時間同步并且與頻率校正脈沖串(FB)一起廣播。SB的重復也稱為同步信道(SCH)。
第四種脈沖串稱為存取脈沖串(AB)。接入脈沖串用于隨機接入并且特征在于更長的保護周期(68.25比特持續(xù)時間或252μs)為來自移動終端的脈沖串傳輸提供必要的條件，該終端可能知道第一次接入時的定時提前(或隨后切換)。更長的保護時間允許移動站與基站收發(fā)信機距離達到35公里。在例外情況下該設計可以兼容小區(qū)半徑大于35公里的情況。在切換之后，AB用于話音類呼叫上行鏈路上的(分組)隨機接入信道(PRACH)，以便請求使用上行鏈路，以及用于分組業(yè)務控制信道的(PTCCH)上行鏈路允許移動站在分組傳輸方式下估計定時提前。
利用輔助GPS定位的蜂窩網(wǎng)絡方框圖在圖1a中表示。如上所述，該特定例子是基于GSM標準，但本領域技術人員認為該結構是通用的并且可以用于描述其它標準。用戶設備10是完全能夠與GSM網(wǎng)絡12在標準空中接口通信的移動站，并且包括能夠捕獲和測量來自GPS衛(wèi)星信號的GPS接收機。該設備10稱為GPS-MS。GPS-MS將在下面針對圖5進行詳細描述。
一個移動定位中心(MLC)14負責獲得某些GPS輔助信息并且將其翻譯成GPS-MS10所需要的格式。MLC14可能用星歷和時鐘校正數(shù)據(jù)形式接收輔助信息。表示了該信息的兩個可能信源。一個信源是直接與MLC14通信的基準GPS接收機16。該基準GPS接收機16捕獲可觀察GPS信號并且解調(diào)所發(fā)射導航消息，該消息包含各個衛(wèi)星的星歷和時鐘校正。GPS接收機16也可以用作精確的時間基準，以及差分GPS(DGPS)校正的信源。也可以從外部數(shù)據(jù)庫18例如通過TCP/IP網(wǎng)絡獲得星歷。
在此情況下，MLC14必須從其它信源獲得準確時間和DGPS信息。實際上，MLC14可以有利地具有多個GPS信息信源以改善可靠性。如圖1a所示，MLC也具有對小區(qū)數(shù)據(jù)庫28的訪問，該數(shù)據(jù)庫包含在MLC服務的地理區(qū)域內(nèi)所有小區(qū)站點的坐標。也如圖1a所示，上述標準GSM網(wǎng)絡元件包含MSC/VLR15，基站控制器(BSC)22，和基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)20。
圖1a所示的網(wǎng)絡中另一個單元是附帶在每個BTS20上的GPS接收機24。按照本發(fā)明，GPS接收機24的主要目的是對BTS20提供精確時間基準以便BTS20可以相對GPS時間對空中接口定時。例如，該設計通常稱為“同步”網(wǎng)絡。注意，同步網(wǎng)絡提供不直接相關本發(fā)明的其它優(yōu)點(例如，快速切換)。
圖1b表示了利用輔助GPS定位的蜂窩網(wǎng)絡的替換實施例。該實施例也是基于GSM標準，并且包含上述標準網(wǎng)絡元件，例如BTS20、BSC22和MSC/VLR15。這些元件以上述相同的功能在MLC1和GPS-MS10之間傳輸輔助信息和測量。與圖1a所示網(wǎng)絡的主要區(qū)別在于該網(wǎng)絡中的BTS20沒有GPS接收機來提供定時信息，即該網(wǎng)絡不是同步的。
盡管該網(wǎng)絡是不同步的，由裝備了一個或幾個蜂窩接收機和一個GPS接收機24的定時測量單元(TMU)26提供必要定時關系。一旦它安置在已知坐標上，TMU26監(jiān)視來自在附近地理位置中一個或幾個BTS的蜂窩發(fā)射。每個所監(jiān)視BTS發(fā)射過程用對應GPS接收機24的GPS時間做時間標記。產(chǎn)生的關系通過服務BTS的TMU傳輸給MLC14，在圖1b中所示示范網(wǎng)絡中的BTS1。
