CN1833179A - 使用按需传输的辅助数据确定移动终端的位置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动终端(UE)，包括装置(CR)，用于捕获调制从属于星座(CS)的可视定位卫星(SN)接收的信号、以及与基准时间相关的伪随机码，计算装置(MC1－MC3)，用于根据捕获的码以及在接收的信号中包含的导航数据确定其位置。捕获装置(CR)在接收代表终端的近似位置和近似基准时间的辅助数据时，根据与近似基准时间和近似位置相关的假设对，确定卫星的估计位置、终端和每颗可视卫星之间的估计距离、以及相关联的多普勒效应，然后在选择的时间间隔上，为每对假设确定对应于估计位置和距离、以及相关联多普勒效应的信号副本，以及选择对应于在该时间间隔期间与接收的信号具有最大相关的信号副本的假设对，以确定调制接收的信号的伪随机码。

Description

使用按需传输的辅助数据确定移动终端的位置

技术领域

本发明涉及通过卫星确定移动终端的位置。

背景技术

在本上下文中，措辞“移动终端”同等地是指专用于卫星定位的设备(或接收机)和配备了卫星定位设备的通信终端，在可以应用通信类型的情况下，例如是移动电话或个人数字助理(PDA)。

如本领域技术人员所知，卫星定位包括两个步骤。在第一步或捕获步骤中，该移动终端相对于一般称为“系统时间”的基准时间，确定调制来自“可视”并属于定位卫星星座的卫星的信号的伪随机码。从可视卫星接收的信号与根据关于卫星的定时频率和系统时间的假设得到的信号副本进行“比较”，以从其推断出调制所述接收的信号的伪随机码，换句话说，使终端的定时时钟和频率与每颗可视卫星的时钟和频率同步。为此，一般基于时间和频率假设对来实施相关测量。

在本上下文中，措辞“定位卫星星座”是指无线导航卫星服务(RNSS)类型定位网络，例如GPS网络、GLONASS网络或者未来的GALILEO网络。

在第二步中，根据特别是在接收的信号中包含的导航数据和捕获的码，确定终端的位置。更为准确地说，该第二步可以划分成三个子步骤：根据捕获的伪随机码，确定每颗可视卫星和终端之间信号的传播时间的子步骤，根据信号中包含的导航数据和传播时间，确定终端和每颗可视卫星之间伪距离的子步骤，以及根据伪距离确定终端的位置的子步骤(至少通过四边形法(quadrilateration)，更一般地讲，通过采用最小二乘类型的方法来发现具有四个未知量以及至少四个测量值的方程的一个数值解)。需要四个测量值来解具有四个未知量的方程。在某些情况下，通过固定一个未知量，一般是接收机的高度(Z)，只采用三个测量值，或者可以采用基于具有外部测量值的混合的方法。

每个传播时间的精确性，进而每个伪距离的精确性，直接地决定了位置的精确性。现在，每个传播时间的精确性取决于从相应的接收的信号捕获的伪随机码的质量，这取决于所述接收的信号的质量。因此，如果从可视卫星接收的至少一个信号质量差，那么确定的位置一般受到误差的影响，这种情况发生得相对频繁，尤其是在不平坦且拥塞的环境下。甚至会出现暂时不可能确定终端位置的情况，尽管来自其它可视卫星的信号质量不错。

因此，本发明的一个目的是对上述情况加以改进。

发明内容

为此，提出了一种方法，专用于确定移动终端的位置，包括，如在现有技术中，捕获伪随机码的步骤，之后是根据捕获的伪随机码和在接收的信号中包含的导航数据确定终端的位置的步骤。

该方法的特征在于，在捕获步骤中：

·最好在其请求时，将代表星座的近似基准时间及其近似位置的辅助数据传输给终端，

·随后根据与接收的近似基准时间和接收的近似位置相关的假设对，确定星座的估计位置、终端和每颗可视卫星之间的估计距离、以及相关联的多普勒效应，

·在选择的时间间隔上为每对假设确定对应于估计位置和距离、以及相关联的多普勒效应的信号副本，

·选择对应于在选择的时间间隔期间与接收的信号具有最大相关的信号副本的假设对，以确定调制每个接收的信号的伪随机码。

换句话说，通过将该信号与等于副本和的合成信号，进行“地理位置/系统时间”搜索，前述副本经受对应于定义接收机的位置(进而其用户)和系统时间的格的延时和多普勒频移。

因此，与现有技术方法不同，在经历了在选择的时间周期(间隔)上累积所有接收的信号的功率的公共阶段之后，确定与来自可视卫星的每个信号相关的伪随机码。因为在搜索期间累积了所有可利用的功率，所以大幅度提高了检测阈值。

本发明的方法具有其它特征，具体说是以下独立或组合的特征：

-经由其通信网络将辅助数据传输给终端；

-辅助数据可以包括来自基于卫星的增强系统(SBAS)的“增强”数据，例如星历；

-如果移动终端是属于它的每个小区由基站管理的蜂窝通信网络的通信终端，近似位置最好代表在它请求所述辅助数据时它所在的小区；在这种情况下，基站能够有利地向终端提供频率和时间辅助，措辞“频率辅助”是指利用基站的振荡器，重新同步其本地振荡器；为此，用于确定终端位置的终端的定时时钟可以受控于例如管理终端所在小区的基站的定时时钟；

-选择信号副本可以包括为每个信号副本确定一个函数，它代表在选择的时间间隔期间与接收的信号的相关能量，然后保留具有最高能量的信号副本；

-辅助数据可以包括补充导航数据，其从可视卫星的星历、可视卫星的第一时间修正，代表基准时间及它们的定时时钟之间的时间差、第二时间修正，代表由电离层对由可视卫星传输的信号的传播所引起的干扰选出，以及代表请求终端所在的小区的三维(3D)模型的数据；

