CN1977183A - 基于卫星的辅助定位 - Google Patents

Abstract

对于存在于通过初始定位步骤获得的具有非圆对称性的封闭区域(41)中任何位置的终端(10)，可计算得出有关从特定卫星(20)发射的信号的码相位搜索窗口的一个上界和一个下界。随后，通过使用至少一个卫星(20)的具有此类上界和此类下界的搜索窗口来确定位置。上界和下界通过使用三维(r，φ，Θ)卫星位置数据、卫星时间参考数据及有关初始定位的封闭区域(41)的几何信息而得以提供。

Description

基于卫星的辅助定位

技术领域

本发明一般涉及通过使用卫星的移动设备定位，并且具体地说，涉及由基于地面的通信节点帮助的此类定位。

背景

近年来，确定对象、设备或携带设备的人员的地理位置在许多应用领域已变得越来越受关注。一个解决定位的方案是使用从卫星发射的信号来确定位置。此类系统熟知的示例有全球定位系统(GPS)和全球导航卫星系统(GLONASS)，参阅例如[1]。位置是基于多个接收卫星信号相对于作为三角测量的指定坐标系给出。

除额定载频和调制由信号承载的数据所依据的规则外，无需任何有关系统的其它信息，独立的GPS接收机可获得GPS卫星信号的完全锁定。基本上，三维位置及接收机时钟与卫星时间的偏差必须在位置计算步骤中确定。然而，此类启动过程由于基本上根本无先有信息，既消耗时间，又一般要求大量的计算工作。通过扩大系统的初始认知，锁定过程可得以加快和简化。辅助GPS(A-GPS)技术是GPS的增强，其中，附加的信息可提供到GPS接收机以便于锁定过程。如果GPS接收机连接到蜂窝通信系统，则可直接从蜂窝通信系统收集附加的辅助数据。这一般实现了接收机位置的粗略初始估计和该初始估计对应的误差。此外，可以提供有关近似卫星系统参考时间的信息及有关哪些卫星在地平线上方的信息。

参阅例如[2]，捕获卫星信号时，捕获要在处理不同多普勒频移的载波维中及码(或距离)维中执行。为捕获卫星信号而搜索整个载波码空间是一个耗时的进程。精准时间辅助表示为GPS接收机提供了与全球GPS时间和空间卫星位置有关的高度精确信息。任何可缩小搜索窗口大小的辅助数据将改善该进程。

在美国专利6429815中，公开了一种用于在搜索来自GPS卫星的传输中确定搜索中心和大小的方法和设备。在特殊的明确的情况下，移动终端的位置分布是以基站为中心呈圆对称，可通过简单的关系轻松确定最适合该特殊情况的搜索窗口中心和搜索窗口大小。该公开内容还指出其它无线通信系统数据可用于进一步改进搜索窗口限定的愿望或假设。然而，由于此类数据去除了上述特殊情况的圆对称性，因此，在进一步依赖此种数据的情况下，与此有关的所述方案无法应用。另外，未提供如何使本领域的技术人员能够基于此类无线通信系统数据对搜索窗口执行此类改进的进一步说明。

因此，从现有技术了解到，很久以来对在进行GPS定位时改善搜索窗口位置和/或大小存在明显的需要，但在现有技术内却没有公开可用的通用解决方案。

概述

本发明的一般目的是提供改善的方法和装置以利用辅助数据来进行基于卫星的定位。本发明的另一目的是减少获得从卫星发射的信号的码相位所需的计算工作量。又一目的是甚至在非对称情况下基于可用辅助数据最佳地缩小搜索窗口。

上述目的通过根据随附专利权利要求书的方法和装置而得以实现。一般而言，对于存在于通过初始定位步骤获得的具有非圆对称性的封闭区域中任何位置的终端，可计算得出有关从特定卫星发射的信号的码相位的一个上界和一个下界。随后，通过使用至少一个卫星的具有此类上界和此类下界的搜索窗口来确定位置。上界和下界通过使用三维卫星位置数据、卫星时间参考数据及有关初始定位的封闭区域的几何信息而得以提供。如果提供卫星时间参考数据的位置位于封闭区域内，则搜索窗口下限优选确定为等于在该位置的估计码相位偏移减去卫星时间参考数据的误差。如果提供卫星时间参考数据的位置在封闭区域外，则搜索窗口下限优选确定为等于在封闭区域边界的最小估计码相位偏移减去卫星时间参考数据的误差。搜索窗口上限优选确定为等于在封闭区域边界的最大估计码相位偏移加上卫星时间参考数据的误差。

本发明还公开了用于执行上述过程的装置和布置。

本发明的一个优点在于无论系统对称与否，在基于卫星定位时的计算复杂性均得以降低。降低的复杂性可用于增强定位灵敏度或者减少在定位期间的功率消耗或其组合。

附图简述

通过结合附图，参照以下说明，可最好地理解本发明及其其它目的和优点，其中：

图1是卫星定位系统的框图；

图2是用于定位的坐标系图示；

图3是在卫星定位期间使用的相对位置图示；

图4a是示出GPS时间与在系统中不同位置经历的蜂窝帧时间之间的关系的示图；

图4b是示出GPS时间与在系统中不同位置经历的GPS帧时间之间的关系的示图；

图5是用作初始粗略定位区域的封闭区域图示；

图6示出具有多边形的WCDMA系统，该多边形限定移动终端所处的封闭区域；

图7A是根据本发明的布置的实施例框图；

图7B是与图7A类似的实施例框图，但具有分布式参考节点；

图8是根据本发明的布置的另一实施例框图；

图9是根据本发明的布置的又一实施例框图；

图10是根据本发明的布置的又一实施例框图；

图11是根据本发明的方法实施例的主要步骤流程图；

图12示出在评估必需的搜索窗口大小中使用的限定；

图13示出用作封闭区域示例的小区多边形；

图14是示出具有内部基站的图13的多边形内的码相位变化的三维图；以及

图15是示出具有外部基站的图13的多边形内的码相位变化的三维图。

详细说明

在下面的详细说明中，示出了在GPS系统中实施的实施例。然而，本领域的技术人员可认识到对应的原理可应用在任一基于卫星的定位系统中，如GLONASS或即将出现的欧洲伽利略卫星导航系统。

类似地，在下面的详细说明中，WCDMA系统将用作模型系统。然而，本发明在其它无线通信系统中也适用。本发明适用的其它系统的非独占示例例如有CDMA-2000系统或GSM系统。在应用到其它无线通信系统时，不同功能的实施将在此类系统的不同终端和节点中实现。

术语“移动终端”在本公开内容中用于表示任一种可在无线通信系统内移动的终端。非独占示例有电话、个人数字助理和便携式计算机。

图1示出无线通信系统1，在此特殊示例中为WCDMA系统，其中通过使用发自航天器20(即一般为卫星)的信号22A-E可确定移动终端10或携带移动终端10的人员的位置。定位过程在此示例中得到了从连接至通信系统的参考接收机18提供的附加数据的帮助。参考接收机18锁定到从所有可视卫星20发射的信号22A-E，即，天线11接收的信号22A-E。(图中只示出一个此类接收信号22A。)接收信号22A承载可用作辅助数据的数据，该数据还对其它装置的定位有用。在发射到移动终端10中的接收机时，它因此可增强终端接收机的性能。卫星信号的锁定提供了卫星时间参考的知识，从而限定了测距信号发射的定时。此定时限定一般通过参照使用移动终端的蜂窝通信系统所用的帧时间参考执行。因此，要为参考接收机18提供有关蜂窝通信系统使用的帧时间参考的精确信息。这意味着参考接收机18的至少一部分要成为创建蜂窝帧结构的节点(即一般为无线电基站)的一部分，或者要侦听或经历蜂窝帧结构及其定时属性。如下进一步所述，参考接收机18可作为一个单元提供，或者分成几个部分提供，从而分开下述卫星时间参考和卫星位置数据的确定。

