CN1235361C - 一种实现gps小区帧定时测量的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现GPS小区帧定时测量的方法及其装置。所述的方法为：对GPS小区帧定时测量结果进行直线拟和，并确定拟和后的测量值，再根据拟和后的测量值确定并上报测量结果；所述的装置为在现有装置的逻辑处理模块与协议转换模块间设置有直线拟和处理模块，该模块接收逻辑处理模块输出的GPS秒信号与10毫秒帧信号的相位差值，并进行直线拟和处理输出给协议转换模块。本发明降低了GPS卡秒脉冲精度不够对测量带来的误差，从而提高了GPS小区帧定时测量的精度。同时，本发明的实现还可以使GPS小区帧定时测量值无需周期上报，减少了RNC和NodeB之间的信令传输开销。

Description

一种实现GPS小区帧定时测量的方法及其装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种实现GPS(全球卫星定位系统)小区帧定时测量的方法及其装置。

背景技术

GPS小区帧定时测量是WCDMA(宽带码分多址)通信系统定位技术必须实现的一个环节，通过GPS小区帧定时测量可以获得基站发射不同步的RTD(相对时间差)，RTD为OTDOA-IPDL(观测时间差-下行链路空闲周期)定位方法必须应用的一个测量量；同时，A-GPS(辅助的全球卫星定位系统)定位也需要GPS小区帧定时测量提供时戳。

GPS小区帧定时测量，简单地说就是在帧头处打上GPS时间戳，依据协议规定进行一定的转换将帧头对应的GPS绝对时间值上报给RNC(无线网络控制器)。以WCDMA通信系统为例，通常是在NodeB(基站)侧实现GPS小区帧定时测量，实现方法是：每个NodeB都带一块GPS卡，如图1所示，在GPS卡每次输出GPS秒信号到来之时，会有中断上报基站的CPU(中央处理器)，基站的CPU读出对应该时刻的绝对时间值，通过换算得到相对应的TOW{TOW为GPS周时间(Time of Week)，从世界协调时(UTC)的星期六午夜开始以秒计算}值；同时由基站时钟逻辑处理单元实现GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号相位差值ΔT；CPU在相邻的10毫秒到来时刻后读取此时的BFN(NodeB Frame Number，基站帧号)值，将ΔT和TOW相加，再加上相应小区的Tcell{各小区SFN(系统帧号)相对BFN的偏移}值(该值由RNC通过高层信令下发)，得到当前SFN帧头的绝对时间值，从而实现GPS小区帧定时测量结果。然后，NodeB上报各小区的GPS小区帧定时测量值给RNC，由RNC将相邻基站的GPS小区帧定时测量值相减，就获得这两个相邻基站发射不同步的RTD。

由于GPS卡本身输出秒脉冲的精度有一定的限制，以MotorolaUToncore GPS卡为例，其输出的秒脉冲的精度在±200ns，因此，GPS小区帧定时测量值必然存在一定的误差，该误差导致据此计算得到的RTD也存在较大的误差，从而使得移动通信系统中移动台位置估计结果的精度不高，无法适应实际需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现GPS小区帧定时测量的方法及其装置，以降低GPS卡秒脉冲精度不够给测量带来的误差。

本发明的目的是这样实现的：一种实现GPS小区帧定时测量的方法，包括：

a、进行GPS(全球卫星定位系统)小区帧定时测量；

b、对GPS小区帧定时测量结果进行直线拟和，并确定拟和后的测量值；

c、根据拟和后的测量值确定并上报测量结果。

所述的步骤a为：测量GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号的相位差值，并确定TOW(GPS周时间)和Tcell{小区SFN(系统帧号)相对BFN(基站帧号)的偏移}值。

所述的步骤b包括：对GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号的相位差值利用最小二乘法进行直线拟和处理，以确定GPS秒信号的直线拟和值。

所述的步骤b还包括：确定GPS小区帧定时测量值的Drift Rate(漂移率)为进行直线拟和处理后获得直线的斜率。

所述的步骤c为：

c1、将Tcell值与GPS秒信号的直线拟和值之和与TOW值相加，以获得GPS小区帧定时测量值；

c2、将GPS小区帧定时测量值及其Drift Rate值上报给RNC(无线网络控制器)。

进行本次GPS小区帧定时测量时，如果存在前一个GPS小区帧定时测量结果的Drift Rate值，则所述的步骤a还包括：

a1、根据前一个GPS小区帧定时测量结果的Drift Rate值估算本次GPS小区帧定时测量值；

a2、判断本次GPS小区帧定时测量实际值与估算值间的差值是否超过设定的误差值，如果超过，则将估算值作为本次GPS小区帧定时测量值，否则，以实际值作为本次GPS小区帧定时测量值。

