DE69729737T2

DE69729737T2 - Verfahren und vorrichtung zur zeitbestimmung in gps-empfängern

Info

Publication number: DE69729737T2
Application number: DE69729737T
Authority: DE
Inventors: F. Norman KRASNER
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: ES2320859T3; EP2020608A3; KR100573397B1; DE69729737D1; EP2020608B1; US6150980A; US5945944A; ES2223084T3; JP2001505665A; US6433734B1; PT941487E; JP2010145413A; EP0941487A1; EP2020608A2; JP5015615B2; JP2007171210A; EP1262790A3; AU5588898A; KR20000069319A; DE69739254D1

Description

VERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung gehört zu und ist eine "Continuation-In-Part" der folgenden mitanhängigen US-Patentanmeldungen:
US-Patentanmeldung mit dem Titel "An Improved GPS Receiver Utilizing a Communication Link" mit der Anmeldenummer 08/842,559, eingereicht am 15. April 1997 von Norman F. Krasner; US-Patentanmeldung mit dem Titel "An Improved GPS Receiver Utilizing a Communication Link" mit der Anmeldenummer 08/612,582, eingereicht am B. März 1996; und US-Patentanmeldung mit dem Titel "An Improved GPS Receiver Utilizing a Communication Link" mit der Anmeldenummer 08/759,523, eingereicht am 4. Dezember 1996, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Satelliten-Positionierungs-Systeme (SPS) und genauer stellt sie Zeitsteuerungsinformation für Satelliten-Positionierungs-System-Empfänger zur Verfügung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Satelliten-Positionierungs-System-Empfänger bestimmen ihre Position normalerweise, indem sie Ankunftszeiten von Signalen berechnen, die gleichzeitig von mehreren Satelliten, wie etwa GPS (oder NAVSTAR) Satelliten übermittelt werden. Beispielsweise besteht die Konstellation der Umlaufbahnen des US-Global-Positioning-Systems (GPS) aus 24 Satelliten, die die Erde in 12-Stunden-Umlaufbahnen umrunden. Die Satelliten sind in sechs Umlaufbahnebenen angeordnet, von denen jede vier Satelliten enthält. Die Umlaufbahnebenen haben voneinander einen Abstand von 60 Grad und sind gegenüber der Äquatorebene um ungefähr fünfundfünfzig Grad geneigt. Die Konstellation stellt für einen Anwender ungefähr fünf bis acht Satelliten bereit, die von jedem Punkt auf der Erde sichtbar sind. Diese Satelliten übermitteln als Teil ihrer Nachricht sowohl Satellitenpositionsdaten, sogenannte "Ephemeriden"-Daten, als auch Takt-Zeitsteuerungsdaten. Zusätzlich übermitteln die Satelliten zum Satellitensignal gehörige Wochenzeit (time-of-week, TOW) Information, die es dem Empfänger gestattet, eindeutig seine lokale Zeit zu bestimmen. Der Vorgang des Suchens und Erfassens eines GPS-Signals, das Lesen der Ephemeriden und anderer Daten für mehrere Satelliten und das anschließende Berechnen des Empfängerstandorts (und der genauen Tageszeit) aus diesen Daten ist zeitaufwendig und benötigt oftmals mehrere Minuten. In vielen Anwendungen führt diese lange Verarbeitungszeit zu untragbaren Verzögerungen und begrenzt darüber hinaus in tragbaren Anwendungen, die miniaturisierte Schaltungen verwenden, stark die Lebensdauer der Batterie.
Zusätzlich kann in vielen Situationen eine Abschirmung der Satellitensignale auftreten. In diesen Fällen kann der empfangene Signalpegel der GPS-Satelliten zu niedrig sein, um die Satellitendatensignale fehlerlos zu demodulieren und abzuleiten. Solche Situationen können beim Personal-Tracking und anderen sehr mobilen Anwendungen auftreten. In diesen Situationen ist es einem Empfänger für gewöhnlich möglich das Erfassen und Verfolgen der GPS-Signale fortzuführen. Eine Standortbestimmung und eindeutige Zeitmessung ohne diese Daten erfordert jedoch alternative Verfahren.
Aus dem Schriftstück US 5 365 450 ist bekannt einem GPS-Empfänger Satellitendatennachrichten von GPS-Konstellationen über eine externe Datenverbindung, die auf einem zellularen Kanal basiert, bereitzustellen.
Dieses Schriftstück verwendet Vorwissen über eine vergangene Position zur Bestimmung einer gegenwärtigen Position. In diesem Schriftstück werden aber keine Mittel zum eindeutigen ermitteln einer Zeitmessung offenbart oder auch nur vorgeschlagen.
US 5 523 761 offenbart eine Kommunikationsverbindung zur Übertragung von GPS-Prozessor-Ausgangssignalen an eine Anzeigeeinheit.
Dieses Schriftstück offenbart außerdem das Empfangen von differentiellen Radiowellenträger- und/oder Zwischenträgersignalen von einer Radiowellenquelle mit DGPS-Korrekturen.
Auch hier gibt es jedoch wiederum keinen Vorschlag zur eindeutigen Durchführung einer Zeitmessung.
Es ist daher wünschenswert ein System bereitzustellen, das Zeitinformation für einen GPS-Empfänger bereitstellt, ohne, daß der Empfänger Zeitsteuerungsinformation von GPS-Signalen, die von GPS-Satelliten empfangen werden, oder von einem intern generierten Takt ableiten muß. Es ist außerdem wünschenswert ein System bereitzustellen, das Zeitsteuerungsinformation für GPS-Anwendungen von Zeitsteuerungssignalen ableitet, die in Nachrichtenübertragungen enthalten sind, die vom Empfänger empfangen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Zeitsteuerungssignalen zur Verwendung in einem Global-Positioning-System (GPS) Empfänger. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der GPS-Empfänger in einem integrierten Empfänger enthalten, der auch einen zellularbasierten Kommunikationsempfänger umfaßt. In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung empfängt der Kommunikationsempfänger ein kommerzielles Kommunikationssignal, das eine Zeitkennung enthält, die ein zeitsynchronisiertes Ereignis repräsentiert, und der GPS-Empfänger empfängt Satellitenpositionsinformation von einem oder mehreren Global-Positioning-System-Satelliten. Der GPS-Empfänger verknüpft die Zeitkennung mit Zeitsteuerungsdaten im Empfänger. Wenn die Zeitkennung ein Zeitsteuerungsrahmen oder Impuls innerhalb des Kommunikationssignals ist, bestimmt der Empfänger seine lokale Zeit relativ zu einem solchen Rahmen oder Impuls, indem er, in einer Ausführungsform, einen Zeitintervallzähler verwendet. Wenn die Zeitkennung eine zusammen mit den Kommunikationsdaten übertragene Systemzeit ist, bestimmt der Empfänger seine lokale Zeit aus der übertragenen Systemzeit. Die Satellitenpositionsinformation und die Zeitsteuerungsinformation werden dann dazu verwendet die Position des GPS-Empfängers zu bestimmen.
Andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind aus der beigefügten Zeichnung und aus der folgenden detaillierten Beschreibung erkennbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellt, in der Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in der:
1 eine Blockdiagrammdarstellung eines tragbaren Kommunikationssystems mit einem GPS-Empfänger kombiniert mit einem Kommunikationssystem, das eine Kommunikationsverbindung mit einer Basisstation herstellen kann, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Blockdiagrammdarstellung eines tragbaren Kommunikationssystems mit einem GPS-Empfänger kombiniert mit einem Kommunikationssystem entsprechend einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 einen kombinierten Kommunikations- und GPS-Empfänger darstellt, der in einem zellularen Telefonnetzwerk verwendet wird;
4A die Datenstruktur des zellularen Telefonsystems IS-95 CDMA darstellt;
4B die Datenstruktur des zellularen GSM-Telefonsystems darstellt;
5A ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Ableiten von Zeitinformation aus Kommunikationssignalen, die Zeitsteuerungskennungen enthalten, in einem GPS-Empfänger entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5B ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Ableiten von Zeitinformation aus Kommunikationssignalen, die Zeitsteuerungskennungen enthalten, in einem GPS-Empfänger entsprechend einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der Position eines GPS-Empfängers in einem GPS-Server darstellt, der Satelliten- und abgeleitete Zeitdaten vom GPS-Empfänger empfängt;
7 eine beispielhafte Darstellung einer zellular-basierten Informationsquelle ist, die eine Verknüpfung zwischen Dopplerinformationssätzen zu gegebenen Zeitpunkten relativ zu zellularen Dienstbereichen bereitstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung kommerziell verfügbarer Übertragungssignale zum Bestimmen von Zeitinformation in Global-Positioning-System-Empfängern beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung zahlreiche besondere Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist für den Fachmann jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung ohne diese besonderen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen werden gut bekannte Anordnungen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform dargestellt, um die Erklärung zu vereinfachen.
Global-Positioning-System (GPS) Empfänger empfangen GPS-Signale, die von GPS-Satelliten in Umlaufbahnen übermittelt werden, und bestimmen die Ankunftszeiten (times-of-arrival, TOA) von eindeutigen Pseudozufallsrauschen (PN) Codes, indem die Zeitverschiebungen zwischen den empfangenen PN-Code-Signalsequenzen und intern generierten PN-Signalsequenzen verglichen werden.
Jedes übermittelte GPS-Signal ist ein Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Signal. Das für die kommerzielle Verwendung verfügbare Signal ist das zum Standard-Positioning-Service gehörige und es verwendet ein Direct-Sequence biphasisches Spreading-Signal mit einer 1,023 MHz Spread-Rate, die auf einem Träger mit 1575,42 MHz (L1 Frequenz) sitzt. Jeder Satellit überträgt einen eindeutigen Pseudozufallsrauschencode (auch als "Gold"-Code bezeichnet), der den Satelliten kennzeichnet und der es gestattet, Signale, die von mehreren Satelliten gleichzeitig übertragen werden, gleichzeitig von einem Empfänger zu empfangen, mit geringen Interferenzen untereinander. Die Sequenzlänge des Pseudozufallsrauschen (PN) Codes beträgt 1023 Chips, entsprechend einem Zeitintervall von 1 Millisekunde. Ein Zyklus von 1023 Chips wird als ein PN-Rahmen bezeichnet. Somit ist jedes empfangene GPS-Signal im C/A (coarse acquisition) Modus mit dem sich wiederholenden 1,023 MHz PN-Muster hoher Datenrate mit 1023 Chips aufgebaut. Bei sehr niedrigen empfangenen Signalpegeln kann das Pseudozufallsmuster immer noch verfolgt oder anderweitig genutzt werden, um eine mehrdeutige Systemzeitsteuerung bereitzustellen, indem viele PN-Rahmen (beispielsweise 1000 Wiederholungen über eine Sekunde) verarbeitet werden. In dieser Verarbeitung mißt der GPS-Empfänger im wesentlichen die Startzeitpunkte von PN-Rahmen für mehrere empfangene GPS-Signale. Diese Zeitpunkte werden "Pseudoranges" genannt oder genauer "mehrdeutige Pseudoranges", wenn die Zeitpunkte nur modulo der 1 Millisekunden PN-Rahmengrenzen bekannt sind. Wenn die mit diesen Signalen verknüpften absoluten Zeitpunkte auf irgendeine Weise bekannt sind und zu den mehrdeutigen Pseudoranges hinzugefügt werden, entstehen die echten eindeutigen Pseudoranges, die einfach als Pseudoranges bezeichnet werden.
