CN1505761A - 无线位置确定系统内的时间获取 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种将定时信息提供给位置确定系统内的无线设备的系统和方法。无线设备包括参考信号接收机、信号处理器、无线通信收发机和GPS接收机。无线设备能接收参考信号、提取接收到的信号的小片、确定接收小片的时间并将接收的小片和时间发射到位置确定实体，作为请求GPS帮助信息的一部分。位置确定实体包括定时源、存储GPS卫星信息的GPS存储器、参考信号存储器、通信接口、信号处理器和控制处理器。位置确定实体能连续接收并存储参考信号以及接收的相关时间，并接收从无线设备来的小片和时标。位置确定实体还能将信号小片与存储的参考信号的一部分匹配，确定存储的参考信号的经匹配的部分的时标和接收时间的时间偏置，准备无线设备的帮助信息，使帮助信息与使用该时间偏置的无线设备同步，并将同步的帮助信息发射到无线设备。无线设备还能接收包括定时信息的帮助信息以帮助无线设备获得GPS信号。

Description

无线位置确定系统内的时间获取
                        本发明背景
本发明领域
本发明一般涉及位置确定系统，且特别涉及在位置确定系统中向无线设备提供定时信息。
相关技术的描述
本领域内熟知确定无线设备的地理位置的系统。一般使用的位置确定系统是由美国国防部操作的全球定位系统(GPS)。GPS包括24个绕地球六个轨道平面运行的卫星网络。GPS卫星间的间隔使得在任何给定时间和任何给定地理位置，至少有五个卫星在地平线之上。每个GPS卫星连续向地球上的GPS接收机发射其当前时间和当前位置。GPS接收机可能通过定位视野中的GPS卫星中的四个发射而来的信号而确定其地理位置。每个信号的发射时间和接收时间之差用来计算GPS接收机和四个GPS卫星的每个间的距离(例如伪范围)。这些距离测量连同通过GPS信号接收的卫星位置和时间信息，为GPS接收机用于使其内部时钟与GPS时钟同步并计算精度为小于100米的经度、纬度和海拔。
GPS卫星在1575.42MHz载波频率上使用直接扩频调制发射GPS信号。每个GPS信号由唯一标识发射GPS卫星的伪随机噪声(PN)码调制。每个PN码是重复的1023码片序列，以每毫秒1023码片的速率发射。为定位特定的GPS信号，GPS接收机生成相关的1023码片PN码序列的复制并搜寻在接收到信号内的匹配的1023码片序列。如果GPS接收机能将该复制序列以码片对码片与接收到信号内的1023码片序列对齐则能找到GPS信号。许多GPS接收机包括相关器硬件，使得能平行搜索连续码片位置(例如32码片)的范围，因此减少了需要搜遍1023码片位置的每个的时间。另外，由于多普勒频移，每个接收到的GPS信号的载波频率根据GPS接收机和发射GPS卫星的相对位置而变化。由于一般不知道GPS卫星和GPS接收机的相对位置，所以搜索GPS信号可能还需要在潜在载波频率范围上搜索。
在整个潜在载波频率范围上对24个PN码的每个的完整搜索是非常耗时的——许多情况下要好几分钟。为减少搜索时间，经常提供给GPS接收机帮助信息，可能用于标识所见的GPS卫星以及在开始搜索前每个相关的GPS信号的相关多普勒频率。在一种方法中，GPS接收机存储描述GPS卫星大致轨道的日历数据。使用日历数据，其内部时钟以及其当前位置的估计，GPS接收机计算大致GPS卫星的位置，并识别24个GPS卫星中的哪个是可见的。下一步，GPS接收机估计从经识别的GPS卫星发射来的每个GPS信号的多普勒频移。然后可能搜索GPS信号，集中在经识别的GPS卫星的PN码上，并在期待的多普勒频率周围。虽然使用日历数据可以减少搜索时间，但使用日历缺少精度和其它已知方法的效率。
在一种已知的方法中，GPS信号获得时间由于使用了位置确定实体(PDE)而减少。PDE一般是无线通信网络的一部分，它包括多个基站和至少一个移动设备。PDE通过散布在无线通信网络的覆盖区域内的静止GPS接收机而连续跟踪GPS卫星的位置。在搜寻GPS信号前，移动设备通过本地基站将对GPS帮助信息的请求发射到PDE。使用本地基站的标识，PDE确定移动设备大致的位置，并提供给移动设备可见的GPS卫星的标识和位置以及每个经标识的GPS信号的期待的多普勒频移。由PDE编辑的实时信息一般要比标准日历数据准确，并常常减少了GPS信号获取时间。
