CN101388740B - 在td-scdma无线通讯系统中获得与传递gps标准时间的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法，包括以下步骤：由各TD-SCDMA基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，然后分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器；无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；移动终端根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间。本发明利用TD-SCDMA无线通讯系统基站间同步、基站位置精确、各基站均具有高精度GPS接收机的特点，可以获得更为精确的GPS标准时间。

Description

在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法与系统
技术领域
本发明涉及TD-SCDMA无线通讯系统，尤其涉及在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法与系统。 
背景技术
GPS是一种基于卫星的定位系统，它最初由美国军方设计并受美国军方的控制，可以为任何人免费使用。这个系统是由在6个中间环形轨道上运行的24颗卫星组成，一个卫星环绕轨道运转一周的时间接近12个小时。每个卫星不断地发送关于当前时间、所有卫星的位置以及像历书(almanac)和星历(ephemeris)这样的一些相关数据信息。GPS接收器使用这种信息来计算其自身与卫星之间的距离。为确定位置，GPS接收器必须接收来自至少四个卫星的信号。 
首次定位时间(Time to First Fix，TTFF)表征GPS接收器第一次定位所需的时间，TTFF很大程度上决定于接收器的接收灵敏度，以及可见卫星的数量、每个卫星信号的强度、卫星在天空中的分布以及接收器对天空的视角。在一种不利的环境中，例如信号较弱的城市高楼间隙或者室内，某些情况下需要几分钟的时间来计算位置。这对于本地服务(LBS)或者紧急呼叫(E911)来说是不可接受的，这些情况需要一种更快的获取时间。为此，人们开发了辅助型GPS(A-GPS)来解决不利环境下的TTFF问题。 
A-GPS的开发部分地受到美国联邦通信委员会(FCC)的E911强制要求能对紧急呼叫者提供蜂窝电话的定位所推动。A-GPS的目的是或者改善TTFF，或者当它不能改善TTFF时使定位运算成为可能。 
在过去的几年，在A-GPS这个关键词之下开发出了不同的概念和解决方案，这些不同的概念可以分成支持型GPS(Aided GPS)和辅助型GPS(Assisted GPS)两类。 
支持型GPS通过在移动网络上发送历书、星历、粗略的位置和时间来改善TTFF。这种支持型数据可以在控制层面(control plane)上、或者移动网络的用户层面(user plane)上发送。支持型GPS的位置的运算大多数发生在移动设备上。 
辅助型GPS使得采用快速TTFF计算位置成为可能。为实现这点，利用像时间同步、更准确的位置、多普勒和频率这样的额外信息用来确定位置。这种额外信息可以通过使用移动网络控制层面的基础设备来获得，像高级前向链路三边测量(AFLT)这样的机制被用来确定移动设备的位置。这里，信号从移动设备发出，被几个移动基站接收并进行测量。位置的计算可以在移动设备内发生(基于移动设备的)，或者在移动网络服务器上发生(基于网络的)。 
基于移动设备的辅助型GPS解决方案通过移动网络接收额外的辅助GPS数据，但是在移动设备上进行位置计算。这意味着LBS或者E911服务必须从移动设备得到当前的位置。 
采用基于网络的辅助型GPS解决方案，移动设备发送原始的GPS数据到移动网络中的GPS辅助服务器。这个网络服务器可以利用直接来自网络的额外辅助GPS信息来计算位置。在计算之后，位置数据被发送到接收器。LBS或者E911服务可以直接访问网络服务器的位置数据库。 
A-GPS的好处是改善TTFF、增加灵敏性以及使可用性最大化，存在这些优点是因为接收器不再必须下载和解码来自GPS卫星的导航数据，接收器可以使用更多的时间和处理能力来跟踪GPS信号。 
A-GPS的定位计算可以分为MS-Based方式和MS-Assisted方式。在MS-Based方式中，计算由终端完成；而在MS-Assisted方式中，定位计算由网络基于SET提供的测量数据完成。两种定位计算方法各有利弊：MS-Assisted的优点是对终端的要求低，但具有时延较大、不适合高速行驶情况下的定位等缺点。相比而言，MS-Based方法的优点是网络负担小且定位时延小；适合短时间内的连续定位情况；在网络不能提供辅助的情况下，可以使用自具的GPS功能来定位，因而可靠性高；此方式下无需核心网络作任何改进，成本较低。总体而言，MS-Based方式是比较 可取的定位方式。 
在对于GPS的定位计算过程中，如果确定了解GPS接收机本地GPS标准时间，这可以准确测量GPS系统中各个卫星信号到达接收机的准确时延。在这种前提下，可以有效地提高GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。然而在目前的A-GPS中所获得的GPS标准时间大多比较粗略，不够准确。 
近年来，随着用户需求的增加，移动定位技术受到越来越多的关注，特别是3G技术的日益成熟为移动定位技术的发展提供了支持。在2G或2.5G的网络里，由于受到网络传输速度的限制，高精度定位技术(A-GPS)的应用受到局限，而3G网络可以提供高速无线下载功能，这就为移动定位业务提供了更加广阔的发展空间。 
TD-SCDMA无线通信系统是我国自主制定的3G标准。TD-SCDMA的一个关键技术就是同步CDMA，即上行链路各终端信号在基站解调器完全同步。这样，使用正交扩频码的各个码道在解扩时就可以完全正交，相互间不致产生多址干扰，大大的解决了CDMA系统的容量。为实现同步CDMA，必须解决同步的检测、建立和保持等主要问题，这也是本系统的关键技术之一。但是，由于各个用户终端在小区覆盖范围内的位置是可以变化的，即使在通信进行过程中，用户还可以以很高速度移动。由于电波在从基站到用户终端的传播时间的变化，将引起同步的变化。如果再考虑多径传播的影响，此同步将更为困难，这就是实现同步CDMA的难题所在。在同步CDMA系统中，同步的检测是用软件通过求相关的方式获得的。在无线基站，我们对接收到的来自用户终端的信号进行8倍的过取样，即在解调出的基带信号中，对每个码片(Chip)等时间取8个样值，然后和此取得的样值求相关。当相关峰未达到所需值时，再向前或向后搜寻，直至获得收到信号的同步起点为止。这样获得此接收帧的同步起点以及它与期望的同步起点之间的距离SS(其单位为每次取样的间隔，即1/8Chip的整数倍)。因为在任何时刻，基站在SYNC1时刻只能接收一个终端的接入请求；而在SYNC2时刻只有一个终端在发出此信号，其余终端在此时隙均为空时隙(EMPTY)，故不会有来自本小区内其他终端的干扰，保证了同步的检测的准确性。 
