專利名稱：到達時間差(tdoa)/全球定位系統(tǒng)(gps)混合無線定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線定位系統(tǒng)，特別是涉及利用基于基礎(chǔ)設(shè)施和基于手機的方法用于定位無線裝置的無線定位系統(tǒng)。本發(fā)明的一些示例性的方面特別適用于無線定位系統(tǒng)和相關(guān)的方法和子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)與全球移動通信系統(tǒng)，或GSM兼容。然而，應(yīng)該知道，盡管這里描述的系統(tǒng)和方法的各方面特別與GSM系統(tǒng)相關(guān)，但是本說明書最后的權(quán)利要求不應(yīng)被看為是限制于GSM系統(tǒng)，除了當(dāng)它們可以被清楚地如此限制時。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在無線通信網(wǎng)絡(luò)工作范圍內(nèi)工作的移動射頻無線電收發(fā)機的定位。特別地，主要感興趣的移動裝置是蜂窩電話，個人數(shù)字助理，無線配置的膝上計算機，以及其它類似設(shè)備，這種設(shè)備配置無線無線電收發(fā)機用于“蜂窩”電話系統(tǒng)下的正常工作，例如基于全球移動通信系統(tǒng)(GSM)的系統(tǒng)。這里描述的定位技術(shù)最佳地集成了GPS數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)和間接數(shù)據(jù)，以在可能降低在不同方法下可以得到的結(jié)果的情況下，得到增強的準確性和加強的有效性。
如同在大量現(xiàn)有技術(shù)中了解和指出，常規(guī)地、可靠地、以及迅速地定位蜂窩無線通信設(shè)備的能力具有在公眾安全和便利設(shè)施以及商業(yè)生產(chǎn)力中提供重大的公眾利益的可能。對于通過實現(xiàn)定位設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施和通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施而實現(xiàn)這種通信設(shè)備的定位，已經(jīng)描述了許多系統(tǒng)。用于無線移動設(shè)備的定位的這種基于基礎(chǔ)設(shè)施(或基于網(wǎng)絡(luò))的系統(tǒng)的例子可在下述專利中找到，Stilp等人的美國專利號5,327,144的專利；Stilp等人的美國專利號5,608,410的專利；Kennedy等人的美國專利號5,317,323的專利；Maloney等人的美國專利號4,728,959的專利；以及相關(guān)技術(shù)。在這種基于基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)的進一步應(yīng)用中，使用間接信息以增強甚至實現(xiàn)定位，在Maloney等人的美國專利號5,959,580的專利中被提出，并且在Maloney等人的美國專利號6,108,555和6,119,013的專利中被進一步擴充。當(dāng)可以導(dǎo)出或者通過其它方法得到足夠的測量數(shù)據(jù)時，現(xiàn)有技術(shù)的對于基于基礎(chǔ)設(shè)施的定位系統(tǒng)的這些和相關(guān)的下述描述可實現(xiàn)加強的和有效的定位性能。
基于基礎(chǔ)設(shè)施的定位系統(tǒng)的使用中的主要優(yōu)點是應(yīng)用了用于任何一個和所有類型的移動無線通信設(shè)備的定位的技術(shù)。基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)通過測量常規(guī)通信帶寬傳輸中固有的位置相關(guān)信號的特征從而建立了定位移動設(shè)備的裝置。因此傳統(tǒng)電話模式和最近出現(xiàn)的無線通信設(shè)備都可以同樣地被定位裝置所服務(wù)。移動設(shè)備只需要使用標準無線通信系統(tǒng)信號格式和協(xié)議，而不需要任何特別的，針對定位的修改，以支持定位能力。
在基于基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)的應(yīng)用中產(chǎn)生的困難是伴隨其在人口稀少的，農(nóng)村環(huán)境中的使用產(chǎn)生的。在這些環(huán)境中，未充分利用的通信設(shè)施的經(jīng)濟約束僅支持彼此相距很遠的蜂窩地面站的通信設(shè)施的部署。由于在可用的蜂窩站點中的定位設(shè)施的稀疏部署，計算的位置的準確性相對于其在城市和郊區(qū)環(huán)境下可獲得的降低了。在城市和郊區(qū)環(huán)境中，通信蜂窩站的空間密度高以滿足通信量的需要，其通常不會超過每個蜂窩的能力。由于彼此相當(dāng)接近的蜂窩站的定位系統(tǒng)設(shè)施的類似部署，定位由更多數(shù)量的起作用的測量得到，在感應(yīng)位置以更高信號強度提取，為定位估計提供了更好的累積精度。基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備在農(nóng)村環(huán)境中的稀疏的部署密度是對基于基礎(chǔ)設(shè)施的定位系統(tǒng)的準確能力的挑戰(zhàn)。
當(dāng)GPS接收機具有至開放空間的接收路徑時，基于使用美國政府的全球定位系統(tǒng)(GPS)的定位系統(tǒng)是非常精確的。從空中發(fā)射信號的GPS衛(wèi)星的星群提供信號，GPS接收機通過這些信號可以確定其位置。在農(nóng)村環(huán)境中，天空視野開放，可以正常地實現(xiàn)典型的GPS精確度。
對于嵌入在移動無線通信無線電收發(fā)機中以定位移動設(shè)備的GPS接收機的使用可以在大量的現(xiàn)有技術(shù)中得到。這種方法的示例性描述被包括在例如1984年4月24日的美國專利號4,445,118的專利“導(dǎo)航系統(tǒng)和方法”；和2003年3月25日的美國專利號6,538,600B1的專利“利用參考位置的無線協(xié)助GPS”中。當(dāng)可以以足夠的信號能量接收到足夠數(shù)量的相對地未失真的衛(wèi)星信號時，GPS設(shè)備的精確度是相當(dāng)好的。
在使用GPS增加物增強用于無線通信設(shè)備定位中，一些困難是固有的。移動設(shè)備中的GPS設(shè)備不同于通信設(shè)備，因此只有包含額外的用于GPS接收的硬件功能的電話模式能夠被用于得到基于GPS的定位優(yōu)勢。有關(guān)GPS信號的信號處理和分析包括增加的設(shè)備以用其特殊的信號格式接收GPS頻帶信號。無線設(shè)備必須支持這種增加的功能的能量或功率需要。為了將移動設(shè)備中的耗用功率降到最低，GPS接收可以不連續(xù)地起作用，例如，當(dāng)不需要定位支持時。然而，GPS信號的獲得和接收需要在需要定位服務(wù)時搜索可用的衛(wèi)星信號，當(dāng)GPS接收機沒有活躍地監(jiān)視衛(wèi)星信號一段時間時，這種搜索可能導(dǎo)致相對長的時間來首次定位(TTFF)。最后，GPS接收機應(yīng)該能夠得到和測量足夠數(shù)量衛(wèi)星信號的特征，這些衛(wèi)星信號跨越相對寬闊和一致的天空范圍，以支持定位計算的可接受的精確度。當(dāng)從衛(wèi)星到接收機的傳播路徑被堵塞或嚴重失真時(例如，通過多徑傳播)，基于GPS的解決方案不能用于定位。當(dāng)GPS接收機在植物下，在地形特征之后，在建筑物內(nèi)部，和/或在市區(qū)“城市峽谷“底部，其高大的建筑物遮擋天空的視線時，這種信號堵塞和失真存在。
“幫助”GPS接收機減輕一些上述困難的技術(shù)在上面引用的美國專利4,445,118和6,538,600B1中被描述。在支持輔助GPS(AGPS)接收機中，當(dāng)信號強度被適度地降低時，外部AGPS基礎(chǔ)設(shè)施可能提供有利于接收需要的GPS信號的定向信息。而且，輔助可以導(dǎo)致實現(xiàn)具有更簡單，更低功率電路的GPS接收機?；蛟S最重要的，提供給AGPS接收機的輔助以適于得到那些和只有那些當(dāng)前“在上方”的衛(wèi)星的參數(shù)來引導(dǎo)接收機。因此，輔助減少了檢測衛(wèi)星信號需要的信號搜索過程并從而支持具有降低的響應(yīng)TTFF的增強的性能。
盡管AGPS方法提供的這些增強，在“密度大”的城市環(huán)境獲得足夠的GPS信號中出現(xiàn)的困難仍然極大地降低或有效地妨礙基于GPS的定位到不希望的程度。這些環(huán)境中的無線通信量使這些困難成為支持公眾安全或緊急情況響應(yīng)以及提供生產(chǎn)力增強中的不可接受的負擔(dān)，其中的生產(chǎn)力增強是基于定位的服務(wù)能夠促進的。