-每个终端可以传输给服务器(辅助服务器)代表其位置的信息数据，从而该位置可以按照与它所在小区标识符的对应关系存储；在这种情况下，代表所传输的信息数据的质量的辅助数据也可以按照与小区标识符的对应关系存储；以这种方式，可以根据小区标识符和相应的信息数据和/或辅助数据生成通信网络的三维模型。换句话说，当工作在“MS辅助”或“基于MS”模式下时，终端发送其位置和其小区号给辅助服务器，后者可以更新已经位于该小区的所有移动终端的位置(x，y，z)的历史；这与关于小区覆盖的信息一起，导致了3D数字地形模型；没有已经确定位置的地方说明存在覆盖问题；地图细节程度可以通过传输接收条件来改进。

-可以实施代表移动终端的动态变化的测量，例如借助于微惯性MEMS设备，根据其测量结果以及辅助数据估计出相对于每颗可视卫星的速度、加速度和加速度的变化，随后从其推断出一个引起的相位，最后考虑该引起的相位确定信号副本。

本发明还涉及一种移动终端，包括通过“比较”根据假设得到的信号副本，捕获调制从属于定位卫星的星座的可视卫星接收的信号、并与基准时间相关的伪随机码的装置，以及计算装置，用于根据捕获的码和在接收的信号中包含的导航数据确定终端的位置。

该移动终端的特征在于，捕获装置在接收到代表近似基准时间和所述终端的近似位置的辅助数据之后，最好响应于该请求，根据与近似基准时间和近似位置相关的假设对，确定卫星的星座的估计位置、终端和每颗可视卫星之间的估计距离、以及相关联的多普勒效应，然后在选择的时间间隔上为每对假设确定对应于估计位置和距离、以及相关联的多普勒效应的信号副本，以及最后选择对应于在该时间间隔期间与接收的信号具有最大相关的合成信号(经受对应于假设的多普勒效应和时间差的副本的总和)的副本的假设对，以捕获信号(同步到来自各个卫星的信号，或者终端(或接收机)的预先位置)。

本发明的移动终端还可以有其它特征，具体说是以下独立或组合的特征：

-它可以包括适于从连接到卫星导航系统的SBAS接收SBAS帧的接收装置；

-它可以适于在蜂窝通信网络内通信，接收的近似位置代表在它请求辅助数据时终端所在的小区；在这种情况下，该终端可以适于利用由它暂时所连接的蜂窝网络的基站所提供的频率和时间辅助；例如捕获装置的定时时钟最好受控于管理该终端所在小区的基站的定时时钟；

-它可以包括捕获装置，用于例如利用代表相关能量的函数，在选择的时间间隔期间将特定的副本与接收的信号相关，以识别扩频码；

-它可以配置成传输给辅助服务器代表其位置的信息数据，以使该数据按照与该终端所在小区的标识符的对应关系存储在数据库中；

--它可以包括微惯性测量设备，最好采用微电子机械系统(MEMS)的形式，适于交付代表所述终端的动态变化的测量值；在这种情况下，捕获装置适于根据测量值和辅助数据估计出相对于每颗可视卫星的速度、加速度和加速度的变化，从中推断出一个引起的相位，随后考虑该引起的相位确定信号副本。

本发明还涉及一种辅助服务器，它连接到蜂窝通信网络并且适于在被请求时，最好经由它们的移动通信网络，传输辅助数据给前面定义的类型的移动终端。

例如，该服务器可以传输给该请求终端辅助数据，该辅助数据包括从一个组中选出的补充导航数据，其中该组中至少包括可视卫星的星历、可视卫星的第一时间修正，代表相对于定位卫星的星座的时间的卫星的时钟误差、和第二时间修正，代表由电离层对由可视卫星传输的信号的传播所引起的干扰，以及代表请求终端所在小区的三维模型的数据。

服务器同样可以包括处理装置，其在接收到代表终端的位置的信息数据时，将该数据按照与该终端所在的蜂窝通信网络的小区标识符的对应关系存储在数据库中。在这种情况下，处理装置也可以确定代表接收的信息数据的质量的辅助数据，以及随后将其按照与该小区标识符的对应关系存储。

此外，处理装置可以基于相应小区标识符和信息数据和/或辅助数据管理并随后在数据库中存储通信网络的三维模型。它们同样可以从数据库中抽取代表请求终端所在小区的三维模型的通信网络的三维模型的一部分，以向终端传输代表该终端所在小区的地形的3D模型的部分。这使得网格(地理位置/系统时间)更为丰富，以及可以只用三颗可视卫星来确定移动终端的位置(在这种情况下，只有三个独立的未知量，因为高度Z对每对(x，y)都是已知的)。

作为选择，处理装置也可以只是从数据库中抽取出按照与请求终端所在小区的标识符的对应关系存储的模型的部分，以向该终端传输所述抽取的部分，其中该数据库按照与小区的标识符的对应关系存储通信网络的三维模型的部分。

本发明尤其适于，但不局限于，相位调制多址L频段信号，尤其是W-CDMA信号。此外，本发明尤其适于，但不局限于，GNSS类型的卫星定位系统，更具体地说，那些GPS类型，以及SBAS类型的增强系统。

附图说明

通过阅读下面的详细描述并研究附图，本发明的特征和优点将变得显而易见，在附图中：

-图1是能够实现本发明的方法的通信系统的一个实施方式的图，以及

-图2是本发明的移动通信终端的一个实施方式的图。

附图构成本发明的说明书的部分，在必要时，用于定义本发明。

具体实施方式

本发明涉及在通信系统中确定移动终端的位置。

在本上下中，措辞“通信系统”是指这样的一个系统，该系统包括至少一个与移动终端通信的通信网络，以及用于广播辅助数据，具体说是有关例如卫星定位系统的定位系统的补充导航数据的“辅助”(或帮助)系统。

