辅助GPS定位中的准确度估计

摘要

通过允许适配码搜索窗口来提供可靠且有效的搜索窗口，所述码搜索窗口的适配取决于蜂窝帧时间与卫星参考时间之间的关系的不准确度量度。该不准确度在蜂窝通信系统(1)的定位节点(21)中被计算，优选地通过对从用户设备所接收的测量的滤波。目前优选的是，线性趋势卡尔曼滤波之后是估计误差的后处理。为了确保对由用户设备(10)所提供的接收的卫星信号(55)的接收的时间戳的明确的解释，在用户设备(10)和定位节点(21)二者中基于GPS捕获辅助数据数据来计算伪传播时延。然后参考所确定的伪传播时延来定义GPS时间戳。在优选实施例中，伪传播时延被保证位于预定的时间间隔内。

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及基于卫星的定位的领域，特别是由来自蜂窝通信系统的辅助数据所辅助的基于卫星的定位。

背景技术

定位或导航技术具有的目的是确定目标、设备或携带该设备的人的地理位置。所述位置典型地相对于规定坐标系而给出。近年来，这种定位在许多应用领域中变得越来越令人感兴趣。一种解决定位的方法是使用从卫星发出的信号来确定位置。这种系统的公知实例是全球定位系统(GPS)以及将来的GALILEO系统。基于接收到的多个卫星信号，作为三角测量/三边测量而相对于规定坐标系给出位置。

辅助GPS(AGPS)是GPS系统的增强，以便于将GPS接收机集成到例如蜂窝移动终端和/或蜂窝通信系统中。附于蜂窝通信系统的GPS参考接收机收集辅助数据，所述辅助数据在被发射至终端中的GPS接收机时增强GPS终端接收机的性能。附加的辅助数据典型地直接从蜂窝通信系统来收集，以获得终端位置的粗略初始估计连同初始估计对应的不确定性。该位置通常由所谓的小区身份定位步骤来给出，即终端的位置利用小区粒度来确定。

精细时间辅助意味着GPS接收机被提供有与卫星时间参考(例如全球GPS时间)和卫星空间位置相关的高度准确的信息或数据。这又允许对于驻留在通过初始的、相对较不准确的定位步骤获得的区域内任何位置的终端，计算出从所有的GPS卫星所发射信号的码相位的搜索窗口的上界和下界。这是因为来自各GPS卫星的信号的发射的时间被极度精确地同步，并且因为可以在蜂窝通信系统中使用从例如GPS参考接收机所获得的其它类型的辅助数据而计算这些卫星的轨道。

在这个过程中主要存在两种主要的误差源。第一种是由这一事实所引起的，即用户设备的初始位置通常无法以比其所连接的小区的大小更好的准确度而得知。第二种主要误差的作用是由去往终端的GPS时间分布所引起的。两种误差源显现在用户设备的GPS接收机的码/多普勒搜索窗口的精确位置的不确定性中，所述窗口用来锁定到一个特定空间飞行器(SV)的测距信号。在WO06001738中公开了用于处理由初始位置的不确定性所引起的搜索窗口不确定性的方法和装置。然而并没有讨论在卫星参考时间(例如GPS周时(TOW))与蜂窝帧结构的定时之间的精确关系的确定以及生成。

在GPS TOW与蜂窝帧结构的定时之间的时间关系的建立可以利用两种主要方法来执行。一种方法是在每个无线电基站中配有专用的参考GPS接收机，其为上行链路和下行链路连接的蜂窝帧边界打上时间戳。然而，这种解决方案在无线电基站中需要相对较昂贵的附加硬件，此外还具有冗余的缺点。

另一种方法是利用来自可能的用户设备的测量，或者来自专用测量，其在有A-GPS能力的用户设备中被执行。在基于用户设备的A-GPS的情况下，这些用户设备建立GPS TOW，因此可以执行打时间戳，而更为复杂的过程必须被用于用户设备辅助的GPS。这里所寻找到的关系被发信号通知给网络中的定位节点。

产生精细时间辅助数据的基本测量的生成是由用户设备执行的，其在预定的GPS时间测量到蜂窝帧边界的码片数量。然而，在用户设备中建立GPS时间并非是无关紧要的，特别是在用户设备辅助的GPS中，这是因为在现有技术中没有明确的方法来解释所发射的信息。

如果GPS时间在一些用户设备中被正确地建立，那么测量的结果被报告给定位节点。在WCDMA的情况下，定位节点被包含在RNC中，并且报告在RRC协议上作为小区帧测量的GPS定时而发生。定位节点收集测量，并且为蜂窝系统的每个小区建立GPS TOW和蜂窝帧定时(例如UTRAN帧定时)之间的关系。该收集同样并非无关紧要，这同样是因为上述的模糊解释的可能性。

当利用AGPS要定位另一个用户设备时，定位节点准备辅助数据，特别是精细时间辅助数据。所述数据包括蜂窝帧定时(例如UTRAN定时)和GPS时间(TOW)之间的预期关系。该数据涉及特定的预定参考点，优选地位于小区的中心。所述数据此外还包括在参考点的预期码相位和多普勒频移。参见例如WO06001738，由小区的空间扩展所施加的预期码相位和多普勒的不确定性也可以被提供。该信息典型地由定位节点来编码，例如作为对每个SV的推荐搜索窗口，其被表示为搜索窗口中心点和搜索窗口长度。然而，预期码相位和多普勒还会受到所提及的UTRAN帧定时与GPS TOW之间关系的误差的影响。在没有任何关于这种关系的可能的或大概的不确定性的信息的情况下，不得不使得在不必要宽的范围内搜索用于预期码相位和多普勒的窗口，以便覆盖所有可能的情况。这又导致不必要的大量运算工作以及不必要的长的处理时间。

