CN101057156A - 在无线通信网络中报告卫星定位系统的辅助完整性信息 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信设备(102)，包括：卫星定位系统(SPS)接收机(104)和以可通信方式联接到卫星定位系统接收机的无线收发信机(106)。无线收发信机用于自无线通信网络接收卫星定位系统辅助信息，例如SPS参考时间，并且用于发射所接收的卫星定位系统辅助信息的完整性信息，例如SPS参考时间偏移。

Description

在无线通信网络中报告卫星定位系统的辅助完整性信息
发明领域
本发明通常涉及无线通信，并且更具体地，涉及向启用卫星定位系统(SPS)的移动通信设备、启用SPS的移动站提供SPS辅助信息的无线通信网络和方法。
背景技术
卫星定位系统(SPS)接收机，例如NAVSTAR全球定位系统(GPS)接收机，广泛地用于导航，并且启用在移动无线通信设备(包括蜂窝电话)中提供定位信息的相当大的潜力，其必须尽快符合美国联邦通信委员会的E-911定位要求。启用卫星定位系统接收机的蜂窝电话还将促进基于定位的商业业务的发展。
卫星定位系统(SPS)接收机使用对卫星载波信号调制得到的导航数据消息信息来计算导航解。然而，直接自卫星获得导航信息是耗时的。例如，在NAVSTAR全球定位系统(GPS)中，以50比特每秒(BPS)发射导航消息数据。在该速率时，在良好的信号环境中，需要约30秒以获得关于特定的卫星的星历数据，并且需要约12分钟以获得历书数据。通过对卫星信号解调可以获得GPS参考时间，但是这也需要相当多的时间。配备有GPS接收机的蜂窝电话的便携性质加重了这些延迟，其中该蜂窝电话常常使用在城市峡谷、建筑物中，或者在阻隔卫星信号强度或者使卫星信号强度和/或质量显著劣化的环境中。为了解决该延迟问题，已知的是，蜂窝通信网络在该蜂窝通信网络上发送的消息中，向配备有GPS接收机的蜂窝电话提供卫星定位系统辅助信息，例如，GPS参考时间、码相位、Doppler、星历、历书和其他信息。参看，例如，题为“GPS Receiver Utilizing A Communication Link”的美国专利No.6,064,336和题为“Method And Apparatus For Efficient GPSAssistance In A Communication System”的美国专利No.6,134,483。
通过仔细考虑下面的本发明的详细描述，以及下文描述的附图，本领域的普通技术人员将更加全面地理解本发明的多种方面、特征和优点。
附图简述
图1是向启用SPS的无线通信设备提供卫星定位系统(SPS)辅助信息的示例性无线通信网络。
图2是示例性过程的流程图。
图3是实现了移动站辅助定位协议的通信网络中的示例性通信序列。
图4是实现了移动站基本定位协议的通信网络中的示例性通信序列。
具体实施方式
图1说明了用于向启用SPS的无线通信设备102提供卫星定位系统(SPS)辅助信息的示例性无线通信网络100，其通常包括无线电接入网络和核心网络。启用SPS的移动通信设备102通常包括SPS接收机104，其是与无线通信设备集成的或者作为附件与无线通信设备组合，该无线通信设备包括联接到控制器107的射频或其他频率的收发信机106，该控制器107联接到用户输入和输出108，该用户输入和输出108包括显示器、键盘输入等，并且该控制器107联接到存储器109，如本领域的技术人员公知的。该无线通信设备可以兼容开放标准通信协议或者专有蜂窝或非蜂窝通信协议，其示例将在下文中进一步讨论。
示例性无线电接入网络包括多个基站收发信机(BTS)110，用于向通常邻近的对应的蜂窝区域112的接缝区域(patchwork)中的无线移动站102提供无线通信覆盖。无线电接入网络还包括一个或多个基站控制器120，其以可通信方式联接到对应的一个或多个基站收发信机的组。示例性核心网络包括移动交换中心和位置寄存器(MSC/VLR)130，其以可通信方式联接到一个或多个基站控制器120。移动交换中心以可通信方式联接到公共交换电话网络(PSTN)，其未说明但是为本领域的普通技术人员所公知。在某些实施例中，核心网络还包括无线电网络和核心分组网络之间的分组数据服务节点(PDSN)网关，其通常是本领域的普通技术人员公知的。