圖2a和2b表示了單獨GPS衛(wèi)星i和其相對位置Xk的特定BTS20和位置u的GPS-MS10的坐標關系的簡單示意圖。GPS信號捕獲是GPS-MS10中測距過程的一部分。這些測距隨后用于計算GPS-MS10位置的估計。按照圖2，在時刻t根據(jù)衛(wèi)星i由GPS-MS進行的測距可以通過下式給出ri(t)＝li(t)·(si(t)-(xk+Δx))+c·(bu(t)-Bi(t))+c·(Ii(t)+Ti(t)+Si(t))+vi=(l‾^i(t)-Δl‾i(t))·((s‾^i(t)-Δs‾i(t))-(x‾k+Δx‾))+c·(bu(t)-(B^i(t)-ΔBi(t)))---(1)]]>+c·(Ii(t)+Ti(t)+Si(t))+vi，其中c是光速(m/s)，Bi是在第i個衛(wèi)星時鐘上的偏移，bu是在接收機時鐘上的偏移，Ii和TI是從衛(wèi)星i到接收機路徑上電離層和對流層延遲，Si是第i個衛(wèi)星選擇性利用率(SA)引起的時鐘偏移。術語Vi代表測量噪聲(m)。所有符號(“∧”)表示估計或推算，而字母德爾塔(“Δ”)項是估計值與各自參數(shù)實際值之間的差。以此方式，視線單位矢量可以通過下列公式給出l‾i(t)=s‾i(t)-(x‾k+Δx‾)|s‾i(t)-(x‾k+Δx‾)|,l‾^i(t)=s‾^i(t)-x‾k|s‾^i(t)-x‾k|,Δl‾i=l‾^i-l‾i.---(2)]]>盡管電離層、對流層和SA延遲對GPS誤差估算起明顯作用，但在輔助信息計算中的其它不確定性起主導作用。同樣，衛(wèi)星時鐘偏移的模型誤差ΔBi相對小。這些項可以包含在測量噪聲項中Vi。例如，如果接收機和衛(wèi)星位置的不確定性分別是Δx和Δsi，相對衛(wèi)星的距離很小，則l‾i(t)≈s‾i(t)-(x‾k+Δx‾)|s‾^i(t)-x‾k|,Δl‾i≈Δs‾i(t)+Δx‾|s‾^i(t)-x‾k|.---(3)]]>使用這些假設，測距公式可以重新寫為r‾i(t)≈l‾^i(t)·(s‾^i(t)-x‾k)-Δl‾i(t)·(s‾^i(t)-x‾k)-l‾^i(t)·(Δs‾i(t)+Δx‾)+c·(bu(t)-B^i(t))+vi]]>≈l‾^i(t)·(s‾^i(t)-x‾k)-2·l‾^i(t)·(Δs‾i(t)+Δx‾)+c·(bu(t)-B^i(t))+vi]]>≈[|s‾^i(t)-x‾k|-c·B^i(t)]-2·l‾^i(t)·Δx‾-2·l‾^i(t)·Δs‾i(t)+c·bu(t)+vi---(4)]]>≈ri,k(t)-2·l‾^i(t)·Δx‾-2·l‾^i(t)·Δs‾i(t)+c·bu(t)+vi.]]>在上述公式中，第一項ri，k(t)代表GPS接收機在Xk時進行期望的測距，假設接收機時鐘完全與絕對GPS時間同步。該測量包括根據(jù)GPS絕對時間的第i個衛(wèi)星時鐘的偏差和通常稱為“偽距”。其余項代表在GPS-MS10測距中的不確定性，因為它與已知位置Xk處的測距有關。即使GPS-MS10通過某些途徑知道ri，k(t)，這些距離不確定性擴展了必須搜索捕獲衛(wèi)星i信號的碼空間。本發(fā)明的目的是減少和控制這些不確定性。具體地，GPS-MS10使用來自BTS20的信息減少碼移位搜索而更快地捕獲衛(wèi)星信號。
公式4中的第二項代表用戶位置的不確定性。按照碼相位，施瓦茨不等式表明衛(wèi)星i的碼相位不確定性可以通過下列公式限定|Δφu,i|<2·|l‾^i|·|Δx‾|λCA=2·|Δx‾|λCA.---(5)]]>其中λCA是C/A碼的波長(293m/碼片對于fCA＝1.023MHz)。例如，如果|ΔX|＝15km，則-102＜ΔΦu，i＜+102碼片?？墒?，|ΔX|是未知的所以碼相位也是未知的并且因此必須對每個衛(wèi)星搜索全部碼空間(1023碼片)。