发明内容

现有技术中基于卫星的定位依赖于基于用户设备的测量以便建立蜂窝时间和卫星时间之间的关系，其一个问题是对于定位节点而言，所建立的关系的准确度基本上是未知的。此外，现有技术的蜂窝系统标准开放了在报告从用户设备接收到的卫星信号的时间戳时的模糊性，从而使得在蜂窝通信网络与卫星系统之间所建立的时间关系不可靠。

因此，本发明的一般目的是提供用于提供打算用于蜂窝通信系统中用户设备的定位的辅助数据的改进的方法和装置，并且由此还提供用于在蜂窝通信系统中用户设备的位置确定的改进的方法和装置。本发明的进一步目的是提供用于提供更可靠和更有效的搜索窗口的方法和装置。本发明的另一个进一步目的是提供用于保证对由用户设备所提供的接收的卫星信号的时间戳的明确解释的方法和装置。

上述目的通过根据所附的专利权利要求书的方法、装置、节点和系统来实现。一般而言，通过允许搜索窗口的适配附加地依赖于蜂窝帧时间与卫星参考时间之间的关系的不准确度量度，从而提供可靠和有效的搜索窗口。该不准确度是在蜂窝通信系统的定位节点中计算的，优选地通过对从用户设备所接收的测量的滤波。目前优选的是，线性趋势卡尔曼滤波之后是估计误差的后处理。为了保证对由用户设备所提供的接收的卫星信号的接收的时间戳的明确解释，在用户设备和定位网络节点二者中都计算伪传播时延。该计算是基于双方可获得的GPS捕获辅助数据。然后参考所确定的伪传播时延来定义GPS时间戳，并且因此GPS时间戳可以在网络侧以明确的方式被重建。在一个优选实施例中，伪传播时延被确保位于在预定时间间隔内。这种技术对于几个目的是有用的，例如用于细化上面提到的关系的不准确度确定，以及用于用户设备的实际定位。

本发明的一个优点是，可以实现用户设备更有效和更可靠的定位，而基本上不需要改变蜂窝通信系统报告的标准。本发明的另一个优点是，可以实现用户设备更有效和更可靠的定位，而基本上不需要每个基站中的专用卫星参考节点。

附图说明

本发明连同其进一步的目的和优点，可以通过参考与附图一起作出的后面的描述而被最好地理解，其中：

图1是说明在蜂窝通信系统中实施的A-GPS的实例的框图；

图2是说明在不同系统时间之间的关系的图；

图3是蜂窝通信系统中小区的示意图，其说明位置、同步和传播时延之间的关系；

图4是说明在蜂窝通信系统帧参考时间与卫星参考时间之间的关系的图；

图5是说明根据本发明的蜂窝通信系统的实施例的框图，该蜂窝通信系统使得能够进行UE的A-GPS定位；

图6是根据本发明的方法的实施例的主要步骤的流程图；

图7是说明在UE中接收卫星测距信号时的时间关系的图；

图8是说明根据本发明的用于计算伪传播时延的优选实施例的图；

图9是根据本发明的另一个方法的实施例的主要步骤的流程图；

图10A是根据本发明的蜂窝通信系统装置的实施例的主要部件的框图；以及

图10B是根据本发明的用户设备的实施例的主要部件的框图。

具体实施方式

图1说明在蜂窝通信系统1中实施的辅助GPS(A-GPS)的实例。在这个特定实例中，蜂窝通信系统1是宽带码分多址(WCDMA)系统。然而，本发明的原理也适用于其它蜂窝通信系统。在该系统中，无线网络控制器(RNC)20充当为移动终端10收集、细化和分发辅助数据的节点。移动终端10典型地被表示为在WCDMA环境下的用户设备(UE)，并且在本发明的公开中，这两个术语将作为同义表达而被使用。核心网(CN)30通过无线接入网应用部分(RANAP)接口25请求UE的定位。作为响应，RNC 20可以使用不同种类的A-GPS技术。然而，所有这些技术都建立在由蜂窝通信系统1中的节点所处理的辅助数据上，所述节点在本发明的公开中被表示为定位节点。RNC 20经由基站12通过无线资源控制(RRC)接口15命令在UE 10中执行定位测量这些测量由移动终端10中的专用A-GPS接收机硬件11来执行。这些GPS接收机检测来自卫星50的GPS传输55，典型地检测GPS测距信号。所述卫星通常被表示为空间飞行器(SV)50。

在GSM系统中，定位节点典型地被包含在服务移动位置中心(SMLC)中。

为了便于GPS测距信号的测量，RNC 20向UE10提供不同类型的辅助数据。所述辅助数据可以是例如包含用于如在参考站点所预期的GPS卫星的列表的码相位、整数码相位以及GPS比特号的捕获辅助数据。所述辅助数据还可以包括精细时间辅助数据，其为GPS接收机11提供与全球GPS时间和卫星空间位置有关的高度精确的信息。这种信息可以被用来计算特定GPS接收机11的单独条件。当要执行搜索卫星测距信号55时，GPS接收机11以这样的方式典型地被提供从不同卫星所发射的信号的码相位的上界和下界。