Ein Satz von vier mehrdeutigen Pseudoranges zusammen mit der Kenntnis absoluter Übertragungszeiten der GPS-Signale und von Satellitenpositionen in Bezug auf diese absoluten Zeitpunkte ist für die Berechnung der Position des GPS-Empfängers ausreichend. Es ist zu bemerken, daß eine präzise Standortbestimmung eine sehr genaue Messung der Zeitdifferenz zwischen am GPS-Empfänger empfangenen Satellitenübertragungen erfordert, typischerweise genauer als etwa zehn Nanosekunden. Die absolute Übertragungszeit von jedem Satelliten oder die absolute Empfangszeit am GPS-Empfänger müssen dagegen nicht mit einer so hohen Genauigkeit bekannt sein. Diese absoluten Zeitpunkte müssen nur mit einer Toleranz von etwa einer bis zehn Millisekunden bekannt sein, um eine hohe Genauigkeit beizubehalten. Die absoluten Übertragungszeitpunkte (oder Empfangszeiten) werden benötigt, um die Position des GPS-Satelliten zum Zeitpunkt der Übertragung zu bestimmen und damit die Position des GPS-Empfängers zu berechnen. Beispielsweise bewegen sich die GPS-Satelliten in einer Spanne von einer Millisekunde nur etwa 3,9 Meter und, noch wichtiger, ändern ihren Abstand von einem Punkt auf der Erde um nicht mehr als 2,7 Fuß. In typischen Situationen ergibt diese Bewegung Fehler in der Standortposition in der Größenordnung von nur einem Meter. Die Zeitinformation, die in der vorliegenden Erfindung interessiert, ist die lokale Zeit des GPS-Empfängers. Daher ist für die meisten Anwendungen die Kenntnis dieser Zeit mit einer Genauigkeit von einer bis zehn Millisekunden ausreichend.
Dem 1,023 MHz PN-Code überlagert sind Daten mit einer niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit mit 50 Hz Rate. Dieses 50 Hz Signal ist ein Binary-Phase-Shift-Keyed (BPSK) Datenstrom, wobei die Bitgrenzen mit dem Beginn eines PN-Rahmens ausgerichtet sind. Es gibt genau 20 PN-Rahmen pro Datenbitperiode (20 Millisekunden). Das 50 Hz Signal moduliert die Navigationsnachricht, die aus Datenbits besteht, die die Umlaufbahnen, Taktkorrekturen, Wochenzeitinformation und andere Systemparameter der GPS-Satelliten beschreiben. Die zu den Satellitenübertragungen gehörende absolute Zeit wird in konventionellen GPS-Empfängern bestimmt, indem in der Navigationsnachricht des GPS-Signals enthaltene Daten gelesen werden. Beim Standardverfahren der Zeitbestimmung decodiert und synchronisiert ein konventioneller GPS-Empfänger den 50 Baud Datenbitstrom. Das 50-Baud-Signal wird in 30-Bit-Worte eingeteilt, die in Unterrahmen von 10 Worten mit einer Länge von 300 Bit und einer Dauer von sechs Sekunden gruppiert sind. Fünf Unterrahmen umfassen einen Rahmen von 1500 Bit und einer Dauer von 30 Sekunden und 25 Rahmen umfassen einen Superrahmen mit einer Dauer von 12,5 Minuten. Die Datenbit-Unterrahmen, die alle sechs Sekunden auftreten, enthalten Bits, die die Wochenzeit mit sechs Sekunden Auflösung bereitstellen. Der 50 Baud Datenstrom ist mit den C/A-Code-Übergängen ausgerichtet, so daß die Ankunftszeit einer Datenbitkante (in einem 20-Millisekunden-Intervall) die absolute Übertragungszeit auf die nächsten 20 Millisekunden festlegt. Präzisionssynchronisation auf Bitgrenzen kann die absolute Übertragungszeit auf etwa eine Millisekunde oder weniger festlegen. Beim Standard-Zeitableitungsverfahren muß der über eine Datenperiode (20 Millisekunden) gemessene Signal-Rausch-Abstand über ungefähr 12 dB liegen, andernfalls ergeben sich Fehler, wenn versucht wird dieses Datensignal zu demodulieren und die Systemzeit eindeutig aus der Nachricht zu lesen. Bei niedrigen Signal-Rausch-Abständen (unter 12 dB) ist eine alternative Lösung erforderlich, um die absolute Zeit genau und zuverlässig zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine eindeutige Empfänger-Zeitsteuerung für einen GPS-Empfänger festgelegt, indem über eine Kommunikationsverbindung ein geeignetes Signal empfangen wird, das eine Zeitsteuerungskennung enthält. Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von konventioneller GPS-Verarbeitung dadurch, daß die von diesem Verfahren festgelegte Zeit der Empfangszeitpunkt der Kommunikationssignale im GPS-Empfänger statt der Übertragungszeit der GPS-Signale vom Satelliten ist. Falls die Position des GPS-Empfängers bekannt ist, selbst grob (beispielsweise auf 100 Meilen Genauigkeit), legt die Kenntnis des Empfangszeitpunktes zusammen mit der Satelliten-Umlaufbahninformation trotzdem die Satelliten-Übertragungszeit mit hoher Genauigkeit fest (typischerweise 1 Millisekunde oder besser).
Entsprechend einem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Zeitsteuerungssignale aus der Rahmenstruktur oder Zeitsteuerungsdaten abgeleitet, die von kommerziell verfügbaren Telekommunikationssignalen übertragen werden, wie etwa zellulare Sprach- oder Datensignale, die zusätzlich zu den Zeitsteuerungssignalen Information transportieren.
GPS Empfänger
1 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines tragbaren Kommunikationsempfängers, der einen Kommunikations-Transceiver mit einem GPS-Empfänger zur Verwendung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert. Die kombinierte mobile Einheit 100 umfaßt eine Schaltung zum Ausführen der Funktionen, die zum Verarbeiten von GPS-Signalen erforderlich sind, und der Funktionen, die zum Verarbeiten von über eine Kommunikationsverbindung empfangenen Kommunikationssignalen erforderlich sind. Die Kommunikationsverbindung, wie etwa die Kommunikationsverbindung 130, ist typischerweise eine Radiofrequenz-Kommunikationsverbindung zu einer weiteren Komponente, wie etwa einer Basisstation 106 mit einer Kommunikationsantenne 107.
Der GPS-Empfänger 100 ist ein kombinierter GPS- und Kommunikations-Empfänger und Sender. Der Empfänger 100 enthält eine GPS-Empfängerstufe, die eine Erfassungsschaltung 104 und einen Kommunikations-Transceiverteil 120 umfaßt. Die Erfassungsschaltung 104 ist mit einer GPS-Antenne 101 verbunden und der Kommunikationsempfänger 120 ist mit einer Kommunikationsantenne 102 verbunden. Über die GPS-Antenne 101 werden GPS-Signale empfangen und auf die Erfassungsschaltung 104 gegeben, die für die verschiedenen empfangenen Satelliten die PN-Codes erfaßt. Die von der Erfassungsschaltung 104 erzeugten Pseudorange-Daten werden im Prozessor 112 zur Übertragung durch den Transceiver 120 verarbeitet. Der Kommunikations-Transceiver 120 umfaßt einen Sende/Empfang-Switch 108, der Kommunikationssignale (typischerweise RF) zu und von der Kommunikationsantenne 102 und dem Empfänger 100 leitet. In einigen Systemen wird eine Weiche oder "Duplexer" anstatt dem S/E-Switch verwendet.
Empfangene Kommunikationssignale werden auf den Kommunikationsempfänger 110 gegeben und zum Verarbeiten an den Prozessor 112 weitergeleitet. Kommunikationssignale, die vom Prozessor 112 zu übertragen sind, werden zu einem Modulator 114 und einem Wandler 116 geführt. Ein Leistungsverstärker 118 erhöht die Verstärkung des Signals auf einen geeigneten Pegel zur Übertragung zur Basisstation 106. Im kombinierten GPS/Kommunikationssystem des Empfängers 100 werden von der Erfassungsschaltung 104 erzeugte Pseudorangedaten über die Kommunikationsverbindung 130 zur Basisstation 106 übertragen. Die Basisstation 106 ermittelt dann den Standort des Empfängers 100 basierend auf den Pseudorangedaten vom entfernten Empfänger, dem Zeitpunkt zu dem die Pseudoranges gemessen wurden und Ephemeridendaten, die von ihrem eigenen GPS-Empfänger oder anderen Quellen solcher Daten empfangen werden. Die Standortdaten können dann zurück zum GPS-Empfänger 100 oder zu weiteren, entfernten Standorten übertragen werden. Die Kommunikationsverbindung 130 zwischen dem Empfänger 100 und der Basisstation 106 kann in einer Anzahl verschiedener Ausführungsformen implementiert werden, eingeschlossen eine Direktverbindung oder zellulare Telefonverbindung.
2 ist eine detailliertere Blockdiagrammdarstellung eines mobilen Kommunikationsempfängers, der einen Kommunikations-Transceiver mit einem GPS-Empfänger zur Verwendung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert. Die kombinierte mobile Einheit 200 umfaßt eine GPS-Empfängerstufe und eine GPS-Antenne 201 sowie eine Kommunikations-Transceiverstufe und eine Kommunikationsantenne 202 und wird im folgenden als der "kombinierte GPS/Kommunikations-Empfänger" bezeichnet.
Von der GPS-Antenne 201 wird ein empfangenes GPS-Signal auf einen Radiofrequenz (RF) zu Zwischenfrequenz (ZF) Wandler 204 gegeben. Der Frequenzwandler 204 wandelt das Signal auf eine geeignete Zwischenfrequenz um, beispielsweise 70 MHz. Er führt dann eine weitere Umwandlung auf eine niedrigere Zwischenfrequenz aus, beispielsweise 1 MHz. Jeder Wandler innerhalb des RF-zu-ZF-Wandlers 204 besteht typischerweise aus einem Filter, einem Verstärker und einem Mischer. Die Komponenten des ersten Wandlers sind normalerweise genügend breitbandig, um einen breiten Frequenzbereich einzuschließen (beispielsweise 800 bis 2000 MHz), und sind für die meisten Fälle genügend breitbandig, um Frequenzbereiche zu bearbeiten, die von den GPS-Signalen und den wichtigsten Kommunikationssignalen abgedeckt werden.
Die Ausgabe des RF-zu-ZF-Wandlers 204 wird auf den Eingang eines Analog-zu-Digital (A/D) Wandlers 206 gegeben, der die Ausgangssignale des RF-zu-ZF-Wandlers 204 digitalisiert. In einigen Implementierungen stellt der RF-zu-ZF-Wandler 204 ein Paar von Ausgaben bereit, das in einer Phasenquadraturbeziehung steht; in diesen Fällen können zwei A/D-Wandler eingesetzt werden. Die Ausgabe des A/D-Wandlers 206 wird auf einen Eingang eines digitalen Snapshot-Speichers 208 gegeben, der eine Aufzeichnung der zu verarbeitenden Daten speichern kann. In einigen Fällen kann dieser digitale Snapshot-Speicher 208 umgangen werden und die Daten werden direkt zur Prozessorkomponente 210 (die wie dargestellt ein digitaler Signalprozessor (DSP) Chip sein kann, oder eine Gruppe von digitalen Prozessorchips) geleitet, wenn die Ausgangsdatenrate des A/D-Wandlers 206 hinreichend niedrig ist. Der Snapshot-Speicher 208 wird typischerweise zur Verarbeitung der GPS-Signale verwendet, die typischerweise in einer getrennten Speichervorrichtung gespeichert werden, die an den DSP 210 angeschlossen ist. Der Snapshot-Speicher 208 wird normalerweise auch für paketierte Kommunikationssignale eingesetzt, das heißt Signale, die aus Bündeln von Datenbits gefolgt von langen inaktiven Zeitabschnitten bestehen. Dies ist die hauptsächliche Form von Kommunikationssignalen, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Kontinuierliche Signale, wie etwa viele zellulare Signaltypen, können kontinuierlich vom DSP 210 verarbeitet werden.