GPS信号获取时间在码分多址(CDMA)网络中减少更多。在CDMA网络中，每个基站维持与GPS时间同步的时钟，并将定时信标发射到其覆盖区域内的移动设备上。移动设备使用定时信标以使其内部时钟与基站时钟同步，其精确度为小于4毫秒。PDE和静止的GPS接收机还维持与GPS时间同步的时钟。操作中，静止GPS接收机跟踪静止GPS接收机接收每个PN帧(例如1023码片PN码序列)的开始的时间。PDE向移动设备发射看得见的GPS卫星的标识连同相关的多普勒频移以及每个GPS信号相关的PN帧接收时间。移动设备可能使用该信息以标识可见的GPS卫星、相关GPS信号的期待接收频率以及期待在静止GPS接收处接收相关PN帧的时间。使用接收到的GPS定时信息，移动设备能快速将生成的1023码片PN码序列与从接收到的GPS信号来的匹配的1023码片序列对齐。
然而，在许多无线通信系统中，诸如同步宽带码分多址(WCDMA)网络和移动通信全球(GPS)网络中，移动设备的内部时钟不必要与基站、PDEs以及静止GPS接收机同步。因此，移动设备不能依靠描述静止GPS接收机预计接收每个PN帧开始的时间的信息。将该种GPS定时信息发送到移动设备对减少GPS信号获取时间上是少有益处的。
鉴于上述的，需要有一种经改进的系统和方法以提供给在位置确定系统中的无线设备定时信息以帮助无线设备获取GPS信号。
                         本发明概述
本发明是关于经改善的以提供给位置确定系统内的移动设备定时信息的系统和方法。在最优实施例中，无线通信网络，诸如异步WCDMA网络，包括基站，移动设备和位置确定实体(PDE)。PDE通过基站与无线设备通信并帮助无线设备定位可见的卫星定位系统(SPS)的卫星。PDE以及无线设备，每个包括至少一个接收参考信号的参考信号接收机。参考信号可能包括任何能由PDE和无线设备接收的信号。例如，参考信号可能是FM无线电广播信号、AM无线电广播信号、电视广播信号或其它无线电频率信号。最好参考信号包括一个或多个信号，能一起提供在无线通信系统内无所不在的覆盖。
操作中，PDE连续接收参考信号并将接收到的参考信号的采样存储在信号缓冲器中。另外，至少一个静止SPS接收机连续接收从SPS卫星发射来的SPS信号，并跟踪可见的SPS卫星的标识和位置。静止的SPS接收机导出SPS信号的当前多普勒频移信息，并跟踪每个PN帧预计要被接收的周期时间。由SPS接收机收集的信息发射到PDE并被存储在SPS存储器内。
为确定无线设备的地理位置，无线设备接收参考信号和并采样接收到的信号的小片。无线设备接收小片的时间是使用无线设备的本地时钟W_CLOCK而被确定的。无线设备将小片以及时标发射到PDE作为对SPS帮助信息的请求的一部分。作为响应，无线设备接收被请求的SPS帮助信息并使用帮助信息以帮助获得SPS信号。在最优实施例中，帮助信息包括由W_CLOCK测量的时间，即无线设备预计接收与可见的SPS卫星相关的每个PN帧的开始的时刻。在获得SPS信号后，可能计算无线设备的位置。
PDE最好响应对SPS帮助的请求而提供给无线设备帮助信息，这包括信号小片和时标。使用存储在SPS存储器内的SPS卫星信息，PDE准备包括无线设备可见的SPS卫星的标识、相关的多普勒信息以及在无线设备处预计接收每个PN帧的开始的时间的SPS帮助信息。下一步，PDE在信号缓冲器内搜寻接收到的参考信号小片。如果找到匹配，则PDE计算在接收到的时标和存储的信号的接收时间间的时间偏置。时间偏置用于将帮助信息内的SPS定时数据转化到无线设备所用的时域。经修改的帮助信息然后发射到无线设备用于获得SPS信号。在另外的实施例中，帮助信息(未经修改)以及时间偏置可能被发射到无线设备，它然后可能使用时间偏置以与W_CLOCK同步或实现其它对SPS定时数据的调整。
在最优实施例中，无线设备包括定时源、用于接收射频(RF)信号的参考信号接收机以及耦合到参考信号接收机的信号处理器。信号处理器用于对接收到的RF信号的小片采样，并确定参考信号接收机接收小片的接收时间。无线设备还包括无线通信收发机以及卫星定位系统(SPS)接收机。无线通信收发机用于将小片和接收时间发射到位置确定实体，并作为响应，从位置确定实体接收SPS帮助信息。SPS接收机用于接收从可见SPS卫星发射来的SPS信号。在最优实施例中，参考信号接收机、通信接收机以及SPS接收机至少共享接收机电路的一部分。
最优实施例的位置确定实体包括定时源、参考信号缓冲器、存储SPS位置信息的SPS存储器、通信接口和处理器。参考信号缓冲器存储接收到的参考信号的最新采样，连同接收信息的相关时间。通信接口用于接收从无线设备来的帮助信息请求，这包括信号小片和时标，并将帮助信息发送回无线设备。处理器用于在存储的参考信号内搜索接收到的信号小片、确定接收到的时标和存储的参考信号的匹配部分间的时间偏置，准备从SPS卫星信息来的帮助信息以帮助无线设备定位SPS信号，以及使用时间偏置调整帮助信息以使帮助信息与无线设备同步。