在图1中，示例性无线通信系统100还包括服务移动定位中心(SMLC)140，用于支持定位服务(LCS)功能。SMLC管理所需用于在网络中定位移动站的资源的协调和调度。在某些网络架构中，SMLC使用获得自启用SPS的移动站的伪距信息，计算和估计定位解的精确度。在图1中，示例性SMLC 140是分立的实体，尽管在其他的网络架构中，其可以与基站控制器或某些其他的基础设施实体集成。
在图1中，无线通信系统100包括小区数据库142，其包含关于网络中的每个无线小区站点110的勘测参考位置数据。在框143中，例如，小区数据库包括：每个基站的纬度和经度定位信息、对应的海拔和不确定信息(例如，不确定性椭球信息)、以及每个小区站点的当前参考时间偏移。参考时间偏移针对小区站点补偿了通信的SPS时间中的延迟，如下文更加全面讨论的。
示例性无线通信网络包括全球移动通信系统(GSM)协议网络、第三代(3G)通用移动通讯系统(UMTS)W-CDMA协议网络、数种CDMA协议网络中的一个，以及其他的包括卫星通信网络的蜂窝网络，或者未来世代的无线通信协议网络，或者其组合。尽管示例性通信网络是蜂窝网络，但是本发明同样适用于非蜂窝无线通信系统，其中SPS辅助信息在该非蜂窝无线通信系统上发射到一个或多个无线通信设备。然而，本发明不限于任何特定的无线通信网络。
在图1中，移动站102，并且特别地，其SPS接收机，基于接收自定位系统(SPS)星群160中的一个或多个卫星的信号，导航或计算位置信息。示例性环绕地球的SPS星群包括但不限于，NAVSTAR GPS、GLONASS SPS和提出的Galileo SPS。更一般地，SPS星群可以在绕地球以外的天体的轨道上运行，例如，月球或其他行星。本发明不限于任何特定类型的SPS星群或系统。在一个实施例中，例如，以可通信方式联接到无线通信网络的地面参考实体获得SPS导航信息，如本领域的普通技术人员公知的。
在某些实施例中，通常，无线通信网络向无线通信设备的定位功能(例如，向速度位置信息计算功能)发射SPS辅助信息，以适应E-911定位要求。在图1中，例如，将SPS辅助信息(例如，辅助消息)在无线通信接口上，从基站收发信机110发射到无线移动站102。无线通信设备102并且特别地是SPS接收机104，使用该辅助信息，以获取和跟踪卫星，并且在某些实施例中，计算伪距信息和定位解，并且执行如本领域的普通技术人员公知的其他功能。在某些应用中，无线通信设备计算定位解，并且将其返回到通信网络，而在其他的应用中，网络使用获得自SPS接收机的伪距信息计算定位解。
辅助信息的具体内容依赖于特定的应用。在某些蜂窝通信网络中，SPS辅助消息的内容由多种通信标准协议指明。示例性辅助信息包括但不限于：星历、SPS时间、码相位和Doppler信息，其中某些信息是网络直接或间接自SPS卫星获得的。辅助信息包括并非获得自卫星的信息，其可以协助无线通信设备102的位置确定功能。示例性信息包括设备102的近似位置和/或海拔。在一个实施例中，近似位置和/或海拔信息是从如自上文讨论的小区数据库142获得的、设备所处最接近的小区站点的位置。
在图1中，定时源144获得SPS卫星时间，用于同无线通信设备102通信。在一个实施例中，定时源自网络时间协议(NTP)服务器得到当前的SPS时间。可替换地，可以直接自SPS信号获得SPS时间。通常，定时源144必须，例如使用获得自小区数据库或者某些其他源的时间偏移信息，调节SPS时间，以补偿向移动站的发射中的网络延迟，如下文更加全面讨论的。经补偿的SPS参考时间在此处被称为GPS或SPS参考时间。
在一个实施例中，启用SPS的无线通信设备向无线通信网络报告卫星定位系统辅助完整性信息。该完整性信息可以是显式信息，而在其他的实施例中，该该完整性信息可以隐含在无线通信设备向网络报告的某些其他信息中，或者由该其他信息暗示。网络可以使用该完整性信息，以修正或调节该辅助信息，并且隔离误差或不精确性的源。