Die Kommunikationsstufe des kombinierten GPS/Kommunikations-Empfängers 200 umfaßt eine Empfangsstufe und eine Sendestufe, die über einen Sende/Empfangs (SIE) Switch 220 an eine Kommunikationsantenne 202 angeschlossen sind. Wenn ein Kommunikationssignal, wie etwa ein zellulares Telefonsignal von einer Kommunikations-Basisstation, wie etwa der Basisstation 117 in 1, empfangen wird, leitet der S/E-Switch 220 das Eingangssignal zum Frequenzwandler 218. Der Frequenzwandler 218 wandelt das Kommunikationssignal zur weiteren Verarbeitung auf eine geeignete Zwischenfrequenz. Die Ausgabe des RF-zu-ZF-Wandlers 218 wird mit dem Eingang eines Analog-zu-Digital (A/D) Wandlers 216 verbunden, der die Ausgangssignale des RF-zu-ZF-Wandlers 218 digitalisiert. Vom A/D-Wandler 216 wird das Signal durch den digitalen Demodulator 214 geleitet, der das Kommunikationssignal demoduliert, um die Befehle im Kommunikationssignal oder andere Daten im Kommunikationssignal zu bestimmen (beispielsweise Dopplerdaten oder Daten, die die Ephemeriden der sichtbaren Satelliten repräsentieren).
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ausgabe des Demodulators 214 zum DSP 210 und Mikroprozessor 212 geleitet. Der Mikroprozessor 212 führt die Verarbeitung aus, die für die Kommunikations-Sende- und Empfangs-Funktionen erforderlich ist, während der DSP 210 die für die GPS-Funktionen erforderliche Verarbeitung ausführt. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können der DSP 210 und der Mikroprozessor 212 in einer einzigen Prozessorvorrichtung oder programmierbaren Logikschaltung, wie etwa einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), zusammengefaßt sein. Sprachdaten, die über die Kommunikationsstufe des kombinierten Empfängers 100 empfangen werden, werden über ein Ausgabegerät, wie etwa einem an den Mikroprozessor 212 angeschlossenen Lautsprecher 232, ausgegeben. Über die Kommunikationsstufe des kombinierten Empfängers empfangene Befehls- oder GPS-Daten werden entweder direkt vom digitalen Demodulator 214 oder über den Mikroprozessor 212 zum DSP 210 geleitet.
Wenn eine Übertragung über die Kommunikationsverbindung erforderlich ist, erzeugt DSP 210 die zu übertragenden Daten und digitale Abtastwerte des Signals im Basisband. Er verwendet dann diese Daten zum Modulieren eines Trägersignals, wobei er den digitalen Modulator 222 verwendet. Diese Modulation ist oftmals ein digitaler Typ, wie etwa Frequenzumtastung (frequency shift keying) oder Phasenumtastung (phase shift keying). Es kann auch eine analoge Modulation, wie etwa Frequenzmodulation, verwendet werden. Das modulierte Signal wird im D/A-Wandler 224 von digital auf analog gewandelt. Die Trägerfrequenz mit der die Modulation im digitalen Modulator 222 ausgeführt wird kann die endgültige RF-Frequenz des Kommunikationssignals sein oder auch nicht; wenn sie eine Zwischenfrequenz ist, wird ein zusätzlicher ZF-zu-RF-Wandler 226 eingesetzt, um das Signal zur endgültigen RF-Frequenz des Kommunikationssignals zu wandeln. Ein Leistungsverstärker 228 verstärkt den Signalpegel und dieses verstärkte Signal wird dann über den S/E-Switch 220, dessen Aufgabe es ist, die empfindliche Empfängerstufe von den hohen Ausgangssignalpegeln des Leistungsverstärkers 228 zu trennen, zur Kommunikationsantenne 202 überfragen. Auf diese Weise wird über die Kommunikationsverbindung 130 ein Kommunikationssignal, das Daten enthält, die Positionsinformationen (beispielsweise Pseudoranges zu verschiedenen Satelliten oder eine geographische Breite und Länge des kombinierten GPS/Kommunikations-Empfängers 200) repräsentieren, zu einer Basisstation, wie etwa der Basisstation 117, übertragen. Die Basisstation 117 kann als Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen der Positionsinformation der tragbaren GPS-Einheit dienen oder sie kann als Relaiseinrichtung dienen und die von der tragbaren GPS-Einheit empfangene Information weiterübertragen. Sprachdaten, die über die Sendestufe des kombinierten GPS/Kommunikations-Empfängers 200 zu übertragen sind, werden über ein Mikrophon 234 aufgenommen, das an den Mikroprozessor 212 angeschlossen ist.
Es ist zu bemerken, daß der S/E-Switch 220 für Signalformate geeignet ist, bei denen gleichzeitiges Senden und Empfangen nicht erforderlich ist, wie beispielsweise in Time Division Multiple Access (TDMA) zellularen Telefonsystemen. Wenn das gleichzeitige Senden und Empfangen erforderlich ist, wie beim Frequency Division Multiple Access (FDMA) Verfahren oder dem Spread-Spectrum Code Division Multiplexing (CDMA) Verfahren, wird der S/E-Switch 220 durch zwei Weichen, wie etwa in einer "Duplexer" genannten Schaltung, ersetzt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Leistungssteuerungsschaltung implementiert werden, die Leistungssteuerungsalgorithmen verwendet, die in einem an den Prozessor 212 angeschlossenen Speicher gespeichert sind. Diese Algorithmen steuern die Leistungsübertragung und stellen ein gesteuertes Leistungssignal für Geräte, wie den Leistungsverstärker 228, den Wandler 226 und den Modulator 22, bereit, derart, daß nach der Übertragung eines Kommunikationssignals diese Geräte in einen herabgesetzten Leistungszustand gehen. Diese Komponenten bleiben typischerweise in diesem herabgesetzten Leistungszustand bis eine weitere Übertragung über die Kommunikationsverbindung erforderlich ist. Ein typisches Beispiel dieser Ausführungsform ist ein Zweiwege-Funkrufsystem, bei dem der kombinierte GPS/Kommunikations-Empfänger die Funktion eines Zweiwege-Empfängers und Senders ausführt und der Sender abgeschaltet wird (oder auf andere Weise weniger Leistung verbraucht), wenn die Sendestufe nicht überträgt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine einzige Antenne sowohl für die GPS-Signale als auch für die Kommunikationssignale anstatt der getrennten Antennen 201 und 202 eingesetzt. Eine einzige Antenne kann verwendet werden, wenn die GPS- und Kommunikationssignale in der Frequenz eng beisammen liegen. In dieser Ausführungsform wird das Signal von der einzigen Antenne auf einen Vorauswahlfilter und einen Switch gegeben, der das passende Signal zur Übertragung durch die Empfängerschaltung auswählt. Der Switch gibt GPS-Signale auf die GPS-Empfangsschaltung wenn GPS-Signale empfangen werden und er schaltet Kommunikationssignale von und zur Kommunikations-Transceiverschaltung wenn Kommunikationssignale empfangen oder gesendet werden.
3 stellt den Einsatz des kombinierten GPS/Kommunikations-Empfängers im Kontext eines zellularen Telefonnetzwerks da, um ein kombiniertes GPS und zellulares System 300 zu bilden. Ein Bereich 306 stellt eine Zelle eines zellularen Telefonsystems dar, die von der Zelleneinrichtung 304 bedient wird. Die Zelleneinrichtung 304 sendet und empfängt zellulare Telefonsignale zu und von zellularen Telefonen und Empfängern, wie etwa die mobile Einheit 302, in der Zelle 306. Die mobile Einheit 302 umfaßt einen kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger, wie etwa die kombinierte Einheit 100 in 1. Die mobile Einheit 302 kommuniziert über die Kommunikationsantenne 102 zellulare Signale zur Zelleneinrichtung 304 und empfängt GPS-Signale von GPS-Satelliten über die GPS-Antenne 101. Die Zelleneinrichtung 304 sendet über eine zellulare Vermittlungszentrale 308 zellulare Übertragungen von mobilen Einheiten in der Zelle 306 zu einem landgestützten Telefonnetzwerk 310. Die zellulare Vermittlungszentrale 308 sendet von der mobilen Einheit 302 empfangene Kommunikationssignale an die passende Bestimmungsadresse. Die zellulare Vermittlungszentrale 308 kann zusätzlich zur Zelle 306 mehrere andere Zellen bedienen. Wenn die Bestimmungsadresse des von der mobilen Einheit 302 gesendeten Signals eine andere mobile Einheit ist, wird eine Verbindung zur Zelleneinrichtung hergestellt, die den Bereich abdeckt, in dem die angerufene mobile Einheit sich befindet. Wenn die Bestimmungsadresse landgestützt ist, verbindet die zellulare Vermittlungszentrale 308 zum landgestützten Telefonnetzwerk 310.
Es ist zu bemerken, daß ein zellular basiertes Kommunikationssystem ein Kommunikationssystem ist, das mehr als einen Sender hat, von denen jeder einen unterschiedlichen geographischen Bereich bedient, der zu jedem Zeitpunkt vorgegeben ist. Typischerweise ist jeder Sender ein kabelloser Sender, der eine Zelle bedient, die einen geographischen Radius von weniger als 20 Meilen hat, wobei der abgedeckte Bereich vom bestimmten zellularen System abhängt. Es gibt zahlreiche Typen von zellularen Kommunikationssystemen, wie etwa zellulare Telefone, PCS (personal communication system), SMR (specialized mobile radio), Einweg- und Zweiwege-Funkrufsysteme, RAM, ARDIS und kabellose Paketdatensysteme. Typischerweise werden die verschiedenen vorgegebenen geographischen Bereiche als Zellen bezeichnet und eine Anzahl von Zellen wird zu einem zellularen Versorgungsbereich zu einer Gruppe zusammengefaßt und diese Anzahl von Zellen sind an eine oder mehrere zellulare Vermittlungszentralen angeschlossen, die Verbindungen zu landgestützten Telefonssystemen und/oder Netzwerken bereitstellen. Versorgungsbereiche werden oftmals für Abrechnungszwecke verwendet. Daher ist es möglich, daß Zellen in mehr als einem Versorgungsbereich an eine Vermittlungszentrale angeschlossen sind. Alternativ kann es manchmal sein, daß Zellen innerhalb eines Versorgungsbereichs an verschiedene Vermittlungszentralen angeschlossen sind, insbesondere in dicht bevölkerten Gebieten. Im allgemeinen ist ein Versorgungsbereich als eine Sammlung von Zellen festgelegt, die geographisch nahe beieinander liegen. Eine andere Klasse von zellularen Systemen, die zu der oben gegebenen Beschreibung passen, ist satellitenbasiert, wobei die zellularen Basisstationen Satelliten sind, die typischerweise die Erde umlaufen. Bei diesen Systemen bewegen sich die Zellensektoren und Versorgungsbereiche in Abhängigkeit von der Zeit. Beispiele solcher Systeme umfassen das Iridium-, Globstar-, Orbcomm- und Odyssey-System.
In dem in 3 dargestellten System wird die von der mobilen Einheit 302 gesendete GPS-Positionsinformation an die GPS-Service-Basisstation 117 über das landgestützte Telefonnetzwerk 310 übertragen. Die GPS-Basisstation 117 dient als die Verarbeitungseinheit zum Berechnen der Position des GPS-Empfängers in der entfernten Einheit 302. Die GPS-Basisstation 117 kann auch GPS-Information von Satellitensignalen erhalten, die in einem GPS-Empfänger 312 empfangen werden. Die GPS-Basisstation 117 kann auch zellulare Kommunikationssignale erhalten, die den zellularen Kommunikationssignalen entsprechen, die vom kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger in der mobilen Einheit 302 empfangen werden. Dies gestattet es der GPS-Basisstation 117 die Kommunikations-Zeitsteuerungskennungen mit den Zeitsteuerungskennungen zu vergleichen, die über die zell- und landgestützte Telefonnetzwerk 310 Verbindung vom kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger empfangen werden. Die GPS-Basisstation 117 kann über eine Landleitung oder eine Funkverbindung direkt mit der Zelleneinrichtung 304 verbunden sein, um entsprechende zellulare Kommunikationssignale zu empfangen. Alternativ kann die GPS-Basisstation 117 die entsprechenden zellularen Kommunikationssignale von einem zellularen Telefon 314 erhalten, das diese Signale empfängt und der GPS-Basisstation 117 zur Verfügung stellt. Die Zeitsteuerungskennungen des Kommunikationssignals werden an der GPS-Basisstation 117 empfangen und mit einem Zeitstempel versehen. Wenn eine Zeitkennung von der mobilen Einheit 302 gesendet wird, kann die Basisstation die gesendete Zeitkennung (beispielsweise eine Rahmennummer in einem zellularen Kommunikationssignal wie unten erklärt) mit einer Zeitstempel-Zeitkennung vergleichen, die in der GPS-Basisstation 117 gespeichert ist. Damit kann die GPS-Basisstation 117 die Empfangszeit von GPS-Signalen an der mobilen Einheit 302 bestimmen.