此外，在本上下中，措辞“移动终端”(UE)是指能够从卫星定位网络接收至少包含导航数据的信号，以及从辅助系统接收辅助数据的任何类型终端。它们因此可以是简单的可携带的卫星定位设备，或者陆地、海洋或空中交通工具上的并且执行与定位相关的至少一个应用的设备，或者配备了该类卫星定位设备并且运行至少一个与定位相关的应用的笔记本电脑或移动电话、个人数字助理(PDA)。

此后，作为例子来考虑的该系统不仅包括至少一个无线移动通信网络(由它的一个基站BTS来代表)，还包括卫星定位网络(由卫星SN的星座CS来代表)，如图1所示。这里移动通信网络是蜂窝类型，例如GSM/GPRS或UMTS网络(或者它的任何等价网络)。

当然，系统可以是混合系统。在本上下中，措辞“混合系统”是指包括一个或多个发送站、一个或多个通信卫星、以及在网络选定位置处安装的多个陆地中继器的卫星通信系统。

卫星定位网络是无线导航卫星系统(RNSS)类型。它例如是GPS网络，但可以是任何其它RNSS网络类型，例如GLONASS网络或未来的GALILEO网络，或者前述三种网络的至少两种的组合。在这种情况下，该卫星定位网络CS可以连接到增强系统，例如基于卫星的增强系统(SBAS)，从地球同步卫星广播具体地包含有关CS星座的导航数据的SG帧，它由一个或多个地面站(未示出)生成。但是，可以设想任何其它类型的增强系统，不管它在本地，还是可以通过互联网访问。

蜂窝通信网络包括辅助服务器SE，为简单起见，在该情形下辅助服务器SE连接到基站BTS。这里，辅助服务器SE包括导航接收机R，它能够从星座CS接收GPS信号(或更一般地说，RNSS信号)。RNSS接收机R也能够从增强系统SBAS接收信号。

之后，作为示例性的例子考虑移动终端UE是能够与蜂窝网络通信，具体地说，利用发射机/接收机ER与其基站BTS通信、能够利用DPS卫星定位设备，例如GPS类型，此后称为DPS设备，与卫星定位网络CS和增强系统(SG)通信的移动电话。

系统的配置和整体工作模式完全与传统的一致，这里不再详细描述。本发明更具体地涉及与辅助服务器SE合作，并且在可应用情况下与增强系统的地面站合作由移动终端所采用的捕获方法。换句话说，本发明既不涉及卫星导航系统CS的操作，也不涉及例如SBAS类型的增强系统的操作，相对于它们的现有技术实现而言，这两者都保持不变。

SBAS消息包含用于修正由星座CS的定位卫星SN所提供的导航数据的数据，以提高由移动电话UE中的DPS设备所确定的位置的质量(精确性、完整性、连续性和可用性)。为了更为精确，SBAS数据一般用于修正导航卫星SN之间的时间同步误差和/或星历误差和/或传播误差。它也可以包含与电离层修正和导航数据的完整性相关的信息。

辅助服务器SE的RNSS接收机R因此不仅负责恢复来自星座CS的数据(或GPS信号)，而且恢复由增强系统的地球同步卫星SG所发送的SBAS信号(或消息)，以使所述辅助服务器SE能够用这些信号所包含的数据来丰富打算用于移动终端UE的辅助消息的辅助数据。

以下方式之一借助于SBAS丰富辅助数据：

-修改导航模型(星历)，从而将SBAS修正考虑在内(快修正、长期修正、电离层修正和时钟修正)。

-服务器广播根据SBAS数据计算得到的本地差分修正给终端。该服务器还可以提供逻辑，用于在以下两者中选择：

-如果打算进行修正的终端与基准接收机相近，由基准接收机提供的本地差分修正，

-当一个要素表明那些修正导致了比由基准接收机所产生的那些更好的精确性，尤其是当终端离基准接收机较远时，从由SBAS(WAAS、EGNOS、MSAS等等)所广播的修正得到的本地差分修正。

应当记住，星座CS的定位卫星SN的定时时钟彼此同步，从而星座CS具有基准时间，也称为系统时间(这里称为GPS时间)。

此外，每颗定位卫星SN以GPS时间为基准，以相位调制多址L频段信号的形式传输扩频。例如，采用W-CDMA技术进行信号的调制和编码。这种类型的调制为本领域技术人员所熟知，不需要在这里进行详细描述。说L频段(或其它)载波是利用二进制码进行扩频调制(BPSK)就足够了，前述二进制码来自对从相互正交的码，例如高德(Gold)码的列表中选出的伪随机码进行的模二和。

为了更精确，在GPS类型的系统中，每颗定位卫星SN在频段L1(1575.42MHz)中传输由两个伪随机码，称为C/A码(粗捕获码)和P码(如果它们被加密也称为Y码)调制的信号，一般地与在频段L2(1277.6MHz)中由伪随机Y码调制的信号一起传输。

这些调制的信号也包含导航数据，例如星座CS的GPS时间，它们的传输时间以及传输它们的定位卫星SN的星历。

DPS设备的目标因此首先是同步它从可视定位卫星SN接收的信号，以能够确定该相关的卫星SN及其移动电话UE之间每个接收的信号的传播时间，然后是包含在那些信号中的导航数据以及包含在由增强系统(SG)广播的帧中的补充导航数据，最后是所述移动电话UE的位置。

