專利名稱：用于定位以模擬模式操作的配備gps的無線裝置的方法和裝置的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域一般，本發(fā)明涉及通信網絡。尤其，本發(fā)明涉及一種裝置和方法，用于確定在蜂窩通信網絡中的移動電話的物理位置。
現有技術的描述在全球定位衛(wèi)星網絡(GPS)和地面移動通信中的最近發(fā)展使之希望把GPS功能性集成到諸如移動電話之類的移動通信裝置(這里更一般地把它稱為移動站)中，以便支持各種位置定位功能和特征。無線鏈路存在于地面移動通信系統(tǒng)中的移動通信裝置和在通信系統(tǒng)中的基站之間。一般，基站是固定的通信裝置，它從無線移動通信裝置接收無線通信和把無線通信發(fā)送到無線移動通信裝置?；具€與通信網絡進行通信，以完成移動通信裝置和終點裝置之間的連接，所述終點裝置諸如另一個移動通信裝置、傳統(tǒng)的電話、計算機或任何其它如此的裝置。可以使用無線鏈路來傳遞移動通信裝置和基站之間的位置定位信息，以便改進在移動通信裝置中的GPS接收機的性能。尤其，可以通過基站執(zhí)行而不是通過通信裝置執(zhí)行某些功能，所述某些功能是為了根據GPS系統(tǒng)對移動通信裝置的位置定位而必須執(zhí)行的。通過把某些功能“卸載”到基站可以降低通信裝置的復雜度。此外，由于基站是固定的，可以使用基站的位置來輔助通信裝置位置的定位。
諸如CDMA分層(Tiered)服務(在行業(yè)標準TR45.5.2.3./98.10.xx.xx，CDMA分層服務階段(Stage)2說明中描述，版本1.1，電信行業(yè)協會/電子行業(yè)協會(TIA/EIA)出版)之類的許多服務要求無線電話能夠在空閑狀態(tài)中確定它的位置。然后必須向用戶顯示位置。在空閑模式中，無線電話監(jiān)測來自基站的發(fā)送，所述發(fā)送是基站在控制信道上廣播的。例如，在行業(yè)標準IS-95 CDMA系統(tǒng)(如由TIA/EIA出版的行業(yè)標準IS-95所定義)中，基站發(fā)送一個尋呼信道。能夠從特定基站接收信號的每個電話將監(jiān)測在控制信道上的信息廣播，以確定是否對該電話指定輸入呼叫或其它數據。
一般，GPS接收機測量至少4個GPS衛(wèi)星的距離。如果在進行測量的當時已知衛(wèi)星的位置和從電話到衛(wèi)星的距離，則可以計算電話的位置。由于GPS衛(wèi)星的軌道圍繞地球，所以GPS衛(wèi)星相對于地球的相對位置隨時間而變化。通過得到衛(wèi)星軌道的說明連同當要計算衛(wèi)星位置時的時間，可以確定GPS衛(wèi)星的位置。一般，使GPS衛(wèi)星的軌道塑造成帶有考慮各種干擾的修正項的經修改的橢圓形。
對裝置的位置進行計算的某些方法要求在無線電話處測量到衛(wèi)星的距離，然后把這些距離發(fā)送到連接到基站的服務器?；臼褂眠@些距離連同在進行距離測量當時的衛(wèi)星的位置來計算電話的位置?？梢园阉嬎愕奈恢孟蛴脩麸@示，或發(fā)送到需要該位置的任何其它整體。這個方法適用于具有專用話務信道的電話。然而，所述方法不適宜于在空閑狀態(tài)中的電話，因為電話缺少用于在空閑狀態(tài)期間把信息發(fā)送到基站的專用話務信道。
在缺少用于與基站進行通信的專用話務信道的情況中，電話可以使用共享接入信道，以把信息發(fā)送到基站。然而，在共享接入信道(是通常用于建立到和從電話的呼叫的一個信道)上把所測量距離發(fā)送到基站可能會明顯地影響共享接入信道的容量，并影響給電話供電的電池壽命。因此，把所測量距離發(fā)送到基站是不現實的。既然是這樣，電話必須計算它自己的位置。為了這么做，電話必須知道GPS衛(wèi)星的位置以及在GPS衛(wèi)星時鐘中的誤差，因為需要正確的GPS衛(wèi)星時鐘來正確地確定距離測量值。在控制信道上把這個信息發(fā)送到電話。然而，即使把這個信息發(fā)送到電話也在控制信道上產生明顯的負擔。
在傳統(tǒng)情況下，控制信道必須攜帶大量接入信息。控制信道攜帶消息的容量極有限。因此，在控制信道上不可能傳遞過多的GPS信息。此外，必須以一種形式發(fā)送信息，這種形式允許在接收到所述信息之后相當長的時間中可以使用所述信息。
在下述方法中，本發(fā)明認識并解決了這些問題和缺點。本發(fā)明與CDMA調制系統(tǒng)和在對許多系統(tǒng)用戶進行服務的電信系統(tǒng)中使用的技術兼容。在題為“使用衛(wèi)星或地面中繼器的擴頻多址通信系統(tǒng)(SPREAD SPECTRUM MULTIPLEACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS)”的美國專利第4,901,307號中可以找到這種類型的多址通信系統(tǒng)中的CDMA系統(tǒng)和技術的更加強的討論，該專利已轉讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引用它所揭示的內容作為參考。此外，本發(fā)明可以理想地適用于在其它通信系統(tǒng)(諸如時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)以及幅度調制(AM)方案)中使用的其它調制系統(tǒng)和技術。