在下面的美國專利中可以找到關(guān)于無線定位的進一步的背景信息，這些專利是由TruePosition公司，本發(fā)明的受讓人所擁有2003年12月9日的美國專利6,661,379B2，用于無線定位系統(tǒng)的天線選擇方法；2003年11月11日的美國專利6,646,604，用于語音/通信量信道跟蹤的無線定位系統(tǒng)的窄帶接收機的自動同步調(diào)諧；2003年8月5日的美國專利6,603,428，多通道定位方法；2003年5月13日的美國專利6,563,460，無線定位系統(tǒng)中的碰撞恢復(fù)；2003年2月11日的美國專利6,519,465，用于改進用于E-911電話的精確度的改進的傳輸方法；2002年12月10日的美國專利6,492,944，用于無線定位系統(tǒng)的接收機系統(tǒng)的內(nèi)部校準方法；2002年11月19日的美國專利6,483,460，用在無線定位系統(tǒng)中的時基線選擇方法；2002年10月8日的美國專利6,463,290，用于改進無線定位系統(tǒng)的精確度的基于移動輔助網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)；2002年6月4日的美國專利6,400,320的用于無線定位系統(tǒng)的天線選擇方法；2002年5月14日的美國專利6,388,618，用于無線定位系統(tǒng)的信號采集系統(tǒng)；2002年2月26日的美國專利6,351,235，用于同步無線定位系統(tǒng)的接收機系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)；2001年11月13日的美國專利6,317,081，用于無線定位系統(tǒng)的接收機系統(tǒng)的內(nèi)部校準方法；2001年9月4日的美國專利6,285,321，用于無線定位系統(tǒng)的基于基站的處理方法；2001年12月25日的美國專利6,334,059，用于改進E-911電話的精確度的改進的傳輸方法；2001年11月13日的美國專利6,317,604，用于無線定位系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；2001年8月28日的美國專利6,281,834，用于無線定位系統(tǒng)的校準；2001年7月24日的美國專利6,266,013，用于無線定位系統(tǒng)的信號采集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；2001年2月6日的美國專利6,184,829，用于無線定位系統(tǒng)的校準；2001年1月9日的美國專利6,172,644，用于無線定位系統(tǒng)的緊急情況定位方法；2000年9月5日的美國專利6,115,599，用在無線定位系統(tǒng)中的定向重試方法；2000年8月1日的美國專利6,097,336，用于改進無線定位系統(tǒng)的精確度的方法；2000年7月18日的美國專利6,091,362，用于無線定位系統(tǒng)的帶寬合成；1997年3月4日的美國專利5,608,410，用于定位突然傳輸(Bursty Transmissions)源的系統(tǒng)；以及1994年7月5日的美國專利5,327,144，蜂窩電話定位系統(tǒng)。其它示例性專利包括2003年4月8日的美國專利6,546,256B1，加強的、高效的位置相關(guān)的測量；2002年4月2日的美國專利6,366,241，依賴于位置的信號特征的增強的確定；2001年9月11日的美國專利6,288,676，用于單個基站通信定位的裝置和方法；2001年9月11日的美國專利6,288,675，單個基站通信定位系統(tǒng)；2000年4月4日的美國專利6,047,192，加強的、高效的定位系統(tǒng)；2000年8月22日的美國專利6,108,555，增強的時間差定位系統(tǒng)；2000年8月8日的美國專利6,101,178，用于定位無線電話的虛擬衛(wèi)星增強的(Pseudolite-Augmented)GPS；2000年9月12日的美國專利6,119,013，增強的時間差定位系統(tǒng)；2000年10月3日的美國專利6,127,975，單個基站通信定位系統(tǒng)；1999年9月28日的美國專利5,959,580，通信定位系統(tǒng)；以及1988年3月1日的美國專利4,728,959，測向定位系統(tǒng)。
總之，在過去的10年中無線電信產(chǎn)業(yè)中的機構(gòu)已經(jīng)投入了大量的時間和資源用于研究無線定位技術(shù)。到目前為止在研究的技術(shù)中，所有已經(jīng)被證明具有一定的優(yōu)點和缺點。然而沒有一項定位技術(shù)被確定在所有環(huán)境中提供最優(yōu)的性能。結(jié)果，希望有一套互補的技術(shù)，這套技術(shù)一起能夠提供在所有合理的環(huán)境中可被接受的性能。例如，到目前為止在大量的正在使用的配置中，基于上行鏈路達到時間差技術(shù)的的定位技術(shù)已經(jīng)證明在城市，郊區(qū)和室內(nèi)環(huán)境中提供極好的性能。U-TDOA技術(shù)不需要更改手機，因此已經(jīng)證明對于現(xiàn)有的移動站其性能在這些相同的環(huán)境中是極好的。在一些農(nóng)村環(huán)境中，蜂窩站的密度，網(wǎng)絡(luò)幾何，以及覆蓋區(qū)域非常有限，已經(jīng)證明沒有其他定位方法輔助的情況下U-TDOA的性能降低。輔助全球定位系統(tǒng)(AGPS)和高級前向鏈路三邊測量(AFLT)定位技術(shù)也具有顯著的定位能力，但是它們也具有缺點。例如，在城市和室內(nèi)環(huán)境中，GPS信號的接收變得十分困難并且在有些時候不可能接收到GPS信號，AGPS技術(shù)的性能在精確度和利用率上都有極大地降低。然而，已經(jīng)證明U-TDOA在這些相同的城市和室內(nèi)環(huán)境中，性能良好，這是因為上行鏈路信道的信噪比保持很高的水平并且蜂窩站的密度非常密集。此外，在城市和密集的郊區(qū)環(huán)境中，對于運營商和用戶更好的精確度變得更為重要，但是多路徑的影響變得更明顯，AFLT技術(shù)的性能受到其不能降低多路徑的影響的限制。(參考說明，GPS輔助定位技術(shù)，在坦帕的alpha試驗的實地測試，1999年3月9日-4月2日，其副本在信息公開聲明中遞交。)已經(jīng)證明在這些相同的城市和稠密的郊區(qū)環(huán)境中U-TDOA技術(shù)性能良好，這是由于其能夠利用先進的超級分辨率技術(shù)降低多路徑的影響。最后，U-TDOA能夠覆蓋100％的目前現(xiàn)有的移動站，包括新的AGPS和AFLT能力的移動站。然而，AGPS和AFLT定位方法，依賴于用戶向有限的設(shè)備供應(yīng)商購買新的定位能力的移動站。
發(fā)明概述為了利用基于GPS性能和基于基礎(chǔ)設(shè)施性能在定位中的明顯最佳的優(yōu)點，本發(fā)明提供用于集成來自兩種類型的定位無線移動通信設(shè)備的方法的信息的技術(shù)。到此為止，對于不同的定位方法實現(xiàn)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)沒能容易地支持信息集成的需要。相反地系統(tǒng)設(shè)計明顯地集中在定位相關(guān)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，其或者適用于GPS計算或者適用于基于基礎(chǔ)設(shè)施的計算，而不是同時適用于兩者。功能性指令，信號接收方法，以及選取和分析定位相關(guān)信息的設(shè)備和方法單獨適應(yīng)于解決方案的一種形式或者另一種形式，但不是同時適應(yīng)于兩種形式。
例如，在本發(fā)明的一個目前優(yōu)選的實施中，利用GPS數(shù)據(jù)和選取的定位相關(guān)信號特征來確定配備了嵌入的GPS信號接收能力的移動站(MS)的位置。發(fā)明方法包括下述步驟在地面站接收GPS數(shù)據(jù)，其中GPS數(shù)據(jù)是從將被定位的MS接收的；在配備定位測量設(shè)備的地面站，從將被定位的MS接收通信頻帶信號，并使用定位測量設(shè)備從通信頻帶信號選取定位相關(guān)特征數(shù)據(jù)；以及在配備定位計算的地面站，利用GPS數(shù)據(jù)和選取的定位相關(guān)特征數(shù)據(jù)執(zhí)行定位計算，以得到MS的估算的定位。此外，所述方法可以進一步包括為將被定位的MS提供輔助數(shù)據(jù)。輔助數(shù)據(jù)使MS能夠接收GPS粗/捕獲(C/A)信號并選取TOA或偽距離測量，其隨后能被傳輸?shù)脚鋫涠ㄎ粶y量設(shè)備的地面站。而且，在分離的地面站提供GPS數(shù)據(jù)和選取的定位相關(guān)特征數(shù)據(jù)，這些可以被傳輸?shù)脚鋫涠ㄎ挥嬎愕牡孛嬲?，從而實現(xiàn)定位功能。如下面解釋的，從通信頻帶信號選取的定位相關(guān)特征數(shù)據(jù)可以包括到達時間(TOA)數(shù)據(jù)，到達時間差(TDOA)數(shù)據(jù)，達到角(AOA)數(shù)據(jù)，信號強度或傳播損耗(PL)數(shù)據(jù)，和/或定時提前量(TA)數(shù)據(jù)。此外，發(fā)明方法可以有利地包括在執(zhí)行定位計算中使用間接信息。最后，所述方法可以有利地用于實現(xiàn)E-911需要的可用的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的精確度。
在下面的詳細描述中講述了本發(fā)明的用于共同綜合利用所有相關(guān)的采集的數(shù)據(jù)的這些和其它創(chuàng)新的方法。


圖1描述本發(fā)明的一個實施例的部件和其互相通信的路徑；圖2表示定位處理部件的內(nèi)部連通性；圖3示出了用于執(zhí)行最佳地集成GPS數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施信息的定位估計的主要功能和其相互作用。
具體實施例方式
現(xiàn)在，我們將描述本發(fā)明的示例性實施例，該描述以概述集成了無線定位方法的本發(fā)明為開始。在這之后，我們討論輔助GPS(AGPS)，在兩個系統(tǒng)部件之間和多個系統(tǒng)部件之中的功能的相互作用，定位依賴的測量，GPS衛(wèi)星空間飛行器(SV)發(fā)射機定位，時基校準，四參數(shù)定位，差分GPS，大致位置確定，間接信息，坐標關(guān)系，約束的TDOA/FDOA，增強的GSM同步，以及用于增加容量/服務(wù)水平的混合系統(tǒng)。