从卫星20接收的数据22A-E还包括星历数据，即除其它信息外的卫星轨道预测。还可能的是，使用所谓的GPS年历，这还提供了用于确定卫星位置的基础。包括卫星位置数据和卫星时间参考数据的辅助数据30在此特殊示例中通过参考接收机接口36发送到无线电网络控制器(RNC)15。卫星定位接口13接收此数据，并例如可确定哪些卫星可能在其测距信号22A-E可能检测到的此类位置中。

出现定位请求时，例如，在通信系统1的核心网络16中，定位请求32通过RANAP接口34(无线电接入网络应用部分)提供到RNC。在一个替代实施例中，外部定位节点可例如通过Iupc接口连接到RNC。Iupc接口是用于独立的A-GPS SMLC(服务移动位置中心)与UMTS系统的UTRAN(通用地面无线电接入网络)的RNC组件互连的逻辑接口，参阅例如[4]。RNC创建卫星测距信号22A-E的控制信令排序测量，并通过RRC接口38(无线电资源控制接口)将控制信号12发送到移动终端10。测量顺序伴随有辅助数据，一般在卫星定位接口13中处理。移动终端10配有能够检测卫星测距信号22A-E的接收机，并且移动终端10使用辅助数据以便于锁定和测量卫星测距信号22A-E。测量的测距信号随后用于根据标准卫星定位过程计算移动终端10的位置。如果使用基于用户设备的A-GPS，则测距信号的处理在移动终端中执行。如果使用用户设备辅助的A-GPS，则测距信号或其表示发送到RNC，在该处执行用于定位的处理。精准时间辅助数据的使用使移动终端10的卫星接收机可获得可能的最佳灵敏度。精准时间辅助数据是一个相对模糊的表达。本公开内容中精准时间辅助的含义是精度一般为约数十微秒的时间参考辅助。在使用GPS时，精度的数量级要远远小于持续时间为1ms的GPS C/A(粗/捕获)历元。

卫星定位系统中并且特别是GPS中使用的坐标一般是基于地心坐标系。图2以示意图方式示出地球2和建立在地心的坐标系3，例如，WGS 84地球模型。轨道26和卫星20的当前位置可用WGS 84坐标表示。这通过使用当前的卫星系统参考时间和有关可用卫星的星历信息而实现。卫星系统参考时间可通过参考接收机而持续更新。移动终端的位置确定是基于对多个来自卫星的测距信号的测量。然而，在进行此类计算时，移动终端位置和卫星位置一般可转换到地球切向坐标系4。此类系统一般以要确定的位置附近为中心，例如，无线电基站坐标是一个好的选择。坐标系一般一个轴向北，一个轴向东，及一个轴向上。地球切向笛卡尔坐标系因而适用于表示移动终端的位置及卫星位置。

图3示出地球切向坐标系建立在通过5表示的点的情况。向量r_{_s}限定无线电基站14的位置，向量r_{_t}表示移动终端10的未知位置，以及向量r_{_i}表示在地球切向坐标系中编号为i的卫星20的当前位置。卫星20发射测距信号22A-E，该信号分别由一般位于无线电基站的参考节点和移动终端接收。该信号在根据卫星时间的特定时间发射，并且该信号到达接收机所需的时间对应于它传播的距离或范围。通过确定传播时间，也可确定距离。此外，如果信号12从基站发送到移动终端，则通过获得该信号的传播时间，也可确定其相对距离。

GPS是一种码分多址(CDMA)系统。来自每个卫星的GPS信号因此与特定码相关联。此码的码片速率对于民用粗/捕获(C/A)信号为1.023MHz。通过对照每个卫星的独特码相关来恢复来自每个卫星的信号。此码的持续时间为1023个码片(正好1毫秒)。现在进一步的复杂情况是50Hz的位流叠加在来自卫星的GPS测距信号上。这些GPS消息位包含在蜂窝通信系统不可提供辅助数据的情况下GPS接收机为计算其位置而本应需要的信息。位边缘使测距相关变得复杂，这是因为在位边缘的确切时间实例未知的情况下，在位边缘的未知的符号切换会恶化相关接收机性能。直到在GPS接收机中建立了与GPS时间的精确同步，超过10毫秒的相干相关因此无法实现。在捕获第一卫星时，此情况大大降低了性能，这是因为由于需要使用不相干相关，辅助GPS接收机灵敏度降低了5-10dB。其余卫星由于可利用通过检测第一卫星获得的与GPS时间的同步，因此，它们不会遭遇此灵敏度损失。总之，精准时间辅助的最重要益处在于它允许辅助GPS接收机对其捕获的第一卫星也应用相干相关检测。

与精准时间辅助相关联的其它优点在于，与GPS测距信号的完整的1023个码片码历元相比，它允许在码维中将相关搜索窗口缩小到不足十分之一。由于卫星的相对速度变化大，GPS相关接收机搜索二维的码与多普勒空间。由于可导致接收机误报警的码与多普勒搜索库更少，因此，此搜索窗口缩小产生了附加的辅助GPS灵敏度提高。然而，此利益较小。计算示出，视假设情况而定，它大约为0.1-0.5dB。更重要的是，缩小的搜索窗口大小相应地降低了GPS接收机的计算复杂性，这实际上转换成更长时间相关以增强灵敏度或者缩短计算时间的可能性，从而还降低了功率消耗。在辅助GPS接收机在延长的时间期间用于卫星捕获的情况下，后一益处可能有重要意义。注意，在搜索新的且未检测到的卫星时，缩小搜索窗口始终存在益处。

本发明涉及确定在码与多普勒相关搜索步骤中为实现始终优化的窗口校准而使用的搜索窗口，以便在GPS信号捕获中可使用最小大小的搜索窗口。此信息还可用于在确定GPS时间时选择要搜索的第一卫星，以获得此卫星的最佳可实现GPS接收机灵敏度。

为确定接收机与卫星之间的距离，接收机要知道发射机发射信号的时刻。在可使用辅助数据的系统中，可提供近似系统时间。然而，由于要定位的移动终端一般与提供时间参考的节点有一段距离，因此，要补偿用于传送时间参考的持续时间。

在图4a中，所绘时间图示出三个时标：一个用于卫星系统的时间参考标度，该卫星系统在此示例中为GPS系统，一个用于站点的时标，该站点一般为提供辅助数据的基站，以及一个用于移动终端的时标。此说明是基于在服务无线电基站中使用时间戳记(timestamping)GPS接收机。时间t_{GPS_0}定义为GPS系统的当前时间。假设与无线电基站中此时间戳记相关联的精度为δ秒。GPS时间在全球定义，即，它是一个时间标准，时间在全球所有位置具有相同值。使用蜂窝通信系统的内部时钟，可确定直到指定的将来事件的时间，该事件在此示例中为第n个将来的蜂窝数据帧的开始。GPS时间的变换产生了对应于在t_{GPS_0}后发送的第n个蜂窝数据帧的开始时间的时间t_{GPS_T}。需要以如此大的提前来选择将来的帧事件以致为GPS时间关系信息的帧事件分配了足够的时间以从蜂窝通信系统传输到终端。

接收终端时标如图4a中所示偏离站点时标的时间量为Δ1，该时间量是在蜂窝通信系统的无线电信号从无线电基站沿地球表面传播到移动终端时由这些波的传播时间引入的。因此，与GPS时间相比，蜂窝通信系统的帧n的开始将被延迟。此时间变化量等于无线电基站站点与移动终端之间的未知距离除以光速。

还存在除时间戳记外的其它替代选择。在论述中的一个此类替代选择是使用终端确定在GPS时间(码相位)与蜂窝通信系统普通传输规定的、定期重复的传输时刻之间的关系。执行辅助GPS定位的机会终端随后将此信息报告到蜂窝通信系统以进一步分发到其它用产。