發(fā)明概要廣義地說，本發(fā)明涉及對在使用無線鏈路的通信網絡中的遠程站進行定位。尤其，本發(fā)明使用反(inverted)GPS方法對可能不具有網絡時間檢測的遠程站進行定位。本發(fā)明還使不知道真實GPS時間的遠程站能夠確定它們自己的位置。
在一個實施例中，本發(fā)明通過對進行衛(wèi)星距離測量的近似時間打上時間戳(time stamp)而提供解決這個問題的一種方法。把時間戳分配到遠程站處或在網絡中的任何地方。把真實GPS網絡時間和這個測量時間之間的差值作為在測量中的變量“誤差”來處理，其長度是未知的。然而，本發(fā)明的方法允許確定和使用這個變量以尋找遠程站的物理位置。
當然，分配到測量值中的時間戳可以具有明顯的誤差數秒或更多。這個誤差導致在遠程站的計算位置中的誤差。通過把在測量時間戳中的誤差作為未知值來處理，并解這個未知值，就可以計算遠程站的正確的位置而不管有誤差的時間戳。這需要添加另一個衛(wèi)星測量，超出傳統(tǒng)方法使用的4個衛(wèi)星測量。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種制造的產品，所述制造的產品(article)包括可以通過數字信號處理器件執(zhí)行的并用于確定上述遠程站的位置的數字信息。在另一個實施例中，本發(fā)明產生用于確定遠程站的位置的一種裝置。所述裝置可以包括遠程站和至少五個衛(wèi)星，所述衛(wèi)星部分地包括所使用的收發(fā)機，以把信號發(fā)送到遠程站。裝置還可以包括至少一個基站，所述基站尤其還具有用于把信號傳遞到遠程站的一個收發(fā)機。這些信號包括用于建立基準網絡時間的定時信號。明顯地，為了接收信號，遠程站還包括耦合到基站和衛(wèi)星的，可進行通信的收發(fā)機，適用于接收衛(wèi)星信號。裝置還包括諸如微處理器之類的數字處理裝置，把所述裝置通信地耦合到網絡或它的元件部分之一。
本發(fā)明向它的用戶提供許多優(yōu)點。一個優(yōu)點是它加速了移動站的定位過程。另一個優(yōu)點是即使移動站沒有網絡時間的估計，也可以確定移動站的位置。本發(fā)明還提供許多其它的優(yōu)點和利益，在閱讀本發(fā)明的下述說明之后，所述其它優(yōu)點和利益將更為明了。
附圖簡述從下面結合附圖對本發(fā)明的詳細描述進行研究之后，熟悉本技術領域的人員對本發(fā)明的特性、目的和優(yōu)點將更為明了，在所有的附圖中，用相同的標記作相應的識別，其中

圖1是示出同步通信系統(tǒng)的基站和遠程站的示例實施例的圖；圖2是示例CDMA蜂窩電話系統(tǒng)的方框圖；圖3是根據本發(fā)明構成的基站的簡化表示；圖4是用于確定本發(fā)明的無線收發(fā)機的位置的系統(tǒng)的遠程站的方框圖；圖5是示出本發(fā)明的遠程站的一部分接收機、控制信號接口、數字IF(中頻)以及無線解調器電路的實施的方框圖；圖6示出用于確定遠程站的位置的功能模塊；圖7是示出用于根據本發(fā)明對遠程站進行定位的方法的流程圖；以及圖8示出根據本發(fā)明制造的產品的示例例子。
較佳實施例的詳述圖1到圖8示出本發(fā)明的各種方法和裝置方面的例子。為了便于說明(但是不打算作為任何限制)，在結合無線鏈路的數字電信網絡的情況下描述這些例子，下面描述其中的一個例子。
裝置元件和互連在電子行業(yè)協會標準TIA/EIA/IS-95-A的題為“用于雙模式寬帶擴頻蜂窩系統(tǒng)的移動站一基站兼容性標準(Mobile Station-Based StationCompatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum CellularSystems)”(在此引用該標準作為參考)和本技術領域中眾知的其它發(fā)送標準中可以找到有關對在電信系統(tǒng)中發(fā)送的信號進行處理的一般討論。
圖1是示出在同步CDMA通信網絡中的基站10和遠程站20的實施的視圖。建作物40和基于地面的障礙物50包圍所述網絡。把基站10和遠程站20放置在具有數個GPS衛(wèi)星的GPS環(huán)境中，在圖中示出其中的4個GPS衛(wèi)星60、70、80和90。眾知這種GPS環(huán)境，例如，從Hofmann-Wellenhof，B.，等人的GPS理論和實踐，第二版，紐約，NYSpringer-Verlag Wien，1993，可以看到這樣的例子。在典型的現有技術GPS應用中，為了使GPS接收機確定它的位置，至少需要4個衛(wèi)星。對比之下，本發(fā)明提供用于確定遠程站20的位置的一種方法和裝置，在最簡單的情況下，少到只要使用來自一個GPS衛(wèi)星的信號，以及兩個其它的基于地面的信號。
