Способ и устройство для оптимизации определения местоположения на основе gps в присутствии изменяющейся во времени ошибки частоты

Изобретение относится к системам связи, а конкретно - к определению местоположения беспроводного устройства связи в системе связи с множественным доступом на основе кодового разделения каналов. Достигаемым техническим результатом является повышение точности определения местоположения подвижной станции или беспроводного устройства связи. Предложенный способ оптимизации определения местоположения на основе GPS в присутствии изменяющейся во времени ошибки частоты заключается в том, что непрерывно измеряют и/или вычисляют результирующий доплеровский сдвиг GPS и доплеровский сдвиг кода CDMA, а затем минимизируют их отрицательные влияния на определение местоположения путем рецентрирования окон доплеровского поиска GPS на основе значения доплеровского сдвига GPS, а также использования значения доплеровского сдвига GPS и доплеровского сдвига кода CDMA для правильного распространения измерений псевдорасстояния GPS и AFLT измерений контрольной фазы, соответственно, на общее время до их использования в механизме определения местоположения. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Приоритет настоящей заявки заявлен на основании даты подачи предварительной заявки на патент США № 60/420583 от 22 октября 2002 г. и предварительной заявки на патент США № 60/440960 от 16 января 2003 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам связи и, более конкретно, к системам и способам для определения местоположения беспроводного устройства связи в системе связи с множественным доступом на основе кодового разделения каналов.

Уровень техники

Системы подвижной связи предлагают все более усовершенствованные возможности для определения местоположения подвижного терминала сети. Установленные законом нормативные требования могут требовать от оператора сети сообщать местонахождение подвижного терминала, когда он посылает вызов в службу спасения, например службу 911 в США. В цифровой сотовой сети системы многостанционного доступа на основе кодового разделения каналов (CDMA) возможность определения местоположения может обеспечиваться с помощью усовершенствованного метода триангуляции на прямом канале связи (AFLT), согласно которому местоположение подвижной станции (ПС) вычисляется из измеренного подвижной станцией времени прихода радиосигналов от базовых станций (БС). Еще более совершенным методом является гибридное определение местоположения, при котором подвижная станция использует приемник Глобальной системы определения местоположения (GPS), и ее местоположение вычисляется как из измерений AFLT, так и GPS. В другом применении этого гибридного метода время, полученное из сотовой сети, синхронизированной с GPS, используется для получения измерений GPS и вычисления местоположения подвижной станции.

В современные подвижные терминалы встраиваются GPS-приемники, чтобы повысить точность определения местоположения подвижного терминала. GPS-приемники могут быть автономными (самостоятельными) и выполнять все функции захвата GPS и вычисления местоположения, или же они могут быть неавтономными (с радиоподдержкой) и функционировать на основе сотовой сети, чтобы обеспечивать данные захвата GPS и, возможно, выполнять вычисления местоположения. При получении данных помощи GPS от сети подвижный терминал с возможностью GPS может получать данные времени и положения от спутников GPS за время около 10 секунд или меньше во время обычного телефонного вызова. Многие, если не большинство, беспроводных телефонов CDMA с функцией GPS предположительно будут GPS-приемниками с радиоподдержкой, обладающими гибридной возможностью предоставления информации GPS и AFLT о местоположении после запроса обслуживающей базовой станции, которая обрабатывает вызов от беспроводного телефона. Сеанс определения местоположения может осуществляться с помощью ПС или в самой ПС в зависимости от того, где происходит вычисление местоположения. В случае определения с помощью ПС подвижная станция посылает необработанные или предварительно обработанные данные измерений обратно базовой станции. Затем сетевой узел вычисляет местоположение. В случае определения в ПС вычисление местоположения выполняется в подвижной станции.

Протоколы и форматы сообщений для определения местоположения CDMA с использованием AFLT, GPS и гибридных приемников, применимых как в случае определения с помощью ПС, так и в самой ПС, были опубликованы в стандарте TIA/EIA IS-801-1 2001, озаглавленном "Стандарт службы определения местоположения для двухрежимных систем с расширением спектра".

В другом способе измерения для определения местоположения выполняются сетевым узлом, а не подвижной станцией. Примером таких сетевых способов является измерение RTD, выполняемое обслуживающими базовыми станциями. Измерения, выполняемые подвижной станцией, можно объединить с сетевыми измерениями, чтобы повысить доступность и точность вычислений местоположения.

Раскрытие изобретения

На точность определения местоположения подвижной станции или беспроводного устройства связи могут отрицательно влиять большие доплеровские сдвиги GPS, а это, в свою очередь, может сказаться на доплеровских оценках GPS и доплеровских измерениях GPS, выполняемых беспроводным устройством связи. Качество доплеровских измерений GPS имеет очень большое значение для определения местоположения, так как некачественные измерения могут препятствовать захвату спутников беспроводными устройствами связи в наиболее чувствительных режимах с узким диапазоном частот, а это приводит к снижению эффективности измерений GPS. Большой неучтенный доплеровский сдвиг в GPS измерениях также отрицательно влияет на точность определения местоположения из-за отрицательного влияния на распространение времени измерения кодовой фазы GPS на общее время. Этот эффект представляет самую серьезную проблему в случае больших окон поиска. Кроме того, низкое качество доплеровских измерений также прямо влияет на оценку скорости беспроводного устройства связи.

Также разработчики микротелефонов могут использовать системы ФАПЧ, преднамеренно выполненные со статическими ошибками в выходной частоте. Кроме того, эти статические сдвиги частоты могут быть различными в зависимости от выходной частоты системы ФАПЧ. Хотя такие зависимые от частоты канала CDMA сдвиги могут не влиять на характеристики CDMA, они будут оказывать такой же эффект на работу GPS, как и доплеровский сдвиг GPS, описанный выше. Кроме того, они дополнительно снижают точность определения местоположения за счет отрицательного влияния на распространение AFLT измерения кодовой фазы на обычное время до их использования в механизме определения местоположения.