當GPS接收機是基于蜂窩定位系統(tǒng)的一部分時，如圖2所示，則有幾個方式限制搜索。一種方法是用GPS-MS10假設|ΔX|小于最大小區(qū)半徑。該參數(shù)通常指定用于蜂窩系統(tǒng)；例如，GSM標準指定小區(qū)必須小于35km半徑。在此情況下，碼相位不確定性被限制導致|ΔΦu， i|＜239碼片?？墒牵摬淮_定性仍然接近1023碼片碼空間的一半。
由蜂窩系統(tǒng)提供的其它信息可以用于減少用戶位置引起的不確定性。在所有現(xiàn)代蜂窩系統(tǒng)中，用戶終端10根據(jù)來自BTS20的下行鏈路發(fā)射定時對其上行鏈路發(fā)射到BTS20定時?？墒牵葿TS20上觀察的上行鏈路發(fā)射定時受BTS20和終端10之間往返傳播延遲影響。沒有校正措施，當距離|Δx|增加時上行鏈路發(fā)射在時間上出現(xiàn)較晚。這在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中是不允許的，其中多個用戶通過時隙(TDMA)或具有延遲相關的互相關特性的偽隨機碼(CDMA)共享相同信道。為對付延遲，BTS20觀察來自用戶的上行鏈路發(fā)射定時并且如果該定時滯后就指令用戶提前更早發(fā)射。該方法是公知的為GSM標準定時提前(TA)，但也用在ANSI-136(TDMA)和IS-95(cdmeOne)中。通常給出的TA值是碼元傳輸速率的小部分；例如，GSM的TA被指定按一比特遞增。
該TA信息也能夠用于減少在GPS捕獲搜索過程中用戶位置的不確定性。圖3表示了全方位單一小區(qū)系統(tǒng)所具有TA的圖。TA值指定用戶位于BTS20周圍有限范圍環(huán)型30，環(huán)型30的寬度取決于TA參數(shù)的分辨率。在GSM系統(tǒng)中，TA按照往返延遲報告因此往返路徑有±0.5比特(±580m)不確定性。因此，半徑距離的不確定性是±0.25比特(±290m)或近似GPS的C/A碼±1碼片。
本發(fā)明會預料三種可能情況，其中TA信息可以用于減少位移的不確定性。在第一種情況下，GPS-MS10不知道衛(wèi)星位置Si，其自身近似位置Xi和近似仰角θλ，k。在此情況下GPS-MS10不能夠計算其自身位置。碼相位的不確定性可以通過公式限定|Δφu,i|<|Δx‾|λCA<(TA+0.52)·(c·τTAλCA).---(6)]]>其中TA用網(wǎng)絡指定單位給出而τTA是TA單位的時間周期。在GSM系統(tǒng)中，TA用比特而τTA≈3.7μs/bit。該方案基本上形成了當衛(wèi)星在地平線上和與BTS20和GPS-MS10共線的最壞情況的限制。在第二種情況下，GPS-MS10知道衛(wèi)星仰角Qi，k和BTS位置。注意，GPS-MS10不需要具有衛(wèi)星i的星歷。相反，仰角可以通過BTS20作為測量輔助信息提供，例如。在此情況下，不確定性被下面公式限制|Δφu,i|<cosφi,k·(TA+0.52)(c·τTAλCA).---(7)]]>在第三種情況下，GPS-MS10知道衛(wèi)星位置Si和其自身位置xk的估計。這些參數(shù)可以通過來自例如MLC的輔助信息提供。另一個方式，GPS-MS10可以使用前面從衛(wèi)星信號解調(diào)并且存儲在存儲器中的衛(wèi)星星歷計算這些位置。GPS-MS10可以使用這些位置信息估計視線矢量ιi。在該情況下的限制方法考慮并非所有位移Δx沿ιi投影。