概述綜合的無線定位本發(fā)明提供用于確定無線通信移動站(MS)設(shè)備的位置和運動的技術(shù)，無線通信移動站(MS)設(shè)備例如是蜂窩電話或個人數(shù)字助理，或類似物。通過用于全球定位系統(tǒng)(GPS)信號和通信基礎(chǔ)設(shè)施信號以及關(guān)聯(lián)的位置指示的，間接的，基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境信息的結(jié)合的位置相關(guān)射頻(RF)信號特征測量的整體評估，來確定位置參數(shù)。通過嵌入在將被定位的通信設(shè)備中的GPS接收機設(shè)備，接收GPS衛(wèi)星空間飛行器(SV)信號以支持MS位置的確定。主要感興趣的典型的GPS測量是GPS傳輸頻帶中的SV信號到達接收的MS位置的時間。此外，在MS設(shè)備和地面站(LS)位置使用的通信系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中固有的通信設(shè)備提供通信頻帶信號，該信號也被處理以用于定位相關(guān)參數(shù)的計算。這些基于基礎(chǔ)設(shè)施的信號特征包括信號到達時間或時間差(TOA或TDOA)，信號到達角度(AOA)，接收的信號的功率水平(在MS處和/或在LS處)，以及用于感興趣的MS的通信系統(tǒng)定時提前量(TA)信息。本發(fā)明描述了實現(xiàn)和應(yīng)用關(guān)于兩種信號測量信息的綜合以用于MS位置最佳估計的確定的技術(shù)，其中兩種信號，即，在GPS和通信頻帶內(nèi)的信號。此外，通過綜合除與直接信號特征測量關(guān)聯(lián)的信息之外的補充的或間接的信息，本發(fā)明的穩(wěn)定性或有效性和精確度可以被進一步改善，其中補充的或間接的信息提供可能的MS位置的進一步條件的或大概的指示。
如圖1所示，本發(fā)明為MS定位，其中MS嵌入用于GPS信號接收和用于無線通信信號的傳輸和接收的設(shè)備，其中的信號格式與無線通信系統(tǒng)(WCS)的信號格式和協(xié)議一致。MS 101接收從GPS SV 103發(fā)射的GPS信號102。MS同時發(fā)射在LS 105被接收的無線通信信號104，LS 105被配備無線通信天線結(jié)構(gòu)。這些LS 105也配備測量單元以處理接收的信號和選取與MS的位置有關(guān)的信號特征。另外這些LS 105配備GPS接收機以接收GPS信號106。一般地這些LS設(shè)備安裝在相同的物理蜂窩位置，在這里實現(xiàn)蜂窩WCS基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)無線電收發(fā)臺(BTS)。LS通過鏈路107構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，鏈路107使位置相關(guān)的測量和GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒隠S 108，以綜合MS定位中所有的相關(guān)數(shù)據(jù)。一般地這些邏輯數(shù)據(jù)鏈路107覆蓋下面的WCS的站間數(shù)據(jù)鏈路，并且在相同的物理LS安裝中央LS設(shè)備，在相同的物理LS實現(xiàn)蜂窩WCS基礎(chǔ)設(shè)施的移動交換中心(MSC)。對MS的中央指示或要求，即提供其接收的GPS信號數(shù)據(jù)，通過WCS數(shù)據(jù)鏈路109到WCSBTS/LS 110傳輸?shù)組S，其為目前服務(wù)MS的WCS LS。服務(wù)蜂窩LS 110是MS將其自己的GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒隠S 108的最佳蜂窩，其可能不需配備與位置測量LS 105處相同的信號特征設(shè)備。從LS 110發(fā)送到MS的無線請求111也可以包括下面描述的支持或輔助信息，其可以增強MS的GPS的靈敏性和響應(yīng)時間。GPS輔助信息在LS網(wǎng)絡(luò)中從當(dāng)前GPS配置的適時支持分析中產(chǎn)生。
基于基礎(chǔ)設(shè)施的定位系統(tǒng)在LS和/或MS中采用信號處理和數(shù)據(jù)分析設(shè)備，以選取和利用從通信頻帶RF信號中得到的定位相關(guān)的信息，其中通信頻帶RF信號在MS和WCS基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備之間傳輸。如圖2所示位置測量單元(LMU)201是定位設(shè)備(PDE)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，其嵌入在網(wǎng)絡(luò)LS 105中用于信號檢測和處理。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，每個LMU被連接到并接收來自GPS天線202和無線通信頻帶天線203的信號。服務(wù)移動位置中心(SMLC)204在“中央”采集和分析LS 108幫助集合來自LMU網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)?shù)臏y量以計算MS位置。如下所述，SMLC可以進一步利用附加的，間接的或支持的，位置指示信息以推斷可能的MS位置。這種間接信息增強了有效性或者甚至能夠?qū)崿F(xiàn)完成消除多義性的位置計算。響應(yīng)來自移動位置中心(MPC)205的任何特定的位置請求，通過定位網(wǎng)關(guān)(LG)206選擇適于該請求的SMLC，其中移動位置中心205為感興趣的MS指定身份和服務(wù)WCS分配的數(shù)據(jù)，其中定位網(wǎng)關(guān)206為該請求的接收和授權(quán)以及定位結(jié)果的提供實現(xiàn)PDE入口。這種用于對移動站定位的技術(shù)的描述詳細地描述在這里參考的現(xiàn)有技術(shù)中，其中移動站工作在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，例如蜂窩電話系統(tǒng)，個人通信系統(tǒng)(PCS)，或全球移動通信系統(tǒng)(GSM)。這種系統(tǒng)通過利用測量TDOA，TOA，TA，接收信號的功率水平，和/或AOA，其任何一個或所有能夠由其他支持的間接信息增強，得到感興趣的MS的位置。如現(xiàn)有技術(shù)中所述，可以得到和估算選取的測量以得到所希望的MS相對于協(xié)同操作的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的準確知道的地面站的位置的位置。
GPS實現(xiàn)基于TOA測量和關(guān)聯(lián)的“偽距離”的MS位置的計算，其是嵌入在MS中GPS接收機從信號中選取的，其中的信號是從軌道運行的SV的星群連續(xù)發(fā)射的信號。GPS信號的接收還涉及與每個接收的SV信號關(guān)聯(lián)的多普勒頻移的測量，以及多普勒值支持確定接收MS的運動。記錄的現(xiàn)有技術(shù)包括最初的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)電信公司案卷編號CC 94-102下的建議制定規(guī)則的通知(Notice Of Proposed Rulemaking，NPRM)，其描述了使用嵌入在MS中的GPS接收機，以當(dāng)被請求，例如用于響應(yīng)緊急通信而加強公眾安全時，提供MS的位置，其中的MS工作在WCS下。
輔助GPS(AGPS)通過利用從一個或更多個支持站的基礎(chǔ)設(shè)施得到的輔助，可以增強MS的GPS接收機的簡單性，有效性，靈敏性，以及響應(yīng)時間。如這里引用的參考的和引入的GPS描述以及類似的，相關(guān)的文獻所述，標準的(例如，非軍用的)GPS接收機接收GPS SV粗/捕獲(C/A)信號并通過相關(guān)信號處理選取TOA或偽距離測量，其中相關(guān)信號處理是基于已知的發(fā)射信號波形?；镜腉PS C/A信號包括由50比特每秒(bps)的數(shù)據(jù)流的碼分多址(CDMA)編碼形成的導(dǎo)航信息。每個SV特別地與1023比特編碼或“芯片”模式關(guān)聯(lián)，其應(yīng)用在1.023碼片速率(million chips per second)(Mcps)下的C/A信息編碼中。因此在SV傳輸中C/A編碼每1.0毫秒(msec)重復(fù)，并且在每個傳輸?shù)谋忍刂邪?0個這種重復(fù)。CDMA解調(diào)過程應(yīng)用匹配的副本相關(guān)(replica correlation)檢測接收的信號中碼的存在，當(dāng)分辨率與有效處理信號帶寬成反比時，相關(guān)延遲滯后覆蓋可能的TOA的范圍。對于標準的SV軌道，在地球表面上或附近，從SV到MS的信號傳輸時間處于67到89msec的范圍內(nèi)，即，跨越22msec的范圍，其依賴于從MS到SV的方向(對于上空的SV更近些，對于地平線上的SV更遠些)。多普勒偏移頻差的可能范圍從上空的SV的最小值到地平線上的SV的大約4.5千赫茲(KHz)，該范圍也必須被包含在信號相關(guān)計算中，多普勒頻率分辨率與相關(guān)性的有效相干積分時間成反比。最后對于每個SV信號必須以其獨特的CDMA碼完成這些信號相關(guān)性，其中的CDMA碼是MS接收機試圖接收的。GPS接收機搜索這種可能的參數(shù)多樣性的需要擴大了對首次定位(TTFF)的響應(yīng)時間，在該時間內(nèi)接收機可以生產(chǎn)位置估計或成功地獲得與該組可用的SV信號的聯(lián)系。通過支持基礎(chǔ)設(shè)施所提供的輔助，可以簡化所有這些信號處理搜索范圍。