Учитывая эти проблемы, согласно основному аспекту настоящего изобретения предложен способ определения центра окна поиска для поиска спутника GPS, заключающийся в том, что непрерывно измеряют и/или вычисляют доплеровский сдвиг GPS, а затем минимизируют отрицательные эффекты доплеровского сдвига GPS в отношении определения местоположения посредством центрирования и рецентрирования окон доплеровского поиска GPS на основании величины доплеровского сдвига GPS.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ учета величины доплеровского сдвига GPS во время распространения времени измерений кодовой фазы GPS на общее время до сообщения измерений кодовой фазы в узел определения местоположения (УОМ) в сообщении измерения псевдорасстояния (ИПР), или до использования измерений GPS в вычислении определения местоположения в беспроводном устройстве.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ учета остаточного доплеровского сдвига кода CDMA во время распространения AFLT измерений кодовой фазы на общее время до сообщения измерений кодовой фазы в узел определения местоположения (УОМ) в сообщении с измерением контрольной фазы (ИКФ) и/или перед использованием AFLT измерений в собственном механизме определения местоположения беспроводного устройства.

Захват спутника в наиболее чувствительном режиме с узким диапазоном частот достигается путем рецентрирования окна доплеровского поиска GPS на основании величин доплеровского сдвига GPS. Повышение точности определения местоположения достигается за счет учета соответствующих величин доплеровского сдвига во время распространения времени GPS и AFLT измерений кодовой фазы на общее время. Эти усовершенствования обеспечивают повышение эффективности измерений псевдорасстояния и точности местоположения в предложенной системе отслеживания и определения местоположения беспроводного устройства связи.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем будут более подробно описаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами и на которых

фиг.1 иллюстрирует распространение времени измерения кодовой фазы на один GPS-визит,

фиг.2а иллюстрирует распространение времени измерения кодовой фазы GPS назад на множество GPS-визитов, и

фиг.2b иллюстрирует распространение времени измерения кодовой фазы GPS вперед на множество GPS-визитов.

Осуществление изобретения

В дальнейшем будут описаны новый усовершенствованный способ и устройство для выполнения определения местоположения в системе беспроводной связи. Примерный вариант будет описан в контексте цифровой сотовой телефонной системы. Хотя использование в этом контексте является предпочтительным, в различных условиях или конфигурациях могут быть применены другие варианты изобретения.

Обычно группировка GPS состоит из 24 спутников: 21 космический аппарат (КА), используемый для навигации, и 3 запасных. Каждый КА имеет часы, которые синхронизируются со временем GPS посредством контролирования наземных станций. Для определения положения во времени GPS-приемник обрабатывает сигналы, полученные от нескольких спутников. Необходимо использовать по меньшей мере четыре спутника для решения 4 неизвестных, таких как Х, У, Z и время. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено применением какого-либо конкретного вида глобальной спутниковой системы для помощи в определении местоположения.

Обычно для осуществления настоящего изобретения с любым видом системы беспроводной связи, таким как сотовая телефонная сеть TDMA, целесообразно обратиться к применяемым в данной отрасли стандартам за описаниями, касающимися совместимых служб определения местоположения. Например, следующее подробное описание относится к стандарту TIA/EIA IS-801-1 2001 "Стандарт услуги определения местоположения для двухрежимных систем с расширением спектра", который особенно подходит для сети CDMA с использованием AFLT и GPS. Стандарт TIA/EIA ANSI-136 (Позиционирование подвижного средства связи с помощью системы через спутники) адаптирован к цифровым PCS системам TDMA в США. Стандарты проекта по сотрудничеству третьего поколения 3GPP TS 04.31 и TS 25.331 на Услуги определения местоположения (LCS)(позиционирование UE с использованием OTDOA) адаптированы к Европейским беспроводным телекоммуникационным сетям GSM.

Были определены две причины, которые, вероятно, вызывают сдвиги доплеровских измерений GPS, независимые от канала CDMA. Одна причина заключается в вызванном температурой уходе выходной частоты управляемого напряжением и управляемого температурой генератора (УНУТГ), обусловленном выключением усилителя мощности (УМ) во время переключения с CDMA на GPS. Другая причина заключается в сдвигах управляющего напряжения Vdd (TRK_LO_ADJ) УНУТГ в установившемся режиме, которые наиболее вероятно вызваны изменениями в токах нагрузки.

В беспроводных телекоммуникационных сетях для отслеживания любых сдвигов несущей частоты используются контуры контролирования частоты в беспроводных устройствах или подвижных станциях. Это исключает проблему любого ухода частоты УНУТГ или сдвигов управляющего напряжения (TRK_LO_ADJ) УНУТГ. Несмотря на то, что это верно, когда беспроводные устройства работают в режиме CDMA, это не обязательно верно, когда беспроводное устройство работает в режиме GPS. При работе с радиоуправлением контур контролирования частоты отключается во время GPS обработки, так как беспроводное устройство постоянно находится в режиме захвата. Это означает, что УНУТГ работает несинхронизированно, когда настройка приемника уходит с диапазона CDMA и пока он обрабатывает сигналы GPS. Поэтому возникающий дрейф на гетеродинах или любые сдвиги TRK_LO_ADJ Vdd будут прямо влиять на доплеровскую оценку GPS. При автономной работе устройство демодулирует сигнал GPS, и хотя при этом становится возможным отслеживание частоты, оно не гарантировано для всех рабочих условий. В отсутствие отслеживания частоты УНУТГ снова будет работать несинхронизированно и результирующий температурный дрейф и сдвиги TRK_LO_ADJ снова будут влиять на доплеровскую оценку GPS.

