CN101065929A - 用于中继器识别的cdma时间伪卫星的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于使用CDMA时间伪卫星来解析CDMA网络中的中继器定位模糊的设备和方法。所述CDMA时间伪卫星包含：CDMA接收器，其接收具有内嵌式CDMA时序的CDMA信号；基带处理器，其提取所述CDMA时序并调节所述CDMA时序以导出具有类似GNSS的时序的信号；和GNSS发射器，其产生类似GNSS的信号并将所述类似GNSS的信号发射到移动台。在一个实施例中，所述CDMA时间伪卫星定位在CDMA信号中继器处或附近，使得移动台可明确地将所接收到的CDMA信号识别为是由特定CDMA信号中继器发射，且接着使用所述接收到的CDMA信号来进行所述移动台的位置确定。

Description

用于中继器识别的CDMA时间伪卫星的设备和方法
技术领域
本发明的领域大体上涉及无线通信和位置定位。更明确地说，本发明涉及用于使用基于卫星的定位信号和基于地面的定位信号两者对无线、移动装置进行位置确定的设备和方法。
背景技术
由于定位卫星系统的发展，位置定位已显著变得更容易且更精确。这些定位卫星系统通常被称为全球导航卫星系统(Global Navigational Satellite System，GNSS)。定位卫星的系统的一个实例是美国NAVSTAR全球定位系统(Global Positioning System，GPS)。另一实例是俄罗斯共和国所持有的GLONASS系统。计划中的其它定位卫星系统包含欧洲GALILEO系统。GNSS接收器当前可用于飞行器、轮船、陆上车辆和手持式装置中以便确定位置定位。
各种系统使用在多个轨道平面内(例如，NAVSTAR GPS卫星处于六个轨道平面内)绕地球进行轨道运行的多个卫星(例如，NAVSTAR GPS使用三十二个卫星，其中二十四个是活跃的)。卫星重复与地球每天在其下方转动的轨迹几乎相同的地面轨迹。轨道平面是等距的且相对于赤道平面倾斜，因此确保对于至少五个卫星，在任何时间从地球上任何无障碍点均存在视线路径。
每一卫星均携带高度精确的原子钟，其与公共时基(GNSS时间)同步。基于陆地的监控台测量来自卫星的信号，并将这些测量值并入到每一卫星的轨道和时钟模型中。从这些模型中计算每一卫星的导航数据和卫星时钟校正量，并将所述导航数据和卫星时钟校正量上载到每一卫星。卫星接着发射导航消息，所述导航消息包含与其位置及其时钟校正参数有关的信息。
自主式GNSS接收器通过将来自导航消息的数据(其指示卫星的位置)与从卫星接收到的信号的测量到的延迟量(其指示接收器相对于卫星的位置)组合来计算自己的位置。由于接收器的时基相对于GNSS时基的偏差的缘故，所以通常需要来自至少四个卫星的信号来解析三维中的位置和时间偏差。
当GNSS接收器无法从足够数目的卫星接收视线信号时，GNSS信号检测可能发生问题。在有障碍环境(例如，室内、地下、有障碍场所等)中，GNSS接收器不可能接收适当的(数量和质量上)信号来作出精确的位置确定。
常规的伪卫星是固定的地面发射器，其接收一个或一个以上GNSS信号并产生数字编码的波形，且以GNSS载波频率发射所述波形以加强GNSS位置解决方案。在NAVSTARGPS系统中，不将PRN二进制序列33到37分配到卫星，且所述二进制序列可由常规伪卫星使用以产生并发射粗捕获(coarse acquisition，C/A)波形。如果非常精确地已知常规伪卫星的时序和位置，那么可使用其发射的数字编码的波形连同其它GNSS波形一起来作出位置确定。因此，可使用常规伪卫星来加强GNSS覆盖范围。