圖2示出CDMA網絡30的方框圖。網絡30包括具有基站控制器(BSC)14的移動交換中心(MSC)12。公用電話交換網(PTSN)16通過選擇路由把呼叫從傳統(tǒng)的基于地面的電話線和其它網絡(未示出)發(fā)送到MSC12和從MSC12發(fā)送到傳統(tǒng)的基于地面的電話線和其它網絡。MSC12把來自PTSN16的呼叫路由至/自與第一小區(qū)19相關聯的源基站10以及與第二小區(qū)21相關聯的目標基站11。此外，MSC12在基站10、11之間通過選擇路由發(fā)送呼叫。源基站10通過第一通信路徑28把呼叫引導到在第一小區(qū)19中的第一遠程站20。通信路徑28是具有前向鏈路31和反向鏈路32的雙向鏈路。一般，當基站20已經建立與遠程站20的話音通信時，鏈路28包括話務信道。
示出通信地耦合到BSC14的無線定位功能(WPF)18，但是可以直接耦合或間接耦合到諸如MSC12之類的其它網絡單元。WPF18一般包括通?？梢栽谶@種裝置中找到的數字處理裝置、存儲器和其它元件(全部未示出)?？梢园裌PF18置于多種應用，諸如估計在基站10和遠程站20之間發(fā)送的信號的單向時間延遲，或監(jiān)測或計算基準時間和所有其它信號到達時間之間的時間偏移。下面進一步詳述WPF18。
雖然每個基站10、11只與一個小區(qū)相關聯，但是基站控制器通常管理或與在數個小區(qū)中的基站相關聯。當遠程站20從第一小區(qū)19移動到第二小區(qū)21時，遠程站20開始同與第二小區(qū)相關聯的基站進行通信。通常把這個稱為到目標基站11的“越區(qū)切換”。在“軟越區(qū)切換”中，遠程站20除了與源基站10的通信鏈路28之外還與目標基站11建立第二通信鏈路34。在遠程站20越入第二小區(qū)21并且已經建立與第二小區(qū)的鏈路之后，遠程站可以放棄第一通信鏈路28。
在硬越區(qū)切換中，源基站10和目標基站11的操作有很大不同，在可以建立到目標基站的鏈路之前就必須放棄源基站之間的通信鏈路34。例如，當源基站在使用第一頻帶的CDMA系統(tǒng)中而目標基站在使用第二頻帶的CDMA系統(tǒng)中時，遠程站將不可能同時保持到兩個基站的鏈路，因為大多數遠程站都沒有可能同時調諧到兩個不同的頻帶。當第一遠程站20從第一小區(qū)19移動到第二小區(qū)21時，放棄到源基站10的鏈路28，并且形成與目標基站11的新鏈路。
圖3是根據本發(fā)明的基站10的示意表示。在另外的實施例中，基站10包括允許基站確定遠程站20的位置的附加功能，下面提供的說明將使這變得清楚。傳統(tǒng)基站10包括用于接收CDMA信號的接收CDMA天線42以及用于發(fā)送CDMA信號的發(fā)射CDMA天線。將通過天線42接收的信號路由到接收機44。實際上，熟悉本技術領域的人員會理解，接收機44包括解調器、去交錯器、解碼器和其它電路。把所接收信號分配到合適的信道，速率檢測器60與所述合適的信道相關聯。控制處理器62使用所檢測信號的速率來檢測語音。如果在所接收幀中檢測到語音，則控制處理器62通過開關63把所接收幀切換到聲碼器64。聲碼器64根據這個對可變速率編碼信號進行解碼，并提供數字輸出信號。通過數模轉換器65和諸如揚聲器之類的輸出裝置(未示出)把數字去聲碼(de-vocode)信號轉換成語音。
通過模數轉換器66使來自話筒或其它輸入裝置(未示出)的輸入語音數字化，并通過聲碼器編碼器68聲碼化。把聲碼化的語音輸入發(fā)射機69。熟悉本技術領域的人員會理解，實際上，發(fā)射機69包括調制器、交錯器和編碼器。把發(fā)射機69的輸出饋送到發(fā)射天線43。
基站10還配備GPS天線76、接收機74以及定時和頻率單元72。定時和頻率單元從GPS接收機的GPS引擎(engine)接收信號，并使用所述信號，以產生用于CDMA系統(tǒng)的正確操作的定時和頻率基準。相應地，在許多如此的CDMA系統(tǒng)中，每個區(qū)站使用一個GPS時基基準(time base reference)，從所述GPS時基基準得到所有時間嚴格的CDMA發(fā)送(包括導頻序列、幀和沃爾什函數)。在CDMA系統(tǒng)中，這種傳統(tǒng)定時和頻率單元和GPS引擎是很普通的，而且在本技術領域中是眾知的。傳統(tǒng)定時和頻率單元提供頻率脈沖和定時信息。與之對比，本發(fā)明的定時和頻率單元72還輸出仰角、偽距離、衛(wèi)星識別(即，與每個衛(wèi)星相關聯的偽噪聲(PN)偏移)以及與每個衛(wèi)星相關聯的多普勒頻移，以便輔助遠程站20捕獲衛(wèi)星(即，減少捕獲衛(wèi)星所需要的時間量)。一般在傳統(tǒng)定時和頻率單元中可以得到這個信息，但是一般不需要或不提供給外部裝置?？梢砸耘c在基站中關于頻率和定時信息所進行的相同方法把定時和頻率單元72所提供的附加信息傳遞到BSC14。
圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的遠程站20的方框圖。最好遠程站20包括適合于接收CDMA發(fā)送和GPS信號的雙向天線92。在另外的實施例中，可以使用分開的天線來接收和發(fā)送GPS信號、CDMA信號以及諸如另外的系統(tǒng)信號之類的其它信號。最好天線92饋送給雙工器94。最好雙工器94饋送給接收機100而且最好通過發(fā)射機200饋送。熟悉本技術領域的人員會理解，時間頻率子系統(tǒng)102提供用于接收機100、控制信號接口300以及發(fā)射機200的數字基準信號。增益控制電路104提供CDMA功率控制。
在一個實施例中，控制信號接口300是數字信號處理器(DSP)。另一方面，控制信號接口可以是能夠執(zhí)行增益控制功能的另外的電路?？刂菩盘柦涌?00提供用于遠程站20的控制信號。接收機100提供射頻(RF)下變頻和中頻(IF)下變頻的第一級。數字IF專用集成電路(ASIC)400為IF的第二級提供基帶下變頻、取樣和A/D轉換。移動解調器ASIC(專用集成電路)500搜索和相關來自數字IF ASIC 400的數字基帶數據，以確定偽一距離，如下面更詳細地描述。
移動解調器500把偽距離連同任何話音或數據傳遞到數字IF調制器400。數字IF調制器400提供從移動解調器500接收到的數據的第一級IF上變頻。發(fā)射機電路200提供這些信號的IF上變頻和RF上變頻的第二級。然后把這些信號發(fā)送到基站10，并根據下述本發(fā)明的方法進行處理。應該注意，最好由遠程站20通過數據脈沖串型消息(諸如由電話行業(yè)協會出版的行業(yè)標準TIA/EIA/IS-167定義的短消息服務(SMS))把在遠程站20和BSC 14之間傳遞的位置信息(諸如遠程站20接收到的偽-距離)傳遞到基站10。通過基站10把這種消息發(fā)送到BSC14。另一方面，可以通過遠程站20把新定義的脈沖串型消息發(fā)送到基站10。
圖5是本發(fā)明的遠程站20的一部分接收機、控制信號接口、數字IF以及移動解調器電路的示例實施例的方框圖。遠程站20的發(fā)射機部分基本上與傳統(tǒng)遠程站的發(fā)射機部分相同，因此為了簡單起見這里不再討論。在較佳實施例中，分別用第一和第二路徑103和105(通過雙工器94，通過第一開關106把它們連接到天線92)實現接收機100。熟悉本技術領域的人員會理解，在雙向通信裝置和GPS接收機之間可能發(fā)生更高的集成化。另一方面，帶有合適接口的兩個分開的接收機可以達到本發(fā)明的目的。
第一路徑103對接收到的CDMA信號進行下變頻，并提供傳統(tǒng)CDMA RF下變頻輸出信號。第一路徑103包括低噪聲放大器108、第一帶通濾波器112、第一混頻器118以及第二帶通濾波器126。第二路徑105對來自圖1的GPS衛(wèi)星60、70、80或90的dPS信號進行下變頻。第二路徑105包括饋送第三帶通濾波器114的第二低噪聲放大器110。把帶通濾波器114的輸出輸入到第二混頻器120。把第二混頻器的輸出饋送到第四帶通濾波器128。第一和第二本地振蕩器122和124分別饋送到第一和第二混頻器。第一和第二本地振蕩器122和124在雙鎖相環(huán)(PLL)116的控制下工作于不同的頻率。雙PLL保證每個本地振蕩器122和124保持一個基準頻率，在第一混頻器118的情況下，對接收到的CDMA信號的下變頻有效，在第二混頻器120的情況下，對接收到的GPS信號的下變頻有效。把第二和第四帶通濾波器126和128的輸出耦合到傳統(tǒng)設計的第一IF部分130。
把IF解調器130的輸出輸入到在數字IF ASIC 400中的第二開關402。第一和第二開關106和402在控制信號接口300的控制下操作，以使接收到的信號轉換成在傳統(tǒng)CDMA方式中處理的，或通過第三混頻器404、第五帶通濾波器406、自動增益控制電路408以及模數轉換器410進行的GPS處理的話音或數據輸出。到第三混頻器404的第二輸入是本地振蕩器輸出?；祛l器404把所施加的信號轉換到基帶。把經濾波、增益控制的信號饋送到模數轉換器(“A/D”)410。A/D 410的輸出包括同相(I)分量的第一數字流和正交分量(Q)的第二數字流。把這些數字信號饋送到數字信號處理器520，它處理GPS信號并輸出位置確定所需要的偽距離信息。
在本發(fā)明的另外的實施例中，把來自兩個帶通濾波器126、128的輸出饋送到基帶和專用集成電路(ASIC)，它把來自基帶濾波器126、128的IF頻率信號輸出數字地轉換成為基帶，并輸出表示正交和同相基帶信號的數字流。然后把這些信號施加到搜索器。搜索器基本上與在CDMA解調器中使用的傳統(tǒng)搜索器相同。然而，最好所使用的搜索器是可編程的，以允許搜索器搜索與從基站發(fā)送的CDMA信號相關聯的PN碼，或搜索與GPS衛(wèi)星相關聯的PN碼。當從基站接收CDMA信號時，搜索器在CDMA信道之間進行鑒別，而當以GPS模式時，確定正在發(fā)送所接收到的GPS信號的GPS衛(wèi)星。此外，熟悉本技術領域的人員會理解，一旦需要GPS信號，搜索器基本上以傳統(tǒng)方式指示與PN碼相關聯的時間偏移，以便確定與衛(wèi)星(正在從該衛(wèi)星接收信號)相關聯的偽距離。
