CN101388740A - 在td-scdma无线通讯***中获得与传递gps标准时间的方法与*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在TD－SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法，包括以下步骤：由各TD－SCDMA基站分别接收GPS卫星信号，获得TD－SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，然后分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器；无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；移动终端根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。本发明利用TD－SCDMA无线通讯***基站间同步、基站位置精确、各基站均具有高精度GPS接收机的特点，可以获得更为精确的GPS标准时间。

Description

在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法与***
技术领域
本发明涉及TD-SCDMA无线通讯***，尤其涉及在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法与***。
背景技术
GPS是一种基于卫星的定位***，它最初由美国军方设计并受美国军方的控制，可以为任何人***。这个***是由在6个中间环形轨道上运行的24颗卫星组成，一个卫星环绕轨道运转一周的时间接近12个小时。每个卫星不断地发送关于当前时间、所有卫星的位置以及像历书(almanac)和星历(ephemeris)这样的一些相关数据信息。GPS接收器使用这种信息来计算其自身与卫星之间的距离。为确定位置，GPS接收器必须接收来自至少四个卫星的信号。
首次定位时间(Time to First Fix，TTFF)表征GPS接收器第一次定位所需的时间，TTFF很大程度上决定于接收器的接收灵敏度，以及可见卫星的数量、每个卫星信号的强度、卫星在天空中的分布以及接收器对天空的视角。在一种不利的环境中，例如信号较弱的城市高楼间隙或者室内，某些情况下需要几分钟的时间来计算位置。这对于本地服务(LBS)或者紧急呼叫(E911)来说是不可接受的，这些情况需要一种更快的获取时间。为此，人们开发了辅助型GPS(A-GPS)来解决不利环境下的TTFF问题。
A-GPS的开发部分地受到美国联邦通信委员会(FCC)的E911强制要求能对紧急呼叫者提供蜂窝电话的定位所推动。A-GPS的目的是或者改善TTFF，或者当它不能改善TTFF时使定位运算成为可能。
在过去的几年，在A-GPS这个关键词之下开发出了不同的概念和解决方案，这些不同的概念可以分成支持型GPS(Aided GPS)和辅助型GPS(Assisted GPS)两类。
支持型GPS通过在移动网络上发送历书、星历、粗略的位置和时间来改善TTFF。这种支持型数据可以在控制层面(control plane)上、或者移动网络的用户层面(user plane)上发送。支持型GPS的位置的运算大多数发生在移动设备上。
辅助型GPS使得采用快速TTFF计算位置成为可能。为实现这点，利用像时间同步、更准确的位置、多普勒和频率这样的额外信息用来确定位置。这种额外信息可以通过使用移动网络控制层面的基础设备来获得，像高级前向链路三边测量(AFLT)这样的机制被用来确定移动设备的位置。这里，信号从移动设备发出，被几个移动基站接收并进行测量。位置的计算可以在移动设备内发生(基于移动设备的)，或者在移动网络服务器上发生(基于网络的)。
基于移动设备的辅助型GPS解决方案通过移动网络接收额外的辅助GPS数据，但是在移动设备上进行位置计算。这意味着LBS或者E911服务必须从移动设备得到当前的位置。
采用基于网络的辅助型GPS解决方案，移动设备发送原始的GPS数据到移动网络中的GPS辅助服务器。这个网络服务器可以利用直接来自网络的额外辅助GPS信息来计算位置。在计算之后，位置数据被发送到接收器。LBS或者E911服务可以直接访问网络服务器的位置数据库。
A-GPS的好处是改善TTFF、增加灵敏性以及使可用性最大化，存在这些优点是因为接收器不再必须下载和解码来自GPS卫星的导航数据，接收器可以使用更多的时间和处理能力来跟踪GPS信号。
A-GPS的定位计算可以分为MS-Based方式和MS-Assisted方式。在MS-Based方式中，计算由终端完成；而在MS-Assisted方式中，定位计算由网络基于SET提供的测量数据完成。两种定位计算方法各有利弊：MS-Assisted的优点是对终端的要求低，但具有时延较大、不适合高速行驶情况下的定位等缺点。相比而言，MS-Based方法的优点是网络负担小且定位时延小；适合短时间内的连续定位情况；在网络不能提供辅助的情况下，可以使用自具的GPS功能来定位，因而可靠性高；此方式下无需核心网络作任何改进，成本较低。总体而言，MS-Based方式是比较可取的定位方式。
在对于GPS的定位计算过程中，如果确定了解GPS接收机本地GPS标准时间，这可以准确测量GPS***中各个卫星信号到达接收机的准确时延。在这种前提下，可以有效地提高GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。然而在目前的A-GPS中所获得的GPS标准时间大多比较粗略，不够准确。
近年来，随着用户需求的增加，移动定位技术受到越来越多的关注，特别是3G技术的日益成熟为移动定位技术的发展提供了支持。在2G或2.5G的网络里，由于受到网络传输速度的限制，高精度定位技术(A-GPS)的应用受到局限，而3G网络可以提供高速无线下载功能，这就为移动定位业务提供了更加广阔的发展空间。
