DE60010720T2

DE60010720T2 - Vorrichtung und verfahren zur inkrementalen funkübertragung von gps navigationsdaten in einem mobilfunknetz

Info

Publication number: DE60010720T2
Application number: DE60010720T
Authority: DE
Inventors: Vincent Edward JOLLEY; Scott Leland BLOEBAUM
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: US6323803B1; JP2003506719A; DE60010720D1; CN1377465A; JP4955804B2; JP2011022151A; ATE266871T1; EP1204883B1; EP1204883A1; AU5923600A; MY117699A; JP4773014B2; WO2001011382A1; CN1222780C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft globale Positioniersystem-Empfänger, und insbesondere ein System und ein Verfahren zum inkrementalen Senden von GPS-Navigationsdaten in einem drahtlosen zellulären Netz.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Bestimmen der geographischen Position einer Mobilstation innerhalb eines drahtlosen zellulären Netzes oder eines anderen öffentlichen Landmobilnetzes (PLMN) ist in letzter Zeit für einen breiten Bereich von Anwendungen wichtig geworden. Beispielsweise können Positionierdienste von Transport- und Taxifirmen gewünscht sein, um den Ort ihrer Fahrzeuge zu bestimmen, und um die Effizienz von Förderungsprozeduren zu verbessern. Zusätzlich kann für Notrufe, z.B. 911-Anrufe eine Kenntnis des exakten Ortes eines Mobilendgerätes bei einem Sicherstellen eines positiven Ergebnisses in Notfallsituationen entscheidend sein.
Überdies können Positionierdienste verwendet werden, um den Ort eines gestohlenen Autos zu identifizieren, Heimatzonenanrufe zu identifizieren, die mit einem niedrigeren Preis berechnet werden können, um heiße Punkte in einer Mikrozelle zu erfassen, oder um Premium-Teilnehmerdienste bereitzustellen, z.B. den Wo-bin-Ich-Dienst. Der Wo-bin-Ich-Dienst erleichtert die Bestimmung von beispielsweise dem Ort der nächsten Tankstelle, des Restaurants oder Krankenhauses zu einer Mobilstation.
Eine Technik zum Bestellen der geographischen Position einer Mobilstation besteht darin, das Satelliten-basierte globale Positioniersystem (GPS) zu verwenden. GPS ist ein Satellitennavigationssystem, das speziell codierte Satellitensignale bereitstellt, die in einem GPS-Empfänger verarbeitet werden können, um die Position, die Geschwindigkeit und eine Zeit einer Empfangseinheit zu ergeben. Vier oder mehrere GPS-Satellitensignale werden benötigt, um die dreidimensionalen Ortskoordinaten und den Zeitversatz eines Empfängertakts relativ zu einem festen Koordinatensystem zu berechnen.
Das GPS-System umfasst vierundzwanzig Satelliten (Reserve nicht mitgezählt), die die Erde in ungefähr zwölf Stunden umkreisen. Die Orbithöhe der GPS-Satelliten (20.200 km) ist derart, dass die Satelliten die gleiche Bodenspur und Konfiguration über jedwedem Punkt und einmal alle vierundzwanzig Stunden wiederholen. Es sind sechs Orbitalebenen nominal mit zumindest vier Satelliten jeweils vorhanden, die gleichermaßen (d.h. 60° entfernt) beabstandet und um ungefähr 55° relativ zu der Äquatorialebene der Erde geneigt sind. Diese Konstellationsanordnung stellt sicher, dass von jedwedem Punkt auf der Erde zwischen vier und zwölf Satelliten sichtbar sind.
Die Satelliten des GPS-Systems bieten zwei Niveaus einer Präzision zum Bestimmen der Position, Geschwindigkeit und Zeitkoordinaten in einem GPS-Empfänger. Die Mehrheit der zivilen Benutzer des GPS-Systems verwenden den Standardpositionierungsdienst (SPS), der einen 2-σ-Genauigkeit von 100 Metern horizontal, ±156 Metern vertikal und ±340 ns Zeit aufweist. Der präzise Positionierungsdienst (PPS) ist nur für autorisierte Benutzer verfügbar, wie eine kryptographische Ausrüstung und Schlüssel und speziell ausgerüstete Empfänger aufweisen.
