用于数字电话网的定位系统

摘要

本发明涉及在数字电话网定位系统中确定移动接收机(4)的位置。第一接收机(3)在已知的位置而其它接收机在移动。本发明涉及从多个源(1)发射信号,发射信号具有至少一部分具有预定值或一部分重复的格式。通过生成领定在参考时钟的参考信号确定在每个接收机(4、5)接收的来自发射源(1)的发射信号相对每个接收机参考时钟的时偏。该参考信号具有类似于发射信号的格式并包括与预定值相同的部分或接收信号的重复部分并比较接收的发射信号和参考信号。在接收机(4、5)接收的各信号间的时延由其相对时偏确定,以便由此确定其它接收机(4)的位置。

说明书

本发明涉及一种用于诸如GSM网的数字电话网的定位系统。

EP-A-0 303 371描述了一种利用为其它目的建立的独立无线发射机的无线电导航和跟踪系统，这里并入其内容作为参考。由两个接收站单独接收来自每个发射机的信号，一个接收站在固定和已知的位置，而另一个装在其位置要确定的移动物体上。在一个接收站接收的信号表示经链路发送到在另一个接收站的处理器，在处理器比较接收的信号以发现它们的相位差或时延。在三个宽间距的独立发射机上进行的三个这样的测量足以在二维上确定移动接收机的位置，即其在地面的位置。还能确定两个接收机中的主振荡器之间相偏和时偏。

WO-A-94-28432表示相同的系统如何应用于隧道、地下停车场、或其它屏蔽空间中的无线定位。

在另一个专利说明书WO-A-97-11384中，这些想法进一步扩展并特别用于GSM和其它例如CDMA、UMTS或基于卫星的系统(后者提供测量高度还有地面位置的可能性)的数字电话网，这里并入其内容作为参考。被称为CURSOR的系统使用来自网络发射机的用于定位目的的信号(参见图1)。由其位置要确定的移动手机(被称为CURSOR漫游单元，CRU)接收来自这样一个发射机(被称为基站收发信机，BTS)的短脉冲信号，其中短脉冲转换成基带、数字化、和记录在存储器中。在固定和已知位置的另一个接收机也接收相同的脉冲，同样转换成基带、数字化和记录。在两个接收机对来自至少三个宽间距BTS的信号的相同快速序列执行该处理，之后，记录经链路L1和L2传送到中央处理器(CURSOR定位处理器，CPP)。这里例如利用互相关程序比较相应的组以发现它们之间的时延。三种记录产生三个时延，从中相对于BTS(已知)位置和CBU已知位置可以发现CRU的位置。

在上述系统实际应用于诸如GSM的数字电话网中时，广播控制信道BCCH的信号用于定位。这是因为不管网络上其它业务量在哪一层，BCCH的信号总能保证出现。

在WO-A-97-11384描述的系统中，对于每次定位计算都必须从每个接收机传送大量的数据到CPP。从CRU的传送通常利用网络自身就可以实现，例如通过利用数据传送特征。在典型的GSM应用中，有必要对所监视的三个BTS的每一个记录256个字节，导致要传送大约800个字节的数据。这可以通过建立数据传送呼叫、使用通过话音呼叫的数据、或使用若干连接在一起短消息业务(SMS)包来实现。但是，这些解决方案的每一个都具有商业缺点。例如，呼叫紧急操作员的用户不能等，但是在用户能与操作员讲话之前，要先建立数据呼叫、传送数据、接着数据呼叫结束。

本发明意欲通过以不同的方式进行记录和通过利用数字电话信号的特殊特点来克服该缺点。需要传送的数据量可以大幅减少以使其容易放入一个SMS包中。而且，可以全部在手机的空闲时间进行CRU的测量，结果当用户希望进行呼叫时没有延时，并且根据更长时间的接收信号的平均值得出更好的定位解决方案。