图1说明位置确定系统100，其使用常规伪卫星150来加强GNSS覆盖范围。GNSS卫星110向移动台130提供参考信号以进行位置确定。视GNSS卫星110和移动台130两者的瞬时位置而定，一个或一个以上GNSS卫星110与移动台130之间的视线可能被障碍物120阻挡或损害。障碍物120可包含(但不限于)室内环境、桥梁、建筑物、例如山脉或峡谷等地形形貌等。在视线被阻挡或损害的情况下，移动台130不可从GNSS卫星110接收所需的GNSS参考信号来进行位置确定。为了克服障碍问题，一个典型的解决方案使用常规伪卫星150来将参考信号发射到移动台130。常规伪卫星150使所发射的参考信号与GNSS时序同步。常规伪卫星150是用于加强GNSS卫星110的基于地面的发射器。另一典型的解决方案使用常规伪卫星150来将至少一个参考信号从GNSS卫星110转继到移动台130。然而，常规伪卫星需要来自一个或一个以上GNSS卫星的视线信号，且仅在GNSS信号可用的情况下才有用。在一些情况下，常规伪卫星150与GNSS卫星110之间的视线也被阻碍，从而损害常规伪卫星150加强GNSS卫星110的能力。另外，移动台130可能处于地下环境(例如，地铁、建筑物的地下室、隧道等)中，在那里来自常规伪卫星150的参考信号无法穿透或遭到严重损害。在此情况下(缺少从地下环境延伸到基于地面的GNSS接收天线的长电缆)，常规伪卫星150代替用于移动台130的GNSS卫星110的能力降级。
在GNSS覆盖较困难的环境中，CDMA移动系统覆盖也许是可能的。如果已知CDMA源信号的位置，那么移动台对CDMA导频相位测量值进行处理可得出自己的位置。然而，当使用中继器来转发CDMA信号时，这引起CDMA源信号的位置的模糊，从而导致CDMA导频相位测量值不可用于移动台位置确定。如果可将CDMA信号明确地识别为从来自特定位置的特定中继器发射，那么可有利地使用这些经中继的CDMA信号来进行移动台位置确定。因此，将需要提供用于使用CDMA时间伪卫星来明确地识别经中继的CDMA信号使得所述经中继的CDMA信号可用于移动台的位置确定的方法和设备。
发明内容
本发明提供用于使用CDMA时间伪卫星(CTP)来识别经中继的CDMA信号以用于移动台的位置确定的设备和方法。CTP是发射GNSS波形但从CDMA信号中导出自己的时序的伪卫星。
根据一个方面，一种用于移动台位置确定的CDMA系统包含：CDMA基站，其发射未经中继的CDMA导频信号；中继器，其接收所述未经中继的CDMA导频信号并发射经中继的CDMA导频信号；CTP，其定位成邻近于中继器或在中继器附近，藉此CTP发射类似GNSS的信号；和移动台，其接收经中继的CDMA导频信号和所述类似GNSS的信号。在一个实施例中，类似GNSS的信号用于中继器识别。
另一方面，用于移动台位置确定的CDMA系统包含：第一CDMA基站，其发射未经中继的CDMA导频信号；中继器，其接收所述未经中继的CDMA导频信号并发射经中继的CDMA导频信号；CTP，其定位成邻近于中继器或在中继器附近，藉此CTP发射类似GNSS的信号；第二CDMA基站，其发射CDMA导频信号；和移动台，其接收经中继的CDMA导频信号、CDMA导频信号和类似GNSS的信号。在一个实施例中，类似GNSS的信号用于中继器识别。在另一实施例中，CDMA导频信号和经中继的CDMA导频信号用于确定移动台的位置。
根据一个方面，一种用于移动台位置确定的方法包含以下步骤：接收经中继的CDMA导频信号；接收类似GNSS的信号；使用类似GNSS的信号来识别中继器；和使用经中继的CDMA导频信号来确定移动台的位置。
根据另一方面，一种用于移动台位置确定的方法包含以下步骤：接收经中继的CDMA导频信号；接收类似GNSS的信号；接收GNSS信号；使用类似GNSS的信号来确定中继器识别；和使用经中继的CDMA导频信号和GNSS信号来确定移动台的位置。
应了解，所属领域的技术人员从以下具体实施方式中将容易了解其它实施例，以下具体实施方式中以说明的方式展示并描述了各种实施例。附图和具体实施方式应被视为本质上是说明性的而不是限定性的。
附图说明
图1说明使用常规伪卫星来加强GNSS覆盖范围的位置确定系统。
图2说明使用CDMA时间伪卫星(CTP)来加强GNSS覆盖范围的位置确定系统。
图3是图2的CTP的功能图。
图4说明用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。
图5说明具有中继器的用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。
图6说明具有中继器和用于提供中继器识别的CTP的用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。