RNC 20可以以不同的方式获得辅助数据。一种方法是根据图1所示的现有技术，即蜂窝通信系统1包含参考GPS接收机40，其能够检测卫星测距信号55，并且由此直接捕获由SV 50所发射的精细时间辅助数据以及GPS参考时间。辅助数据和GPS参考时间然后可以通过参考接收机接口45被提供给基站12，从而允许在基站12中建立蜂窝通信系统时钟与卫星系统时钟之间的关系，即相对于GPS时间参考所表示的上行链路和下行链路连接的UTRAN帧边界的时间戳。时间戳或滤波的偏差漂移率(bias drift rate)典型地通过接口37被发送39至RNC20。该解决方案在其配置上相对较简单。然而，该解决方案要求在系统中结合与每个RNC 20相关的参考GPS接收机，这导致高的附加成本。此外，还存在某些冗余度的问题。

用于至少获得蜂窝通信系统时钟与卫星系统时钟之间的关系的一个替代解决方案是使用可能的UE 10或者来自有A-GPS能力的UE 10的专用测量。这在图1中并没有明确地示出，但是UE 10可以被认为是起作用的UE中的一个。在基于UE的A-GPS情况下(下面将更详细地讨论)，UE 10为蜂窝帧的某个位置建立GPS TOW并且因此执行打时间戳，而下面进一步公开一种用于UE辅助A-GPS的更为复杂的过程。所寻找到的关系然后必须被发信号通知给网络中的定位节点，在WCDMA中优选地通过RRC协议15。

在这一点上，适合提及的是有两种类型的A-GPS定位。一种类型是基于UE的A-GPS，其在移动终端自身中执行定位计算。另一种类型是UE辅助的A-GPS，其仅在终端中执行测距测量。然后在蜂窝通信系统的定位节点中使用移动终端中所测量的码相位来计算位置。对于基于UE的A-GPS，位置和GPS-TOW是在UE中建立的。

为了充分理解由本发明所提出的问题和解决方案，必须讨论不同系统时间之间的关系，优选地结合图2来讨论。第一GPS空间飞行器(SV)发射频谱中心为1575.42MHz的测距信号102。信号包含所谓的粗/捕获(C/A)码108，这对于每个SV是唯一的。C/A码108具有1023码片的长度和1/1.023 x 10⁶s的码片持续时间。C/A码108每1ms重复其自身。叠加在C/A码108上的是比特周期为20ms的导航数据比特流。导航数据尤其包含一组所谓的星历参数，其使得接收机能够计算卫星在信号发射时的精确位置。SV携带精确的原子钟以维持时钟的稳定性。

然而，SV传输并不是与通用GPS系统时间101完全地同步。时间轴在图2中指向右侧。通过在图2的时序图中绘制垂直线，因此可以获得所有时钟读数的快照，正如在空间中的不同位置所观测的。GPS系统时间101被定义为基于一组地面站时钟和SV时钟的子集的总体平均。在SV位置所经历的单独SV时钟，例如第一SV 102的时钟，与GPS系统时间相比可能有略微的偏移，从而引起第一SV的时钟偏差112。另一个SV 103具有另一个时钟偏差113等。单独偏移的模型作为导航消息的一部分从每个SV被发射。

UE还包含时钟106A。时钟106A至少在某种程度上与蜂窝通信系统时钟同步，例如与RNC帧结构同步，以便使得能够在上行链路和下行链路交换消息。在精细时间辅助的情况下，UE时钟106A还可以用GPS系统时间帧106B来表示。时钟106B从而构成对UE中所做出的GPSTOW的估计。GPS系统时间101与UE时钟时间106B的对应位置之间的关系107是UE时钟偏差。蜂窝通信系统的帧时间与卫星参考时间之间的关系可以例如被表示为GPSTOW，以用于特定参考RNC帧的开始。时钟偏差107典型地相对较稳定，但是可能显示出轻微的漂移，这意味着蜂窝通信系统的定位节点必须不断地更新与GPS时间的关系，至少是间歇地。

当从SV发射的信号到达地球表面上的UE时，所述信号已被延迟一个取决于从所讨论的SV到UE的距离的量。所述时延取决于信号所行进的距离，并且对于位于或靠近地球表面的UE而言典型地为58-87ms。对于第一SV和第二SV，由UE所接收的卫星信号的定时在图2中分别通过线104和线105来说明。

独立的GPS接收机在接收机的位置能够被计算之前通常需要解码完整的导航数据。这可能花费非常长的时间，因为例如上面所提及的星历和时钟校正参数每隔30s才发送一次。对于一些应用，该时延可能是无法接受地大，例如对于紧急呼叫应用。此外，解码需要某个最小量的信号强度以取得成功。接收机可以以远低于解码导航消息所需要的信号强度来确定C/A码的边界。因此所谓的辅助GPS方法被开发了，其中前述的星历和时钟校正参数作为辅助数据在更快且更为可靠的通信链路(例如蜂窝通信链路)上被发送。