正如WO-A-97-11384所解释的，首先考虑支配CURSOR系统的等式可以更好地理解本发明的操作原理。在图2中我们表示了二维CURSOR系统的几何图形。笛卡儿坐标x和y的原点会聚在位于O的CBU上。轴的方向并不重要，但可以方便地设置以使y轴沿南北本地制图网格。移动单元(CRU)R在关于CBU位置O的矢量位置r。BTS，A，表示在矢量位置a。

首先考虑来自BTS A的信号。在O和R接收的信号间测量的时间差，Δt_a，由

Δt_a＝(|r-a|-|a|)/ν+ε

得出，其中ν是无线电波的速度，和ε是在O和R的接收机的时钟间的时钟时偏。同样，我们可以为在矢量位置b和c(图2中未示出)的其它两个BTS(即B&C)写出

Δt_b＝(|r-b|-|b|)/ν+ε

和

Δt_c＝(|r-c|-|c|)/ν+ε(1)

Δt_a、Δt_b、Δt_c由WO-A-97-11384中公开的方法测量并且已知a、b、c和ν，因此可以解出等式以找到手机r的位置。

现在考虑由CRU接收的来自任意两个BTS即A和B的信号间的关系。首先，假设CRU可以同时在两个信道上接收，一个信道调谐到来自A的BCCH另一个调谐到来自B的BCCH。如果A和B是真的独立的非相干发射机，则在其信号之间不存在稳定的关系，并且在手机执行的互相关不会显示明显的峰值。但是，在GSM或其它的数字电话网中，来自BTS A和B的信号具有明显的相关性。例如，它们每个都具有相同的帧结构、锁定在高质量的参考振荡器上、和运送大量的共同数据。因此在它们的互相关中可以发现峰值。如果同步网络，即如果帧结构锁定在一起，则峰值的时偏将是从A和B到CRU的距离差除以ν。实际上，还存在未知的缓慢变化的时偏ε_ab，有时称作传输时偏、或者称作相对传输便宜、或者称作相对传输延迟。因此，我们可以写出

Δt_ab1＝(|r-a|-|r-b|)/ν+ε_ab

其中Δt_ab1是从互相关确定的BTS A&B接收的信号的时偏。我们还可以对同时从BTS B和C接收的信号作相同的分析，得出

Δt_bc1＝(|r-b|-|r-c|)/ν+ε_bc(2)

也可以由CBU接收相同对的信号，得出相应的时偏Δt_ab2和Δt_bc2如下：

Δt_ab2＝(|a|-|b|)/ν+ε_ab

和

Δt_bc2＝(|b|-|c|)/ν+ε_bc     (3)

等式2减去等式3我们得出

Δt_ab1-Δt_ab2＝(|r-a|-|a|-|r-b|+|b|)/ν

和

Δt_bc1-Δt_bc2＝(|r-b|-|b|-|r-c|+|c|)/ν  (4)

在CRU已经如上所述测量了值Δt_ab1和Δt_bc1，并且在CBU已经测量了值Δt_ab2和Δt_bc2。值a、b、c和ν已知，因此使用标准的数学方法可以导出CRU的位置r。

注意ε、ε_ab和ε_bc都从等式(4)中消失了。这是因为我们已经假设CRU和CBU的测量或者同时执行或者足够近以至于它们之间没有明显的漂移。实际上，我们可以利用BTS信号的特点来同步两个接收机的记录。例如，在GSM系统中，由BTS辐射的信号是复杂的。数据编程为所谓的持续4.615ms的时分多址(TDMA)帧，进一步细分为8个时隙。每个时隙以271kbits s^-1的速率运送156.25比特，并且例如可以表示数据和训练比特的‘正常脉冲串’、固定模式的‘频率纠正脉冲串’(FCB)、数据和训练比特的‘同步脉冲串’(SCH)或具有同步序列和数据的‘访问脉冲串’。每个这些脉冲串还运送首部、尾部和保护位。某一时刻正在使用给定帧中的多少个时隙依赖于建立系统的方式和当时的业务量。但是，尽管在安静的情况下，BCCH逻辑信道将广播每个帧中的访问脉冲串。而且，根据若干小时的重复周期标号这些帧。因此我们可以使用给定帧号的到来以同步CRU和CBU所作记录的开始。