上述原理旨在允许移动终端的GPS接收机以可能的最佳方式校准相关搜索窗口和测量的GPS信号。每个GPS卫星的卫星信号通过对照独特码相关而恢复。由于GPS接收机完全不知道移动终端的位置，因此，附加的效应会影响相对于从每个GPS卫星接收的信号的搜索窗口校准。简单地说，终端的未知位置意味着相对于例如无线电基站的参考站点中的经历，终端的GPS接收机中接收的GPS码相位可能早或迟。图4b示出了此类情况。参考站点在例如GPS帧开始的GPS时间t_{GPS_R}知道从卫星接收的信号的码相位。然而，在移动终端中测量时，例如GPS帧开始的码相位将有Δ2量的不同。

现在清楚的是，在将终端的GPS码相位搜索窗口与蜂窝通信系统对准时，例如通过使用蜂窝通信系统的帧结构分发精准GPS时间辅助将引入变化。尽可能地缩小搜索窗口的大小是一个要求，这是因为计算工作量的缩放与搜索窗口大小成比例。

在美国专利6429815中，详细考虑了一种特殊情况，在该情况下，存在有关移动终端与无线电基站之间距离的可用的附加信息。换而言之，时间差Δ1已知，并且移动终端位于以基站为中心的圆中某个位置。在此类几何形状下，Δ2的可能极限值估计也变得简单。由于考虑整个圆，因此，圆中始终有两个点与卫星和基站位于同一垂直平面中。这两个点对应于Δ2的两种极端情况，并可根据卫星仰角的余弦而轻松计算得出。

然而，在圆对称性被破坏和/或移动终端与基站之间的距离误差较大时，此类推理不适用。可以看到，由于移动终端可位于的区域的非圆对称性，必需的最小搜索窗口会变化相当大。附录1中示出了示例。从任一现有技术且特别是从US 6429815中，要如何执行对移动终端可位于的区域的任何形状或大小都有效的通用最小化均不明显。

在本发明中，通过使用例如小区几何形状信息或其它初始位置信息及计算得出的卫星位置，确定在码与多普勒相关搜索步骤中用于登记的卫星测距信号的搜索窗口。这允许优化的搜索窗口校准，以便在GPS信号捕获中可使用最小大小的搜索窗口。通过查找尽可能高的但仍确保小于或等于登记的卫星测距信号的实际码相位偏移的搜索窗口下限来实现优化的搜索窗口。类似地，找到搜索窗口上限，该上限尽可能低，但仍确保大于或等于登记的卫星测距信号的实际码相位偏移。

附加的辅助数据直接从蜂窝通信系统收集，一般用于获得终端位置的粗略初始估计及该初始估计的对应误差。此位置经常通过所谓的小区身份定位步骤给出，即终端的位置以小区粒度确定。这在图5中以示意图方式示出。在此类小区身份定位步骤中，移动终端10的位置确定为在模拟小区延伸的封闭多边形40内。在WCDMA中，根据3-15角多边形报告小区身份位置，其中，根据WGS 84纬度和经度对给出角。

或者，通过测量无线电波从服务无线电基站14到终端10并返回的传播时间，可获得更精确的位置，由此在距离服务无线电基站14的某个近似距离确定移动终端10一定位于的区域42。在WCDMA中，这表示为往返时间(RTT)定位。根据中心为服务无线电基站14站点坐标的弧42，报告定位的结果。弧42的厚度是由于测量误差产生的。如果与所需的最终定位精度相比，弧42的厚度大，或者如果弧42小于360度，则用于确定搜索窗口的现有技术方法无法用于提供最佳搜索窗口。

在图6中，示出了一种更一般的WCDMA情况。移动终端10位于封闭区域41内，该区域限定为具有多个角的多边形。基站14可位于封闭区域41内、在封闭区域41外或在边缘。卫星20位于通过三个坐标限定的位置，例如，笛卡尔坐标系中的(x，y，z)，或极坐标系中的(φ，Θ，r)。在图6中，认识到，要估计适当的优化的搜索窗口，不仅要考虑仰角φ，还要将卫星20的三维位置考虑在内。

如上所述，执行移动终端所处封闭区域的初始确定。在一个特殊实施例中，封闭区域是描述小区延伸的小区多边形。坐标系一般基于WGS84地球模型，并且多边形角通常以包括多边形每个角的坐标的纬度、经度值列表给出。

卫星星历数据和卫星时间信息随后从参考节点收集。GPS系统的星历数据例如在[3]中描述。使用星历信息，可通过使用当前更新的卫星系统时间计算得出用WGS 84地心坐标表示的所有卫星的位置。如上结合图2所述，小区多边形的角和卫星的位置可转换到地球切向坐标系，该坐标系一般以所考虑小区的某个位置为中心。

在一个特殊实施例中，用于计算搜索窗口的多个测试点分布在已知移动终端最初所处的封闭区域中。如果初始定位步骤产生了小区多边形，则在包括角点的小区多边形边界选择测试点。这是因为只有在多边形边界上的点或在无线电基站站点的点在确定搜索窗口中有关。附录2中正式证明了此情况。实际上，沿区域边界可分布有限数量的测试点。然而，这种情况的一个重要结果是与还延伸通过封闭区域内部的搜索相比，计算的复杂性大大降低。如下进一步所述，这些测试点表示要进行测试以获得来自每个卫星的卫星测距信号到达时间的试验终端位置。测试点集合表示为{r_i ^TEST}_i＝1 ^N。注意，上述内容对所有几何形状适用，即，也对圆弧适用，测试点只需分布在实际边界上。可推测，可能的点的数量可进一步改进以只包括多边形的角。

下一步骤包括计算有关封闭区域中的终端经历的卫星码相位的上限和下限，并且在本实施例中，这些限制使用测试点计算得出。为此，要注意的是需要说明的总码相位变化是以下三项之和：

ΔΦ＝ΔΦ_TimeStamp+ΔΦ_{Cellular Propagation}+ΔΦ_{GPS Propagation}。

此处，第一项表示服务无线电基站中(将来的)蜂窝帧事件的时间戳记引起的误差。如以GPS C/A码码片表示的一样，第一项具有如下限制的大小(参见图4a)：

|ΔΦ_TimeStamp|≤δ

第二项影响如图4a所述帧开始中的误差。它可以数学方式表示为

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{Cellular\; Propagation}}=\frac{1}{c}\left|\right|r_t-r_s\left|\right|{\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}$

其中，c表示光速，

表示GPS C/A码码片速率，r_t表示指向终端位置的向量，r_s表示指向无线电基站站点的向量，以及其中‖‖表示向量的欧几里德长度(即，正常距离)。注意，r_t未知，本发明的过程实际是旨在利用r_t在预定区域内某个位置的情况而将搜索窗口降到最小。第三项反映图4b的效应，即，从GPS卫星到终端的平面波可相对于小区附近的参考位置而较早或较迟到达的情况。此处，参考位置选择为无线电基站站点坐标。注意，即使参考位置不同于无线电基站，相对位置也是不变且已知的，这意味着本领域的技术人员可估计在改为将参考位置置于无线电基站站点时的情况。因此，即使实际的参考节点位置与无线电基站位置不一致，以下推理也将有效。还要注意的是，由于第三项产生的此效应高度依赖于在地球切向笛卡尔坐标系中所考虑卫星的仰角和方位角。第三项表示为：

${\mathrm{\Δ\Φ}}_{\mathrm{GPS\; Propagation}}=\left(\frac{1}{c}\right||r_i-r_s||-\frac{1}{c}||r_i-r_t|\left|\right){\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}.$

此处，r_i表示指向地球切向坐标系中第i个卫星位置的向量。

现在，本发明的目的是计算仍保证可在搜索窗口中某个位置找到GPS卫星的实际码相位的最小搜索窗口。这要求在r_t变化时确定以下两个量：

$\underset{r_t}{\max }\mathrm{\Δ\Φ}$

$\underset{r_t}{\min }\mathrm{\Δ\Φ}$

通过在上述ΔΦ项的等式中插入所有测试点{r_i ^TEST}_i＝1 ^N，随后选择表现最高值的点和值，确定量 测试点选择依据的是理解在小区多边形的边界上得到最大码相位差，这对初始区域为封闭多边形区域的所有情况有效，并且在到卫星的距离远远大于已知终端所处的初始区域的延伸的情况下有效。这可以数学方式表示为：