为此，如在背景技术中所述，DPS设备执行两个主要步骤，也就是捕获伪随机码的步骤和位置确定步骤。本发明主要涉及捕获步骤。

与现有技术DPS设备中所用的步骤相比，确定步骤没有什么变化，此后只讨论其主要的子步骤。

从图2中能更好地看出，每个DPS设备包括一个卡CR，专用于接收包含导航信息的信号(在GPS情况下是在频段L中)，导航信息一般是数据形式，由星座CS发送，并且合适时接收来自增强系统(SG)的包含补充导航数据的SBAS帧，以及用于捕获伪随机码。卡CR被锁定到例如定位卫星SN的传输频率L1和L2上。增强系统的地球同步卫星SG的传输频率一般是频率L1。卡CR也适于从移动电话网络接收辅助消息。

因此，卡CR执行本发明的捕获步骤。为此，它首先包括一个询问模块MI，在它认为需要时，发送给辅助服务器SE一个消息，请求它传输给它的移动电话UE代表至少星座CS的近似基准时间(或GPS时间或系统时间)(星座CS同步信息)，及其近似位置(以其所在小区的形式的预先位置，或者如果它离开了辅助网络的覆盖则某些其它位置)的辅助数据。

之后将会出现，辅助数据也可以包括在位置确定步骤期间使用的补充导航数据，例如可视PRN的数量、卫星星历、电离层修正、时钟修正以及小区地形的数字模型，例如三维(3D)模型。

请求辅助系统的辅助的消息以与传统通信数据相同的方式通过终端UE的卡CR的发送/接收模块MER，传输给辅助服务器SE。它们当然包含了相关移动电话UE的标识符。此外，DPS设备安装在属于蜂窝网络的移动电话UE中，假定它在产生它的请求时，它位于该网络的一个小区中。因此，询问模块MI可以在它的辅助请求消息中集成(即使该信息通常保持在网络内部)其DPS设备所在小区的位置(或其标识符)，它从移动电话UE的管理模块MG得到。

此外，使移动电话UE的DPS设备的定时时钟受控于管理它所在小区的基站BTS的定时时钟是非常有利的。基站BTS的时钟比移动电话UE的时钟要准确得多。

辅助服务器SE最好包括数据库BD，该数据库BD包含星座CS的近似GPS时间和蜂窝网络每个小区基准点的位置，例如它的中心。如果不是，辅助服务器SE必须询问蜂窝网络，让后者发送给它相关的小区的位置。此外，当辅助请求消息也请求与特定定位卫星相关的补充导航数据时，辅助服务器SE借助于其RNSS接收机R，监控特别来自导航星座CS的导航消息和信号。

一旦拥有了辅助数据，辅助服务器SE经由蜂窝网络将之传输给请求终端UE。

卡CR接收辅助数据，并将其传输给它的处理模块MT，用以从接收的近似位置和近似GPS时间，构造关于实际GPS时间及其实际位置的假设对。

之后，一旦已经构造了假设对，处理模块MT为每对确定星座CS的卫星SN的估计绝对位置。

它随后根据可视星座的估计位置，为每对假设确定移动电话UE和每颗可视定位卫星SN之间的估计距离。

之后，给定它们的近似位置以及它们到移动电话UE的距离，它为每对假设确定与每颗可视定位卫星SN相关联的多普勒效应。

一旦拥有了每对假设对位置、距离和多普勒效应的估计值，处理模块MT可以为每对假设确定一个信号副本S，对应于给定相关假设对，在选择的时间间隔期间应当从可视卫星SN接收的L频段信号的和(或累积)。以下等式是在位置/时间假设对的情况下信号副本的一个例子：

$S_{k,n}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{SAT}}}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i(t-{\mathrm{\τ}}_{i,k,n})e^{2\mathrm{\πi}{f}_{i,k,n}t}$

在上述等式中，(k，n)代表了地理位置/时间假设对，i代表了可视卫星SN，N_SAT代表了可视卫星SN的数量，C_i代表了卫星i的扩频码，τ_i，k，n代表了GPS传输时间和从卫星i接收的接收时间之间的时间延迟，f_i，k，n代表了从可视卫星SN的时钟接收到的定时频率，它利用星座时间/近似位置假设为终端UE进行了修正。

在选择的时间间隔上接收的信号的累积是可能的，因为星座CS的卫星SN是同步的。

处理模块MT随后选择这样一对假设，它对应于在该时间间隔期间与接收的(或累积)的信号具有最大相关的信号副本。

为此，它最好为每个信号副本，因而为每对假设，确定一个函数，该函数代表在选择的时间间隔上实际接收的信号之和的相关能量。这有利地利用了在选择的时间间隔上的信号的累积。如果该信号具有高性比，使相关函数的估计相当容易。

处理模块MT随后选择具有最高(相关)能量的信号副本。

选出的该信号副本对应于一对假设，选择它也就选择了该假设对。换句话说，在处理结束时，处理模块MT具有最有可能的GPS时间和移动终端UE的位置。它因此可以同步到从可视卫星SN接收的每个信号上，以确定用于调制它的伪随机码。

一旦已经确定了伪随机码，并且因此已经实现了同步到伪随机码，处理模块MT必须精确地估计同步，然后在可应用的情况下，执行必要的解调。

但是，最好设想在解调之前进行另外的处理。SBAS类型增强系统和GPS类型卫星定位网络采用基于扩频码，例如高德码的周期序列的扩频技术。目前，那些序列的持续时间一般比信号信息比特持续时间短20倍。因此，同步到伪随机码的阶段之后最好有一个比特同步步骤。

比特同步可以包括，例如在同步伪随机码之后，以码序列的定时频率，也就是1kHz，对信号进行解扩。之后通过对解扩信号应用快速傅立叶变换(FFT)，进行频率检测。这使得残留的多普勒效应的估计能够在小于约25赫兹的不确定性范围内。为此，FFT可以应用于例如1024个采样，对应于近似1秒(1s)。然后修正检测到的频率。最后，利用专用的算子，通过考虑码序列同步到比特，以及每比特包括二十(20)个完全的伪随机码，对应于20×1ms，来确定比特转换(transition)。

