专利名称：蜂窝通信网络中的gps辅助消息及其方法
技术领域：
本发明总的来说涉及在蜂窝通信网络中定位移动站，具体地说涉及发射到蜂窝手持装置的移动站全球定位系统(GPS)辅助消息及其方法。
存在几种GPS辅助消息。星历表辅助消息包括GPS星历和时钟纠正数据。天文历(almanac)辅助消息包括天文历和其它数据，其通常包括截断的星历、电离层延迟量(delay element)、格林尼治时间坐标(UTS)偏移量、和其它数据。差分GPS(DGPS)辅助消息包括差分纠错数据。
在一些蜂窝通信结构中，例如第三代(W-CDMA)结构中，一个或多个数值标记被包括在由网络从辅助消息独立发射的报头或者主信息块(MIB)。在W-CDMA结构中，辅助消息称为系统信息块(SIB)。通常根据不同的时间表发射MIB和SIB。
MIB的数值标记通常提供时序安排信息，并且告知蜂窝移动站是否已经更新相应的辅助消息的内容。目前，一种多比特信元数值标记被用于在W-CDMA/UMTS规范的全球定位系统(GPS)辅助消息中。不论何时，当任何数据，例如辅助消息(在W-CDMA/UMTS规范中的SIB)的GPS时间标记(在W-CDMA/UMTS规范中的“传输TOW”)被更新或者改变时，GPS数值标记被更新。
通常，每一个辅助消息或者SIB用于指定的地理区域，例如用于特地的小区或者用于特定的公共移动陆地网络(PLMN)。当移动站读到新的MIB时，将在本地小区内或者PLMN内的相应的SIB的数值标记与预先存储在移动站中的相应的SIB数值标记进行比较。当前，任何时候更新相应的MIB数值标记时，移动站(在W-CDMA/UMTS规范中的“用户装置”)更新SIB。然而，读出SIB很消耗功率，在电池供电的移动站中功率是有限的。
图1为说明一种蜂窝通信网络，其支持使移动接收机可工作的卫星定位系统的辅助GPS定位。
图2为说明星历表数据更新过程流程图。
图3为说明来自GPS卫星的周期的GPS星历数据传输。
图4为说明具有卫星标识和相应的星历数据标识的二进制序列。
图5为说明二进制位的序列。
图6为说明天文历数据更新过程流程方框图。
参考接收机接收卫星信号，并且基准节点根据所接收的卫星信号产生GPS辅助消息，设置为适当的格式以用于通过网络传输到一个或者多个移动接收机。辅助消息通常被在蜂窝载波信号101上进行调制，该载波被以点对点方式发射到特定的蜂窝手持装置104，或者被点对多点或广播方式发射到多个移动接收机。
基准节点也产生GPS数据发布标识，用于传输到在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站。GPS数据发布标识被用来指示是否需要更新GPS数据(例如存储在移动站内的相应的星历表和天文历数据)。
图2说明了用来更新发射到蜂窝通信网络内的激活的GPS移动站的GPS星历表数据发布标识的过程流程方框图200。通常，在方框202，在图1中示出的基准节点从多个GPS卫星(通常为8-12颗卫星)中的每一个接收星历表数据。在此，“星历表数据”参考通常包括在基准节点处从相应的GPS卫星接收到的星历表和纠错时钟数据。
产生的星历表辅助消息包括星历表数据，纠错时钟数据和其它参数，其中一些参数可以由网络提供，以用于每一颗卫星(方框204)。
同样在方框202，包括纠错时钟数据和其它参数的星历表数据在一些已知的传输时间间隔内被更新，如下面更加详细的介绍一样大约为1小时。其它的数据和参数，例如如在随后的表2和3所示的第一参数传输时间，可以被更加频繁地更新。同样，在方框204，根据更新的星历表数据、纠错时钟数据和其它数据以及在消息中由网络发送的参数来更新相应的星历表辅助消息。
在方框206，产生GPS星历表数据发布标识，用于具有新的星历表数据的每一个辅助消息。仅当更新GPS星历表数据时更新GPS星历表数据发布标识。特别地，当除了GPS星历表数据发布标识之外的参数被更新或者改变时，不更新GPS星历表数据发布标识。在一些实施例中，仅当更新星历表数据时更新星历表辅助消息。
在一个实施例中，以相应的二进制数字序列对用于多个星历表辅助消息中的每一个消息的GPS星历表数据发布标识进行编码。该二进制数字序列也识别特定的卫星，从该卫星可获得由星历表数据标识引用的星历表数据。