$\underset{r_i}{\max }\mathrm{\Δ\Φ}=\underset{{\left\{r_i^{\mathrm{TEST}}\right\}}_{i=1}^N}{\max }\mathrm{\Δ\Φ}.$

在附录2中可找到支持此的证明。

注意，在封闭区域受圆弧部分限制的情况下，此替代选择可视为如由具有无限数量的角的多边形限定的限制情况。因此，该情况的结果是在圆弧边界上得到

当服务无线电基站站点坐标在小区多边形的内部或边界上时，在这些坐标中得到量

这以数学方式表示为：

$\underset{r_t}{\min }\mathrm{\Δ\Φ}=\mathrm{\Δ\Φ}(r_t=r_s)$

如果服务无线电基站坐标在小区多边形外，则在小区多边形的边界上的点中得到

即：

$\underset{r_t}{\min }\mathrm{\Δ\Φ}=\underset{{\left\{r_i^{\mathrm{TEST}}\right\}}_{i=1}^N}{\min }\mathrm{\Δ\Φ}.$

在附录2中还给出了对此的证明。

在测试所有边界测试点{r_i ^TEST}_i＝1 ^N后，产生以下最大化和最小化点

r_max

r_min

使用这些点，通过利用有关ΔΦ的第一项的界限，可计算得出与对应于t_{GPS_T}的额定码相位相比有关A-GPS接收机码相位差的以下上界和下界

$\max \mathrm{\Δ\Φ}=\frac{1}{c}\left|\right|r_{\max }-r_s\left|\right|{\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}+\left(\frac{1}{c}\right||r_i-r_s||-\frac{1}{c}||r_i-r_{\max }|\left|\right){\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}+\mathrm{\δ}$

$\min \mathrm{\Δ\Φ}=\frac{1}{c}\left|\right|r_{\min }-r_s\left|\right|{\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}+\left(\frac{1}{c}\right||r_i-r_s||-\frac{1}{c}||r_i-r_{\min }|\left|\right){\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{GPS}}-\mathrm{\δ}$

注意，如果无线电基站站点在初始区域内部，则

minΔΦ＝-δ。

如相对于对应于t_{GPS_T}的码相位表示的一样，结果码相位搜索窗口随后变为：

[minΔΦ，maxΔΦ]

明显的是，其它表示也是可能的。在例如WCDMA中，发射每个卫星的码相位和搜索窗口的对应宽度。以上关系随后相应地需要重新计算。可能还要为t_{GPS_T}提供一个假定值，以便补偿上述间隔中的所有不对称。

此时适合提及有两种类型的A-GPS定位。一种类型是基于移动终端的A-GPS，在移动终端中执行定位计算。另一类型是移动终端辅助的A-GPS，在移动终端中只执行测距测量。位置在蜂窝通信系统的节点中通过使用在移动终端中测量的码相位计算得出。在WCDMA中，这些分别表示为基于UE的A-GPS和UE辅助的A-GPS。此公开内容中所述的过程适用于这两种类型的A-GPS。主要差别是搜索窗口校准是在蜂窝通信系统定位节点中还是在移动终端中执行。下面进一步陈述了这两种情况的实施例。注意，在提供有精准时间辅助的情况下及在精准时间辅助数据不可用情况下，可在终端中实现校准。在后一情况下，移动终端捕获第一GPS卫星，并因此与GPS时间同步。

图7A示出在WCDMA系统中基于移动终端的A-GPS实施的实施例。移动终端10经RBS(无线电基站)19和无线电网络控制器(RNC)15连接12到无线通信网络。卫星位置数据和卫星时间参考数据由配有卫星信号接收机11的参考卫星节点18提供。参考卫星节点18在此特殊实施例中包括在RBS 19中。例如卫星星历数据形式的卫星位置数据和卫星时间参考数据传递到RNC 15中的卫星定位辅助单元13。在一个实施例中，卫星定位辅助单元13为候选用于定位的卫星计算当前的三维的卫星位置。卫星位置数据和卫星时间参考数据或与其有关的处理量在图7A的实施例中被转发到移动终端10中的辅助数据接收机单元56。

可能的是在RNC 15中包括初始定位单元62，从而提供已知存在移动终端10的封闭区域形式的粗略移动终端位置。在一个实施例中，这是小区身份定位单元，从而提供移动终端10关联到的小区的限定。此类封闭区域数据提供到移动终端10中的粗略位置接收机单元64。然而当前，现在的WCDMA标准不支持此类实施例，但在必要时此类实施例仍然易于实施。

在一个替代的特殊实施例中，初始定位单元62是与RNC 15分开的单元。如果初始定位单元62仍位于通信系统本身内，则粗略移动终端位置随后例如包括在常规控制信令数据中提供到粗略位置接收机单元64。粗略移动终端位置还可作为通过数据平面发送到移动终端的数据分组提供。这例如在初始定位单元62不受通信系统运营商控制时会方便。

现在为移动终端10提供进行搜索窗口优化所需的所有数据。此数据包括三维卫星位置数据、卫星时间参考数据和限定封闭区域的数据。在连接到用于提供辅助数据56和粗略终端位置64的工具的处理器60中，执行对搜索窗口的修改以适应特定卫星。处理器60、用于提供辅助数据56的工具和粗略位置接收机单元一起构成了帮助确定移动终端10的位置的布置63。修改的搜索窗口随后由连接到GPS接收天线52的卫星测距信号登记单元54使用，以通过最小的工作量从卫星获得测距信息。卫星测距信号随后用于在定位单元70中确定移动终端位置。此类确定例如在[5]中描述。

定位的结果随后一般经RNC发送到通信系统的核心网络。卫星测距信号可与其它卫星测距信号或任何其它定位信息(如测量的到移动通信网络内不同无线电基站的距离)组合。此类位置确定同样在现有技术中已知，因而将不在此公开内容中详细论述。

从图7A中看到，在移动终端内存在定位节点50，它包括例如布置63、卫星测距信号登记单元54和定位单元70。这是此类实施例可表示为基于移动终端的A-GPS配置的原因。

在图7A中，参考卫星节点18描述为位于RBS的一个单元。在图7B中，示出了另一实施例，在该实施例中，参考卫星节点18包括两个部分。精准时间辅助部分21包括在RBS 19中，而卫星位置辅助部分23单独提供。卫星位置辅助部分23例如通过接收包括星历数据的卫星信号或者只是通过例如经因特网从另一源取回数据来提供卫星位置数据。精准时间辅助部分21具有卫星信号接收机，它提供GPS时间的时间参考。精准时间辅助部分21还连接到RBS 19，并因此具有关于通信系统的系统时间(例如，蜂窝帧参考时间)的知识。精准时间辅助部分21由此可为移动终端提供必需的精准时间辅助，在此特殊实施例中，该辅助发送到RNC以供将来使用。

在另一实施例中，精准时间辅助部分21也可与RBS 19位置分开。此类情况下，精准时间辅助部分21要提供有天线系统，该系统可侦听通信系统的无线电信号，并由此确定蜂窝帧时间参考。如果RBS 19与精准时间辅助部分21之间的间距相当大，则此类测量的蜂窝帧时间参考要补偿RBS 19与精准时间辅助部分21之间的传播时间。

甚至可能将另一移动终端用作卫星参考节点18的精准时间辅助部分21。如果此移动终端锁定到卫星定位系统，并具有非常确定的位置及正确的卫星参考时间，则GPS时间可轻松得到，并可作为辅助数据分发到其它移动终端。然而，如果卫星参考节点18是移动的，则必须特别小心以相对于无线电基站19站点校正有关卫星参考节点18的位置的任何距离偏移。

在图8中，示出了根据本发明的位置确定布置的另一实施例。在此实施例中也为移动终端10提供进行搜索窗口优化所需的数据，并且实际的优化仍在移动终端10中的处理器60中执行。用于帮助确定移动终端10的位置的布置63在此处也包括在移动终端10本身中。然而，在此实施例中，登记的卫星测距信号在广泛处理前被传递回RNC 15。登记的卫星测距信号接收机单元58改为在RNC 15中提供，用于处理与登记的测距信号有关的数据。实际的定位单元70随后也在RNC 15中提供。定位节点50因而在此实施例中可以看作分布在RNC 15与移动终端10之间的节点。