辅助数据典型地还包含近似的GPS系统时间和UE的近似位置。取决于操作的模式，UE可以替代地接收一组使得接收机能够更快地确定C/A码边界的参数。在后一种情况下，在UE之外的网络定位节点中计算位置，并且UE仅提供C/A码边界的相对位置的测量。

A-GPS接收机的基本任务是测量到大量卫星的伪距。对于第一卫星的伪距被定义为：

ρ₁＝c·(t_u-t_t1)             (1)

其中t_u是在接收时的UE时钟读数106B，t_t1是在时间t_u在UE处接收到的信号部分的、来自第一SV 104的信号发射的时间。伪距与真实距离的区别在于大量的扰动因子(接收机时钟偏差、电离层和对流层时延、SV时钟偏差、测量误差等)。出于清楚的目的，在该讨论中这些误差源的大多数的影响将被忽略。有许多用来补偿大部分上面列出的误差源的已知技术，参见例如[1]。

简化的模型是，所测量的伪距服从：

ρ₁＝|x_u-x_s1(t_t1)|+b+e₁         (2)

此处x_u＝(x_u y_u z_u)是包含未知接收机位置的三维坐标的行向量。类似地，x_s1是包含在发射时间t_t1的第一SV的坐标的行向量。SV以3.84km/s的速度移动，因此发射时间需要以毫秒级别被知晓，否则位置精度将恶化。符号|z|是指括号内向量的模，其等于|z|＝(zz^T)^1/2。在这种情况下，它可以被解释为接收机和SV之间的距离。此外，b是接收机时钟偏差107(表示为距离)：

b＝c·(t_u-t_GPS)                          (3)

其中t_GPS表示GPS系统时间。最后，e₁是测量误差。

精细时间辅助数据允许GPS接收机获得A-GPS所可能的最佳灵敏度。为了理解这些益处，应当提及的是，GPS是码分多址(CDMA)系统。来自每个卫星的GPS信号因此与一个特定码相关联。该码的码片速率为1.023MHz，以用于民用粗捕获(C/A)信号。来自每个卫星的信号通过相对于每个卫星的唯一代码的相关性而找到。该码具有1023码片的持续时间，其合计正好为1毫秒。更为复杂的是，50Hz比特PSK调制的流被叠加在来自卫星的包含例如星历数据的GPS测距信号上。由于PSK调制，比特边缘(edge)可能使得测距相关性变得复杂，这是因为在不知道比特边缘的精确时间实例的情况下，在比特边缘处未知的符号切换恶化了相关性接收机性能。直到在GPS接收机中已经建立了与GPS时间的准确同步，因此在大于10毫秒上的相干相关性不可能。当正好第一卫星被捕获时，如果没有外部同步信息可获得，那么这一事实显著地降低了性能。剩余卫星的捕获无需经受该灵敏度损失，因为它们可以使用与作为第一卫星的检测结果而获得的GPS时间的精确同步。

最后，精细时间辅助的第一个和最重要的优点是，它允许A-GPS接收机将相干相关性检测也应用于其所捕获的第一卫星。可以获得的5-10dB灵敏度增益被认为对于获得A-GPS的一致室内覆盖是至关重要的。原因在于在深入的室内，所有的卫星都被假定为同样的微弱。没有单个的卫星比剩余的那些更容易被检测到。

由于卫星的相对速度的大的变化，GPS相关性接收机搜索二维码和多普勒空间。与精细时间辅助相关的一个优点是，它允许相关性检索窗口在码的大小上被减小。该益处将结合图3进一步解释。小区2由无线基站(RBS)12来服务。参考站点5，优选地被定义在小区2的中心。与参考站点2有关的精细时间辅助数据被传送13至小区内不同的UE 10A-B。卫星测距信号55在UE 10A-B被接收。卫星信号55的规定时刻通过与C/A信号的相关性而被检测到。然而，取决于UE的实际位置，检测时间将不同。当卫星信号55的某个部分124在例如位于参考站点的UE 10A处被接收时，位于更靠近小区边界的UE 10B将必须等待时间122，直到接收到相应的卫星信号部分124。相干相关性必须在将覆盖这些空间差异的卫星信号的所述大部分上执行。搜索窗口因此必须相应地被适配。

然而，如果GPS同步也具有某种不确定性，那么这也将影响必须的搜索窗口的大小。如果误差的出现与GPS系统时间数据有关，那么卫星信号55的部分124的发生可以像在稍晚时刻被检测到一样而出现。这作为帧边界126的偏移而被说明。UE 10B的检测于是可以对应于具有正确的同步但甚至位于小区2之外的UE 10C。UTRAN与GPS系统之间的同步的不确定性将因此增大由空间不确定性所引入的不确定性。

为了适配搜索窗口以便覆盖所有可选情况，必须考虑同步。于是的问题在于，当前在标准蜂窝控制信令中(例如在RRC上行链路接口上)没有信息实体可以提供给定位节点对UE所执行的测量的适当的不确定性量度。一种方法可以是定义用于同步的确定的最小要求性能，并且对其进行补偿。然而，这将始终给出搜索窗口，该搜索窗口始终适合于任何可以连接至蜂窝通信网络的UE的最坏情形。这不将给出搜索窗口的任何有效的适配，这必然降低了性能。另一种方法是修改标准，但是这种工作可能会花费长的时间才能达成一致。此外，现有的UE也必须适应所述标准的变化。

