專利名稱：使用數(shù)量減少的gps衛(wèi)星以及同步和非同步基站進行定位的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)。本發(fā)明特別涉及用于碼分多址系統(tǒng)無線通信裝置的定位系統(tǒng)和方法。
2.相關(guān)技術(shù)說明通信公司想通過提供不同于其它公司的業(yè)務(wù)增加收益的欲望和管理機構(gòu)推動無線網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)的配置。此外，1996年6月，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)要求支持增強的應(yīng)急911通信業(yè)務(wù)(E-911)。規(guī)則的第一階段要求扇區(qū)信息和蜂窩區(qū)信息傳回到PSPA(公眾安全應(yīng)答點)代理處。規(guī)則的第二階段要求蜂窩無線電收發(fā)機的位置傳回PSPA。為了與FCC的要求一致，到2005年，總共77000個站點將裝備自動定位技術(shù)。
許多技術(shù)都被考慮用于提供自動定位能力。其中一項技術(shù)是測量來自眾多區(qū)站的信號的到達時間差。對這些信號作三角測量來提取定位信息。不幸的是這種技術(shù)需要高度集中的區(qū)站或者能有效增加區(qū)站的發(fā)送功率。這是由于在一個典型的CDMA系統(tǒng)中，每一個電話機僅僅使用足夠到達最近區(qū)站的信號功率進行發(fā)送。由于三角測量需要至少三個站點，區(qū)站的集中度必須提高或者無線通信設(shè)備的信號功率必須增強。
無論如何，每一個可供選擇的方法都有重大缺陷。區(qū)站數(shù)量的增加的代價太高。增加信號功率會增加每一個無線通信設(shè)備的重量和成本，還會增加無線用戶之間干擾的可能性。此外，網(wǎng)絡(luò)三角測量方法并不見得適合FCC提出的要求。
令一個被考慮的方法是給蜂窩電話增加GPS(全球定位系統(tǒng))的功能。雖然這種方法會給無線通信設(shè)備增加可觀的成本和重量，需要在四個衛(wèi)星的視距范圍內(nèi)，而且可能有點慢，然而，這是提供定位服務(wù)的最精確的方法。
為了提高處理速度，第三種方法向無線通信設(shè)備發(fā)送輔助信息指出無線通信設(shè)備應(yīng)該在哪里搜索GPS載頻。許多GPS接收機使用GPS衛(wèi)星年歷將接受器在頻率域執(zhí)行對來自可見衛(wèi)星的信號的搜索減至最低程度。這個年歷是一個15000比特的碼組，代表整個星座的粗略星歷表和時間模型數(shù)據(jù)。年歷中的確認衛(wèi)星位置和當前時間的信息僅僅是近似的。如果沒有年歷，GPS接受器必須實施最寬的頻率搜索來捕獲衛(wèi)星信號。需要額外的處理來獲得有助于捕獲其他衛(wèi)星信息的額外信息。
信號捕獲進程會花費幾分鐘，因為許多頻帶需要搜索。每一個頻帶有一個中心頻率和預(yù)定寬度。年歷的實用性降低了衛(wèi)星多普勒效應(yīng)的不確定性，因此也減少必須搜索頻帶數(shù)。
衛(wèi)星年歷可以從GPS導(dǎo)航消息提取，或作為信令消息在下行鏈路(前向)傳給接收機?；谑盏降男盘?，接收機實施GPS信號處理來進行定位。這種方法稍微快了點，但是要遇到至少四個衛(wèi)星的視距的要求。這將在城市環(huán)境中產(chǎn)生問題。
因此，本領(lǐng)域仍然需要一種用于定位蜂窩網(wǎng)收發(fā)機的快速的、精確的以及便宜的系統(tǒng)和技術(shù)。
發(fā)明概述現(xiàn)在揭示的無線收發(fā)機定位方法著手解決該技術(shù)上的需要。概括的來說，這種方法是一種混合定位法，使用來自地面系統(tǒng)的測距信息、來自無線通信設(shè)備的定時信息以及來自GPS衛(wèi)星的測距信息。這些信息組合在一起以使得無線通信設(shè)備能更快更可靠地得到定位。該揭示的方法包括無線通信設(shè)備進行接收，由第一個GPS衛(wèi)星發(fā)射第一個信號，由第二個GPS衛(wèi)星發(fā)射第二個信號，以及由第三個衛(wèi)星發(fā)射第三個信號。無線通信設(shè)備被調(diào)整接收這些GPS信號并且向基站發(fā)送第四個信號作為回答?；臼盏降谒膫€信號，調(diào)整由基站和無線通信系統(tǒng)往返行程延遲時間加于第四個信號的時鐘偏差，并且使用沒有偏差的第四個信號來計算無線通信設(shè)備的位置。
在一個詳細的實現(xiàn)方案中，基站向無線通信設(shè)備發(fā)送輔助信息。無線通信設(shè)備使用輔助信息來迅速捕獲由第一、第二、第三個衛(wèi)星傳送的信號。輔助信號由為無線通信設(shè)備服務(wù)的基站收發(fā)機子系統(tǒng)(BTS)，基站控制器(BCS)收集的信號導(dǎo)出，以及其他實體，其中包括(1)衛(wèi)星識別信息；(2)多普勒頻率漂移或相關(guān)信息；(3)指示基站和每一個衛(wèi)星之間距離的值；(4)與每個衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的搜索窗口的尺寸，該搜索窗口的尺寸根據(jù)基站和無線通信系統(tǒng)往返行程延遲的時間以及每個衛(wèi)星的仰角計算。
無線通信設(shè)備捕獲發(fā)自第一、第二、第三個衛(wèi)星的信號，無線通信設(shè)備計算它與第一個衛(wèi)星之間的距離pm1，它與第二個衛(wèi)星之間的距離pm2，它與第三個衛(wèi)星之間的距離pm3。這個距離信息與有關(guān)進行測量的時刻的信息一起傳回基站。在一個CDMA實施例中，信號在基站天線和無線通信設(shè)備天線之間傳遞的時間是往返行程延遲時間的一半，并且這個時間是被基站所知的?；竞蜔o線通信設(shè)備間的往返延遲時間的測量指示出它們之間的距離。此外，這個延遲提供了一種修正無線通信設(shè)備的絕對時間的手段。
無線通信設(shè)備的外部設(shè)備，諸如基站控制器或其他與蜂窩網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)聯(lián)的實體，利用服務(wù)基站所知的信息來計算無線通信設(shè)備的位置。這些信息可以包含與無線通信設(shè)備相關(guān)的第一個、第二個、和第三個衛(wèi)星的位置，以及無線通信設(shè)備與基站之間的距離。通過求(1)第一個衛(wèi)星周圍以cp1為半徑的球面、(2)第二個衛(wèi)星周圍以cp2為半徑的球面、(3)第三個衛(wèi)星周圍以cp3為半徑的球面以及(4)基站周圍以cp4為半徑的球面的相交區(qū)域，實現(xiàn)無線設(shè)備的定位。“c”是光速，“p1”是第一個衛(wèi)星與無線通信設(shè)備間的偽距，“p2”是第二個衛(wèi)星與無線通信設(shè)備間的偽距，“p3”是第三個衛(wèi)星與無線通信設(shè)備間的偽距，“cpb”是基站和無線通信設(shè)備間的偽距。
值得注意的是如果無線通信設(shè)備與基站之間存在視距(無多徑)，那么當前的方法僅僅要求測量兩個衛(wèi)星和一個基站。在與GPS時鐘同步的通信系統(tǒng)中，例如CDMA通信系統(tǒng)，基于基站傳送的信號的偽距測量將被用于消除衛(wèi)星偽距測量的偏差以及作為一種額外的測距方法。如果可利用的話，來自另一個基站的額外信息可被用于進一步減少無線通信設(shè)備定位所需衛(wèi)星的數(shù)量。同樣，在只需要二維位置的情況下，僅僅需要一個衛(wèi)星和一個基站就行了。
這種方法比其它已知GPS方法的一個突出優(yōu)勢就是無線通信設(shè)備測量偽距的速度。由于服務(wù)基站收發(fā)機、基站控制器或其它與基站相關(guān)的實體有自己的GPS接收機，并且知道所有被追蹤的衛(wèi)星關(guān)于服務(wù)基站位置的偽距，決定每一個被追蹤的衛(wèi)星的搜索窗口中心和搜索窗口大小成為可能。信息被發(fā)送到無線通信設(shè)備來提高搜索處理的速度。
這就是說，每一個GPS衛(wèi)星上的時鐘控制著衛(wèi)星測距信號廣播的定時。每一個這樣的時鐘都與GPS系統(tǒng)時間同步?；疽矒碛幸粋€與GPS系統(tǒng)時間同步的時鐘。無線通信設(shè)備通過與基站和無線通信設(shè)備之間的單向延遲相應(yīng)的延遲來使自己的時鐘和GPS時間同步。定時信息被插入衛(wèi)星測距信號，以使得無線通信設(shè)備能計算一個特定的衛(wèi)星發(fā)送何時發(fā)送信號。通過記錄信號接收的時間，衛(wèi)星與無線通信設(shè)備之間的距離可以被計算出來。結(jié)果，無線通信設(shè)備位置的所在地是一個以衛(wèi)星位置為球心，計算距離為半徑的球面上。如果同時由兩個其它的衛(wèi)星的距離進行測量，無線通信設(shè)備將處于三球面的某處。三球面交于兩點，然而，僅有一點是正確的無線用戶位置。這兩個候選位置相對包含三個衛(wèi)星的平面互為鏡像。
被揭示的方法和設(shè)備的一種實施例就是在給定點對無線通信設(shè)備及時定位的GPS衛(wèi)星是由基站進行識別的。這個信息被傳送到無線通信設(shè)備來簡化無線通信設(shè)備的搜索操作。
除了上述所說的之外，當無線通信設(shè)備是一個碼分多址(CDMA)接收機時，當前已公開的方法和設(shè)備利用了CDMA是一個同步系統(tǒng)。由于同步，到達無線通信設(shè)備的參考導(dǎo)頻的時間可以作為時間參考。據(jù)此，無線通信設(shè)備可以測量參考導(dǎo)頻、GPS信號以及其他導(dǎo)頻信號間的到達時間差。因而，給無線通信設(shè)備定位的問題變成了到達時間差(TDOA)的問題，這就導(dǎo)致需要給無線通信設(shè)備定位的衛(wèi)星的數(shù)量進一步減少。
在一個實施例中，無線通信設(shè)備可以有幾種操作模式(1)使用來自無線通信系統(tǒng)基本設(shè)施和衛(wèi)星的信息的混合模式。
(2)獨立的(標準的或通用的)GPS模式。
(3)輔助的獨立GPS模式。
(4)反相差動GPS模式。
(5)輔助的反相差動GPS模式。
附圖簡述