如结合图7B所述的参考卫星节点18的分割配置及替代实施例也适用于图8所述的系统。

在图9中，示出了移动终端辅助的A-GPS类型的根据本发明的位置确定布置的实施例。RNC 15中可用的卫星辅助数据现在在RNC15中的处理器60中处理。随后刚好为卫星测距信号登记单元54提供限定最佳搜索窗口的数据。定位节点50现在可视为包括在RNC 15内。在此特殊实施例中，RNC 15包括用于帮助确定移动终端的位置的布置63。在此实施例中，布置63包括卫星定位辅助单元13、处理器60和初始定位单元62。在一个替代实施例中，其中在别处执行实际的初始定位，布置63改为包括粗略位置接收机单元。

如结合图7B所述的参考卫星节点18的分割配置及替代实施例也适用于图9所述的系统。

当然还可能的是，使用于位置确定的布置的各部分完全或以分布方式位于移动通信系统的其它节点内。上述实施例中的RNC实施应只视为可安排各部分的非限制性示例。

在上述实施例中，隐含假设在通信网络与移动终端之间往返传送的数据利用不同类型的控制信令，即，数据在通信网络的控制平面传送。然而，还存在用于传递数据的替代方式。例如，数据可在无线通信系统的用户平面作为数据分组(即作为未指定的位流)传递。在卫星参考节点和/或定位系统的各部分与实际通信网络分开的程度更高时，这甚至可能更具吸引力。

图10示出根据本发明的位置确定布置的实施例，其中，卫星参考节点18连接73到“外部”辅助节点74。卫星参考节点18在此处提供有天线，能够记录通信系统中使用的无线电信号以监视蜂窝帧时间参考并由此能够以与如上进一步所述类似的方式提供卫星时间参考。这种情况下，与卫星有关的辅助数据由外部辅助节点74以普通数据块的形式提供，并作为数据位流71通过无线通信网络1发送到移动终端10。在此实施例中，辅助数据接收机单元56接收数据分组并抽取辅助数据。无线通信网络1在此实施例中根本未参与处理辅助数据。初始定位单元62仍可位于例如通信系统1的核心网络16中，通过链路72向外部辅助节点74提供适合的数据以进一步在移动终端10中使用。

图11以流程图方式示出了根据本发明的方法实施例的主要步骤。此过程从步骤200开始。在步骤210中，提供三维卫星位置数据和卫星时间参考数据。数据例如可以卫星星历数据的形式提供，或者作为特殊时刻和某些卫星的实际三维卫星位置提供。在步骤212中，确定已知存在移动终端的非圆对称封闭区域。封闭区域例如可通过接收多边形小区边界坐标而得以确定。在步骤214中，通过利用三维卫星位置数据、卫星时间参考数据和限定封闭区域的数据，将用于查找特定卫星的实际码相位的搜索窗口修改为尽可能窄。在一个特殊实施例中，在位于封闭区域边界和/或位于无线电基站站点的测试点之间将搜索窗口降到最小。由于通常不止一个卫星用于定位，因此，如不连续箭头215所示，为每个单独的卫星重复执行步骤214。在步骤216中，使用优化的搜索窗口来登记卫星测距信号。同样在此处，由于通常不止一个卫星用于定位，因此，如不连续箭头217所示，为每个单独的卫星重复执行步骤216。最后，在步骤218中，使用登记的卫星测距信号来确定移动终端的位置。此过程在步骤299结束。

本发明的基本想法是计算最佳小的卫星码搜索窗口，以在卫星测距信号接收机中卫星信号检测的码与多普勒搜索步骤中使用。这通过说明在开始定位时已知终端所处区域的详细几何形状(例如小区多边形)而得以实现。此外，说明了所有卫星的确切3D位置。结果是为每个单独的卫星产生最佳小的码搜索窗口。

更具体地说，本发明涉及蜂窝通信系统中的辅助数据确定，这是为移动终端中的卫星信号接收机提供所谓的精准时间辅助所需的。简单地说，精准时间辅助意味着为卫星信号接收机提供与全球卫星系统时间和卫星空间位置有关的高度精确信息。连同辅助数据，对于存在于通过初始定位步骤获得的区域中任何位置的终端，可以计算得出有关从所有卫星发射的信号的码相位的上界和下界。这是由于来自卫星的信号的传输时间极精确地同步，并且由于通过使用从参考接收机获得的其它类型的辅助数据可在蜂窝通信系统中计算出这些卫星的轨道。

上述实施例要理解为本发明的少数几个说明性示例。本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可对实施例进行不同的修改、组合和更改。具体地说，不同实施例中的不同部分解决方案可在技术上可能的情况下在其它配置中组合在一起。然而，本发明的范围由随附权利要求书限定。

附录1

下面示例的用途是示出本发明可实现的利益。此示例的计算基于图12的几何形状。

目的是示出对于特定的小区多边形和对于一个内部和一个外部站点位置，随卫星的方位角和仰角两者改变的搜索窗口大小的变化。注意，从地球切向坐标系的原点到卫星的距离是需要求解的唯一未知距离。这可通过以如下向量关系开始而实现

R_I＝R_E+R_S-I

采用此等式与其本身的点积，并利用几何形状得出

$R_I^2=R_E^2+R_{S-I}^2+2R_E{R}_{S-I}\sin \left(\mathrm{\α}\right).$

求解未知量得出

$R_{S-I}=-R_E\sin \left(\mathrm{\α}\right)\±\sqrt{R_I^2-R_E^2{\cos }^2\left(\mathrm{\α}\right)}$

其中，只应用正号。通过使用R_S-I到卫星的以下向量产生地球切向坐标系

r_i＝(R_S-Icos(α)cos(β)R_S-Icos(α)sin(β)R_S-Isin(α))^T，

其中，β表示方位角。

注意：这对应于东-北-天(east-north-up)坐标系。

对应的站点坐标为

r_s＝(x_s y_s 0)^T，

而小区多边形坐标为

r_ci＝(x_ci y_ci 0)^T，i＝1，...，N。

现在，用于评估的所有需要量均已得到。

现在研究乡村小区。在此示例的此部分中测试点选择为乡村小区多边形的角。使用表1的数学量：

量	值
		rc1	(0 0 0)T[m]
rc2	(-1000 400 0)T[m]
		rc3	(-2000 1400 0)T[m]

rc4	(-2600 3600 0)T[m]
		rc5	(-2400 6400 0)T[m]
rc6	(-1200 5500 0)T[m]
		rc7	(1000 13000 0)T[m]
rc8	(2400 12700 0)T[m]
		rc9	(3600 10400 0)T[m]
rc10	(3800 4600 0)T[m]
		rc11	(2000 1800 0)T[m]
rc12	(1000-200 0)T[m]
		rc13	(600-600 0)T[m]
RE	6378000[m]
		RI	26560000[m]
c	300000000[m/s]
		δ	0.000010[s]
ΦGPS	1023000[Hz]
		rs(内部)	(200 400 0)T[m]
rs(外部)	(-800-1500 0)T[m]

表1：所有量采用SI单位。

小区多边形和站点位置在图13中绘出。图14和图15绘出了随方位角和仰角改变的结果搜索窗口。

一些注释是必要的。

仰角接近90度时，搜索窗口大小在方位角改变时恒定，正如它应该的那样。

主小区区域在方位角上位于站点与卫星之间时，搜索窗口大小最大。然后蜂窝通信系统的无线电信号和来自GPS卫星的无线电信号相遇，从而使小区区域内的码相位不匹配达到最大。在无线电基站站点中采用GPS参考时间。

站点在GPS卫星与主要小区区域之间时，搜索窗口大小最小。然后蜂窝通信系统的无线电信号和来自GPS卫星的无线电信号大约在相同的方向传播，从而使小区区域内的码相位不匹配达到最小。