图3说明了第一和第二卫星SV1和SV2的轨迹和相应的周期的星历表数据传输0-4，这些卫星上升高于和低于水平线。
图4中，星历表消息具有至少8位数据字段，其中4个数据位用于卫星标识，识别特定的GPS卫星，另外4个数据位标识与已识别的卫星相关的GPS星历表数据发布。在任何给定的时间内，有足够的唯一的二进制卫星标识数目(16)来识别可观察到的GPS星群的8-12颗卫星中的每一颗。
在图5中，用来向在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站的另一个GPS星历表数据发布标识包括具有用于卫星标识数据的至少5位的第一二进制数据字段，和具有用于星历表序列号(ESN)的至少3位的第二二进制数据字段。优选地，仅当更新用于相应的卫星的星历表数据时，增加所述ESN。
在第三代(W-CDMA/UMTS)结构中，具有星历表和时钟纠错数据以及其它参数的GPS辅助消息为SIB。并且在包括于主信息块(MIB)中的通用的数值标记(a generalized value tag)内对GPS星历表数据标识和相应的卫星标识进行编码。
在图2中，在方框208中，GPS星历表数据发布标识被通过蜂窝通信网络发射，并且在方框210被移动站(MS)接收和读出。在方框212，移动站为相应的星历表数据将GPS星历表数据发布标识与预先存储在移动站内的任何GPS星历表数据发布标识进行比较。在第一个实施例中，仅当新的GPS星历表数据发布标识不同于已存储的GPS星历表数据发布标识(方框214)时或者没有已存储的GPS星历表数据发布标识和星历表数据时，移动站读出由网络传输的新的辅助消息。
图6说明了用于更新发射到在蜂窝通信网络内的激活的GPS移动站的GPS天文历数据发布标识的过程流程图600。在方框602，通常，图1中所示的基准节点从GPS卫星接收天文历和其它数据。
在方框604，产生天文历辅助消息，其包括天文历和其它数据以及其它参数，其中一些参数可由网络提供。由所有的GPS卫星提供相同的天文历数据，因此，与星历表数据的情况不同，不必产生用于每一个卫星的独立的天文历辅助消息。
同样，在方框602，以一些已知的传输时间间隔(大约18小时)更新天文历数据。其它数据和参数，例如如随后的表2和表3的第一参数所示的传输时间，可以被更加频繁地更新。在方框604，根据已更新的天文历和其它数据以及参数来更新天文历辅助消息。
在方框606，产生GPS天文历数据发布标识，以用于天文历辅助消息。在本发明的一个实施例中，仅当更新GPS天文历数据时更新GPS天文历数据发布标识。特别地，当除了GPS天文历数据之外的参数被更新或者改变时，不更新GPS星历表数据发布标识。在一些实施例中，仅当更新天文历数据时更新天文历辅助消息。
在方框608，GPS天文历数据发布标识被通过蜂窝通信网络发射，并且在方框610由移动站(MS)接收。在方框612，移动站为天文历数据而将GPS天文历发布标识与预先存储在移动站的任何GPS天文历数据发布标识进行比较。如果GPS天文历数据发布标识不同于已存储的GPS天文历数据发布标识(方框614)或者没有已存储的GPS天文历数据发布标识和天文历数据，移动站读出由网络传输的新的天文历辅助消息在一个实施例中，GPS天文历数据发布标识被用于小区。用于小区的GPS天文历数据标识被以至少2个位二进制数据字段进行编码，当更新在基准节点内的GPS天文历数据时通过增加该二进制数据字段来对其进行更新。在第二实施例中，GPS天文历数据发布标识用于公共移动陆地网络(PLMN)。用于PLMN的GPS天文历数据发布标识被以至少8位二进制数据字段进行编码，当更新在基准节点内的天文历数据时也可以通过增加该二进制数据字段来对其进行更新。在第三个实施例中，GPS天文历设置发生标识和GPS天文历数据标识被用作PLMN的通用标识(generalized identifier)。GPS天文历设置发生标识被以至少4位的二进制字段进行编码，并且GPS天文历数据标识被以至少4位二进制字段进行编码。
在第三代(W-CDMA/UMTS)结构中，具有天文历和其它数据以及参数的GPS辅助消息为SIB，并且GPS天文历数据标识和相应的GPS天文历设置发生标识被以包括在主信息块(MIB)内的通用数值标记进行编码。
