專利名稱：在定位期間維持呼叫的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及定位。特別是，本發(fā)明涉及用于在無線通信系統(tǒng)中進行定位的新穎和經(jīng)改進的方法和裝置。
相關(guān)技術(shù)的描述政府規(guī)定和客戶要求已推動了對蜂窩電話中的定位功能的需求。目前，可將全球定位系統(tǒng)(GPS)用于通過GPS接收機結(jié)合一組地球軌道衛(wèi)星進行定位。因此，理想的是，將GPS功能用于蜂窩電話。
然而，蜂窩電話對于成本、重量和功率損耗的問題十分敏感。簡單地添加用于執(zhí)行GPS定位的附加電路并不是在蜂窩電話中提供定位功能的一種另人滿意的解決方法。因而，本發(fā)明的目的在于在蜂窩電話系統(tǒng)中提供GPS功能，而附加硬件、成本和功率損耗最小。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種在無線通信系統(tǒng)中進行定位的新穎的經(jīng)改進的方法和裝置。在本發(fā)明的一個實施例中，包括在具有基站的CDMA無線通信系統(tǒng)中的用戶單元中進行定位的方法，該方法包括下列步驟在通信期間接收定位請求、進入定位模式、把幀發(fā)送到基站同時執(zhí)行定位過程，以及當(dāng)完成定位過程時返回到通信模式。
附圖的簡述從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點將顯而易見。在附圖中相同標(biāo)號作相同表示，而且

圖1是全球定位系統(tǒng)(GPS)波形發(fā)生器的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的運用構(gòu)成的蜂窩電話系統(tǒng)的高度簡化方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成的接收機的方框圖；圖4是如圖3所示的接收機的另一個方框圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例構(gòu)成的接收機；圖6是在定位操作期間執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成的DSP的方框圖；圖8是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行搜索期間執(zhí)行的步驟的流程圖；圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行精細(xì)和粗略搜索的各階段的時線；圖10是當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行時搜索過程的時線；圖11是搜索空間的示圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的接收機的方框圖。
較佳實施例的詳細(xì)描述描述在無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行定位的新穎的經(jīng)改進的方法和裝置。根據(jù)數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)的情況描述示范實施例。雖然在該情況下使用是十分有利的，但可將本發(fā)明的不同實施例用于不同環(huán)境或結(jié)構(gòu)。一般，運用軟件受控處理器、集成電路或分立邏輯塊可形成這里所述的各種系統(tǒng)，然而，在集成電路中實施卻是最佳的。最好用電壓、電流、電磁波、磁場或磁微粒、光場或光微?；蛩鼈兊慕M合來表示在整個申請中所參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、碼元和碼片。此外，在每個方框圖中所示的方框都可表示硬件或方法步驟。
圖1是全球定位系統(tǒng)(GPS)波形發(fā)生器的方框圖。圓圈內(nèi)一個加符號表示模2加。一般，GPS星座圖包括24個衛(wèi)星21個用于導(dǎo)航的宇宙飛船(SV)和3個備份(square)。每個SV包括通過監(jiān)測地面站與GPS時間同步的時鐘。為了確定位置和時間，GPS接收機處理從幾個衛(wèi)星接收到的信號。至少必須用4個衛(wèi)星來解4個未知數(shù)(x,y,z，時間)。