TD-SCDMA系统采用TDD双工技术和FDMA/TDMA/CDMA多址方式，为了减少干扰、提高系统容量，要求各基站间、基站与终端之间同步。TD-SCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成，一个是基站间的同步；另一个是移动台间的上行同步技术。同步采用GPS或其它技术来实现基站间的同步，即同步系统中所有基站的信号包括系统帧号(SFN)是一致的。为此，各基站均设有高精度的GPS接收机，并且各基站位置精确。 
在TD-SCDMA系统即将到来之际，如何为移动终端提供更为成熟的定位技术，成为业界需要解决的问题，其中提高GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间是其中一个重要课题，而如前所述，提供更为精确的GPS标准时间可以达到这一目的。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法与系统，其利用TD-SCDMA无线通讯系统的同步系统的特点，可以让终端获得更为精确的GPS标准时间。 
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法，方法包括以下步骤： 
a.各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间； 
b.各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器； 
c.无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间； 
d.无线网络控制器通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间； 
e.移动终端根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间。 
上述的方法中，步骤a包括在基站中执行的以下步骤： 
确定当前的系统帧号； 
GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS； 
计算同步系统时钟在确定系统帧号与当前系统帧号间的时间差：ΔTSFN＝-Tframe *(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号；以及 
计算同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD ＝TGPS+ΔTSFN。 
上述的方法中，步骤e包括在移动终端执行的以下步骤： 
解调无线网络控制器下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间； 
解调基站系统信号获得当前系统帧号； 
计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe *(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN’为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
上述的方法中，步骤a～c是周期性地循环执行。 
上述的方法中，在步骤d中，所述无线网络控制器可通过广播信道下发所述绝对GPS标准时间，也可以通过专用信道向移动终端下发所述绝对GPS标准时间。 
本发明还提供一种在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的系统，包括： 
多个基站，各基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间； 
无线网络控制器，接收并存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间； 
移动终端，根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间。 
上述的系统中，各基站分别包括：GPS接收机，解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息；时钟板，确定当前的系统帧号；以及计算单元，接收GPS标准时间信息TGPS和当前的系统帧号，并计算同步系统 时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe * (SFN-SFNSD)，其中TGPS为GPS标准时间，Tframe为同步系统帧长度，SFN为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号；以及发送单元，向无线网络控制器上报所述绝对GPS标准时间。 
上述的系统中，移动终端包括：TD-SCDMA接收机，解调无线网络控制器下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，且解调基站系统信号获得当前系统帧号；以及计算单元，接收绝对GPS标准时间和当前系统帧号，并计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe *(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN’为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
因此，本发明利用TD-SCDMA系统的同步系统基站间同步、各基站位置精确已知和各基站均具有高精度GPS接收机的特点，通过基站获得获得GPS标准时间并且传递给移动终端，可以有效地提高终端设备内的A-GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。 