Чтобы уменьшить вызванный температурой систематический дрейф УНУТГ, от производителей УНУТГ требуется повысить максимальную температурную стабильность УНУТГ, а производители беспроводных устройств должны решить конструктивные проблемы, чтобы снизить температурные градиенты на УНУТГ. Примерами решения конструктивных проблем может быть размещение УМ как можно дальше от УНУТГ, включение изолирующих средств в корпус беспроводного устройства и добавление изоляционного материала на УНУТГ или вокруг него. Тем не менее максимальный наклон температурной стабильности УНУТГ становится все больше, учитывая отраслевую тенденцию к уменьшению размеров УНУТГ, поэтому требуется использовать цифровые УНУТГ с цифровой температурной компенсацией. Еще одной отраслевой тенденцией является разработка беспроводных устройств с меньшими форм-факторами, что делает упомянутые выше конструктивные решения неэффективными для уменьшения температурных градиентов на УНУТГ.

Кроме того, не ясно, сможет ли любой коммерчески доступный регулятор уменьшить сдвиги управляющего напряжения Vdd УНУТГ, обусловленные изменениями в токах нагрузки. Таким образом, предложенная схема коррекции доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, является эффективным и реальным средством для непрерывного измерения доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, и уменьшения его отрицательных эффектов за счет центрирования или рецентрирования окон доплеровского поиска GPS, соответственно, а также учета доплеровского сдвига GPS во время распространения измерений GPS на общее время.

Известно, что некоторые конструкторы беспроводных устройств могут использовать системы ФАПЧ, специально сконструированные со статическими ошибками выходной частоты. Хотя эти зависимые от частоты канала CDMA сдвиги могут не влиять на функционирование CDMA, они будут трансформироваться в зависимый от канала CDMA доплеровский сдвиг GPS с тем же влиянием на характеристики GPS, что и независимый от канала CDMA доплеровский сдвиг, описанный выше, и поэтому ими нельзя пренебречь. Кроме того, они будут дополнительно ухудшать точность определения местоположения из-за отрицательного влияния на распространение AFLT измерения кодовой фазы на общее время до их использования в механизме определения местоположения.

Более конкретно, в режиме CDMA эти ошибки частоты будут отслеживаться контурами контролирования частоты с применением соответствующей коррекции к TRK_LO_ADJ и использованием контуров контролирования времени для отслеживания результирующего доплеровского сдвига кода CDMA для демодуляции CDMA. Однако современный AFLT поиск не включает в себя контролирование времени, что приводит к доплеровской ошибке в CDMA коде в AFLT измерениях в присутствии таких преднамеренно введенных сдвигов, зависящих от частоты CDMA. Кроме того, в режиме GPS контуры контролирования частоты открыты и TRK_LO_ADJ заморожена на ее CDMA значениях, а эта ситуация является противоположной упомянутой выше преднамеренно введенной ошибке частоты CDMA. Следовательно, эта ошибка также трансформируется в доплеровский сдвиг GPS, зависимый от канала CDMA, в GPS измерениях псевдорасстояния. Таким образом, как GPS измерения псевдорасстояния, так и AFLT измерения контрольной фазы будут иметь соответствующие проявления доплеровского сдвига, зависимого от канала CDMA, который невозможно скорректировать в современных конфигурациях беспроводных устройств или схеме коррекции доплеровского сдвига, независимого от канала CDMA.

Поэтому такой конкретный доплеровский сдвиг назван доплеровским сдвигом, зависимым от канала CDMA, и его можно вычислить программными средствами на основе частоты UHF LO PLL и коэффициента делителя для этого канала CDMA. При этом вычисленный программными средствами зависимый от CDMA доплеровский сдвиг можно использовать вместе с независимым от канала CDMA доплеровским сдвигом, как обсуждалось выше, для рецентрирования окон доплеровского поиска GPS и распространить на измерения кодовых фаз как GPS, так и AFLT, как будет описано ниже.

Таким образом, согласно настоящему изобретению схема коррекции доплеровского сдвига измерений CDMA заключается в том, что непрерывно измеряют и/или вычисляют независимый и/или зависимый от канала CDMA доплеровский сдвиг, затем соответственно рецентрируют окна доплеровского поиска GPS, и учитывают этот сдвиг во время GPS, а в случае зависимого от канала CDMA доплеровского сдвига также и во время распространения времени AFLT измерения кодовой фазы на общее время. Также суммарный доплеровский сдвиг GPS вычитается из измеренного доплеровского сдвига GPS до его передачи в сообщении IS-801.1 ИПР в УОМ для режима с помощью ПС, или до использования в механизме определения местоположения и/или скорости в беспроводном устройстве для режима определения в ПС или автономного режима.

Измеренный независимый от канала CDMA доплеровский сдвиг сохраняют в энергонезависимой (ЭН) памяти беспроводного устройства как ЭН элемент, названный ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ. Вычисленный зависимый от канала CDMA доплеровский сдвиг нормируют по частоте канала CDMA и затем сохраняют в энергозависимой памяти беспроводного устройства как переменную ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ, которая будет затем использоваться вместе с ЭН элементом ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ для рецентрирования окон доплеровского поиска GPS для всех режимов поиска GPS, а также правильного распространения GPS и AFLT измерений кодовой фазы на общее время до их использования в вычислении определения местоположения. Это рецентрирование окон доплеровского поиска GPS и распространение измерений кодовой фазы на общее время с помощью ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ учитывает зависимую от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS, позволяя ЭН элементу сохранять независимую от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS.