在本发明的另一个实施例中，以从网络发射到移动站的二进制比特序列(例如，已失效的/正在失效的卫星ID)提供实时GPS卫星完整数据(integrity data)。在一个实施例中，以在主信息块(MIB)内的数值标记对实时完整数据进行编码。
下面的表1说明了在示例性的GPS星历表辅助消息内的参数。
表1星历表和时钟纠错辅助消息的示例内容
可选地，在网络中由实时完整监视功能块检测的已失效的或正失效的卫星ID可以包括在辅助消息末端。而且，可以将它们包括在其它辅助消息中或者作为独立的消息从网络传输到手持装置。
在星历表数据中由一个参数指出当前的星历表数据发布的时期，也就是可用的星历表时间(Toe)。应当注意，通常GPS卫星的星历表时间为2个小时，当卫星开始使其可用时，其在当前时间“t”之前，并且随后可以使GPS卫星的星历表时间对激活的GPS移动站变得可用。因此，具有2小时的t-toe的数值对应于使用相同的星历表设置(-2小时＜＝t-toe＜＝+2小时)可能的4小时周期，星历表设置(-2小时＜＝t-toe＜＝+2小时)指出用于每一个星历表设置的四小时故障时间间隔。因此，可以将任何特定的星历表设置的应用周期改变为5小时(t-toe＝+3小时)或者更多，而对卫星位置和速度误差的影响很小。此外，通过用于整个卫星能见度(visibility pass)的修正的DGPS纠正可以完全除去这种误差。
根据上面的讨论，手持装置可以使用t-toe年龄限制(age limit)来确定何时需要再次读出蜂窝网络发射的星历表数据。因此，在已存储的星历表设置达到它的年龄限制之前(例如，星历表辅助消息的广播频率大于星历表数据的更新频率的)，可以忽略网络传输的星历表辅助消息。通过计算t-toe可以在手持装置中确定星历表数据的年龄，其中“t”是当前时间，而“toe”时星历表时间。
表2说明包括表2的参数的示例性的GPS天文历辅助消息。
表2天文历和其它辅助消息的示例内容
类似地，在天文历数据中有一个参数指出当前天文历数据发布的年龄，也就是可用的天文历时间(toa)。结果，手持装置可以使用t-toa年龄限制(age limit)来确定何时需要再次读出蜂窝网络发射的星历表数据。因此，在已存储的星历表设置达到它的年龄限制之前(例如，星历表辅助消息的广播频率大于星历表数据的更新频率的)，可以忽略网络传输的星历表辅助消息。通过计算t-toa可以在手持装置中确定星历表数据的年龄，其中“t”是当前时间，而“toa”时星历表时间。
表3说明天文历和其它数据的映像。
表3对子帧ID和页号的天文历和其它数据的映像
表4说明了示例的DGPS纠正辅助消息的参数。
表4DGPS辅助消息的示例内容
此消息包括几个方面的智能压缩(intelligent compression)。它们在表4中是很清楚的，同时其它更加巧妙(subtle)。由于每一个移动站具有合理可靠的定时信息，相对于用于DGPS纠正数据的RTCM标准的所有的20位，DGPS时间标记(DGPS TOW)被压缩。通过简单地减少在RTCM中定义的位同时维持所请求的位置精度或者通过将所有卫星的纠正的平均数值减去每一个PRC和RRC数值，对差分纠正数据本身进行压缩。该平均数值反映了在纠正数据中的公共时间(common time)和频率偏差，所述纠正数据由于振荡器偏移和漂移而被减少。这些偏差对差分纠正的移动站的导航方案(navigationsolution)没有影响，因此可以不予考虑。另外，如果DGPS参考接收机已经除去平均纠正值，或者已知DGPS参考接收机的时钟相对于纠正值不重要，则不要求此操作。此外，通常不必要包括用于先前的IODE的ΔRRC值，因为相对于标称延迟误差，由星历表年龄减少的速度误差很小。然而，在一些应用中，当速度精度很重要时，包括他们将是很有利的。此外，当国防部使SA不激活时，相对而言，由于忽略ΔRRC值而减少的误差变得很重要。因此，ΔRRC是可选择的。根据特定的应用，某些的参数也可以是选择的，或者可以包括附加的参数。表4种的参数i指出被包括的先前的IODE数目根据要求的带宽的减少，该数目范围可以是1-4(数值4对应于最大的基础设施的带宽的减少)。