由于AGPS處理，MS可以利用輔助信息，這種輔助信息是從一個或多個支持站的網(wǎng)絡(luò)得到的，并通過嵌入在MS中的通信設(shè)施在圖1的請求信息111中傳輸。在Taylor等人的美國專利4,445,118中描述了用于AGPS實現(xiàn)的基本方法，該專利引用在此以作參考。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，從GPS監(jiān)視站，一組支持信息可以在信息111中傳輸?shù)組S以顯示目前哪個SV處于上空或者在大概地平線之上以保證候選的相關(guān)搜索，對于每個候選的SV搜索何種近似和限制的多普勒頻移范圍是合理的，對于每個候選的SV搜索何種近似和限制的TOA范圍是合理的，其中GPS監(jiān)視站在基礎(chǔ)設(shè)施LS具有LMU，LS處于與MS相同的大概附近區(qū)域或工作區(qū)域。在本發(fā)明的該實施例中，LS通過使用其自己的嵌入LMU的GPS接收機和信號監(jiān)視估計，可以支持可用的SV數(shù)量和關(guān)聯(lián)的多普勒和延遲搜索窗的指示，其中嵌入LMU的GPS接收機和信號監(jiān)視估計連續(xù)地感應(yīng)和估計GPS星群中當(dāng)前可用的SV的信息和特征。這些指示也可以被增強或通過與其他GPS接收和監(jiān)視站的網(wǎng)絡(luò)得到。在該實施例中，通過在MS和WCS LS中嵌入的WCS設(shè)備，輔助信息被提供給MS。如在Taylor等人的美國專利4,445,118中所指出，MS的處理任務(wù)也可以并且更佳地通過實施PDE支持基礎(chǔ)設(shè)施中的位置計算功能而被減輕。對于該實施例，本發(fā)明的MS使用其嵌入的通信設(shè)備以向LS基礎(chǔ)設(shè)施提供其自己得到的GPS偽距離測量，但是不要求MS也提供GPS得到位置。如果定位支持的通信任務(wù)不是WCS負載和響應(yīng)時間中的因素，則MS也能夠任選地提供其解調(diào)關(guān)聯(lián)的SV導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)和/或其計算的MS位置或SV位置和可用的時鐘信息。接著LS基礎(chǔ)設(shè)施完成MS提供的GPS信息和獨立獲得的基于基礎(chǔ)設(shè)施的LMU測量和所有相關(guān)和可用的間接信息的最佳綜合，以確定MS的位置。
主要功能的互相作用本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實施例實現(xiàn)圖3所述的主要功能。圖3描述圖2的PDE主要部件，即LG，SMLC，以及LMU的主要功能。對感興趣的特定MS的位置的請求來自稱為移動位置中心(MPC)的邏輯部件，其在PDE外部。LG 301接收位置請求，并為其驗證真實性和授權(quán)。有效的請求識別WCS服務(wù)蜂窩和關(guān)聯(lián)的通信協(xié)議參數(shù)，包括分配的頻率使用，其將申請WCS與MS通信。LG 302將請求提供給SMLC，其適于為MS確定位置，其中MS工作在WCS服務(wù)蜂窩的附近。選擇的SMLC 303接收和檢查任何請求以確定合作的LMU的列表，其中LMU對與識別的服務(wù)蜂窩關(guān)聯(lián)的支持位置請求是最優(yōu)的。預(yù)期需要快速支持對輔助GPS數(shù)據(jù)的請求，SMLC 304也照例地保持并估算當(dāng)前GPS配置數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為GPS SV指定位置和運動參數(shù)。這些數(shù)據(jù)持續(xù)地由LMU 305通過其GPS接收機監(jiān)視。LMU為SMLC提供多普勒頻移，偽距離，以及相關(guān)解調(diào)的導(dǎo)航消息數(shù)據(jù)用于在LMU位置接收的GPS SV遙感檢測流。SMLC 306接收這些周期性的從LMU傳輸?shù)腉PS SV數(shù)據(jù)。對于每個可能的服務(wù)蜂窩，SMLC 307周期地或在要求時估算和得到指定蜂窩位置附近可能見到的最優(yōu)SV的當(dāng)前列表，以及希望適于輔助AGPS接收的多普勒頻移和偽距離的受限制的范圍。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例利用可用的GPS配置參數(shù)的最新描述，以支持來自MS GPS接收機的減小的TTFF。SMLC 308快速地響應(yīng)特定的定位請求并提供適于服務(wù)WCS蜂窩位置附近的AGPS參數(shù)。這些AGPS參數(shù)由LG 309接收并被提供給MPC和/或MSC以被在其GPS數(shù)據(jù)請求111中被傳輸?shù)組S。由于本發(fā)明的綜合方法，SMLC310還繼續(xù)向所有LMU請求與MS位置相關(guān)的數(shù)據(jù)的生成，其中LMU最佳地被配置以在被識別的蜂窩位置服務(wù)的位置的確定中協(xié)同操作。與SMLC的請求的響應(yīng)一致，LMU 311應(yīng)用其信號獲得和處理設(shè)備檢測并選取適于支持定位計算的數(shù)據(jù)。接著這些LMU數(shù)據(jù)被提供給SMLC 312，并被SMLC 312接收，以合成在定位處理中。
在位置確定的支持中，與MS位置相關(guān)的GPS數(shù)據(jù)由MS接收機檢測，其處理設(shè)備被配置為利用任何輔助。MS產(chǎn)生該數(shù)據(jù)以響應(yīng)請求111，并將該數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)蜂窩位置110以包含在位置計算中。通過WCS，或者通過MPC或直接從MSC，MS的GPS數(shù)據(jù)可以被提供給PDE。LG313接收來自WCS的數(shù)據(jù)，或者任選地LMU314可接收、解調(diào)、和提供來自MS響應(yīng)信息的MS的GPS的數(shù)據(jù)。SMLC 315接收MS提供的GPS信息，以插入到綜合的定位計算中。
由于具有從LMU 312和MS 315接收的數(shù)據(jù)，SMLC 316綜合所有數(shù)據(jù)得到對MS位置參數(shù)的最優(yōu)可能的估計。如下面進一步的描述，從協(xié)作的LMU得到的位置相關(guān)的測量可以包括各種形式的數(shù)據(jù)和來自LMU位置和設(shè)備的位置靈敏性，其支持不同單獨的精確度。同樣如下面進一步詳述，GPS數(shù)據(jù)可單獨定義或支持獨立的數(shù)據(jù)位置，具有可能的可更正的偏差，或者可以只為一組有限的不完全的信號提供偽距離和多普勒測量，其中有限的不完全的信號是由于GPS信號傳播路徑的堵塞或失真造成的。SMLC 316組合所有提供的數(shù)據(jù)，并將它們綜合成基于概率的估算，其合并可用的任何附加的相關(guān)的間接信息，以進一步限制位置估計。適于這些綜合的估算的方法和技術(shù)在下面的描述中介紹。MS位置的最終估計被提供給LG，從而LG 317能夠?qū)⑿畔l(fā)送給MPC以響應(yīng)其最初的定位請求。
依賴位置的測量由于這里所述技術(shù)和應(yīng)用的足夠的精確性，在接收位置的信號到達時間(TOA)的測量直接與信號接收位置和信號發(fā)射位置之間的距離相關(guān)。信號發(fā)射-接收距離DTR，跨越發(fā)射信號的傳輸，其被表示為發(fā)射和接收位置，XT和XR之間的直線矢量長度，其被表示在地球中心慣性(ECI)，三維，笛卡爾坐標系統(tǒng)DTR＝|XT-XR|(1)發(fā)射機-接收機信號傳輸時間間隔，tTR，是到達時間，TOA，和發(fā)射時間，TOT，之間的差，并等于信號傳輸距離，DTR＝|XT(TOT)-XR(TOA)|，被射頻信號傳輸速率除(即，“光速”)，ctTR＝TOA-TOT＝DTR/c＝|XT(TOT)-XR(TOA)|/c (2)其中XR(TOA)是在“時間點(epoch)”或時間TOA接收機位置的三維矢量坐標表示，XT(TOT)是在時間點TOT發(fā)射機位置的三維矢量坐標表示。在利用射頻信號傳輸時間關(guān)系的系統(tǒng)中，如式(2)所示的關(guān)系，(不變的)傳輸速度“c”可用基本時間測量乘，從而以距離或長度的單位直接實現(xiàn)測量。在同步定位系統(tǒng)如GPS中，用于接收的信號間隔的TOT，關(guān)于特定的和精確保持的時間標準被定義，控制，以及得知，其中時間標準是例如，GPS時間或相關(guān)的協(xié)調(diào)世界時(UTC)。使用嵌入的GPS接收機的MS被設(shè)計為接收在已知時間從SV發(fā)射的GPS信號，可用從發(fā)射的軌道確定參數(shù)計算SV的位置。通過利用測量的TOA確定MS位置的基于地面的基礎(chǔ)設(shè)施利用時基同步(例如，同步到GPS發(fā)射)為分離的LS接收站協(xié)調(diào)時鐘標準，和/或利用時間通用性聯(lián)合MS處的分離的信號接收，其中的TOA是在分離的LS位置為MS所發(fā)射的信號測量的或在MS處為LS所發(fā)射的信號而測量的。通過利用時間測量和其與發(fā)射機和接收機位置之間的RF信號傳輸距離的關(guān)系，可以確定接收和/或發(fā)射各種信號的MS的位置。
類似地，其它數(shù)學(xué)關(guān)系將其它類型的測量(例如，TDOA，TA，功率水平，和AOA)和感興趣的MS位置坐標關(guān)聯(lián)。如另一個示例性的距離關(guān)聯(lián)的測量，TDOA測量為兩個不同和獨立的信號接收提供兩個TOA之間差的測量。對于從共同發(fā)射的信號間隔選取的TDOA測量，其中發(fā)射的信號到達位于分離的位置XR1和XR2的不同的接收站，到達時間之差，TDOA21直接與信號傳輸距離DR2和DR1之差關(guān)聯(lián)TDOA21＝TOA2-TOA1＝(DR2-DR1)/c＝[|XT(TOT)-XR2(TOA2)|-|XT(TOT)-XR1(TOA)|]/c(3)利用這種TDOA測量用于發(fā)射機位置的確定不需要共同TOT時刻或時間點的先驗知識，其中在該時間發(fā)射感興趣的信號。在使用一般通信系統(tǒng)傳輸中這種特性是有利的，這是因為發(fā)射時間不必在MS和多個LS的時基之間同步。