Jeder der GPS-Satelliten sind zwei L-Band-Trägersignale. Die L1-Frequenz (zentriert bei 1575,42 MHz) trägt die Navigationsnachricht wie auch die SPS- und PPS-Codesignale. Die L2-Frequenz (zentriert bei 1227,60 MHz) trägt auch den PPS-Code und wird verwendet, um die ionospherische Verzögerung durch Empfänger zu messen, die mit dem PPS-System kompatibel sind.
Die L1- und L2-Trägersignale werden durch drei binäre Codes moduliert: einer 1,023 MHz-groben Aufnahme (C/A)-Code, einen 10,23 MHz-präzisen Code (P-Code) und einen 50 Hz Navigationssystem-Datencode (NAV-Code). Der C/A-Code ist ein Pseudozufallszahl(PRN-)Code, der einen GPS-Satelliten eindeutig kennzeichnet. Sämtliche der GPS-Satelliten senden ihre binäre Codes über die gleichen L1- und L2-Träger. Die mehrfach gleichzeitig empfangenen Signale werden von einem Codeteilungs-Mehrfachzugriff(CDMA-)Korrelator wiedergewonnen. Der Korrelator in einem zivilen GPS-Empfänger gewinnt zuerst den C/A-Code wieder, wie er von dem NAV-Code moduliert ist. Eine Phasenregelschleifen(PLL)-Schaltung trennt dann den C/A-Code von dem NAV-Code. Es sei betont, dass ein GPS-Empfänger zuerst seinen ungefähren Ort bestimmen muss, um zu bestimmen, welcher der GPS-Satelliten tatsächlich sichtbar ist. Umgekehrt kann ein GPS-Empfänger, der seine ungefähre Position kennt, schneller die Signale aufnehmen, die von dem geeigneten GPS-Satelliten gesendet werden.
Das Hochfahren eines GPS-Empfängers erfordert in typischer Weise die Aufnahme eines Satzes von Navigationsparametern von den Navigationsdatensignalen der vier oder mehr GPS-Satelliten. Dieser Prozess eines Initialisierens eines GPS-Empfängers kann oft mehrere Minuten dauern.
Die Dauer des GPS-Positionierprozesses ist direkt abhängig davon, wie viel Information ein GPS-Empfänger aufweist. Die meisten GPS-Empfänger sind mit Almanach-Daten programmiert, die die erwarteten Satellitenpositionen für bis zu ein Jahr im Voraus grob beschreiben. Jedoch kann, wenn der GPS-Empfänger nicht eine gewisse Kenntnis seines eigenen ungefähren Orts aufweist, dann der GPS-Empfänger Signale von den sichtbaren Satelliten nicht schnell genug korrigieren, und kann deswegen seine Position nicht schnell berechnen. Überdies sei darauf hingewiesen, dass eine höhere Signalstärke zum Aufnehmen des C/A-Codes und des NAV-Codes bei einem Hochfahren benötigt wird, als sie für ein fortgesetztes Überwachen eines bereits erlangten Signals benötigt wird. Es sei auch darauf hingewiesen, dass der Prozess eines Überwachens des GPS-Signals beträchtlich durch Umweltfaktoren beeinflusst wird. Somit wird es zunehmend schwerer, ein GPS-Signal, das leicht im Freien erlangt werden kann, zu erlangen, wenn der Empfänger unter Laubwerk, in einem Fahrzeug oder, am schlimmsten, in einem Gebäude ist.
