[发明专利]用于辅助全球定位系统完整性维护的方法和装置

说明书

本申请是先前于1999年11月12日提交的序列号为09/438,204的美国申请的部分的延续，因而引入本文作为参考，并对共同主题要求优先权。

本发明一般涉及无线通信系统。本发明具体涉及用于在无线通信系统中维护移动手机位置确定的完整性的方法和装置。

无线通信系统通常在遥远位置之间提供双向语音和数据通信。这种系统的示例是蜂窝和个人通信系统(PCS)无线系统、中继无线系统、调度无线系统和诸如基于卫星系统的全球移动个人通信系统(GMPCS)。这些系统之间的通信根据预先定义的标准引导。移动站，也叫做手机、便携机或无线电话，遵从系统标准，以和一个或多个固定基站通信。

需要获得和传输系统内移动站的实际位置，诸如蜂窝系统内的无线电话手机。另外，美国联邦通信委员会(FCC)要求在2001年以前蜂窝手机必须是可地区定位的。这个能力对于诸如增强911(E911)的紧急系统是很需要的。FCC要求严格的精度和实效性性能目标，并要求对于基于网络的解决方案，蜂窝手机在67％的时间在100米内是可定位的，对于基于手机的解决方案，蜂窝手机在67％的时间在50米内是可定位的。

更进一步，以移动站已有的位置信息，能响应于手机位置而为手机用户定制依赖位置的服务和包括广告的消息收发。

当前一代的无线通信只有有限的移动站位置确定能力。在一种技术中，移动站的位置是通过在几个基站监控移动站传输而确定的。能从开始测量的时间计算移动站的位置。然而，这种技术的精度是有限的，有时不能充分满足FCC的要求。

在另一种技术中，各个移动站装备有适合于使用诸如全球定位系统(GPS)的全球卫星巡航系统的接收机。在美国专利5,175,557和5,148,452中介绍了适合于使用GPS的接收机的构造和工作原理，两个专利都转让给本发明的受让人。GPS接收机检测来自围绕地球旋转的GPS卫星中的一个星座的传输。GPS接收机使用来自传输的数据和定时来计算卫星的位置，并使用来自它们位置的数据和定时来计算它自己的位置。轨道中的GPS卫星以大约4,000米/秒的速度运动。卫星有由参数X(t)定义的位置数据和由参数V(t)定义的速度数据。参数X(t)和V(t)是用于这个卫星的三维位置和速度矢量，并且以地球为中心的固定地球笛卡尔坐标系为参照。GPS系统包括24个卫星，其中的几个卫星在任何时候都能覆盖到移动站。各个卫星根据预先定义的标准格式和定时广播数据。

卫星坐标和速度现在是在GPS接收机内计算的。接收机通过解调卫星广播消息流而获得卫星历书(satellite ephemeris)和时钟校正数据。卫星传输包含以50比特/秒(bps)传输的超过400位的数据。包含在历书数据中的常数与Kepler轨道常数相符，它需要许多数学运算，以将数据转换为位置和速度数据。在一个实现中，为了对一个卫星在一个单一点将历书转化为卫星位置和速度矢量，这个转换需要90个乘法、58个加法和21个三角函数调用(sin,con,tan)。大多数计算需要双精度浮点处理。接收机必须对每一个卫星在每秒进行这种计算，一直计算到12个卫星。

这样，用来进行现有计算的计算机负荷是非常大的。手机必须包括能进行必要计算的高级处理器。这种处理器相对昂贵并且消耗大量的能源。为用户使用的便携式设备，移动站最好便宜并且在低能耗下工作。这些设计目标和用于GPS处理所需要的高计算负荷相矛盾。

更进一步，来自GPS卫星的慢数据率是一个限制。在GPS接收机的GPS捕获可能需要许多秒或几分钟，在这些时间内接收机电路和移动站的处理器必须持续供给能源。为了维护诸如移动蜂窝手机的便携式接收机和无线电收发机的电池寿命，尽可能不给电路供电。长GPS捕获时间能快速耗尽移动站的电池。在任何形势并特别是紧急形势下，长GPS捕获时间是不方便的。