Es ist zu bemerken, daß das zellulare Netzwerksystem 300 in 3 eine Ausführungsform der Anwendung der vorliegenden Erfindung darstellt und daß andere Kommunikationssysteme als zellulare Telefonnetzwerke verwendet werden können, um GPS-Signale von einer mobilen Einheit zu einer GPS-Basisstation zu senden.
Zeitbestimmung
Viele moderne Telekommunikationssysteme umfassen Präzisions-Zeitsteuerungssignale, die es mehreren Benutzern gestatten, innerhalb des selben Signalbands zu kommunizieren ohne einander wesentlich zu stören. Solche Zeitsteuerungssignale werden auch zur Festlegung von Zeitspannen verwendet, in denen ein getrenntes Steuersignals gesendet wird. In einem typischen System wird die Basiszeiteinheit als "Rahmen" bezeichnet und jeder Rahmen enthält einen oder mehrere Zeitschlitze, die Nutzerdaten und Steuerdaten enthalten. Beispielsweise verwendet der gesamteuropäische digitale zellulare Standard, GSM (Global System for Mobile Communications), Rahmen mit einer Dauer von etwa 4,6 Millisekunden, die aus 8 Schlitzen mit Information bestehen. In den Vereinigten Staaten ist der Spread-Spectrum zellulare Telefonstandard der nordamerikanische CDMA (Code Division Multiple Access) Standard (IS-95). Dieses System verwendet 20 Millisekunden Rahmen zum Senden von Sprachverkehr und einen getrennten 26.67 Millisekunden Synchronisierungskanal. Ein weiterer nordamerikanischer zellularer Telefonstandard ist der IS-136 TDMA Standard, der 40 Millisekunden Rahmen verwendet.
In den rahmenbasierten zellularen Telefonsystemen wird oftmals eine Ansammlung von Rahmen zusammengruppiert, um einen Multirahmen zu bilden, aufeinanderfolgende Multirahmen können gruppiert werden, um einen Superrahmen zu bilden und Ansammlungen von Superrahmen können zusammengruppiert werden, um einen Hyperrahmen zu bilden. Die Organisation dieser Rahmen wird eine Hierarchie genannt. Im europäischen GSM-System beträgt das Superframe-Zeitintervall etwa 6,12 Sekunden. Jedes Kommunikationsgerät, das so ein System verwendet, kennt normalerweise die Systemzeitsteuerung, indem es sich auf spezielle eindeutige Wörter oder Muster synchronisiert, die von einem Steuerungselement des Netzwerks, typischerweise eine Zelleinrichtungs-Basisstation, gesendet werden. In anderen zellularen Systemen, wie etwa dem nordamerikanische CDMA-System, wird die tatsächliche Systemzeit präzise als eine Nachricht gesendet. Im nordamerikanischen CDMA-System wird die Systemzeit in einem speziellen Kanal gesendet, der "Synchronisierungskanal" genannt wird.
In anderen zellularen Telefonsystemen, wie etwa analogen zellularen Telefonsystemen, kann es sein, daß Rahmen nicht als das Synchronisationsereignis im Kommunikationssignal verwendet werden. In diesen Systemen können Zeitimpulse dem Datenstrom überlagert oder mit diesem gesendet werden, um die synchronisierende Zeitkennung bereitzustellen.
Alternative GPS-Empfänger-Konfigurationen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wurde mit Bezug auf eine bestimmte GPS-Empfänger-Konfiguration besprochen. Wie für den Fachmann jedoch erkennbar ist, gibt es mehrere verschiedene GPS-Empfänger-Konfigurationen, auf die die Zeitbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft anwendbar sind.
Eine solche alternative Ausführungsform ist ein konventioneller GPS-Empfänger. Ein konventioneller GPS-Empfänger kann durch die Kenntnis der lokalen Zeit während seiner anfänglichen Suche nach sichtbaren Satelliten unterstützt werden. Beispielsweise sammeln konventionelle Empfänger über ein Zeitintervall grobe Satellitenpositionen als Funktion von Zeitdaten oder sogenannte Almanachdaten. Dies befähigt den Empfänger sichtbare Satelliten und ihre jeweilige Dopplerinformation zu bestimmen, wenn der Empfänger eine grobe Kenntnis seines Standorts und seiner lokalen Zeit hat. Ohne die lokale Zeit kann die passende Dopplerinformation nicht berechnet werden und die anfängliche Erfassung des ersten GPS-Satelliten dauert typischerweise sehr lange.
Eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt einen GPS-Empfänger ein, in dem eine Kommunikationsverbindung zur Übertragung von Satellitenpositionen als Funktion der Zeit (sogenannte Ephemeridendaten) verwendet wird, wie etwa der im US-Patent Nr. 4,445,118 von Taylor et al. offenbarte. Solch ein Empfänger kann seine Position schnell bestimmen oder alternativ seine Position bei niedrigen Eingangs-Signal-Rausch-Abständen bestimmen, ohne die Satelliten-Datennachrichten direkt aus den empfangenen GPS-Signalen zu lesen. Die Kenntnis der lokalen Zeit in solchen Situationen ist notwendig, um die Position der GPS-Satelliten zur Sende- oder Empfangszeit des GPS-Signals zu berechnen. Ohne diese Zeitkenntnis kann der durch einen falschen Satellitenort bedingte Positionsfehler groß sein, insbesondere, wenn es große Latenzzeiten in der Kommunikationsverbindung gibt.
Noch eine weitere alternative Ausführungsform schließt einen GPS-Empfänger ein, in dem nur relative Ankunftszeiten von den GPS-Satelliten, oder sogenannte Pseudoranges, im GPS-Empfänger gemessen werden und in dem solche Pseudoranges über eine Kommunikationsverbindung zu einer entfernten Verarbeitungsstation (einem "Server") gesendet werden, um die Berechnung abzuschließen, wie im US-Patent Nr. 4,445,118 ausgeführt ist. Wiederum muß der Zeitpunkt zu dem die Pseudoranges gemessen werden bestimmt und zur entfernten Verarbeitungsstation gesendet werden, so daß sie die Positionen der GPS-Satelliten zum Messungszeitpunkt solcher Pseudoranges oder, gleichbedeutend, die Positionen der GPS-Satelliten zu den Sendezeitpunkten der für solche Pseudorangemessungen verwendeten Signale berechnen kann.
Eine weitere alternative Ausführungsform schließt einen GPS-Empfänger ein, in dem unverarbeitete GPS-Signale in ein passendes Basisband runtergewandelt, digitalisiert und lokal in einen Pufferspeicher gespeichert werden. Diese Daten können dann zusammen mit Aufnahmezeitinformation über eine Kommunikationsverbindung zu einer entfernten Verarbeitungsstation gesendet werden. Die entfernte Station berechnet dann Pseudoranges aus diesen Daten und berechnet unter Verwendung von Satellitenpositionsinformation zum Zeitpunkt der Aufnahme der digitalisierten Daten (beispielsweise von seinem eigenen GPS-Empfänger) die Position des entfernten Empfängers. Beispiele dieser Vorgehensweise sind im US-Patent Nr. 5,420,592 von Russell K. Johnson und im US-Patent Nr. 5,379,224 von Brown et al. offenbart. Wiederum wird ohne die genaue Kenntnis des Zeitpunktes, zu dem die Daten ursprünglich aufgenommen und im Pufferspeicher gespeichert wurden, die Positionsberechnung durch Fehler in den GPS-Satellitenorten, die den gesammelten Daten entsprechen, fehlerhaft sein.
Bestimmen des GPS-Sende- oder Empfangszeitpunktes
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Global-Positioning-System-Systemen, die kombinierte GPS/Kommunikations-Empfänger einsetzen, wie etwa die in den 1 und 2 dargestellten Systeme, leitet der GPS-Empfänger keine absolute Zeit aus dem Kommunikationssignal ab, sondern stimmt seine Zeit mit einer GPS-Basisstation ab, die ihn bei den Positionsberechnungen unterstützt.
Wenn das in 3 dargestellte Kommunikationssystem den europäischen zellularen GSM-Standard verwendet, kann der GPS-Empfänger in der mobilen Einheit 302 den Zeitpunkt, zu dem er Pseudoranges mißt, beispielsweise relativ zu einer GSM-Superrahmen-Zeitmarkierung messen. Die GPS-Basisstation 117 sendet dann die absolute Zeit, die diesem selben Marker entspricht, über das zellulare Netzwerk zum GPS-Empfänger und legt damit im wesentlichen die absolute Zeit am Empfänger fest. Alternativ kann der GPS-Empfänger die Pseudorangedaten über die zellulare Verbindung zusammen mit dem Zeitpunkt der Messung relativ zur Superframe-Zeitmarkierung zur GPS-Basisstation 117 senden. Die GPS-Basisstation 117 verwendet dann diese Daten zusammen mit Satelliten-Positionsdaten (als Ephemeriden bekannt), die sie von ihrem eigenen GPS- Empfänger 312 oder einer anderen Quelle einholen kann, zur Berechnung der Position des entfernten GPS-Empfängers in der mobilen Einheit 302. Es ist erkennbar, daß in diesen Systemen Rahmen typischerweise für Steuersignalzwecke für das zellulare Kommunikationssignal, das diese Rahmen verwendet oder bereitstellt, dienen. In einem gewissen Sinn teilen diese Rahmen die im zellularen Kommunikationssystem übertragenen Daten auf.
Die Verwendung relativer Zeitmessungen in Bezug auf eine Zeitkennung und die Pseudorangeberechnung werden auch in anderen zellularen Telefonsystemen eingesetzt, wie etwa in analogen zellularen Systemen. Ein solches analoges System ist der nordamerikanische analoge zellulare Standard (AMPS). Während eines Telefongesprächs werden Signale zwischen der Basisstation und der mobilen Station mittels analoger Frequenzmodulation (FM) in beide Richtungen gesendet. Steuersignale werden gesendet, indem das FM-Signal ausgetastet (für etwa 50 Millisekunden) und statt dessen ein Datenbündel übertragen wird. Die Zeitsteuerung dieses Bündels kann so festgelegt sein, daß sie auf einer bestimmten Grenze liegt (beispielsweise eine Ein-Sekunden-Grenze); alternativ können die Bündeldaten Tageszeitinformation relativ zum Beginn des Bündels bereitstellen. Beide Vorgehensweisen würden eine Zeitverteilung in der zuvor für digitale zellulare Telefonsysteme beschriebenen Weise bereitstellen. Diese Vorgehensweisen würden einige Abänderungen des AMPS-Systems erfordern, da eine genaue Zeitverteilung, wie sie oben beschrieben ist, zur Zeit nicht gefordert ist. Es ist zu bemerken, daß während eines Gesprächsaufbaus das AMPS-System auf Setupkanälen eine kontinuierliche Datenübertragung von der Basisstation verwendet und deshalb die zuvor für die digitalen zellularen Systeme beschriebenen Verfahren in dieser Situation anwendbar sein könnten.
Im zellularen IS-95 CDMA Standard und ähnlichen Standards wird die Systemzeit relativ zu bestimmten Zeitmarkierungen, wie etwa Synchronisationsrahmengrenzen, übertragen. In diesen Systemen kann der entfernte GPS-Empfänger 202 dazu fähig sein, die absolute Zeit einer von der entfernten Einheit durchgeführten Pseudorange- oder Satelliten-Positionsmessung zu bestimmen. In diesem Fall wird nicht auf die relative Zeit zurückgegriffen und daher ist es sowohl für den entfernten GPS-Empfänger 202 als auch für die GPS-Basisstation 117 nicht notwendig die Zeit zu koordinieren.