最大和最小搜索窗口在低仰角产生。原因是GPS无线电信号在此类情况下几乎与地球表面平行传播。

这种性态对于内部及外部站点是类似的。

从上面的图中明显看到，对于大范围的卫星方位角和仰角所需的搜索窗口大小允许比使用现有技术时所需的小得多的搜索窗口。对于大多数现有技术方法，最大搜索窗口大小需要用于所有卫星位置。为评估利益，可比较从图14和图15计算得出的平均搜索窗口大小和那些图的最大搜索窗口大小。注意，计算中需要小心。原因是卫星的分布必须假设为相对于天空区域是均匀的。这暗示分布相对于方位角是均匀的。然而，相对于仰角，它不是均匀的，这是因为仰角变更高时，相等(小)仰角区间覆盖的天空区域更小。通过考虑在测试距离r仰角α覆盖的微分面积，可按如下方式计算出概率分布函数。这表示为：

dA(α)＝直径×高＝2πrcos(α)×rdα。

除以半球面积，明显看到分布可写为：

f_α，β(α，β)＝Ccos(α)。

通过归一化关系可确定常数：

$1=\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\underset{0}{\overset{\frac{\mathrm{\π}}{2}}{\∫}}C\cos \left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{d\αd\β}=2\mathrm{\πC}.$

因此，用于计算搜索窗口大小的期望值的公式变为：

$E\left[\mathrm{Window}\right]=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\underset{0}{\overset{\frac{\mathrm{\π}}{2}}{\∫}}\cos \left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{Window}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})\mathrm{d\αd\β}$

$\≈\frac{1}{2\mathrm{\π}}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left({\mathrm{\α}}_j\right)\mathrm{Window}({\mathrm{\α}}_j,{\mathrm{\β}}_i)\mathrm{\Δ\α\Δ\β}.$

此处，Window(α，β)是在图14和图15中示出的量。Δα和Δβ表示在这些图中网格点之间的仰角和方位角间隔(以弧度为单位)。

通过使用用于计算期望值的公式，为每幅图计算了以下值，并且在表3中示出这些值。

图	平均窗口大小[GPS码片]	最大窗口大小[GPS码片]	平均缩减
				图14	69.6	106.5	35％
图15	76.8	120.1	36％

表3：所需GPS码搜索窗口大小的平均值和最大值。

显然，通过本发明的过程，A-GPS复杂性可降低不1/3。这转换为延长的电池寿命和/或减少的计算时间。同样地，对于恒定的相关资源，相关时间可增大1.5倍，这等同于10¹⁰log(1.5)≈2dB的A-GPS灵敏度增益。

附录2

以下证明只有在多边形边界上的点在确定搜索窗口的最大限制中有关的事实。

首先要注意的是ΔΦ的第一项与终端位置无关。由于每次定位只确定时间戳一次，因此，它在每种情况下是恒定的。因此，在最大化和最小化中只需要考虑第二项和第三项。

现在假设与结果相反，即，得到多边形内部点的最大值。随后，通过内部点的拓扑限定，在此点周围存在也在小区多边形内部的邻域。通过在邻域内在适合的方向上移动，相位差的最大值随后可变得比假设的最大值更大。由于考虑的是在开放邻域中的移动，因此，所有方向均是可能的。首先，沿到站点为恒定距离的圆，在增大ΔΦ的第三项的值的方向上移动，注意，第二项在圆上保持恒定，并因而得到了不一致的结果。

如果终端位置正好在投射到地球切向坐标系的水平面上时位于站点与卫星之间的线上，则可改为通过直接向卫星移动来增大假设的最大值。这是由于来自GPS卫星和服务无线电基站站点的无线电信号均以相同的速度c传播。此外，GPS卫星的仰角严格大于零。因此，GPS信号在一方面到内部点与在另一方面到考虑移动朝向的邻域边界的传播距离差必须小于来自服务无线电基站的无线电信号经历的沿地球表面的对应传播距离。因此，由于ΔΦ的第二项产生的经历的码相位提前将大于由于ΔΦ的第三项而产生的码相位减少。整体效应是码相位提前，并因此再次得到了不一致的结果。

如果站点在终端与卫星之间，则在终端沿站点与卫星之间的投射线远离站点移动时，最大值也会增大。第二项和第三项因而均影响码相位提前，且符号相同。再次得到不一致的结果。显然，在无线电基站位于小区多边形外的情况下，以上论点仍不变。因此，可得出在内部点中得到最大码相位的假设是错误的。因此，始终在小区多边形的边界上得到

以下证明只有在多边形边界上或无线电基站站点的点在确定搜索窗口的最小限制中有关的事实。

由于GPS卫星的仰角严格大于零，因此，对于所有试验终端位置r_t，由ΔΦ的第二项引入的相位提前大于由第三项引起的任一相位延迟。因此，如果服务无线电基站站点在小区多边形的内部，则在终端与服务无线电基站站点位于相同坐标时，得到最小相位差。

如果服务无线电基站站点在小区多边形外，则在边界上存在一个点，在该点ΔΦ得到最小值。边界是一个紧致集合，并且ΔΦ是连续函数。这可如上所述通过假设相反事实而得到证明，即，假设在小区多边形的内部得到ΔΦ的最小值。随后，沿围绕站点的圆，通过在两个可能的方向之一上移动可减少ΔΦ，除非内部点正好位于服务无线电基站站点与卫星之间的投射线段上。由于GPS信号在表面上的点之间的传播距离差小于无线电信号沿表面传播的距离差，因此，通过向无线电基站站点移动可减少ΔΦ。因此，得到不一致的结果，并且清楚的是，如果服务无线电基站站点在小区多边形外，则在小区多边形的边界上。

参考文献

[1]“理解GPS-原理与应用”(E.D.Kaplan(ed.)，UnderstandingGPS-Principles and Applications。Norwood，MA：Artech House，1996，pp.1-9)。

[2]“理解GPS-原理与应用”(E.D.Kaplan(ed.)，UnderstandingGPS-Principles and Applications。Norwood，MA：Artech House，1996，pp.119-120)。

[3]“理解GPS-原理与应用”(E.D.Kaplan(ed.)，Understanding

GPS-Principles and Applications。Norwood，MA：Artech House，1996，pp.27-39)。

[4]3GPP TS 25.453，版本5.0.0，第1-3部分。

[5]“理解GPS-原理与应用”(E.D.Kaplan(ed.)，Understanding

GPS-Principles and Applications。Norwood，MA：Artech House，1996，pp.15-23)。

[6]美国专利6429815。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种用于在确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置时提供搜索辅助的方法，包括以下步骤：

提供卫星位置数据和卫星时间参考数据；

所述卫星位置数据包括三维卫星位置数据；

确定封闭区域，所述移动终端处于所述封闭区域内；

所述封闭区域相对于所述基站具有非圆对称性；以及

修改搜索窗口以适应卫星测距信号出自的特定卫星；

所述修改步骤包括通过基于所述三维卫星位置数据、所述卫星时间参考数据和限定所述封闭区域的数据来确定最佳搜索窗口下限和最佳搜索窗口上限而将所述搜索窗口的宽度降到最小，

其特征在于所述封闭区域(40；41；42)只受封闭区域角之间的线性边界部分限制，由此只有在所述线性边界部分上的点和所述封闭区域角与确定所述最佳搜索窗口上限有关。

2.一种用于确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置的方法，包括以下步骤：

提供如权利要求1所述的搜索辅助；

通过使用所修改的搜索窗口来登记卫星测距信号；以及

通过使用所登记的卫星测距信号来确定所述移动终端的位置。

3.如权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

在所述封闭区域的边界选择至少两个点；以及

为要登记的卫星测距信号估计所述至少两个点的码相位偏移；

由此，所述搜索窗口上限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最大的偏移加上所述卫星时间参考数据的误差。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述封闭区域角被选择为所述至少两个点。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述基站位于所述封闭区域内，由此，所述搜索窗口下限确定为等于为要在所述基站位置登记的卫星测距信号估计的码相位偏移减去所述卫星时间参考数据的误差。