用于MS的TA參數(shù)，其被測量和用于通信系統(tǒng)同步，其也直接地與從控制LS到感興趣的MD并返回的信號傳輸距離相關(guān)，即MS檢測到從LS發(fā)射的信號，將其自身同步到該信號，以及以在LS檢測到的合作的時間校準發(fā)出響應(yīng)的發(fā)射。由于LS檢測的接收的往返的時間校準偏差，除了任何MS響應(yīng)電路延遲，與MS和LS之間的雙向傳輸時間約成比例，因此TAMS被設(shè)置到這個偏差并直接與位置相關(guān)的MS和LS位置之間的傳輸距離，DML的兩倍關(guān)聯(lián)TAMS＝2DML/c＝2|XMS-XLS|/c(4)接收的信號的與距離相關(guān)的、測量的功率水平，是由其發(fā)射水平減去功耗因數(shù)，LTR，對應(yīng)于其從發(fā)射機發(fā)射到被接收機檢測的傳輸。由于使用其它相關(guān)的有影響的因數(shù)的假設(shè)的或已知值，該功耗因數(shù)可以提供信號傳輸距離，DTR的測量，其通過傳輸環(huán)境的模型表示實現(xiàn)ST/SR＝LTR(DTR，..)＝G·PL(DTR)＝G·PL(|XT-XR|)(5)其中SR和ST測量是接收和發(fā)射的信號功率水平測量，G是依賴于距離的因數(shù)，概括了其它有影響的因數(shù)，例如在信號傳輸?shù)南嚓P(guān)方向上的接收和發(fā)射天線“系統(tǒng)”增益，PL()是依賴于距離的環(huán)境路徑損耗模型，其用于在配置的發(fā)射和接收天線之間的傳輸信號的強度。對于簡單的，球形擴散的模型，PLsph(DTR)＝[4πDTR/λ]2(6)其中λ是信號傳輸?shù)牟ㄩL。從SV到接收MS的GPS信號傳輸?shù)木嚯x差成比例的小，在GPS信號傳輸中對于不同SV存在明顯的不同，這是由于電離層和大氣的影響和MS附近的多路徑反射。一般地對于MS定位，這些特征使接收的GPS功率水平的應(yīng)用不合理。然而，對于功率水平是在基于地面?zhèn)鬏數(shù)腗S和一個或更多個LS之間測量的MS定位來說，位置計算可以有效地利用經(jīng)驗驗證的傳輸損失模型，例如下述文章中證明的Okumura數(shù)據(jù)的Hata表示，其被包含在此以供參考用于地面移動無線電通信中的傳輸損耗的經(jīng)驗式，M.Hata，IEEE Trans.Veh.Tech.，Vol VT-29，No.3，Aug.，1980。
由于環(huán)境和多路徑傳輸環(huán)境中的難以預(yù)測的變化，功率水平的經(jīng)驗測量當(dāng)被量化為dB的對數(shù)單位時，其幾乎與正態(tài)或高斯分布一致。因此Hata和其它這種模型的PL()表示式中的乘數(shù)因子一般地被表示為對數(shù)項的加和減。特別地，關(guān)系式(5)中的損耗模型將根據(jù)依賴于位置的距離而表示的dB損耗與測量的發(fā)射和接收的功率水平之間的dB差關(guān)聯(lián)。當(dāng)通過來自附屬通信系統(tǒng)的命令控制得知發(fā)射的功率水平時，可以為定位斷言這種關(guān)系。然而，發(fā)射水平可能不能得知或從測量中得到。在這種情況下，由兩個分離的接收機接收的共同發(fā)射的信號的接收水平之比可以用作兩個依賴于位置的發(fā)射和接收站之間距離的與比值(或dB差)相關(guān)的量。對于每個接收位置特有的增益系數(shù)調(diào)整功率水平比或dB差。對接收的功率比或dB差的這種利用不需要關(guān)于共同傳輸?shù)墓β仕降目捎眯畔?。由于模型的距離依賴性，包括對數(shù)表示，MS依賴位置的信息可以從一個或更多個LS到MS和/或從MS到一個或更多個LS的傳輸中選取。
除了上述的與距離相關(guān)的量，信號AOA測量也提供MS依賴于位置的信息，并且這種類型的信息名義上不依賴于信號傳輸距離。由于AOA的測量需要獲得接收位置的方向敏感的，接收的天線結(jié)構(gòu)，一般地對于MS發(fā)射和LS處接收的信號選取AOA。因此對于“水平地”，幾乎沿地球表面?zhèn)鬏數(shù)耐ㄐ蓬l帶信號測量AOA。一般地AOA可以被表示為從接收點到進來的信號的方向的角度，相對于真正的測地學(xué)的北極的已知固定的方向確定數(shù)值。這個關(guān)系可以被表示為AOATR＝atan2[(XT-XR)E/(XT-XR)N](7)其中atan2[]提供完全的四-象限反正切，()E和()N表示方向為從接收機位置XR到發(fā)射機位置XT的矢量的東和北分量。這種測量提供了關(guān)于可能的發(fā)射MS位置沿接收LS檢測的方位線(LOB)的軌跡的信息，并且該量名義上不依賴于沿LOB從LS到MS位置的距離。
GPS SV發(fā)射機位置由于上述的依賴位置的關(guān)系，在GPS和一些形式的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)測量中，MS位置的確定需要知道當(dāng)MS是信號接收點時發(fā)射機的位置，且需要知道當(dāng)MS是發(fā)射機時接收機的位置。固定的LS接收機位置可以通過測量，包括基于GPS的測量，精確地確定。由包括LS的測量確定的MS位置的精確度直接與知道LS位置的精確度相關(guān)。在使用GPS時間測量的特別重要性中，對于確定MS位置的精確度的限制依賴于知道和表示SV發(fā)射機位置的精確度。
與SV導(dǎo)航信息發(fā)射中的從GPS傳輸?shù)奶煳臍v參數(shù)一致，描述和確定任何時刻或時間點的GPS SV位置和速度。在下面的文章中可以得到包含在來自天文歷表的SV橢圓軌道位置和速度的表示和計算中的數(shù)學(xué)關(guān)系的描述全球定位系統(tǒng)，理論和實踐，5th Ed.，Hofmann-Wellenhof，Lichtenegger，andCollins，Springer-Verlag，1994；全球定位系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航和綜合，Grewal，Weill，and Andrews，John Wiley，2001。如這些文章中提到的，SV天文歷參數(shù)被用于產(chǎn)生SV位置和運動參數(shù)，其表示與地球形狀和其它物理特征的世界大地測量系統(tǒng)1984(WGS 84)描述一致。
對于每個GPS SV，天文歷參數(shù)包括衛(wèi)星偽隨機數(shù)(PRN)特性，用于指定參數(shù)值的GPS參考時間的規(guī)范，開普勒軌道參數(shù)，以及指定開普勒橢圓和其近地點的平面校準的參數(shù)。天文歷定義了關(guān)于地固地心坐標系(ECEF)的SV的位置和運動，該系統(tǒng)自身關(guān)于太陽固定的(慣性的)，基于春分點的ECI坐標系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。盡管GPS歷書數(shù)據(jù)中的天文歷參數(shù)提供適于獲得信號聯(lián)系的若干千米的精確度，但是正是從每個SV傳輸?shù)奶煳臍v(沒有選擇可用性SA的抖動和截斷)當(dāng)其用于從參考時間的合適四小時時間窗內(nèi)的觀察時間時，一般地使特定的ECEF卡笛爾位置的計算處于幾米之內(nèi)。
在“滯后解決”時間為每個SV估計SV位置的合適的特征，對于該SV可以得到偽距離測量，即，如關(guān)系式(2)所表示的，在地球表面附近的GPS接收提供TOA，但是從SV的信號的傳輸距離與TOT時間關(guān)聯(lián)，TOT時間是信號被接收的TOA時間之前的～78±11msec。在傳輸期間，SV前進～300±40米(m)，因此在定位計算中、在合適的TOT為每個測量的TOA計算每個SV位置。
時基校準如上述關(guān)系中提到的，為了確定MS在指定時間的位置，感興趣的信號間隔的接收和/或發(fā)射時間必須能被適當(dāng)?shù)牡玫讲⒈粯擞浀教幚淼男盘枖?shù)據(jù)。用于GPS的時基，其被稱為GPS時間，其被保持與美國海軍天文臺定義的標準精確同步。每個SV的GPS傳輸發(fā)生在與該SV的時鐘建立的時間同步的時刻。世界各地的GPS地面站監(jiān)視每個SV的位置，時間同步，以及正常狀況，并向SV提供修正項，其中修正項描述用于與GPS時間標準同步的SV傳輸?shù)木_解釋的“當(dāng)前”時間校準修正。這些時間修正參數(shù)，到二階(to second order)，被包括在從SV發(fā)射的導(dǎo)航信息中。
四參數(shù)定位由于本發(fā)明中描述的采用GPS和相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施測量以及間接信息的結(jié)合的技術(shù)，確定感興趣的MS的特定時刻的位置X，與從該MS得到測量和信息相關(guān)，即MS位置在時間上不是特別地或必要地被假定或限制為不變，而是時間的函數(shù)，X(t)。這個的例子被表示在關(guān)系式(2)中。當(dāng)在MS接收GPS信號和測量TOA時，相對于嵌入在GPS接收機中的時基時鐘量化時間測量。對于SV，MS接收機的時基不是固定地與GPS時間同步的，例如，由于時鐘頻差(一階修正)，MS時基至少可以從GPS時間偏移(零階修正)和漂移。因此基本的TOA測量，被標注或“加標簽”與MS時基一致，其可能相對于GPS時間校準的“真正”值偏移。因此當(dāng)GPS接收機中的基本的TOA測量在為該測量確定MS時鐘偏差或偏移之前，用在關(guān)系式(2)中時，其被稱為提供“偽距離”的測量(而不是真正的范圍或距離)。
本發(fā)明可以減輕對于GPS相關(guān)定位的典型的必要性，以可以得到至少四個，不同的，獨立的偽距離測量。對于獨立的GPS接收機，完成位置計算需要四個測量或定位數(shù)據(jù)，以得到MS三維坐標位置和MS時鐘偏差。由于本發(fā)明，任何可用的偽距離測量被集成到位置計算中，同時任何相關(guān)的位置相關(guān)測量可以從基于基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備得到，任何關(guān)于可能的MS位置的其它相關(guān)的位置相關(guān)的間接信息可以得到。
差分GPS(DGPS)如引用的GPS描述中所示，采用GPS偽距離測量的定位計算的精確度可以通過應(yīng)用差分GPS調(diào)整被修正一些系統(tǒng)偏差，例如，當(dāng)GPS管理引入SA，有意抖動或截斷發(fā)射的時基或SV導(dǎo)航信息中的天文歷參數(shù)時，出現(xiàn)這種系統(tǒng)偏差。當(dāng)電離層修正參數(shù)，即，SV導(dǎo)航信息中的傳播組延遲沒有精確地表示沿傳播路徑遇到的情況時，出現(xiàn)其它的偏差。在MS位置計算中，通過DGPS調(diào)整的監(jiān)視，估計，以及應(yīng)用可以減輕或修正例如這種的偏差，DGPS調(diào)整從一個或更多個支持站的網(wǎng)絡(luò)中得到。