4A stellt die Datenstruktur einer Synchronisationskanalnachricht für den nordamerikanischen zellularen IS-95 CDMA-Standard dar. Die Daten in diesen Nachrichten sind in einer Folge von 96-Bit-Rahmen enthalten, wie etwa Rahmen 402. Drei Rahmen bilden einen Superrahmen 404. Ein Beispiel einer Datennachricht ist in 4A als Bereich 406 dargestellt. Diese Daten umfassen eine Systemzeitnachricht (gleichbedeutend mit der GPS-Zeit) und eine Offsetzeit 408, die zur Übertragungszeit des Synchronisationssignals durch eine bestimmte Basisstation, wie etwa der Basisstation 117 in 1, gehört. Das Ende des Superframes, der die Synchronisationskanalnachricht enthält, plus ein Zeitintervall, das vier zusätzlichen Superframes entspricht, ist gleich der Systemzeit plus der Offsetzeit (ausgenommen kleine Ausbreitungsverzögerungen von der Basisstation zur mobilen Einheit). Daher ist in 4 die Systemzeit 414 gleich der Endzeit 410 der drei Superframes, die die Synchronisationskanalnachricht 406 enthalten, plus den vier Superframes 412, die auf diese Endzeit 410 folgen, minus ein Zeitintervall, das gleich der Offsetzeit 408 ist. Die Markierung 414 kennzeichnet die Systemzeitmessung in Bezug zur Synchronisationskanalnachricht 406.
Daher kann das zellulare Telefon durch das Synchronisieren auf das empfangene Synchronisationssignal und das Lesen der Datennachricht die Zeit genau bestimmen, typischerweise bis auf einige Mikrosekunden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert der kombinierte GPS/Kommunikations-Empfänger 200 in ein mit dem IS-95 CDMA-System kompatibles zellulares Telefon einen GPS-Empfänger. Der Empfänger des zellularen Telefons empfängt das Synchronisationssignal von der Zellenbasisstation und der Prozessor 212 im kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger 200 führt die Zeitbestimmung durch. Diese Zeitinformation kann vom kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger 200 zum Ermitteln des Empfängerstandorts verwendet werden. Alternativ kann diese Zeitsteuerungsinformation in Situationen, in denen die abschließende Positionsbestimmung in einer getrennten Basisstation durchgeführt wird, an GPS-Positionsdaten angehängt werden, die, wie zuvor mit Bezug auf die 1 und 3 beschrieben, vom kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger an die Basisstation gesendet werden.
4B stellt die Datenstruktur eines Verkehrskanals für den europäischen zellularen GSM-Standard dar. Der GSM-Standard verwendet für den Betrieb eines Kommunikationskanals eine Time-Division-Multiple-Access (TDMA) Technik. Im GSM-System wird der Datenverkehr in bestimmten Intervallen auf dem Kanal gebündelt. Ein GSM-Bündel dauert 0,577 Millisekunden. In 4B wird ein Datenbündel als ein Zeitschlitz 430 dargestellt, der 156,25 Bitlängen enthält. Die Daten in GSM-Datenbündeln sind in zwei Unterschlitzen enthalten, von denen jeder aus 57 Bit besteht. Jedes Bündel enthält auch Signalbits zur Kennzeichnung des Verkehrstyps und Trainingbits, die es Empfängers gestatten, sich selbst auf die Bündel zu synchronisieren.
Innerhalb der GSM-Nachrichtenhierarchie umfassen acht Datenbündel oder Zeitschlitze einen GSM-Rahmen 428 von 4,615 Millisekunden Dauer; 26 Rahmen umfassen einen GSM-Multirahmen 426 von 120 Millisekunden Dauer; 51 Multirahmen umfassen einen GSM-Superrahmen 424 von 6,12 Sekunden Dauer; und 2048 Superrahmen umfassen einen GSM-Hyperrahmen 422 von 3,4816 Stunden Dauer.
Die Strukturen des GSM-Broadcast-Steuerkanals (zur Synchronisation) und des zentralen Steuerkanals (für Funkruf und Zugriff) entsprechen der in 4B dargestellten Struktur, ausgenommen, daß ein Multirahmen 51 TDMA-Rahmen umfaßt und ein Superrahmen 26 Multirahmen umfaßt. Damit ist die Struktur der Steuerkanäle in Bezug auf die Zusammensetzung der Multirahmen und Superrahmen umgekehrt zu den Verkehrskanälen.
Da das GSM-System gut vorgeschriebene Zeitsteuerungsmarkierungen zu verschiedenen Zeitpunkten enthält, kann ein zellulares Telefon oder ein zellularer Empfänger auf verschiedenen Synchronisationsereignissen einrasten und eine lokale Zeitkennung ermitteln. Beispielsweise gestatten es die Verkehrsmultirahmen, die alle 120 Millisekunden auftreten, oder die Superrahmen, die alle 6,12 Sekunden auftreten, Mobiltelefonen in dem von der Zelle abgedeckten Bereich die Zeit aus Netzwerk-Broadcastübertragungen zu ermitteln, die von der Zellen-Basisstation gesendet werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert der kombinierte GPS/Kommunikations-Empfänger 200 einen GPS-Empfänger in ein GSM-System kompatibles zellulares Telefon. Der Empfänger des zellularen Telefons empfängt eine Netzwerk-Broadcastübertragung von der GSM-Basisstation, die eine Zeitkennung enthält. Der Prozessor 212 im kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger 200 berechnet die lokale Zeit des zellularen Telefons, indem er einen Zähler laufen läßt und die Zeitkennung im Broadcastsignal um das Zeitintervall eines bestimmten synchronisierten Ereignisses, wie etwa einem GSM-Superrahmen oder Multirahmen, erhöht. Der Zähler wird dazu verwendet die Anzahl der Rahmen in Bezug auf die Zeitkennung abzuzählen. Die berechnete Zeit kann dann an verarbeitete GPS-Daten (beispielsweise Pseudoranges) angehängt werden, um die Berechnung der Empfängerposition zu ermöglichen, die im kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger 200 oder entfernt in einer GPS-Basisstation 106 durchgeführt werden kann. Die Bestimmung der Empfängerposition kann lokal im Empfänger durchgeführt werden, wenn der Empfänger GPS-Satelliten-Positionsinformation besitzt. Wenn die Empfängerposition entfernt bestimmt wird, werden die verarbeiteten Daten einschließlich der Zeitkennung zum Abschließen der Positionsberechnung zur entfernten Verarbeitungseinheit gesendet. Diese Vorgehensweise geht davon aus, daß die verschiedenen Zelleneinrichtungsübertragungen untereinander zeitlich synchronisiert sind, so daß der GPS-Empfänger und die Basisstation ihre Zeiten aus dem Netzwerk synchronisieren können, wenn sie Zelleneinrichtungsübertragungen von verschiedenen Zelleneinrichtungen empfangen. Diese Synchronisation ist nicht immer im GSM-System vorhanden, da sie optional ist. Ein Verfahren zum Überwinden dieser Einschränkung wird später besprochen.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß die Technik der Bestimmung der lokalen Zeit aus einem synchronisierten Ereignis, wie etwa einem Nachrichtenrahmen oder einem Multirahmen, auf Kommunikationssysteme anwendbar ist, die Zeitimpulse oder Ähnliches verwenden, anstatt einer Rahmenstruktur wie bei GSM. In diesen Fällen wird die Periodizität des Impulses mit einer Zeitkennung verwendet, um die lokale Zeit am kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger abzuleiten.
Bestimmen der Position der entfernten Einheit
5A ist eine Flußdiagrammdarstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Zeit in einem entfernten kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger. Das Verfahren in 5A wird mit Bezug auf eine Kombination von GPS mit einem zellularen Kommunikationssystem, wie in 3 dargestellt, besprochen. Die mobile Einheit 302 umfaßt einen kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger wie in 1 dargestellt und wird als entfernte Einheit bezeichnet. Die entfernte Einheit 302 baut als erstes über die kabellose Kommunikationsverbindung eine Kommunikation mit der GPS-Basisstation 117 auf, Phase 500. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist diese kabellose Kommunikationsverbindung eine zellulare Telefonverbindung. Das bestimmte zellulare System oder der zellulare Standard hängen von der Region ab, in der das System eingesetzt ist, da zellulare Standards zwischen verschiedenen Ländern und Regionen unterschiedlich sind. Nachdem die entfernte Einheit 302 eine Kommunikationsverbindung aufgebaut hat findet sie die Rahmengrenzen innerhalb des von der Zelleneinrichtung 304 gesendeten Kommunikationssignals, Phase 502. Die Rahmengrenzen dienen als die Zeitsteuerungskennung, die die Basis zum Ableiten der mit der GPS-Signalerfassung verbundenen relativen oder absoluten Zeit ist. In gebräuchlichen digitalen zellularen Systemen gehört die gesuchte Grenze typischerweise zu einem Superrahmen oder einem anderen ähnlichen Typ von Datengrenze. In gebräuchlichen analogen zellularen Systemen sind Rahmengrenzen während Gesprächen typischerweise nicht verfügbar. Statt dessen werden typischerweise Datenbündel für die Sprachdaten als Steuersignale eingesetzt. Diese können als Grenzen von Ereignissen dienen, die durch den Zeitpunkt ihres Auftretens eine Synchronisation bereitstellen, entweder indem ihr Auftreten mit einem sich wiederholenden Intervall synchronisiert wird (beispielsweise auf Ein- oder Fünf-Sekunden-Grenzen) oder indem Daten gesendet werden, die den Zeitpunkt ihres Auftretens anzeigen.
In Phase 504 bestimmt die entfernte Einheit 302, ob im Kommunikationssignal Zeitdaten codiert sind. Wenn das zellulare System den IS-95 CDMA oder einen ähnlichen Standard verwendet, wird die Systemzeit relativ zu bestimmten Zeitsteuerungsmarkierungen gesendet. Andere Systeme, wie etwa der europäische GSM-Standard, übertragen jedoch keine Systemzeit und daher stellt die Periodizität der Rahmen die einzige Kennung für eine Datenzeitsteuerung bereit. Wenn das zellulare Kommunikationssystem eine Systemzeitsteuerung bereitstellt, kann ein Prozessor in der entfernten Einheit 302 aus den Systemzeitdaten und den Zeitsteuerungsmarkierungen die absolute Zeit bestimmen, Phase 508. Wenn das zellulare Kommunikationssystem keine Systemzeitsteuerung bereitstellt, kann ein interner Offsetzähler gestartet werden und innerhalb der entfernten Einheit 302 laufen, Phase 506. Dieser interne Offsetzähler sollte verwendet werden, um der Basisstation Zeitsteuerungsoffsetinformation zur Verfügung zu stellen, um die Bestimmung der Zeit relativ zu einer bestimmten Zeitsteuerungsmarkierung zu erleichtern, die von der GPS-Basisstation 117 ähnlich erfaßt und gekennzeichnet werden kann.
In Phase 510 bestimmt die entfernte Einheit 302 die Satellitenpositionsdaten für entsprechende sichtbare Satelliten. Die Satellitenpositionsdaten können räumliche (x, y, z) Koordinatendaten für jeden der Satelliten enthalten. Alternativ können die Satellitenpositionsdaten Pseudoranges für jeden der Satelliten enthalten. Nach dem Bestimmen der Satellitenpositionsdaten speichert die entfernte Einheit diese Daten zusammen mit der passenden Zeitinformation, Phase 512. Diese Zeitinformation besteht für zellulare Systeme, die keine Systemzeitinformation übertragen, aus dem in Phase 506 erzeugten Zeitsteuerungsoffset. Alternativ kann die Zeitsteuerungsinformation für zellulare Systeme, die Zeitsteuerungsinformation im Übertragungssignal senden, die in Phase 508 bestimmte absolute Zeit sein. Die gespeicherte Satellitenpositionsinformation und die Zeitinformation werden dann über die Kommunikationsverbindung zur GPS-Basisstation 117 gesendet, Phase 514. In Phase 516 bestimmt die entfernte Einheit 302, ob eine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist. Falls keine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist, endet der Übertragungsvorgang der entfernten Einheit. Falls eine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist, bestimmt die entfernte Einheit 302 als nächstes, ob die von der vorhergehenden Zeitmessung erhaltenen Zeitdaten veraltet sind, Phase 518. Typischerweise kann ein Offsetzähler verwendet werden, um aktuelle Zeitdaten aus den vorhergehenden Daten zu bestimmen, wenn die vorhergehenden Daten noch verläßlich sind. Wenn die Zeitdaten noch gültig sind, wird die nachfolgende Positionsbestimmung ermittelt, indem mit einer neuen Satellitenpositionsbestimmung fortgefahren wird, Phase 510. Die neuen Satellitenpositionsdaten und die originalen Zeitdaten, wie vom aktuellen Wert des Offsetzählers modifiziert, werden dann in der entfernten Einheit 302 gespeichert und über die Kommunikationsverbindung zur Basisstation 117 übertragen. Wenn in Phase 518 festgestellt wird, daß die Zeitdaten nicht mehr gültig sind, beginnt die Verarbeitung erneut bei Phase 502, wo neue Zeitdaten aus dem Kommunikationssignal entnommen werden. Nach dem Ermitteln neuer Zeitdaten und Satellitenpositionsdaten für die zusätzliche Positionsbestimmung werden diese Daten zur Basisstation 117 gesendet.