相比于GPS测距信号的完整1023码片的码出现时间(epoch)，可以实现多于因子10的码大小的减少。这导致了附加的A-GPS灵敏度改进，因为较少的码和多普勒搜索仓(bin)可以导致接收机的错误报警。然而，该增益相对较小。计算指示，它为0.1-0.5dB的数量级，这取决于假设。更重要的是，减小的搜索窗口大小按比例减小了GPS接收机的计算复杂性，事实是转化成在更长时间段进行相关以增强灵敏度的可能性，或者减少了计算时间，由此还降低了功率消耗。后一益处在A-GPS接收机用于在延长的时间段内进行跟踪目的的情况下会是相当大的。注意，减小的搜索窗口的益处在搜索新的和未检测到的卫星时始终存在。

根据上面进一步讨论的内容，配备有A-GPS接收机的UE可以被用来确定时钟偏差，或者更一般地是蜂窝通信系统的帧时间与卫星参考时间之间的关系(或同步)的量度。这种量度又可以被用于由蜂窝通信网络进行计算以建立蜂窝和卫星帧结构之间的时间关系。本发明的一个方面涉及这种时间关系的建立。至少部分精细时间辅助数据的生成是由UE执行的，其在UE已知的预定GPS时间测量至UTRAN帧边界的UTRAN码片的数量。注意，UE中GPS时间的建立并不是无关紧要的，特别是在UE辅助的情况下。测量的结果通过RRC协议作为小区帧测量的GPS定时被报告给定位节点，此处为RNC。下面将对此进一步详细地讨论。根据本发明，定位节点收集来自UE的类似测量，并为支持A-GPS的蜂窝系统中的每个小区建立并跟踪GPS TOW和UTRAN帧定时之间的关系。

在下一步中，当UE利用A-GPS被定位时，定位节点准备好辅助数据，特别是精细时间辅助数据。该数据说明了GPS时间(TOW)中UTRAN帧定时的预期的(标称的)关系，其被定义在参考站点，优选地在UE所位于的小区的中心。此外，它还包含在参考站点处的预期码相位和多普勒。由小区扩展所施加的预期码相位和多普勒的不确定性也被提供，优选地是根据WO06001738。然而，所建立的UTRAN帧定时和GPS TOW之间的关系的不确定性也有益处。

本发明的一个基本目的是避免引入携带测量不确定性信息的信息实体，所述测量不确定性信息是关于UE的小区帧测量的GPS定时，例如通过RRC到定位节点。本发明的另一个基本目的是避免对UE的小区帧测量的GPS定时的最小性能进行规定的需要。通过本发明在定位节点中应用能够自动估计不确定性的技术来实现这一点。

根据本发明，GPS系统时间与蜂窝通信系统时间之间的时间关系以及该关系的不确定性在定位节点中(即在蜂窝通信网络中)被联合估计和跟踪。该估计和跟踪是在定位节点中单独执行的，从而使得规范和UE的实施都不受影响。

这可以由图4中的图来进一步说明。GPS时间与UTRAN时间之间的关系130在很多时机被测量，如图中的点所示。所述关系的每个测量130都与不确定性132相关联，仅示出了测量中的一次。值130被报告给定位节点，然而不确定性132是未知的。根据本发明，这些关系被估计，优选地通过使用了线性趋势模型的卡尔曼滤波。可以由此实现偏移136以及总斜率134的估计。该斜率理论上等于1，但是系统时钟的漂移可能会在此引入微小的偏差。这可以由卡尔曼滤波容易地处理。偏移136对应于GPS系统时间与蜂窝通信系统之间的时间关系。该量度的不准确度也可容易地获得。一种方式是利用反复的数据差分(differentiation)。另一种方式是应用后处理步骤，所述后处理步骤是基于第一估计步骤所获得的估计误差。标准偏差是表示不确定性的一种可能性。分离的局外处理也是需要的，这是因为可能有一些UE模型提供了不良的测量，或者其经历了下面将进一步描述的问题。

图5说明具有根据本发明实施的这种估计功能的蜂窝通信系统的框图。大量卫星50发射UE 10可检测到的测距信号55。UE 10测量GPS系统时间与蜂窝通信系统之间的关系，并将这种测量通过UTRAN信号14在RRC协议15上经由RBS 12报告给RNC 20。RNC包含定位节点21。定位节点21根据本发明预测特定小区的小区帧的GPS定时。定位节点21中的第一估计器22接收小区帧的GPS定时的测量，并提供小区帧的GPS定时的估计，例如使用基于漂移模型的卡尔曼滤波。估计的余项被提供给定位节点中的第二估计器23，其中提供对小区帧的GPS定时的不确定性的估计。这些估计量然后在每当需要定位UE时被使用。

在图6中说明根据本发明的描述辅助数据的提供的方法的实施例的主要步骤的流程图。该过程开始于步骤200。在步骤210，卫星时间参考数据被提供。卫星时间参考数据至少包含蜂窝通信网络的帧时间与卫星参考时间之间的关系。该步骤又包含子步骤212、214和216。在子步骤212，表示所述关系的量随时间在多个移动终端中被测量。所测量的量在步骤214中从移动终端被报告给定位节点。在步骤216中执行计算。蜂窝通信网络的帧时间与卫星参考时间之间的关系的估计由所报告的测量的量来计算得出。此外，关系的估计的不准确度也被估计。