熟悉本技術領域的人員會理解，可以采用諸如在圖5中示出的雙轉換過程，或另一方面，采用單個轉換和IF取樣技術來產生所需要的I和Q取樣。此外，可以以許多方法來改變在圖5中示出的實施例的結構而不影響本發(fā)明的操作。例如，可以使用傳統(tǒng)可編程處理器來代替在圖5中示出的DSP。如果數據流通過系統(tǒng)的速率使之不需要緩沖器，則可以不需要存儲器510。在某些使用數字技術或模擬技術或另外技術實施的情況下，可以省略帶通濾波器406和自動增益控制電路408?？梢詫D5中示出的結構進行許多諸如此類的改變而不改變本發(fā)明。此外，應該注意，另外實施例的GPS和無線接收機之間的硬件和軟件資源的共享可能會更多或更少。
圖6是包括本發(fā)明的通信系統(tǒng)的部件的高級方框圖。在操作中，根據本發(fā)明的方法，使用自己GPS接收機的WPF18收集相對于它自己位置的信息，并預測相對于基站10的數據值。這些信息包括，但是不限于，GPS收發(fā)機74(圖3)當前正在觀察的所有衛(wèi)星，它們的仰角、多普勒頻移、以及指定時間處的偽距離。注意在WPF18處的GPS接收機有到達時間、頻率以及在觀察的每個衛(wèi)星的PN頻移的最新信息，因為它始終跟蹤觀察到的所有衛(wèi)星。另一方面，假定WPF18已經存儲有關街道寬度和周圍建作物高度的信息，則WPF18可以預測相應于僅可能被遠程站20觀察到的那些衛(wèi)星的子集的衛(wèi)星信息。即，如果WPF18有能力確定遠程站對一個或多個衛(wèi)星的觀察將受到阻擋，則WPF18將不預測有關受到阻擋的那些衛(wèi)星的信息。
應該注意，傳統(tǒng)GPS接收機注意接收衛(wèi)星信號的時間，該時間是相對于接收機內部GPS時鐘的。然而，接收機內部GPS時鐘不是正確地與“真實”GPS時間同步的。因此，接收機不能知道接收衛(wèi)星信號的時刻在“真實”GPS時間中的確切點。在1998年3月12日提出的題為“確定無線CDMA收發(fā)機的位置的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請第09/040,501號中進一步描述這種情況并減輕這種情況，該專利已轉讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引用作為參考。
如在圖2中所示，這里描述的網絡允許在任何時刻使用WPF18確定遠程站的位置，只要遠程站20在通信網絡的無線電覆蓋范圍內，而且只要在網絡上有足夠的服務質量?？梢酝ㄟ^遠程站20、網絡或諸如內部位置應用程序(ILA)17、外部位置應用程序(ELA)15或緊急服務應用程序(ESA)13之類的外部整體(全部如在圖6中所示)來啟動確定遠程站位置的過程。這些部件13、15、17的每一個可以是能夠請求和/或接收位置信息的硬件或軟件。在一個實施例中，ILA17是耦合到BSC14的一個終端，它允許操縱者不管遠程站20而直接請求和接收位置信息。另一方面，ILA17是在MSC12中的處理器執(zhí)行的軟件應用程序。
最好WPF18是能夠接收諸如基準導頻信號、GPS信號以及其它信號的到達時間之類的原始數據的傳統(tǒng)可編程處理器。WPF18使用這些測量值來確定遠程站的位置。然而，可以使用能執(zhí)行WPF18的任務的任何裝置。例如，可以以ASIC、分立邏輯電路、狀態(tài)機、或在另外網絡裝置(諸如BSC14)中的軟件應用程序來實施WPF18。此外，應該理解，WPF18可以位于基站10中，如在圖2中所示的BSC14中，或在網絡中的任何地方。從概念上來說，WPF18可以是在與BSC14進行通信的專用處理器執(zhí)行的軟件應用程序。網絡實施本發(fā)明，不需要大大地修改傳統(tǒng)基站、BSC或MSC。
不管上述特定的說明，得到本發(fā)明的益處的熟悉本技術領域的人員會理解，可以在不同結構的同步電信系統(tǒng)中實施上述裝置而不偏離本發(fā)明的范圍。
操作方法上面揭示了本發(fā)明的各種裝置方面。為了進一步促進對本發(fā)明的理解，在本部分中討論制造實施的方法和產品。
使用GPS接收機的傳統(tǒng)無線通信網絡使用來自4個衛(wèi)星的到達時間(TOA)測量值來解4個未知數(x，y，z，t)，其中t是在用戶終端時鐘中的時間偏差。與之對比，大多數基于地面的網絡使用到達時間差(TDOA)來解未知數(x，y，z)。每種方法都要求正在定位的移動站要識別近似的GPS時間。如在圖7的方法700中所示，雖然遠程站的近似GPS時間的知識可以增強本發(fā)明的性能，但是本發(fā)明不是這樣。