在某些定位架构中，无线通信设备要求精确的SPS时间，以协助计算定位解和/或伪距。对于粗略的时间辅助，重要的是，SPS时间精确到特定的范围内(例如，+/-2秒)。对于更加精确的辅助，所需的是，将精确度减少至卫星信号的数据比特周期内。如上文讨论的，通常存在与在无线通信网络上传递SPS时间相关联的某些延迟。某些延迟是固定的，而其他的延迟随着时间和位置而改变。因此，网络必须通过调节SPS时间来补偿该延迟，例如，基于特定的小区站点偏移，但是该补偿并非总是精确的。经补偿的SPS参考时间在此处被称为SPS参考时间。
因此，在一个实施例中，增强了网络和无线通信设备之间的信令，用于采用例如由无线通信设备中的SPS接收机测量的偏移时间的形式，将SPS参考时间完整性信息提供给网络。网络可以利用该完整性信息，以隔离定位解不精确性的源，并且在某些实施例中，动态地重新调节随后由网络提供的SPS参考时间。在图1中，例如，网络可以使用接收自无线通信设备102的偏移时间，以更新存储在小区数据库142中的对应于特定的基站或小区站点的偏移，其中将完整性从SMLC 140传递到小区数据库142和/或定时源144。
在图2的示例性过程示图200中，在逻辑框210中，例如，在发起紧急呼叫(例如E-911呼叫)时，或者在请求或使用基于定位的服务(其需要位置更新或者位置信息)时，发起位置请求协议。在某些实施例中，在移动站处发起请求或者由移动站发起请求，而在其他的实施例中，在网络处发起请求或者由网络发起请求。在框220处，网络自定时源(例如如上文讨论的图1中的定时源144)检索SPS时间。在框230处，调节SPS时间以创建SPS参考时间，其补偿了网络和无线通信设备之间的传输延迟。在框240处，SPS参考时间，例如，作为辅助消息的一部分，被发送到无线通信设备。在框250处，无线通信设备向无线通信网络返回时间偏移信息以及其他的位置信息，例如，网络在计算定位解时使用的定位解或伪距信息。
在一个示例性实施例中，其中无线通信设备向无线通信网络返回时间偏移信息，在无线通信设备处通过将接收自网络的经调节的SPS参考时间同在无线通信设备处确定的实际SPS时间比较，确定偏移时间信息。在图1中，可由SPS接收机104或控制器107执行该比较。用于在SPS接收机处精确地确定SPS时间的方案对于本领域的普通技术人员是公知的。因此，启用SPS的无线通信设备使用由SPS接收机确定的精确SPS时间来确定由网络提供的SPS参考时间的误差。也可能是SPS接收机将确定该误差。在图1中，无线通信设备使用无线收发信机106传递完整性信息。
在图2中，在框260处，网络评估接收自无线通信设备的时间偏移信息，并且确定是否重新调节SPS参考时间。在框264处，计算新的调节量。在框230处，网络基于在框264处计算的新的调节量，计算新的重新调节的SPS参考时间。随后，网络将重新调节的SPS参考时间提供给无线通信设备和/或需要时间辅助的其他设备。在某些实施例中，网络基于获得自启用SPS的无线通信设备的偏移时间信息，动态地重新调节SPS参考时间。
在图2中，在框230处，在框230处为了创建SPS参考时间而进行的SPS时间调节，通常取决于网络延迟，其可以再取决于距离、网络业务和其他因素。因此，对于网络的不同部分，例如，对于公共陆基移动网络(PLMN)中的不同的小区站点或定位区域(LA)，该调节通常是不同的。在图1的示例性小区数据库中，每个小区站点具有对应的SPS偏移时间。相似地，基于偏移时间信息的参考时间的重新调节也可以受到特定的地理区域的限制，例如，其中安置了提供时间偏移信息的启用SPS的设备的特定定位区域(LA)。