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中： 
图1是本发明获得与传递GPS标准时间的方法一个实施例的流程图。 
图2是图1中在基站中执行的步骤流程图。 
图3是图1中在移动终端执行的步骤流程图。 
图4是本发明获得与传递GPS标准时间的系统的结构框图。 
图5是本发明中采用广播方式下发GPS标准时间的过程示意图。 
图6是本发明中采用专用信道方式下发GPS标准时间的过程示意图。 
图7是图4中基站的结构示意图。 
图8是图4中移动终端的结构示意图。 
具体实施方式
本发明的获得与传递GPS标准时间的方法和系统，是在TD-SCDMA 无线通讯系统中利用其基站间同步、基站的信号包括系统帧号(SFN)一致等特性来实现获得精确的GPS标准时间。TD-SCDMA无线通讯系统包括多个基站、移动终端和无线网络控制器，其中各基站中包含GPS接收机以接收GPS卫星信号，实现各基站间的同步。此外，移动终端内具有A-GPS接收机，因此可以利用来自无线网络和卫星的相关信息进行GPS定位。下面参照附图描述本发明的实施例。 
请参照图1所示，本发明一个实施例的获得与传递GPS标准时间的方法包括以下步骤：在步骤201，各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号(如帧号为0)时的绝对GPS标准时间；随后，在步骤202，各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器(RNC)；无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间(步骤203)；在步骤204，无线网络控制器通过信令通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；最后，执行步骤205，移动终端根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间。 
其中，请参阅图2所示，步骤201进一步包括在基站中执行的以下步骤：首先，在步骤2011，基站确定当前的系统帧号SFN，同时，执行步骤2012，基站中的GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；随后，执行步骤2013，计算同步系统时钟在确定系统帧号与当前系统帧号之间的时间差：ΔTSFN＝-Tframe *(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号(如帧号为0)，亦即绝对GPS标准时间所对应的帧号；最后执行步骤2014，计算同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS +ATSFN＝TGPS-Tframe *(SFN-SFNSD)。 
为保证绝对GPS标准时间测量的及时性，步骤201～203是周期性地循环执行。 
在步骤204中，无线网络控制器可以通过广播信道下发绝对GPS标准时间，也可以是基于移动终端的请求，通过专用信道向需要定位的移动终端提供绝对GPS标准时间。 
接下来请参阅图3所示，步骤205进一步包括在移动终端执行的以下步骤：首先，在步骤2051，解调无线网络控制器下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD；其次，执行步骤2052，解调基站系统信号，获得当前系统帧号SFN’；之后，执行步骤2053，计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe *(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN’为系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
在移动终端获得GPS系统标准时间后，利用这一信息以及其他A-GPS有关信息，进行卫星搜索以及定位。此后，移动终端可向网络上报获得卫星有关信息和其位置信息，而网络可以向需要该用户位置信息的节点上报该用户位置信息。 
请参阅图4所示，本发明的获得与传递GPS标准时间的系统，包括在TD-SCDMA无线通信系统中的多个基站10、无线网络控制器(RNC)20、以及一个或多个移动终端30。此外，此无线通信系统还包括为实现定位所需的定位中心40及定位应用平台50。 
请结合参阅图5所示，各基站10可分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间给RNC20；如图7所示，各基站进一步包括：一GPS接收机11，用以解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；一时钟板12，确定当前的系统帧号SFN；一计算单元13，接收此GPS标准时间和当前系统帧号SFN，据此计算同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe *(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号；以及一发送单元14，向无线网络控制器20上报此绝对GPS标准时间。 
根据计算要求，计算单元13进一步包括第一加法器130、第二加法器132、乘法器134。GPS接收机11完成当前的标准GPS时间TGPS测量工作，将测量值输出给第一加法器130。基站的时钟板12提供当前SFN以及帧头时间，输出当前SFN给第二加法器132，第二加法器132将当前SFN与标准SFN(SFNSD)相减的差，输出给乘法器134。乘法器134 将输入的差乘以TD-SCDMA的帧长度(Tframe)获得相对时间ΔTSFN，输出给第一加法器130。第一加法器130将标准GPS时间TGPS减去相对时间ΔTSFN获得系统帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD，作为系统输出，提供RNC20使用。 
无线网络控制器20存储各基站10上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间。在图5所示实施例中，无线网络控制器10可以通过广播信道下发绝对GPS标准时间；当然，无线网络控制器10也可以是基于移动终端30的请求，通过专用信道向需要定位的移动终端30提供绝对GPS标准时间TGPS SD。 