每個SV發(fā)送2個微波載波承載用于標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)(SPS)的信號的1557.42MHz L1載波和承載精確定位業(yè)務(wù)(PPS)所需的信號的1227.60MHz L2載波。政府代理結(jié)構(gòu)使用PPS并允許更高精度的定位。
用粗略捕獲(C/A)碼(它是用于民用定位業(yè)務(wù)的在1.023Mcps下發(fā)送的1023-碼片偽隨機碼)調(diào)制L1載波。(粗略捕獲碼不應(yīng)與這里所述的粗略和精細(xì)捕獲相混淆，其中粗略和精細(xì)捕獲包含對C/A碼的運用。)每個衛(wèi)星都具有它自己的C/A碼，該碼每1ms重復(fù)一次。用于PPS的P碼是10.23MHz碼，其長度為2676天。P碼出現(xiàn)在這兩種載波上，但是在L1載波上與C/A碼的相位相差90度。在載波調(diào)制之前與C/A碼和P碼進行“異”運算的50Hz導(dǎo)航消息提供諸如衛(wèi)星軌道和時鐘校正的系統(tǒng)信息。
用粗略捕獲(C/A)碼調(diào)制L1載波，該C/A碼是用于民用定位業(yè)務(wù)的在1.023Mcps下發(fā)送的1023-碼片偽隨機碼。每個衛(wèi)星都具有它自己的C/A碼，該碼每1ms重復(fù)一次。用于PPS的P碼是10.23MHz碼，其長度為267天。P碼出現(xiàn)在兩種載波上，而且在L1載波上與C/A碼的相位相差90度。在載波調(diào)制之前與C/A碼和P碼進行“異”運算的50Hz導(dǎo)航消息提供諸如衛(wèi)星軌道和時鐘校正的系統(tǒng)信息。
用粗略捕獲(C/A)碼調(diào)制L1載波，該C/A碼是用于本國定位業(yè)務(wù)的在1.023Mcps下發(fā)送的1023-碼片偽隨機碼。每個衛(wèi)星都具有它自己的C/A碼，該碼每1ms重復(fù)一次。用于PPS的P碼是10.23MHz碼，其長度為267天。P碼出現(xiàn)在兩種載波上，而且在L1載波上與C/A碼的相位相差90度。在載波調(diào)制之前與C/A碼和P碼進行“異”運算的50Hz導(dǎo)航消息提供諸如衛(wèi)星軌道和時鐘校正的系統(tǒng)信息。
每個衛(wèi)星都具有屬于被稱為Gold碼的碼系列的不同C/A碼。使用Gold碼是因為在它們之間的交叉相關(guān)是很小的。運用兩個10-級移位寄存器(如在圖1.4-2中所示)產(chǎn)生C/A碼。G1發(fā)生器用多項式1+X3+X10，同時G2發(fā)生器用多項式1+X2+X3+X6+X8+X9+X10。通過將G1移位寄存器的輸出與G2移位寄存器的2位進行“異”運算產(chǎn)生C/A碼。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的運用配置的蜂窩電話系統(tǒng)的高度簡化方框圖。移動電話10位于基站12之間，其中基站12耦合到基站控制器(BSC)14。移動通信交換中心MSC16把BSC14連接到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)。在操作期間，一些移動電話通過與基站12相連進行電話呼叫，同時其他移動電話處于備用模式。
如在待批美國專利申請?zhí)?9/040,051(發(fā)明名稱為“用于確定無線CDMA收發(fā)機的位置的系統(tǒng)和方法”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中所述的那樣，發(fā)送定位請求消息來促進定位，其中上述定位請求消息包括允許移動電話快速捕獲GPS信號的“幫助信息”。該信息包括SV的ID號(SV ID)、估計的碼相位、在估計碼相位周圍的搜索窗口尺寸和估計的頻率多普勒。運用該信息，移動單元可更快地捕獲GPS信號并確定它的位置。
響應(yīng)于幫助信息，對于該基站所指定的SV，移動單元調(diào)諧到GPS頻率并開始使接收到的信號與它的本機產(chǎn)生的C/A序列相關(guān)。它運用輔助信息來使搜索空間變窄并補償多普勒響應(yīng)，而且運用時間相關(guān)獲得每個衛(wèi)星的偽范圍。注意，這些偽范圍是基于移動單元時間(參照CDMA接收機的組合器系統(tǒng)計時器)的，該移動單元時間是GPS時間的延遲表達方式。
一旦計算該信息，移動單元就向基站發(fā)送對于每個衛(wèi)星的偽范圍(最好分辨率達1/8碼片)以及測量所需的時間。然后，移動單元返回到CDMA并繼續(xù)呼叫。
一般接收到信息，BSC就用單向延遲估計來將偽范圍從移動單元時間轉(zhuǎn)換到基站時間并通過解出幾個區(qū)域的相交區(qū)來計算移動單元的估計位置。