TD-SCDMA无线通信***是我国自主制定的3G标准。TD-SCDMA的一个关键技术就是同步CDMA，即上行链路各终端信号在基站解调器完全同步。这样，使用正交扩频码的各个码道在解扩时就可以完全正交，相互间不致产生多址干扰，大大的解决了CDMA***的容量。为实现同步CDMA，必须解决同步的检测、建立和保持等主要问题，这也是本***的关键技术之一。但是，由于各个用户终端在小区覆盖范围内的位置是可以变化的，即使在通信进行过程中，用户还可以以很高速度移动。由于电波在从基站到用户终端的传播时间的变化，将引起同步的变化。如果再考虑多径传播的影响，此同步将更为困难，这就是实现同步CDMA的难题所在。在同步CDMA***中，同步的检测是用软件通过求相关的方式获得的。在无线基站，我们对接收到的来自用户终端的信号进行8倍的过取样，即在解调出的基带信号中，对每个码片(Chip)等时间取8个样值，然后和此取得的样值求相关。当相关峰未达到所需值时，再向前或向后搜寻，直至获得收到信号的同步起点为止。这样获得此接收帧的同步起点以及它与期望的同步起点之间的距离SS(其单位为每次取样的间隔，即l/8Chip的整数倍)。因为在任何时刻，基站在SYNC1时刻只能接收一个终端的接入请求；而在SYNC2时刻只有一个终端在发出此信号，其余终端在此时隙均为空时隙(EMPTY)，故不会有来自本小区内其他终端的干扰，保证了同步的检测的准确性。
TD-SCDMA***采用TDD双工技术和FDMA/TDMA/CDMA多址方式，为了减少干扰、提高***容量，要求各基站间、基站与终端之间同步。TD-SCDMA***中的同步技术主要由两部分组成，一个是基站间的同步；另一个是移动台间的上行同步技术。同步采用GPS或其它技术来实现基站间的同步，即同步***中所有基站的信号包括***帧号(SFN)是一致的。为此，各基站均设有高精度的GPS接收机，并且各基站位置精确。
在TD-SCDMA***即将到来之际，如何为移动终端提供更为成熟的定位技术，成为业界需要解决的问题，其中提高GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间是其中一个重要课题，而如前所述，提供更为精确的GPS标准时间可以达到这一目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法与***，其利用TD-SCDMA无线通讯***的同步***的特点，可以获得更为精确的GPS标准时间。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法，方法包括以下步骤：
a.各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
b.各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器；
c.无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间；
d.无线网络控制器通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
e.移动终端根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。
上述的方法中，步骤a包括在基站中执行的以下步骤：
确定当前的***帧号；
GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；
计算同步***时钟在确定***帧号与当前***帧号间的时间差：ΔTSFN＝-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号；以及
计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS+ΔTSFN。
上述的方法中，步骤e包括在移动终端执行的以下步骤：
解调无线网络控制器下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
解调基站***信号获得当前***帧号；
计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN’为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
上述的方法中，步骤a～c是周期性地循环执行。
上述的方法中，在步骤d中，所述无线网络控制器可通过广播信道下发所述绝对GPS标准时间，也可以通过专用信道向移动终端下发所述绝对GPS标准时间。
本发明还提供一种在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的***，包括：
多个基站，各基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间；
无线网络控制器，接收并存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
移动终端，根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。
上述的***中，各基站分别包括：GPS接收机，解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息；时钟板，确定当前的***帧号；以及计算单元，接收GPS标准时间信息TGPS和当前的***帧号，并计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中TGPS为GPS标准时间，Tframe为同步***帧长度，SFN为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号；以及发送单元，向无线网络控制器上报所述绝对GPS标准时间。
上述的***中，移动终端包括：TD-SCDMA接收机，解调无线网络控制器下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，且解调基站***信号获得当前***帧号；以及计算单元，接收绝对GPS标准时间和当前***帧号，并计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN’为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
因此，本发明利用TD-SCDMA***的同步***基站间同步、各基站位置精确已知和各基站均具有高精度GPS接收机的特点，通过基站获得获得GPS标准时间并且传递给移动终端，可以有效地提高终端设备内的A-GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明获得与传递GPS标准时间的方法一个实施例的流程图。