通过考虑下列优选实施例的详细描述，将为本领域的技术人员提供对无线定位系统内时间获取的更完全的理解，以及对其中额外优点和目的的实现。实施例将参考附图，这里首先对附图简要描述。
                         附图的简要说明
图1说明了根据本发明最优实施例的无线通信系统；
图2说明了提供定时信息给无线设备的最优方法；
图3是说明确定无线设备的地理位置的最优过程的流程图；
图4是说明提供帮助信息给无线设备的最优过程的流程图；
图5是说明根据本发明的最优实施例的无线设备的方框图；
图6是说明无线设备的接收元件的最优电路的方框图；
图7是说明根据本发明的另一实施例的无线设备的接收元件的最优共享电路的框图；以及
图8是说明根据本发明实施例的位置确定实体的方框图。
                  最优实施例的详细说明
本发明是提供给位置确定系统中的移动设备的定时信息的经改进的系统和方法。图1说明根据本发明最优实施例的无线通信系统10。无线通信系统10是包括多个基站12和多个无线设备14的基于小区的通信系统。每个基站12有相关小区16，它定义了基站12服务的地理覆盖区域。位于小区16中的一个内的每个无线设备14通过根据预定的通信协议，诸如宽带码分多址(WCDMA)交换数据分组，而与相关的基站12通信。无线设备14可能是任何用于在包括移动电话、个人电子助理(PDA)、车辆导航系统和便携式电脑的无线通信链路上与基站12通信的设备。移动交换中心(MSC)18管理在小区16内的无线通信，包括呼叫设立、在无线设备间路由以及在无线设备和诸如公共交换电话网络(PTSN)或因特网的通信网络间路由呼叫。可以理解，无线通信系统10可能包括多个MSC，每个都管理多个小区16。最好无线设备能与第二设备或实体在包括基于陆地或卫星的蜂窝通信系统、个人通信系统、专用移动无线电系统、高级移动电话系统(AMPS)、移动通信全球系统(GPS)、寻呼系统以及无线分组数据系统的无线通信链路上通信。
无线通信系统10还用于确定无线设备14的地理位置。在最优实施例中，卫星定位系统，诸如全球定位系统(GPS)，用于位置确定。每个无线设备14包括至少一个天线20以与本地基站12通信并接收从轨道GPS卫星发射来的GPS信号。每个基站12包括至少一个天线22用于与无线设备14通信。位置确定实体(PDE)24通过MSC 18连到基站12并帮助设备14定位可见的GPS卫星，并计算无线设备14的相应地理位置。在最优实施例中，PDE 24是使用至少一个通过GPS天线28接收GPS信号的静止GPS接收机26，而跟踪GPS卫星位置的计算机系统。在一实施例中，每个基站12包括PDE 24以及静止GPS接收机26以提供对在基站覆盖范围16内的无线设备14的帮助。
无线辅助GPS系统在领域内是熟知的，且包括帮助无线设备14有效地定位可见的GPS卫星的系统、减少在计算的地理位置中误差的系统以及使用少于4个GPS卫星帮助确定无线设备位置的系统。无线通信网络内的GPS位置确定系统的例子在美国专利号6058338中有揭示，题为“METHOD AND APPARATUS FOREFFICIENT GPS ASSISTANCE IN A COMMUNICATION SYSTEM”以及美国专利号6081229，题为“SYSTEM AND METHOD FOR DERTERMINING THE POSITION OF AWIRELESS CDMA TRANSCEIVER”，被转让给本发明的受让人，以及美国专利号6133874，题为“METHOD AND APPARATUS FOR ACQUIRING SATELLITE POSITIONINGSYSTEM SIGNALS”，被转让给SnapTrack.Inc，并通过引用被结合于此。在最优实施例中，无线设备14的位置根据由受让人发展的gpsOneTM位置定位技术而被确定。使用gpsOneTM技术，无线设备14同时从至少一个GPS卫星和至少一个基站收集测量，并将收集的信息发射到PDE 24，它用先前由PDE 24收集的GPS卫星信息进行准确位置计算。