Согласно настоящему изобретению, контуры схемы коррекции независимого от канала CDMA доплеровского сдвига включают в себя открытый контур коррекции и закрытый контур коррекции. Открытый контур коррекции включает в себя калибровку величины доплеровского сдвига GPS беспроводного устройства и сохранение его в энергонезависимой памяти беспроводного устройства как ЭН элемента, названного ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ. Закрытый контур коррекции включает в себя использование отфильтрованной версии СИНХРО_ДРЕЙФ, если она имеется, и если беспроводное устройство неподвижное (т.е. согласно одному варианту, его скорость не превышает десять километров в час), взвешенной по неуверенности местоположения для обновления ЭН элемента. СИНХРО_ДРЕЙФ, неуверенность местоположения и информация скорости подаются в беспроводное устройство в ответе от УОМ и потоках вызова при определении с помощью ПС, или могут аналогично вычисляться в самом беспроводном устройстве в случае определения в ПС или автономном случае. СИНХРО_ДРЕЙФ вычисляют на основании, по меньшей мере, четырех измерений GPS. Другая версия закрытого контура коррекции представляет собой отфильтрованную версию среднего доплеровского сдвига для всех действительных сообщенных измерений, которую можно взвесить измеренными C/N. Ее также можно использовать для обновления ЭН элемента, если СИНХРО_ДРЕЙФ не доступен, и если обнаружено больше, чем определенное количество действительных спутников, и беспроводное устройство неподвижное, например его оценочная скорость не превышает десяти километров в час. Согласно изобретению, доплеровский сдвиг GPS измерений псевдорасстояния представляет собой разность между измеренным доплеровским сдвигом и распространенным доплеровским сдвигом, оцененным для конкретного спутника либо УОМ в потоках вызова при определении с помощью ПС (переданных в беспроводное устройство в сообщении Помощь захвата), либо самим беспроводным устройством в случае определения в ПС и в автономном случае. Затем определяют среднее для всех действительных измерений. Действительными измерениями являются наилучшие измерения, которые прошли проверки на ложную тревогу, шум, помехи, взаимную корреляцию и некоторые другие проверки, чтобы отфильтровать плохие измерения.

Фильтрацию осуществляют через БИХ-фильтр следующей формы y(n)=(1-b)*y(n-1)+a*x(n), где а - программируемое, y(n) - новое значение, y(n-1) - старое значение ЭН элемента доплеровского сдвига, и х(n) - взвешенный СИНХРО_ДРЕЙФ, в этом случае b=0, или средний доплеровский сдвиг всех сообщенных измерений, как обсуждалось выше, в этом случае b=а. Следует отметить, что для мгновенного изменения х(n) применяется проверка, а именно если х(n) становится больше, чем некоторое предварительно определенное значение Хо, то ЭН элемент будет обновляться с Хо, где значение Хо оптимизировано и различное для режимов захвата и слежения.

Предложенный способ коррекции доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, имеет два разных режима, а именно: режим захвата и режим слежения. Режим захвата используется, чтобы ускорить подгонку ЭН элемента доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, к значению отдельного беспроводного устройства во время первоначального использования беспроводного устройства с GPS. В режиме захвата используется более короткая постоянная времени захвата для БИХ, и окна доплеровского поиска можно рецентрировать для наиболее чувствительных режимов с узким пространством поиска частоты на основании среднего измеренного доплеровского сдвига действительных спутников, обнаруженных в более мелких режимах с более широким пространством поиска частоты, взвешенного измеренными C/N, при условии, что обнаружено более Х спутников и беспроводное устройство является неподвижным. Действительные спутники включают в себя измеренные пики, которые прошли проверки на ложную тревогу, шум, помехи, взаимные корреляции или другие проверки.

Режим слежения используется в обычной работе для отслеживания любых отклонений среднего доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, и в этом режиме применяется более продолжительная постоянная времени отслеживания для БИХ.

Счетчик в ЭН памяти беспроводного устройства отслеживает, сколько раз выполняется режим захвата. Режим захвата переключается на режим слежения после достижения счетчиком заданного значения, которое в одном варианте равно приблизительно четырем постоянным времени захвата БИХ. Согласно настоящему изобретению, схема коррекции доплеровского сдвига, независимого от канала CDMA, отличается при режиме фабричной проверки, который ограничен только механизмом открытого контура, так как в фабричном режиме не выполняются переключения режимов обновления, захвата и отслеживания ЭН элемента. Кроме того, переменная энергозависимой памяти, которая инициализируется значением ЭН элемента, может использоваться для ситуации с закрытым контуром, в которой эта переменная энергозависимой памяти будет обновляться с состоянием БИХ на основании среднего доплеровского сдвига для всех сообщенных действительных измерений, а затем использоваться для рецентрирования окон поиска для более мелких режимов с более широким пространством поиска частоты. Для наиболее чувствительных режимов с узким пространством поиска частоты рецентрирование доплеровского окна может быть основано на среднем измеренном доплеровском сдвиге действительных спутников, которые были обнаружены при более мелких режимах с более широким пространством поиска частоты, аналогично рецентрированию окон доплеровского поиска, использованных в режиме захвата. Следует отметить, что постоянная времени фабричного режима проверки БИХ может отличаться от нормального режима, и Х может быть установлен на ноль.

В одном варианте используется всего одно начальное время измерения, даже если измерение может осуществляться в различное время. Это требование налагается стандартом IS-801.1. Для каждого измерения существует ВРЕМЯ_ИЗМЕР, предоставленное процессором цифровых сигналов (ПЦС), которое представляет собой время, когда выполнялись измерения. GPS и AFLT измерения кодовой фазы следует распространить на общее время до того, как сообщить их в измерениях псевдорасстояния и контрольной фазы в сообщениях IS-801.1, соответственно, или до использования в механизме определения местоположения, даже если потребуется один или более визитов для завершения этого поиска. В этом конкретном варианте выбранным общим временем является C/N-взвешенное среднее для всех моментов времени измерения GPS, которые квантованы до наиболее близкого времени начала GPS визита.