图3说明了实现无线移动站(MS)辅助的GPS定位协议的无线通信网络中的基站310和无线移动站MS(手机1)312之间的通信的示例性序列。在MS辅助的协议下，在网络处使用MS提供的信息计算定位解。在320处，手机312自基站310接收MS辅助的定位请求信息，其包括SPS参考时间。在某些实施例中，在322处，手机312请求追加的辅助信息。在324处，基站发射另一MS辅助的定位请求，并且向手机312发送获取辅助信息。在326处，手机312向基站发送伪距测量结果和偏移时间信息。网络使用该偏移信息，以改进SPS参考时间，随后可将其发射到手机312和其他的手机，例如图3中的手机314。通常，在330处，手机314自基站310接收定位请求和辅助信息。随后在332处，手机314返回请求定位信息和SPS时间偏移信息。在某些情况中，在接收到初始测量结果之后，网络可以向手机发送另一定位请求。
图4说明了实现无线基于移动站(MS)的GPS定位协议的无线通信网络中的基站410和无线移动站MS(手机1)412之间的通信的示例性序列，其中在MS处计算定位解。在420处，基站410向MS 412发送GPS卫星导航和电离层建模信息。在422处，基站向MS 412发送定位请求以及参考位置和GPS参考时间信息。在424处，MS 412向基站发送位置估计报告和时间偏移信息。随后，基站可以使用该偏移信息，以重新调节参考时间，如上文结合图1和2所讨论的。网络使用该偏移信息，以改进SPS参考时间，随后可将其发射到手机412和其他的手机，例如图4中的手机414。通常，在430处，手机414自基站410接收定位请求和辅助信息。随后在432处，手机414返回请求定位信息和SPS时间偏移信息。在某些情况中，在接收到初始位置测量结果之后，网络可以向手机发送另一定位请求。
更一般地，除了SPS参考时间之外，无线通信设备可以报告关于辅助信息的完整性或误差信息。无线通信设备可以，例如，在计算定位解之后，确定网络提供的近似位置和/或海拔信息的完整性或误差。无线通信设备提供完整性信息的其他类型辅助信息包括但不限于，卫星定位系统导航建模信息，例如，星历和/或历书数据、卫星定位系统获取信息。
在其他实施例中，将导航建模信息的完整性从无线通信设备传递到网络。如果确定导航模型信息比SPS接收机能够自其他源获得的信息旧，或者由于建模信息是过旧的，则SPS接收机可以决定拒绝关于一个或多个卫星的导航模型。在该情况中，SPS接收机有必要自其他源获得导航建模信息，例如，直接自卫星获得。因此，在某些实施例中，无线通信设备通过指出辅助信息是否是相关的，报告辅助信息的完整性。例如，在网络发送星历数据的应用中，其中星历数据迅速地在数个小时的周期中劣化，无线通信设备可以向网络指出星历数据是过时的。
在另一实施例中，网络基于接收自移动站的测量报告确定所提供的SPS参考位置和/或参考海拔信息的完整性或质量。在某些实施例中，网络基于自基站服务的移动站接收的测量报告，动态地调节近似定位不确定性参数，例如，椭球尺寸和形状。可以针对海拔信息进行相似的调节。由此对参考位置和/或海拔信息进行自校准和细调。
尽管上文讨论的示例性实施例被绘制为基于卫星定位系统的定位方案，但是本发明更一般地应用于任何如下定位方案，其中无线通信设备接收定位辅助信息，用于协助无线通信设备获得用于确定其定位的信息。其他的定位方案包括增强型观察时间差(Enhanced ObservedTime Difference)(E-OTD)。在(E-OTD)定位应用中，服务基站向无线通信设备提供定位辅助信息，该定位辅助信息具有基站身份以及对应的频率和预期的时间差的信息的形式。启用E-OTD能力的移动无线通信设备使用该定位辅助信息，以获取识别的基站信号。无线通信设备报告给网络的定位辅助完整性信息可以是观察时间差或者预期时间差同观察时间差之间的误差。在其他的定位方案中，向移动无线通信设备提供其他的定位辅助信息，并且向网络发送对应的完整性信息。
尽管通过建立本发明人的所有权并且使本领域的技术人员能够获得和使用本发明的方式，描述了本发明和目前被视为本发明的最佳模式的模式，但是应当理解和认识到，存在关于此处公开的示例性实施例的许多等效方案，并且可以在不偏离本发明的范围和精神的前提下对其进行修改和变化，其中本发明的范围和精神由所附权利要求限定，而非由示例性实施例限定。

Claims (19)

1.一种能够同无线通信网络通信的无线通信设备中的方法，所述方法包括：
自所述无线通信网络接收定位辅助信息，
所述定位辅助信息用于协助所述无线通信设备获得用于确定所述无线通信设备定位的信息；