图7说明用于经由以下组合来进行移动台位置确定的CDMA系统：a)发射经中继的CDMA导频信号的CDMA基站与邻近于中继器以提供中继器识别的CTP，b)发射CDMA导频信号的CDMA基站(无中继器和CTP)，和/或c)提供GNSS信号的GNSS卫星。
具体实施方式
下文结合附图陈述的具体实施方式希望作为对本发明各种实施例的描述，且不希望代表可实践本发明的仅有的实施例。本揭示案中所描述的每一实施例仅作为本发明的实例或例证而提供，且未必应解释为与其它实施例相比是优选或有利的。具体实施方式出于提供对本发明的全面理解的目的而包含特定细节。然而，所属领域的技术人员将了解，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在一些例子中，以方框图形式来展示众所周知的结构和装置以避免混淆本发明的概念。首字母缩略词和其它描述性术语可仅仅出于方便和清楚的目的而被使用，且不希望限定本发明的范围。另外，出于本揭示案的目的，术语“耦合”表示“连接到”，且此连接可以是直接的，或者(在上下文中适当的地方)可以是间接的(例如，通过介入或中间装置或其它构件)。
图2说明使用CDMA时间伪卫星(CTP)250来加强GNSS覆盖范围的位置确定系统200。GNSS卫星210向移动台230提供参考信号以便进行位置确定。视GNSS卫星210和移动台230两者的瞬时位置而定，一个或一个以上GNSS卫星210与移动台230之间的视线可能被障碍物220阻挡或损害。可使用CDMA时间伪卫星(CTP)250来解决常规伪卫星150遭受的问题。首先，CDMA信号242(由CDMA基站240产生且包含未经中继的CDMA导频信号445)与GNSS卫星信号相比通常具有较高的信号强度。其次，与CDMA信号242相关的CDMA时序与GNSS时序近似同步，且因此CDMA时序可用作GNSS时序的替代。CDMA时序嵌入CDMA信号242中，CDMA信号242被发射到CTP 250的输入。(见图3。)在一个实施例中，CDMA基站240直接从GNSS卫星210接收自己的时序。在另一实施例中，经由所属领域的技术人员已知的某(些)中间路径(例如，受GNSS时间控制的地面时钟)间接地从GNSS卫星210接收CDMA基站240的时序。同步CDMA基站240(其中每一基站均与GNSS时序近似同步)的实例是CDMA2000基站。
另一类型的CDMA基站是异步CDMA基站(例如，WCDMA基站)，其中每一基站均具有独立的时序且与GNSS异步。在此情况下，如同在同步CDMA基站中那样，仍可使用CTP 250来解决常规伪卫星150所遭受的问题，只是在此情况下，与CDMA信号相关联的CDMA时序与GNSS时序不同步。可经由所属领域的技术人员已知的进一步时序校准使来自每一异步基站的各种时序偏差与共用GNSS参考时间对准。
CTP 250接收CDMA信号242，并提取CDMA时序以用于产生如图3所说明的类似GNSS的信号252。对于GNSS接收器来说，类似GNSS的信号252看上去与实际GNSS信号(使用相同的数字编码载波和波形参数)相同，但存在区别，例如：(1)类似GNSS的信号252由基于陆地的发射器发射而不是由实际卫星发射；(2)由于基于陆地的发射器将很可能不使用原子钟来提供时钟校正，所以所述发射器的时序将固有地不如GNSS卫星的时序精确。图3是CTP 250的功能图。CTP 250具有三个功能部分：CDMA接收器310、基带处理器350和GNSS发射器370。CDMA接收器310接收具有内嵌式CDMA时序的CDMA信号242，并将CDMA信号242的接收频带向下转换成基带，从而产生接收基带信号342。可人为地将基带处理器350视为具有两个部分：接收部分和发射部分。基带处理器350在其接收部分中从接收基带信号342中提取内嵌式CDMA时序。在基带处理器350的发射部分中，基带处理器350调节CDMA时序以产生类似GNSS的时序，并使用所述类似GNSS的时序来导出发射基带信号352(例如，具有类似GNSS的时序的信号)。