我们还可以假设控制BTS传输的振荡器之间的时偏和两个接收机中的振荡器之间的时偏随时间变化缓慢，因此可由短周期内的线性或低阶多项式拟合来建立模型。大多数晶体振荡器在10⁶分之一或短周期内呈现出稳定性或更好。因此每毫秒的误同步所引入的位置误差可能不会超过一米，例如，不超过10^-6×10^-3×ν＝0.3m，其中ν是3×10⁸ms^-1。

因此根据本发明，提供数字电话网位置确定系统的至少两个接收机，第一接收机在已知的位置第二接收机位于其位置要确定的移动单元上，其中系统利用具有至少一部分具有预定值的格式的发射信号，其中通过彼此比较例如通过彼此互相关接收的来自不同发射源的发射信号以确定其相对时偏来相对于彼此地测量在每个接收机接收的来自多个发射源的发射信号的相对时偏，并由此通过确定在两个接收站各自接收的信号之间的时延来确定第二接收机的位置。

在上面的整个讨论中，已经假设CRU和CBU可以同时接收两个信道。虽然对于CBU可以是这种情况，但对于移动手机很少出现这种情况。由此，可以看出本发明在实际系统中没有用处。但是，数字电话系统的特殊特点再一次帮助了我们。可以发现信号的特点是重复，当置换多个整个帧周期时可以发现来自相同BTS的信号之间存在极大程度的相关性。例如，在安静状态的BCCH的情况下，我们首先注意到每帧都存在发射的访问脉冲串。每隔10或11个帧间隔发射频率纠正脉冲串和同步脉冲串也是共同的习惯。我们还已经注意到在同一时间来自不同BTS的信号间存在相关性。我们现在发现在不同时间来自不同BTS的信号间的相关性。例如，我们可以发现在来自BTS A和BTS B的BCCH信号之间极大的互相关性，在来自A的BCCH信号之后恰好1个帧周期记录来自B的BCCH信号。这在记录来自A的信号之后为手机中的一个信道接收机再次调谐到信道B提供了大量的时间。但是，现在我们需要能精确地测量两个记录之间的更长的时偏，发射信号的重复周期已经增加了时偏。这可以通过利用手机中的晶体振荡器来实现，并引入比用于总偏移的每毫秒的仪器更少的误差。

因此，根据本发明的另一个方面，提供位置确定系统的至少两个接收机，其中第一接收机位于已知的位置第二接收机位于其位置要确定的移动单元上，其中系统利用具有至少一部分依次重复的格式的发射信号，其中通过彼此比较例如通过彼此互相关依次接收的来自不同发射源的发射信号以确定其相对时偏来相对于彼此地测量在每个接收机接收的来自多个发射源的发射信号的相对时偏，并由此通过确定在两个接收站各自接收的信号之间的时延来确定第二接收机的位置。

上面的讨论表示来自不同物理信道上的邻近BTS的信号的部分相关性可用于测量时偏。本发明扩展了这些想法。

根据本发明的另一个方面，提供一种包括具有多个发射源的数字电话网的至少两个接收机的定位系统，第一接收机位于已知的位置第二接收机是其位置要确定的移动接收机，所述系统利用发射信号，它具有至少一部分具有预定值或至少一部分重复的格式，每个接收机包括

参考时钟；

在每个接收机中产生锁定在参考时钟的参考信号的装置，参考信号具有类似于发射信号的格式，因此其中一部分与接收信号的具有预定值或重复的那部分相同；和

在每个接收机中用于比较例如互相关接收的发射信号和基准信号以确定其相对时偏的装置，由此通过确定在两个接收机分别接收的信号间的时延能确定第二接收机的位置。

在数字电话网，例如GSM中，发射源最好是基站收发信机，移动接收机可以是数字手机。

实际上，参考信号提供可与发射信号匹配的模板。利用信号以相同的方式格式化和因此信号具有相同部分的事实允许信号匹配(例如，互相关)，并且为了匹配一个记录必须相对另一个移动的时间量提供了时偏的估计值。