通過當(dāng)前檢測的在站點的GPS測量和得到的用于該位置的位置參數(shù)的比較估計，為GPS監(jiān)視站估計對MS位置計算的DGPS修正?；赟V的天文歷表為這些SV的“已知”位置計算得到的值，并且與“已知”的值關(guān)聯(lián)而為支持站位置估計得到的值。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，由于使用固定的/靜態(tài)LS作為支持DGPS參考站，已知的LS位置是通過精確的大地測量得到。這些測量是基于并參考從GPS信號的長期綜合得到的GPS值。當(dāng)MS能夠從足夠的SV接收和選取GPS偽距離測量以產(chǎn)生獨立的GPS位置時，則主要接收相同SV信號的、附近的支持LS能夠應(yīng)用對于其自身位置的當(dāng)前計算位置和其先前已經(jīng)知道的位置之差，作為對于MS的任何得到的GPS位置的直接修正。
對于優(yōu)選實施例的更基本的是，可從支持LS的網(wǎng)絡(luò)得到的任何修正的總數(shù)被共同地應(yīng)用于MS測量。MS將其觀察的偽距離測量傳輸給支持LS基礎(chǔ)設(shè)施，以集成進入MS位置的基礎(chǔ)設(shè)施計算中。假定在SV導(dǎo)航信息中發(fā)射了關(guān)聯(lián)的當(dāng)前共同SV時鐘偏差和天文歷參數(shù)，與在一些附近的支持參考LS觀測的，其從相同SV觀測的自身當(dāng)前偽距離測量和與其先前已知位置一致的當(dāng)前值之間的差一致，可以修正每個偽距離測量。這種差分修正減輕了偽距離測量中的本地系統(tǒng)偏差的影響并且加強了得到的MS位置的精確度。
可能位置確定由于這里描述的技術(shù)，MS位置的最優(yōu)估計可以從可用于MS位置確定的位置相關(guān)信息的總和得到。在接收的信號特征測量和間接信息中可以得到位置相關(guān)信息，其中間接信息表示可能的MS位置的相對概率和可能性。用于位置-狀態(tài)參數(shù)估計的基于概率的技術(shù)是熟悉統(tǒng)計估計處理的技術(shù)人員所熟知的，并且該技術(shù)在估計理論的一般討論中很好地被指出，例如Harry L.Van Trees在Van Trees的，John Wiley的2001年的論述檢測，估算，以及調(diào)制原理一到四部分的第一部分的2.4章表示的。如這里參考的描述中所表示的，位置參數(shù)X的“狀態(tài)矢量”的候選估計的相對條件概率或可能性，其取決于矢量集Z的測量中固有的信息，通過Bayes概率關(guān)系其可以與狀態(tài)條件下測量的發(fā)生的相對概率和狀態(tài)先驗概率相關(guān)。該概率關(guān)系可以被一般地表示為p(x|z)＝p(z|x)p(x)/p(z)(8)其中p(x|z)表示在觀測具有實際由Z中的測量值得到的值的情況下，狀態(tài)矢量分量為X的估計值的概率，p(z|x)表示在狀態(tài)變量為X的值的情況下觀測的矢量Z的值的概率，P(X)是X的狀態(tài)值將發(fā)生的總的(臨界)相對先驗概率，P(Z)是測量的參數(shù)值為觀測矢量Z發(fā)生的總的(臨界)概率。在位置解決方案或最優(yōu)可能性或相對概率的估計的推導(dǎo)中，位置獨立因素，例如P(Z)項是不重要的。
由于包括在獨立數(shù)據(jù)元概率的組合中的標準統(tǒng)計考慮，獨立數(shù)據(jù)元的共同組合的概率或可能性是獨立數(shù)據(jù)組自身概率的產(chǎn)物，例如，由于本發(fā)明的技術(shù)，來自不同源的不同類型數(shù)據(jù)的集合統(tǒng)計地組合獨立數(shù)據(jù)。當(dāng)通過概率對數(shù)的最大值得到概率的最大值時，則產(chǎn)生的概率關(guān)系被累加作為“對數(shù)可能性”之和。
用于最大值或最大可能值的參數(shù)位置解決一般地通過采樣或計算似然函數(shù)值得到，其用于跨越可能的值的整個范圍的一組離散位置參數(shù)值。采樣間隔或網(wǎng)格空隙一般地從稀疏網(wǎng)格開始，其足以表示可能的最優(yōu)值的局部區(qū)域，接著采樣網(wǎng)格的網(wǎng)孔在后來的迭代中被逐漸地改善，其集中在有限范圍的最優(yōu)區(qū)域。最終結(jié)果被估計為起作用的測量精確度支持的分辨率。由于參考文獻中描述的對于統(tǒng)計分析的補充程序，在集中于最優(yōu)值的區(qū)域和測量支持的固有分辨率中應(yīng)用基于梯度的計算。除了上述參考中引用的統(tǒng)計定位計算的描述，在Harold W.Sorenson關(guān)于一般參數(shù)估計的論述中和Roy E.Bethel關(guān)于用于位置確定的離散采樣似然函數(shù)的合適估計的論述中可以得到進一步的描述最小平方估計從Guss到Kalman，H.W.Sorenson，IEEE Spectrum.，No.7，Jul.，1970；和PDF跟蹤系統(tǒng)，R.E.Bethel等人，IEEE Trans.On AES，Vol.30，Apr.，1994；和Hodson在1991年9月3日的美國專利5,045,860，“用于目標位置的概率確定的方法和裝置”。
在概率計算中估計的數(shù)據(jù)或信息可能伴隨著不同形式的噪聲或不確定性分布。如在上述引用的參考文獻中所述，測量或數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)一般地被表示為產(chǎn)生具有誤差或背離真值的標準或高斯分布的信息。如上面關(guān)系式(2)到(7)中所示，可用的位置相關(guān)數(shù)據(jù)的矢量Z一般地可以被表示為位置狀態(tài)矢量X的非線性函數(shù)h()加上另外的噪聲分量矢量V。該關(guān)系式被表示在觀測方程中Z＝h(X)+V(9)方程h()旨在精確地表示數(shù)據(jù)和希望的位置狀態(tài)參數(shù)之間的真正聯(lián)系。因此對于噪聲的期望值“E()”為零(即，噪聲是無偏的)，并且在一般假定下，觀測不確定性由高斯協(xié)方差矩陣表示，RE(V)＝0和E(VVT)＝R (10)當(dāng)數(shù)據(jù)或“偽”測量包括一個或更多個希望的狀態(tài)參數(shù)的“直接”測量，乃至“高斯”約束時，也可以使用這些表示，例如，如果可用的數(shù)據(jù)包括完全狀態(tài)矢量的GPS“測量”，則用于這些數(shù)據(jù)的觀測函數(shù)是線性恒等函數(shù)，h(X)＝X，不確定矩陣是位置協(xié)方差，P，其顯示了在觀測的狀態(tài)參數(shù)的誤差中存在不確定相關(guān)性。通常，由于來自不同的，物理不同的測量系統(tǒng)的測量，假定對于每個數(shù)據(jù)源的誤差分布是互相獨立或不相關(guān)的，并且測量協(xié)方差矩陣的相應(yīng)的非對角分量為零。由于對標準統(tǒng)計的上述假定，則關(guān)系(8)中的相對概率或可能性對于數(shù)據(jù)矢量的作用被表示為PG(z|x)≈exp[-1/2(Z-h(X))TR-1(Z-h(X))](11)忽略與X獨立的項。在可選的情況下，當(dāng)測量數(shù)據(jù)誤差更不緊密的分布并且顯示為更精確地由指數(shù)或拉普拉斯統(tǒng)計表示時，則對于具有對角均方差偏離矩陣的，獨立的無偏的測量，E(vmvn)＝σm2δmm(12)其中當(dāng)m＝n時，δmm＝1，否則為0，對于拉普拉斯分布數(shù)據(jù)矢量的相對概率或可能性影響被表示為PL(z|x)≈exp[-(σ-1)T(|Z-h(X)|)](13)再次忽略了與X獨立的項，并用“(σ-1)”表示分量等于rms誤差期望值的逆的矢量，σm和“(|Z-h(X)|)”表示分量等于單獨測量改進或余數(shù)的絕對值的矢量(|Z-h(X)|)m＝|Zm-hm(X)|。例如(11)和(13)的關(guān)系式，以及對于探索法觀測的誤差分布的可能性因數(shù)的類似處理，提供了用于將不同觀測的影響集成到位置參數(shù)最優(yōu)值的概率確定的基本方法。
如在關(guān)于GPS和關(guān)聯(lián)的坐標和測量的論述中的上述描述，一般地狀態(tài)矢量X將是四參數(shù)矢量，包括三個MS位置坐標和一個MS時鐘偏差坐標，并且一般地測量矢量將是四個或更多測量的矢量。然而，如下面更詳細的描述中指出的，當(dāng)可以得到關(guān)于MS可能位置的先驗信息以限制可能位置的范圍時，則測量矢量的維數(shù)可以被減少并仍產(chǎn)生可接受的精確的MS位置。由于應(yīng)用關(guān)系式(8)，對于最大概率或最大可能性狀態(tài)估計，可以得到關(guān)于MS位置的最優(yōu)估計，其最大化集成任何可用的間接信息和所有可用的測量信息的組合產(chǎn)生概率，其中的信息是基于GPS和基于基礎(chǔ)設(shè)施的。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，基于GPS測量和基于基礎(chǔ)設(shè)施測量和關(guān)聯(lián)信息的優(yōu)化綜合實現(xiàn)了MS位置的獲得，即使當(dāng)沒有從單獨的基礎(chǔ)設(shè)施或單獨的GPS測量得到足夠的信息而以可用的精確度來定位時也是如此。一般的GPS精確度，具有小的不確定性的圓面積，其當(dāng)可以得到開放視野的天空時可以被實現(xiàn)，從而能夠從MS上空和周圍大約均勻分布的衛(wèi)星成功地接收SV信號。然而，在大城市中心地區(qū)高大建筑物的城市低谷中的信號傳輸環(huán)境可能導(dǎo)致堵塞的信號接收，從而阻止接收用于獨立的GPS解決方案的足夠的一組GPS SV信號。當(dāng)MS處于建筑物內(nèi)部和/或當(dāng)只有可觀測的SV信號來自SV時，這種情況尤其普遍，其中SV沿天空/上空的弧排列，沿建筑物的“墻”形成的路徑或條帶下降，其中建筑物在MS工作的相對直和窄的街道的任何一邊。在這種“城市峽谷”的環(huán)境下，來自SV的信號可能足以顯示相對街道為橫向的長的，窄的區(qū)域，其中的街道可能是MS的位置，但是在與沿街道的接收的SV排列橫向的方向上，這個可能區(qū)域的不確定性將是非常大的。在其它環(huán)境下，植物和地形特征能夠堵塞一些SV信號并阻止四個SV偽距離的標準最小值的MS中的測量。由于本發(fā)明中的GPS和基礎(chǔ)設(shè)施信息的綜合，通過可以在基于基礎(chǔ)設(shè)施測量中得到的附加的信息，可以得到精確的定位解決方案，其中基于基礎(chǔ)設(shè)施的測量是從在MS和LS之間的主要“水平”平面中傳輸?shù)耐ㄐ蓬l帶信號中選取的。