在最优实施例中，PDE 24还包括接收参考信号34的天线32，且无线设备14用来通过天线20接收参考信号34。参考信号34可能包括PDE 24和在无线通信系统10覆盖范围内的至少一个无线设备接收可用的任何信号。参考信号34最好是从既不是无线通信系统10的也不是卫星定位系统的一部分的射频(RF)信号源产生的。例如，信号34可能是FM无线电广播信号、AM无线电广播信号、电视广播信号或其它无线电频率信号。如将在下面所述，参考信号34为无线设备14和PDE 24所用以提供帮助信息给无线设备14以帮助获得GPS信号。
提供定时信息给无线设备的最优方法在此参考图2的框图而描述。多个GPS卫星40连续地发射地球上的GPS接收机接收的GPS信号42。每个GPS信号42包括唯一标识发射GPS卫星40的伪随机噪声(PN)码、发射GPS卫星的当前位置以及GPS发射时间。GPS接收机26连续接收从GPS接收机26可见的GPS卫星40来的GPS信号42。GPS接收机26包括定时源G_CLOCK 44，它最好能与GPS时间同步。通过接收到的GPS信号42，GPS接收机26跟踪可见的GPS卫星40的标识和位置、导出GPS信号42的当前多普勒频移信息，并跟踪在GPS接收机26处接收每个PN帧的周期时间。由GPS接收机26收集的GPS卫星信息被发射到PDE 24，并存储在GPS存储器46内，由PDE 24所用以提供给无线设备14位置确定帮助。领域内的技术人员希望最好GPS接收机26的一个或所有功能可能实现为PDE 24的一部分。
PDE 24以及无线设备14用于接收一个或多个从一个或多个信号源48来的参考信号50。在最优实施例中，参考信号50是射频(RF)信号。在大多数陆地区域内，RF信号是无所不在的，并可能包括在FM无线电频带(即88MHz到108MHz)、AM无线电频带(即525kHz到1700kHz)、VHF电视频带(即54MHz到88MHz、174MHz到220MHz)以及其它频带上发射的信号。PDE 24以及无线设备14最好用于接收可用RF信号的子集，以提供无线通信系统10内的实质性的无所不再的覆盖(例如，FM无线电频带)。
操作中，PDE 24连续接收参考信号50并将接收到的参考信号50的采样存储在信号存储器52内以在以后提供帮助给无线设备14GPS。在最优实施例中，信号存储器52是维持接收到的参考信号50的最近2-3秒的缓冲器。PDE 24还包括定时源P_CLOCK 54最好与GPS时间同步。PDE 24使用P_CLOCK 54以跟踪信号存储器52的内容为PDE 24所接收的时刻。
确定无线设备14的地理位置的最优过程在图3的流程图中得到说明。以下将参考图2加以说明。过程最好由无线设备14的用户开始。在另外实施中，过程可能由无线设备14、位置确定实体24或其它设备或实体开始。在步骤60，无线设备14接收参考信号50，在步骤62，对参考信号50的小片采样。在最优实施例中，小片包括参考信号50的2-3毫秒。在步骤64，使用本地时钟W_CLOCK 56确定在无线设备14处接收到被采样的参考信号50的时间。在最优实施例中，W_CLOCK 56不与无线通信系统10内的其它时钟同步，诸如G_CLOCK44、P_CLOCK 54或GPS时间。在步骤66处，无线设备14在无线通信链路上将小片和时标发射到PDE 24作为对GPS帮助信息请求的一部分。在步骤68，无线设备14接收被请求的GPS帮助信息以及在步骤70，帮助信息用于帮助无线设备14从可见的GPS卫星40获得GPS信号42。在最优实施例中，帮助信息提供给无线设备14可见的GPS卫星40的标识、相关的多普勒信息和由W_CLOCK 56测量的无线设备14预计接收PN帧的时间。在获得GPS信号42后，在步骤72根据领域内技术人员已知的方法确定无线设备14的位置。
在获得的GPS信号内收到的信息可能为无线设备14用于使W_CLOCK 56与GPS时间同步。在W_CLOCK 56与GPS时间同步后，可能以传统方式提供给无线设备14GPS帮助信息，而不使用参考信号。然而，要承认许多无线设备没有精确的定时源且会需要重复的本地时钟同步。在最优实施例中，无线设备14维持标识在最近GPS时间定位以来过去的时间量的变量。在没有GPS时间固定时超过预定时间量后，下一对帮助信息的请求会包括上述的参考信号的小片以及相关的时标。
图4的流程图说明提供帮助信息给无线设备14的最优过程，且在以下会参考图2一起说明。在步骤80，PDE 24接收从无线设备14来的GPS帮助请求。该请求包括参考信号小片和时标。下一步，在步骤82，从存储在GPS存储器46内的GPS卫星信息，PDE 24为无线设备准备14帮助信息。GPS帮助信息最好包括GPS接收机26可见的GPS卫星40的标识、GPS接收机26接收的GPS信号42的相关的多普勒信息以及在GPS接收机26处接收的每个PN帧的开始时间。还可能包括其它GPS帮助信息，诸如可见的GPS卫星位置以及差异纠正数据。PDE 24最好选择与GPS接收机26相关的最接近无线设备14和PDE 24间通信通过的基站的GPS卫星信息。由于无线设备14更接近GPS接收机26，预计同样的GPS卫星40会对无线设备14可见，且无线设备14接收的GPS信号42会有类似的多普勒频移。另外，预计无线设备14会在大致与GPS接收机26同样的GPS时间处接收PN帧。