正如下面所更详细描述的，得知该时偏能计算不同发射源信号间的相对接收时偏，并因此确定移动接收机的位置。

例如以下面的方式，可以利用GSM电话系统中本地生成的模板测量时偏。例如，假设CRU已经记录了来自BTS A信号的短脉冲串。在记录中包含上述的为这些发射不变特征的帧结构和其它‘给定’的数据(或预定值)。根据网络信号的已知结构，CRU内的处理器可以生成匹配模板，并且可以忽略接收数据的确切形式未知的那些部分。图3通过例子表示了这样一个模板。在(a)表示的发射信号的阴影部分由网络协议精确指定(帧结构等)。这些可以由在(b)表示的本地产生的模板匹配。(a)的非阴影部分不能提前预料，因此在相关中不使用这些部分。在接收信号(a)和本地产生的模板(b)之间的相关处理中，只有阴影部分系统有助于相关峰值，并且可以忽略非阴影部分。当模板与记录匹配时，相关峰值相应于时偏，即，接收信号和CRU内的本地时钟间的时偏。该时偏Δt_a1由

Δt_a1＝(|r-a|)/ν+ε_a+ε₁得出，其中ε_a是BTS发射的时偏和ε₁是CRU内部时钟的时偏，两者都相对于虚构的宇宙“绝对”时钟。也可以相同的方式测量来自B和C的信号，得出

Δt_b1＝(|r-b|)/ν+ε_b+ε₁

和

Δt_c1＝(|r-c|)/ν+ε_c+ε₁     (5)

在CBU也可以进行相同的测量，得出

Δt_a2＝(|a|)/ν+ε_a+ε₂

Δt_b2＝(|b|)/ν+ε_b+ε₂

和

Δt_c2＝(|c|)/ν+ε_c+ε₂    (6)

等式5减去等式6我们得出

Δt_a1-Δt_a2＝(|r-a|-|a|)/ν+ε

Δt_b1-Δt_b2＝(|r-b|-|b|)/ν+ε

和

Δt_c1-Δt_c2＝(|r-c|-|c|)/ν+ε  (7)

其中ε＝ε₁-ε₂。注意等式7刚好象等式1，因此可以以相同的方式解出以找到CRU的位置r。因此，设计一种以WO-A-97-11384描述的完全相同的方式运行的CURSOR系统，具有相同的精确性、速度等的特点。区别存在于进行测量的方式和通过链路发送到CPP的数据内容。在WO-A-97-11384中描述的CURSOR系统中，由CPP从CRU和CBU记录的原始数据确定时偏。根据目前应用的发明，本地确定该时偏，只需要发送少得多的数据。还要注意在本系统中不测量并且在计算中从不使用从不同BTS发送的信号的相对发射时延。计算的几何图形根据中点在BTS位置的圆周交集。这非常不同于其它的系统，在其它系统中，CBU的等同物测量相对的发射延迟并将其发送到处理单元，接着处理单元根据双曲线的交集进行标准的计算。

上面的描述表示了一个本地产生的模板如何用于估计时偏。如上所述，从网络信号的已知特点可以产生该模板，或者利用来自第一接收信道的信号测量该模板作为与其它信道相关的模板。有时在估计过程中使用一个以上的模板是有利的，特别是在例如由于多径传播的影响接收信号失真的时候。从使相关最大的角度来说最好的模板是与接收信号完全匹配的模板。但是，如此得到的时偏的估计值可能包含由于使用不同的模板显露出来的系统偏差。这在图4中得到说明，其中在(a)表示了发射的轮廓，在(b)表示了接收的轮廓(有些理想化)。在(c1)、(c2)等表示的相应于不同多径量的模板范围可以与接收数据匹配，给出最接近匹配的模板提供多径延迟的估计值。