幫助消息提供的另一個參數(shù)是頻率多普勒或多普勒偏移。多普勒效應(yīng)表示由于在發(fā)射機和接收機之間的相對速度所引起的接收信號頻率的明顯變化。多普勒對載波的效應(yīng)被稱為頻率多普勒，而對基帶信號的效應(yīng)被稱為碼多普勒。
在GPS的情況下，頻率多普勒改變接收到的載波頻率，從而該效應(yīng)與有載波偏移的解調(diào)一樣。由于基站的GPS接收機積極跟蹤所需的衛(wèi)星，所以它知道由于衛(wèi)星移動所致的頻率多普勒。此外，該衛(wèi)星如此遠(yuǎn)離基站和移動站，從而移動單元看見的多普勒偏移實際上與基站看見的多普勒偏移是一樣的。在本發(fā)明的一個實施例中，為了校正頻率多普勒值，移動單元運用在接收機中的旋轉(zhuǎn)器。頻率多普勒的范圍從-4500Hz到+4500Hz，而且變化率大約1Hz/s。
碼多普勒的效應(yīng)是改變1.023Mhz碼片速率，它實際上壓縮或擴大接收到的C/A碼碼片的寬度。在本發(fā)明的實施例中，移動單元通過將頻率多普勒與比率1.023/1575.42相乘校正碼多普勒。于是，移動單元通過按照需要以1/16碼片遞增轉(zhuǎn)動(將延遲引入)接收到的IQ采樣的相位，可以隨著時間推移校正碼多普勒。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成的蜂窩電話(無線用戶單元)的接收機部分的方框圖。將接收到的波形100建模成用在頻率Wc+Wd下的載波調(diào)制的C/A信號c(n)，其中Wc是標(biāo)稱載波頻率1575/42MHz，而Wd是通過衛(wèi)星移動產(chǎn)生的多普勒頻率。多普勒頻率的范圍從0(當(dāng)衛(wèi)星直接在頭頂上)到大約4.5kHz(在最壞的情況下)?？梢詫⒔邮諜C模擬部分建模成用在頻率Wr和隨機相位_下的載波解調(diào)，隨后是低通濾波。
所得基帶信號通過A/D變換器(未圖示)以產(chǎn)生數(shù)字I和Q采樣，存儲它們從而可重復(fù)地搜索它們。以兩倍于C/A碼碼片速率(碼片×2)產(chǎn)生采樣，該碼片速率比執(zhí)行精細(xì)搜索算法所需的分辨率更低，但是允許以合理的存儲量存儲18ms的采樣數(shù)據(jù)。一般，理想的是，以大于10ms的速率進行搜索，從而允許在大多數(shù)環(huán)境條件下捕獲，并且18ms是較佳的綜合周期。這些環(huán)境條件包括處于內(nèi)部或不能直接看到衛(wèi)星。
操作期間，首先用旋轉(zhuǎn)器102旋轉(zhuǎn)采樣以校正多普勒頻率偏移。使旋轉(zhuǎn)的I和Q采樣與衛(wèi)星的C/A序列的各種偏移相關(guān)，而且用積分器104在Nc碼片范圍內(nèi)對所得乘積進行相干積分。對相干積分和求平方并總加以去除未知的相位偏移_的效應(yīng)。為了增加對于特定偏移的假設(shè)測試，非相干組合幾個相干間隔。在多個時間偏移重復(fù)執(zhí)行該去擴展以找到衛(wèi)星信號的時間偏移。它用由基站指定的多普勒頻率(最好量化為10Hz間隔)并旋轉(zhuǎn)I和Q采樣以去除頻率偏移。
在本發(fā)明的一個實施例中，旋轉(zhuǎn)只在相干積分窗口內(nèi)是連續(xù)的。即，例如，旋轉(zhuǎn)器在1ms的相干積分周期之間停止。用平方后求總和消除任何所得相位差。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成的接收機的另一個方框圖，其中更加詳細(xì)示出接收機的旋轉(zhuǎn)器部分。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例構(gòu)成的接收機。本發(fā)明的該內(nèi)部實施例利用通過旋轉(zhuǎn)本機產(chǎn)生的C/A序列而不是輸入采樣來在相干積分周期之間使旋轉(zhuǎn)器停止的能力。
如圖所示，C/A序列c(n)通過施加到正、余弦信號sin(WdnTc)和cos(WdnTc)上加以旋轉(zhuǎn)，然后存儲。每個衛(wèi)星只需旋轉(zhuǎn)C/A序列一次。因此，旋轉(zhuǎn)C/A碼序列減少所需的計算量。在本發(fā)明的一個實施例中，這還節(jié)省了在DSP中用來執(zhí)行這種計算的存儲量。
使定位算法性能劣化的另一個顯著的損害是在移動單元內(nèi)部時鐘中的頻率誤差。正是這種頻率誤差促使采用短相干積分時間，大約1ms。較佳的是，在更長的時間周期內(nèi)執(zhí)行相干積分。
在示例結(jié)構(gòu)中，移動站的自激(內(nèi)部)本機振蕩器時鐘是19.68MHz晶體，它具有頻率容限+/-5ppm。這可導(dǎo)致大約+/-7500Hz的大誤差。用該時鐘產(chǎn)生用于解調(diào)GPS信號的載波，從而將時鐘誤差加到信號捕獲時間。由于可用來搜索的時間很短，所以頻率容限所導(dǎo)致的這樣大的誤差不可容忍，必須大大減小。