采用的专用算子可以是例如以下类型，其中S代表了1kHz时，解扩信号的采样：

$S\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nbit}}{\mathrm{\Σ}}}|\underset{k=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{k+20*i+n}-\underset{k=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{k+20*(i-1)+n}{|}^2$

例如，对1秒信号持续时间，在比特数(Nbit)等于50上计算信号S。

当n从0变化到19，比特转换由S(n)的最大值给出。

这种类型的比特同步尤为有利，因为它消耗了很少的计算时间。它还能够去相关由处理GPS信号所引入的估计问题。

一旦已经实施了比特同步，位置确定步骤就可以开始了。

为此，DPS设备包括一个第一计算模块MC1，用于为每个解调的信号确定发送它的可视卫星SN和移动电话UE(或者更为精确地说，是其DPS设备)之间的比特传播时间。为此，它使用了由发送它的卫星在所述信号中包含的信号传输时间，以及由DPS设备的发送/接收模块MER在接收到该信号时，与该信号相关联的接收时间。

这些传播时间被反馈给第二计算模块MC2，用于根据在每个信号中包含的导航数据，以及包含在从辅助系统(服务器SE)接收的传统和/或辅助SBAS消息中的补充导航数据，以及相关的传播时间，确定移动电话UE和相应可视卫星SN之间的伪距离。

辅助数据，其可以代替或补充从卫星SN发来的消息(或信号)中抽取的数据，并且可以由辅助系统(辅助服务器SE)传输给DPS设备，包括例如相关移动电话UE的可视定位卫星SN的星历，和/或相关移动电话UE的定位卫星SN的时间修正，其代表GPS时间和相关移动电话UE的DPS设备的定时时钟之间的时间差，和/或第二时间修正，其代表由电离层所引发的对由相关移动电话UE的可视定位卫星SN所传输的信号的传播所造成的干扰，和/或代表请求终端所在小区的三维(3D)模型的数据。

第二计算模块MC2采用了补充导航数据，具体说是修正数据，来修正由可视卫星SN在L频段信号中所传输的导航数据。该数据用于增加处理灵敏度，因而提高计算精确性。

但是，特定导航数据，例如3D模型的数据，也可以用于后续的位置确定阶段。

由第二计算模块MC2所确定的与每个可视卫星SN相关的伪距离被送入第三计算模块MC3，用于确定移动电话UE的位置。更为精确地说，至少通过四边形法，更为一般的是通过对至少四个测量值应用四个未知量的最小二乘类型的数值解方法，第三计算模块MC3根据伪距离(通常有4个)和根据特定修正的导航数据和/或特定辅助数据，例如其移动电话UE所在小区的3D模型数据，来确定这位置。

如果第三计算模块MC3只有三个伪距离用来确定移动电话UE的位置，这具体地可能在移动电话UE只能看到三颗卫星SN的困难环境中发生，那么3D模型特别有用。

第三计算模块MC3的输出将位置送到移动电话UE的管理设备MG中。

本发明的DPS设备，具体说是它的询问模块MI、处理模块MT和计算模块MC1、MC2和MC3，可以采用电子电路、软件(或电子数据处理)模块、或者电路和软件的组合的形式。

需要注意到，蜂窝网络的小区的3D模型(它可以由辅助系统(辅助服务器SE)以补充导航数据的形式传输给移动终端UE)可以根据由属于所述蜂窝网络的各个移动终端UE所实施的位置计算产生。

可以设想，每个DPS设备将由它的第二计算模块MC2所确定的伪距离(在“MS辅助”操作模式类型中)，或者将由它的第三计算模块MC3所确定的位置(在“基于MS”操作模式类型中)，与它所在的小区的标识符一起，发送给辅助系统的辅助服务器SE。

辅助服务器SE包括处理模块PM，其在接收到代表移动终端UE位置的信息数据(伪距离或位置)时，按照与该移动终端UE所在的蜂窝网络的小区的标识符的对应关系，将它存储在它的数据库BD中。

在这种情况下，处理模块PM最好确定代表接收的信息数据的质量的辅助数据，将其按照与小区标识符的对应关系存储。这里术语“质量”是指物理参数，例如接收的GSM信号的强度或等级。辅助数据可能对移动电话网络的运营商特别有用。

处理模块PM根据小区标识符和相应的信息数据和/或辅助数据，逐渐地产生蜂窝网络的三维(3D)模型是尤为有利的。更为精确地说，处理模块PM可以确定网络的每个小区的盖区域，因为它知道移动电话UE能够通信的位置。当然，网络的3D模型存储在辅助服务器SE的数据库BD中，并且可以根据具体要求连续地、定期地或按需地更新。

如上所述，代表小区的网络的3D模型的一部分可以以补充导航数据的形式，传输给请求它的移动终端UE。

因为被动得到的该网络的信息，而不需要实施任何测量，所以网络的运营商具有非常有价值的三维(3D)信息，使得它能够改进其网络的地理盖，或者执行维护或维修。通过这种方式，可以确定出现技术问题的阴影区域(RNSS系统的阴影区域或移动通信网络的阴影区域)。增强系统的阴影区域也可以以这种方式确定。

也可以设想，应其运营商的要求，产生蜂窝网络的3D模型。在这种情况下，最好经由辅助系统(SE)向设备DPS发送一个消息，请求他们传输在选择的时间周期期间确定的伪距离或位置。

可以设想，不是由辅助服务器SE确定蜂窝网络的3D模型。移动电话可以配置成使得它们能够发送由它们的DPS设备所计算的代表伪距离或位置的信息数据给蜂窝网络(不是给辅助服务器SE)。在这种情况下，由蜂窝网络将网络的3D模型传输给辅助系统SE，以存储在它的数据库BD中，然后以补充导航数据的形式传输给设备DPS。