在此情況下，由于不知道用戶位置引起的衛(wèi)星i碼相位不確定性限制為|Δφu,i|<1-l‾^iTx‾kx‾kTl^‾ix‾kTx‾k·(TA+0.52·c·τTAλCA).---(8)]]>所有矢量乘積使用標準矩陣相乘而不用前面使用的標量點積。平方根項是li投影在本地正切平面上的幅度。當衛(wèi)星i直接過頂時，該投影是零而位移Δx產(chǎn)生零碼相位不確定性。因此，按平均計算通過利用另外li和xk知識并且通過假設用戶在BTS20的本地正切平面上該方法進一步減少搜索空間。由于本地地形改變該假設可能不嚴謹?shù)爻闪?，但這種誤差的影響非常小。該投影方法可以被使用而不需要TA信息，例如只需要最大小區(qū)尺寸?？墒牵@不提供當使用TA時那樣多的好處。
如上所述，這些限制方法解決了公式4中的第二項。在公式4中的第三項代表衛(wèi)星位置的不確定性，并且必須通過網(wǎng)絡輔助信息或通過對來自各個衛(wèi)星發(fā)射的星歷解調(diào)來解決。例如，輔助信息方案可以提供該星歷，使用該星歷用精確時間基準將衛(wèi)星位置估算到小于米的精確度。
公式4中第四項是GPS-MS時鐘偏差引起的不確定性。在圖4的時序圖中表示了該偏差的影響。頂上的線80代表在GPS主控制站(MCS)(未示出)上保持的“實際”GPS時間。垂直虛線標記82代表1-ms的歷元，在該時刻各個C/A碼翻轉為零相位。第二線84代表GPS時間衛(wèi)星i的觀察并且包括偏差Bi86。MCS觀察衛(wèi)星的發(fā)射并且提供在導航消息中的參數(shù)，以便用戶GPS接收機可以利用高精確度模式Bi(t)。第三線88代表從與BTS20位于一起的基準GPS接收機24在xk對GPS時間的觀察，如圖1a所示。盡管下列描述針對該情況，本領域技術人員認為該定時傳輸原理也同樣應用于基準GPS接收機24與TMU位于一起的情況，如圖1b所示。GPS接收機24也具有時間偏差，但如果它已經(jīng)捕獲到足夠衛(wèi)星則它的偏差bk對于GPS接收機是典型的—在100ns(0.1碼片)數(shù)量級，如同在NAVSTAR GPS標準定位服務信號說明中所指定的，附錄A標準定位服務性能說明(1995年6月)。
本發(fā)明也提供一種限制方法，用于由GPS-MS時鐘偏差產(chǎn)生的不確定性?？傊?，這是通過從BTS20向GPS-MS10傳遞非常精確時間實現(xiàn)的，以便GPS-MS時鐘非常精確了解何時GPS時間歷元發(fā)生。這在下列步驟中實現(xiàn)，所有將參照圖41.在Xk處的GPS接收機(GPS-R)24在某時刻t0對BTSk發(fā)布脈沖90。該脈沖將在GPS歷元時間出現(xiàn)，但實際上是來自由于GPS接收機24(bk)中的時間偏差和在(τd)通過電路和GPS-R24與BTS20之間連接的傳播延遲引起的真實GPS時間的偏移。按照現(xiàn)在的硬件速度并且假設GPS-R24和BTS20位于一起，總延遲將不大于300ns。
2.當BTS20接收來自GPS-R24的脈沖時，在92對發(fā)射(TX)空中接口狀態(tài)采樣。通常，該狀態(tài)包括在幀中的比特數(shù)量，以及在分層幀結構中的幀數(shù)量。GSM標準使用一種幀結構，在M MOULY和MPAUTENT的“移動通信GSM系統(tǒng)”，1992中描述。在例如GSM和IS-136的TDMA系統(tǒng)中的狀態(tài)也包括時隙數(shù)量。在圖4中，在t0的TX空中接口狀態(tài)是(BN0，TN0，F(xiàn)N0)分別代表比特，時隙和幀。
