CN1188000C

CN1188000C - 同步装备有gnss接收机和属于陆地网的陆地节点的方法

Info

Publication number: CN1188000C
Application number: CNB021425302A
Authority: CN
Inventors: 索利·安托尼; 杜派·皮埃尔
Original assignee: IVO-LIUM
Current assignee: IVO-LIUM
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: DE60102157D1; EP1296467B1; US7330458B2; DE60102157T2; EP1296467A1; US20030058834A1; ES2213095T3; CN1414800A

Abstract

本发明尤其涉及一种用于同步陆地节点的方法，所述陆地节点包括从属于全球导航卫星系统的卫星接收信息的装置，所述陆地节点属于陆地网，所述方法包括步骤：选择必须与相同时间基准同步的陆地节点，所述陆地节点形成所谓的同步区域；确定所述陆地节点所共享的晴空视野立体角；由所有的陆地节点捕获第一时间基准，这里称为粗略的时间基准，所述粗略的时间基准由所述陆地节点在所述晴空视野立体角中可以看到的卫星发送；在所述陆地网确定所有陆地节点的公共同步日期；在所述公共同步日期，所有的陆地节点捕获由所述陆地节点在所述晴空视野立体角中可以看到的卫星发送的预定序列；调整每个所述陆地节点的时间基准。

Description

同步装备有GNSS接收机和属于陆地网的陆地节点的方法

本发明是基于一个优先权申请EP 01 440 313.3，这里并入它作为参考。

技术领域

发明涉及无线电通信网，特别是涉及用于同步装备有GNSS(全球导航卫星系统)接收机和属于陆地网的陆地节点的方法。

背景技术

在陆地网中，特别在无线电通信网中，属于这个网络的不同单元(即，基站、移动站)的同步对于网络的正常工作至关重要。用于无线电通信网同步的已知方法包括网络的陆地节点通信同步。这种网络的自动同步受到无线电链路质量变化的影响。而且，应当高度精确地获知网络节点之间的距离，以便推导出网络节点之间的传输延迟和获得良好的同步精确性。

如果网络节点额外装备有GNSS接收机，则可以获得更精确的同步。GNSS系统能够使陆地终端与GNSS星座的卫星共享的公共时间基准同步。为了正确同步，由GNSS星座三个不同的卫星发射的GNSS信号必须在装备有GNSS接收机的陆地终端同时接收。然后，GNSS接收机通常的功能在于使这3个GNSS信号相关以便估计当地时间。

但是，这个时间基准捕获过程特别是在城区很长(大约1分钟)，在城区由地面站可以看到的晴空角变小。然后，在这个变窄的晴空角可以看到3个卫星的结构经常很长时间才能获得。