那么根据本发明教导的GSM CURSOR定位系统具有固定的CBU，该CBU恒定地从附近的BTS循环通过BCCH并测量它们和锁定到内部时钟的模板间的时偏。本地处理器对时偏保持低阶多项式拟合，结果在任何特殊时刻(诸如给定帧号的到达)通过内插法可以得到该值。多项式系数或内插的时偏是需要应请求全部发送到CPP的。小区中CURSOR启动的手机也保持相似的一组多项式。这可以通过在手机空闲期间，即当没有呼叫正在进行和处理器没有做很多事情的时候循环范围内的所有BCCH来完成。一旦需要位置测量，多项式系数、内插的时偏、或互相关峰值周围的点通过一个SMS包发送到CPP，还有例如通过在给定信道到达的特定帧号所描述的瞬时测量的定义。在图5中表示了这样的消息。四字节以毫秒表示的数目给出了具有大约等于2cm定位误差分辨率的±128ms的范围。因此，SMS包的容量允许至少三个以上的BTS用于每次的位置确定，因此增加了测量的稳定性和可靠性。

除了上述的CURSOR定位，本发明还可以为电话网操作员提供第二个优点。正如上面所注意的，尽管CBU不需要测量BTS网络的相对发射延迟以确定CRU的位置，然而CBU可以这样做。该信息可以送回区域控制器以用于“同步”BTS网络。

因此本发明还包括同步GSM或类似数字电话网的系统，通过利用上面根据本发明定义的任何一种方法由在已知位置的固定接收机测量的时偏；和利用如此确定的时偏同步该网络。

通常没有必要进行物理改变以便把偏移减少到零，但只要足以保持偏移图，允许网络操作系统为其过程中的偏移提供容限。具有“同步”网络的优点包括当正在进行的呼叫在邻近的小区移动时更快而且更可靠地在小区之间越区切换。

在区域性或全国性实现根据本发明的系统中，在GSM或其它移动数字电话系统中将存在配置的CBU网络。如图6所示，邻近的这样一对的CBU能接收来自一个或多个公共BTS的发射信号。在预定时刻，例如来自其中一个BTS的特殊帧号的到达，如上所述，两个CBU测量到达信号相对其内部时钟的时偏。因为CBU和BTS的位置都已知道，所以等式7的第一个可用于计算值ε，ε现在表示两个CBU的内部时钟间的时偏。通过在网络中的所有邻近对的CBU之间进行类似的测量，因此有可能建立其内部时钟的相对时偏图，并由此同步CBU网络。

以这种方式同步CBU网络带来如下的几个优点。第一，现在通过使用CBU对可以测量网络中相对于CBU已知位置的新建立BTS的位置，其中一个CBU实际上可以认为是CRU但固定在已知位置。例如，在等式7的第一个中，除了a之外所有的变量都知道，结果对来自新的BTS的信号的两个测量值足以建立其位置。这提供了CURSOR操作员独立于BTS网络操作员。第二，通过对邻近CBU对和公共BTS的所有可能的组合重复上一段所描述的测量可以检测各个BTS的位置或邻近CBU的同步误差。第三，CBU的同步网提供另一种建立BTS发射时偏图的装置，但这次是关于公共的“CBU系统时间”而不只是关于彼此。网络中的其中一个CBU可以提供有高质量的诸如氢微波激射器或铯射束设备的原子钟，并用作整个网络的时间标准。

不管是否同步的CBU网络也可以执行为了发现新BTS单元的出现周期扫描整个分配的频带，还可以在现存单元使用的频道中改变。因此对于一个CURSOR操作员，一旦他已建立了他的CBU区域网，可以与BTS网络操作员相当大程度独立地进行自己的业务。

EP-A-0303371描述了使用相位测量如何跟踪移动接收机的位置，具有比使用这里描述的时间测量技术可以达到的精确性大得多的相应的优点。有时在本发明的实际实现中既测量相位又测量时间具有优点。在测量时偏期间可以得到接收信号的同相和正交部分。这可用于估计接收信号的相位。如上所述，相位测量比时偏测量精确得多。因此在计算CRU的位置或位置改变中结合相位和时偏测量是有利的。