間接信息關(guān)系式(8)中表示的Bayes概率關(guān)系實現(xiàn)了以多種補充方法利用和應(yīng)用支持的間接信息。如上面和參考文獻中所述的，給定可用的測量和相關(guān)的信息，關(guān)于發(fā)生的總的可能性，可以估計可能的MS位置的范圍。如關(guān)系式(2)到(7)中所示，每個標準量度特征能夠被表示為在特定時間感興趣的MS位置的非線性函數(shù)。此外，一些類型的間接信息可以被表示在MS狀態(tài)參數(shù)的一個或更多個約束關(guān)系式中，例如，當(dāng)在三維ECEF坐標系統(tǒng)中計算一般的GPS解決方案時，當(dāng)已知MS被置于地面附近而不是在空中時，最終位置估計可能被限制為與在地球中心的ECEF原點相距一段距離，以有效地將該位置置于(或幾乎置于)地球表面。這種和類似的限制可以被包括在可能性計算中，其或者通過預(yù)處理與候選位置關(guān)聯(lián)的先驗概率，或者通過有效地包括“偽測量”，其中偽測量將不同約束和不確定性的范圍表示為位置的函數(shù)。
對MS可能位置的已知統(tǒng)計的有效利用能夠應(yīng)用在可能性計算中。對于蜂窩電話定位，用于電話使用的相關(guān)位置的統(tǒng)計分布可以從搜集的統(tǒng)計或數(shù)據(jù)庫得到，例如，在人口密集的城市環(huán)境中電話使用的統(tǒng)計顯示MS電話更可能在城市道路網(wǎng)的街道上或其旁邊，并且類似地在人口稀疏的農(nóng)村環(huán)境中工作的統(tǒng)計可能顯示MS電話更可能在通過農(nóng)村地區(qū)的公路或干道上或其旁邊。道路或公路網(wǎng)的道路位置的精確表示可以從標準的地圖數(shù)據(jù)庫獲得，其中的地圖數(shù)據(jù)庫包括由民政當(dāng)局維護的數(shù)據(jù)庫。因此覆蓋可能位置的候選范圍的概率因數(shù)分布的放置，例如，關(guān)系式(8)中的p(x)項，可能優(yōu)先地限制可能的位置使其落入道路上或在道路旁。為了進一步的精確度和實現(xiàn)相關(guān)概率的表示，地球表面的道路位置的二維描述可以在空間上“低通”濾波。這種濾波可以降解(de-resolve)或平滑先驗可能性表示，從而在道路附近或在道路上真正地提高概率，但是在相對道路橫向的方向上概率緩慢地下降或展開/消除到實際的程度。實際上，本發(fā)明的可用統(tǒng)計的有效利用可以被遞歸地增加，加強，并用于提高概率表示，這是因為統(tǒng)計是從本發(fā)明得到的位置搜集到的。
間接關(guān)系為了支持GPS信息和基于基礎(chǔ)設(shè)施信息的綜合，用在位置計算中的共同坐標系統(tǒng)必須精確地表示兩種類型的信息。如上面指出的，一般地GPS計算使用ECEF坐標系統(tǒng)來實現(xiàn)，ECEF坐標系統(tǒng)精確地表示在地面或地面上方的SV和感興趣的MS的位置和速度。到此為止，用在信息的單獨使用中的坐標系統(tǒng)一般地借助于LS的本地附近范圍內(nèi)的地球表面的平面投影，其中的信息是關(guān)于用于蜂窩位置確定的LS基于地形網(wǎng)絡(luò)的信息。在這種現(xiàn)存的基于基礎(chǔ)設(shè)施定位的系統(tǒng)中，位置系統(tǒng)的可用工作范圍的地理范圍被限制到足夠小的區(qū)域，從而地球表面的曲率沒有影響觀測的關(guān)系到可測量的程度。一般地基于地形的LS天線的測量位置是以大地緯度，經(jīng)度，以及地平面以上(agl)的高度，和平均海平面以上(amsl)的本地地平面的相關(guān)高度表示的。一般地將基于橢圓體的大地坐標轉(zhuǎn)換為平面坐標系統(tǒng)應(yīng)用正形投影，例如朗伯正形圓錐或通用橫向墨卡托(UTM)投影，如在John P.Snyder的文章中描述的地圖投影-操作手冊，Snyder，U.S.Geological SurveyProfessional Paper 1395，US Government Printing Office，1987；地圖投影，參考手冊，Bugayevskiy和Snyder，Taylor&Francis，1995。
為了組合GPS數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施信息，本發(fā)明的優(yōu)選實施例應(yīng)用GPS標準ECEF坐標系統(tǒng)和可信的本地高度表示的轉(zhuǎn)換以提供所有相關(guān)位置關(guān)系的精確表示。同時在每個LMU位置的GPS天線和接收機為與該位置的通信天線的高度(agl)的差分比較提供直接的WGS 84依據(jù)。包括檢測的或統(tǒng)計的信息與候選MS位置之間的關(guān)系的可能性計算可以被簡單地在三維，基于WGS 84的ECEF笛卡爾坐標系統(tǒng)中實現(xiàn)，其中ECEF笛卡爾坐標系統(tǒng)是使用GPS數(shù)據(jù)的標準。與該系統(tǒng)一致轉(zhuǎn)換對于LS天線和間接信息的所有位置描述，以用于定位估計。
這里引用的GPS相關(guān)坐標轉(zhuǎn)換的論述，例如，Bugayevskiy和Snyder的第一部分和Hofmann-Wellenhof，Lichtenegger，以及Collins的第十部分，描述了包含在將ECEF坐標值與相應(yīng)值關(guān)聯(lián)中的計算，其中的值是水平(緯度，經(jīng)度)位置和平均海平面以上的海拔或高度，是根據(jù)本地大地坐標表示的。GPS坐標轉(zhuǎn)換是基于地球形狀的WGS 84的參數(shù)表示的。因此表示為旋轉(zhuǎn)的橢圓體的地球的WGS 84表示提供了計算的位置結(jié)果的表示中的大地測量基礎(chǔ)。在任何本地定位系統(tǒng)的工作范圍中，根據(jù)WGS 84大地緯度，經(jīng)度以及WGS 84橢圓體以上的高度和/或本地大地表面的平均海平面以上的高度，量化該結(jié)果，其中根據(jù)WGS 84橢圓體表面以上的高度描述本地大地表面的平均海平面以上的高度。如上面提到的，當(dāng)感興趣的MS能夠被合理地假定為處于本地大地水平面，則該高度可以被限制到WGS 84橢圓體以上的本地表示的水平面。在這種情況下，在可能性考慮中位置估計只需要跨越與可用的觀測或測量的全體相關(guān)的緯度和經(jīng)度范圍。
對于可選的坐標系統(tǒng)表示，用于SV的瞬時位置和速度參數(shù)的ECEF系統(tǒng)值可以被轉(zhuǎn)換到“地球(east-north-up)(ENU)”坐標系統(tǒng)，該系統(tǒng)便于用于可用的LS的本地區(qū)域。然而在本發(fā)明的可選實施例中使用這種系統(tǒng)將需要附加的SV坐標的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，從自然用于GPS天文歷的ECEF系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為與WGS 84橢圓體相切和垂直的本地ENU系統(tǒng)。這種可選的實施方案可能采用這種坐標系統(tǒng)的相似性和接近性，用于地球表面的本地，平面，優(yōu)選的正形投影。對于這種用途，SV關(guān)于適當(dāng)?shù)摹跋蛏稀狈较虻乃矔r位置和速度矢量關(guān)系的考慮是必要的。
受約束的TDOA/FDOA由GPS/AGPS(甚至EOTD)接收機計算的偽距離可以與基于網(wǎng)絡(luò)的位置測量合并，其中位置測量是例如TOA，TDOA，AOA，相對功率，以及往返延遲，以計算更精確和加強的解答。例如，受約束的TDOA/FDOA可用被用在GPS/AGPS環(huán)境中。可以由輔助GPS接收機搜集的數(shù)據(jù)的組合確定該約束，其限制由衛(wèi)星的位置和速度所產(chǎn)生的時間偏移或多普勒影響，和使用GPS/AGPS計算的位置，基于網(wǎng)絡(luò)的位置方法，或組合確定的約束。受約束的TDOA/FDOA可以減輕GPS接收機的處理負擔(dān)，并通過消除多數(shù)假警報的機會而提高靈敏性。對于進一步的背景技術(shù)，參考2001年7月18日遞交的美國專利申請09/908,998，“用于估計無線定位系統(tǒng)中TDOA和FDOA的改進的方法”，該申請全部被包含于此以供參考。
增強的GSM同步可采用增強的同步技術(shù)以增加系統(tǒng)靈敏性，以顯示GSM信標和其各自對GPS時間的映射。使用該技術(shù)，Abis顯示器(或Abis顯示系統(tǒng)，或AMS)可以被用于提供同步信息，其中的同步信息將部分地描述對GPS時間的絕對幀數(shù)(FN)的映射。AMS提供的參數(shù)包括RFN(減少的幀數(shù)，T1′，T2，T3)-GSM幀數(shù)的部分描述。該信息可以與觀測和計算組合以進一步找到時間解決方案，其中觀測和計算是通過LMU監(jiān)視下行鏈路通道直接產(chǎn)生的。對于在無線定位系統(tǒng)中使用AMS的進一步信息，參考2001年7月18日遞交的美國專利申請09/909,221，“監(jiān)視無線定位系統(tǒng)中的呼叫信息”，其在2002年4月4日公布，公布號是US-2002-0039904-A1，其全部被包含于此以作參考。
用于增加容量/服務(wù)水平的混合AGPS/TDOA/AOA系統(tǒng)在多個設(shè)備供應(yīng)商的GSM環(huán)境中，將存在許多基于位置的服務(wù)，每種具有不同的精確度，呼叫狀態(tài)，以及等待時間需求。同時，定位技術(shù)應(yīng)該被設(shè)計為解決真實世界的通信量和負載需求。組合的TDOA/AGPS系統(tǒng)提出了用于面對無線定位系統(tǒng)的多種挑戰(zhàn)的理想系統(tǒng)。