而且，已估计的本地时间的精确性受到卫星发送的时间基准的精确性的限制(例如，10^-4s)。

本发明一个特定的目的在于提供一种用于同步装备有GNSS接收机和属于陆地网的陆地节点的方法，这种方法比已知的现有方法更快和精确度更高。

本发明的另一个目的在于提供一执行这种同步方法的陆地节点。

发明内容

通过用于同步陆地网的陆地节点的方法实现下文将更清楚的这些和其他的目的，所述方法包括步骤：

-选择必须与公共时间基准同步的陆地节点，所述陆地节点形成一个同步区域；

-确定所述已选择的陆地节点所共享的晴空视野立体角；

-在所述已选择的陆地节点接收来自所述陆地节点在所述晴空视野立体角中可以看到的全球导航卫星系统的卫星的第一时间基准，这里，所述第一时间基准被称为粗略的时间基准；

-将每个所述已选择的陆地节点的内部时间基准设置为所述粗略的时间基准；

-计算所有已选择陆地节点的公共同步日期，以便接收由所述陆地节点在所述晴空视野立体角中可以看到的所述卫星或另一颗卫星发送的预定序列；

-在每个所述已选择的陆地节点，确定各个陆地节点的内部时间基准所指示的所述预定序列接收时间与所述公共同步日期之间的时间差；

-考虑到所述时间差精调每个所述已选择陆地节点的内部时间基准。

至于节点，陆地节点实现这些目的，包括：

-GNSS接收机部分，用于接收来自全球导航卫星系统的一颗卫星的被称为粗略时间基准的时间基准以及一个预定序列；

-陆地网部分，用于与陆地网通信；

-所述GNSS接收机部分和所述陆地网部分之间的接口，用于将所述GNSS接收机部分获得的信息传送到所述陆地网，

所述陆地节点包括：

-用于在所述陆地网计算的同步日期捕获预定序列的装置；

-用于将内部时间基准设置为所述粗略时间基准的装置；

-用于确定内部时间基准所指示的所述预定序列接收时间与一个预定公共同步日期之间的时间差的装置；

-用于考虑到所述时间差而精调所述内部时间基准的装置。

根据本发明，在陆地网中定义包括必须要同步的陆地节点的同步区域。然后，在第一步，位于已选择同步区域的所有陆地节点捕获一颗卫星发送的时间基准(GNSS信号)，这个卫星现在位于所有陆地节点所共享的晴空视野立体角。

在第二步，陆地网确定公共同步日期，并将它表示给要获得同步的陆地节点。当这个公共同步日期出现时，已选择同步区域的所有陆地节点捕获由一颗卫星发送的预定序列。在由所有的陆地节点捕获预定序列以后补偿捕获粗略时间基准之后剩余的残留同步误差。在这种情况下，时间基准的精确度等于在全球导航卫星系统重复的预定时间顺序的精确度。

根据本发明的方法的优点在于仅需要必须捕获同步的所有陆地节点所共享的晴空视野立体角中的一颗卫星的出现。因此，减少了陆地节点获得同步的延迟。

另一个优点在于同步过程中GNSS系统与陆地网的合作能够获得更高的同步精确性。

在本发明的另一个实施例中，当这个移动站也装备有GNSS接收机时，这个同步方法用于确定移动站在无线电通信网的位置。

附图说明

从附图中，通过阅读下文非限制性的说明给出的优选实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1a、1b表示一个简化的系统，这个系统包括属于GNSS系统的卫星和属于陆地网的陆地节点，在这个系统中可以使用根据本发明的方法；

图2表示描述根据本发明的方法步骤的流程图；

图3表示根据本发明方法的用途的优选实施例；

图4表示根据本发明的方法可用于定位目的的系统。

具体实施方式

图1a表示包括属于GNSS系统的卫星11和属于陆地网的三个陆地节点12、13、14的简化系统，其中可以使用根据本发明的同步方法。

在本发明的框架中，术语GNSS系统指的是专用于广播时间基准信息和预定数据序列的任何卫星星座。这种GNSS系统可以由属于GPS系统的卫星组成，任何卫星星座系统，例如Gallileo也适于应用根据本发明的方法。

卫星11包含在陆地节点12、13、14所共享的晴空视野立体角中(即，卫星11和接收卫星11所发送信息的陆地节点12、13、14之间没有障碍)。

陆地节点12、13、14包括GNSS接收机部分和陆地网部分。GNSS接收机部分之间的接口应当能够转发从GNSS接收机部分到陆地网部分的信息。

GNSS接收机部分包括通常的GNSS接收机，它充当时间基准捕获模块，用于检测由星座的卫星发送的时间基准，这里称为粗略的时间基准RTR(图1b)。粗略的时间基准RTR最好是绝对时间表示。此外，GNSS接收机部分包括预定序列捕获模块，用于检测卫星在正常的时间间隔T-interval广播的预定序列Seq。

陆地网部分包括陆地网通常的功能。最好，陆地网包括控制不同陆地节点12、13、14的中央主机节点。

陆地节点12、13、14还包括可以在GNSS接收机部分和陆地网部分之间共享的内部时钟。本发明的目的在于提供一种估计内部时钟的差别，然后校准陆地节点12、13、14的内部时钟的方法。