图2是图1中在基站中执行的步骤流程图。
图3是图1中在移动终端执行的步骤流程图。
图4是本发明获得与传递GPS标准时间的***的结构框图。
图5是本发明中采用广播方式下发GPS标准时间的过程示意图。
图6是本发明中采用专用信道方式下发GPS标准时间的过程示意图。
图7是图4中基站的结构示意图。
图8是图4中移动终端的结构示意图。
具体实施方式
本发明的获得与传递GPS标准时间的方法和***，是在TD-SCDMA无线通讯***中利用其基站间同步、基站的信号包括***帧号(SFN)一致等特性来实现获得精确的GPS标准时间。TD-SCDMA无线通讯***包括多个基站、移动终端和无线网络控制器，其中各基站中包含GPS接收机以接收GPS卫星信号，实现各基站间的同步。此外，移动终端内具有A-GPS接收机，因此可以利用来自无线网络和卫星的相关信息进行GPS定位。下面参照附图描述本发明的实施例。
请参照图1所示，本发明一个实施例的获得与传递GPS标准时间的方法包括以下步骤：在步骤201，各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号(如帧号为0)时的绝对GPS标准时间；随后，在步骤202，各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器(RNC)；无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间(步骤203)；在步骤204，无线网络控制器通过信令通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；最后，执行步骤205，移动终端根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。
其中，请参阅图2所示，步骤201进一步包括在基站中执行的以下步骤：首先，在步骤2011，基站确定当前的***帧号SFN，同时，执行步骤2012，基站中的GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；随后，执行步骤2013，计算同步***时钟在确定***帧号与当前***帧号之间的时间差：ΔTSFN＝-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号(如帧号为0)，亦即绝对GPS标准时间所对应的帧号；最后执行步骤2014，计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS+ΔTSFN＝TGPS-Tframe＊(SFN-SFNSD)。
为保证绝对GPS标准时间测量的及时性，步骤201～203是周期性地循环执行。
在步骤204中，无线网络控制器可以通过广播信道下发绝对GPS标准时间，也可以是基于移动终端的请求，通过专用信道向需要定位的移动终端提供绝对GPS标准时间。
接下来请参阅图3所示，步骤205进一步包括在移动终端执行的以下步骤：首先，在步骤2051，解调无线网络控制器下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD；其次，执行步骤2052，解调基站***信号，获得当前***帧号SFN’；之后，执行步骤2053，计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN’为***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
在移动终端获得GPS***标准时间后，利用这一信息以及其他A-GPS有关信息，进行卫星搜索以及定位。此后，移动终端可向网络上报获得卫星有关信息和其位置信息，而网络可以向需要该用户位置信息的节点上报该用户位置信息。
请参阅图4所示，本发明的获得与传递GPS标准时间的***，包括在TD-SCDMA无线通信***中的多个基站10、无线网络控制器(RNC)20、以及一个或多个移动终端30。此外，此无线通信***还包括为实现定位所需的定位中心40及定位应用平台50。
请结合参阅图5所示，各基站10可分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间给RNC20；如图7所示，各基站进一步包括：一GPS接收机11，用以解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；一时钟板12，确定当前的***帧号SFN；一计算单元13，接收此GPS标准时间和当前***帧号SFN，据此计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号；以及一发送单元14，向无线网络控制器20上报此绝对GPS标准时间。
根据计算要求，计算单元13进一步包括第一加法器130、第二加法器132、乘法器134。GPS接收机11完成当前的标准GPS时间TGPS测量工作，将测量值输出给第一加法器130。基站的时钟板12提供当前SFN以及帧头时间，输出当前SFN给第二加法器132，第二加法器132将当前SFN与标准SFN(SFNSD)相减的差，输出给乘法器134。乘法器134将输入的差乘以TD-SCDMA的帧长度(Tframe)获得相对时间ΔTSFN，输出给第一加法器130。第一加法器130将标准GPS时间TGPS减去相对时间ΔTSFN获得***帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD，作为***输出，提供RNC 20使用。
无线网络控制器20存储各基站10上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间。在图5所示实施例中，无线网络控制器10可以通过广播信道下发绝对GPS标准时间；当然，无线网络控制器10也可以是基于移动终端30的请求，通过专用信道向需要定位的移动终端30提供绝对GPS标准时间TGPS SD。
移动终端30根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间TGPS SD。请参阅图8所示，移动终端包括：一TD-SCDMA接收机31，解调RNC 10下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间TGPS SD，且解调基站***信号获得当前***帧号SFN’；计算单元32，计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