3.BTS20發(fā)射該狀態(tài)(BN0，TN0，F(xiàn)N0)給GPS-MS10作為單獨消息或作為利用GPS輔助信息方法的特定另一個消息的一部分。該發(fā)射可以唯一發(fā)布給單獨GPS-MS10(點對點)或廣播給所有在BTS20服務的小區(qū)內(nèi)的GPS-MS。
4.在接收該消息之前，GPS-MS10必須經(jīng)過與BTS20鎖定頻率和與BTS20空中接口狀態(tài)同步的過程。(通常，該過程被指定為特定蜂窩系統(tǒng)標準的一部分。)當GPS-MS10在94接收該消息時，它通過使用(BN0，TN0，F(xiàn)N0)和下列關系中的TA數(shù)值導出其GPS歷元時間t′0BN0′＝BN0-
TN0′＝TN0FN0′＝FN0如果BN′0＜0調(diào)節(jié)(BN0′，TN0′)以翻轉到前面時隙檢查翻轉到前面幀和調(diào)節(jié)(BN0′，TN0′)如果必要檢查翻轉交叉幀模塊并且調(diào)節(jié)FN0′如果必要結束其中τB是比特周期而算符“[]”返回自變量的整數(shù)部分。在這些步驟完成后，GPS-MS10非常精確地知道在接收機上空中接口狀態(tài)(BN0′，TN0′，F(xiàn)N0′)出現(xiàn)的GPS歷元。
盡管上述過程描述了時間傳輸方法的基本操作，仍然有幾個重要事項或選項。TA參數(shù)是該方法非常重要的部分，特別是對于大的小區(qū)。如果不使用它，則GPS-MS10會有從零到最大單向傳播延遲的延遲不確定性。例如，在GSM系統(tǒng)中最大小區(qū)半徑35km將產(chǎn)生0-120μs(0-119C/A碼碼片)的不確定性。當TA數(shù)值使用時，剩余不確定性是單向延遲的分辨率，對于GSM的例子是0.5比特(0-1.8C/A碼碼片)。相對GPS歷元的時間傳輸是本發(fā)明的關鍵部分，但在傳輸中使用的歷元類型也對GPS-MS10有影響。這主要取決于GPS-R24中的脈沖時間t0如何涉及實際GPS周時間。如果脈沖t0根據(jù)C/A碼的毫秒歷元，則通過時間傳輸GPS-MS10僅僅知道該歷元。另一個方式，如果在20msGPS歷元發(fā)布脈沖t0，則GPS-MS10將知道在各個發(fā)射機的GPS衛(wèi)星發(fā)射的比特和碼定時。該信息可以與衛(wèi)星位置或距離輔助信息結合而在GPS-MS10上提供良好的比特定時估計。這消除了對比特同步的需要，該同步可能限制某些情況下的敏感度或捕獲時間性能。第三種替換方式是GPS-R24在二分之一GPS歷元發(fā)布脈沖，從該時間GPS-MS10可以導出比特和碼定時。盡管二分之一脈沖對時間傳輸不增加優(yōu)點，由于大多數(shù)商用GPS接收機提供1Hz輸出而可以簡化實施。
從GPS-R24向GPS-MS10傳輸GPS歷元時間的精確度取決于幾個因素。例如，考慮在GPS-MS10中的總時間偏差由下列公式給出bGPS-MS＝bk+τd+εB+εTA+τpd， (9)其中bk＝GPS-R與MCS實際GPS時間的偏差(μ-0，σ≈100ns)；τd＝通過GPS-R/BTS路徑脈沖的傳播延遲；∈TA＝TA參數(shù)分辨率引起的誤差(均勻分布在±0.25τTA)；∈B＝在BTS空中接口中比特周期分辨率引起的誤差(在0-τB上均勻分布)；τpd＝通過GPS-MS接收機的GPS信號傳播延遲。
如果對τd和τpd假設為300ns數(shù)值，并且使用500ns數(shù)值限制GPS-R中的偏差，則|bGPS-MS|＜1.1μs+0.25τTA+0.5τB. (10)對于GSM標準，τB＝τTA＝3.7μs，這意味著|bGPS-MS|＜3.88μs。因此，GPS-MS時間偏差引起的不確定性小于C/A碼的±4碼片。