5B ist eine Flußdiagrammdarstellung eines Verfahrens gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Zeit in einem entfernten kombinierten GPS/Kommunikations-Empfänger. Wie bei 5A wird das Verfahren in 5B mit Bezug auf eine Kombination von GPS mit einem zellularen Kommunikationssystem, wie in 3 dargestellt, besprochen. Die entfernte Einheit 302 baut zuerst über die kabellose Kommunikationsverbindung eine Kommunikation mit der GPS-Basisstation 117 auf, Phase 520. Zum Erklären wird wieder angenommen, daß diese kabellose Kommunikationsverbindung eine zellulare Telefonverbindung ist. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird des weiteren angenommen, daß im Kommunikationssignal keine absolute Zeit enthalten ist und die Rahmengrenzen im Signal als Zeitsteuerungskennungen zum Ableiten der Zeit verwendet werden.
Nachdem die entfernte Einheit 302 eine Kommunikationsverbindung aufgebaut hat, liest und speichert sie GPS-Signale, die von sichtbaren GPS-Satelliten empfangen werden, Phase 522. In Phase 522 findet die entfernte Einheit auch die Rahmengrenzen im von der Zelleneinrichtung 304 gesendeten Kommunikationssignal. Es wird angenommen, daß die GPS-Signale gleichzeitig mit den Rahmengrenzen des Kommunikationssignals empfangen werden, so daß tatsächlich keine Verzögerung zwischen der Zeitsteuerungskennung und dem tatsächlichen Empfang des GPS-Signals auftritt. In der Realität kann jedoch eine Offsetzeit zwischen dem Empfangszeitpunkt eines GPS-Signals und der Rahmengrenze auftreten. Beispielsweise, wenn das GPS-Signal in der Mitte eines Rahmens empfangen wird gibt es einen halben Rahmen Offset vor der nächsten Rahmengrenze, die als Zeitsteuerungskennung dient. In einigen zellularen Systemen kann dieser Offset genügend groß sein, um einen merklichen Fehler in der Positionsberechnung zu verursachen. In diesen Fällen kann die entfernte Einheit 302 einen Verzögerungszähler unterhalten, der beim Empfang eines GPS-Signals initialisiert wird und der das Intervall zwischen dem Empfang des GPS-Signals und der Rahmengrenze auszählt. Dieser Verzögerungszähler sollte in Inkrementen (beispielsweise 10 Millisekunden) zählen, die hinreichend sind, um jede durch die Verzögerung verursachte Ungenauigkeit zu beseitigen.
In Schritt 524 bestimmt die entfernte Einheit 302 die Satellitenpositionsdaten für entsprechende sichtbare Satelliten. Wie zuvor gesagt, können die Satellitenpositionsdaten für jeden der Satelliten räumliche (x, y, z) Koordinatendaten umfassen, oder sie können für jeden der Satelliten Pseudorangedaten umfassen. Nach dem Bestimmen der Satellitenpositionsdaten speichert die entfernte Einheit diese Daten zusammen mit der passenden Zeitinformation, Phase 526. Die Zeitinformation in dieser alternativen Ausführungsform besteht in der Nummer des Rahmens, dessen spätere Grenze als Zeitsteuerungskennung dient. Die gespeicherte Satellitenpositionsinformation und die Rahmennummer wird dann über die Kommunikationsverbindung zur GPS-Basisstation 117 gesendet, Phase 528. Die GPS-Basisstation 117 verwendet zum Bestimmen der absoluten Zeit die Rahmennummer, um Rahmen einander zuzuordnen und einen Zählerstand zu synchronisieren.
In Phase 530 bestimmt die entfernte Einheit 302, ob eine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist. Wenn keine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist, endet der Übertragungsvorgang der entfernten Einheit. Falls eine zusätzliche Positionsbestimmung erforderlich ist, bestimmt die entfernte Einheit 302 als nächstes, ob die von der vorhergehenden Zeitmessung erhaltenen Zeitdaten, beispielsweise Rahmengrenzenpositionen, veraltet sind, Phase 532. Wenn die Zeitdaten noch gültig sind, wird die nachfolgende Positionsbestimmung ermittelt, indem mit einer neuen Satellitenpositionsbestimmung fortgefahren wird, Phase 524. In allen Fällen wird angenommen, daß der Verzögerungszähler ununterbrochen läuft. Die neuen Satellitenpositionsdaten und die originalen Zeitdaten (Rahmennummer) werden dann in der entfernten Einheit 302 gespeichert und über die Kommunikationsverbindung zur Basisstation 117 übertragen. Wenn in Phase 532 festgestellt wird, daß die Zeitdaten nicht mehr gültig sind, beginnt die Verarbeitung erneut bei Phase 522, wo neue Rahmengrenzendaten aus dem Kommunikationssignal entnommen werden. Nach dem Ermitteln neuer Rahmengrenzen- und Satellitenpositionsdaten für die zusätzliche Positionsbestimmung werden diese Daten zur Basisstation 117 gesendet, Phase 528.
6 ist eine Flußdiagrammdarstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Berechnen der Position eines entfernten kombinierten GPS/Kommunikations-Empfängers in einer GPS-Basisstation. Wie bei den 5A und 5B wird das Verfahren in 6 mit Bezug auf eine Kombination von GPS mit einem zellularen Kommunikationssystem, wie in 3 dargestellt, besprochen. Die GPS-Basisstation 117 empfängt GPS-Satellitendaten und GPS-Zeitdaten von einem lokalen GPS-Empfänger 312, Phase 600. Wenn ein lokaler GPS-Empfänger, wie etwa GPS-Empfänger 312 nicht verfügbar ist, kann die GPS-Basisstation 117 diese Information aus anderen Quellen erhalten, wie etwa andere entfernte GPS-Empfänger als die entfernte Einheit 302. Die GPS-Basisstation 117 hält aktuelle Daten, die zu den erfaßten GPS-Signalen gehören und von der GPS-Signalquelle (beispielsweise GPS-Empfänger 312) unterhalten werden. Die GPS-Basisstation 117 baut dann über die Kommunikationsverbindung eine Kommunikation mit der entfernten Einheit 302 auf, Phase 602. Diese Phase baut die Zweiweg-Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation 117 und der entfernten Einheit 302 auf, die von der entfernten Einheit 302 in Phase 500 in 5A oder in Phase 520 in 5B eingeleitet wurde.
In Phase 604 versieht die GPS-Basisstation 117 die Rahmengrenzen des Kommunikationssignals mit einem Zeitstempel. Um eine genaue Synchronisation sicherzustellen, sollten die von der GPS-Station 117 mit Zeitstempeln versehenen Rahmengrenzen eine bekannte Beziehung zu Rahmengrenzen haben, die von der entfernten Einheit 302 in Phase 502 in 5A gefunden werden. Dies kann wie in 3 dargestellt ausgeführt werden, wobei die GPS-Basisstation 117 Abtastungen der Kommunikationssignale entweder von einer Zelleneinrichtung oder von einem zellularen Empfänger (beispielsweise Mobiltelefon 314) erhält. In Phase 606 bestimmt die GPS-Basisstation 117, ob im Kommunikationssignal absolute Zeitdaten codiert sind. Wenn absolute Zeitdaten im Kommunikationssignal codiert sind, empfängt die GPS-Basisstation 117 die Satellitenpositionsdaten und die absolute Zeit von der entfernten Einheit 302, Phase 610. Die in dieser Phase empfangenen Daten entsprechen den von der entfernten Einheit 302 in Phase 514 in 5A gesendeten Daten, in denen die absolute Zeit diejenige war, die von der entfernten Einheit 302 in Phase 508 berechnet wurde. Wenn keine Zeitdaten im Kommunikationssignal codiert sind, empfängt die GPS-Basisstation 117 von der entfernten Einheit (in Phase 608) die Satellitenpositionsdaten, eine Kennung für eine Zeitkennung und eine Offsetzeit (falls vorhanden) der Kennung. Die in dieser Phase empfangenen Daten entsprechen den von der entfernten Einheit 302 in Phase 514 in 5A gesendeten, in denen die Offsetzeit aus dem internen Offsetzähler abgeleitet ist, der von der entfernten Einheit 302 in Phase 506 gestartet wurde. Wenn die GPS-Basisstation 117 eine Offsetzeit als die Zeitdaten empfängt, berechnet sie in Phase 612 die absolute Zeit für die entfernte Einheit 302 basierend auf der Offsetzeit und der lokalen Zeit, wie zuvor in Phase 604 ermittelt. Es wird angenommen, daß die Basisstation 117 über ihre eigene Zeitsteuerungsquelle (wie etwa ein GPS-Empfänger) oder Zeitsteuerungsdaten, die ihr über eine andere Kommunikationsverbindung (wie etwa Mobiltelefon 314) bereitgestellt werden, eine genaue Kenntnis ihrer eigenen lokalen Zeit hat. Nachdem die absolute Zeit für die entfernte Einheit von der GPS-Basisstation 117 ermittelt wurde, entweder durch interne Berechnung in Phase 612 oder direkt von der entfernten Einheit 302 in Phase 610, berechnet die Basisstation die Position der entfernten Einheit 302 unter Verwendung dieser absoluten Zeit und der Satellitenpositionsdaten, die von der entfernten Einheit empfangen wurden, Phase 614.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend der Übertragung von Zeit- und GPS-Daten in Übereinstimmung mit 5B, empfängt die GPS-Basisstation 117 die Rahmennummer, die zur Rahmengrenze des Kommunikationssignals gehört, Phase 608. Diese Rahmennummer, die von der entfernten Einheit in Phase 528 in 5B gesendet wurde, dient als die Zeitsteuerungskennung zur Berechnung des Standorts der entfernten Einheit. Die GPS-Basisstation 117 kann auch einen Zählerstand für einen Verzögerungszähler erhalten, falls das GPS-Signal in der entfernten Einheit 302 mit einem Offset zwischen der Empfangszeit und der Rahmengrenze empfangen wurde, wie oben beschrieben. Die GPS-Basisstation 117 ordnet die Rahmennummer dem entsprechenden Rahmen zu, den sie von einer unabhängigen Quelle des Kommunikationssignals (beispielsweise Mobiltelefon 314) erhalten hat. Sie berücksichtigt auch etwaige Verzögerungsoffsets und bestimmt dann die absolute Zeit für die entfernte Einheit 302 basierend auf der Rahmennummer und einer etwaigen Offsetverzögerung. Nachdem die absolute Zeit für die entfernte Einheit von der GPS-Basisstation 117 ermittelt ist, berechnet die Basisstation die Position der entfernten Einheit 302 unter Verwendung dieser absoluten Zeit und der von der entfernten Einheit 302 empfangenen Satellitenpositionsdaten, wie in Phase 614 in 6 dargestellt.