本发明的DPS设备也可以考虑它所安装的移动终端UE的动态变化。

同步到从卫星SN接收的信号不仅与接收的信号(更为精确地说，是码的扩频)与在DPS设备级产生的副本之间的延时相关，而且还与DPS设备的频率和接收的信号的频率之间的差相关。

具体来说，由关于本地振荡器的不确定性、由卫星的运动所引起的多普勒效应、以及由移动终端UE的运动所引起的多普勒效应引起频率的不确定性。

可以看出，分配用来检测最大相关的时间间隔的持续时间对性能有直接影响。该持续时间(称为“相干积分时间”)越大，噪声抑制就越好。因此，相关之后的信噪比反比于相干积分时间。换句话说，通过增加相干积分时间，可以提高DPS设备的灵敏度。

此外，频率域中的离散化增量(δf)反比于相干积分时间(Ti)(等式δf＝1/2Ti一般适用)。这样，能够最小化相干积分期间的损耗。

从以上说明中，可以看出，当测试频率假设或地理位置假设时，随着离散化增量的减小，DPS设备对积分阶段期间的频率的改变变得更为灵敏。移动终端UE的动态变化固有地改变了接收的信号的相位，因此固有地引起了频率变化。因此，改进DPS灵敏度就需要考虑它所安装的移动终端UE的动态变化。

如果接收条件较差，那么这种现象更为严重。

为了尝试弥补这一点，已经提出了限制相干积分时间，以使得离散化增量不会太小。离散化增量的宽度一般限制在约500Hz，这对应于1ms级的相干积分时间。因此，与单个20ms相干积分时间相比，通过基于二十个相干积分时间，每个1ms在20ms期间实施上述类型的能量的相干累积，损耗约6.5dB。

本发明的另一方面的目的是通过在积分期间直接估计移动终端UE的动态变化来实施改进，而不是人为地限制相干积分时间。

为此，本发明提出了在移动终端UE中，最好在其卫星定位DPS设备中，安装一个测量设备DM，用于在相干积分时间期间测量它的运动、它的速度及它的加速度。

该测试设备DM最好采用微惯性微电子机械(MEMS)的形式。可以设想任何类型的微惯性MEMS，并且具体地说是那些利用悬臂，一个或多个悬挂的刀片或者部分悬挂的H形结构。

根据由测量设备DM交付的测量结果以及上述辅助数据，以及具体说就是卫星的位置和移动终端UE的预先位置，DPS设备的处理模块MT可以估计相对于每颗可视卫星SN的速度、加速度γ和加速度变化dγ/dt(也称为“急动度(jerk)”)，以及从中推断出在相干积分(累积)期间在计算信号中要考虑的引起的相位。

随后可以利用从以下等式得出的等式确定信号的副本，它对应于扫描格的假设对(位置/系统时间)的情况：

$S=\underset{0}{\overset{\mathrm{Ti}}{\∫}}{S}_r\left(t\right)r(t-\mathrm{\τ})e^{2\mathrm{\πj}(w_{0}t+\frac{1}{2}{w}_0\frac{\mathrm{\γ}}{c}{t}^2+\frac{1}{3}{w}_0\frac{\mathrm{d\γ}}{\mathrm{dt}}{t}^3)}$

其中w₀是测试的频率离散化增量。

通过这种方式，可以增加相干积分时间，并可以采用导频音，包括在捕获阶段。导频音是没有数据的信号，例如纯扩频载波的相位调制。此外，由测量设备DM所交付的测量涉及随时间变化非常快的参数，并且因此尤其适于短的积分时间。

本发明还提供了一种方法，专用于确定移动终端UE的位置，并且它与现有技术方法相似，包括捕获伪随机码的步骤，之后是根据捕获的伪随机码和在接收的信号中包含的导航数据(在接收的导航信号或辅助消息中读取)确定移动终端UE位置的步骤。

具体来讲，该可以借助于上述系统和移动终端UE来实施。该方法的步骤的主要和可选功能和子功能与构成该系统和移动终端UE的各个装置的那些基本相同，此后只是总结了实现本发明方法的主要功能的步骤。

该方法包括：

·最好在其请求时，将代表星座CS的近似基准时间(GPS时间)及其近似位置的辅助数据传输给移动终端UE，在适合的情况下与星历、电离层修正等等一起传输，

·然后，根据与接收的近似基准时间和近似位置相关的假设对，确定星座CS的估计位置、移动终端UE和每颗可视卫星SN之间的估计距离和相关联的多普勒效应，

·然后，在选择的时间间隔上为每对假设确定对应于估计的位置和距离，以及对应于相关联的多普勒效应的信号副本，

·选择对应于在选择的时间间隔期间与接收的信号具有最大相关的信号副本的假设对，以确定调制每个接收的信号的伪随机码。

本发明并不局限于以上作为例子描述的移动终端、辅助服务器和方法的实施方式，而是包括本领域技术人员可以设想到的，落在后附权利要求书范围内的所有变化。

因此，尽管以上描述了通信网络是蜂窝GSM/GPRS或UMTS类型的蜂窝网络的系统，但本发明也涉及具有陆地中继器的混合卫星类型的无线通信网络。

另一实施方式希望通过发送移动终端所在小区的三维信息来丰富辅助数据，它包括：

辅助数据服务器根据从移动终端的观点的仰角和方位角，广播给移动终端来自导航卫星的星座的信号屏蔽的概率密度，

移动终端利用该信息：

或者初始化其卫星搜索，从具有最低可能阻塞概率的卫星开始，

或者通过观察阻塞概率密度推断出反射概率，来改进多径算法。

这类实施方式的优点在于保存从服务器传输到移动终端的数据量。

图3示出了该方法。MS位于小区中心。一幢建筑物屏蔽了部分视野，构成了方位角/仰角屏蔽。该屏蔽在辅助数据中以给定方向中的屏蔽概率密度的形式被传输到MS。

Claims (41)