Ошибки распространения GPS и AFLT измерений кодовой фазы на общее время ВРЕМЯ_РЕФ непосредственно увеличивают ошибки вычисления местоположения беспроводного устройства. Доплеровский сдвиг, использованный в распространении времени, является измеренным доплеровским сдвигом, а не предсказанным, и поэтому любые ошибки измеренного доплеровского сдвига будут прямо влиять на точность местоположения. Этот результат особенно хорошо выражен в сценариях с большими окнами, в которых максимальное время сеанса тридцать секунд может привести (например, при неучтенной ошибке независимого от канала CDMA доплеровского сдвига GPS величиной 10 Гц) к ошибке местоположения 57 метров (в предположении ДОП=2).

Измеренная кодовая фаза GPS и измеренный доплеровский сдвиг GPS для конкретного спутника в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР представлены чипами GPS измер_код_фаза и допл_измер в Гц, соответственно. Чтобы оценить эту кодовую фазу в некоторый другой момент времени, необходимо использовать измеренную беспроводным устройством доплеровскую частоту, допл_измер, измеряемую в Гц в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, или предсказанный доплеровский сдвиг первого порядка (ДОПЛЕР1, измеряемый в Гц в секунду), предоставленные в сообщении Помощь захвату из УОМ (в случае определения с помощью ПС) или предсказанные беспроводным устройством (в случае определения в самой ПС и автономном случае).

Для распространения измерения кодовой фазы GPS на общее время, ВРЕМЯ_РЕФ, в отсутствие доплеровского сдвига GPS используется следующее уравнение:

распрост_код_фаза(ВРЕМЯ_РЕФ)=измер_код_фаза(ВРЕМЯ_ИЗМЕР)+

·Δt·допл_измер(Δt) (Уравнение 1)

где Δt = ВРЕМЯ_РЕФ - ВРЕМЯ_ИЗМЕР (секунд) и

допл_измер(х)=допл_измер +

в то время как f_L1 - частота GPS L1=1,57542 ГГц и - частота чипов GPS=1,023 МГц.

Можно заметить, что, если время распространения Δt большое и если также есть большой компонент ошибки в допл_измер в результате доплеровского сдвига измерений GPS, как обсуждалось выше, то эти факторы объединяются, что приводит к большой ошибке распространенной кодовой фазы GPS. Следует отметить, что время распространения Δt будет большим, когда сеанс GPS превышает время, выделенное одному визиту GPS, например приблизительно две секунды, поэтому его следует разделить на несколько визитов GPS. Между визитами GPS и в силу конструктивных причин беспроводное устройство должно обратно настроиться на режим CDMA. Минимальное время обратной настройки на CDMA, определенное так, чтобы уменьшить частоту потери вызова и влияние на качество речевого сигнала, составляет приблизительно две секунды. Самое большое возможное время распространения равно максимально разрешенному времени сеанса GPS, т.е. приблизительно тридцати секундам.

Чтобы лучше пояснить принцип нарастания ошибки кодовой фазы GPS в результате доплеровского сдвига измерений GPS, следует отметить, что измеренный доплеровский сдвиг GPS будет состоять из истинного доплеровского сдвига GPS, который в идеале очень похож на прогнозированный доплеровский сдвиг GPS, и нежелательного доплеровского сдвига GPS. Истинный доплеровский сдвиг GPS будет иметь место как при визите GPS, так и при обратной настройке на CDMA, так как он отражает движение спутника, происходящее при визитах GPS и CDMA. В результате, истинный доплеровский сдвиг GPS используется в уравнении распространения во всем периоде Δt. Доплеровский сдвиг GPS может состоять из доплеровского сдвига, независимого от канала CDMA и/или зависимого от канала CDMA; доплеровский сдвиг GPS, зависимый от канала CDMA, будет также иметь место при визитах GPS и CDMA, так как значение УНУТГ будет сдвинуто на величину преднамеренно введенной ошибки частоты в режимах CDMA и GPS. С другой стороны, доплеровский сдвиг GPS, независимый от канала CDMA, имеет место только во время визитов GPS, но не обратной настройки на CDMA. Это обусловлено тем, что во время обратной настройки на CDMA включен контур контролирования частоты, который приводит любой остаточный независимый от канала CDMA доплеровский сдвиг к 0 Гц. В результате независимый от канала CDMA доплеровский сдвиг не следует использовать в течение всего периода распространения Δt, а только при распространении на визиты GPS.

Учитывая возможное присутствие доплеровского сдвига GPS допл_сдвиг в измеренном доплеровском сдвиге GPS в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, мы можем записать:

допл_измер = допл_истин + допл_сдвиг = допл_истин + ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ + f_L1∗ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ,

где ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ - независимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS в Гц в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, а ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ - зависимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, нормированная по частоте канала CDMA, при которой она вычислена, и допл_истин - истинный доплеровский сдвиг GPS в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР.

Далее обозначим М последовательных обратных настроек на CDMA между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР как обратные CDMA настройки 1,2,… М, где обратная CDMA настройка 1 - это обратная настройка на CDMA, самая близкая по времени к ВРЕМЯ_РЕФ, обратная CDMA настройка 2 - это следующая обратная настройка на CDMA, самая близкая по времени к ВРЕМЯ_РЕФ, и так далее, а обратная CDMA настройка М - это обратная настройка на CDMA, ближайшая по времени к ВРЕМЯ_ИЗМЕР. Обозначим последовательные временные границы этих обратных настроек CDMA как t_1,2,…2M.