Neueste Regierungsaufträge, z.B. die Ansprechzeitanforderungen des FCC-Phase II E-911-Dienstes erzwingen es, dass die Position eines mobilen Handapparats genau und auf eine beschleunigte Weise bestimmt wird. Somit ist es, um einen GPS-Empfänger effizient innerhalb eines Mobilendgerätes zu implementieren, während auch die Anforderungen nach einer schnellen und genauen Positionierung erfüllt werden, notwendig geworden, mobile Endgeräte mit genauen Unterstützungsdaten, z.B. einer lokalen Zeit und Positionsabschätzungen, einer Satellitenephemeriden- und Taktinformation (die mit dem Ort der Mobilstation variieren kann) zu versehen. Die Verwendung derartiger Unterstützungsdaten kann es zulassen, dass ein GPS-Empfänger, der mit einer Mobilstation integriert oder verbunden ist, die Beendigung seiner Hochfahrprozeduren beschleunigt. Es ist deswegen wünschenswert, in der Lage zu sein, die notwendige Unterstützungs-GPS-Information über ein vorhandenes drahtloses zelluläres Netz zu einem GPS-Empfänger zu senden, der mit einem Mobilendgerät integriert oder verbunden ist.
Es ist derzeit bekannt, eine Satellitenephemeriden- und Taktkorrekturinformation für einen entfernten GPS-Empfänger über eine Funkverbindung bereitzustellen. In gleicher Weise ist es bei einer Landvermessung üblich, differentielle GPS-(DGPS)-Korrekturen über eine Funkverbindung für entfernte GPS-Empfänger bereitzustellen. Jedoch gibt keines dieser Systeme nach dem Stand der Technik die spezifischen Betriebsanforderungen einer zellulären Mobilstation und des drahtlosen zellulären Netzes an, mit welchem es wechselwirkt.
Mit einer GPS-ausgestatteten Mobilstation (GPS-MS) sind eine Bereitschaftszeit und eine Gesprächszeit durch eine Batteriekapazität begrenzt. Die zusätzliche Batterieentladung, die aus einem Betrieb des integrierten GPS-Empfängers herrührt, kann beträchtlich größer sein als für die grundlegenden Zellentelefonanforderungen. Dies kann in ungewünschter Weise sowohl eine Bereitschaftszeit als auch eine Gesprächszeit begrenzen.
Ein Bereitstellen einer GPS-Unterstützungsinformation für das GPS-MS verbessert die Empfindlichkeit, eine Zeit zur ersten Festlegung (Time-to-First-Fix, TTFF) und einen Energieverbrauch des GPS-MS verglichen mit einem stand-alone-GPS-Empfänger. Jedoch stellen typische GPS-MS-Benutzungsszenarien Probleme betreffend eines Erhaltens und Aktualisierens einer GPS-Unterstützungsinformation von dem drahtlosen zellulären Netz dar. Beispielsweise sind die DGPS-Korrekturdaten sehr empfindlich und erfordern häufige Aktualisierungen, was den Einrichtungen des drahtlosen zellulären Netzes eine Last aufbürdet. Auch erfordern, sobald neue Ephemeriden- und Taktkorrekturdaten für einen Satelliten verfügbar sind, sämtliche GPS-MS, für welche der Satellit sichtbar ist, die neue Unterstützung so schnell wie möglich, um einen hohen Grad einer Positionsgenauigkeit aufrecht zu erhalten. Eine rechtzeitige Lieferung dieser Aktualisierungen kann den Einrichtungen des drahtlosen zellulären Netzes eine beträchtliche Last aufbürden.
Die Patentanmeldung WO-A-9825157 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Aufnahmezeit eines GPS-Empfängers. Das Verfahren schließt ein Senden der Satelliten-Ephemeriden-Daten von einem drahtlosen zellulären Sender zu einem GPS- Empfänger, der mit einem mobilen Endgerät ausgestattet ist, und ein Senden einer Mehrzahl ungefährer Doppler-Daten derartiger Empfänger in einer Zelle ein, die von dem drahtlosen Ort bedient werden. Jedoch ist es wünschenswert, die Genauigkeit des GPS-Empfängers zu erhöhen, während gleichzeitig der Empfänger während der Hochfahrprozedur unterstützt wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Überwinden eines oder mehrerer der oben diskutierten Probleme auf eine neue und einfache Art gerichtet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der Erfindung sind ein System und ein Verfahren zum inkrementalen Senden von GPS-Unterstützungsdaten in einem drahtlosen zellulären Netz bereitgestellt. Dieses System und Verfahren stellen die Navigationsdaten auf eine rechtzeitige Weise bereit, ohne den drahtlosen zellulären Netzressourcen eine unangemessene Last aufzubürden.