圖1是示出一個無線(CDMA)通信系統(tǒng)中的基站和無線通信設(shè)備的說明性實現(xiàn)圖。
圖2a是一個示例CDMA蜂窩網(wǎng)電話系統(tǒng)的框圖。
圖2b是第一個、第二個、第三個基站和無線通信設(shè)備的簡化描述。
圖3是根據(jù)本發(fā)明講授的基站構(gòu)造的說明性的簡化描述。
圖4是本發(fā)明中用于定位無線CDMA收發(fā)機的系統(tǒng)的無線通信設(shè)備的框圖。
圖5是本發(fā)明中無線通信設(shè)備中接收機、控制信號接口、數(shù)字中頻和無線解調(diào)電路部分的說明性實現(xiàn)的框圖。
圖6是用于定位無線通信設(shè)備的功能模型的說明圖。
圖7顯示了時域上的搜索窗口的大小和中心的計算。
圖8是本地時鐘偏差的修正說明圖。
圖9說明了由三個基站發(fā)送的導(dǎo)頻PN序列之間的關(guān)系。
圖10說明了由三個基站發(fā)送的導(dǎo)頻PN序列之間的關(guān)系。
圖11顯示了位于離開多數(shù)基站已知距離外的遠端同步站的簡化框圖。
圖12是用已知距離處或能以已知傳送延遲送達信號的遠端同步站決定基站控制處理器和發(fā)送天線間引入的延遲量的方法的說明圖。
圖13說明了根據(jù)同步GPS/前向模式計算基站的TDOA與的方法。
發(fā)明的詳細描述說明性的實施例將結(jié)合附圖詳細描述。
盡管本方法和設(shè)備在此參照特定應(yīng)用的說明性實施例描述，本發(fā)明并不僅限于此。那些擁有本領(lǐng)域普通技術(shù)和領(lǐng)會在此提供的講授的人員將在本發(fā)明和本發(fā)明將有重大實用性的其它領(lǐng)域的范圍之內(nèi)認識到額外的改進、應(yīng)用以及實施例。
圖1顯示了一個無線碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中的無線通信設(shè)備20和一個外部信號源，諸如基站10或衛(wèi)星60、70、80、90的說明性實現(xiàn)。通信系統(tǒng)被建筑物40，地面障礙物50所圍繞?；?0和無線通信設(shè)備20部署于一個擁有許多GPS衛(wèi)星的GPS(全球定位系統(tǒng))環(huán)境中，圖中顯示了四個衛(wèi)星60、70、80和90。這樣的一個GPS環(huán)境早已被人門所知，可見Hofmann-Wellenhof，B等著的《GPS理論和實踐》(New York，NYSpringer-Verlag Wien，1993年)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到本發(fā)明可以應(yīng)用到其它通信系統(tǒng)，例如高級移動電話系統(tǒng)(AMPS)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)等等，而不偏離本發(fā)明。
在一個典型的GPS應(yīng)用中，至少需要四個衛(wèi)星來定位GPS接收機。相反，現(xiàn)揭示的用于決定無線通信設(shè)備20的三維位置的方法和設(shè)備僅僅使用三個GPS衛(wèi)星、無線通信設(shè)備和外部信號源諸如服務(wù)基站10的往返延遲以及服務(wù)基站的已知位置。當有直接視線的情況下，僅僅需要兩個GPS衛(wèi)星、往返延遲以及服務(wù)基站的已知位置就可以確定無線通信設(shè)備20的位置。通過使用來自CDMA蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)前向鏈路或其它同步蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)的到達信息的時間差，這個數(shù)字可以進一步的減少。為了說明本揭示，將蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)定義為這樣一種通信系統(tǒng)使用多個蜂窩區(qū)，使無線通信設(shè)備在該系統(tǒng)內(nèi)各處移動的時候，可從多個蜂窩區(qū)中的至少一個接收來自通信系統(tǒng)的信號。
圖2a是CDMA蜂窩網(wǎng)電話系統(tǒng)30的框圖。系統(tǒng)30包含了擁有1個基站控制器(BSC)14的移動交換中心(MSC)12。公共交換電話網(wǎng)(PSTN)16與MSC12之間來回發(fā)送來自電話線路和其它網(wǎng)絡(luò)(未畫出)的呼叫請求。MSC12在源基站10和目的基站11之間來回發(fā)送來自PSTN16的呼叫，源基站10與第一個小區(qū)19相關(guān)聯(lián)，目的基站與第二個小區(qū)21相關(guān)聯(lián)。此外，MSC12還在基站10和11之間轉(zhuǎn)發(fā)呼叫。源基站在第一個小區(qū)19中通過第一條通信路徑28將呼叫引導(dǎo)到第一個無線通信設(shè)備20。通信鏈路28是一個具有前向鏈路31和反向鏈路32的雙向鏈路。典型的來說，當基站10與無線通信設(shè)備20建立了語音通信時，鏈路28通常包含一個業(yè)務(wù)信道。雖然每一個基站10、11只與一個小區(qū)相關(guān)聯(lián)，但是基站控制器常管理支配幾個小區(qū)內(nèi)的基站或與其關(guān)聯(lián)。
當無線通信設(shè)備20從第一個小區(qū)19移動到第二個小區(qū)21時，無線通信設(shè)備20將使用與第二個小區(qū)相關(guān)聯(lián)的基站進行通信。這常被稱作向目的基站11的越區(qū)切換。在軟切換中，無線通信設(shè)備20除了建立和源基站的第一條通信鏈路28之外還建立與目的基站的第二條通信鏈路34。在無線通信設(shè)備20跨越進第二個小區(qū)21且對第二個小區(qū)的鏈路建立之后，無線通信設(shè)備就可以中斷第一條通信鏈路28。
在硬切換中，源基站和目的基站的操作通常相差到足以在接至目的基站的鏈路建立之前必須中斷源基站間的通信鏈路34。例如，當源基站在一個使用第一個頻帶的CDMA系統(tǒng)中而目的基站在一個使用第二個頻帶的CDMA系統(tǒng)中時，無線通信設(shè)備將不能同時保持對兩個基站的鏈接，這是因為大多數(shù)的無線通信設(shè)備不能同時收聽兩個不同的頻帶(一個發(fā)送頻帶和一個接收頻帶)。當?shù)谝粋€無線通信設(shè)備20從第一個小區(qū)19移動到第二個小區(qū)21時，與源基站10的鏈接28被中斷并且形成了一個新的與目的基站11的鏈接。
圖2b是第一、第二、第三個基站10a，10b，10c以及無線通信設(shè)備20的簡化描述。正如圖2b所示，每個基站包括GPS收發(fā)機/定時裝置203；處理電路，諸如控制處理器的62；GPS天線76，通信電路207；通信天線201。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到控制處理電路可以是通用計算機、微處理器、微機、專用狀態(tài)機、專用分立式硬件電路、專用集成電路(ASIC)或其它功能類似于控制處理器的電路。圖3詳細描述根據(jù)現(xiàn)揭示的方法和設(shè)備的講授構(gòu)成的基站10，下文將要討論。根據(jù)圖3和D所示的實施例，基站10從本質(zhì)上來說是很常規(guī)的。在一個可供選擇的實施例中，基站10包括允許基站給無線通信設(shè)備20定位的額外功能，這將在下面明確描述。通信天線201包括接收CDMA天線42來接收CDMA信號和發(fā)送CDMA天線來發(fā)送CDMA信號。由天線42接收到的信號被發(fā)送到通信電路207。通信電路207包括通信接收機44、速率檢測器61、開關(guān)63、聲碼器64、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)65、發(fā)射機69、聲碼器68以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)66。接收機44直接從天線42接收信號。實際上，接收機44包括解調(diào)器、去交錯器、解碼器以及其它電路。接收到的信號被分配給一個適當?shù)男诺溃@個信道與速率檢測器60相關(guān)聯(lián)。控制處理器62使用該檢測信號的速率來檢測語音。如果是在接收幀檢測速度，控制處理器62通過開關(guān)63將接收幀切換到聲碼器64。聲碼器64將各種不同速率編碼的信號解碼并且提供數(shù)字輸出信號作為回答。數(shù)字化的聲碼解碼信號通過D/A轉(zhuǎn)換器65和諸如揚聲器(未畫出)的輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換成語音。
從麥克風(fēng)或其它輸入設(shè)備(未畫出)輸入的語音由A/D轉(zhuǎn)換器66轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并由聲碼器68進行編碼。編碼語音被輸入到發(fā)射機69。實際上，發(fā)射機69包括調(diào)制器、交錯器和其它本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的編碼器。發(fā)射機69的輸出被饋給發(fā)送天線43。
正如圖3所示，GPS收發(fā)機/時間單元203包括接收機74和定時和頻率裝置72。定時和頻率裝置72接收來自GPS接收機74的GPS引擎的信號并且使用這些信號產(chǎn)生CDMA系統(tǒng)的正確操作的參考定時和頻率。因而，在許多這樣的CDMA系統(tǒng)中，每個區(qū)站都與GPS時間同步(也就是，使用導(dǎo)出時間上關(guān)鍵的(包括導(dǎo)頻PN序列，幀和Walsh函數(shù))GPS時基參考)。此常規(guī)定時和頻率裝置和GPS引擎在CDMA系統(tǒng)中是很普通的，并且在技術(shù)領(lǐng)域廣為所知。常規(guī)定時和頻率裝置提供頻率脈沖和定時信息。相反，現(xiàn)揭示的方法和設(shè)備中的定時和頻率裝置72還輸出仰角、偽距、衛(wèi)星識別(也就是，每個衛(wèi)星關(guān)聯(lián)的偽噪聲(PN)偏移)以及每個衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的多普勒頻移信息，來幫助無線通信設(shè)備20捕獲衛(wèi)星(也就是，減少捕獲衛(wèi)星的時間)。在常規(guī)定時和頻率裝置中的信息是可提供的，但外部設(shè)備不需要也不供給該設(shè)備。由定時和頻率裝置提供的額外信息最好用和通常的基站的定時和頻率裝置的常規(guī)做法相同的方式傳給BSC14。