由于CDMA基站240与CTP 250之间的传播距离的缘故，CDMA时序相对于CDMA基站时序而延迟。由于CDMA基站240和CTP 250两者均处于固定且已知的位置，所以可对所述延迟进行校准。在一些例子中，所述延迟可包含其它校正，例如：(a)基站校准(BS信号不完全与GNSS时间对准)，(b)CTP中的CDMA接收链群延迟，和(c)CTP中的GNSS发射链群延迟。基于经校准的延迟来调节CDMA时序以获得类似GNSS的时序。GNSS发射器370将发射基带信号352的基带频带向上转换成GNSS发射频带，并发射类似GNSS的信号252。
图4说明用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。在许多情况下，GNSS信号可能受到阻碍(例如，在地下、室内等)，且无法由移动台用来进行位置确定。作为替代，可使用CDMA导频信号来进行位置确定。CDMA基站440(CDMABS)向移动台430发射未经中继的CDMA导频信号445。此未经中继的CDMA导频信号445(与其它信号结合)用于移动台430的位置确定。图4展示两个CDMA基站440a、440b，其每一者均向移动台430发射未经中继的CDMA导频信号445a、445b。在一些情况下，使用来自多个CDMA基站440(超出图4所示的两个CDMA基站440)的多个未经中继的CDMA导频信号445。在其它情况下，使用来自CDMA基站440的未经中继的CDMA导频信号445与来自GNSS卫星(未图示)的GNSS信号的组合来进行位置确定。
在许多例子中，添加中继器550以放大未经中继的CDMA导频信号445。图5说明具有中继器的用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。中继器550的输出是经中继的CDMA导频信号545，其(与其它信号结合)用于移动台430的位置确定。需要经中继的CDMA导频信号545来改进未经中继的信号将较弱的情形(例如，在地下、在室内、在隧道中，在基站覆盖区域边缘处等)下的覆盖范围。
由于中继器550转发未经中继的CDMA导频信号445的经中继的型式，所以这引起经中继的CDMA导频信号545的时序的模糊和CDMA导频信号的发射器位置的模糊。经中继的CDMA导频信号545不再是来自CDMA基站440的直接视线信号。在没有进一步信息的情况下，移动台430无法确定其接收到的CDMA导频信号是直接来自CDMA基站440还是来自中继器550。在不进行中继器识别的情况下，接收到的经中继的CDMA导频信号无法用于移动台430的位置确定。对于中继器饱和环境(例如，密集城区)来说，在不进行中继器识别的情况下，接收到的经中继的CDMA导频信号中的大多数或全部均变得不可用于位置确定。在图5中，两个CDMA基站440a、440b中的每一者均向单独的中继器550a、550b发射未经中继的CDMA导频信号445a、445b，所述单独的中继器550a、550b每一者均向移动台430转发经中继的CDMA导频信号545a、545b。在一些情形下，可并联使用多个CDMA基站和多个中继器550(超出仅两个)。不同的CTP使用不同的展频码(spreading code)。移动台对特定展频码进行的检测唯一地界定CTP，且因此界定相关的CDMA中继器。如果没有检测到CTP展频码，那么假定CDMA信号发源于原始基站(parent base station)。尽管图5中未展示，但可沿着任何一个从CDMA基站440到中继器550的路径串联使用额外的中继器。
图6说明具有中继器和用于提供中继器识别的CTP的用于移动台位置确定的CDMA系统，其使用独立于GNSS的CDMA导频相位测量值。为了提供中继器识别，CTP 250定位成邻近于中继器550或在中继器550附近。CTP 250向移动台430发射类似GNSS的信号252。当接收到经中继的CDMA导频信号545和类似GNSS的信号252时，中继器由类似GNSS的信号252明确地识别，且类似GNSS的信号252的对应的经中继的CDMA导频信号545可用于移动台430的位置确定。在一个实施例中，类似GNSS的信号252用于中继器识别和移动台430的位置确定两者。