In breitem Sinne ist in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung das Verfahren zum Senden von Unterstützungsdaten eines globalen Positioniersystems (GPS) in einem drahtlosen Kommunikationsnetz zu Mobilstationen offenbart. Jede Mobilstation schließt einen Sendeempfänger (Transceiver), der in dem drahtlosen Kommunikationsnetz arbeitet, und einen integrierten GPS-Empfänger ein, um GPS-Positionsmessungen vorzunehmen. Das Verfahren umfasst die Schritte eines Einrichtens des direkten Punkt-zu-Punkt-Kanals mit einer ausgewählten Mobilstation; ein Transferieren von Orbitalmodellierungsinformation in den Punkt-zu-Punkt-Kanal zu der ausgewählten Mobilstation für sichtbare GPS-Satelliten; und ein Senden von GPS-Korrekturdaten auf dem drahtlosen Netz zu sämtlichen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz kommunizieren.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass der Übertragungsschritt den Schritt eines Übertragens einer GPS-Satelliten- und Taktkorrekturinformation oder GPS-Satelliten-Almanachdaten einschließt.
Es ist ein anderes Merkmal der Erfindung, dass der Sendeschritt den Schritt eines Sendens von DGPS-Korrekturdaten umfasst.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, den Schritt eines Aktualisierens von Unterstützungsdaten durch ein Senden von Daten, die eine aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, zu sämtlichen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz kommunizieren, bereitzustellen. Der Aktualisierungsschritt umfasst ein Parsen der Daten, die eine aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, und ein selektives Hinzufügen der geparsten Daten zu unbenutzten Abschnitten von Rundfunkmeldungen. Die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation wird mit einer vorhandenen Orbitalmodellierungsinformation verglichen, um Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten zu bestimmen. Der Parsierungsschritt umfasst ein Parsen der Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten.
Es ist ein zusätzliches Merkmal der Erfindung, dass der Aktualisierungsschritt ein Komprimieren der Daten, die die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, umfasst. Die Daten werden durch ein Bestimmen von Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten komprimiert.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, die Schritte eines periodischen Empfangens gegenwärtiger Orbitalmodellierungsinformation für gegenwärtig sichtbare Satelliten; eines Vergleichens der empfangenen gegenwärtigen Orbitalmodellierungsinformation mit der vergangenen Modellierungsinformation, und, reagierend auf jedwede Abweichungen, eines Entwickelns einer aktualisierten Orbitalmodellierungsinformation; und eines Sendens einer aktualisierten Orbitalmodellierungsinformation auf dem drahtlosen Kommunikationsnetz zu sämtlichen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz kommunizieren, bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zum Senden von GPS-Unterstützungsdaten in einem drahtlosen Kommunikationsnetz zu Mobilstationen offenbart. Jede Mobilstation arbeitet in dem drahtlosen Kommunikationsnetz und schließt einen integrierten GPS-Empfänger ein, um GPS-Positionsmessungen vorzunehmen. Das System schließt einen GPS-Empfänger zum Erhalten einer Orbitalmodellierungsinformation für sichtbare GPS-Satelliten und GPS-Korrekturdaten ein. Ein Sendeempfänger kommuniziert mit Mobilstationen in dem drahtlosen Kommunikationsnetz. Ein Rundfunk-Controller ist betriebsmäßig dem GPS-Empfänger und dem Sendeempfänger zum selektiven Einrichten eines direkten Punkt-zu-Punkt-Kanals mit ausgewählten Mobilstationen zum Übertragen der Orbitalmodellierungsinformation und zum periodischen Senden der GPS-Korrekturdaten auf dem drahtlosen Kommunikationsnetz zu sämtlichen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz kommunizieren, zugeordnet.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass die Orbitalmodellierungsinformation eine GPS-Satellitenephemeriden- und Taktkorrekturinformation umfasst.