此外，如果少于4的值被用于该参数，ΔPRC(也可能是ΔRRC)值不需要是连续的也就是，对于靠近当前的星历表的星历表的复制，忽略ΔPRC(也可能是ΔRRC)值可能是有利的，因为产生的误差很小。例如，可以用比当前的IODE更老的IODE来传输当前IODE的纠正值。最后，因为ΔPRC差分值是由星历表年龄误差而不是有标称DGPS延迟影响(例如，SA的加速度)引起的，不必向每一个短周期频(如30秒)繁那样发送它们。更长的广播周期将有助于数据压缩。在最坏的情况下，以每一个更长的周期，如每分钟或者当SA关闭时甚至更长的时间，发送一次ΔPRC差分值就足够了。一种观点是使用ΔCount参数来指示这种轮换方案(alternative scheme)。当星历表最老时出现最坏的情况，其表明相反地根据年龄的数据的附加的压缩也就是，PRC差分值越新，将更加不频繁地发送它。使用这两种压缩技术，需要传输DGPS消息到所有可视的卫星的字节数少于82个字节。当然，如果消息长度少于所关心的长度，上面介绍的压缩技术是可选的。尽管这一点很显然，基于当前的先前的IODE的应用DGPS纠正的原理对于节约传输带宽来说仍然是有价值的，也就是，通过减少或者消除星历表和时钟纠正数据的频繁更新。
尽管已经以一种方式介绍了本发明和其中认为是最好的模式，该方式建立了发明了所拥有的模式，并且使得本领域普通技术人员能够实施和使用本发明，应当理解，有许多方案等价于在此介绍的示例性实施例，并且在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对它进行许多修改和变化，本发明不是由示例性实施例而是由权利要求书所限定。
权利要求
1.一种用于更新GPS星历表数据发布标识的方法，所述星历表数据发布标识被传输到在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站，该方法包括在与蜂窝通信网络进行通信的基准节点处接收GPS星历表数据；产生包括GPS星历表数据和其它参数的辅助消息；产生GPS星历表数据发布标识；接收更新的GPS星历表数据和其它已更新的参数；仅当所述GPS星历表已经更新时更新所述GPS星历表数据发布标识。
2.根据权利要求1的方法，当除了所述GPS星历表数据外的参数改变时不更新所述GPS星历表数据发布标识。
3.根据权利要求1的方法，通过所述蜂窝通信网络传输GPS星历表数据发布标识，在移动站处接收所述GPS星历表数据发布标识，将所述已接收的GPS星历表数据发布标识与存储在所述移动站内的相应的GPS星历表数据发布标识进行比较，仅当所述已接收的GPS星历表数据发布标识不同于所述已存储的GPS星历标数据发布标识时，在所述移动站处读出相应的星历表数据发布标识。
4.根据权利要求1的方法，在与蜂窝通信网络进行通信的基准节点处从多个卫星接收GPS星历表数据；产生包括来自所述多个卫星的GPS星历表数据和其它参数的多个辅助消息；为所述多个辅助消息中的每一个产生GPS星历表数据发布表识；仅当已经更新所述相应的辅助消息的GPS星历表数据时，更新所述多个GPS星历表数据发布标识。
5.根据权利要求4的方法，以相应的二进制位数的序列对所述GPS星历表数据发布标识中的每一个和相应的卫星标识进行编码，通过所述网络传输所述二进制位数序列。
6.一种用于更新GPS天文历数据发布标识的方法，所述天文历数据发布标识被传输到在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站，该方法包括在与蜂窝通信网络进行通信的基准节点处接收GPS天文历数据；产生包括GPS天文历数据和其它参数的辅助消息；产生GPS天文历数据发布标识；接收已更新的GPS天文历数据和其它已更新的参数；仅当所述GPS天文历已经更新时，更新GPS所述天文历数据发布标识。
7.根据权利要求6的方法，当除了所述GPS天文历数据外的参数改变时不更新所述GPS天文历数据发布标识。。