圖4是關(guān)于本方法和設(shè)備的實施例中的無線通信設(shè)備的框圖。無線通信設(shè)備包括雙向天線92，適應(yīng)接收GPS信號和CDMA傳輸。在一個可選擇的本方法和設(shè)備的實施例中，接收和發(fā)送GPS信號、CDMA信號以及其它諸如可選擇的系統(tǒng)信號，將使用單獨的天線。天線92最好饋給天線共用器94。天線共用器94最好饋給接收機100并由發(fā)射機200饋給。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，時間頻率子系統(tǒng)102向接收機100、控制信號接口300和發(fā)射機200提供模擬和數(shù)字參考信號。CDMA功率控制由增益控制電路104提供。在本發(fā)明的一個實施例中，控制信號接口300是數(shù)字信號處理器(DSP)。作為選擇，控制信號接口也可以是另一種能夠提供增益控制功能的電路。控制信號接口300為無線通信設(shè)備20提供控制信號。接收機100提供射頻(RF)下變頻和中頻(IF)下變頻的第一級。數(shù)字中頻專用集成電路(ASIC)400提供中頻基帶下變頻抽樣和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換的第二級。移動解調(diào)器ASIC500搜索來自數(shù)字中頻ASIC400的數(shù)字基帶信息并對其求相關(guān)，來探知偽距，這將在下文詳細描述。
連同任何聲音和數(shù)據(jù)，偽距由移動解調(diào)器500傳遞給數(shù)字中頻調(diào)制器400。數(shù)字中頻調(diào)制器400提供接收自移動解調(diào)器500的數(shù)據(jù)的第一級IF上變頻。發(fā)射機200提供這些信號的第二級IF上變頻和RF上變頻。這些信號隨之將被發(fā)送到基站10并且將按下述方法進行處理。值得注意的是，無線通信設(shè)備20和BSC14間要傳達的位置信息，諸如無線通信設(shè)備接收到的偽距，最好由無線通信設(shè)備20通過數(shù)據(jù)猝發(fā)串類型消息向基站10傳達，諸如通過短消息服務(wù)(SMS)傳送，該SMS由美國電信工業(yè)協(xié)會/美國電子工業(yè)協(xié)會(TIA/EIA)公布的行業(yè)標準TIA/EIA/IS-167定義。這樣的消息通過基站10傳送到BSC14。作為選擇，一種新定義的的猝發(fā)串類型消息可由無線通信設(shè)備20向基站10傳送。
圖5是是本發(fā)明無線通信設(shè)備20中的接收機、控制信號接口、數(shù)字中頻，和移動解調(diào)電路部分的說明性實現(xiàn)框圖。無線通信設(shè)備的發(fā)射機部分與常規(guī)無線通信設(shè)備的發(fā)射機部分在本質(zhì)上是相同的，為簡化，在此就不作討論。在較佳實施例中，接收機100被實現(xiàn)為第一通路103和第二通路105，它們通過第一個開關(guān)106和天線共用器94與天線92連接。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到雙向通信設(shè)備和GPS接收機之間可以做到更高度的綜合。作為選擇，帶有合適接口的兩個分開的接收機可以實現(xiàn)本發(fā)明中的方法和設(shè)備。
第一條路徑103將接收到的CDMA信號進行下變頻，并且提供常規(guī)的CDMA射頻下變頻后的輸出信號。第一條路徑103包括低噪聲放大器108、第一帶通濾波器112、第一混頻器118和第二帶通濾波器126。第二條路徑經(jīng)來自圖1中GPS衛(wèi)星60、70、80或90的信號加以下變頻。第二條路徑105包括第二低噪聲放大器110、對第三帶通濾波器114進行饋給。帶通濾波器114的輸出是第二混頻器120的輸入。第二混頻器的輸出輸入第四帶通濾波器128。第一、第二混頻器分別由第一、第二本地振蕩器122和124饋給信號。第一、第二本地振蕩器在一個雙鎖相環(huán)(PLL)116的控制下工作于不同的頻率。雙鎖相環(huán)保證了每個本地振蕩器122和124保持一個參考頻率能有效地對接收到的CDMA信號(在第一混頻器118的條件下)或?qū)PS信號(在第二混頻器120的條件下)進行下變頻。
中頻解調(diào)器130的輸出是數(shù)字中頻專用集成電路中第二開關(guān)402的輸入。第一和第二開關(guān)106和402在控制信號接口的控制下工作，將接收到的信號轉(zhuǎn)為常規(guī)CDMA方式的聲音或數(shù)據(jù)輸出處理，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A/D轉(zhuǎn)換器410進行GPS處理。第三混頻器404的第二個輸入是一個本地振蕩器的輸出。混頻器404將施加的信號轉(zhuǎn)換到基帶。經(jīng)過濾波和增益控制的信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器410。A/D轉(zhuǎn)換器410的輸出包括同相(I)數(shù)字流分量和正交(Q)數(shù)字流分量。這些數(shù)字化的信息饋入數(shù)字信號處理器520，處理GPS信號并輸出用于定位的偽距信息。
在一個可供選擇的本發(fā)明的實施例中，兩個帶通濾波器126，128的輸出饋入基帶專用集成電路(ASIC)，將帶通濾波器126，128的中頻信號輸出數(shù)字化地轉(zhuǎn)換到基帶，并且輸出數(shù)值流來代表正交和同相的基帶信號。這些信號將被用于搜索器。該搜索器在本質(zhì)上和用于CDMA解調(diào)器中的搜索器相同。然而，該搜索器最好編程實現(xiàn)搜索與基站發(fā)送的CDMA信號相關(guān)的PN碼或與GPS衛(wèi)星相關(guān)的PN碼。搜索器當從基站接收CDMA信號時在CDMA信道間進行區(qū)別，并且在GPS模式下決定發(fā)射接收到的GPS信號的GPS衛(wèi)星。此外，一旦捕獲到GPS信號，搜索器指示出與PN碼關(guān)聯(lián)的時間偏移，來決定接收信號的衛(wèi)星的偽距，為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識到，可用雙變換處理(如圖5所示)、單變換和中頻抽樣技術(shù)或者直接變換，產(chǎn)生所需的I和Q抽樣。此外，圖5所示的實施例的結(jié)構(gòu)可以在許多方面改變，這并不影響本發(fā)明的方法和設(shè)備的操作。例如，通用可編程處理器可以用來代替圖5中的DSP。如果數(shù)據(jù)流通過系統(tǒng)的速率很低而不需要緩沖的話，存儲器510也是不需要的。帶通濾波器406和自動增益控制電路408在特定條件下可以被省略，使用數(shù)字技術(shù)或模擬技術(shù)，或其他明智的改變。對于圖5所示的結(jié)構(gòu)，許多其他的諸如此類的改變可被使用而無需更改本發(fā)明。此外，值得注意的是，一個可供選擇的實施例可以在GPS和無線接收機間有大部分或少部分共享的硬件軟件資源。
圖6是包含本發(fā)明所揭示的方法和設(shè)備的通信系統(tǒng)的各組成部分的高級框圖。在運作中，根據(jù)所揭示的方法，BSC14從基站10中的控制處理器62(圖3)請求GPS信息。這信息包括所有正被GPS收發(fā)機74(圖3)觀察的衛(wèi)星，它們的仰角、多普勒頻移以及在特定時刻的偽距，但不限于這些。注意到，基站10的GPS接收機擁有最新的處于視線之內(nèi)的每個衛(wèi)星的位置信息、頻率信息以及PN偏移，因為該基站總是跟蹤所有視線中的衛(wèi)星。作為選擇，基站10可以發(fā)送數(shù)據(jù)到那些可被無線通信設(shè)備20觀察到的衛(wèi)星的一部分，假如基站10存儲了有關(guān)街道寬度和周圍建筑高度的信息。這就是說，如果基站10擁有確定無線通信設(shè)備觀察一個或多個衛(wèi)星受阻隔的能力，基站10將不會發(fā)送那些關(guān)于被阻隔的衛(wèi)星的信息。
值得注意的是，相對于接受器的內(nèi)部GPS時鐘，通用GPS接收機記錄下接收衛(wèi)星信號的時間。然而，接收機的內(nèi)部GPS時鐘并不是精確地與真正的GPS時間同步。因此，接收機不能知道衛(wèi)星信號被接收的真正GPS時間的精確點。然后，導(dǎo)航算法使用第四個衛(wèi)星來修正誤差。這就是說，如果接收機內(nèi)的時鐘與每一個衛(wèi)星內(nèi)的始終精確同步，通用GPS接收機僅僅需要三個衛(wèi)星來給接收機精確定位。然而，由于接收機的時鐘并不是與衛(wèi)星時鐘精確同步，就需要額外的信息。這個額外的信息是通過記錄第四個衛(wèi)星信號被接收的時間來提供的。這可以通過注意存在四個方程式(也就是，每一個方程式分別與四個衛(wèi)星中的每一個相關(guān)聯(lián))以及四個待解未知數(shù)(也就是，接收機的x，y，z坐標，以及接收時鐘的誤差)加以理解。因此，為求三維解，一個通用GPS接收機至少需要對不同衛(wèi)星的四次測量。