图2表示描述根据本发明方法的步骤21到24的流程图；

在步骤21，陆地节点12、13、14的GNSS接收机部分通过将其内部时钟基准设置成位于所有陆地节点12、13、14所共享的晴空视野立体角内的卫星11广播的时间基准RTR，来执行粗略的时间基准捕获。为此目的，卫星可以广播粗略的时间基准及其标识，因此陆地节点12、13、14可以检验所接收的粗略的时间基准是否来自同一颗卫星。这种检验还可以在陆地网的中心节点执行，如果陆地节点12、13、14向中心节点报告正确的信息。粗略的时间基准捕获是一个标准的GNSS过程，通常具有10^-4秒的精确度。

陆地节点12、13、14的内部时钟设置成这个粗略的时间基准。

步骤22包括为陆地节点12、13、14选择公共同步日期。这个公共同步日期最好在陆地网的中心节点计算并传送到陆地节点12、13、14。公共同步日期的确定考虑到时间间隔T-interval，和在陆地节点12、13、14所共享的晴空视野角中存在的卫星星座的一颗卫星。

步骤23包括由陆地节点12、13、14的GNSS接收机部分捕获由公共同步日期CSD的卫星11传送的预定序列Seq。预定序列Seq是GNSS接收机部分已知的唯一格式。它可以时GNSS卫星码或已知的CDMA序列。由于粗略时间基准的相对不精确性，公共同步日期CSD并不精确对应于预定序列的开始。陆地节点应当确定公共同步日期和预定序列有效接收之间的时间差Tdiff。

步骤24包括通过考虑到时间差Tdiff调整内部时间基准。内部时间调整包括根据是在公共同步日期之前或之后收到预定序列Seq，从内部时间基准中增加或减去Tdiff。

预定序列捕获能够获得高于10^-6秒的同步精确度。

为了进一步精调同步精确性，陆地节点12、13、14可以确定它们在公共同步日期可以看到卫星11的视野角，结果考虑到预定序列Seq传播到不同陆地节点12、13、154的不同传播延迟。GNSS接收机在预定日期看到卫星的视野角的确定是应当包含在陆地节点12、13、14的GNSS接收机部分的标准GNSS功能。

简言之，第一次粗略时间基准捕获精确到使陆地节点12、13、14能够捕获同一版本的预定序列Seq，而不是将导致步骤23和24错误同步之前或之后T-interval发射的不同的预定序列。然后，在捕获预定序列Seq调整时间基准，得到精确同步。

为了简化，根据本发明的同步方法在一种简化的情形下描述，即三个陆地节点12、13、14必须一起同步。对本领域技术人员来说显然这个实施例能够很容易的应用于任意数目的陆地节点，只要它们位于具有适当大小的同步区域中。适当的大小意味着要在同步区域同步的陆地节点所共享的晴空视野立体角大到足以确保属于GNSS系统的卫星足够频繁的进入这个立体角，以确保同步。同步区域大小的典型直径从风景区的20km直径到密集城区小于1km的直径。

为了同步更大的陆地网，多个同步区域应当在陆地网中定义。而且，每个同步区域独立的与其他同步区域同步，因为只提供同步区域范围内的同步。

在同步方法的优选实施例中，每个同步区域的至少一个陆地站至少属于两个同步区域并保持与它所属同步区域同样多的时间基准。这能够在陆地网的范围内同步陆地节点。最好，同步区域的内容在陆地网的中心节点维护和控制。

图3表示根据本发明方法的优选实施例。为了高同步精确性和同步延迟，每个同步区域包括两个陆地节点，每个陆地节点保持两个时间基准。这个实施例能够具有最大的晴空视野立体角，因为只有两个陆地网共享。结果，因为星座的卫星能够更快地进入两个陆地节点所共享的晴空视野立体角。

陆地网最好是蜂窝无线电通信网，陆地节点是蜂窝网中要一起同步的基站，中心节点例如是在网络中的每个小区可用的BSC。

图4表示根据本发明的方法可用于定位目的，即确定移动站在无线电通信网中的位置的方法的系统。

在这个优选实施例中，要一起同步的陆地节点是蜂窝无线电通信网的至少三个基站和一个移动终端。移动终端以及基站装备由GNSS接收机部分。

当三个基站和移动站已经利用根据本发明的同步方法同步时，移动站的估计位置能够利用通常的三角测量方法，例如TOA(到达时间)方法获得。

如果不同的节点，即基站和移动终端被精确同步时，TOA方法可以给出良好的结果。

为了获得更精确的定位结果，有可能重复多次定位方法的不同步骤。在每次重复时，移动终端的当前位置将更精确，进而三个基站和移动站的同步也将更精确，利用TOA方法的移动终端定位也将更精确。