In manchen zellularen Systemen ist die absolute Zeit nicht zwischen den Zelleneinrichtungen koordiniert, auch, wenn sie innerhalb einer gegebenen Zelle mit einer hohen relativen Position (das heißt großer Stabilität) unterhalten werden kann. Es kann daher für einen entfernten GPS-Empfänger schwierig sein, seine Zeit mit einer GPS-Basisstation zu koordinieren, sofern die GPS-Basisstation nicht Zugang zur Zeitsteuerungsinformation der Zelle hat, in der sich die entfernte Einheit befindet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dieses Problem teilweise durch eine Reihe von zellularen Telefonen gelöst, die sich in jeder Zelle eines abgedeckten Bereichs befinden, der von einer zellularen Vermittlungszentrale bedient wird. Jedes dieser Telefone bestimmt die Zellenzeitsteuerung für seine bestimmte Zelle. Wenn die zum entfernten GPS-Empfänger gehörende Zelle bekannt ist, kann die absolute Zeit für diese Zelle zwischen einer GPS-Basisstation und einer entfernten Einheit koordiniert werden, unabhängig vom Standort der entfernten Einheit innerhalb der Zelle.
Doppler-Datenübertragung
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Verfahren zur Verringerung der Verarbeitungszeit eingesetzt werden, das auf Dopplerfehlern in einem Satelliten-Positionierungs-System (SPS) Empfänger beruht, der einen zellbasierten Kommunikationsempfänger umfaßt, so wie beschrieben in der mitanhängigen US-Patentanmeldung mit dem Titel "An Improved GPS Receiver Utilizing a Communication Link" von Norman F. Krasner, eingereicht am 15. April 1997 unter der Anmeldenummer 08/842,559, die hiermit durch Verweis eingebunden ist. Verfahren zur Ausnutzung von Dopplerinformation, die zu einem SPS-Empfänger mit einem zellularen Empfänger übertragen wird, sind auch in den mitanhängigen US-Patentanmeldungen Anmeldenummer 08/612,582, eingereicht am B. März 1996 und Anmeldenummer 08/759,523, eingereicht am 4. Dezember 1996, beschrieben, und beide Anmeldungen haben den Titel "An Improved GPS Receiver Utilizing a Communication Link" und beide sind hiermit durch Verweis eingebunden. Ein Verfahren umfaßt das Bestimmen eines angenäherten Standorts eines GPS-Empfängers von einer zellbasierten Informationsquelle. Dieser angenäherte Standort wird bestimmt, indem von den folgenden Standorten wenigstens einer verwendet wird: einem Standort eines zellularen Versorgungsbereichs, der eine Zelleneinrichtung einschließt, die dazu fähig ist mit dem zellbasierten Kommunikationsempfänger zu kommunizieren, oder einem Standort der Zelleneinrichtung selber. Das Verfahren schließt des weiteren das Bestimmen einer angenäherten Dopplerinformation für wenigstens einen GPS-Satelliten relativ zum GPS-Empfänger ein, wobei die angenäherte Dopplerinformation auf dem angenäherten Standort basiert. Diese angenäherte Dopplerinformation wird im GPS-Empfänger dazu verwendet die Verarbeitungszeit entweder beim Bestimmen von wenigstens einem Pseudorange zu dem wenigstens einen Satelliten oder beim Erfassen von Signalen vom wenigstens einen GPS-Satelliten zu verkürzen.
Eine beispielhafte Ausführungsform dieses Verfahrens ist ein zellulares Telefon, das einen GPS-Empfänger einschließt. Das zellulare Telefon arbeitet, indem es mit Zelleneinrichtungen kommuniziert, von denen jede mit einer zellularen Vermittlungszentrale verbunden ist. In der zellularen Vermittlungszentrale oder in der Zelleneinrichtung oder in einer entfernten Verarbeitungsstation kann eine Datenbasis, die eine zellular basierte Informationsquelle darstellt, unterhalten werden, wobei diese als "Server" bezeichnet werden kann und wobei sie dazu verwendet werden kann basierend auf der Zelleneinrichtung (oder dem zellularen Versorgungsbereich), mit der das zellulare Telefon kommuniziert, einen angenäherten Standort des zellularen Telefons zu ermitteln. Dieser angenäherte Standort kann dann dazu verwendet werden, eine angenäherte Dopplerinformation relativ zu den verschiedenen GPS-Satelliten, die GPS-Signale zum GPS-Empfänger im zellularen Telefon senden, abzuleiten. Diese angenäherte Dopplerinformation wird dann in einer Ausführungsform von der Zelleneinrichtung zum zellularen Telefon übertragen und wird dann im GPS-Empfänger verwendet, um die Verarbeitungszeit zu verkürzen, durch Dopplerinduzierte Effekte im GPS-Empfänger.
Eine weitere Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Datenverarbeitungsstation, die einen Prozessor und eine an den Prozessor angeschlossene Speichervorrichtung und einen an den Prozessor angeschlossenen Transceiver umfaßt. Der Transceiver dient dazu, die Datenverarbeitungsstation mit einer kabellosen Zelleneinrichtung zu verbinden. Die Speichervorrichtung enthält Information, die wenigstens eine angenäherte Dopplerinformation zu einem gegebenen Zeitpunkt und für einen angenäherten Standort festlegt, wobei der Standort durch wenigstens einen der folgenden Standorte bestimmt ist: einem Standort eines zellularen Versorgungsbereichs, der die kabellose Zelleneinrichtung einschließt, oder einem Standort der kabellosen Zelleneinrichtung selber. Der Transceiver empfängt eine Ortsinformation, die den angenäherten Standort festlegt, und der Prozessor ermittelt eine angenäherte Dopplerinformation für den wenigstens einen GPS-Satelliten, der von diesem angenäherten Standort aus sichtbar ist. Diese angenäherte Dopplerinformation basiert auf dem angenäherten Standort. Der Transceiver sendet diese angenäherte Dopplerinformation zur kabellosen Zelleneinrichtung, die die angenäherte Dopplerinformation daraufhin zu einem zellbasierten Kommunikationsempfänger, der mit einem GPS-Empfänger verbundenen ist, überträgt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines lokalen Oszillatorsignals in einem mobilen Satelliten-Positionierungs-System-Empfänger. Das Verfahren umfaßt das Empfangen eines Signals mit einer Trägerfrequenz und einem auf die Trägerfrequenz modulierten Datensignal, das Entnehmen eines Referenzsignals aus dem auf die Trägerfrequenz modulierten Datensignal und die Verwendung des Referenzsignals, um ein lokales Oszillatorsignal zum Erfassen von GPS-Signalen von GPS-Satelliten bereitzustellen.
Eine weitere Ausführungsform gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein kombinierter GPS-Empfänger mit einem Kommunikationssystem. Das Kommunikationssystem umfaßt eine Erfassungs- und Verfolgungsschaltung, die zum Empfang des Kommunikationssignals an eine Antenne angeschlossen ist. Diese Erfassungs- und Verfolgungsschaltung erfaßt und verfolgt das Datensignal, das auf die Trägerfrequenz moduliert ist, und stellt aus dem Datensignal, das auf die Trägerfrequenz moduliert ist, ein Referenzsignal bereit. Das Referenzsignal wird dann auf einen Phasenregelkreis oder einen Frequenzsynthesizer gegeben, um ein lokales Oszillatorsignal zu erzeugen, das dazu verwendet wird GPS-Signale im GPS-Empfänger zu erfassen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines GPS-Empfängers, der einen kabellosen zellbasierten Sender hat, beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt das Ermitteln eines angenäherten Standorts des GPS-Empfängers mittels einer zellbasierten Informationsquelle. Der angenäherte Standort wird durch wenigstens einen der folgenden Standorte bestimmt: einem Standort eines zellularen Versorgungsbereichs, der eine kabellose Zelleneinrichtung einschließt, die mit dem zellenbasierten Sender kommunizieren kann, oder einem Standort der kabellosen Zelleneinrichtung. Der GPS-Empfänger empfängt eine GPS-Signalquelle und bestimmt mehrere Pseudorangedaten und sendet diese mehreren Pseudorangedaten zur kabellosen Zelleneinrichtung. Dann wird unter Verwendung der GPS-Signale, der mehreren Pseudoranges und des angenäherten Standorts eine Position des SPS-Empfängers berechnet. In diesem Verfahren wird der angenäherte Standort dazu verwendet die Konvergenz der Positionsberechnung zu erleichtern.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Dopplerinformation für einen GPS-Empfänger beschrieben. In diesem Verfahren werden mehrere angenäherte Dopplerdaten von einem angenäherten Standort bestimmt. Dieser angenäherte Standort basiert auf wenigstens einem der folgenden Standorte: einem Standort einer kabellosen Zelleneinrichtung oder einem Standort eines zellularen Versorgungsbereichs, der die kabellose Zelleneinrichtung einschließt. Die mehreren angenäherten Dopplerdaten gehören zu entsprechenden mehreren Satelliten. Das Verfahren umfaßt außerdem das Aussenden der mehreren angenäherten Dopplerdaten über einen kabellosen Zellensender der kabellosen Zelleneinrichtung zu mehreren GPS-Empfängern in einer Zelle, die durch die kabellose Zelleneinrichtung bedient wird. Typischerweise würde in wenigstens einer Ausführungsform die Zelleneinrichtung dann mehrere Pseudoranges empfangen und sie würde diese Pseudoranges an eine entfernte Verarbeitungsstation weiterleiten, in der die Position des GPS-Empfängers mittels der GPS-Signale und der Pseudoranges berechnet wird.
In noch einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Satelliteninformation für einen GPS-Empfänger beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt das Ermitteln eines angenäherten Standorts aus einer zellular basierten Informationsquelle und das Ermitteln von mehreren Satellitenephemeridendaten für entsprechende mehrere Satelliten, die vom angenäherten Standort aus sichtbar sind. Das Verfahren umfaßt des weiteren das Übertragen der mehreren Satellitenephemeridendaten von einem kabellosen zellularen Sender der kabellosen Zelleneinrichtung zu einem GPS-Empfänger in einer Zelle, die von der kabellosen Zelleneinrichtung bedient wird.
In noch einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der angenäherte Standort, der aus der zellbasierten Informationsquelle abgeleitet ist, dazu verwendet, einen bestimmten Satz von differentiellen GPS-Korrekturdaten auszuwählen.
7 stellt ein Beispiel einer zellular basierten Informationsquelle dar, die in einer Ausführungsform in einem GPS-Server unterhalten werden kann, wie etwa die in 3 dargestellt GPS-Server-Basisstation 117. Alternativ kann diese Informationsquelle in einer zellularen Vermittlungszentrale unterhalten werden, wie etwa der zellularen Vermittlungszentrale 308 in 3, oder in jeder Zelleneinrichtung, wie der in 3 dargestellten Zelleneinrichtung 304. Typischerweise wird diese Informationsquelle jedoch in dem GPS-Server unterhalten und regelmäßig aktualisiert, der mit der zellularen Vermittlungszentrale verbunden ist. Die Informationsquelle 700 kann die Daten in verschiedenen Formaten unterhalten und es ist offensichtlich, daß das in 7 gezeigte Format nur ein Beispiel dieses Formats darstellt. Typischerweise wird jeder Dopplerinformationssatz zu einer bestimmten Zeit 710, wie etwa der Dopplersatz A1 zur Zeit T1, einen entsprechenden Standort oder eine entsprechende Kennung für eine Zelleneinrichtung oder einen Versorgungsbereich einschließen. Beispielsweise gibt es im Fall der Dopplersätze A1 und A2 eine entsprechende Kennung des zellularen Versorgungsbereichs A sowie die Breite und Länge dieses Versorgungsbereichs. Es ist erkennbar, daß typischerweise diese Breite und Länge ein "mittlerer" Standort ist, der im allgemeinen zentral im geographischen Bereich des zellularen Versorgungsbereichs liegt. Andere mögliche Annäherungen können jedoch auch verwendet werden, insbesondere wenn der zellulare Versorgungsbereich Gelände einschließt, das nicht verwendet wird. Wie in 7 dargestellt ist, umfaßt die zellular basierte Informationsquelle eine Spalte, die den zellularen Versorgungsbereich bestimmt, Spalte 702, und eine Spalte 704 bestimmt eine Zelleneinrichtungs-Kennung oder -Nummer. Es ist zu bemerken, daß für den zellularen Versorgungsbereich A keine Bestimmung der Zelleneinrichtungs-Kennung oder des Standorts vorliegt und daher basiert der angenäherte Standort auf einem Standort für den zellularen Versorgungsbereich und daher basieren die angenäherten Dopplerdaten A1 und A2 auf diesem Standort, abhängig von der bestimmten Tageszeit, die durch die Zeiten T1 und T2 gekennzeichnet ist. Die Spalte 706 umfaßt eine Bestimmung der Breite und Länge des bestimmten Standorts des Versorgungsbereichs und Spalte 708 umfaßt eine Bestimmung der Breite und Länge des Standorts der bestimmten Zelleneinrichtung im zellularen Versorgungsbereich.