相反，本系統(tǒng)使用一個與真實GPS時間同步的地球站。在一個實施例中，這樣的站是CDMA基站。本領(lǐng)域中的人員知道CDMA基站是與GPS時間同步的。在基站沒有較好的同步的情況下，時間偏移可以被校準。此外，所有通過這樣的CDMA基站使用CDMA協(xié)議進行通信的無線通信設(shè)備都與一個偏移的GPS時間同步，這對每一個無線通信設(shè)備20都是唯一的。時間偏移與信號傳送的“實際延遲”相等(也就是，由基站天線到無線通信設(shè)備天線的無線電信號延遲引發(fā)的單向延遲加上由基站傳輸鏈中的硬件延遲引起的內(nèi)部延遲所產(chǎn)生的“傳輸延遲”)。這是由于無線通信設(shè)備通過從基站接收GPS時間的指示來同步自己的時鐘(在時間/頻率子系統(tǒng)102中)。然而，在指示到達無線通信設(shè)備時，指示具有很大的偏差，這與當信號在基站和無線通信設(shè)備傳送時產(chǎn)生的實際延遲相等。通過測量信號在基站和無線通信設(shè)備間一個往返所花費的時間，可判定這個實際延遲。單向延遲將近似等于往返延遲的一半。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可用很多方法來測量往返延遲。
依照本發(fā)明，時間/頻率子系統(tǒng)102中的處理電路修正時間/頻率子系統(tǒng)的內(nèi)部時鐘來使無線通信設(shè)備與GPS時間更精確同步，這是通過計算由信號在基站10和無線通信設(shè)備20間傳送所產(chǎn)生的延遲。
值得注意的是，無線通信設(shè)備20中進行的處理在圖4所示的功能塊中被分開。然而，用來進行處理功能的典型結(jié)構(gòu)可以是單片處理器電路，功能分組與本發(fā)明所示的分組不同的一些個體電路?？蛇M行這種可供選擇的硬件中的功能分組，不影響所揭示的方法和設(shè)備的操作。這就是說，為本領(lǐng)域中的人員所知，處理功能可以在貫穿整個無線通信設(shè)備20的不同處理電路中被分離或組合，而不會明顯的影響所揭示的方法和設(shè)備的操作。
此外，基站10和無線通信設(shè)備20之間的距離可以被用來作為給無線通信設(shè)備20定位的輔助。因此，在基站10和無線通信設(shè)備20間有直接視線(LOS)的情況下，僅僅需要兩個衛(wèi)星距離測量和一個基站距離測量。在服務(wù)基站和無線通信設(shè)備間沒有直接LOS的情況下，計算一個三維位置需要三個衛(wèi)星測量和一個往返延遲測量。需要額外的衛(wèi)星測量來修正由附加延遲引入的附加距離，附加延遲由多徑效應(yīng)引起。往返延遲被用于修正無線通信設(shè)備中的時鐘誤差。
在此描述的系統(tǒng)允許一個有效的CDMA無線通信設(shè)備在任何時刻利用無線定位功能(WPF)18(圖6)來定位，只要無線通信設(shè)備20處于CDMA網(wǎng)絡(luò)的無線電覆蓋范圍內(nèi)以及有足夠好的CDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。WPF由輸入輸出端口和處理電路組成。那些本領(lǐng)域中的人員可以認識到處理電路可以是通用計算機、微處理器、微機、專用狀態(tài)機、專用離散硬件電路、專用集成電路(ASIC)或其它可完成WPF所執(zhí)行上述功能的電路。
無線通信設(shè)備定位的處理可以由無線通信設(shè)備20、網(wǎng)絡(luò)或外部實體(諸如內(nèi)部定位應(yīng)用(ILA)17、外部定位應(yīng)用(ELA)15或緊急服務(wù)應(yīng)用(ESA)13)等啟動。13、15、17的每一個既可以是硬件也可以是軟件，能夠請求和/或接收位置信息。在一個實施例中，ILA17是與BSC14連接的終端，是操作者可直接直接請求并接收關(guān)于無線通信設(shè)備的位置信息。作為選擇，ILA17可以是MSC12中的處理器執(zhí)行的軟件應(yīng)用程序。
WPF18最好是常規(guī)可編程處理器，能夠受理來自無線通信設(shè)備和衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)(也就是，兩個衛(wèi)星的偽距、無線通信設(shè)備和基站的距離以及時間修正因子)，并且能夠計算無線通信設(shè)備的位置。不管用何種方法，任何能夠接收用于計算無線通信設(shè)備位置和輸出這個位置的信息的設(shè)備可以被使用。例如，WPF18可以是專用集成電路ASIC、離散邏輯電路、狀態(tài)機、或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如BSC14)中的軟件應(yīng)用。此外，應(yīng)該知道WPF18可以位于基站10內(nèi)、BSM14內(nèi)或MSC12內(nèi)。WPF18最好是由在與BSC14通信中的專用處理器執(zhí)行的軟件應(yīng)用。相應(yīng)地，基站10、BSC14以及MSC12不需要作專門修改來用通用器件實現(xiàn)本發(fā)明。作為選擇，WPF18是由BSC14中的處理器執(zhí)行的軟件應(yīng)用。WPF18最好通過一個通信端口與BSC14通信，這個端口類似于由與常規(guī)BSC連接的處理器執(zhí)行的常規(guī)計費功能、管理功能、歸屬位置寄存器/訪問者位置寄存器功能以及其它輔助性的功能所用的端口。
Parkinson，B.W，和Spilker，J.J.編寫的《全球定位系統(tǒng)理論和應(yīng)用--卷I》(美國航空航天機構(gòu)，華盛頓特區(qū)，1996年出版)提供了計算位置的算法。另外，值得注意的是，卷II介紹了如何進行差動GPS修正。WPF18必須進行這樣的修正來精確計算無線通信設(shè)備的位置。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施，服務(wù)提供商可以根據(jù)諸如容量、安全性、業(yè)務(wù)記錄等若干條件限制定位服務(wù)。定位服務(wù)可以支持每一個或一部分下述服務(wù)(1)無線通信設(shè)備發(fā)出的定位請求(WPF)。
(2)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的定位請求(NRP)。
(3)每一服務(wù)示例的定位許可(PSI)無線通信設(shè)備為外部應(yīng)用提供暫時定位該裝置的許可，以便提供特定服務(wù)。
(4)帶有或不帶無線通信設(shè)備識別的定位(PWI/PWO)將所有處于確定地域的無線通信設(shè)備定位。PWI將給出這些設(shè)備的標識和位置，而PWO僅僅給出它們的位置。
(5)在封閉群內(nèi)的定位(PCG)考慮建立能決定定位特權(quán)的組群(車隊管理)。
根據(jù)無線通信設(shè)備20發(fā)出定位請求的所揭示方法和設(shè)備的實施例，無線通信設(shè)備20向MSC12發(fā)送定位請求。MSC12確認請求來確保無線通信設(shè)備20已經(jīng)預(yù)定了所請求的服務(wù)類型。然后MSC12向服務(wù)BSC14發(fā)送請求來查找無線通信設(shè)備20的位置。BSC14向服務(wù)基站10詢問定位輔助信息。服務(wù)基站20響應(yīng)該請求，發(fā)送(1)視線內(nèi)各衛(wèi)星的清單，(2)這些衛(wèi)星的多普勒頻移，(3)這些衛(wèi)星的多普勒變換速率，(4)這些衛(wèi)星的偽距，(5)這些衛(wèi)星的仰角，(6)這些衛(wèi)星的信噪比(SNR)，以及(7)可以確定在無線通信設(shè)備和基站間傳送所受延遲量(例如，無線通信設(shè)備和服務(wù)基站間的往返行程延遲(RTD))的指示。
值得注意的是用于決定信號在無線通信設(shè)備和基站間傳送所受的延遲量的指示可以是從基站到無線通信設(shè)備的往返行程或從無線通信設(shè)備到基站的往返行程所遭受的往返行程延遲?？赏ㄟ^記錄信號從往返行程起始點發(fā)送的時間，確定信號在往返行程遠端重新發(fā)送需要的時間，并且記錄重新發(fā)送的信號被接收的時間，進行計算。如果基站始發(fā)信號并且進行往返行程延遲的測量，那么基站就能夠(1)發(fā)送信息，無線通信設(shè)備通過這個信息可以計算基站和無線通信設(shè)備之間的單向延遲(諸如往返延遲)，或(2)計算從基站到無線通信設(shè)備的單向延遲(假如，無線通信設(shè)備上信號接收間的周轉(zhuǎn)時間或者周轉(zhuǎn)時間上的接收信息可以忽略)并向無線通信設(shè)備發(fā)送單向延遲。
同樣，如果無線通信設(shè)備始發(fā)信號并且進行往返行程延遲的測量，那么無線通信設(shè)備就能夠(1)直接從已測量的往返延遲中計算單向延遲，假如基站在接收和重發(fā)間的時間可以忽略；(2)從基站接收關(guān)于接收和重發(fā)來自無線通信設(shè)備的信號之間流逝的時間的指示，由此無線通信設(shè)備可以計算單向延遲；或(3)將已記錄的往返延遲傳回基站，基站隨之計算單向延遲并向無線通信設(shè)備傳送指示單向延遲的值。
根據(jù)所揭示的方法和設(shè)備的一個實施例，基站和無線通信設(shè)備20間的往返延遲是由基站發(fā)送的信號幀起點和基站接收的來自無線通信設(shè)備20的信號幀的起點的差異來確定的。這就是所知的由CSM(區(qū)站調(diào)制解調(diào)器)測量的第一個到達搜尋指針的搜尋指針偏移延遲。值得注意的是往返延遲是以下幾點的總和(1)前向鏈路(基站發(fā)送鏈路)的硬件延遲；(2)基站天線和無線通信設(shè)備天線間的單向傳播；(3)無線通信設(shè)備(接收和發(fā)送鏈路)中的硬件延遲；(4)無線通信設(shè)備天線和基站天線間的單向延遲。
根據(jù)美國電信工業(yè)協(xié)會/電子工業(yè)協(xié)會(TIA/EIA)公布的電信行業(yè)標準IS-95，無線通信設(shè)備需要調(diào)整它的發(fā)送定時來補償它自身的硬件延遲，這樣無線通信設(shè)備20發(fā)送的信號幀的起點和無線通信設(shè)備20接收到的信號幀的起點就對應(yīng)起來了。相應(yīng)地，條目(3)中所說的硬件延遲在一個能夠容忍的范圍內(nèi)被消除了。
條目(1)中的延遲可以被校準到約50納秒的精確度。因此，在存在視線的條件下，可以使用RTD測量來確定無線通信設(shè)備20和基站10間的距離。
注意到，基站10中的GPS接收機74始終跟蹤視線中的衛(wèi)星而能夠擁有關(guān)于衛(wèi)星的最新參數(shù)。BSC14將使用RTD、偽距、衛(wèi)星仰角、每個衛(wèi)星的多普勒頻移和多普勒變換速率，在時域和頻域中計算搜索窗口的中心和搜索窗口的大小，如下所述(見圖7)在時域上，第i個航天器(“SVi”)的搜索窗口的中心等于圖7中基站10和SVi間的偽距pb。SVi的搜索窗口的大小等于dcos(φi)，d等于基站BS與無線通信設(shè)備(圖7中的MS)間的往返延遲的一半，cos(φi)是關(guān)于地球半徑的衛(wèi)星仰角的余弦，這個半徑始于地心并且通過接收機。