在步骤220，对于特定卫星的搜索窗口被适配，这是基于卫星时间参考数据，然后特别是至少基于所估计的蜂窝通信网络的帧时间与卫星参考时间之间的关系估计的不准确度。最后在步骤230，表示适配的搜索窗口的数据被提供给将要被定位的移动终端。该过程结束于步骤299。

为了给出关于滤波过程的优选实施例的一些细节，可以介绍下面的线性趋势模型来作为一个实例：

$\tau (t+T_S)=\tau \left(t\right)+T_S·\stackrel{·}{\tau }\left(t\right)+w_{\tau }\left(t\right)---\left(4\right)$

τ_Measurement(t)＝τ(t)+e_τ(t)                 (5)

此处τ是将被估计的小区帧值的GPS定时，是对应的漂移率，以及w是模型不确定性，其通常被建模为高斯白噪声。此外，τ_Measurement表示帧的GPS定时的测量，以及e表示一个特定测量的测量误差。T_s表示对于时变所能允许的测量速率。时间可变的卡尔曼滤波器于是可以被设计，例如参见[2]，为了估计τ和，使用测量τ_Measurement。应当注意，关于滤波步骤的精确解决方案，可以有几个可变复杂等级的替代方案。

来自该滤波器的估计误差然后可以被用作对于例如标准偏差的估计的基础，所述标准偏差然后形成所寻找的不确定性量度。

上述过程的一种不大准确的替代方案将是简单地在数字上对测量差分两次。这将理想地给出单次测量的测量不确定性的量度，然后则可以在类似于上面概述的步骤的步骤中进行合并。

在利用UE来提供GPS与蜂窝帧的关系的测量时的附加问题还有，在目前标准中由于数据截短所引入的模糊性，而不能完全地确定用于报告GPS TOW的量度应如何解释。这在UE辅助A-GPS期间也将是重要的，其中GPS定时从UE被提供给定位节点。

图7说明对于接收的卫星信号的发射时间确定进行确定的详细实例的时序图。信号部分在发射时间t_t1 111从卫星被发射。卫星信号部分104在UE 110在特定时间t_u被接收。如果t_u例如被定义为UE时钟时间的帧边界，则对应的发射时间t_t1通过使用信号的内部定时信息而被确定。这使得能够通过将差值与光速相乘而确定伪距ρ₁。

发射时间t_t1典型地在几个阶段中被确定。首先，t_t1的亚毫秒部分通过找到SV的C/A码的边界而确定。这是使用相关器来测试某个搜索窗口内的所有可能的码相位和多普勒频移而完成，如上进一步所述。

在后续的步骤中，需要估计发射时间的毫秒部分。这仅需要对将被确定的第一SV进行。后续的SV的完整发射时间可以在RNC中通过使用一个完整发射时间以及UE和SV位置的先验知识来重构。试探性的发射时间相对于彼此相差整数个毫秒。一毫秒对应于300km。因此对于大多数的情况，如果完整的GPS TOW信息对于RNC将是可获得的，那么发射时间将可能被明确地确定。因此，如果已知GPS TOW，仅仅来自最近的帧边界的码片数量δt_ti必须被确定，即截短的发射时间。由此，截短的伪距δρ_i也可以通过使用下面的关系而被提供：

δρ_i＝c·(0.001-δt_ti).                         (6)

发射时间的毫秒部分的估计要求接收的数据被解扩，从而留下原始导航数据比特。所述估计然后可以通过大量的技术来做出。

第一种方法是TOW的直接解调。这首先要求比特同步以20ms的水平被执行。然后数据以20ms的速率被解调。该过程通常要求子帧边界被确定之后解码出所谓的切换字，从中可以得出TOW，即发射时间t_t1。每个子帧的长度为6s，因此该过程可能要求收集近似8秒的导航数据。TOW解调工作低至近似-172dBW，假设天线增益为0dB，实际上是GPS覆盖范围的限制因子。

第二种方法是使用了相关技术的TOW估计。该过程也要求生成解调数据比特，但是替代直接解码，利用已知的发射的导航数据比特来做出相关。这些比特包含所谓的遥测字和HOW字，其可以作为辅助数据的一部分而被发送给UE。这要求GPS时间在几秒内是先验已知的。该过程工作在比直接TOW解码低一些的信号水平上，但是性能最有可能受限于跟踪环，其在这种低信号水平时可能失锁。典型地，锁相环或自动频率控制环路可以在此采用。然而，预期这将在低至-179dBW附近工作。

第三种方法是使用实时时钟。如果TOW先前已经被确定，那么接收机可能能够使用例如蜂窝系统时钟来在毫秒级别维持准确的时钟，所述蜂窝系统时钟典型地每秒仅漂移几个纳秒，并且对于相当大的时间量而言，长期稳定性可能好于1ms。然而，对于用户而言可能难以知道绝对精度，这限制了该方法的使用。此外，该方法要求第一种或第二种方法以某一间隔执行。