在图6中，两个CDMA基站440a、440b中的每一者均向单独的中继器550a、550b发射未经中继的CDMA导频信号445a、445b，所述单独的中继器550a、550b每一者均向移动台430转发经中继的CDMA导频信号545a、545b。CTP 250定位成邻近于所述两个中继器550a、550b中的每一者或在所述两个中继器550a、550b中的每一者附近。所属领域的技术人员应了解，可并联使用多个CDMA基站和多个中继器550(各具有一CTP250)。尽管图6中未展示，但所属领域的技术人员将了解，可沿着任何一个从CDMA基站440到中继器550的路径串联使用额外的中继器。
在一个实施例中，使用来自中继器550的经中继的CDMA导频信号545(包含来自邻近或附近的CTP 250的类似GNSS的信号252a、252b)与来自GNSS卫星810(图7所示)的GNSS信号845的组合来进行位置确定。在另一实施例中，使用来自中继器550的经中继的CDMA导频信号545(包含来自邻近或附近的CTP 250的类似GNSS的信号252a、252b)、直接来自CDMA基站740(图7所示)的CDMA导频信号745以及来自GNSS卫星810(图7所示)的GNSS信号845的组合来进行位置确定。尽管图7仅展示一个GNSS卫星，但所属领域的技术人员将了解，可使用一个以上GNSS卫星。所属领域的技术人员还将了解，可并联使用多个CDMA基站和多个中继器550(各具有一CTP250)。尽管图7中未展示，但所属领域的技术人员还将了解，可沿着任何一个从CDMA基站440到中继器550的路径串联使用额外的中继器。
提供对所揭示实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明了对这些实施例作出的各种修改，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下，将本文所界定的一般原理应用于其它实施例。

Claims (28)

1.一种用于确定移动台的位置的CDMA系统，其包括：
CDMA基站，其用于发射未经中继的CDMA导频信号；
中继器，其用于接收所述未经中继的CDMA导频信号并用于向所述移动台发射经中继的CDMA导频信号；和
CTP，其定位成邻近于所述中继器或在所述中继器附近，所述CTP向所述移动台发射类似GNSS的信号。
2.根据权利要求1所述的CDMA系统，其中所述类似GNSS的信号用于中继器识别。
3.根据权利要求1所述的CDMA系统，其中所述经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
4.根据权利要求2所述的CDMA系统，其中所述经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
5.根据权利要求1所述的CDMA系统，其中所述CTP包括：
CDMA接收器，其用于接收具有内嵌式CDMA时序的所述未经中继的CDMA导频信号；
基带处理器，其用于提取所述CDMA时序并调节所述CDMA时序以导出具有类似GNSS的时序的信号；和
GNSS发射器，其用于将信号向上转换成所述类似GNSS的信号并发射所述类似GNSS的信号。
6.根据权利要求1所述的CDMA系统，其中所述CDMA基站与GNSS时序同步。
7.根据权利要求6所述的CDMA系统，其中所述CDMA基站是CDMA2000基站。
8.根据权利要求1所述的CDMA系统，其中所述CDMA基站与GNSS时序异步。
9.根据权利要求6所述的CDMA系统，其中所述CDMA基站是WCDMA基站。
10.一种用于确定移动台的位置的CDMA系统，其包括：
至少两个CDMA基站，其用于发射至少两个未经中继的CDMA导频信号；
至少两个中继器，所述至少两个中继器中的每一者接收所述至少两个未经中继的CDMA导频信号中的一者，并向所述移动台发射至少两个经中继的CDMA导频信号中的一者；和
至少两个CTP，所述至少两个CTP中的每一者定位成邻近于所述至少两个中继器中的一者或在所述至少两个中继器中的一者附近，并向所述移动台发射至少两个类似GNSS的信号中的一者。
11.根据权利要求10所述的CDMA系统，其中所述至少两个类似GNSS的信号用于所述至少两个中继器中的每一者的中继器识别。
12.根据权利要求10所述的CDMA系统，其中所述至少两个经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