上述方法不需要GPS-MS10知道絕對GPS時間。可是，從BTS20到GPS-MS10的時間傳輸消息包括一個表示歷元發(fā)生的絕對GPS時間范圍。如果位置計算功能(PCF)位于GPS-MS10中這有幫助，因為當與估計的星歷結合時將能夠使GPS-MS10計算衛(wèi)星位置和其自身位置。
通過使用這些方法限制用戶位置和GPS-MS時鐘偏差的不確定性，總的不確定性現(xiàn)在相當合理。例如，考慮BTS20服務10km半徑小區(qū)的GSM情況，GPS-MS10被安置在離BTS20有500m而導致TA＝1。如果GPS-MS10使用輔助信息方案，不知道ιi和Xk，則|Δφu，i|＜2.85碼片。因此，|Δφu，i|+|bGPS-MS|小于七碼片。如果輔助數(shù)據(jù)允許GPS-MS10估計6公里內(nèi)(20.5碼片)的衛(wèi)星距離，則GPS-MS10必須搜索GPS歷元上圍繞預計C/A碼相位的±27.5碼片范圍。因此，碼搜索空間已經(jīng)減少了幾乎95％?？傊^大小區(qū)尺寸的影響是增加搜索空間，因為平均起來GPS-MS10將安置在離BTS20更遠處。換句話說，如果GPS-MS10知道衛(wèi)星位置(例如，星歷)可以減少搜索空間。
如上所述縮小搜索范圍不僅需要GPS-MS10從BTS20接收非常精確的時間傳輸消息，而且需要它使用該信息對準其自己的時間基礎。換句話說，GPS-MS10必須設置自己的時間基礎(“時鐘”)以產(chǎn)生出現(xiàn)在本地GPS歷元上的定時過程，該歷元偏離上述真實GPS歷元。這些定時過程通常由GPS接收機使用以開始或結束信號處理任務，例如產(chǎn)生適當C/A碼的本地副本和將這些與所接收信號相關。
圖5表示GPS-MS10接收機單元40的方框圖，使用時間傳輸消息對準本地時間基礎。該接收機單元40包括一個能夠接收GPS和蜂窩信號的天線42，或對每種信號分開的天線。GPS接收機部分44連接到天線42選擇GPS信號頻帶，將它轉換為低頻率，并且在該頻帶內(nèi)在線路46上輸出信號的數(shù)字采樣。蜂窩接收機部分48連接到天線42選擇適當?shù)姆涓C信道，將它轉換為低頻率，和在該頻帶內(nèi)在線路50上輸出該信號的采樣。鎖相環(huán)(PLL)52連接到自激振蕩器54并且產(chǎn)生用于GPS接收機44(LOG)和蜂窩接收機48(LOC)適當頻率的本振信號。另外，根據(jù)PLL52產(chǎn)生的信號產(chǎn)生GPS歷元定時。
數(shù)字處理器部分56包括GPS處理器58和蜂窩處理器60兩者。這些處理器58和60從各自接收機部分44和48在線路46和50接收數(shù)字采樣，并且執(zhí)行對提取數(shù)據(jù)和進行必要測量所必須的處理。蜂窩處理器60也通過線路62調(diào)節(jié)PLL52，以便其輸出被鎖定在由蜂窩網(wǎng)絡發(fā)射頻率上。兩個處理器58和60之間的通信通過圖5中的線路64表示，但這不是要求。
數(shù)控振蕩器(NCO)66為GPS處理器58產(chǎn)生歷元定時過程。PLL52為NCO66提供時鐘信源，GPS和蜂窩處理器58和60具有控制NCO66的能力，如下所述。
接收機40通過下列過程調(diào)節(jié)GPS歷元定時1.在從BTS20接收時間傳輸消息之前，接收機40必須進行與BTS發(fā)射在時間和頻率上同步的標準過程。在此過程期間，蜂窩處理器60調(diào)節(jié)PLL52以便其各種輸出被鎖定在BTS發(fā)射頻率，包括GPSNCO66的信源。
2.給出由蜂窩接收機48的采樣，蜂窩處理器60對來自BTS20的時間傳輸消息解調(diào)并且執(zhí)行上述計算。為此，蜂窩處理器60知道GPS-MS蜂窩空中接口狀態(tài)(FN0′，TN0′，BN0′)上出現(xiàn)的GPS時間歷元。