Auch wenn die Verfahren und Geräte der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf GPS-Satelliten beschrieben wurden, ist es erkennbar, daß die Vorschläge ebenso auf Positionierungssysteme anwendbar sind, die Pseudo-Satelliten oder eine Kombination aus Satelliten und Pseudo-Satelliten verwenden. Pseudo-Satelliten sind landgestützte Sender, die einen PN-Code (ähnlich einem GPS-Signal) aussenden, der auf ein L-Band-Trägersignal moduliert ist, im allgemeinen synchronisiert mit der GPS-Zeit. Jedem Sender kann ein eindeutiger PN-Code zugeordnet werden, so daß eine Identifikation durch einen entfernten Empfänger möglich ist. Pseudo-Satelliten sind in Situationen nützlich, in denen GPS-Signale von einem Satelliten in der Umlaufbahn nicht verfügbar sein können, wie etwa Tunnels, Minen, Gebäude oder andere umschlossene Bereiche. Der Begriff "Satellit", so wie hier verwendet, soll Pseudo-Satelliten oder Äquivalente zu Pseudo-Satelliten einschließen und der Begriff GPS-Signal, so wie hier verwendet, soll GPS-ähnliche Signale von Pseudo-Satelliten oder Äquivalenten zu Pseudo-Satelliten einschließen.
In der vorausgehenden Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezug auf eine Anwendung für das United-States-Global-Positioning-Satellite (GPS) System beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß diese Verfahren genauso auf ähnliche Satelliten-Positionierungs-Systeme, wie etwa das russische Glonass-System, anwendbar sind. Der hier verwendete Begriff "GPS" schließt solche alternativen Satelliten-Positionierungs-Systeme ein, einschließlich des russischen Glonass-Systems. Der Begriff "GPS-Signale" schließt Signale von alternativen Satelliten-Positionierungs-Systemen ein.
Im Vorangehenden wurde ein System zur Zeitbestimmung für einen GPS-Empfänger beschrieben, das kommerziell verfügbare Übertragungssignale verwendet. Auch wenn die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den weiteren Geist und Bereich der Erfindung zu verlassen, wie sie in den Ansprüchen beschrieben ist. Demgemäß sind die Spezifikationen und die Zeichnung veranschaulichend und nicht einschränkend zu verstehen.
Legende zu den Figuren

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position eines mobilen Satelliten-Positionierungs-System (SPS) Empfängers, wobei der mobile SPS-Empfänger von wenigstens einem von mehreren SPS-Satelliten SPS-Signale empfängt, wobei das Verfahren den Empfang eines zellularen Kommunikationssignals in einem mit dem mobilen SPS-Empfänger gekoppelten mobilen Kommunikationsempfänger umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das zellulare Kommunikationssignal eine Zeitkennung hat und die Zeitkennung zusammen mit Daten, die aus dem Empfang eines SPS-Satellitensignals durch den mobilen SPS-Empfänger abgeleitet werden, dazu verwendet wird, Daten zu erzeugen, die die Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals angeben, wobei die Ankunftszeit dazu dient, für den mobilen SPS-Empfänger eine Positionsinformation zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zellulare Kommunikationssignal eine zellulares Telefonsignal ist und die Zeitkennung einen Rahmen umfaßt, der im zellularen Telefonsignal übermittelte Daten aufteilt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verwendung der Zeitkennung das Anstoßen eines Zählers umfaßt, um die verstrichene Zeit von einem durch die Zeitkennung repräsentierten Zeitereignis bis zum Zeitpunkt der Erzeugung der aus dem Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zellulare Kommunikationssignal ein zellulares Telefonsignal ist und die Zeitkennung Systemzeitinformation, die im zellularen Kommunikationssignal übermittelt wird, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verwendung der Zeitkennung die Dekodierung der Systemzeitinformation als lokale Zeit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aus dem Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten aus pseudozufälligen Sequenzen des vom mobilen SPS-Empfänger empfangenen SPS-Satellitensignals erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem folgendes umfaßt: • Bestimmen eines ungefähren Standorts des mobilen SPS-Empfängers mittels einer zellbasierten Informationsquelle, wobei der ungefähre Standort durch wenigstens einen der folgenden Punkte bestimmt wird: ein Ort eines zellularen Dienstbereichs, der eine Zelle einschließt, die dazu in der Lage ist, mit dem mobilen Kommunikationsempfänger zu kommunizieren, und ein Standort der Zelle; • Bestimmen einer ungefähren Dopplerinformation relativ zum mobilen SPS-Empfänger für wenigstens einen SPS-Satelliten, wobei die ungefähre Dopplerinformation auf dem ungefähren Standort beruht; und • Verwenden der ungefähren Dopplerinformation im mobilen SPS-Empfänger zum Bestimmen wenigstens eines Pseudoranges zum wenigstens einen SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen vom wenigstens einen SPS-Satelliten.
Verfahren nach Anspruch 7, das außerdem die Übermittlung der ungefähren Dopplerinformation vom Zellenstandort zum mobilen Kommunikationsempfänger umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, das außerdem die Übermittlung des wenigstens einen Pseudoranges vom mobilen SPS-Empfänger zu einer entfernten Verarbeitungsstation umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mobile Kommunikationsempfänger mit dem mobilen SPS-Empfänger in einem Gehäuse integriert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem zur Bestimmung der Positionsinformation die Übermittlung der Daten, die die Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals angeben, vom mobilen SPS-Empfänger zu einer Verarbeitungsstation umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Daten, die die Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals angeben, ein Muster des SPS-Signals umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Daten, die die Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals angeben, einen Pseudorange zu einem entsprechenden SPS-Satelliten, der in Sicht des mobilen SPS-Empfängers ist, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitkennung eine Rahmengrenze umfaßt, die im zellularen Kommunikationssignal übermittelte Daten aufteilt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Rahmengrenze ein Steuersignal für einen Benutzer des zellularen Kommunikationssignals bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitkennung einen Zeitsteuerungsimpuls umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitkennung eine Systemzeitinformation umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Systemzeitinformation die absolute Zeit angibt, in der das zellulare Kommunikationssignal übertragen wurde.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Verwendung das Bestimmen der Empfangszeit der SPS-Signale am entfernten mobilen SPS-Empfänger in Verbindung mit der Zeitkennung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Verwendung außerdem das Zählen einer Zeitdifferenz zwischen der Empfangszeit und der Zeitkennung in einem Zählers umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, das außerdem folgendes umfaßt: • Bestimmen eines ungefähren Standorts des mobilen SPS-Empfängers mittels einer zellbasierten Informationsquelle, wobei der ungefähre Standort durch wenigstens einen der folgenden Punkte bestimmt wird: ein Ort eines zellularen Dienstbereichs, der eine Zelle einschließt, die dazu in der Lage ist, mit dem mobilen Kommunikationsempfänger zu kommunizieren, und ein Standort der Zelle; • Bestimmen einer ungefähren Dopplerinformation relativ zum mobilen SPS-Empfänger für wenigstens einen SPS-Satelliten, wobei die ungefähre Dopplerinformation auf dem ungefähren Standort beruht; und • Verwenden der ungefähren Dopplerinformation im mobilen SPS-Empfänger zum Bestimmen wenigstens eines Pseudoranges zum wenigstens einen SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen vom wenigstens einen SPS-Satelliten.
Verfahren nach Anspruch 11, das außerdem die Verwendung einer ungefähren Dopplerinformation im mobilen SPS-Empfänger zum Bestimmen eines Pseudoranges zu einem SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen von einem SPS-Satelliten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem die Verwendung einer ungefähren Dopplerinformation im mobilen SPS-Empfänger zum Bestimmen eines Pseudoranges zu einem SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen von einem SPS-Satelliten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitkennung zum Bestimmen eines Pseudoranges zu einem SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen von einem SPS-Satelliten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitkennung zum Bestimmen eines Pseudoranges zu einem SPS-Satelliten oder zum Erfassen von Signalen von einem SPS-Satelliten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verwendung der Zeitkennung zum Bestimmen der Positionsinformation ohne eine Demodulierung von SPS-Satteliten-Ephemeridensignalen durch den mobilen SPS-Empfänger ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mobile SPS-Empfänger die vom Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten bestimmt und die Zeitkennung mit den vom Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten verknüpft, bevor er die SPS-Satteliten-Ephemeridensignale demoduliert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Daten, die die Ankunftszeit angeben, Satellitenpositionsinformationen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Satellitenpositionsinformationen ein Muster des SPS-Signals umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitkennung und die vom Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten zum Bestimmen der Positionsinformation verwendet werden, indem eine absolute Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals eingegrenzt wird, die dazu verwendet wird, einen Pseudorange zu einem SPS-Satelliten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vom Empfang des SPS-Satellitensignals abgeleiteten Daten, wenn sie mit den Daten, die die Zeitkennung repräsentieren, verknüpft werden, einen Pseudorange zu einem SPS-Satelliten festlegen.
Mobiler Satelliten-Positionierungs-System (SPS) Empfänger, der von wenigstens einem von mehreren SPS-Satelliten SPS-Signale empfängt, wobei der mobile SPS-Empfänger eine SPS-Empfängerschaltung umfaßt, um basierend auf dem Empfang eines SPS-Satellitensignals durch den SPS-Empfänger Daten zu bestimmen, wobei der Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, daß er folgendes umfaßt: • ein zellulares Kommunikationssystem, das mit der SPS-Empfängerschaltung gekoppelt ist und geeignet ist, ein zellulares Kommunikationssignal mit einer Zeitkennung zu empfangen; • Mittel zum Entnehmen der Zeitkennung, • Mittel, um diese Zeitkennung zusammen mit den auf dem Empfang eines SPS-Satellitensignals basierenden Daten dazu zu verwenden, Daten zu erzeugen, die eine Ankunftszeit des SPS-Satellitensignals angeben und eine Positionsinformation des mobilen SPS-Empfängers bestimmen.
Mobiler SPS-Empfänger nach Anspruch 32, wobei das zellulare Kommunikationssystem dazu geeignet ist, Informationen, die die Zeitkennung angeben, und die auf dem Empfang des SPS-Satellitensignals basierenden Daten an ein entferntes Verarbeitungssystem, das die Positionsinformation bestimmt, zu übertragen.
Mobiler SPS-Empfänger nach Anspruch 32, wobei die auf dem Empfang des SPS-Satellitensignals basierenden Daten aus pseudo-zufälligen Sequenzen des SPS-Satellitensignals erhalten werden.
Mobiler SPS-Empfänger nach Anspruch 34, wobei die Daten, die die Ankunftszeit angeben, einen Pseudorange zum SPS-Satelliten umfassen.
Mobiler SPS-Empfänger nach Anspruch 32, wobei die Zeitkennung wenigstens einen der folgenden Bestandteile umfaßt: (a) eine Rahmengrenze; (b) eine Systemzeitinformation; und (c) einen Zeitimpuls.
Mobiler SPS-Empfänger nach Anspruch 32, der außerdem einen mit dem zellularen Kommunikationssystem gekoppelten Zähler umfaßt, wobei der Zähler eine zwischen dem Empfang der Zeitkennung am zellularen Kommunikationssystem und dem Empfang des SPS-Satellitensignals am mobilen SPS-Empfänger verstrichene Zeit zählt.