举个例子，考虑GSM数字电话网。在位置计算过程的开始，如WO-A-97-11384和上面所概述的计算时间和相位差。接着重复该测量。第二次相位测量包括第一次相位测量加上第一次和第二次测量之间的相位改变。该相位和时间差可以看作是相同未知量的不同估计值。因此，当在两个不同时刻进行的两次相位和时间差测量，这些测量的变化反映了移动单元的移动。因为相位和时间差测量相同的未知位置，所以当正确测量时两组相位测量值差应当与两组时间差测量值差相同。两者之间的出入主要由多径和测量噪声所致。通常，可能得到具有正在测量的信号“波长”的百分之一精确度的测量。这与时间差观察的接近10米的精确度相比等于相位观察的低于厘米的精确度。两者都受多径和测量噪音的影响，所引起的误差可能比相位数据小得多。

把第二时间差测量计算为第一时间差测量和从第一到第二测量时刻的相位测量(正确测量)变化的总和是有利的。也可以利用相位数据计算改进的第一时刻的时间差测量。

因此，根据本发明的另一个特征，为了确定第二接收机的位置，系统可以在每个所述接收机测量信号到达之间的相位差和时延，其中除了时间测量之外使用相位测量以便得到时延的改进估计值。

本发明还包括手机，手机包括

参考时钟；

用于产生锁定在参考时钟的参考信号的装置，参考信号具有类似于发射信号的格式和因此具有一部分与接收信号的具有预定值或重复的部分相同；

用于比较例如互相关接收的发射信号和参考信号以确定其相对时偏的装置；

用于发射表示所述相对时偏的数据由此能确定手机位置的装置。

实际上，如上所述，由于多径传播可能引入误差，但不需要精确知道信号到达接收机的路径。多径传播扩展到互相关，使得更难于估计峰值的位置。这也可以导致多峰值互相关，其希望的峰值具有低于其它峰值的幅度。如果所有的信号都通过间接的路由到达，则不会存在相应于视线传播路径的峰值。但是，值得注意的是多径传播与直接路径相比总是导致信号的延迟。假设基站天线在周围杂乱中很清楚，结果它只接收最直接的信号，则在漫游方延迟的信号总是出现在互相关峰值的后侧。

尽管多径传播的影响在许多环境下相对较小，并且可以通过上述的多路径技术来克服，但是我们经常希望以简单的方式减少其影响。

我们已经理解通过识别和测量从发射源接收的信号在时间和等同变换为空间上相对于锁定在参考时钟的参考信号的到达时间来最小化多径传播的影响，通过

自相关所述接收信号的测量部分；

创建包括所述接收信号期望部分的自相关部分和所述接收信号一部分测量部分的自相关部分的模板；

互相关所述接收信号的期望部分和所述接收信号的测量部分；和

测量当发射源广播的信号到达时最符合互相关的模板相对于所述参考信号的时偏。

因此本发明还包括例如电话手机的移动接收机，该移动接收机包括执行上述方法的装置。

例如在傅里叶变换域中可以同样执行该过程，在这种情况下自相关函数变成功率谱和互相关函数变成互功率谱。

在GSM系统的情况下，容易识别并且事先已知的信号部分例如可以是扩展的训练序列。在CDMA系统的情况下，该信号部分可以是导频扩展码。

创建模板的装置可以包括用于组合所述接收信号相应于所述接收信号中心峰值之前时偏的期望部分的自相关部分和所述接收信号相应于中心峰值之后支配的一部分测量部分的自相关部分的装置。

现在将参照附图描述根据本发明系统的一个特殊实施例子，其中：

图1是CURSOR网络的图；

图2说明CURSOR网络的几何结构；

图3说明部分GSM信号和为了相关的目的由手机生成的模板；

图4a-d是用于说明使用多个模板以减少多径传播影响的一组理想信号轮廓；

图5说明由手机发射的SMS分组；

图6说明在根据本发明的系统中使用的一部分CBU网络；

图7是在本例中执行的一部分测量过程的流程图；

图8A到图8D说明在可能用于减少多径传播影响的系统中信号的估计和测量的自和互相关函数；

图9说明可示范性的GSM网络定位系统的组成部件；和

图10用图说明用于本发明系统和方法的的移动手机。

举个例子，现在描述根据本发明用于GSM数字移动电话系统的系统特定实施。如上所述，如图9所示，GSM CURSOR系统包括下面的部件：(a)发射信号特别是BCCH信号的BTS单元网1A、1B、1C等；(b)在BTS网络服务的区域内建立的用于接收BCCH信号和固定在已知位置的CBU网2A、2B等；(c)计算移动手机位置的CPP单元3；和(d)其位置要确定的多个CURSOR使动的手机4，CRU。