1.當(dāng)需要早的，加強的呼叫路由選擇的情況下，TDOA是最好的。
2.當(dāng)使用者處于呼叫情況時，TDOA是最好的，其沒有附加的通信量負載。
3.當(dāng)MS空閑或該位置對等待時間不敏感時，AGPS是最好的。
4.當(dāng)系統(tǒng)負載輕時，AGPS是最好的/最精確的。
5.當(dāng)系統(tǒng)負載重時，TDOA是最好的。
6.當(dāng)系統(tǒng)需要高的精確度時，TDOA和AGPS可以被結(jié)合使用。
7.當(dāng)傳統(tǒng)電話(沒有GPS能力的電話)工作時，TDOA是最好的。
根據(jù)定位等待時間的需要、呼叫狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)在兩個方法(基于手持機的和基于網(wǎng)絡(luò)的)之間向前切換和向后切換的能力提供了實質(zhì)性的好處。此外，使用AMS確定呼叫狀態(tài)對于這種組合方法的成功是重要的。
結(jié)論在前面的說明書中闡述了本發(fā)明的原理，優(yōu)選實施例，以及工作模式，現(xiàn)在從中更明顯的是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以實施合適的數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)描述的技術(shù)。這里公開的實施例應(yīng)該被解釋為說明本發(fā)明而并不是限制本發(fā)明。前面的公開不是旨在以任何方式限制對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可用的等同結(jié)構(gòu)的范圍，而是以先前沒有想象的方式擴展等同結(jié)構(gòu)的范圍?？梢詫η懊嬲f明的實施例進行許多變化和改變，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，如隨附的權(quán)利要求中說明的。
因此，本發(fā)明的真正范圍不是受這里公開的當(dāng)前優(yōu)選實施例限制的。例如，無線定位系統(tǒng)的當(dāng)前優(yōu)選實施例的前述公開使用說明性術(shù)語，例如位置測量單元(LMU)，服務(wù)移動位置中心(SMLC)，等等，其不應(yīng)被解釋為限制下述權(quán)利要求的保護范圍，或者表示系統(tǒng)的發(fā)明性的方面是受限于公開的特殊方法和裝置。而且，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，這里公開的發(fā)明性的方面可以用于不是基于TOA和/或TDOA技術(shù)的定位系統(tǒng)。例如，無線定位系統(tǒng)確定TDOA和/或FDOA值的方法可以被用于非TDOA系統(tǒng)。類似地，本發(fā)明不是限于使用LMU的系統(tǒng)和被解釋為上述的其它子系統(tǒng)。LMU，SMLC，等待本質(zhì)上是可編程的數(shù)據(jù)搜集和處理設(shè)備，其將采用多種形式而不脫離這里公開的發(fā)明原理。給定數(shù)字信號處理和其它處理功能的降低的費用，其可能例如，將用于特殊功能的處理從這里描述的功能性元件轉(zhuǎn)換為另一種功能性元件，而不改變系統(tǒng)的發(fā)明性操作。在許多情況下，這里描述的執(zhí)行位置(即功能性元件)只是設(shè)計者的優(yōu)先選擇而不是硬性要求。因此，除了下述權(quán)利要求被清楚地如此限制，下述權(quán)利要求的保護范圍不是旨在受上述的具體實施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于確定移動站(MS)的位置的方法，其中所述移動站配備嵌入的GPS信號接收能力和被配備為在無線通信網(wǎng)絡(luò)中工作，所述方法包括(a)在地面站接收GPS數(shù)據(jù)，所述GPS數(shù)據(jù)是從所述將被定位的MS接收的；(b)在配備位置測量裝置的地面站，從所述將被定位的MS接收通信頻帶信號，并使用所述位置測量裝置從所述通信頻帶信號選取位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)；以及(c)在配備用于定位計算的地面站，使用所述GPS數(shù)據(jù)和所述選取的位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)執(zhí)行定位計算，以得到對于所述MS的估計的位置。
2.如權(quán)利要求1所述方法，進一步包括向所述將被定位的MS提供輔助數(shù)據(jù)，所述輔助數(shù)據(jù)使所述MS接收GPS粗/捕獲(C/A)信號并選取到達時間(TOA)或偽距離測量，其中所述TOA或偽距離測量接著被傳輸?shù)剿雠鋫湮恢脺y量裝置的地面站。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將所述GPS數(shù)據(jù)和所述選取的位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿雠鋫溆糜诙ㄎ挥嬎愕牡孛嬲尽?br> 4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括到達時間(TOA)數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括到達時間差(TDOA)數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括到達角(AOA)數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括關(guān)于信號強度或傳播損耗(PL)的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括定時提前量(TA)數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在執(zhí)行所述定位計算中使用間接信息。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法被用于實現(xiàn)用于E-911的可應(yīng)用的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)精確度要求。
11.一種用于確定移動站(MS)的位置的系統(tǒng)，其中所述移動站配備嵌入的GPS信號接收能力和被配備為在無線通信網(wǎng)絡(luò)中工作，所述系統(tǒng)包括(a)用于向?qū)⒈欢ㄎ坏乃鯩S提供輔助數(shù)據(jù)的裝置，所述輔助數(shù)據(jù)使所述MS接收GPS粗/捕獲(C/A)信號并選取到達時間(TOA)或偽距離測量；(b)用于接收GPS數(shù)據(jù)以用在定位計算中的裝置，所述GPS數(shù)據(jù)是從所述將被定位的MS接收的；(c)配備位置測量裝置和接收機的地面站，其用于從所述將被無線定位的MS接收通信頻帶信號并使用所述位置測量裝置從所述通信頻帶信號選取位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)；以及(d)被配置為用于定位計算的地面站，包括用于執(zhí)行所述定位計算的處理器，其使用所述GPS數(shù)據(jù)和所述選取的位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)以得到對于MS的估計位置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括用于將所述GPS數(shù)據(jù)和所述選取的位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿雠鋫溆糜谒龆ㄎ挥嬎愕乃龅孛嬲镜难b置。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括所述到達時間(TOA)數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括到達時間差(TDOA)數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括到達角(AOA)數(shù)據(jù)。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括關(guān)于信號強度或傳播損耗(PL)的數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從所述通信頻帶信號選取的所述位置相關(guān)的特征數(shù)據(jù)包括定時提前量(TA)數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括在執(zhí)行所述定位計算中使用間接信息。
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)實現(xiàn)用于E-911的相應(yīng)的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)精確度要求。
全文摘要
一種用于增強蜂窩電話通信系統(tǒng)中的移動無線電收發(fā)機的位置確定的精確度和穩(wěn)定性的方法和系統(tǒng)，其綜合來自嵌入在移動單元中的輔助全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備和來自基于基礎(chǔ)設(shè)施的裝置的位置相關(guān)的信息，其中基于基礎(chǔ)設(shè)施的裝置選取網(wǎng)絡(luò)基站的信號特征數(shù)據(jù)?？捎玫闹С珠g接信息可在定位中額外地被估算，以提供增強穩(wěn)定性和精確度的位置估計。
文檔編號H04W64/00GK1898975SQ200480038537
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者約翰·E·邁隆尼, 羅伯特·J·安德森 申請人:真實定位公司