注意到基站和衛(wèi)星之間的距離比基站和無線通信設(shè)備間的距離大的多，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到這層關(guān)系。相應(yīng)地，當衛(wèi)星在頭頂上時，距離值pm1、pb和pm2實質(zhì)上是相等的。當衛(wèi)星的仰角接近90度，pm1和pm2的差異將達到2d，并且搜索窗口的大小將達到d。
跟據(jù)此揭示的一個實施例，搜索窗口中心和大小可以通過以下信息進一步地精確(1)關(guān)于無線通信設(shè)備當前位置的任何信息，(2)關(guān)于無線通信設(shè)備可以從哪些其它基站(如果存在)接收信號的信息，(3)從其它基站接收到的信號的相對強度，(4)無線通信設(shè)備能夠接收輔助信號的其它基站的相對位置，(5)無線通信設(shè)備接收到的信號是否由扇區(qū)化的基站發(fā)送，并且，假如這樣的話，信號從哪一個扇區(qū)發(fā)送，以及(6)使用來自任何源(包括任何基站)的發(fā)送信號，借助有關(guān)該發(fā)送信號的到達時間或到達時間差的信息，進行三角測量的嘗試。
在頻域中，SVi的搜索窗口的中心等于fo+fdi；fo等于GPS信號的載頻，fdi等于SVi傳送的信號的多普勒頻移。SVi的搜索窗口的大小等于由于接收機的頻率誤差和多普勒變換速率引起的頻率不確定性。BSC14發(fā)送包含視線內(nèi)的衛(wèi)星、搜索窗口中心和大小、在時域和頻域兩方面的信息，以及無線通信設(shè)備20定位所需的最少衛(wèi)星數(shù)量的信息。
根據(jù)一個實施例，發(fā)送到無線通信設(shè)備的消息將在無線通信設(shè)備20中觸發(fā)重調(diào)諧信號。這消息也能夠具有“作用時間”(以后接收機將重調(diào)諧至GPS接收機頻率的具體時間)。作為回答，無線通信設(shè)備20將在作用時間激活第一、第二個開關(guān)106和402(圖5)并且由此重調(diào)諧到GPS頻率。數(shù)字中頻專用集成電路400改變它的PN發(fā)生器(未畫出)到GPS模式并且搜索所有指定的衛(wèi)星。
一旦無線通信設(shè)備20獲得所需衛(wèi)星的最低數(shù)量，它就在無線通信設(shè)備20內(nèi)的GPS時鐘的基礎(chǔ)上計算偽距，重調(diào)諧到通信系統(tǒng)頻率，并且與首次使用的三個衛(wèi)星的信噪比一起向BSC14發(fā)送偽距結(jié)果和最新的CDMA導(dǎo)頻搜索結(jié)果。如果設(shè)備不能獲得三個衛(wèi)星并且服務(wù)基站與無線通信設(shè)備20間沒有直接的視線通路，那么就需要導(dǎo)頻測量結(jié)果。但是，只要能用可獲得的信息(諸如導(dǎo)頻搜索信息)計算諸如另一基站的另一的往返延遲，也能用少于三個衛(wèi)星?；趯?dǎo)頻搜索信息的確定往返延遲的技術(shù)廣為人知。
BSC14，和服務(wù)基站10的位置、相應(yīng)的往返延遲測量、在考慮中的(關(guān)于一個固定的、預(yù)先確定的參考起點)衛(wèi)星的位置(空間中)、以及計算無線通信設(shè)備20位置的WPF18的差動GPS修正一起，發(fā)送無線通信設(shè)備20產(chǎn)生的偽距測量。通過BSC14無線通信設(shè)備20接收到的和傳到WPF18的偽距是與無線通信設(shè)備20內(nèi)的時鐘相對的。因此，它們是錯誤的(也就是，由服務(wù)BTS10和無線通信設(shè)備20間的往返延遲引起偏差)。圖8顯示了WPF18是如何修正本地時鐘偏差的。在圖8中，δ1表示收到從基站10到無線通信設(shè)備20的信號時的偽距(往返延遲的一半)，反之亦然；pm1，pm2和pm3是無線通信設(shè)備20到第一、第二、第三個被選GPS衛(wèi)星60、70、80的偽距。這些測量是相對于無線通信設(shè)備20的本地時鐘進行的。但是由于本地時鐘有對于GPS時間的偏移δ1，修正的偽距就是ρ1＝pm1+δ1ρ2＝pm2+δ1ρ3＝pm3+δ1WPF18使用上述三個方程、三個衛(wèi)星的位置(空間中)、服務(wù)基站的位置以及相應(yīng)的RTD測量來計算無線通信設(shè)備20的位置。注意到RTD相當于知道無線通信設(shè)備本地時鐘相對于真實GPS時間的偏差。這就是說，解來自三個衛(wèi)星的三個偽距方程就足夠了。此外，如果在基站和無線通信設(shè)備間存在直接傳輸路徑，由于RTD能被用于確定時鐘偏差和基站的偽距測量，那么三個衛(wèi)星就可以提供超定解。
同樣注意到，如果無線通信設(shè)備20和基站10之間有直接的視線連接，使無線通信設(shè)備20和基站10間的距離可以由它們之間的RTD直接確定，所需的衛(wèi)星的最少數(shù)量可以減至兩個。如果其它導(dǎo)頻(站點)的信息能夠使用的話，這個數(shù)量還可以進一步減少。例如，如果無線通信設(shè)備20正在與兩個或更多的基站通信(例如，軟切換)，沒有一個基站與無線通信設(shè)備間有直接的視線，則計算不止一個往返延遲，并且因此兩個衛(wèi)星都是給無線通信設(shè)備20定位所需要的。這就是說，計算可以基于五個方程(兩個與兩個衛(wèi)星偽距測量相關(guān)的方程、兩個與兩個基站RTD測量相關(guān)的方程，以及一個與服務(wù)基站相關(guān)的允許無線通信設(shè)備20將本地時鐘與GPS時間同步的RTD的方程)。這在GPS衛(wèi)星被建筑物和樹木遮擋的情況下是十分有用的。WPF18發(fā)送已計算的位置信息到BSC14，并且BSC14發(fā)送這個信息到MSC12或直接將它發(fā)送到無線通信設(shè)備20。
除了使用來自其它基站的RTD，本發(fā)明還能夠使用來自不同基站或來自基站和衛(wèi)星之間的導(dǎo)頻之間的到達時間差(TDOA)來輔助確定無線通信設(shè)備的位置。除了來自GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星信號的TDOA之外，這樣的TDOA也被使用。當至少一個同步的基站可用(也就是，基站與GPS時間同步)或可提供至少兩個非同步的基站(也就是，基站之間互相同步，但不與GPS時間同步)以及少于所需的可用衛(wèi)星的數(shù)量時，這樣的使用有助于確定無線通信設(shè)備的位置。來自前向鏈路的TDOA測量的使用，甚至能夠在缺少RTD信息的情況下減少衛(wèi)星的數(shù)量。
下面是幾種本發(fā)明的實施例的描述，這些實施例使用前向鏈路信息來輔助進行無線通信設(shè)備的定位。應(yīng)該認識到本發(fā)明中的設(shè)備從本質(zhì)上來說是通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用電路、狀態(tài)機、專用集成電路或其它本領(lǐng)域公知的能實現(xiàn)本發(fā)明功能的電路。
為了定位無線通信設(shè)備，未知數(shù)(例如，設(shè)備的x，y，z坐標和確切時間)的數(shù)量必須符合包含這些未知數(shù)的方程的數(shù)量。下述方程用于每一對進行TDOA測量的信號(例如，每一對信號包括由第一個基站BS1傳送的一個信號和由第二個基站BS2傳送的一個信號)TDOAbs1,bs2,wcd=]]>Δt+[(xbs1-xwcd)2+(ybs1-ywcd)2+(zbs1-zwcd)2-(xbs2-xwcd)2+(ybs2-ywcd)2+(zbs2-zwcd)2/c]]]>其中TDOAbs1，bs2，wcd是無線通信設(shè)備(wcd)從第一個基站(bs1)以及第二個基站(bs2)接收的信號間的TDOA；Δt是用于產(chǎn)生每個信號源傳送的信號的時鐘的偏差以及基站bs1和bs2的內(nèi)部BS延遲間的任何差異；xbs1是定位基站bs1的x坐標；xbs2是定位基站bs2的x坐標；
ybs1是定位基站bs1的y坐標；ybs1是定位基站bs2的y坐標；zbs1是定位基站bs1的z坐標；zbs2是定位基站bs2的z坐標；xwcd是定位無線通信設(shè)備的x坐標；ywcd是定位無線通信設(shè)備的y坐標；ywcd是定位無線通信設(shè)備的y坐標。
就上述方程而言，未知數(shù)是無線通信設(shè)備的x，y，z坐標和Δt?？蓪πl(wèi)星TDOA的測量寫出相類似的方程。因為有四個未知數(shù)，就必須有四個這樣的方程，其中需要任何組合的至少四個衛(wèi)星或基站，并假設(shè)Δt對于衛(wèi)星和基站來說是常量。如果這種假設(shè)不正確的話(也就是，基站沒有與GPS時間同步)，那么將加入一個額外的未知數(shù)，所以也就需要一個額外的信號源。此外，如果基站和GPS不同步，那么至少需要兩個衛(wèi)星和至少兩個基站以便衛(wèi)星和基站都用。
如果通信基站之間相對同步，相對于每個其它導(dǎo)頻的每個導(dǎo)頻的TDOA可以利用上述方程確定。如果基站也同步于GPS時間，就與CDMA通信基站的情況相同，使用都與GPS時間同步的前向鏈路導(dǎo)頻TDOA和衛(wèi)星TDOA的方法在此稱為“同步GPS/前向鏈路模式”。
在通信基站沒有和GPS時間同步的情況下，使用前向鏈路TDOA和衛(wèi)星TDOA的方法在此稱為“異步GPS/前向鏈路模式”。在這種情況下，“異步”指，用于進行前向鏈路到達時間測量的時間參考與用于GPS衛(wèi)星信號到達時間測量的時間參考之間存在未知的偏差。應(yīng)該認識到“異步”這個術(shù)語并不意味著基站之間沒有互相同步，也不意味著GPS衛(wèi)星之間沒有互相同步。實際上，每個基站都較佳的與其它每一個基站同步，使得可相對于每個其它基站確定基站能接收的每個信號的到達時間差。同樣，在GPS組合中每個GPS衛(wèi)星都與其它衛(wèi)星互相同步。