Из этого следует, что если распространение измерений кодовой фазы происходит назад по времени, т.е. от ВРЕМЯ_ИЗМЕР к некоторому более раннему ВРЕМЯ_РЕФ (т.е. ВРЕМЯ_РЕФ<ВРЕМЯ_ИЗМЕР), как показано на фиг.2а, то маркировка М последовательных обратных CDMA настроек между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР совпадает с их порядком во времени, т.е. обратная CDMA настройка 1 будет первой, а обратная CDMA настройка М будет последней CDMA настройкой по времени. В этом случае t_1,2,…,2M представляет время начала и время конца этих обратных настроек на CDMA. Если же измерения кодовой фазы GPS должны распространяться вперед по времени, т.е. от времени ВРЕМЯ_ИЗМЕР к некоторому более позднему времени ВРЕМЯ_РЕФ (т.е. ВРЕМЯ_РЕФ>ВРЕМЯ_ИЗМЕР), как показано на фиг.2b, то маркировка М последовательных обратных CDMA настроек между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР будет противоположной их порядку во времени. А именно, обратная CDMA настройка 1 теперь будет последней, а обратная CDMA настройка М будет первой обратной настройкой на CDMA по времени, а t_1,2,...,2M теперь представляет время их конца и начала.

На фиг.1 и 2а проиллюстрировано распространение измерений кодовой фазы GPS назад по времени на более раннее ВРЕМЯ_РЕФ, как будет более подробно описано ниже. Фиг.2b иллюстрирует распространение вперед по времени на более позднее время ВРЕМЯ_РЕФ и включена для пояснения использованных определений. Для простоты на всех фигурах принято допущение, что ДОПЛЕР1 равно 0.

Используя приведенные выше определения, мы может записать следующее:

Δt_CDMA = часть Δt, потраченного на обратные настройки на CDMA =

=

Δt_GPS - часть Δt, потраченная на GPS визиты = Δt-Δt_CDMA.

Следует отметить, что для GPS сеанса, состоящего всего из одного GPS визита, т.е. М=0,

Δt_CDMA =0, и

Δt_GPS=Δt=ВРЕМЯ_РЕФ-ВРЕМЯ_ИЗМЕР.

Обратите внимание, что, как было определено, все Δt, Δt_GPS и Δt_CDMA могут иметь положительные или отрицательные значения, в зависимости от того, распространяются ли измерения вперед (т.е. ВРЕМЯ_РЕФ>ВРЕМЯ_ИЗМЕР) или назад (т.е. ВРЕМЯ_РЕФ<ВРЕМЯ_ИЗМЕР) по времени.

Сначала допустим, что как доплеровский сдвиг GPS, независимый от CDMA, так доплеровский сдвиг, зависимый от CDMA, являются постоянными во время всего сеанса GPS, когда они присутствуют, тогда уравнение для распространения измерений кодовой фазы GPS будет иметь форму

Так как ПС измеряет суммарный доплеровский сдвиг GPS в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, а не допл_истин, все вычисления в ПС будут в единицах суммарного измеренного доплеровского сдвига GPS, допл_изм. Выразив приведенное выше уравнение в единицах суммарного измеренного доплеровского сдвига GPS, получим:

Следует отметить, что оба уравнения 1 и 2 одинаково хорошо работают в ситуации с одним визитом GPS, так как в этой ситуации распространение измерения не производится ни в одной обратной настройке на CDMA, т.е. Δt_CDMA=0. Однако в случае с множеством визитов уравнение 1 будет давать ошибку в распространенной кодовой фазе, которая будет равна

Ошибка[чипы GPS]=-Δt_CDMA··ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ (Уравнение 3)

Чтобы дополнительно проиллюстрировать этот момент, на фиг.1 и 2 показаны распространения кодовой фазы GPS назад по времени для сеанса, состоящего из одного и нескольких GPS визитов, соответственно. Для простоты в этом примере примем, что ДОПЛЕР1 равно нулю. Чтобы допустить максимальное время распространения, ВРЕМЯ_РЕФ выбрано начальным, а ВРЕМЯ_ИЗМЕР - конечным в GPS визите для случая с одним сеансом GPS визита, как показано на фиг.1, и в начале первого и конце последнего визита GPS для случая с множеством сеансов визитов, соответственно, показанного на фиг.2а.

Фиг.1 иллюстрирует, что оба уравнения 1 и 2 дают правильный ответ для распр_код_фаза в случае с одним сеансом визита GPS. Тем не менее, в случае с множеством сеансов визитов GPS, как показано на фиг.2а, уравнение 1 недооценит распр_код_фаза на величину ошибки, данную в уравнении 3. Для определения величины этой ошибки допустим, что ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ равно 10 Гц, а ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ равно 0 Гц. Для 7 обратных настроек на CDMA во время этого сеанса GPS Δt_CDMA = 14 секунд, как показано на фиг.2а, что дает в результате ошибку распространения кодовой фазы 0,0909 чипов GPS, или эквивалентно 26,66 метров, при допущении ДОП=1, или 53,23 метра при допущении ДОП=2, если используется уравнение 1, а не уравнение 2 для распространения кодовой фазы GPS.