根据计算要求，计算单元32进一步包括第一加法器320、第二加法器322和乘法器324。TD-SCDMA接收机31完成RNC消息解调功能，将***帧号时的绝对GPS标准时间输出给第一加法器320。此外，TD-SCDMA接收机31完成其接入基站10的SFN解调功能，输出当前***帧号(SFN’)给第二加法器322。第二加法器322将当前***帧号SFN’)与标准***帧号(SFNSD)相减的差，输出给乘法器324。乘法器324将输入的差乘以TD-SCDMA的帧长度(Tframe)获得相对时间(ΔTSFN)，输出给第一加法器320。第一加法器320将标准***帧号时的绝对GPS标准时间与相对时间相加，获得当前标准GPS时间T’GPS，提供给A-GPS接收机33，由A-GPS接收机33完成在网络辅助信息下的定位功能。
此外，移动终端30向定位中心40传递GPS信号测量结果或者用户位置估计信息。定位中心40完成需要定位的移动终端的位置估计以及/或者位置信息管理功能，同时向定位应用平台50提供需要定位的移动终端30的位置信息。定位应用平台50完成定位业务与其他外部服务器等的连接功能，向外提供需要定位的移动终端30的位置信息，向定位中心40提供定位请求以及定位结束等信令。
因此，本发明利用TD-SCDMA***的同步***基站间同步、各基站位置精确已知和各基站均具有高精度GPS接收机的特点，通过基站获得获得GPS标准时间并且传递给移动终端，可以有效地提高终端设备内的A-GPS接收机的接收灵敏度并且减少首次定位时间。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1、在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的方法，所述TD-SCDMA无线通讯***包括多个基站、移动终端和无线网络控制器，其中各基站包含GPS接收机，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.各个基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
b.各个基站分别上报所测量的绝对GPS标准时间给无线网络控制器；
c.无线网络控制器存储各基站上报的绝对GPS标准时间；
d.无线网络控制器通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
e.移动终端根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括在基站中执行的以下步骤：
确定当前的***帧号；
GPS接收机解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息TGPS；
计算同步***时钟在确定***帧号与当前***帧号间的时间差：△TSFN＝-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号；以及
计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS+△TSFN。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤e包括在移动终端执行的以下步骤：
解调无线网络控制器下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
解调基站***信号获得当前***帧号；
计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN’为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a～c是周期性地循环执行。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，所述无线网络控制器通过广播信道下发所述绝对GPS标准时间。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，所述无线网络控制器通过专用信道向移动终端下发所述绝对GPS标准时间。
7、在TD-SCDMA无线通讯***中获得与传递GPS标准时间的***，其特征在于，包括：
多个基站，各基站分别接收GPS卫星信号，获得TD-SCDMA***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，并分别上报所测量的绝对GPS标准时间；
无线网络控制器，接收并存储各基站上报的绝对GPS标准时间，并通知需要定位的移动终端所在小区的***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间；
移动终端，根据当前的***帧号计算当前标准的GPS时间。
8、如权利要求7所述的***，其特征在于，各基站分别包括：
GPS接收机，解调GPS卫星的信息，获得GPS标准时间信息；
时钟板，确定当前的***帧号；以及
计算单元，接收GPS标准时间信息TGPS和当前的***帧号，并计算同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间：TGPS SD＝TGPS-Tframe＊(SFN-SFNSD)，其中TGPS为GPS标准时间，Tframe为同步***帧长度，SFN为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号；
发送单元，向无线网络控制器上报所述绝对GPS标准时间。
9、如权利要求8所述的***，其特征在于，所述移动终端包括：
TD-SCDMA接收机，解调无线网络控制器下发的同步***时钟在确定***帧号时的绝对GPS标准时间，且解调基站***信号获得当前***帧号；
计算单元，接收绝对GPS标准时间和当前***帧号，并计算当前GPS***标准时间：T’GPS＝TGPS SD+Tframe＊(SFN’-SFNSD)，其中Tframe为同步***帧长度，SFN’为当前***帧号，SFNSD为同步***时钟的确定***帧号。
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