為了允許更長的相干積分時間，在本發(fā)明的一個實施例中，CDMA接收機通過運用根據(jù)CDMA導(dǎo)碼獲得的定時或任何可用的其他定時信息校正本機振蕩器。這產(chǎn)生控制信號，它將本機振蕩器時鐘調(diào)諧到盡可能接近19.68MHz。當(dāng)射頻單元從CDMA切換到GPS時，凍結(jié)施于本機振蕩器時鐘的控制信號。
然而，即使在運用來自基站(或其他資源)的定時信息執(zhí)行校正之后，一些附加時鐘誤差仍然保持。在本發(fā)明的一個實施例中，在校正之后所得的頻率不確定性是+/-100Hz。該剩余誤差仍然降低接收機的性能，而且一般阻止更長的相干積分時間。在本發(fā)明的一個實施例中，通過在大于使性能降低的1ms的持續(xù)時間內(nèi)執(zhí)行非相干積分，可以簡單地避免剩余誤差。
如圖1所示，還在L1載波上調(diào)制50Hz NAV/系統(tǒng)數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(0至1或1至0)發(fā)生在兩個半個相干積分窗口之間，那么所得相干積分總和將為零，因為兩個半個將相互抵銷。這實際上在最差情況下使非相干累計數(shù)減1。雖然同步所有衛(wèi)星的數(shù)據(jù)邊界，但是由于在通道延遲中的差異導(dǎo)致它們不能同時到達移動單元。該通道延遲實際上使接收到的數(shù)據(jù)相位隨機化。
在本發(fā)明的一個實施例中，對于不同信號的不同數(shù)據(jù)相位的問題是將數(shù)據(jù)相位包括在從基站發(fā)送到移動單元的幫助信息中。由于基站解調(diào)50Hz數(shù)據(jù)，它知道何時每個衛(wèi)星發(fā)生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。通過運用熟知的單向延遲，基站可以通過指示在20個1毫秒間隔中的哪一個發(fā)生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以5比特(每個衛(wèi)星)編碼數(shù)據(jù)相位。
如果相干積分窗口跨50Hz數(shù)據(jù)邊界的兩邊，那么相干積分分成2個(2)部分。一個部分在數(shù)據(jù)邊界之前，而另一個部分在數(shù)據(jù)邊界之后。例如，如果En1是在數(shù)據(jù)邊界之前的窗口內(nèi)(該窗口的第一半)的相干積分和，而En2是在數(shù)據(jù)邊界之后的窗口內(nèi)的相干積分和，那么移動單元選擇(En1+En2)(在數(shù)據(jù)相同的情況下)的最大值(幅值)和(En1-En2)(在數(shù)據(jù)變化的情況下)，以顧及相位變化。移動單元還可在非相干組合跨該數(shù)據(jù)窗口的兩半或者完成免去該數(shù)據(jù)窗口之間作出選擇。
在本發(fā)明的另一個實施例中，移動單元嘗試通過將該和的幅值平方和1ms相干積分之差相比較來找到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，無需來自基站的信息的幫助。
在本發(fā)明的一個實施例中，基于固件的DSP(數(shù)字信號處理器)方法別用來進行GPS處理。DPS以碼片×2(2.046MHz)或碼片×8(8.184MHz)的速率接收I和Q采樣，并將4比特I和Q采樣的瞬象存儲在它的內(nèi)部RAM。
在示范實施例中，DSP產(chǎn)生C/A序列，進行旋轉(zhuǎn)以消除頻率多普勒，并在由對于每個衛(wèi)星的基站提供的搜索窗口內(nèi)進行相關(guān)。DSP執(zhí)行相干積分和非相干組合并按照需要轉(zhuǎn)動IQ采樣抽選器以補償碼多普勒。
為了節(jié)省計算和存儲空間，運用_碼片分辨率來執(zhí)行最初的搜索，并在最佳的一個或多個標(biāo)志周圍執(zhí)行精細(xì)搜索以獲得1/8碼片(更高)分辨率。通過計數(shù)由硬件產(chǎn)生的1ms中斷(由本機振蕩器產(chǎn)生)保持系統(tǒng)時間。
此外，在本發(fā)明的一個實施例中，通過在不同的碼片×8偏移下在一個碼片的持續(xù)時間內(nèi)累計碼片×8采樣(更高分辨率)，來進行精細(xì)搜索。