移动终端30根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间TGPS SD。请参阅图8所示，移动终端包括：一TD-SCDMA接收机31，解调RNC10下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD，且解调基站系统信号获得当前系统帧号SFN’；计算单元32，计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe *(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
根据计算要求，计算单元32进一步包括第一加法器320、第二加法器322和乘法器324。TD-SCDMA接收机31完成RNC消息解调功能，将系统帧号时的绝对GPS标准时间输出给第一加法器320。此外，TD-SCDMA接收机31完成其接入基站10的SFN解调功能，输出当前系统帧号(SFN’)给第二加法器322。第二加法器322将当前系统帧号SFN’)与标准系统帧号(SFNSD)相减的差，输出给乘法器324。乘法器324将输入的差乘以TD-SCDMA的帧长度(Tframe)获得相对时间(ΔTSFN)，输出给第一加法器320。第一加法器320将标准系统帧号时的绝对GPS标准时间与相对时间相加，获得当前标准GPS时间T’GPS，提供给A-GPS接收机33，由A-GPS接收机33完成在网络辅助信息下的定位功能。 
此外，移动终端30向定位中心40传递GPS信号测量结果或者用户位置估计信息。定位中心40完成需要定位的移动终端的位置估计以及/或者位置信息管理功能，同时向定位应用平台50提供需要定位的移动终 端30的位置信息。定位应用平台50完成定位业务与其他外部服务器等的连接功能，向外提供需要定位的移动终端30的位置信息，向定位中心40提供定位请求以及定位结束等信令。 
因此，本发明利用TD-SCDMA系统的同步系统基站间同步、各基站位置精确已知和各基站均具有高精度GPS接收机的特点，通过基站获得获得GPS标准时间并且传递给移动终端，可以有效地提高终端设备内的A-GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。 
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。 

Claims (5)

1.在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的方法，所述TD-SCDMA无线通讯系统包括多个基站、移动终端和无线网络控制器，其中各基站包含GPS接收机，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；
b.各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器；
c.无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间；
d.无线网络控制器通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；
e.移动终端根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间；
所述步骤a包括在基站中执行的以下步骤：
确定当前的系统帧号；
GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；
计算同步系统时钟在确定系统帧号与当前系统帧号间的时间差：ΔTSFN＝-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号；以及
计算同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS+ΔTSFN；
所述步骤e包括在移动终端执行的以下步骤：
解调无线网络控制器下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；
解调基站系统信号获得当前系统帧号；以及
计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步系统帧长度，SFN’为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a～c是周期性地循环执行。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，所述无线网络控制器通过广播信道下发所述绝对GPS标准时间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，所述无线网络控制器通过专用信道向移动终端下发所述绝对GPS标准时间。
5.在TD-SCDMA无线通讯系统中获得与传递GPS标准时间的系统，其特征在于，包括：
多个基站，各基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间；
无线网络控制器，接收并存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间；
移动终端，根据当前的系统帧号计算当前标准的GPS时间；
其中各基站分别包括：
GPS接收机，解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息；
时钟板，确定当前的系统帧号；以及
计算单元，接收GPS标准时间信息TGPS和当前的系统帧号，并计算同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中TGPS为GPS标准时间，Tframe为同步系统帧长度，SFN为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号；
发送单元，向无线网络控制器上报所述绝对GPS标准时间；
所述移动终端包括：
TD-SCDMA接收机，解调无线网络控制器下发的同步系统时钟在确定系统帧号时的绝对GPS标准时间，且解调基站系统信号获得当前系统帧号；以及
计算单元，接收绝对GPS标准时间和当前系统帧号，并计算当前GPS系统标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe 为同步系统帧长度，SFN’为当前系统帧号，SFNSD为同步系统时钟的确定系统帧号。 
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