圖A-D討論了由三個基站10a、10b、10c產(chǎn)生和傳送的導(dǎo)頻PN序列間的定時。值得注意的雖然基本上對于一個CDMA系統(tǒng)說明現(xiàn)揭示的方法和設(shè)備，當把它用于與GPS時間無關(guān)的同步通信系統(tǒng)，比如時分多址接入(TDMA)通信系統(tǒng)時，異步GPS/前向鏈路模式是非常有用的。
同步GPS/前向鏈路模式圖9說明了由三個基站傳送的導(dǎo)頻PN序列間的關(guān)系。圖9顯示了三個導(dǎo)頻PN序列901、903和905，每個導(dǎo)頻PN序列有編號從1至9的九個芯片?！靶酒痹谶@里定義為偽隨機(PN)噪聲序列中的信息的最小單元。每個芯片具有二進制值(或邏輯值)(也就是1或0)。
導(dǎo)頻PN序列在本發(fā)明中被定義為長度為N的序列，每隔N個芯片重復(fù)(圖示中N＝9芯片)，任何連續(xù)N芯片的序列中N是隨機的。那些本領(lǐng)域中的人員應(yīng)該知道由CDMA基站傳送的導(dǎo)頻PN序列大約有215個芯片長度。然而，為了簡單而清楚地描述本發(fā)明，圖9所示的導(dǎo)頻PN序列僅僅只有9個芯片的長度。
圖9顯示了三個導(dǎo)頻序列901、903、905的時隙，這三個導(dǎo)頻序列由三個基站10a、10b、10c的控制處理器產(chǎn)生。每個基站10產(chǎn)生一個這樣的導(dǎo)頻PN序列。CDMA通信系統(tǒng)中的每一個基站10傳送同樣的導(dǎo)頻PN序列。然而，由每個基站10b、10c產(chǎn)生的導(dǎo)頻PN序列的始端由控制處理器62有意偏移一段預(yù)先設(shè)定的時間。為了進行本討論，基站10a內(nèi)的控制處理器傳送一個“零偏PN序列”。零偏PN序列是作為每個其他PN序列的參考。據(jù)此，產(chǎn)生零偏PN序列的控制處理器62引入零偏移(因而稱為“零偏PN序列”)。同樣應(yīng)該注意的是，本發(fā)明并不需要任何特定的基站來產(chǎn)生零偏PN序列。展示零偏PN序列僅僅是為了說明性目的。那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該知道在常規(guī)的CDMA通信系統(tǒng)中，每個導(dǎo)頻PN序列偏移與每一個基站是一一對應(yīng)的。這就是說，每個基站都被指定一個唯一的偏移并且以這個偏移產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列。
由每個基站10a，10b的控制處理器62有意引入的偏移有一段持續(xù)時間，它等于傳送整數(shù)個芯片所需的時間。在通信系統(tǒng)中，對于每個基站來講，偏移是唯一的。在圖9所示的例子中，零偏PN序列901由基站10a的控制處理器62產(chǎn)生，以T0作為起始時間，Tend作為結(jié)束時間。在一個CDMA通信系統(tǒng)中，時間T0和Tend是相對于GPS時間預(yù)先確定的時間。因為導(dǎo)頻PN序列是固定長度和重復(fù)的，導(dǎo)頻PN序列的起點將出現(xiàn)在相對于GPS時間的規(guī)則的可預(yù)測的間隔上。
第一個這樣的導(dǎo)頻PN序列901是零偏PN序列，用于定時參考。第二個這樣的導(dǎo)頻PN序列903始于T1并且偏離零偏PN序列8個芯片。因而，當產(chǎn)生零偏PN序列901的基站10a產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列903的第一個芯片907時，產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列903的基站產(chǎn)生第九個芯片909。導(dǎo)頻PN序列905始于T2并且偏離零偏PN序列3個芯片。因此，當零偏PN序列產(chǎn)生第一個芯片907時，產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列905的基站產(chǎn)生第四個芯片911。每個基站同步于基站時間。因此，系統(tǒng)中的每個基站能夠同步產(chǎn)生對系統(tǒng)中其他基站的導(dǎo)頻PN序列偏移?？梢钥闯觯词共恢懒闫蛄械钠鹗紩r間，也能確定產(chǎn)生每個信號時導(dǎo)頻PN序列903和導(dǎo)頻PN序列905間的偏移是四個芯片。
那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將知道，真實的GPS時間能夠在任何擁有GPS接收機和處理器的基站中通過從接收自四個衛(wèi)星的GPS信號，計算一個完整的關(guān)于基站位置的解答中獲得。這樣一個完整的解答將輸出接收基站10a的坐標x，y，z和GPS時間t，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。較廣義而言，真實的GPS時間可以通過利用N+1個衛(wèi)星計算位置的N維解答精確確定出來。基站10a將相應(yīng)使零偏PN序列901起始于相對于真實GPS時間的特定時間。
應(yīng)該注意到，不需要知道零偏PN序列起始的絕對時間，因為無線通信設(shè)備的兩個接收信號的到達時間差是由相對測量確定的。一旦無線通信設(shè)備確定了能夠接收基站發(fā)送的導(dǎo)頻信號，接收機隨之從基站發(fā)送的“同步”信號中解調(diào)信息。同步信號上的解調(diào)信息包含對導(dǎo)頻序列施加的PN偏移(相對于零偏PN序列)。因此，零偏PN序列充當基準，來確定由CDMA通信系統(tǒng)中的每個基站傳送的每個導(dǎo)頻PN序列相對時間。
然而，雖然每一個CDMA基站10中的控制處理器62同步于GPS時間，存在與傳送每個導(dǎo)頻PN序列901到發(fā)送基站10的通信天線201中的發(fā)送天線43輻射中心關(guān)聯(lián)的傳播延遲。這個貫穿發(fā)送鏈的硬件延遲(以下被稱為“內(nèi)部BS延遲”)在導(dǎo)頻PN序列關(guān)于真實GPS時間的起始時間(也就是，控制處理器62上的導(dǎo)頻PN序列起始時間)與導(dǎo)頻PN序列從天線43的輻射中心發(fā)送的開始時間之間，引入了偏移。內(nèi)部BS延遲也許在每個基站10中不同。因而，CDMA基站在基站發(fā)射天線43的輻射中心上不是精確地與GPS時間同步，或者互相同步。這個精確度對于通信并不會產(chǎn)生重大問題，但是當試圖非常確切地確定到達時間差以進行定位時會帶來問題。
圖10顯示了由內(nèi)部BS延遲引起的對導(dǎo)頻PN序列901、903、905的相對時間的影響。第一個導(dǎo)頻PN序列901從Ta延遲到Tb。同樣，導(dǎo)頻PN序列903從Ta延遲到Td。導(dǎo)頻PN序列905從Ta延遲到Tc。圖10中可以看出相對導(dǎo)頻PN序列901，導(dǎo)頻PN序列903和導(dǎo)頻PN序列905各自偏移一段時間S1＝Tb-Td和S2＝Tb-Tc，這是由于貫穿每個基站10的內(nèi)部BS延遲的差異。為了精確確定在無線通信設(shè)備20上接收的來自三個基站10的三個導(dǎo)頻信號209、211、213的TDOA，必須知道相對偏移S1和S2。
每個基站10的內(nèi)部BS延遲和相對偏移S都不會隨著時間的流逝而發(fā)生大變化。相應(yīng)的，在本發(fā)明的一個實施例中，能在基站啟動的時候測量每個基站10的內(nèi)部延遲，或者相對偏移S。作為選擇，內(nèi)部BS延遲或者相對偏移S能夠在規(guī)則的間隔加以確定，并且被發(fā)送到無線通信設(shè)備。在另一個實施例中，內(nèi)部BS延遲或相對偏移S能連續(xù)確定并可按需要，以規(guī)則的間隔或響應(yīng)值的變化，傳送到無線通信設(shè)備。
測量CDMA基站中(或來自其它與GPS時間同步的基站)的內(nèi)部BS延遲和相對偏移的一種方法是使用位于已知距離的遠端同步站(也就是，已知從基站10的天線到遠端同步站的延遲)來接收來自基站10的導(dǎo)頻PN序列。圖11顯示了這樣一個位于離多數(shù)基站10a、10b、10c已知距離的遠端同步基站1101的簡單框圖。遠端同步基站1101由時鐘1103、接收機1105、發(fā)射機1107以及處理電路1109組成。因為基站10a、10b、10c和遠端同步站1101的距離是固定的，這樣一個能夠從不止一個基站接收信號并且在已知位置上工作的遠端同步站能被用于確定基站間的偏移。因為能對位于已知位置的遠端同步站方便地確定來自已知位置的源的信號的到達時間偏差，所以遠端同步站1101能確定預(yù)期的到達時間差與測量的到達時間差之間的差異。
作為選擇，如果遠端同步站1101有GPS接收機，它就能確定下述所引入的延遲。基站能從GPS接收機確定真實GPS時間。基站也能確定基站10中的控制處理器62產(chǎn)生信號的時間，因為基站將在一個相對于GPS時間的預(yù)定時間產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列。
圖12是使用已知距離處或能以已知發(fā)送延遲對該處發(fā)送信號的遠端同步站1101確定基站控制處理器62和發(fā)射天線43的輻射中心之間引入的延遲用的方法的說明。如圖所示，導(dǎo)頻PN序列在第一個時間t1產(chǎn)生。導(dǎo)頻PN序列從基站傳送到發(fā)射天線43的輻射中心并且在時間t2開始發(fā)射。相應(yīng)地，因為相對于真實GPS時間，t1和t2都是已知的，所以導(dǎo)頻PN序列從控制處理器62傳送到遠端同步站1101所需的時間也是已知的。此外，因為信號經(jīng)過的距離和/或者路徑可以測量并確定，信號從發(fā)射天線62到遠端同步站1101傳送所需的時間(也就是，時間t1和t2的差異)是已知的。
確定時間t1和t2的差異的一種方法是測量往返延遲。例如，接收信號的無線通信設(shè)備可以是適合提供基站10和電話間的往返延遲的通用的無線移動電話。作為選擇，基站10可以是能夠確定基站10與無線通信設(shè)備間的往返延遲的通用基站。那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將知道這些是確定產(chǎn)生于基站10與無線通信設(shè)備間的傳輸延遲的幾種方法。一些其它眾所周知的技術(shù)能用于進行這項測量。那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也同樣會認識到遠端同步站1101可以是通用的無線電話、專門設(shè)計用于執(zhí)行同步功能的測試設(shè)備或任何其它能適應(yīng)執(zhí)行在此描述的功能的接收機，諸如另一個基站。