在最优实施例中，PDE 24将帮助信息内的GPS定时数据转换到无线设备14和W_CLOCK 56使用的时域中。在步骤84，PDE 24搜索信号存储器52寻找从无线设备14接收的参考信号小片。如果在步骤86发现匹配，则PDE 24将接收到的时标与存储信号的接收时间比较，并在步骤88计算两个时钟W_CLOCK 56和P_CLOCK 54间的时间偏置Δt。在步骤90，PDE 24使用时间偏置Δt以将帮助信息内的定时数据从PDE 24和P_CLOCK 54的时域转换到无线设备14和W_CLOCK56使用的时域内。GPS帮助信息然后在步骤92处被发射到无线设备14。无线设备14可能使用接收到的帮助信息以帮助无线设备14获得GPS卫星信号42和计算其地理位置。在另外实施例中，在PDE 24计算时间偏置Δt后，未修改的GPS帮助信息和时间偏置Δt被发送到无线设备14。无线设备14可能然后使用时间偏置Δt以使W_CLOCK 56和P_CLOCK 54同步或实现它自己的GPS定时信息的调整。要承认的是，同步的精确性以及相继的获得GPS信号需要的时间长度，部分地取决于无线设备和PDE 24的参考信号接收机间的距离。在最优实施例中，每个静止参考信号接收机位于至少一个其它的静止参考信号接收机的300km内。
无线设备100的最优实施例现在可用图5的框图描述。无线设备100包括至少一个天线102，用于发射和接收射频(RF)信号。天线102接收的RF信号有选择性地被路由到GPS接收机104、通信收发机106以及参考信号接收机108。接收机104、106和108耦合到至少一个数字信号处理器110上，它相应地控制接收到的GPS卫星信号、通信信号和参考信号的信号处理。数字信号处理器110耦合到控制处理器112，它控制无线设备100的操作。数字信号处理器110和控制处理器112可能实现为单一处理器、多个处理器或处理器的组合以及包括应用专用集成电路(ASICs)的专用电路。控制处理器112耦合到定时源W_CLOCK 114，它维持无线设备100、存储器116以及用户接口118的本地时间。存储器116最好包括随机访问存储器和程序存储器，它们存储控制数字信号处理器110和控制处理器112以及随机访问存储器(RAM)的执行指令。在最优实施例中，无线设备100是移动电话，且用户接口118包括电路和元件，以提供给无线设备100能输入数字和其它信息的用户数字键盘、视频显示、麦克风和扬声器。在另一实施例中，无线设备100可能是PDA、车辆导航系统、移动个人计算机、寻呼机或另一无线设备。
GPS接收机104包括接收GPS信号并将接收到的GPS信号转换成数字信号的电路。数字信号处理器110最好用于定位GPS信号内的PN码，从GPS信号析取卫星信息、计算伪范围并确定无线设备100的当前地理位置。在另一实施例中，数字信号处理器110和控制处理器112用于使用通信收发机106和天线102将接收到的GPS信息发送到PDE。通信收发机106包括接收通信信号并将接收到的通信信号转换成数字信号的电路以由数字信号处理器110处理。通信收发机106还包括将数字信号转换成模拟并通过天线102在无线通信链路上发射的电路。在最优实施例中，无线设备100是移动电话和数字信号处理器100且控制处理器112用于通过通信收发机106处理、发射和接收声音和数据通信。参考信号接收机108可能是一般的领域内所知的射频(RF)接收机，包括接收参考信号并将参考信号转换成数字信号以由数字信号处理器处理的电路。数字信号处理器110最好用于对接收到的参考信号的部分采样并进行时间标识，并将采样和时标馈送到通信收发机106以通过天线102发射到PDE。