Кроме того, следует отметить, что в уравнениях 2 и 3, а также на всех фигурах использовано допущение, что доплеровский сдвиг остается постоянным в течение всей продолжительности сеанса GPS, т.е. при множестве GPS визитов для доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, и для множества GPS визитов и обратных настроек на CDMA для доплеровского сдвига GPS, зависимого от канала CDMA. Следует отметить, что это может быть не обязательно верным для части доплеровского сдвига GPS, зависимого от канала CDMA, так как беспроводное устройство может находиться в состоянии переключения частоты во время обратной настройки на CDMA в любом сеансе. Поэтому, если мы допустим, что имеет место N переключений частоты CDMA во время сеанса GPS, зависимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS может измениться N раз. Используя соответствующую номенклатуру, мы можем обозначить N последовательных переключений частоты CDMA между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР, если они имеют место, как переключения частоты 1,2,…, N, где переключение 1 частоты CDMA является переключением частоты CDMA, ближайшим по времени к ВРЕМЯ_РЕФ, переключение 2 частоты CDMA является следующим ближайшим по времени к ВРЕМЯ_РЕФ, и так далее, а переключение N частоты CDMA является ближайшим по времени к ВРЕМЯ_ИЗМЕР. При этом обозначает время, когда происходят переключения частоты CDMA 1,2,…,N. И, наконец, суммарный доплеровский сдвиг GPS и нормированная зависимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS между последовательными переключениями частоты CDMA i и (i+1) обозначены как допл_сдвиг_i и ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ_i, соответственно, так что суммарный доплеровский сдвиг GPS и зависимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига между ВРЕМЯ_РЕФ и обозначены как допл_сдвиг₀ и ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ₀, между и обозначены как допл_сдвиг₁ и ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ₁ и т.д., и, наконец, между и ВРЕМЯ_ИЗМЕР обозначены как допл_сдвиг_N и ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ_N, соответственно.

Эта выбранная для использования маркировка может не совпадать с действительной последовательностью во времени. При распространении GPS и AFLT измерений кодовой фазы назад во времени маркировка N последовательных переключений частоты CDMA и время их возникновения, а также маркировка соответствующих доплеровских сдвигов GPS совпадает с их порядком во времени, при этом переключение частоты CDMA 1, и допл_сдвиг₀ являются первыми, а переключение частоты CDMA N, и допл_сдвиг_N - последними во времени. Альтернативно, при распространении их вперед во времени, маркировка N последовательных переключений частоты CDMA между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР, их время и соответствующие доплеровские сдвиги GPS будут обратными их порядку во времени.

Используя приведенные выше определения, мы можем записать следующее:

где ЭН_ДОПЛЕР_СДВИГ - независимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS в Гц, принятая постоянной во всех GPS визитах во время всего сеанса GPS, и ДМСС_ДОПЛЕР_СДВИГ_i - зависимая от канала CDMA часть доплеровского сдвига GPS между i-ым и (i+1)-ым переключением частоты CDMA, нормированная по частоте CDMA, при которой она вычислена. При использовании приведенного выше определения уравнение 1а принимает форму:

Так как ПС измеряет суммарный доплеровский сдвиг GPS в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР, а не допл_измер, все вычисления в ПС будут в единицах суммарного измеренного доплеровского сдвига GPS, допл_измер. Выразив приведенное выше уравнение 3а в единицах измеренного доплеровского сдвига GPS, получим уравнение 2 в присутствии переключений частоты CDMA во время сеанса GPS в следующей форме:

Таким образом, в предложенном способе коррекции доплеровского сдвига GPS будет использоваться уравнение 4 для распространения измерений кодовой фазы GPS на общее время до их передачи в сообщении IS-801.1 ИПР в УОМ или до их использования в собственном механизме определения местоположения устройства.

И, наконец, в том случае, если проектировщики беспроводного устройства решат использовать системы ФАПЧ, преднамеренно имеющие статические ошибки в выходной частоте, AFLT измерения будут также испытывать доплеровский сдвиг кода, зависимый от канала CDMA. Чтобы гарантировать правильное распространение всех AFLT измерений на общее время до того, как сообщать их в УОМ через сообщение IS-801.1 ИПР или до их использования в механизме определения местоположения беспроводного устройства, этот доплеровский сдвиг кода CDMA необходимо учесть соответствующим образом согласно следующему уравнению:

распр_код_фаза_AFLT(ВРЕМЯ_РЕФ)=измер_код_фаза_AFLT(ВРЕМЯ_ИЗМЕР_AFLT)+

где AFLT - измеренная кодовая фаза для конкретного контрольного сигнала в момент ВРЕМЯ_ИЗМЕР_AFLT дана в CDMA чипах измер_код_фаза_AFLT, а кодовая фаза AFLT, распространенная на общее время ВРЕМЯ_РЕФ, дана в CDMA чипах распр_код_фаза_AFLT, N - количество переключений частоты CDMA между ВРЕМЯ_РЕФ и ВРЕМЯ_ИЗМЕР, и - время, при котором возникли эти переключения частоты CDMA 1,2,…,N, как было определено выше.

Описанный выше способ можно реализовать, например, посредством управления беспроводным устройством, чтобы оно выполняло последовательность машиночитаемых команд. Эти команды могут постоянно находиться в различных типах сред, несущих сигналы. В этом отношении один аспект настоящего изобретения относится к промышленному изделию, содержащему среду, несущую сигналы, материально реализующую программу машиночитаемых команд, исполняемых процессором цифровых сигналов, для выполнения способа определения местоположения приемопередатчика, используемого в сети синхронной связи с применением беспроводных линий связи.

Эта несущая сигнал среда может представлять собой, например, ОЗУ (не показано), содержащееся в сети связи. Альтернативно команды могут быть включены в другие несущие сигналы среды, такие как дискета для магнитного хранения данных или другая цифровая среда, прямо или косвенно доступная для беспроводного устройства или системы. Независимо от того, содержатся ли они в сети связи или еще где-либо, команды могут храниться на различных машиночитаемых средах хранения данных, таких как устройства хранения с прямым доступом, магнитная лента, электронное постоянное запоминающее устройство, оптическое запоминающее устройство или любые пригодные носители, несущие сигналы. В одном иллюстративном варианте изобретения машиночитаемые команды могут содержать строки компилированного языка программирования С или С++ или другого подходящего языка, обычно используемого программистами.