CURSOR使动的手机(CRU)4在空闲期间完成其大部分工作(代价是略微增加电池消耗)。因此在用户以通常方式进行呼叫时已经完成了CURSOR测量。

图10是包括传统数字蜂窝无线手机的适于根据本发明操作的手机简化图。手机4包括向接收机42提供信号的天线41，接收信号从接收机42传送到数字信号处理器(DSP)43。数字信号处理器43具有相关的用于包含DSP所使用软件的RAM 44和ROM或类似的存储器。传统的微处理器或中央控制器(CPU)46接收由DSP处理的信号和还具有用于包含操作软件的相关RAM 47和ROM或类似的存储器48。没有表示蜂窝电话手机的其它正常部件，例如电池、键盘、LCD屏等，因为它们与本发明没有密切关系。在根据本发明使用时，在ROM45存储的改进程序的控制下操作的DSP 43和相应的RAM 44操作以执行所需的信号测量，微处理器46和相应的RAM 47在ROM 48存储的改进程序的控制下操作以测量时偏。

对来自模数转换器的同相(I)和正交相位(Q)原始数据样值进行GSM CURSOR测量。在手机中以大约每秒541,000个样值的抽样速率记录大约140个I和Q样值。在进行诸如信道均衡的任何DSP处理前提取该数据，因为不精确知道由处理插入的时延。

在DSP 43中按如下处理I和Q样值。为了检测诸如频率纠正脉冲串的标记信号(参见下面的定义)，首先组合I和Q输出以给出标准的FM解调器输出，包括在0到360度的全部范围内计算的连续tan^-1(Q/I)值间的区别。接着频率纠正脉冲串(FCB)出现作为一组连续的“0”或“1”样值，并且也如此被识别。或者在该相同的解调系列上或通过把I和Q值自身用作复数互相关操作的实部和虚部进行期望的和记录的码信号之间的互相关(参见下面的定义)。

必须对几何上分离的广播控制信道(BCCH)载体进行至少三个这样的记录，尽管实际上要进行五个或六个。这所需的低级数据存储器是大约每信道140×2＝280个字节。手机保持直到六个周围BCCH的邻居列表。这是用于CURSOR操作的列表。服务小区中的BCCH帧号被解码并用作每组CURSOR测量的时间印迹。对6个信道所作的完整一组记录与内部的晶体控制振荡器同步。所有记录的数据复制到控制器RAM用于下次处理。

在手机CRU 4的情况下，在手机空闲时间10到60秒的规则间隔内在DSP 43(参见图10)执行GSM CURSOR的测量过程，下面参照图7描述该过程。每次过程只用不到1秒。已经知道了BCCH传输的两个重复的特征。一个我们叫做标记信号另一个在标记之后的已知时间到达的我们叫做码信号。标记信号例如可以是频率纠正脉冲串(FCB)，码信号可以是同步脉冲串(SCH)。存在许多其它的可能性。手机等待标记信号的到达，并记录码信号(参见图7)。过程在步骤701开始，从手机邻居列表中检索n个信道及其频率的列表。在步骤703复位锁定在手机参考振荡器的计数器，并且标引i设置为零。在主要的处理环路704-713中，在步骤704标引首先加一，在步骤705手机调谐到列表中的第一BCCH，并在步骤706等待下一个标记信号的到来。当在步骤708，时钟报时信号计数已经达到相应于码信号到来的数目时，在步骤709进行大约2×140字节的记录，并在步骤711记录帧号。接着在步骤712记录时钟报时信号计数器，根据信道数目小于n(步骤713)，过程返回到步骤704，手机接着返回到列表中的下一个BCCH，并在信道上等待下一个标记信号的到达。当检测到标记信号时，记录时钟报时信号计数器的值，在适当地等待码信号之后，记录另一个2×140字节。通过循环过程中的环路列表中的所有信道都重复该过程直到在步骤713确定已经对所有的n个信道进行了记录。记录的数据传送到CPU控制器46用于存入RAM 48中。