于所述的步骤c2还包括：RNC根据上报的GPS小区帧定时测量值的Drift Rate估计下一时刻的GPS小区帧定时测量值。

一种实现GPS小区帧定时测量的装置，其结构包括：逻辑处理模块、GPS卡和协议转换模块，逻辑处理模块确定由GPS卡输入的GPS秒信号与引入的10毫秒帧信号的相位差值，并由协议转换模块根据引入的TOW值和Tcell(小区SFN与BFN的偏移值)值将该相位差值转换为GPS小区帧定时测量结果；在逻辑处理模块与协议转换模块间设置有直线拟和处理模块，该模块接收逻辑处理模块输出的GPS秒信号与10毫秒帧信号的相位差值，并进行直线拟和处理输出给协议转换模块。

由上述技术方案可以看出，本发明对GPS小区帧定时测量值进行直线拟和处理，大大降低了GPS卡秒脉冲精度不够对测量带来的误差，从而提高了GPS小区帧定时测量的精度。同时，在对测量值进行直线拟和的过程中，还计算出GPS小区帧定时测量值的Drift Rate，并上报给RNC，从而使RNC可以对下一时刻的GPS小区帧定时测量值作出较精确的估计，使得GPS小区帧定时测量值无需周期上报，减少了RNC和NodeB之间的信令传输开销。

附图说明

图1为GPS小区帧定时测量原理图；

图2为本发明的实现原理图；

图3为本发明的具体实施流程图；

图4为GPS小区帧定时测量值与报告映射关系表；

图5为GPS小区帧定时测量及直线拟和示意图。

具体实施方式

本发明的实现与现有技术相同的是NodeB同样需要测出GPS小区帧定时测量值，与现有技术不同的是，在将测量值上报给RNC之前，通过直线拟和算法对测量值进行处理，并计算出GPS小区帧定时测量值的DriftRate，然后将经直线拟和处理后的测量值及其Drift Rate上报给RNC，RNC通过计算而得到的RTD，从而避免了GPS本身输出秒脉冲(即秒信号)精度造成的误差。

本发明所述的实现GPS小区帧定时测量的方法的具体实现方式如图3所示，包括：

步骤1：基站进行GPS小区帧定时测量；

基站逻辑处理模块测出GPS卡输出的GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号相位差值，即ΔT值，软件处理模块读出TOW(Time of Week，GPS周时间)及和Tcell{小区SFN(系统帧号)相对BFN(基站帧号)的偏移}值；

步骤2：对GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧同步信号相位差值进行直线拟和，输出拟和后的测量值ΔT1和GPS小区帧定时测量值的DriftRate；

如图5所示，实际测量的ΔT值连线的变化趋势是一条直线，而造成各点离散的主要原因就在于GPS卡本身输出秒脉冲精度限制造成的误差，如果能通过直线拟合的手段先对测量值进行处理，然后再上报给RNC，这样RNC通过计算得到的基站发射不同步的RTD，就避免了GPS卡本身输出秒脉冲精度造成的误差；图中的直线是经过直线拟和处理后的GPS小区帧定时测量值ΔT1，本发明选用的直线拟和算法为最小二乘方法，拟和过程如下：

设目标直线的形式为：y＝a·x+b，已知样点(x_i，y_i)，i＝1，...n；目前需要确定一组(a，b)值，使得所有样点值均靠近拟和直线，根据最小二乘法可以构造目标函数f(a，b)： $f(a,b)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(a\·x_i+b-y_i)}^2;$

求解目标函数偏导为0的点即为所求的(a，b)值，

$\frac{\∂f}{\∂a}=0$

$\frac{\∂f}{\∂b}=0$

由上式可推导：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}2\·(a\·x_i+b-y_i)\·x_i=0$

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}2\·(a\·x_i+b-y_i)=0$

上式化简：

$\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2\right)\·a+\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)\·b-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\·y_i=0$

$\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)\·a+n\·b-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i=0$

由此，可以解出：

$a=\frac{n\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\·y_i-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)\·\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\right)}{n\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)}^2}$

$b=\frac{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)\·(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\·y_i)-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2\right)\·\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\right)}{{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)}^2-n\·\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2\right)}$

令 $\mathrm{SumX}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i,\mathrm{SumY}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i,\mathrm{SumX}2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2,\mathrm{SumXY}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\·y_i$

a、b的计算公式为：

$a=\frac{n\·\mathrm{SumXY}-\mathrm{SumX}\·\mathrm{SumY}}{n\·\mathrm{SumX}2-{\left(\mathrm{SumX}\right)}^2}$

$b=\frac{\mathrm{SumX}\·\mathrm{SumXY}-\mathrm{SumX}2\·\mathrm{SumY}}{{\left(\mathrm{SumX}\right)}^2-n\·\mathrm{SumX}2}$