圖6是示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一個搜索例執(zhí)行時，在定位期間校正本機振蕩器所執(zhí)行的步驟的流程圖。在步驟500中，判定最近是否正確校正本機振蕩器。如果不是，那么從基站捕獲導(dǎo)碼，而且通過與在步驟502中的導(dǎo)碼定時相比較判定本機振蕩器的誤差，并產(chǎn)生基于該誤差的校正信號。
于是，流程進到步驟504，其中將校正信號凍結(jié)在當(dāng)前值。在步驟506中，進入GPS模式并運用經(jīng)校正的時鐘執(zhí)行定位。一旦執(zhí)行定位，移動站就在步驟508中離開GPS模式。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成的DSP接收機系統(tǒng)。DSP以最少的附加硬件執(zhí)行整個搜索操作。DSP核心308、調(diào)制解調(diào)器306、接口單元300、ROM302和存儲器(RAM)304通過總線306耦合。接口單元300接收來自RF單元(未圖示)的RF采樣并向RAM304提供采樣。可以粗略分辨率或精細(xì)分辨率存儲RF采樣。DSP核心308運用存儲在ROM302以及存儲器304中的指令處理存儲在存儲器中的采樣。存儲器304具有多個“存儲體”，其中一些存儲采樣而一些存儲指令。調(diào)制解調(diào)器700在常規(guī)模式下執(zhí)行CDMA處理。
圖8是在定位操作期間執(zhí)行的步驟的流程圖。當(dāng)接收到幫助消息時開始定位操作，而且把RF系統(tǒng)切換到GPS頻率(在步驟600中)。當(dāng)將RF切換到接收GPS時，固定頻率跟蹤環(huán)路。DSP接收來自電話微處理器的步驟信息并以多普勒幅值對衛(wèi)星分類。
在步驟602中，把粗略搜索數(shù)據(jù)存儲在DSP RAM中。DSP接收幾百微秒的輸入數(shù)據(jù)以設(shè)定Rx AGC。DSP記錄系統(tǒng)時間并開始將18ms窗口(DSP存儲局限)的碼片×2IQ數(shù)據(jù)存儲在它的內(nèi)部RAM中。用相連數(shù)據(jù)窗口來減輕碼多普勒的影響。
一旦存儲數(shù)據(jù)，在步驟604中執(zhí)行粗略搜索。DSP開始粗略(碼片×2分辨率)搜索。對于每個衛(wèi)星，DSP產(chǎn)生C/A碼，根據(jù)頻率多普勒旋轉(zhuǎn)該碼并通過將C/A碼重復(fù)用于存儲的粗略搜索數(shù)據(jù)在由基站指定的搜索窗口內(nèi)取相關(guān)。在相同的18ms數(shù)據(jù)窗口內(nèi)處理衛(wèi)星，而且對于每個衛(wèi)星獲得超出門限的最佳碼片×2假設(shè)。雖然在本發(fā)明的一個實施例用到2ms相關(guān)積分時間(帶有9個非相關(guān)積分)，但是可用更長的相關(guān)積分時間(例如，18ms)，雖然最好進行如下所述的附加調(diào)節(jié)。
一旦執(zhí)行粗略搜索，就在步驟606中進行精細(xì)搜索。在開始精細(xì)搜索之前，DSP計算對于每個衛(wèi)星的經(jīng)旋轉(zhuǎn)的C/A碼。這允許DSP實時地處理精細(xì)搜索。在執(zhí)行精細(xì)(碼片×8分辨率)搜索期間，在不同的數(shù)據(jù)上一次處理一個衛(wèi)星。
DSP首先轉(zhuǎn)動抽選器以補償對于給定衛(wèi)星的碼多普勒。在存儲碼片×8采樣的1ms的相關(guān)積分窗口之前，還復(fù)位Rx AGC值，同時等待下一個1ms邊界。
DSP處理對于該1ms相干積分窗口的5個相連碼片×8分辨率假設(shè)，其中中心假設(shè)是粗略搜索中得到的最佳假設(shè)。在處理下一個1ms窗口之后，對于所有Nn次重復(fù)都相干組合該結(jié)果并非相干組合該2ms和。
對于下一個衛(wèi)星的相同數(shù)據(jù)重復(fù)該步驟(從轉(zhuǎn)動抽選器開始)直至已處理所有衛(wèi)星。如果對于2個衛(wèi)星的碼多普勒在幅值上是相同的，那么可以在相同的數(shù)據(jù)處理兩個衛(wèi)星以減小所需的數(shù)據(jù)組的數(shù)量。在最壞的情況下，將8組1ms的2*Nn數(shù)據(jù)窗口用于精細(xì)搜索。
最后，在步驟608中，向微處理器報告結(jié)果并在DSP中重新啟動聲碼器處理，從而可以繼續(xù)呼叫。DSP向微處理器報告?zhèn)畏秶?，其中微處理器將它們轉(zhuǎn)送到基站。在微處理器將聲碼器程序碼重新下載到DSP存儲器之后，DSP清除它的數(shù)據(jù)存儲器并重新啟動聲碼器。
圖9示出在粗略搜索之后執(zhí)行的精細(xì)搜索。在粗略搜索中分出最佳碼片×2階段之后，DSP在該階段周圍執(zhí)行精細(xì)搜索以獲得碼片×8分辨率。