接着手机CPU控制器，微处理器46对数据进行一些基于整数的分析，把结果存入RAM 48中的循环缓冲器，其中用最新的值替代最旧的值。该分析涉及每条记录与基于期望的码信号的互相关(如上所述，同步脉冲串SCH)。互相关峰值附近的值被识别并以下述的压缩形式存入RAM 48中。当用户开始需要使用CURSOR功能性的呼叫时，该值驻存入循环结果缓冲器，这包括相应的时钟报时值压缩入SMS包中，接着SMS包发送到手机位置需要确定的CPP。

要发送到CPP的数据可以包括：

服务小区中全部的BTS标识，

相应于请求位置业务的拨号，

从服务小区记录的同步脉冲串的帧号，

每条信道的时钟报时计数器，

数据表示法，

测量的BTS短ID。

CBU以几乎与CRU相同的方式操作。主要的区别在于(a)CBU监视更大的一组周围的BCCH发射(典型地15-20)、(b)更频繁地进行测量，即每隔5秒钟、(c)利用任何合适的装置，例如ISDN连接将数据送回CPP、(d)在某些模式的操作中，当CBU检测到已经出现足够大的时间漂移时CBU呼叫CPP、和(e)CBU可以网络监视和同步模式操作。

CPP典型地以CRU激活的模式起作用。到来的CURSOR SMS包询问适当的CBU或多个CBU以便提取相应于CRU测量次数的记录数据。接着CPP使用在上述我们以前的专利说明书中描述的标准程序以便利用上面的等式7计算CRU的位置。CPP首先咨询近来CBU测量的内部数据库以便确定在请求来自任何CBU的新数据之前是否已经得到所需的CBU信息。

上面提到的压缩过程对多个互相关矢量的每一个如下：

识别的值是互相关的峰值c和在峰值每一侧紧邻峰值的两个值，分别是b、a和d、e，因此顺序是a、b、c、d、e；

从其它值中减去值a以得出值0、b-a、c-a、d-a、&e-a；

这些值中的最大值是c-a并通过乘以因子x标度为包含一个“1”后面32个“0”的具有33个比特的值；

相同的标度因子用于乘以b-a、d-a、&e-a以便同样的标度它们；

接着删除较低的24个比特每种情况留下8个比特的表示。

因为现在第一个和第三个原始值分别包括已知的0&256，所以只需要将第二、第四和第五个数发送到CPP，因为三个作为结果的数的每一个可以表示为8比特的表示法(即0&255之间的一个值)，所以前两个是8比特的正整数，第三个是8比特的有符号整数，因此每个只用一个字节，整个相关曲线的形状可以只用SMS消息中的三个字节的数据表示。

下面结合附图8A到8D描述最小化多径传播影响的方法的一个例子，如下所述，图8A到8D说明系统中信号估计和测量的自相关和互相关函数。

如上所述，测量这种多径组合信号最早达到的拷贝相对于移动接收机内部参考信号的到达时间使得该误差最小化。本发明的例子利用设计具有良好自相关特性的易于识别的信号结构，例如GSM数字蜂窝网的扩展训练序列，并在图8A到8D中说明。GSM信号中扩展训练序列的自相关函数(在图8A中说明)众所周知。该序列的左手侧(相应于负时间轴)用作接收信号估计的互相关函数的左手侧(在图8C中说明)和期望的扩展训练序列。测量的扩展训练序列的自相关函数的右手侧(在图8B中说明和相应于正时间轴)用作估计的互相关函数的右手侧(图8C)。接收信号与期望的扩展训练序列互相关，并且比较作为结果的测量的互相关函数(在图8D中说明)和估计的互相关函数(图8C)以发现时偏。