在具体计算时，样点(x_i，y_i)对应第n次上报测量值ΔT，拟和后的值ΔT1＝a*n+b，而斜率a则为GPS小区帧定时测量值的Drift Rate；

步骤3：依据协议转换测量值，并将转换结果上报给RNC；

将ΔT1和TOW相加，再加上相应小区的Tcell值，得到各小区SFN对应的GPS小区帧定时测量值；

依据协议规定，GPS小区帧定时测量结果以码片表示，从0到2322432000000码片；报告值与测量结果映射关系如图4所示，映射误差为1/16码片；上报告测量结果前时，将GPS小区帧定时测量值以1/16码片的间隔映射成一个整数，即映射成测量值对应的报告值，即将2322432000000映射成整数37158911999999；图中的“UTRAN GPS timingof Cell Frames for LCS”表示：无线接入网用于定位服务的GPS小区帧定时测量值。

对于步骤2计算出GPS小区帧定时测量值的Drift Rate，其作用有两方面：

一方面，当基站已经存在Drift Rate时，可以根据前一时刻GPS小区帧定时测量值的Drift Rate，得出当前时刻GPS小区帧定时测量值的估算值；然后将该估算值与实际GPS小区帧定时测量值进行比较，如果偏差较大，即超过了设定的误差值，则该时刻的GPS小区帧定时测量值是由于时钟源的不稳定而导致逻辑处理模块的测量误差，应该剔除，采用估算值作为当前时刻的GPS小区帧定时测量值进行直线拟和；否则，直接采用当前时刻GPS小区帧定时测量值ΔT进行直线拟和，以进一步保证GPS小区帧定时测量结果的准确性；

另一方面，将Drift Rate上报给RNC，RNC可以利用当前时刻GPS小区帧定时测量值的Drift Rate较为精确地进行下一时刻GPS小区帧定时测量值的估算，从而使GPS小区帧定时测量值无需周期上报，减少了RNC与基站间的信令传输开销。

本发明所述的实现GPS小区帧定时测量的装置，即为NodeB GPS测量实现部分，包括：

逻辑处理模块：接收10毫秒帧信号及GPS卡输出的秒信号，确定两输出信号的相位差值ΔT，并输出给直线拟和处理模块；

直线拟和处理模块：接收逻辑处理模块输出的ΔT值，并将其进行拟和处理后分别确定拟和后的GPS小区帧定时测量值ΔT1值和GPS小区帧定时测量值的Drift Rate，输出给协议转换模块；

GPS卡：用于产生秒信号输出给逻辑处理模块，同时将其TOW值输出给协议转换模块；

协议转换模块：接收直线拟和处理模块输出的拟和后的GPS小区帧定时测量值ΔT1值和GPS小区帧定时测量值的Drift Rate，以及GPS卡输出的TOW值，和Tcell值将该相位差值转换为GPS小区帧定时测量结果，通过移动通信网络中的Iub接口发送给RNC。

Claims (7)

1、一种实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于包括：

a、进行GPS(全球卫星定位系统)小区帧定时测量，确定GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号的相位差值，并确定GPS周时间TOW值、小区系统帧号SFN相对基站帧号BFN的偏移Tcell值；

b、对GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号的相位差值进行直线拟和，并确定拟和后的相位差值；

c、根据拟和后的相位差值加上TOW值和Tcell值并上报。

2、据权利要求1所述的实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于所述的步骤b包括：对GPS秒信号和与其最相邻的10毫秒帧信号的相位差值利用最小二乘法进行直线拟和处理，以确定GPS秒信号的直线拟和值。

3、根据权利要求1或2所述的实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于所述的步骤b还包括：确定GPS小区帧定时测量值的漂移率DriftRate为进行直线拟和处理后获得直线的斜率。

4、根据权利要求3所述的实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于所述的步骤c还包括：将Drift Rate值上报给无线网络控制器RNC。

5、根据权利要求3所述的实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于：进行本次GPS小区帧定时测量时，如果存在前一个GPS小区帧定时测量结果的Drift Rate值，则所述的步骤a还包括：

a1、根据前一个GPS小区帧定时测量结果的Drift Rate值估算本次GPS小区帧定时测量值；

a2、判断本次GPS小区帧定时测量实际值与估算值间的差值是否超过设定的误差值，如果超过，则将估算值作为本次GPS小区帧定时测量值，否则，以实际值作为本次GPS小区帧定时测量值。

6、根据权利要求4所述的实现GPS小区帧定时测量的方法，其特征在于所述的步骤c还包括：RNC根据上报的GPS小区帧定时测量值的DriftRate估计下一时刻的GPS小区帧定时测量值。

7、一种实现GPS小区帧定时测量的装置，其结构包括：逻辑处理模块、GPS卡和协议转换模块，逻辑处理模块确定GPS卡输入的GPS秒信号与引入的10毫秒帧信号的相位差值；协议转换模块引入GPS卡输出的GPS周时间TOW值和基站输出的小区系统帧号SFN相对基站帧号BFN的偏移Tcell值；

其特征在于：在逻辑处理模块与协议转换模块间设置有直线拟和处理模块，所述直线拟和处理模块接收逻辑处理模块输出的GPS秒信号与10毫秒帧信号的相位差值，并将直线拟和处理输出给协议转换模块，协议转换模块把拟和后的相位差值和TOW值和Tcell值相加并上报。

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