用矩形框出用于在精細(xì)搜索中作比較的5個階段，如圖所示。再次評估最佳碼片×2階段，從而可對相同數(shù)據(jù)組進行比較。這還允許粗略搜索和精細(xì)搜索來運用不同的積分時間。由于每個衛(wèi)星都可對碼多普勒具有不同值，所以對于每個衛(wèi)星可分開執(zhí)行精細(xì)搜索。
圖10提供當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一個實施例實施時精細(xì)處理的時線。在本發(fā)明的一個實施例中在大約1.324秒內(nèi)完成整個處理時間(粗略+精細(xì)搜索)，該實施例中斷呼叫，但是一旦完成搜索就仍然允許呼叫繼續(xù)。1.324秒的整個搜索是上限，因為它假定DSP需要搜索全部8個衛(wèi)星，而且每個衛(wèi)星具有68碼片的搜索窗口。然而，由于衛(wèi)星軌道的幾何結(jié)構(gòu)使得所需整個過程1.324秒的可能性很小。
在第一個18ms80期間，在GPS頻率下收集IQ采樣數(shù)據(jù)。在周期82內(nèi)，內(nèi)部執(zhí)行粗略搜索，這會持續(xù)長達1.13秒，但是當(dāng)識別衛(wèi)星信號時可能提早終止。一旦執(zhí)行粗略搜索，就在時間周期84內(nèi)計算C/A碼，它需要24ms。在時間周期86期間內(nèi)，對于碼多普勒調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動值并進一步調(diào)節(jié)Rx AGC。在時間周期88內(nèi)，對IQ數(shù)據(jù)采樣進行精細(xì)搜索，它在時間周期86內(nèi)執(zhí)行連續(xù)調(diào)節(jié)。運用18ms積分時間允許忽略碼多普勒，因為接收到的C/A碼相位偏移小于1/16的碼片。對多達8個的衛(wèi)星執(zhí)行調(diào)節(jié)多達8個序列的調(diào)節(jié)和精細(xì)搜索，此時完成定位過程。
此外，在本發(fā)明的一些實施例中，電話繼續(xù)把反向鏈路的幀發(fā)送到基站，同時執(zhí)行定位處理。這些幀可簡單地保持為空信息以允許基站與用戶單元保持同步，或者幀可包含附加信息(諸如，功率控制命令或信息請求)。最好在RF電路可用且不收集GPS采樣時，發(fā)送這些幀，或者如果有充足的RF電路可用，則在收集GPS采樣時發(fā)送。
雖然運用18ms積分時間避免碼多普勒效應(yīng)，但是如果在18ms處理間距內(nèi)發(fā)生數(shù)據(jù)變化(如上所述)，那么在50Hz速率下對GPS信號發(fā)送數(shù)據(jù)將會引發(fā)問題。數(shù)據(jù)變化導(dǎo)致信號相位的偏移。對于每個衛(wèi)星，在不同的地方發(fā)生50Hz數(shù)據(jù)邊界。通過改變從每個衛(wèi)星到電話的路徑長度，有效地使每個衛(wèi)星的50Hz轉(zhuǎn)換相位隨機化。
在最壞的情況下，如果在相干積分期間的中點數(shù)據(jù)位反相，那么相干積分可完全被擦除。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，基站必須將對于每個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊界傳播到電話(如上所述)。最佳的是，還將傳輸邊界包含在從基站發(fā)送的幫助消息內(nèi)(諸如，以一組5位消息，它指示每個衛(wèi)星發(fā)生轉(zhuǎn)換的毫秒間隔)。電話用該邊界將每個衛(wèi)星的相干積分間隔分成2片并判定是否添加或減去在這2個間隔內(nèi)的相干積分和。這樣，通過包含每個GPS信號的數(shù)據(jù)邊界，增加了定位過程的可靠性。
在本發(fā)明的示范實施例中，任何頻率不確定性都產(chǎn)生Ec/Nt的損耗，其中上述損耗隨著相干積分時間的增加而增加。例如，不確定性+/-100Hz,Ec/Nt的損耗隨著相干積分時間的增加而快速增加，如表Ⅰ所示。
表 1如上所述，在移動單元中總是存在本機振蕩器的一些未知的頻率偏移。正是這些未知的頻率偏移阻止了更長的相干進行去擴展和積分。如果可以減小這些未知的頻率偏移效應(yīng)，更長相干可以改進處理。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過將搜索空間擴展到2維以包含頻率搜索，來考慮這些未知頻率偏移。對于每個假定，執(zhí)行幾次頻率搜索，其中每次頻率搜索都假定頻率偏移是已知值。通過將頻率偏移隔開，人們可將頻率不確定性減小到任意值，但是付出的代價是附加計算和存儲量。例如，如果用5個頻率假定，那么所得搜索空間如圖10所示。