一旦這些值已知，時間上t1和t2的差異可以通過從t1和t3間的時間減去t2和t3間的時間產(chǎn)生的t1和t2間的時間中計算出來。
圖13顯示了根據(jù)同步GPS/前向鏈路模式計算基站TDOA的方法。如圖13所示，三個基站10a、10b、10c中的每一個基站在相同時間T1產(chǎn)生導(dǎo)頻PN序列。然而，每個基站10a、10b、10c擁有不同的內(nèi)部BS延遲。因而，第一個基站10a在時間T2傳送基站10a產(chǎn)生的導(dǎo)頻PN序列，第二個基站10b在時間T3傳送基站10b產(chǎn)生的導(dǎo)頻PN序列，第三個基站10c在時間T4傳送基站10c產(chǎn)生的導(dǎo)頻PN序列。每個基站內(nèi)的內(nèi)部BS延遲可如上所述那樣確定。一旦確定了，內(nèi)部BS延遲能被或者保存在或者傳送到無線通信設(shè)備。
一旦三個導(dǎo)頻PN序列分別由相關(guān)基站10傳送，每個導(dǎo)頻PN序列會遇到不同的從傳送基站10的發(fā)射天線43的輻射中心通過空中傳播到接收無線通信設(shè)備20的傳輸延遲?？梢钥闯龌?0a和基站10b間的TDOA，例如，好像是時間T6和T7間的差異。然而，因為到達時間差僅僅應(yīng)該測量信號在空中傳輸所需時間的差異，必須考慮由在從控制處理器62到發(fā)射天線43的輻射中心傳送導(dǎo)頻PN序列中遇到的內(nèi)部BS延遲的差異引入的誤差。這可以通過簡單的從時間T5，T6和T7中減去已知的內(nèi)部BS延遲產(chǎn)生時間T8，T9和T10。相應(yīng)地，修正的TDOA就是三個時間T8，T9和T10中每對時間的差異。此外，減去內(nèi)部BS延遲可以使每個基站與GPS時間同步。因此，因為每個GPS衛(wèi)星與GPS時間同步，基站信號的到達時間和衛(wèi)星信號的到達時間可以一起用來形成TDOA值，用于最小均方TDOA等式，這在本領(lǐng)域中廣為人知。那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認識到由于衛(wèi)星信號與基站信號同步，從基站和衛(wèi)星傳送的導(dǎo)頻PN序列間的關(guān)系就已知了。相應(yīng)地，不需要知道信號從基站或衛(wèi)星傳送的確切時間，就知道相對于衛(wèi)星信號傳送時間的基站信號傳送時間。因此，通過從任何其它來自基站或衛(wèi)星的信號中減去任何來自基站或衛(wèi)星的信號的到達時間，能精確定到達時間差。
異步GPS/前向鏈路模式如同同步GPS/前向鏈路模式中的情況，異步GPS/前向鏈路模式假設(shè)所有的基站互相同步。然而，在異步模式下，前向鏈路上接收的信號的到達時間差不能與GPS信號的到達時間組合產(chǎn)生有意義的TDOA測量，這在同步GPS/前向模式中是可行的。反之，來自基站的信號的到達時間僅僅可以與來自其它基站的信號到達時間組合形成TDOA測量。同樣，來自GPS衛(wèi)星的信號的到達時間僅僅可以與來自其它衛(wèi)星的信號到達時間組合形成TDOA測量。
但是，如果無線通信設(shè)備能從N個基站(N至少等于2)接收信號，那么，所有所需的就是來自4-N-1個衛(wèi)星的信號。任何能被接收到的附加的衛(wèi)星將提供超定解，從而產(chǎn)生更可靠和精確的解。同樣本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)現(xiàn)的揭示還會認識到兩個或更多的非同步系統(tǒng)可以組合在一起來減少所需衛(wèi)星的數(shù)量到4-(N1-N2...-Nx)-X，其條件為除了衛(wèi)星系統(tǒng)外還有X個系統(tǒng)，每個這樣的系統(tǒng)有至少一個能被無線通信設(shè)備接收的基站，并且系統(tǒng)X的N個能被接收的基站。
此外，異步GPS/前向模式中確定內(nèi)部BS延遲的差異的過程與同步GPS/前向模式中的過程不同，這是由于基站與GPS時間不同步。在異步GPS/前向模式下，接收機接收來自通信系統(tǒng)中至少兩個基站的信號。接收機置于已知位置上，以便知道每對基站傳送的信號間的TDOA。相應(yīng)地，TDOA的已知值與測量值之間的差異與內(nèi)部BS延遲的差異(以及基站間的任何時鐘偏差)相等。對每一對基站，都進行這樣的測量。當計算TDOA值時必須考慮到這些差異，或被存儲，或被傳送到無線通信設(shè)備的位置20。作為選擇，這些差異可以或者被儲存，或者被傳送到WPF18中，來自無線通信設(shè)備20的TDOA測量將被發(fā)送到WPF18中。在這種情況下，WPF18修正TDOA以考慮基站間的同步誤差。如果傳送計算值，它們將在新基站啟動時刻，按照需要，以規(guī)則定時時間隔或根據(jù)變化加以傳送。
這里描述的GPS/前向鏈路模式將每個基站作為“偽衛(wèi)星”處理。把偽衛(wèi)星定義為傳送同步于衛(wèi)星的信號并且能與衛(wèi)星一起用于TDOA測量的設(shè)備。WPF18儲存基站年歷，包括基站位置、天線高度、天線特性(天線方向圖和增益)、基站結(jié)構(gòu)(如扇區(qū)數(shù)量、扇區(qū)方向以及每個扇區(qū)的時鐘誤差)。這樣，定位系統(tǒng)會認為所有無線通信設(shè)備接收的信號具有一個共用的時間參考(也就是，作為接收信號參考的GPS時間)。應(yīng)該注意到本發(fā)明揭示的方法和設(shè)備既可以使用前向也可以使用反向鏈路測量，如果它們是可行的。這就是說，在多個基站根據(jù)無線通信設(shè)備傳送的信號進行的同類測量可以用來代替或加入無線通信設(shè)備接收到的信號。相同的技術(shù)將適用。然而，到達時間的信息必須傳送到一個公共的位置，以使確定每個基站上來自無線通信設(shè)備的信號的相對到達時間差異。
在這里，參照特定應(yīng)用的特定實施例說明了該揭示的方法和設(shè)備。具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且理解本講授的人員將認識到在本發(fā)明范圍之內(nèi)的另外的修正、應(yīng)用和實施例。因此要由所附權(quán)利要求書涵蓋任何這樣的在本發(fā)明范圍之內(nèi)的應(yīng)用、修正、和實施例。
權(quán)利要求
1.一種將無線通信設(shè)備中產(chǎn)生的到達時間測量與全球定位系統(tǒng)(GPS)時間同步的系統(tǒng)，包括a)接收機，用于接收i)無線通信系統(tǒng)上產(chǎn)生的到達時間測量，以及ii)來自外部與GPS時間同步的源的信號，來自外部源的信號包含用于確定外部源與無線通信設(shè)備之間傳送的信號遭受的延遲量的指示；b)處理電路，用于按照與在外部源和無線通信設(shè)備間傳送的信號遭受的延遲相等的量調(diào)整接收的到達時間測量。
2.如權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其特征在于能確定延遲量的指示是基站與無線通信設(shè)備間信號往返遭受的延遲量的指示。
3.如權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其特征在于能確定延遲量的指示是從基站向無線通信設(shè)備發(fā)送的信號遭受的延遲量的直接指示。
4.一種無線定位功能，用于帶有基站的通信系統(tǒng)，該基站配置成向無線通信設(shè)備提供全球定位系統(tǒng)(GPS)時間，并且確定從提供GPS時間的基站到無線通信設(shè)備傳送的信號遭受的延遲，無線定位功能配置成a)接收i)到達時間信息，該信息與無線通信設(shè)備接收的來自至少一個遠離無線通信設(shè)備的設(shè)備的信號關(guān)聯(lián)，所述至少一個的設(shè)備包含至少一個通信系統(tǒng)基站，所述到達時間信息參考無線通信系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)時鐘，該系統(tǒng)時鐘與GPS時間偏差；ii)能確定GPS時間與系統(tǒng)時間之間的偏移的信號；b)根據(jù)接收到的信息確定無線通信設(shè)備的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的無線定位功能，其特征在于至少一個設(shè)備包含至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星。
6.如權(quán)利要求4所述的無線定位功能，其特征在于至少一個設(shè)備包含n-m個衛(wèi)星和m個基站，每個基站與其它基站同步，并且以(n+m)維位置的解確定位置，其中n和m是非負整數(shù)，包括0，并且在(n+m)的值大于3處，提供超定三維解。
7.如權(quán)利要求4所述的無線定位功能，其特征在于至少一個設(shè)備包含n個衛(wèi)星，并且以一個n維位置解確定位置。
8.如權(quán)利要求4所述的無線定位功能，其特征在于至少一個設(shè)備包含n個衛(wèi)星，m個同步于GPS時間的基站，p個互相同步的基站，并且以一個(n+m+p-1)維的解確定位置，其中n是非負整數(shù)，包括0，m是大于0的整數(shù)，p是大于1的整數(shù)，并且在(n+m+p-1)大于3處，提供了一個超定三維解。
9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于無線定位功能駐留于基站收發(fā)機子系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于無線定位功能駐留于于基站控制器。
11.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于無線定位功能駐留于于專用定位設(shè)備。