向所述无线通信网络报告所述定位辅助信息的完整性信息。
2.如权利要求1所述的方法，所述无线通信设备是启用卫星定位系统的无线通信设备，
接收定位辅助信息包括：接收卫星定位系统辅助信息，
所述卫星定位系统辅助信息用于协助所述启用卫星定位系统的无线通信设备获得卫星定位系统信息；
报告完整性信息包括：向所述无线通信网络报告卫星定位系统辅助完整性信息。
3.如权利要求2所述的方法，报告卫星定位系统辅助信息完整性包括：确定所述卫星定位系统辅助信息的误差信息。
4.如权利要求2所述的方法，
报告卫星定位系统辅助信息完整性包括：报告如下信息中一个信息的完整性信息：
卫星定位系统参考时间信息，
所述启用卫星定位系统的无线通信设备的近似位置信息，
卫星导航建模信息。
5.如权利要求2所述的方法，报告卫星定位系统辅助信息完整性包括：报告所述卫星定位系统辅助信息的相关性信息。
6.如权利要求2所述的方法，报告卫星定位系统辅助信息完整性包括：报告所述卫星定位系统辅助信息的质量信息。
7.如权利要求2所述的方法，
自所述无线通信网络接收卫星定位系统辅助信息包括：接收卫星定位系统参考时间信息，
卫星定位系统参考时间信息是补偿了网络延迟的卫星定位系统时间，
报告卫星定位系统辅助信息完整性包括：向所述无线通信网络报告卫星定位系统参考时间偏移信息。
8.如权利要求1所述的方法，
接收定位辅助信息包括：接收如下信息中的任何一个：
卫星定位系统参考时间信息，
卫星定位系统导航建模信息，
所述无线通信设备的近似位置信息；
信号获取信息。
9.如权利要求1所述的方法，
接收定位辅助信息包括：接收定位信号获取信息和预期时间差信息，
报告完整性信息包括：报告所述定位信号获取信息的观察时间差信息。
10.一种向无线通信设备发射定位辅助信息的无线通信网络中的方法，所述方法包括：
自所述无线通信网络向所述无线通信设备发射定位辅助信息；
自所述无线通信设备接收发射到所述无线通信设备的所述定位辅助信息的定位辅助完整性信息。
11.如权利要求10所述的方法，在自所述无线通信设备接收到所述定位辅助完整性信息之后，调节由所述无线通信网络提供的定位辅助信息。
12.如权利要求11所述的方法，
自所述无线通信网络向无线通信设备发射经调节的定位辅助信息。
13.如权利要求10所述的方法，
发射定位辅助信息包括：发射经调节的卫星定位系统时间，
接收定位辅助完整性信息包括：接收经调节的卫星定位系统时间偏移信息。
14.如权利要求13所述的方法，基于接收自所述无线通信设备的所述偏移信息，重新调节所述卫星定位系统时间。
15.如权利要求10所述的方法，
接收定位辅助完整性信息包括：接收位置测量信息，
基于接收自所述无线通信设备的所述位置测量信息，调节近似位置不确定性参数。
16.如权利要求10所述的方法，
接收定位辅助完整性信息包括：接收卫星定位系统位置测量信息，
基于接收自所述无线通信设备的所述卫星定位系统位置测量信息，调节海拔不确定性信息。
17.一种移动无线通信设备，包括：
无线收发信机，其能够同无线通信网络通信；
所述无线收发信机包括：无线接收机，用于自所述无线通信网络接收定位辅助信息，
所述定位辅助信息用于协助所述移动无线通信设备获得用于确定所述移动无线通信设备的定位的信息；并且
所述无线收发信机包括发射机，用于发射接收自所述无线通信网络的所述定位辅助信息的定位辅助完整性信息。
18.如权利要求17所述的无线通信设备，
卫星定位系统接收机以可通信方式联接到所述无线收发信机；
所接收的所述定位辅助信息是补偿了网络延迟的卫星定位系统时间，
所述无线通信设备用于确定所述经补偿的卫星定位系统时间的偏移，所述定位辅助完整性信息是所述经补偿的卫星定位系统时间的偏移，
所述发射机用于发射所述经补偿的卫星定位系统时间的所述偏移。
19.如权利要求17所述的无线通信设备，
所述无线通信设备用于在向所述无线通信网络发射所述定位辅助完整性信息之前，确定所述卫星定位系统辅助信息的完整性。
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