图6是说明无线设备100的接收元件的最优实施例。接收机104、106和108的每个包括双外差接收机，分别用于接收、下变频以及数字化相应的GPS、通信和参考信号的一种。GPS接收机104包括用于接收GPS信号的天线120a。天线120a耦合到第一低噪放大器122a，其输出耦合到带通滤波器124a的输入。带通滤波器124a通过中心频率为1575.42MHz的GPS信号频带并使具有在GPS信号频带外频率的通信信号、参考信号和其它信号衰减。带通滤波器124a的输出是第一混合器126a的输入。第一振荡器128a提供第二输入到第一混合器126a以将GPS信号下转换到中频(IF)(例如70MHz)，它被送到第二低噪放大器130a的输入处。第二低噪放大器130a的输出耦合到低通滤波器132a，它提供第一输入到第二混合器134a。第二振荡器136a提供给第二混合器134a第二输入以将IF信号下变频到更低的IF(例如1MHz)。第二混合器134a的输出由模拟到数字(A/D)转换器138a数字化，并作为到数字信号处理器110的输入提供，这包括处理数字化GPS信号的逻辑电路。
接收机106和108包括类似于GPS接收机104的电路。天线120b用于接收通信信号并耦合到第一低噪放大器122b的输入，其输出耦合到带通滤波器124b的输入。带通滤波器124b通过通信信号频带并使带有在通信信号频带外的频率的GPS信号、参考信号和其它信号衰减。带通滤波器124b的输出输入到第一混合器126b。第一振荡器128b提供第二输入到第一混合器126b以对通信信号进行下变频，产生IF信号以提供给第二低噪放大器130b的输入。第二低噪放大器130b的输出耦合到低通滤波器132b，它提供给第二混合器134b第一输入。第二振荡器136b提供第二输入给第二混合器134b以将IF信号下变频为更低的IF。第二混合器134b的输出由A/D转换器138b数字化并作为到包括处理数字化的通信信号的逻辑电路的数字信号处理器110的输入提供。
天线120c用于接收参考信号，且耦合到第一低噪放大器122c的输入，其输出耦合到带通滤波器124c的输入。带通滤波器124c通过参考信号频带并减弱带有在参考信号频带外频率的GPS信号、通信信号和其它信号。例如，在最优实施例中，参考信号接收机108是FM接收机且带通滤波器128c减弱在FM频带外的频率(即88MHz到107MHz)。带通滤波器124c的输出是第一混合器126c的输入。第一振荡器128c提供到第一混合器126c的第二输入实现对参考信号的下变频，产生IF信号，提供给第二低噪放大器130c的输入。第二低噪放大器130c的输出耦合到低通滤波器132c，它提供给第二混合器134c第一输入。第二振荡器136c提供给第二混合器134c第二输入以将IF信号下变频到更低的IF。第二混合器134c的输出由A/D转换器138c数字化，并作为输入提供给数字信号处理器110，它包括处理参考信号的逻辑电路。
本领域内的技术人员将理解其它电路实现可能被用来接收并处理GPS、通信和参考信号，包括共享GPS、通信和参考信号接收机的元件的电路。GPS和通信接收机间的共享的电路的例子在美国专利号6111540内说明，题为“COMBINED GPS POSITIONING SYSTEM AND COMMUNICATIONS SYSTEM UTILIZINGSHARED CIRCUITRY”，被转让给本发明的受让人，并通过引用被结合于此。
使用共享的电路的另一实施例在图7的框图中说明。接收元件包括至少一个天线150，它耦合到三个低噪放大器152a、152b和152c，每个相应耦合到带通滤波器154a、154b和154c。带通滤波器154a通过GPS信号，带通滤波器154b通过通信信号，带通滤波器154c通过参考信号，诸如FM无线电频带。带通滤波器154a-c通过开关156选择性地耦合到第一混合器158，该开关选择要处理的信号之一。频率合成器160将参考频率输出到第一混合器158以将选择的RF信号类型下变频到中频(IF)。第一混合器158的输出耦合到第二低噪放大器162，它将耦合到第二混合器166的低通滤波器164的输入信号放大。频率合成器160输出被选择的信号类型的参考频率到第二混合器166以将IF信号转换到更低的中频。第二混合器166输出更低的IF信号，它由A/D转换器168数字化并送到数字信号处理器170。在最优实施例中，处理器控制频率合成器160以选择到混合器158和166的每个的频率输入。输入到第一混合器158的参考频率输入根据开关156选择的信号类型而变化，而同样的参考频率可能对所有三种信号类型而言输入到第二混合器166。
在另一实施例中，参考信号接收机还包括恢复在参考信号内发射的信息的解调电路。处理器，或无线设备的其它元件和电路，可能还用于将恢复的信息通过用户接口呈现给无线设备的用户。在一实施例中，参考信号接收机是FM无线电接收机，且解调电路用于恢复在接收的FM广播信号内发射的音频信息。恢复的音频信息通过无线设备的扬声器播放。