12.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于無線定位功能駐留于于無線通信設(shè)備。
13.一種用于使無線通信設(shè)備同步于全球定位系統(tǒng)(GPS)時間的系統(tǒng)，包括a)接收機，配置成從同步于GPS時間的外部源接收信號，來自外部源的信號包含能確定外部源與接收機間傳送的信號遭受的延遲量的指示，從基站發(fā)送包含GPS時間指示的信號還包含GPS時間指示；b)時間/頻率電路，包含i)時鐘；ii)處理電路，配置成對外部源與無線通信設(shè)備間傳送的信號遭受的延遲調(diào)整接收到的GPS時間之后，使時鐘同步于接收到的GPS時間。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于處理電路被進一步配置成相對于同步時鐘確定來自任何源的信號的到達時間(TOA)。
15.權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包含控制處理器，用于從n個到達時間的測量確定無線通信設(shè)備的n維位置，其中到達時間的測量指示從n個衛(wèi)星接收的信號的到達時間。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于控制處理器駐留于基站收發(fā)機子系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于控制處理器駐留于基站控制器。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于控制處理器駐留于專用定位設(shè)備。
19.一種將無線通信設(shè)備中產(chǎn)生的到達時間測量與全球定位系統(tǒng)(GPS)時間同步的系統(tǒng)，包括a)接收機，配置成從同步于GPS時間的外部源接收信號，來自外部源的信號包含能確定外部源與接收機間傳送的信號遭受的延遲量的指示，從基站發(fā)送包含GPS時間指示的信號還包含GPS時間指示；b)時間/頻率電路，包括i)時鐘；ii)處理電路，連接時鐘，配置成(1)相對于時鐘確定接收機接收到的信號的到達時間；(2)按照與外部源和無線通信設(shè)備間傳遞的信號遭受的延遲相等的量調(diào)整到達時間。
20.一種無線定位功能，包括a)接收機，配置成接收i)“系統(tǒng)1到達時間”(TOA)信息，指示出無線通信設(shè)備接收L個同步系統(tǒng)源發(fā)出的L個第一系統(tǒng)信號的時間，L是大于1的正整數(shù)；ii)“系統(tǒng)2TOA”信息，指示出無線通信設(shè)備接收M個同步系統(tǒng)源發(fā)出的M個第二系統(tǒng)信號接收的時間，M是大于1的正整數(shù)；b)處理器，與接收機連接，配置成從系統(tǒng)1的TOA信息和系統(tǒng)2的TOA信息，計算n維位置解，其中n小于或等于(L+M-2)。
21.如權(quán)利要求20所述的無線定位功能，其特征在于第一系統(tǒng)是衛(wèi)星定位系統(tǒng)，第一系統(tǒng)源是衛(wèi)星，第二系統(tǒng)是一個通信系統(tǒng)，第二系統(tǒng)源是基站。
22.如權(quán)利要求20所述的無線定位功能，其特征在于處理器進一步配置成a)從“系統(tǒng)1TOA”信息，確定系統(tǒng)1的每對信號的到達時間差(TDOA)；b)從“系統(tǒng)2TOA”信息，確定系統(tǒng)2的每對信號的到達時間差(TDOA)；c)從P個“系統(tǒng)1信號”間的TDOA測量以及Q個“系統(tǒng)2信號”間的TDOA測量，計算n維位置解，其中n小于或等于(P+Q)，并且P和Q都是正整數(shù)。
23.如權(quán)利要求22所述的無線定位功能，其特征在于“系統(tǒng)1”是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，“系統(tǒng)2”是通信系統(tǒng)，在通信系統(tǒng)中可使每個基站與其它每個基站同步。
24.一種無線定位功能包括a)接收機，配置成接收i)“系統(tǒng)1到達時間”(TOA)信息，指示出無線通信設(shè)備接收L個同步系統(tǒng)源發(fā)來的L個第一系統(tǒng)信號的時間，L是大于1的正整數(shù)；ii)“系統(tǒng)2TOA”信息，指示出無線通信設(shè)備接收M個同步系統(tǒng)源發(fā)來的M個第二系統(tǒng)信號的時間，M是大于1的正整數(shù)；iii)“系統(tǒng)3TOA”信息，指示出無線通信設(shè)備接收I個同步系統(tǒng)源發(fā)來的I個第三系統(tǒng)信號的時間，I是大于1的正整數(shù)；b)處理器，與接收機連接，配置成從系統(tǒng)1的TOA信息、系統(tǒng)2的TOA信息以及系統(tǒng)3的TOA信息，計算n維位置解，其中n小于或等于(L+M+I-3)，以及超定三維解，如果(L+M+I-3)大于3。
25.一種用于確定搜索全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星的搜索窗口中心的無線通信設(shè)備，包括a)用于接收來自基站的信號的接收機，該信號包括GPS衛(wèi)星的定時指示；b)GPS接收/定時單元；c)控制處理器，與接收機和GPS接收/定時單元耦合，配置成使用接收到的GPS衛(wèi)星定時及時確定搜索窗口中心，以加速搜索那個衛(wèi)星。
26.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于通過使用基站中基站與無線通信設(shè)備通信的特定扇區(qū)，進一步確定搜索窗口中心。
27.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于通過使用無線通信設(shè)備用以接收來自其它基站的信號的強度，進一步確定搜索窗口中心的信息。
28.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于所述信息進一步基于無線通信設(shè)備上的來自至少兩個基站的信號間的到達時間差。
29.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于所述信息進一步基于無線通信設(shè)備最近所在處的先驗知識。
30.一種遠端同步站，包括a)接收機，配置成接收來自至少兩個基站的信號，至少兩個基站間的到達時間差(TDOA)實質(zhì)上是已知的值；b)時鐘；c)處理電路，與接收機和時鐘耦合，配置成i)測量來自基站信號的到達時間；ii)測量至少每一對已知TDOA的基站的TDOA；iii)計算每一對已知TDOA的基站的TDOA測量值與已知TDOA的差異。
31.權(quán)利要求30所述的遠端同步站，其特征在于進一步包含發(fā)射機來傳送已計算的差異。
32.如權(quán)利要求30所述的遠端同步站，其特征在于處理電路內(nèi)包含時鐘。
33.如權(quán)利要求30所述的遠端同步站，其特征在于已知TDOA由接收機接收。
34.一種無線定位功能包括a)輸入端口；b)輸出端口；c)處理電路，與輸入端口和輸出端口耦合，配置成i)從輸入端口接收到達時間信息，指示出無線通信設(shè)備接收的多個已知位置信號源發(fā)來的信號的時間，至少一些信號源是基站信號源；ii)從輸入端口接收表示每一對基站信號源的測量TDOA與已知TDOA的差異的值；iii)從每個信號源的接收到達時間信息，計算每一對信號源的TDOA；iv)使用每對信號源的測量TDOA與已知TDOA的差異，調(diào)整每對基站信號源之間的TDOA；v)使用調(diào)整的每對接收到差異的信號源的TDOA和未調(diào)整的每對未接收到差異的信號源的TDOA，來計算無線通信設(shè)備的位置。
35.一種遠端同步站包括a)接收機，配置成接收來自基站的信號，基站發(fā)送信號的時間和傳輸延遲是已知值；b)時鐘，與每個基站的時鐘同步；c)處理電路，與接收機和時鐘耦合，配置成i)測量來自基站的信號的到達時間；ii)按照到達時間與從基站的發(fā)送的信號的傳輸時間的差異，計算傳輸延遲；iii)計算所計算的傳輸延遲與已知傳輸延遲的差異。
36.權(quán)利要求35所述的遠端同步站，其特征在于進一步包括了發(fā)射機，該發(fā)射機與處理電路耦合并且用于傳送計算出的實際延遲與已知延遲的差異。
37.一種無線通信設(shè)備，包括a)接收機，配置成接收信號，該信號包含延遲指示，指示出在無線通信設(shè)備和基站間傳送信號所需時間，該基站位于已知位置上；b)處理電路，配置成根據(jù)延遲指示確定全球定位系統(tǒng)(GPS)的搜索窗口的大小。
38.一種無線通信設(shè)備，包括a)接收機，配置成接收來自基站的信號，基站的位置以及基站與無線通信設(shè)備間的大致距離是已知的；b)處理電路，配置成根據(jù)基站與無線通信設(shè)備間的位置和大致距離確定全球定位系統(tǒng)(GPS)搜索窗口中心。
39.一種無線通信設(shè)備，包括a)接收機，用于接收碼分多址(CDMA)信號；b)接收機，用于接收全球定位系統(tǒng)(GPS)信號；c)處理電路，用于使CDMA信號與CDMA碼相關(guān)，使GPS信號與GPS碼相關(guān)。
全文摘要
一種使用全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星和與GPS時間同步或非同步的基站進行定位的無線通信設(shè)備的方法和設(shè)備。非同步基站之間互相同步。考慮從基站收到GPS時間信息的無線通信設(shè)備接收的到達時間信息被傳給無線通信設(shè)備的信號遭受的單向延遲所偏移，調(diào)整該到達時間信息。此外，GPS時間異步的基站的到達時間差信息使這些基站和GPS時間之間的偏差可消除。
文檔編號H04B7/15GK1408080SQ00816757
公開日2003年4月2日 申請日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者S·S·索利曼 申請人:高通股份有限公司