對于+/-100Hz頻率不確定性，這是典型的移動單元操作規(guī)范，該結(jié)構(gòu)將最大頻率偏移減小到20Hz(一個假定必須是在實際頻率偏移的20Hz內(nèi))。對20ms相干積分時間而言，有20Hz頻率偏移的EC/Nt損耗是2.42dB。通過將頻率假定數(shù)加倍到10，可將頻率不確定性減小到10Hz，這使Ec/Nt損耗為.58dB。然而，添加附加假定加寬了搜索空間，它增加了計算和存儲要求。
本發(fā)明的一個實施例通過頻率多普勒與頻率偏移的集總并對于每個頻率假定計算新旋轉(zhuǎn)的PN碼，來計算頻率假定。然而，這使得在整個計算過程中頻率假定數(shù)成倍增加5個頻率假定意味著增加5次計算。
另一方面，在本發(fā)明的另一個實施例中，由于與頻率多普勒相比，頻率不確定性很小，所以旋轉(zhuǎn)相位可被認(rèn)為在1ms間隔內(nèi)是恒定的(對于80Hz假定為一個周期的8％)。因此，通過將相干積分間隔分成長達1ms子間隔，旋轉(zhuǎn)子間隔的積分和以將計算頻率搜索所需的附加計算量減小3個數(shù)量級。結(jié)果是可執(zhí)行更長相干的去擴展，而且改善性能。
圖12是根據(jù)運用更長相干的去擴展方法構(gòu)成的接收機的方框圖。第一組乘法器50通過將IQ采樣與旋轉(zhuǎn)C/A碼取相關(guān)，補償頻率多普勒。這等同于在與未改變的C/A碼取相關(guān)之前旋轉(zhuǎn)IQ采樣。由于頻率多普勒可長達4500Hz，所以可對每個碼片進行旋轉(zhuǎn)。用累加器52在1ms間隔內(nèi)(1023碼片)進行相干積分之后，第二組乘法器54旋轉(zhuǎn)1ms積分和(_I和_Q)，以實現(xiàn)頻率假定。在整個相干積分間隔內(nèi)累加旋轉(zhuǎn)和。
回想只在1023碼片上計算頻率多普勒旋轉(zhuǎn)以節(jié)省存儲和計算量。對于比1ms長的相干積分時間，將每個相干積分和與相位偏移相乘以使旋轉(zhuǎn)相位在時間上繼續(xù)。為了以數(shù)學(xué)方式示出這點，帶有頻率多普勒旋轉(zhuǎn)的1ms相干積分和可表示如下S1=Σn=11023[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTc,]]>其中-1=Ref{S1}和-Q=Im{S1}其中I(n)和Q(n)是分別在I和Q信道上接收到的輸入采樣，c(n)是未旋轉(zhuǎn)的C/A碼，Wd是頻率多普勒和，Tc是碼片間隔(.9775us)。2ms相干積分和可表示如下S(2ms)=Σn=12046[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTc]]>=Σn=11023[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTc+e-jwd(1023)Tc]]>Σn=11023[I(n+1023)+jQ(n+1023)]c(n)e-jwdnTc]]>=S1+e-jwd(1023)TcS2]]>這里，S1是第一1ms積分和，而S2是運用用來計算S1的相同旋轉(zhuǎn)C/A值計算的第二1ms積分和。 項是補償運用相同旋轉(zhuǎn)值的相位偏移。類似地，3ms相干積分和可表示為S(3ms)=S1+e-jwd(1023)TcS2+e-jwd(2046)TcS3]]>為了延長積分時間，同時運用相同的1023單元旋轉(zhuǎn)的C/A序列，(n+1)1ms積分和在加到總和之前應(yīng)與e-jwdn(1ms)相乘。由于這是1ms積分和的旋轉(zhuǎn)，我們將該運算與頻率搜索相組合來避免執(zhí)行2次旋轉(zhuǎn)。即，由于e-jwdn(1ms)e-jwdn(1ms)=e-j(wd+wh)n(1ms)]]>我們將第(n+1)個1ms積分和與e-j(wd+wh)n(1ms)相乘以搜索頻率假定并考慮頻率多普勒相位偏移。
注意，由于頻率不確定性不依賴于衛(wèi)星，所以可在捕獲一個衛(wèi)星之后，減少頻率搜索。如果需要更長的相干積分，可以執(zhí)行更精細(xì)的頻率搜索。
在本發(fā)明的示范實施例中，以類似于粗略搜索的方法進行精細(xì)搜索。但有2點差別。第一，積分間隔總是相干相加，而不是求平方并非相干加法。第二，將去除頻率不確定的旋轉(zhuǎn)(在粗略搜索之后應(yīng)是已知的)與頻率多普勒相位偏移組合并用來旋轉(zhuǎn)1ms相干積分間隔后將它們加在一起。