1.一种用于确定移动终端(UE)的位置的方法，包括所述终端(UE)通过比较根据假设得到的信号副本，捕获调制从属于定位卫星的星座(CS)的可视卫星(SN)接收的信号、并且与基准时间相关的伪随机码的步骤，以及根据所述捕获的码和根据所述信号中包含的导航数据确定所述终端(UE)的位置的步骤，该方法的特征在于，在捕获步骤中：i)将代表近似基准时间及其近似位置的辅助数据传输给所述终端(UE)，ii)根据与所述近似基准时间和所述近似位置相关的假设对来确定所述卫星(SN)的所述星座(CS)的估计位置、所述终端(UE)和每颗所述可视卫星(SN)之间的估计距离、以及相关的多普勒效应，iii)在选择的时间间隔上为每对假设确定对应于所述估计位置和距离、以及所述相关多普勒效应的信号副本，以及iv)选择对应于与在所述时间间隔期间接收的信号具有最大相关的信号副本的假设对，以确定调制所述接收的信号的所述伪随机码。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述辅助数据来自于连接到所述终端(UE)的蜂窝通信网络的辅助服务器(SE)。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述辅助数据经由所述蜂窝通信网络传输给所述终端(UE)。

4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，所述近似位置代表在它请求所述辅助数据时所述终端(UE)所在的小区。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述终端(UE)的捕获定时时钟受控于管理该终端所在小区的基站(BTS)的定时时钟。

6.根据权利要求1-5中任意一个的方法，其特征在于，选择信号副本在于为每个信号副本确定一个函数，它代表在该时间间隔期间与所述接收的信号的相关能量，并且然后保留具有最高能量的信号副本。

7.根据权利要求1-6中任意一个的方法，其特征在于，所述辅助数据包括从一个组中选出的补充导航数据，该组至少包括可视卫星(SN)星历、代表所述基准时间和它们的定时时钟之间的时间差的所述可视卫星的第一时间修正、和代表由电离层对由所述可视卫星(SN)传输的信号的传播所引起的干扰的第二时间修正。

8.根据权利要求1-7中任意一个的方法，其特征在于，所述辅助数据包括来自连接到卫星导航系统(CS)的增强系统(SG)的补充导航数据。

9.根据权利要求1-8中任意一个的方法，其特征在于，所述辅助数据包括代表所述请求终端(UE)所在的小区的三维模型的数据。

10.根据权利要求1-9中任意一个的方法，其特征在于，代表终端(UE)的位置的信息数据按照与它所在小区的标识符的对应关系存储。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述位置也按照与代表所述传输的信息数据的质量的辅助数据的对应关系存储。

12.根据权利要求4结合权利要求10或11的方法，其特征在于，根据所述小区标识符和所述信息数据和/或相应的辅助数据生成所述通信网络的三维模型，之后存储所述通信网络的三维模型。

13.根据权利要求9结合权利要求12的方法，其特征在于，传输给所述终端(UE)的所述三维小区模型是该通信网络的三维模型的一部分。

14.根据权利要求1-13中任意一个的方法，其特征在于，实施代表所述移动终端(UE)动态变化的测量，根据所述测量结果并根据所述辅助数据估计出相对于每颗可视卫星(SN)的速度、加速度和加速度的变化，随后从其推断出一个引起的相位，并且考虑所述引起的相位确定所述信号副本。

15.一种移动终端(UE)，包括通过比较根据假设得到的信号副本，捕获调制从属于定位卫星的星座(CS)的可视卫星(SN)接收的信号、并与基准时间相关的伪随机码的装置(CR)，以及计算装置(MC1-MC3)，用于根据所述捕获的码和在所述接收的信号中包含的导航数据确定所述终端(UE)的位置，该终端的特征在于，所述捕获装置(CR)在接收到代表所述终端的近似位置和近似基准时间的辅助数据时，根据与所述近似基准时间和所述近似位置相关的假设对，确定所述卫星星座(SN)的估计位置、所述终端(UE)和每颗所述可视卫星(SN)之间的估计距离、以及相关联的多普勒效应，然后在选择的时间间隔上为每对假设确定对应于所述估计位置和距离、以及所述相关多普勒效应的信号副本，以及选择对应于在所述时间间隔期间与接收的信号具有最大相关的信号副本的假设对，以确定调制所述接收的信号的所述伪随机码。

16.根据权利要求15的终端，其特征在于，它适于在蜂窝通信网络中通信，蜂窝通信网络的每个小区由基站(BTS)管理，以及所述近似位置代表在它请求所述辅助数据时该终端所在的小区。

17.根据权利要求16的终端，其特征在于，所述捕获装置(CR)包括一个定时时钟，其受控于管理该终端所在小区的基站(BTS)的定时时钟。

18.根据权利要求15-17中任意一个的终端，其特征在于，所述捕获装置(CR)通过为每个信号副本确定一个代表与在该时间间隔期间所述接收的所述信号的相关能量的函数来选择信号副本，然后保留具有最高能量的信号副本。

19.根据权利要求15-18中任意一个的终端，其特征在于，所述辅助数据包括从一个组中选出的补充导航数据，该组至少包括可视卫星(SN)星历、代表所述基准时间和它们的定时时钟之间的时间差的所述可视卫星的第一时间修正、和代表由电离层对由所述可视卫星(SN)传输的信号的传播所引起的干扰的第二时间修正。