PDE的最优实施例现在参考图8的框图描述。PDE 250包括处理器252，程序存储器254、存储器系统256、本地定时源P_CLOCK 258以及通信接口260。在最优实施例中，P_CLOCK 258与中央定时系统同步，诸如GPS定时。程序存储器254包括指示处理器252执行位置确定和通信功能的程序逻辑。通信接口260用于提供通过无线通信网络内的基站在PDE 250和无线设备间的通信。PDE250还包括GPS数据存储器266以存储从至少一个GPS接收机来的GPS卫星信息。PDE 250还包括至少一个天线272，用于接收参考信号，诸如FM信号。天线272接收的参考信号送到参考信号接收机274，它将收到的参考信号进行下变频和数字化操作。数字信号存储在参考信号存储器276内，它最好存储接收到的参考信号的最近的2-3秒。
考虑多种方法以协调在无线设备100和PDE 250间的参考信号。在最优实施例中，无线设备100的参考信号接收机108和位置确定实体250的参考信号接收机274被调整以接收预定的参考频率。在另一实施例中，然而，接收机108和274用于接收一个或多个RF频带，这包括一组RF信号，它们提供无线通信网络无所不在的覆盖。
在第一另外的实施例中，参考信号频率由无线设备100选择。在确定无线设备100的地理位置的过程开始后，无线设备100扫描RF信号的预定RF频带。最好，无线设备100多步通过可用频率，测量每步的接收到信号的强度，并选择带有最大接收到信号强度的频率以采样小片。然而，应理解任何检测到的信号可能用作参考信号。无线设备100可能将小片和时标连同被选择的参考信号的载波频率发射到PDE 250。PDE 250可能在接收到的参考信号载波频率上在参考信号存储器内搜寻小片。
在第二另外的实施例中，PDE 250选择参考信号频率。PDE 250连续扫描RF频带以搜寻最强的接收信号强度，并在参考信号存储器内存储选择的频率。当PDE 250接收对帮助信息的请求时，PDE 250将选择的载波频率发射到无线设备100。无线设备100调节选择的载波频率并采样接收到信号的小片。无线设备100然后将小片和时标发射到PDE 250。
在已描述了无线位置确定系统内的时间获取的最优实施例后，本领域的技术人员可以显而易见所描述的系统的一些好处。可以在本发明范围内作出不同的修改、适应和另外的实施例。

Claims (24)

1.在包括位置确定实体的无线通信系统内，一种用于获得卫星定位系统信号的方法，其特征在于包括以下步骤：
接收参考信号的小片，所述小片带有由定时源测量的接收时间；
将对帮助信息的请求发送到位置确定实体，所述请求包括所述小片和所述接收时间；
接收被请求的帮助信息；以及
用接收到的帮助信息定位卫星定位系统信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时源不与位置确定实体同步。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收小片的步骤包括以下步骤：
接收射频(RF)信号；以及
对接收到的射频信号的一部分采样。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述RF信号是FM无线电广播信号。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述RF信号遍布于整个无线通信系统内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帮助信息包括定时信息，它标识预期无线设备接收卫星信号的时间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帮助信息与定时源同步。
8.在无线通信系统中，一种帮助无线设备获得卫星定位系统信号的方法，其特征在于包括以下步骤：
维持定时源；
连续接收参考信号；
存储参考信号，所存储的参考信号带有由定时源测量的相关的接收时间；
接收来自无线设备的对帮助信息的请求，请求包括信号小片和时标；
将信号小片与已存储的一部分参考信号匹配；
确定已存储参考信号的匹配部分的时标和接收时间之间的时间偏置；
准备无线设备的帮助信息；
用时间偏置使帮助信息与无线设备同步；