无论使用什么方法，支持UE辅助的A-GPS的UE随后需要补偿传播时延，并因此在测量时报告近似的GPS系统时间，参看图7。注意，支持UE辅助的A-GPS的UE通常不可以访问星历数据，即卫星位置，也不知道其近似位置。因此，似乎难以补偿从SV到UE的传播时延。同样，对于位置计算，并不是必须执行这种补偿。更好的替代方案将是报告所估计的发射时间来替代。事实上，位置计算中第一任务之一就是从估计的GPS系统时间执行变换回到发射时间，这是因为在发射时需要发射时间来计算精确的SV位置。估计GPS系统时间的需求造成了一种风险，即发射时间的重构无法被正确地完成。这随后在GPS/UTRAN时间的关系中引入了毫秒级的模糊性，这使得辅助数据不大有用或者甚至有害。

根据本发明的一个方面，创建了UE应当如何执行时延补偿的规则，从而RNC可以从报告的GPS系统时间来明确地重构发射时间。此外，该解决方案无需改变各种蜂窝标准。

UE被提供有用于SV的列表的预期的码相位(CP)、整数码相位(ICP)和GPS比特号(GPSBN)。这些“码相位”参数因此在特定时间和特定参考位置有效(参看图3)。该公共时间戳GPS TOW也被提供。数据在信息元素GPS捕获辅助中被提供，并且目的是使得UE能够减小在搜索C/A码中的码相位偏移数量。对于该特定应用，假设UE没有接收任何在GPS和蜂窝时间之间的准确关系。实际上，利用可获得的这种关系，UE将无需在接收时重构TOW。因此，可以假设UE仅在几秒内知道GPS时间。因此，上述提及的辅助数据字段仅在捕获第一SV信号时被使用一次。

然而，这些信息元素还可以令人惊讶地用于本发明的本方面的目的，即准确地估计从SV到UE的时延，典型地用于第一卫星。所提及的辅助数据元素的精确定义如下：

码相位(CP)字段包含码相位，以1 GPS码片为单位，范围从0到1022 GPS码片。CP号定义了保留到下一C/A码边界的码片数量，正如在参考站点处的接收机在GPS TOW时所见到的。该CP号因此类似于截短的预测的伪距。参考位置典型地将为MS位置的先验估计。该字段是强制性的。时间分辨率显然为0.001/1023s。

整数码相位(ICP)字段包含整数码相位，即自最近的GPS比特边界以来而经过的码周期的数量，以C/A码周期为单位，正如在参考站点处的接收机在GPS TOW时所见到的。该字段是强制性的。范围是0-19，并且时间分辨率为0.001s。

GPS比特号(GPSBN)字段包含当前在时间GPSTOW所接收的GPS比特号(以模4表示)，正如在参考站点处的接收机所见到的。该字段是强制性的。范围是0-3，并且时间分辨率为0.02s。

从这些定义显而易见的是，它们与在参考站点处在GPS TOW时间所见到的SV时间直接相关。通过使用这些定义，来自第一卫星的发射时间可以作为下述而被得到：

t_t1，ref＝GPSBN·0.02+ICP·0.001+(1023-CP)/1.023·10⁶，CP≠0， (7)

t_t1，Jef＝GPSBN·0.02+ICP·0.001，CP＝0

以秒表示。时延因此可以被表示为：

τ＝t_u，ref-t_t1，ref.                    (8)

然而注意，发射时间被定义为模80ms，这意味着时延还需要被定义为模80ms。t_u，ref即在参考站点所预期的GPS TOW也以80ms为单位来表示，这导致：

τ＝mod(t_u，ref-t_t1，ref，0.08)＝mod(-t_t1，ref，0.08)＝0.08-t_t1，ref     (9)

此处注意，GPS TOW所包含的信息t_u，ref消失了，这使得以模80ms表示的时延τ成为模糊的。时延τ始终给出0与80ms之间的值。然而对于实际的GPS卫星，到地球表面的距离给出的实际时延在大约58-87ms范围的某处。

在图8中说明这些关系。水平轴为视在(apparent)时延，即时延以模80ms给出，垂直轴为示出的伪时延。该伪时延与实际时延的不同是由于某些误差和偏移，这可以以不同的方式来补偿。卫星配置已知的伪时延位于某个间隔δτ^*内。最下方区域的视在时延必须被解释为减少了80ms。因此，根据本发明的一个优选实施例，所有低于某个阈值τ_thr的视在时延都应当通过增加80ms来进行补偿。这给出了视在时延τ与伪时延τ^*之间的关系140。为了覆盖58与87ms之间的预定伪时延范围，阈值优选地应当选取在间隔δτ_thr附近，范围从7到58ms。为了使误差和偏移具有一些安全余量，并且还包括一些移动终端并不是恰好位于地球表面的情况，阈值应当选取在间隔δτ_thr的中间某处，例如在间隔30到45ms。

如果选择了特定的τ_thr值，那么伪时延可以被计算为：

UE现在可以确定如在实际位置所接收的来自第一卫星的发射时间t_t1。然后使用伪时延来确定接收时间t_u，使得：

t_u＝t_t1+τ^*            (11)

接收时间然后被量化为整数毫秒，这可以通过简单的截短来实现，使得

GPSTOW＝floor{1000*t_u}ms＝floor{1000*(t_t1+τ^*)}ms.              (12)

当报告被发送给RNC时，发射时间t_t1也被截短，使得：

t_t1＝k*10^-3+δt_t1，                (13)