3.蜂窩處理器60確定更新GPS NCO66的某些未來時間t1＝(FN1，TN1，BN1)。該時間t1可以是蜂窩定時中的歷元，例如幀或時隙開始的時間。蜂窩處理器60然后通過下列步驟計算在t1GPS NCO66所需要相位θceΔFN＝FN1-FN0′；如果ΔFN＜0，ΔFN＝ΔFN+frame-counter modulus；ΔTN＝TN1-TN0′；ΔBN＝BV1-BN0′；Δθce＝(ΔBNτB+ΔFNτF)fge； 其中fge是GPS處理器58中使用的GPS歷元頻率(通常對應C/A碼歷元1kHz)和 返回自變量的整數(shù)值。常數(shù)τB，τT和τF分別代表特定蜂窩空中接口上比特、時隙和幀周期。
4.計算θce后，蜂窩處理器60將該數(shù)值轉換為GPS NCO66特定的數(shù)字形式，并且對GPS NCO66編程以便在t1時相位從θce開始。蜂窩處理器60可以接收來自BTS20的連續(xù)時間傳輸消息。，并且使用它調(diào)節(jié)GPS NCO66的相位和/或頻率。這些調(diào)節(jié)用于消除在BTS傳輸中任何剩余頻率誤差的影響。
5.可選擇地，如果GPS-MS10包括PCF，則它也具有確定GPS歷元定時發(fā)生器中剩余偏差或移位的能力。在確定該移位后，GPS處理器58使用它以類似所述的方式調(diào)節(jié)GPS NCO66相位或頻率。
總之，本發(fā)明包括一種方法，限制在GPS-MS10測量的C/A碼相位中由BTS20到GPS-MS10的位移所引起的不確定性，利用BTS20發(fā)送給GPS-MS10的定時提前(TA)信息作為蜂窩系統(tǒng)中副信息。本發(fā)明也提供一種方法，用以從與BTS20位于一起的GPS接收機24通過蜂窩空中接口向GPS-MS10精確傳輸時間。通過消除GPS-MS內(nèi)部GPS定時產(chǎn)生中的大部分偏差，該方法也限制了GPS-MS碼相位測量中的不確定性。
組合的蜂窩/GPS接收機利用來自蜂窩網(wǎng)絡的時間傳輸消息調(diào)節(jié)數(shù)控振蕩器(NCO)，該振蕩器產(chǎn)生接收機的GPS歷元定時。
通過上述兩種方式限制不確定性，在捕獲GPS衛(wèi)星信號過程中GPS-MS10只需要在C/A碼小范圍上搜索。這些方法減少搜索范圍至少一個幅度數(shù)量級，這使捕獲信號和計算用戶位置的等待時間更短。另外，本發(fā)明消除了與由衛(wèi)星廣播導航消息比特-同步的需要，該需要限制某些情況下的性能。這種改善允許GPS接收機在單獨接收機不能工作的環(huán)境計算位置。
應當理解，本領域技術人員認為也具有其它方面的優(yōu)點。另外，值得注意的是本發(fā)明的方法可以結合幾乎任何向GPS-MS10提供衛(wèi)星位置有關的輔助信息的其它方案。
權利要求
1.一種在全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機中減少碼移位搜索以更快地捕獲衛(wèi)星信號的方法，該GPS接收機被集成在移動站(MS)上，該移動站包括一個工作在無線電網(wǎng)絡上的收發(fā)信機，該方法包括步驟在對應GPS歷元時間的選擇時間確定服務于MS的基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)發(fā)射空中接口的狀態(tài)；專門地或通過寬的小區(qū)廣播發(fā)射該發(fā)射空中接口狀態(tài)給MS；和在MS上使用發(fā)射空中接口的發(fā)射狀態(tài)推導出GPS歷元的時間。