在本發(fā)明的另一個實施例中，在比18ms長的積分時間內(nèi)對 數(shù)據(jù)的相干積分窗口求積分。如果可用附加存儲器，那么本實施例是很有用的。對于比18ms長的相干積分，與在較短的積分周期內(nèi)進行的處理相同地處理50Hz數(shù)據(jù)邊界?；緦γ總€衛(wèi)星指示邊界在哪里，而且DSP判定是將20個1ms相干積分間隔加到它的操作和還是從中減去它。
然而，由于頻率不確定性和積分時間常數(shù)之積影響著Ec/Nt損耗，所以必須在長相干積分間隔內(nèi)將頻率不確定性減小到很小的值。由于以20Hz頻率不確定性進行20ms積分導(dǎo)致Ec/Nt損耗2.42dB，所以以積分時間400ms保持相同損耗要求將頻率不確定性減小到1Hz。為了校正這個問題，需要通過分級的方法將頻率不確定性減小到1Hz。例如，第一頻率搜索將不確定性從100Hz減小到20Hz，第二搜索將不確定性減小到4Hz而第三搜索將不確定性減小到1Hz。頻率搜索將補償從基站捕獲到的頻率多普勒的誤差。
此外，為了執(zhí)行更長的積分，在長積分時間內(nèi)，只對具有類似多普勒的衛(wèi)星搜索相同數(shù)據(jù)，這是因為對于每個衛(wèi)星，碼多普勒都是不同的。當(dāng)DSP收集相干積分?jǐn)?shù)據(jù)窗口時，它計算滑移1/16碼片并轉(zhuǎn)動抽選器所需的時間。此外，在該實施例中采用多個數(shù)據(jù)窗口。
于是，描述了在無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行定位的方法和裝置。提供對較佳實施例的上述描述使得熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員能夠進行或運用本發(fā)明。對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，對這些實施例的各種改變都是顯而易見的，而且可將一般原理用于其他實施例而不用進行創(chuàng)造性勞動。因此，本發(fā)明并不限于這里所示的實施例但要符合與這里揭示的原理和新穎性一致的最寬范圍。
權(quán)利要求
1．一種在具有基站的CDMA通信系統(tǒng)中的用戶單元中進行定位的方法，其特征在于，包括下列步驟在通信期間接收定位請求；進入定位模式；把幀發(fā)送到所述基站同時執(zhí)行定位過程；當(dāng)已完成所述定位過程時返回通信模式。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀包含用來調(diào)節(jié)前向鏈路發(fā)送功率的功率控制信息。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀通知所述基站所述用戶單元是定位模式。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀通知所述基站所述定位過程的狀態(tài)。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀請求附加幫助信息用于執(zhí)行所述定位過程，而且還包括下列步驟進入通信模式以接收所述附加幫助信息；返回定位模式以運用所述附加幫助信息繼續(xù)進行定位。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀包含定時信息用于在所述定位過程中監(jiān)測在所述用戶和基站之間的往返行程傳輸延遲變化。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述幀是用于進行通信的常規(guī)通信業(yè)務(wù)幀。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在收集來自一組衛(wèi)星的信號采樣之后但在完成所述定位過程之前發(fā)送所述幀。
全文摘要
本發(fā)明是一種在無線通信系統(tǒng)中進行定位的新穎的經(jīng)改進的方法和裝置。在本發(fā)明的一個實施例中，包括在具有基站的CDMA無線通信系統(tǒng)中的用戶單元中進行定位的方法，該方法包括下列步驟在通信期間接收定位請求、進入定位模式、把幀發(fā)送到基站同時執(zhí)行定位過程，以及當(dāng)完成定位過程時返回到通信模式。
文檔編號H04Q7/34GK1317092SQ99810725
公開日2001年10月10日 申請日期1999年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月9日
發(fā)明者周群真, G·C·西何, B·S·埃德蒙斯頓 申請人:夸爾柯姆股份有限公司