在這種情況中，遠程站沒有時間的估計，把正確時間傳遞到遠程站可能需要改變基礎結構和/或在電話和服務器之間通過某些數據協議發(fā)送大量的數據。即使這樣，時間傳遞過程的結果還可能不具有足夠的正確度。結果，遠程站既不能夠對測量值打上時間戳，也不能夠提供極粗略的時間戳。如果時間戳不正確，則將把衛(wèi)星定位計算成不正確的時間。這將導致遠程站所計算位置中的誤差。
本發(fā)明提供在圖7中示出的方法，在移動站處或在WPF18處(圖2)，通過記錄衛(wèi)星距離測量所產生的近似時間，眾知為打上時間戳，來解決這個問題。真實GPS網絡時間和這個測量時間之間的時間差作為在測量中的變量“誤差”來處理，所述時間差的長度是未知的。然而，本發(fā)明的方法允許確定這個變量，并用于尋找在模擬信號模式中操作的遠程站的物理位置。
對一個測量值打上時間戳如果遠程站有時間的近似估計，則遠程站可以在任務708中對一個衛(wèi)星距離測量值打上時間戳，并在任務720中把它們發(fā)送到WPF18，或在任務712中由它自己單獨地計算衛(wèi)星位置。通過在任務706中把時間傳遞到遠程站，或通過遠程站保留較早情況中當它曾經在促進正確時間傳遞的網絡(例如，IS-95CDMA網絡)上時的時間，可以得到近似時間估計。
如果遠程站沒有時間估計，則遠程站可以把這些距離測量值發(fā)送到WPF18而不帶有時間戳。當在任務722中WPF18接收測量值時，在任務724中，WPF18將把時間戳分配給測量值。在這個實施例中，將在從遠程站接收測量值之后，在WPF18處發(fā)生測量值打上時間戳。
解在時間戳中固有的變量誤差通過上述任何方法分配給測量值的時間戳可能具有明顯的誤差數秒或更多。這個誤差將導致遠程站的計算位置中的誤差。通過處理在測量值時間戳中的誤差作為未知數，并對這個未知數求解，可以不管有誤差的時間戳而計算遠程站的正確位置。在如上所述的4個傳統(tǒng)的衛(wèi)星測量值上，這需要進行一個另外的衛(wèi)星測量。即，本發(fā)明的方法可以使用來自至少5個衛(wèi)星的測量值以確定遠程站的3-維位置。
確定在近似時間戳中固有的誤差以及遠程站的位置如下。以(xm，ym，zm)為遠程站的位置，而以(xsi(t)，ysi(t)，zsi(t))為在時間t處衛(wèi)星Si的位置。以tm為當執(zhí)行測量時的“真時GPS時間”，而以b為按模計算(modulo)PN滾動(1 ms)的接收機偏差，其中tn的值不相當于b的值。相應地，可以把對于每個衛(wèi)星的測量，ρi(tm)，i＝1…，n，表示為Pi(tm)=(xSi(tm)-xm)2+(ySi(tm)-ym)2+(zSi(tm)-zm)2+b,i=1,...,n]]>(1)
可以使用這些測量值來解5個未知數xm，ym，zm，b和tm。明顯地，因為有5個未知數，所以必須有5個衛(wèi)星測量值來對每個未知數求解。使用本技術領域中廣泛使用的一種算法，標準迭代最小均方(LMS)算法來求解。在第k個迭代處，對于每個測量值i的矩陣行將保持相對于每個變量的微商∂ρi∂x=xk-xSi(tk)(xSi(tk)-xk)2+(ySi(tk)-yk)2+(zSi(tk)-zk)2]]>∂ρi∂y=yk-ySi(tk)(xSi(tk)-xk)2+(ySi(tk)-yk)2+(zSi(tk)-zk)2]]>∂ρi∂z=zk-zSi(tk)(xSi(tk)-xk)2+(ySi(ti)-yk)2+(zSi(tk)-zk)2i=1,...,n---(2)]]>∂ρi∂b=1]]>∂ρi∂t=∂xSi∂t|t=tk(xSi(tk)-xk)+∂ySi∂t|t=tk(ySi(tk)yk)+∂zSi∂t|t=tk(zSi(tk)-zk)(xSi(tk)-xk)2+(ySi(tk)-yk)2+(zSi(tk)-zk)2]]>把完整的矩陣表示為 在一個實施例中，通過服務區(qū)站收集的信息已知對遠程站位置的估計，以及已知時間t的近似估計，并用于進一步加速位置確定，如在任務704中所示。
小的固有時間戳誤差為了更進一步加速位置確定，如果已知時間戳誤差是較小的，即，小于數秒，則可以用直線來近似衛(wèi)星的軌道。讓(xm，ym，zm)為遠程站的位置。讓t0為遠程站或WPF18分配給衛(wèi)星距離測量值的時間戳。讓t1為當執(zhí)行測量時的“真實GPS時間”。在時間戳中的誤差將為τ＝(t1-t0)。讓(xsi0，ysi0，zsi0)為在時間t0處衛(wèi)星Si的位置，而讓kxi為xsi的變化速率。讓kyi為ysi的變化速率，而讓kzi為zsi的變化速率。然后可以把在shik t1衛(wèi)星Si的位置近似為xsil≌xsio+ksi·τysil≌ysio+kyi·τ，(4)zsil≌zsio+kxi·τ假定在時刻t1遠程站對n個衛(wèi)星進行距離測量。可以把距離測量值寫成ρi=(xsi0+kxiτ-xm)2+(ysi0+kyiτ-ym)2+(zsi0+kziτ-zm)2+b,i=1,...,n---(5)]]>其中，b是在遠程站時鐘中的偏差，而τ是在分配時間戳中固有的誤差。