Были описаны способ и устройство для выполнения определения местоположения в системе беспроводной связи. Представленное выше описание предпочтительных вариантов позволит любому специалисту в данной области осуществить или использовать настоящее изобретение. Для специалистов будут очевидны различные модификации этих вариантов, а общие принципы изобретения можно применить к другим вариантам, не прибегая к творческим усилиям. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами, а имеет объем, соответствующий описанным принципам и новым существенным признакам.

1. Способ распространения измерений контрольной фазы метода триангуляции на прямом канале связи (AFLT) на общее время для определения местоположения беспроводного устройства, содержащий: определение доплеровского сдвига кода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), зависимого от канала CDMA, и учет доплеровского сдвига кода CDMA во время распространения времени AFLT измерений контрольной фазы на общее время до сообщения AFLT измерений контрольной фазы в узел определения местоположения (УОМ) или до использования AFLT измерений контрольной фазы в механизме определения местоположения в беспроводном устройстве.

2. Способ по п.1, в котором распространение AFLT измерений контрольной фазы определяют посредством непрерывного вычисления доплеровского сдвига кода CDMA.

3. Способ оптимизации определения местоположения беспроводного устройства связи на основе Глобальной системы определения местоположения (GPS) в присутствии изменяющейся во времени ошибки частоты, содержащий: определение величины доплеровского сдвига GPS, включающее в себя определение величины доплеровского сдвига кода CDMA, центририрование окна доплеровского поиска GPS на основании величины доплеровского сдвига GPS, коррекцию по величине доплеровского сдвига GPS во время распространения времени GPS измерений кодовой фазы на общее время и коррекцию по величине доплеровского сдвига кода CDMA во время распространения времени AFLT измерений кодовой фазы на общее время.

4. Способ по п.3, в котором величину доплеровского сдвига GPS вычитают из измеренной GPS доплеровской величины до сообщения измеренной GPS доплеровской величины в узел определения местоположения (УОМ) или до использования измеренной GPS доплеровской величины в механизме определения местоположения и/или скорости в беспроводном устройстве.

5. Способ оптимизации определения местоположения беспроводного устройства связи на основе GPS в присутствии изменяющейся во времени ошибки частоты, содержащий: определение величины доплеровского сдвига GPS, центрирование окна доплеровского поиска GPS на основании величины доплеровского сдвига GPS, коррекцию по величине доплеровского сдвига GPS во время распространения времени GPS измерений кодовой фазы на общее время, сохранение величины доплеровского сдвига, независимой от канала CDMA, в памяти сотового устройства, сохранение вычисленных величин доплеровского сдвига GPS, зависимых от канала CDMA, и доплеровского сдвига кода CDMA, при этом сохраненную величину доплеровского сдвига кода CDMA, зависимого от канала CDMA, используют для распространения AFLT измерений кодовой фазы на общее время, и использование величины доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, и величины доплеровского сдвига GPS, зависимого от канала CDMA, для рецентрирования окна доплеровского сдвига GPS для всех режимов поиска.

6. Способ по п.5, в котором величину доплеровского сдвига GPS, независимого от канала CDMA, и величину доплеровского сдвига GPS, зависимого от канала CDMA, используют для распространения измерений кодовой фазы GPS на общее время.

7. Беспроводное устройство связи для оптимизации определения местоположения беспроводного устройства связи на основе GPS в присутствии изменяющейся во времени ошибки частоты, содержащее: приемник для приема сигналов от базовой станции, причем сигналы включают в себя индикацию синхронизации спутника GPS, GPS-приемник и управляющий процессор, подключенный к приемнику и GPS-приемнику и выполненный с возможностью использования принятого времени спутника GPS для определения центра окна доплеровского поиска GPS для поиска данного спутника, причем центр окна доплеровского поиска GPS определяют путем определения суммарной величины доплеровского сдвига GPS и центрирования окна доплеровского поиска GPS на основании суммарной величины доплеровского сдвига GPS, при этом величина доплеровского сдвига кода CDMA, зависимого от канала CDMA, вычисляется и учитывается при распространении времени AFLT измерений кодовой фазы на общее время до сообщения AFLT измерений кодовой фазы в узел определения местоположения (УОМ) или использования AFLT измерений кодовой фазы в механизме определения местоположения беспроводного устройства.

8. Материальная среда хранения данных при определении местоположения беспроводного устройства связи, содержащая исполняемые данные, способные побудить программируемое устройство выполнять этапы: определения центра окна доплеровского поиска GPS для поиска спутника системы глобального определения местоположения (GPS), включающего в себя: определение величины доплеровского сдвига GPS, включающее в себя определение величины доплеровского сдвига кода CDMA; и центрирование окна доплеровского поиска GPS на основании величины доплеровского сдвига GPS; и учет доплеровского сдвига GPS и доплеровского сдвига кода CDMA при распространении GPS измерений псевдорасстояния и AFLT измерений контрольной фазы соответственно на общее время.

9. Материальная среда хранения данных по п.8, в которой окно доплеровского поиска GPS определяется посредством непрерывного измерения и/или вычисления величины доплеровского сдвига GPS.

10. Материальная среда хранения данных по п.8, в которой также учитывается непрерывно измеряемый и/или вычисляемый доплеровский сдвиг GPS и непрерывно вычисляемый доплеровский сдвиг кода CDMA при распространении GPS измерений псевдорасстояния и AFLT измерений контрольной фазы соответственно на общее время.