20.根据权利要求15-19中任意一个的终端，其特征在于，所述辅助数据包括代表所述请求终端(UE)所在的小区的三维模型的数据。

21.根据权利要求20的终端，其特征在于，它借助于接收的代表三维小区模型的所述数据，确定所述位置。

22.根据权利要求15-21中任意一个的终端，其特征在于，所述辅助数据包括来自连接到所述卫星导航系统(CS)的增强系统(SG)的补充导航数据。

23.根据权利要求18-22中任意一个的终端，其特征在于，它将代表其位置的信息数据传输给所述蜂窝通信网络的辅助服务器(SE)，使得所述信息数据可以按照与它所在小区的标识符的对应关系存储在数据库(BD)中。

24.根据权利要求15-23中任意一个的终端，其特征在于，它包括一个微惯性测量设备(DM)，用于交付代表所述终端动态变化的测量值，以及所述捕获装置(CR)适于根据所述测量值和所述辅助数据估计出相对于每颗可视卫星(SN)的速度、加速度和加速度的变化，以从中推断出一个引起的相位，以及随后考虑所述引起的相位确定所述信号副本。

25.根据权利要求24的终端，其特征在于，所述测量设备(DM)采用微惯性微电子机械系统的形式。

26.一种用于与移动终端(UE)通信的蜂窝通信网络的辅助服务器(SE)，其特征在于，它在接收到根据权利要求15-25中任意一个的移动终端发出的请求时，经由所述通信网络向所述移动终端(UE)发送辅助数据。

27.根据权利要求26的服务器，其特征在于，它给每个请求的终端(UE)传输辅助数据，该辅助数据包括从一个组中选出的补充导航数据，其中该组中至少包括可视卫星(SN)星历、代表所述基准时间和终端(UE)的定时时钟之间的时间差的从所述终端(UE)可视的所述卫星的第一时间修正、和代表由电离层对由从所述终端可视的所述卫星(SN)传输的信号的传播所引起的干扰的第二时间修正，以及代表所述请求终端(UE)所在小区的三维模型的数据。

28.根据权利要求26或27的服务器，其特征在于，它包括接收机装置(R)，用于从卫星导航系统(CS)接收消息，以及向每个请求终端(UE)传输辅助数据，前述辅助数据包括从来自所述卫星导航系统(CS)的消息中抽取的导航数据。

29.根据权利要求28的服务器，其特征在于，所述接收机装置(R)从连接到所述卫星导航系统(CS)的增强系统接收消息，并向每个请求终端(UE)传输辅助数据，前述辅助数据包括从来自所述增强系统并代表所述卫星导航系统(CS)的消息中抽取的补充导航数据。

30.根据权利要求26-29中任意一个的服务器，其特征在于，它包括处理装置(PM)，其在接收到代表终端(UE)的位置的信息数据时，将该信息数据按照与所述终端(UE)所在的蜂窝通信网络的小区的标识符的对应关系存储在数据库(BD)中。

31.根据权利要求30的服务器，其特征在于，所述处理装置(PM)确定代表所述接收的信息数据的质量的辅助数据，并且按照与所述小区标识符以及代表终端(UE)的位置的所述信息数据的对应关系存储在所述数据库(BD)中。

32.根据权利要求30或31的服务器，其特征在于，所述处理装置(PM)根据所述小区标识符和所述信息数据和/或相应的辅助数据生成所述通信网络的三维模型，并且然后在所述数据库(BD)中存储所述通信网络的三维模型。

33.根据权利要求26并结合权利要求32的服务器，其特征在于，所述处理装置(PM)从所述数据库(BD)中抽取所述通信网络的三维模型的一部分，其代表所述请求终端(UE)所在小区的所述三维模型，以便将其传输给该终端。

34.根据权利要求26-32中任意一个的服务器，其特征在于，所述处理装置(PM)从数据库(BD)中抽取出按照与请求终端(UE)所在小区的标识符的对应关系存储的模型的部分，以向该终端传输所述抽取的部分，其中该数据库按照与小区的标识符的对应关系存储所述通信网络的三维模型的部分。

35.按照任一前述权利要求的该方法、移动终端(UE)和辅助服务器(SE)的应用，用于多址相位调制L频段信号。

36.按照权利要求35的应用，其特征在于，所述多址相位调制按照W-CDMA技术实施。

37.在RNSS类型卫星定位网络(SN)中按照权利要求1-34中任意一项的该方法、移动终端(UE)和辅助服务器(SE)的应用。

38.按照权利要求37的应用，其特征在于，所述卫星定位网络(SN)是GPS类型。

39.一种丰富用于确定移动终端的位置的导航辅助数据的方法，其中在移动电话网络中的导航辅助数据服务器用由SBAS系统(WAAS、EGNOS、MSAS等类型)广播的修正来丰富它发送给移动终端的辅助数据，以及其中所述丰富可以通过以下方法之一来建立：

-考虑SBAS修正的一部分广播改进的导航模型(星历)，

-广播基于由SBAS系统(WAAS、EGNOS、MSAS等类型)广播的修正计算出的差分本地修正。

40.一种方法，包括：

-辅助服务器，向在移动蜂窝网络中到处移动的移动终端传输导航辅助数据，提供给它所述移动终端的三维环境的效果的表示，其中该表示可以例如是来自给定方位角/仰角方向的卫星信号的屏蔽的概率密度，这种情况下，该服务器发送给所述移动终端一个包含了阻塞概率密度的方位角-仰角莲座(rosette)，以及

-移动终端利用该概率密度来改进其定位计算算法，

-以阻塞概率的降序方式发起卫星信号的搜索，以及

-利用从概率密度推断出的信息改进多径抑制。

41.一种提供临近移动终端在其中到处活动的小区的小区的按照权利要求40的三维模型效果的表示的设备，该表示提供给移动终端例如在给定方向上的屏蔽的概率密度。

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