其中δt_t1是截短的发射时间，即亚毫秒部分，以及k是整数。这也可以通过上述的关系(6)被表示为截短的伪距。GPSTOW和截短的伪距被报告给RNC。在RNC中，截短的发射时间很容易获得，并且整数部分k现在可以通过将(12)插入到(11)中并对其重新整理而被重构，从而给出：

k＝GPSTOW-floor{1000*(δt_t1+τ^*)}.              (14)

值τ^*没有被报告，但是由于它的计算仅基于由RNC自身所提供的辅助数据，所以对应的τ^*的计算也可以在RNC侧处被执行。RNC现在可以根据(12)而使用重构的t_t1连同其它伪距测量和RNC系统帧号来计算UE位置、精确的GPS系统TOW，并建立GPS和UTRAN时间之间的精确关系。

应当注意，可以采用计算τ^*的其它实施例，只要在蜂窝通信系统中的两侧都执行相同的计算，即在UE和RNC两侧。所述计算因此不得不依赖于在两侧节点都可获得的参数。在本发明中，实现了捕获辅助数据可以服务于此目的。

图9说明根据本发明一个方面的方法的实施例的主要步骤的流程图。该过程开始于步骤300。在步骤310，GPS捕获辅助数据被提供。该GPS捕获辅助数据至少包含用于如在参考站点处所预期的GPS卫星的列表的码相位、整数码相位和GPS比特号。在步骤312，捕获辅助数据被传送给UE。在步骤314中，多个卫星测距信号在UE中被接收到。在步骤316，到所述多个GPS卫星中每一个的伪距和对于各个信号接收的GPS时间戳被确定。该确定包括，对于将要被确定的第一卫星，基于捕获辅助数据执行伪传播时延的计算。伪传播时延然后被用来确定第一卫星测距信号接收时的时间戳。在步骤318，时间戳和截短的伪距被传送给定位节点。在时间戳将要被用于根据例如图6的滤波过程的情况下，GPS时间戳和伪距的截短被包含在所报告的测量的量中，所述测量的量表示蜂窝通信系统的帧时间与卫星参考时间之间的关系。在步骤320，计算被执行。该计算步骤包含与UE中执行的相同的伪传播时延的计算。该计算可以是例如根据图6的滤波过程。该计算步骤还可以包括UE位置的计算，其基于所传送的时间戳、伪距的截短以及计算的伪传播时延。

图10A说明在蜂窝通信系统中涉及UE定位的装置60的实施例的主要部件的框图。该装置60典型地被包含在蜂窝通信系统的定位节点21中，例如在RNC 20中。然而，装置60还可以位于蜂窝通信系统中的其它地方，并且还可以以分布式的方式来配置，其中不同的功能被包含在彼此通信的不同节点中。装置60包含用于提供数据的部分61，特别是卫星时间参考数据和/或GPC捕获辅助数据。用于提供数据的部分61在本实施例中被连接至用于适配搜索窗口界限的部分62，所述搜索窗口用于辅助UE来搜索卫星测距信号。用于适配搜索窗口界限的部分62和用于提供数据的部分61被连接至发射机63，其被安排成提供数据(例如搜索窗口界限或捕获辅助数据)给UE，优选地使用不同的控制信令。装置60进一步包含接收机64，用于接收表示蜂窝通信系统的帧时间与卫星参考时间之间的关系测量量和/或表示多个卫星与UE之间的伪距的截短以及这些测距信号接收时的GPS时间戳的数据。接收的数据被提供给处理器65。处理器65在本实施例中被安排成计算来自接收数据的关系的估计，以及用于计算所估计的关系的估计的不准确度。这些估计被提供给用于适配搜索窗口界限的部分62以及用来提供数据的部分61，以便改善搜索窗口的适配。

在本实施例中，处理器进一步包含用于计算伪传播时延的装置66。该伪传播时延可以用在关系的计算和/或用于UE位置的计算。

图10B说明根据本发明的用户设备10的实施例的主要部件的框图。UE 10包含接收机71和发射机72，用于控制蜂窝通信系统内的信令。通过接收机，捕获辅助数据被接收并被提供给处理器74。UE 10另外包含GPS接收机73，其被安排成允许从多个GPS卫星接收卫星测距信号。所接收的测距信号被提供给处理器74。处理器包含用于计算伪传播时延的装置66，其基于所接收到的捕获辅助数据。伪传播时延由处理器用来从所接收的卫星测距信号提供截短的伪距以及对应的GPS时间戳。所述截短的伪距和对应的GPS时间戳被提供给发射机72，用于进一步提供给在蜂窝通信系统中的定位节点。

上述的实施例应被理解为本发明的几个说明性实例。本领域技术人员将会理解，可以对这些实施例进行各种修改、组合以及改变而无需背离本发明的范围。特别是，不同实施例中的不同部分解决方案在技术上可能的情况下可以被组合在其它配置中。然而，本发明的范围由所附权利要求书来限定。

参考文献

[1]E.D.Kaplan，＂Understanding GPS-Principles and Applications＂，Norwood，MA，Artech House，1996，pp.247-251，255，340-343.

[2]T.，＂Discrete-Time Stochastic Systems-Estimation andControl＂，Prentice Hall，Hemel Hempstead，UK，p.235.