将同步的帮助信息发射到无线设备。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述定时源不与无线设备同步。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参考信号是无所不在的信号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无所不在的信号包括FM无线电广播信号。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述存储步骤包括以下步骤：
对接收到的参考信号采样；以及
将经采样的参考信号存储在缓冲器内；
其中，每个已存储采样的接收时间可能被确定为由定时源测量的当前时间以及它在缓冲器内的位置的函数。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述帮助信息包括定时信息，它标识预期由无线设备接收卫星定位系统信号的时间。
14.在包括位置确定实体的卫星定位系统(SPS)中，一种无线设备包括：
用于接收RF信号的参考信号接收机；
耦合到参考信号接收机的信号处理器，所述信号处理器用于提取RF信号的小片并确定RF信号小片被参考信号接收机所接收的接收时间；
无线通信收发机，用于将小片和接收时间发射到位置定位实体，并从位置确定实体接收SPS帮助信息；以及
SPS接收机，用SPS帮助信息来接收SPS卫星信号。
15.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于，所述参考信号接收机是FM无线电接收机。
16.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于，所述参考信号接收机是AM无线电接收机。
17.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于，所述参考信号接收机是电视信号接收机。
18.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于还包括：
处理器；以及
定时源；
其中小片的接收时间是用定时源确定的；
其中SPS帮助信息包括时间偏置，而且
其中处理器用时间偏置使定时源与位置确定实体同步。
19.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于还包括：
双外差接收机电路，用于将射频(RF)输入信号双下变频为中频(IF)信号；
其中参考接收机把第一RF输入提供给双外差接收机电路；
其中通信收发机把第二RF输入提供给双外差接收机电路；
其中SPS接收机把第三RF输入提供给双外差接收机电路；以及
开关，用于选择第一、第二和第三RF输入信号中的一个作为双外差接收机电路的输入。
20.在包括带有第一时钟的无线设备和带有第二时钟的位置确定实体的无线通信网络中，一种把全球定位系统(GPS)定时信息提供给无线设备的方法，该方法的特征在于包括以下步骤：
接收参考信号；
提取接收到的参考信号的小片；
根据第一时钟确定小片的接收时间；
将小片和接收时间发射到位置确定实体；以及
从位置确定实体接收帮助信息，所述帮助信息包括与卫星位置系统信号的获取有关的定时信息，所述定时信息与第一时钟同步。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述提取小片的步骤包括对一部分接收到的参考信号进行采样的步骤。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述参考信号是FM无线电广播信号。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于FM无线电广播信号在无线通信网络内是无所不在的。
24.包括无线设备的无线通信网络内，一种位置确定实体包括：
定时源；
包括已存储的SPS卫星位置信息的卫星定位系统(SPS)存储器；
包括已存储的参考信号和相关的接收时间信息的参考信号存储器；
能从无线设备接收对帮助信息的请求的通信接口，该请求包括信号小片和时标；
能将信号小片与一部分已存储的参考信号对齐的信号处理器；以及
控制处理器，用于确定一部分已存储参考信号的时标和接收时间之间的时间偏置，准备来自SPS卫星信息的帮助信息以帮助无线设备定位SPS卫星信号，用时间偏置调整帮助信息使帮助信息与无线设备同步，并用通信接口将帮助信息发射到无线设备。
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Termination date: 20190315

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