2.按照權利要求1的方法，其中MS在推導步驟之前用BTS鎖定頻率。
3.按照權利要求1的方法，其中MS在推導步驟之前與BTS空中接口狀態(tài)同步。
4.按照權利要求1的方法，進一步包括確定代表MS與BTS之間往返傳播延遲的時間周期的步驟。
5.按照權利要求4的方法，其中時間周期用于推導步驟中以推導出GPS歷元的時間。
6.按照權利要求1的方法，其中無線電網(wǎng)絡是GSM系統(tǒng)而狀態(tài)代表選擇時刻的比特、時隙和幀。
7.一種用于對準移動站(MS)時基以更快地捕獲衛(wèi)星信號的系統(tǒng)，該MS包括在無線電網(wǎng)絡上工作的收發(fā)信機，和全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機，包括一個數(shù)控振蕩器(NCO)用于產(chǎn)生GPS接收機的歷元定時過程；一個處理器耦合到收發(fā)信機、接收機和NCO，該處理器包括無線電網(wǎng)絡處理裝置，用于在對應GPS歷元時間的選擇時間從接收機接收包含服務于MS的基站收發(fā)信機系統(tǒng)(BTS)發(fā)射空中接口的狀態(tài)的一個專門的或寬的小區(qū)傳輸并且在MS上使用發(fā)射空中接口的發(fā)射狀態(tài)推導GPS歷元的時間和響應所推導出的GPS歷元時間控制NCO的工作，和GPS處理裝置用于根據(jù)NCO使用歷元定時過程執(zhí)行對GPS接收機所接收GPS信號的碼移位搜索。
8.按照權利要求17的系統(tǒng)，其中在推導GPS歷元時間之前無線電網(wǎng)絡處理裝置用BTS將頻率鎖定。
9.按照權利要求7的系統(tǒng)，其中在推導GPS歷元時間之前無線電網(wǎng)絡處理裝置與BTS空中接口狀態(tài)同步。
10.按照權利要求7的系統(tǒng)，其中收發(fā)信機接收代表MS和BTS之間往返傳播延遲的數(shù)據(jù)。
11.按照權利要求10的系統(tǒng)，其中時間周期用于推導GPS歷元時間。
12.按照權利要求7的系統(tǒng)，其中無線電網(wǎng)絡是時分多址系統(tǒng)和狀態(tài)代表選擇時間上的比特、時隙和幀。
13.按照權利要求7的系統(tǒng)，進一步包括一個鎖相環(huán)產(chǎn)生NCO的時鐘信號。
14.按照權利要求7的系統(tǒng)，其中GPS處理裝置實現(xiàn)位置計算功能和包括用于確定GPS歷元時間用于進一步控制NCO移位的裝置。
全文摘要
一種在全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機中改善信號捕獲的方法和系統(tǒng),通過提供信息以聚焦接收機中的捕獲搜索。具體地,本發(fā)明涉及GPS接收機與收發(fā)信機集成的場合,該收發(fā)信機通過該網(wǎng)絡特有的空中接口能夠與蜂窩或PCS網(wǎng)絡通信。由該網(wǎng)絡所提供的標準信息用于輔助集成的GPS接收機并改善其敏感度和等待時間。這種改善的結果是接收機能夠迅速捕獲衛(wèi)星并在常規(guī)的單機GPS接收機所不能的環(huán)境下計算其位置。這種附加性能對于緊急定位應用非常重要,因為用戶可能對在各種條件下的個人安全有很高期望。另外,快速捕獲減少了功率消耗,這對于使用這種組合GPS和蜂窩技術的電池供電設備非常重要。
文檔編號G01S1/00GK1389741SQ02101698
公開日2003年1月8日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權日1998年8月13日
發(fā)明者L·S·布勒鮑姆 申請人:艾利森公司