6.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述基站位于所述封闭区域外部，由此，所述搜索窗口下限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最小的偏移减去所述卫星时间参考数据的所述误差。

7.如权利要求3到6中任一项所述的方法，其中，所述码相位偏移通过以下等式估计：

Φ＝Φ_CP+Φ_SP，

其中，Φ是所估计的码相位偏移，Φ_CP是由所述基站与所述移动终端之间数据信号的无线传播引起的码相位偏移，以及Φ_SP是由在所述卫星与所述移动终端之间的信号传播和在所述卫星与所述基站之间的信号传播之差引起的码相位偏移。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述码相位偏移Φ_CP计算为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{SP}}=\frac{1}{c}\left|\right|\underset{\‾}{r_t}-\underset{\‾}{r_s}\left|\right|R_{\mathrm{cc}},$

其中，c是光速， r _t是待计算所述估计的点的位置， r _s是提供所述卫星时间参考数据的位置，R_cc是所述卫星使用的码片速率，以及‖‖表示向量的欧几里德长度。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中，所述码相位偏移Φ_SP计算为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{CP}}=\frac{1}{c}\left(\right||\underset{\‾}{r_i}-\underset{\‾}{r_s}||-||\underset{\‾}{r_i}-\underset{\‾}{r_t}|\left|\right)R_{\mathrm{cc}},$

其中，c是光速， r _i是所述卫星的位置， r _t是待计算所述估计的点的位置， r _s是提供所述卫星时间参考数据的位置，R_cc是所述卫星使用的码片速率，以及‖‖表示向量的欧几里德长度。

10.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其中，所述移动终端连接到按帧操作的通信系统，由此，所述卫星时间参考数据包括所述通信系统的时间参考的相对时间参考。

11.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其中，所述提供卫星时间参考数据的步骤包括在所述基站(14)的位置登记卫星测距信号。

12.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其中，所述提供卫星时间参考数据的步骤包括在与所述基站(14)的位置不同的已知位置登记卫星测距信号，以及重新计算所述卫星时间参考数据，好像已在所述基站(14)的位置执行了登记一样。

13.如权利要求1到12中任一项所述的方法，其中，所述卫星位置数据和所述卫星时间参考数据在不同位置提供。

14.如权利要求1到13中任一项所述的方法，其中，所述卫星是全球定位系统卫星。

15.一种用于帮助确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置的布置，所述布置包括：

用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具(13；18；56)；

所述用于提供卫星位置数据的工具(13；18；56)安排为提供三维卫星位置数据；

用于确定封闭区域(40；41；42)的粗略定位工具(64，62)，所述移动终端(10)处于所述封闭区域(40；41；42)内；

所述封闭区域(40；41；42)相对于所述基站(14)具有非圆对称性；以及

用于修改搜索窗口的宽度以适应卫星测距信号(22A-E)出自的特定卫星(20)的工具(60)；

所述用于修改的工具(60)安排为基于所述三维卫星位置数据、所述卫星时间参考数据和限定到所述封闭区域的数据来确定最佳搜索窗口下限和最佳搜索窗口上限，

其特征在于

所述封闭区域(40；41；42)只受封闭区域角之间的线性边界部分限制，由此只有在所述边界部分上的点和所述封闭区域角与确定所述最佳搜索窗口上限有关。

16.如权利要求15所述的布置，其中，所述用于修改的工具(60)安排用于在所述封闭区域的边界选择至少两个点，估计所述至少两个点的码相位偏移，以及将所述搜索窗口上限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最大的偏移加上所述卫星时间参考数据的误差。

17.如权利要求16所述的布置，其中，所述封闭区域角被选择为所述至少两个点。

18.如权利要求16或17所述的布置，其中，所述基站位于所述封闭区域内，由此，所述用于修改的工具(60)安排用于将所述搜索窗口下限确定为等于在所述基站位置的估计码相位偏移减去所述卫星时间参考数据的误差。

19.如权利要求16或17所述的布置，其中，所述基站位于所述封闭区域外部，由此，所述用于修改的工具(60)安排用于将所述搜索窗口下限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最小的偏移减去所述卫星时间参考数据的所述误差。

20.如权利要求15到19中任一项所述的布置，其中，所述无线通信系统通过发射数据帧进行操作。

21.如权利要求15到20中任一项所述的布置，其中，所述卫星是全球定位系统卫星。

22.一种用于确定移动终端(10)的位置的布置，所述布置包括：

用于如权利要求15到21中任一项所述提供帮助的布置；

用于处理与通过使用所修改的搜索窗口来登记所述卫星测距信号(22A-E)有关的数据的工具(54；58)；以及

用于通过使用所述卫星测距信号(22A-E)来确定所述移动终端(10)的位置的工具(70)。

23.一种包括如权利要求15到21中任一项所述的布置的移动终端(10)，其中，所述粗略定位工具包括用于接收限定所述封闭区域的数据的接收机(64)，以及其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(56)。

24.一种包括如权利要求22所述的布置的移动终端(10)，其中，所述粗略定位工具包括用于接收界定所述封闭区域的数据的接收机(64)，其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(56)，以及其中，所述用于处理的工具包括用于登记所述卫星测距信号的工具(54)。

25.一种无线通信系统，包括：

如权利要求23所述的移动终端(10)；

用于处理与通过使用所修改的搜索窗口来登记所述卫星测距信号(22A-E)有关的数据的工具(54；58)；以及

用于通过使用所述卫星测距信号(22A-E)来确定所述移动终端(10)的位置的工具(70)。

26.如权利要求25所述的无线通信系统，其中，所述用于确定的工具(70)位于移动通信系统节点中，并且所述用于处理的工具包括用于接收与在所述移动终端(10)中登记的卫星测距信号有关的数据的接收机(58)。

27.一种无线通信系统，包括：

如权利要求24所述的移动终端(10)。

28.如权利要求25到27中任一项所述的无线通信系统，其中，所述卫星位置数据和卫星时间参考数据在所述无线通信系统中通过控制信令传递。

29.如权利要求25或27所述的无线通信系统，其中，所述卫星位置数据和卫星时间参考数据作为数据分组通过所述无线通信系统的用户平面传递。

30.一种包括如权利要求15到22中任一项所述的布置的无线通信系统节点(15)。

31.如权利要求30所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点(18)提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(13)。

32.如权利要求31所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述参考节点(18)包括位于不同位置的精准时间辅助部分(21)和卫星位置辅助部分(23)。

33.如权利要求31或32所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述参考节点(18)的至少一部分的位置与所述无线电基站(14)有关。

34.如权利要求30到33中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述粗略定位工具包括用于确定所述无线通信系统的其中连接所述移动终端(10)的小区区域的工具(62)。

35.如权利要求30到33中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述用于确定所述封闭区域的工具包括用于测量所述移动终端(10)与所述基站(14)之间的时间传播时间的工具(62)。

36.如权利要求25-29中任一项所述的无线通信系统，包括如权利要求15到22中任一项所述的布置，包括如权利要求23或24所述的移动终端或包括如权利要求30到35中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述无线通信系统是从以下列表中选择的系统：

WCDMA系统；

CDMA-2000系统；

GSM系统。

Claims (36)

1.一种用于在确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置时提供搜索辅助的方法，包括以下步骤：

提供卫星位置数据和卫星时间参考数据；

所述卫星位置数据包括三维卫星位置数据；

确定封闭区域，所述移动终端处于所述封闭区域内；

所述封闭区域相对于所述基站具有非圆对称性；以及

修改搜索窗口以适应卫星测距信号出自的特定卫星；

所述修改步骤包括通过基于所述三维卫星位置数据、所述卫星时间参考数据和限定所述封闭区域的数据来确定最佳搜索窗口下限和最佳搜索窗口上限而将所述搜索窗口的宽度降到最小。