在下面列出對于上述時間戳中固有的變量誤差求解中的測量值和未知數到衛(wèi)星的測量值ρi，i＝1…，n未知數xm，ym，zm，b，τ再次，因為有5個未知數，所以遠程站必須測量至少5個衛(wèi)星的距離?？梢允沟仁?5)表示的系統(tǒng)線性化，然后使用LMS求解。為了使用LMS，必須確定每個測量值相對于每個未知數的偏導數(partial derivation)。偏導數為∂ρi∂xm=xm-(xsi0+kxiτ)(xsi0+kxiτ-xm)2+(ysi0+kyiτ-ym)2+(zsi0+kziτ-zm)2]]>∂ρi∂ym=ym-(ysi0+kyiτ)(xsi0+kxiτ-xm)2+(ysi0+kyiτ-ym)2+(zsi0+kziτ-zm)2]]>∂ρi∂zm=zm-(zsi0+kziτ)(xsi0+kxiτ-xm)2+(ysi0+kyiτ-ym)2+(zsi0+kziτ-zm)2,i=1,...,n---(6)]]>∂ρi∂b=1]]>∂ρi∂τ=xsi0kxi+kxi2τ-kxixm+ysi0kyi+kyi2τ-kyiym+zsi0kzi+kzi2τ-kzizm(xsi0+kxiτ-xm)2+(ysi0+kyiτ-ym)2+(zsi0+kziτ-zm)2]]>可以把在等式(4)和等式(5)中的問題表示為線性等式的系統(tǒng)Hx＝ρ (7)其中，x是未知數的矢量XmymX＝ Zm，bτ (8)ρ是測量值的矢量ρ1ρ2ρ＝ .
ρn(9)而H是設計矩陣，表示為 現在可以使用眾知的LMS對線性等式Hx＝ρ的系統(tǒng)求解。在這個實施例中，在使用直線近似衛(wèi)星軌道的情況下對每個衛(wèi)星進行距離測量。還可以把本發(fā)明使用于由更高階的曲線近似衛(wèi)星軌道的情況中。
使用所述方法，不管是否知道是否存在小的固有時間戳誤差，可以在任務716中在移動站處或在任務726中在WPF 18處確定移動站的位置，即，值xm，ym和zm。在任務728中結束所述方法。
制造的產品例如，通過操作WPF18以執(zhí)行一個序列的機器可讀出指令可以實施上述方法。這些指令可以駐留在各種類型的承載信號的媒體中。在這個方面，本發(fā)明的一個方面關心一種包括承載信號的媒體的制造產品，切實包含可由數字信號處理器執(zhí)行的機器可讀指令的程序，以執(zhí)行一種方法，對在使用無線鏈路的同步通信網絡中使用的收發(fā)機進行定位。
例如，承載信號的媒體可以包括包含在通信網絡中的RAM(未示出)。另一方面，可以把指令包含在另一個承載信號的媒體中，諸如在圖8中示出的數據存儲磁盤800，對在圖2中所示的WPF18可以直接或間接地存取。不管包含在通信網絡中還是任何地方，可以把指令存儲在許多機器可讀的數據存儲媒體上，諸如直接存取存儲器件、磁帶、電子只讀存儲器、光存儲器件或其它合適的承載信號的存儲媒體。在本發(fā)明的一個示例實施例中，機器可讀出指令可以包括匯編C或C++的行，或熟悉編程技術領域的人員通常使用的其它合適的編制程序語言。
其它實施例當已經示出當前認為本發(fā)明的較佳實施例是些什么時，熟悉本技術領域的人員會理解，可以進行各種變更和修改而不偏離如所附的權利要求書所定義的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種對在使用無線鏈路的通信網絡中的遠程站進行定位的方法，所述網絡具有網絡時間，所述方法包括下列步驟在遠程站處接收來自至少5個衛(wèi)星的信號；測量從遠程站到至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的距離；把測量時間分配給每個距離測量；確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置；以及確定遠程站的位置，所述確定包括使用到至少5個衛(wèi)星的距離和至少5個衛(wèi)星的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，由遠程站分配測量時間。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在遠程站處確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置，所述遠程站可以利用衛(wèi)星天文歷表。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，移動站可以利用對其位置的估計和近似網絡時間。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過無線定位功能(WPF)分配測量時間。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，在WPF處確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置，所述WPF可以利用衛(wèi)星天文歷表。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，WPF可以利用遠程站位置的估計和近似的網絡時間。