8.根据权利要求6的方法，通过所述蜂窝通信网络传输GPS天文历数据发布标识，在移动站处接收所述GPS天文历数据发布标识，将所述已接收的GPS天文历数据发布标识与存储在所述移动站内的相应的GPS天文历数据发布标识进行比较，仅当所述已接收的GPS天文历数据发布标识不同于所述已存储的GPS天文历数据发布标识时，在所述移动站处读出相应的天文历数据发布标识。。
9.根据权利要求6的方法，GPS天文历数据发布标识被用于小区，当在所述基准节点处的所述天文历数据被更新时，通过增加2位数据字段来更新所述GPS天文历数据发布标识。
10.根据权利要求6的方法，GPS天文历数据发布标识被用于公共移动陆地网络(PLMN)数值标记，当在所述节点处的所述天文历数据被更新时，通过增加8位数据字段来更新所述数值标记。
11.一种用于在相应的系统信息块(SIB)内指示在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站发生改变的主信息块(MIB)，所述相应的系统信息块(SIB)具有星历表数据和纠正时钟数据以及其它参数，包括星历表数值标记；所述星历表数值标记仅依赖于在所述相应的SIB内的GPS星历表数据的改变；所述星历表数值标记独立于所述纠正时钟数据和所述相应的SIB的任何其它参数。
12.根据权利要求11的MIB，所述星历表数值标记具有至少一个8位数据字段，4位数据位标识相应的卫星，并且4位数据位标识GPS星历标数据发布。
13.一种用于在相应的系统信息块(SIB)内指示在蜂窝通信网络中的激活的GPS移动站发生改变的主信息块(MIB)，所述相应的系统信息块(SIB)具有天文历数据和其它参数，包括天文历数值标记；所述天文历数值标记仅依赖于在所述相应的SIB内的GPS天文历数据的改变；所述天文历数值标记独立于所述相应的SIB的任何其它参数。
14.根据权利要求13的系统信息块，所述天文历数值标记被用于公共移动陆地网络(PLMN)，所述天文历数值标记具有至少一个8位数据字段。
15.根据权利要求14的系统信息块，4位数据位标识相应的卫星，并且4位数据位标识GPS天文历数据发布。
16.一种用于在蜂窝通信网络内传输到激活的GPS移动站的GPS星历表数据发布标识，包括具有卫星标识数据的第一字段；和具有星历表序列号的第二字段。
17.根据权利要求16的GPS星历表数据发布标识，第一字段为至少5位，第二字段为至少3位。
18.根据权利要求16的GPS星历表数据发布标识为广播消息。
19.一种用于在蜂窝通信网络内传输到激活的GPS移动站的主信息块(MIB)，包括具有二进制序列的数值标记；所述二进制位的至少一个组合指出实时GPS卫星完整数据。
20.一种用于在蜂窝通信网络移动站内更新GPS星历表数据的方法，包括通过在所述移动手持装置处读出星历表辅助消息来获得星历表数据；通过确定所述星历表的年龄来评估所述星历表数据的有效性；当所述已存储的星历表数据到达确定的年龄时，通过读出新的星历表辅助消息来更新所述星历表数据。
21.根据权利要求20的方法，通过t-toe来确定所述星历表数据的年龄，其中“t”为当前时间，而“toe”为星历表的时间。
22.一种用于在蜂窝通信网络移动站内更新GPS天文历数据的方法，包括通过在所述移动手持装置处读出天文历辅助消息来获得天文历数据；通过确定所述天文历的年龄来评估所述天文历数据的有效性；当所述已存储的天文历数据到达确定的年龄时，通过读出新的天文历辅助消息来更新所述天文历数据。
23.根据权利要求22的方法，通过t-toa来确定所述天文历数据的年龄，其中“t”为当前时间，而“toa”为天文历的时间。
全文摘要
本发明公开了一种用于传输到在蜂窝通信网络(100)内的激活的GPS移动站(104)的GPS辅助消息和数据发布表识及其方法。所述GPS数据发布表识指出存储在所述移动站(104)内的GPS数据(例如，相应的星历表和天文历数据)是否要求更新。在示例性的第三代(W－CDMA/UMTS)结构中，所述GPS辅助消息为系统信息块(SIB)，并且以包括在主信息块(MIB)内的数值标记对所述GPS星历表数据标识和相应的卫星标识进行编码。
文档编号H04B7/185GK1457563SQ02800321
公开日2003年11月19日 申请日期2002年2月5日 优先权日2001年2月16日
发明者赵亦林, 托马斯M·金, 乔治J·盖尔 申请人:摩托罗拉公司