2.一种用于确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置的方法，包括以下步骤：

提供如权利要求1所述的搜索辅助；

通过使用所修改的搜索窗口来登记卫星测距信号；以及

通过使用所登记的卫星测距信号来确定所述移动终端的位置。

3.如权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

在所述封闭区域的边界选择至少两个点；以及

为要登记的卫星测距信号估计所述至少两个点的码相位偏移；

由此，所述搜索窗口上限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最大的偏移加上所述卫星时间参考数据的误差。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述封闭区域只受封闭区域角之间的线性边界部分限制，由此，封闭区域角被选择为所述至少两个点。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述基站位于所述封闭区域内，由此，所述搜索窗口下限确定为等于为要在所述基站位置登记的卫星测距信号估计的码相位偏移减去所述卫星时间参考数据的误差。

6.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述基站位于所述封闭区域外部，由此，所述搜索窗口下限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最小的偏移减去所述卫星时间参考数据的所述误差。

7.如权利要求3到6中任一项所述的方法，其中，所述码相位偏移通过以下等式估计：

Φ＝Φ_CP+Φ_SP，

其中，Φ是所估计的码相位偏移，Φ_CP是由所述基站与所述移动终端之间数据信号的无线传播引起的码相位偏移，以及Φ_SP是由在所述卫星与所述移动终端之间的信号传播和在所述卫星与所述基站之间的信号传播之差引起的码相位偏移。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述码相位偏移Φ_CP计算为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{SP}}=\frac{1}{c}\left|\right|\underset{\‾}{r_t}-\underset{\‾}{r_s}\left|\right|R_{\mathrm{cc}},$

其中，c是光速， r _t是待计算所述估计的点的位置， r _s是提供所述卫星时间参考数据的位置，R_cc是所述卫星使用的码片速率，以及‖‖表示向量的欧几里德长度。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中，所述码相位偏移Φ_SP计算为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{CP}}=\frac{1}{c}\left(\right||\underset{\‾}{r_i}-\underset{\‾}{r_s}||-||\underset{\‾}{r_i}-\underset{\‾}{r_t}|\left|\right)R_{\mathrm{cc}},$

其中，c是光速， r _i是所述卫星的位置， r _t是待计算所述估计的点的位置， r _s是提供所述卫星时间参考数据的位置，R_cc是所述卫星使用的码片速率，以及‖‖表示向量的欧几里德长度。

10.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其中，所述移动终端连接到按帧操作的通信系统，由此，所述卫星时间参考数据包括所述通信系统的时间参考的相对时间参考。

11.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其中，所述提供卫星时间参考数据的步骤包括在所述基站(14)的位置登记卫星测距信号。

12.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其中，所述提供卫星时间参考数据的步骤包括在与所述基站(14)的位置不同的已知位置登记卫星测距信号，以及重新计算所述卫星时间参考数据，好像已在所述基站(14)的位置执行了登记一样。

13.如权利要求1到12中任一项所述的方法，其中，所述卫星位置数据和所述卫星时间参考数据在不同位置提供。

14.如权利要求1到13中任一项所述的方法，其中，所述卫星是全球定位系统卫星。

15.一种用于帮助确定经基站(14)连接到无线通信网络的移动终端(10)的位置的布置，所述布置包括：

用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具(13；18；56)；

所述用于提供卫星位置数据的工具(13；18；56)安排为提供三维卫星位置数据；

用于确定封闭区域(40；41；42)的粗略定位工具(64，62)，所述移动终端(10)处于所述封闭区域(40；41；42)内；

所述封闭区域(40；41；42)相对于所述基站(14)具有非圆对称性；以及

用于修改搜索窗口的宽度以适应卫星测距信号(22A-E)出自的特定卫星(20)的工具(60)；

所述用于修改的工具(60)安排为基于所述三维卫星位置数据、所述卫星时间参考数据和限定到所述封闭区域的数据来确定最佳搜索窗口下限和最佳搜索窗口上限。

16.如权利要求15所述的布置，其中，所述用于修改的工具(60)安排用于在所述封闭区域的边界选择至少两个点，估计所述至少两个点的码相位偏移，以及将所述搜索窗口上限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最大的偏移加上所述卫星时间参考数据的误差。

17.如权利要求16所述的布置，其中，所述封闭区域只受封闭区域角之间的线性边界部分限制，由此，封闭区域角被选择为所述至少两个点。

18.如权利要求16或17所述的布置，其中，所述基站位于所述封闭区域内，由此，所述用于修改的工具(60)安排用于将所述搜索窗口下限确定为等于在所述基站位置的估计码相位偏移减去所述卫星时间参考数据的误差。

19.如权利要求16或17所述的布置，其中，所述基站位于所述封闭区域外部，由此，所述用于修改的工具(60)安排用于将所述搜索窗口下限确定为等于所述至少两个点的所估计的码相位偏移中最小的偏移减去所述卫星时间参考数据的所述误差。

20.如权利要求15到19中任一项所述的布置，其中，所述无线通信系统通过发射数据帧进行操作。

21.如权利要求15到20中任一项所述的布置，其中，所述卫星是全球定位系统卫星。

22.一种用于确定移动终端(10)的位置的布置，所述布置包括：

用于如权利要求15到21中任一项所述提供帮助的布置；

用于处理与通过使用所修改的搜索窗口来登记所述卫星测距信号(22A-E)有关的数据的工具(54；58)；以及

用于通过使用所述卫星测距信号(22A-E)来确定所述移动终端(10)的位置的工具(70)。

23.一种包括如权利要求15到21中任一项所述的布置的移动终端(10)，其中，所述粗略定位工具包括用于接收限定所述封闭区域的数据的接收机(64)，以及其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(56)。

24.一种包括如权利要求22所述的布置的移动终端(10)，其中，所述粗略定位工具包括用于接收界定所述封闭区域的数据的接收机(64)，其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(56)，以及其中，所述用于处理的工具包括用于登记所述卫星测距信号的工具(54)。

25.一种无线通信系统，包括：

如权利要求23所述的移动终端(10)；

用于处理与通过使用所修改的搜索窗口来登记所述卫星测距信号(22A-E)有关的数据的工具(54；58)；以及

用于通过使用所述卫星测距信号(22A-E)来确定所述移动终端(10)的位置的工具(70)。

26.如权利要求25所述的无线通信系统，其中，所述用于确定的工具(70)位于移动通信系统节点中，并且所述用于处理的工具包括用于接收与在所述移动终端(10)中登记的卫星测距信号有关的数据的接收机(58)。

27.一种无线通信系统，包括：

如权利要求24所述的移动终端(10)。

28.如权利要求25到27中任一项所述的无线通信系统，其中，所述卫星位置数据和卫星时间参考数据在所述无线通信系统中通过控制信令传递。

29.如权利要求25或27所述的无线通信系统，其中，所述卫星位置数据和卫星时间参考数据作为数据分组通过所述无线通信系统的用户平面传递。

30.一种包括如权利要求15到22中任一项所述的布置的无线通信系统节点(15)。

31.如权利要求30所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述用于提供卫星位置数据和卫星时间参考数据的工具包括用于接收由参考节点(18)提供的卫星位置数据和卫星时间参考数据的接收机(13)。

32.如权利要求31所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述参考节点(18)包括位于不同位置的精准时间辅助部分(21)和卫星位置辅助部分(23)。

33.如权利要求31或32所述的无线通信系统节点(15)，其中，所述参考节点(18)的至少一部分的位置与所述无线电基站(14)有关。

34.如权利要求30到33中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述粗略定位工具包括用于确定所述无线通信系统的其中连接所述移动终端(10)的小区区域的工具(62)。

35.如权利要求30到33中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述用于确定所述封闭区域的工具包括用于测量所述移动终端(10)与所述基站(14)之间的时间传播时间的工具(62)。

36.如权利要求25-29中任一项所述的无线通信系统，包括如权利要求15到22中任一项所述的布置，包括如权利要求23或24所述的移动终端或包括如权利要求30到35中任一项所述的无线通信系统节点，其中，所述无线通信系统是从以下列表中选择的系统：

WCDMA系统；

CDMA-2000系统；

GSM系统。

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