13.根据权利要求11所述的CDMA系统，其中所述至少两个经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
14.根据权利要求10所述的CDMA系统，其中所述至少两个CTP中的一者包括：
CDMA接收器，其用于接收具有内嵌式CDMA时序的所述未经中继的CDMA导频信号；
基带处理器，其用于提取所述CDMA时序并调节所述CDMA时序以导出具有类似GNSS的时序的信号；和
GNSS发射器，其用于将信号向上转换成所述类似GNSS的信号并发射所述类似GNSS的信号。
15.一种用于确定移动台的位置的CDMA系统，其包括：
第一CDMA基站，其用于发射未经中继的CDMA导频信号；
中继器，其用于接收所述未经中继的CDMA导频信号，并用于向所述移动台发射经中继的CDMA导频信号；
CTP，其定位成邻近于所述中继器或在所述中继器附近，所述CTP向所述移动台发射类似GNSS的信号；和
第二CDMA基站，其用于向所述移动台发射CDMA导频信号。
16.根据权利要求15所述的CDMA系统，其中所述类似GNSS的信号用于中继器识别。
17.根据权利要求15所述的CDMA系统，其中所述CDMA导频信号和所述经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
18.根据权利要求16所述的CDMA系统，其中所述CDMA导频信号和所述经中继的CDMA导频信号用于确定所述移动台的位置。
19.一种用于移动台位置确定的方法，其包括：
接收经中继的CDMA导频信号；
接收类似GNSS的信号；
使用所述类似GNSS的信号来确定中继器识别；和
使用所述经中继的CDMA导频信号来确定移动台的位置。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括以下步骤：接收未经中继的CDMA导频信号；和将所述未经中继的CDMA导频信号转换成所述经中继的CDMA导频信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括以下步骤：向中继器发射所述未经中继的CDMA导频信号。
22.一种用于移动台位置确定的方法，其包括：
接收经中继的CDMA导频信号；
接收类似GNSS的信号；
接收GNSS信号；
使用所述类似GNSS的信号来确定中继器识别；和
使用所述经中继的CDMA导频信号和所述GNSS信号来确定移动台的位置。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括以下步骤：接收未经中继的CDMA导频信号；和将所述未经中继的CDMA导频信号转换成所述经中继的CDMA导频信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括以下步骤：向中继器发射所述未经中继的CDMA导频信号。
25.一种包含指令程序的计算机可读媒体，所述指令可由计算机程序执行以实施一种用于移动台位置确定的方法，所述方法包括：
接收经中继的CDMA导频信号；
接收类似GNSS的信号；
使用所述类似GNSS的信号来确定中继器识别；和
使用所述经中继的CDMA导频信号来确定移动台的位置。
26.根据权利要求25所述的计算机可读媒体，其中所述方法进一步包括：接收未经中继的CDMA导频信号；和将所述未经中继的CDMA导频信号转换成所述经中继的CDMA导频信号。
27.一种包含指令程序的计算机可读媒体，所述指令可由计算机程序执行以实施一种用于移动台位置确定的方法，所述方法包括：
接收经中继的CDMA导频信号；
接收类似GNSS的信号；
接收GNSS信号；
使用所述类似GNSS的信号来确定中继器识别；和
使用所述经中继的CDMA导频信号和所述GNSS信号来确定移动台的位置。
28.根据权利要求27所述的计算机可读媒体，其中所述方法进一步包括：接收未经中继的CDMA导频信号；和将所述未经中继的CDMA导频信号转换成所述经中继的CDMA导频信号。
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