8.一種用于確定遠程站在通信網絡中的位置的裝置，所述通信網絡包括至少具有5個衛(wèi)星的全球定位網絡(GPS)，其中，把至少5個衛(wèi)星通信地耦合到遠程站，所述裝置包括包含遠程站收發(fā)機的遠程站，所述遠程站收發(fā)機能夠接收多個信號，所述多個信號至少包括從至少5個衛(wèi)星發(fā)送的信號；通信地耦合到遠程站并包括基站收發(fā)機的至少一個基站，所述收發(fā)機能夠把信號發(fā)送到遠程站；通信地耦合到通信網絡的處理器，所述處理器能夠確定從遠程站到至少5個衛(wèi)星的距離測量；把測量時間分配給每個距離測量；確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置；以及確定遠程站的位置，所述確定包括使用到至少5個衛(wèi)星的距離和至少5個衛(wèi)星的位置。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述處理器與遠程站結合。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，處理器與無線定位功能(WPF)結合，其中，把WPF通信地耦合到至少一個基站。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述至少一個衛(wèi)星是全球定位網絡衛(wèi)星。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述基站是碼分多址基站。
13.一種制造的產品，包含可由數字信號處理裝置執(zhí)行的機器可讀指令以執(zhí)行對在同步通信網絡中使用的收發(fā)機進行定位的方法的程序，所述同步通信網絡采用至少一個衛(wèi)星，所述方法包括下列步驟在遠程站處接收來自至少5個衛(wèi)星的信號；測量從遠程站到至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的距離；把測量時間分配給每個距離測量；確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置；以及確定遠程站的位置，所述確定包括使用到至少5個衛(wèi)星的距離和至少5個衛(wèi)星的位置。
14.如權利要求13所述的制造的產品，其特征在于，由所述遠程站分配測量時間。
15.如權利要求14所述的制造的產品，其特征在于，在遠程站處確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置，其中遠程站可以利用衛(wèi)星天文歷表。
16.如權利要求15所述的制造的產品，其特征在于，遠程站可以利用其位置的估計和近似的網絡時間。
17.如權利要求13所述的制造的產品，其特征在于，由無線定位功能(WPF)分配測量時間。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，在WPF處確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置，所述WPF可以利用衛(wèi)星天文歷表。
19.如權利要求18所述的制造的產品，其特征在于，WPF可以利用遠程站位置的估計和近似的網絡時間。
20.一種用于確定在通信網絡中的無線收發(fā)機的位置的裝置，所述裝置包括遠程站，包括用于接收多個信號的遠程站收發(fā)裝置，所述多個信號至少包括從至少5個衛(wèi)星發(fā)送的信號；至少一個基站，通信地耦合到遠程站并包括用于把信號發(fā)送到遠程站和接收來自遠程站的信號的基站收發(fā)裝置；用于處理數字信號和通信地耦合到通信網絡的裝置，所述處理裝置能夠確定從遠程站到至少5個衛(wèi)星的距離測量；把測量時間分配給每個距離測量；確定至少5個衛(wèi)星的每一個衛(wèi)星的位置；以及確定遠程站的位置，所述確定包括使用到至少5個衛(wèi)星的距離和至少5個衛(wèi)星的位置。
全文摘要
一種裝置和方法,用于對在模擬模式中操作并且可能沒有網絡時間檢測的遠程站使用反向GPS方法進行定位。本發(fā)明還使在不知道真實GPS時間的模擬模式中操作的遠程站能夠確定它們自己的位置。把反映進行衛(wèi)星距離測量的近似時間的時間戳分配給在移動站處或在網絡中任何地方的測量。真實GPS網絡時間和測量時間的差值作為在測量中的變量“誤差”來處理,它的長度是未知的。確定這個變量誤差,并使用來確定遠程站的物理位置。
文檔編號G01S5/00GK1345419SQ00805658
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月28日 優(yōu)先權日1999年3月29日
發(fā)明者P·A·阿加謝, S·S·索利曼, A·H·瓦亞諾斯 申請人:高通股份有限公司