当到达预定程度的精确时或预定时间周期之后可以停止这个重复的过程，因为这个移动终端可能移动到限制已获得精确度的地方。

在这个同步方法中，利用移动站的粗略估计位置。通过本领域技术人员公知的一般定位方法可以获得移动终端粗略的估计位置。或者，这个粗略的估计也可以从周围三个基站的位置中任意的推导出来。通常，基站的位置是陆地网的中心实体己知的固定参数。或者，移动站位置的粗略估计可以作为GNSS系统功能而直接获得。

为了更精调上述的定位方法，这个系统可以连接到GIS(地理信息系统)，这个系统包含有关一个地区地理位置海拔的信息。大致知道移动用户的位置，通过查询GIS可以获得它的海拔。三个基站和移动站位置之间的海拔差别也被考虑到评价卫星和陆地节点之间的传播时间差。然后，同步更精确，TOA方法获得移动站的位置也更精确。在本方法的这个实施例中，不同步骤的多次重复也会增加定位的精确度。

Claims

1.一种对陆地网的陆地节点进行同步的方法，所述方法包括步骤：

-确定所述已选择的陆地节点所共享的晴空视野立体角；

2.根据权利要求1的方法，其中所述陆地节点是陆地蜂窝无线电通信网的基站，所述基站包括用于从所述卫星接收信息的GNSS接收机。

3.根据权利要求1的方法，其中每个同步区域的陆地节点数目这样选择，以使所述陆地节点共享的晴空视野立体角小于预定的门限，所述同步区域的至少一个陆地节点至少额外属于一个相邻的同步区域，并保持与它所属的同步区域同样多的时间基准。

4.根据权利要求3的方法，其中每个同步区域包括两个陆地节点。

5.一种用于在无线电通信网中确定移动站位置的方法，所述移动站包括用于接收来自属于全球导航卫星系统的卫星的信息的装置，所述无线电通信网还包括基站，所述基站包括用于接收来自属于全球导航卫星系统的卫星的信息的装置，所述方法包括步骤：

(1)在所述无线电通信网中选择邻近于所述移动站的至少两个基站，所述基站和所述移动站这里称为地面站；

(2)确定所述已选择的地面站所共享的晴空视野立体角；

(3)在所述已选择的地面站接收来自所述地面站在所述晴空视野立体角中可以看到的全球导航卫星系统的卫星的第一时间基准，这里所述第一时间基准被称为粗略的时间基准；

(4)将每个所述已选择的地面站的内部时间基准设置为所述粗略的时间基准；

(5)计算所有已选择地面站的公共同步日期，以便接收由所述地面站在所述晴空视野立体角中可以看到的所述卫星或另一颗卫星发送的预定序列；

(6)在每个所述已选择地面站，确定各个地面站的内部时间基准所指示的所述预定序列接收时间与所述公共同步日期之间的时间差；

(7)考虑到所述时间差精调每个所述已选择地面站的内部时间基准；

(8)根据用于所述基站和所述移动站的三角测量方法，确定所述移动站的位置。

6.根据权利要求5的方法，其中将步骤(2)到(8)重复预定的次数。

7.根据权利要求5的用于确定移动站位置的方法，进一步包括通过连接到所述陆地网的地理信息系统估计所述移动站的海拔的步骤。

8.一种陆地节点，包括：

-GNSS接收机部分，用于从全球导航卫星系统的一颗卫星接收称为粗略时间基准的时间基准以及一个预定序列；

-陆地网部分，用于与陆地网通信；

所述陆地节点包括：

-用于在所述陆地网计算的同步日期捕获预定序列的装置；

-用于将内部时间基准设置为所述粗略时间基准的装置；

-用于考虑到所述时间差而精调所述内部时间基准的装置。