Es ist ein anderes Merkmal der Erfindung, dass die Orbitalmodellierungsinformation GPS-Satelliten-Almanachdaten umfasst.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass die GPS-Korrekturdaten DGPS-Korrekturdaten umfassen.
Es ist ein zusätzliches Merkmal der Erfindung, dass der Rundfunk-Controller Unterstützungsdaten durch ein Senden von Daten, die eine aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, zu sämtlichen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz kommunizieren, aktualisiert. Das Aktualisieren umfasst ein Parsen der Daten, die eine aktualisierte Modellierungsinformation darstellen, und ein selektives Hinzufügen der geparsten Daten zu unbenutzten Abschnitten von Rundfunkmeldungen. Der Rundfunk-Controller vergleicht eine aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation mit einer vorhandenen Orbitalmodellierungsinformation, um Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten zu bestimmen. Der Rundfunk-Controller parst die Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass der Rundfunk-Controller die Daten, die eine aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, komprimiert. Die Daten werden durch ein Bestimmen von Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten komprimiert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der Spezifikation und aus den Zeichnungen offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Senden von GPS-Unterstützungsdaten in einem drahtlosen Kommunikationsnetz in Übereinstimmung mit der Erfindung.
2 ein Blockdiagramm eines GPS-Unterstützungsrundfunk-Controllers für das System der 1; und
3 ein Zeitgebungsdiagramm, das ein Parsen einer aktualisierten GPS-Navigationsinformation zeigt, das durch den Controller der 2 implementiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Kommunikationsnetzsystems 10, das eine unterstützte GPS-Positionierung benutzt, veranschaulicht. Das System und das Verfahren gemäß der Erfindung sind in Bezug auf den GSM-zellulären Standard beschrieben. Trotzdem werden Durchschnittsfachleute erkennen, dass die Erfindung auf andere zelluläre Systeme wie etwa beispielsweise TDMA (ANSI-136) und CDMA (cdmaOne), und auch auf nicht-zelluläre drahtlose Kommunikationssysteme wie etwa Satellitentelefone oder Land-Mobilradios angewandt werden kann.
Das drahtlos Kommunikationsnetzsystem 10 schließt eine Basissendeempfängerstation (BTS) 12 ein, die mit einem Basisstations-Controller (BSC) 14 verbunden ist. Der BSC kommuniziert mit einem mobilen Lokalisierungszentrum (MLC) 16 über ein Signalisieren über das zelluläre Netzsystem, das durch eine Wolke 34 dargestellt ist. Die BTS 12 ist der Funkabschnitt des Systems 10 und ist für das Senden und Empfangen von Funksignalen, die in einer bestimmten Zelle 18 verwendet werden, verantwortlich. Der BSC 14 steuert die Ressourcen einer oder mehrerer BTS, wie etwa der BTS 12 einschließlich der Rundfunkfähigkeiten, wie unten beschrieben. Das MLC 16 ist für das Bestimmen einer globalen Positioniersystem(GPS-) Unterstützungsinformation zur Zuführung zu jedweden GPS-ausgestatteten Mobilstationen (GPS-MS) in dem Gebiet, das es bedient, wie etwa eine GPS-MS 20, die in der Zelle 18 gezeigt ist, verantwortlich. Dies kann über einen lokalen Differential-GPS(DGPS)-Empfänger 22 ausgeführt werden, der zusammen mit dem MLC 16 angeordnet ist. Der DGPS-Empfänger 22 stellt Korrekturen wie auch Navigationsmeldungen von den Satelliten bereit, die für ihn sichtbar sind, wie etwa einen Satelliten 24. Der Satellit 24 könnte jedweder Satellit eines Satelliten-basierten Augmentation-Systems (SBAS) sein, der ein GPS-ähnliches Entfernungssignal bereitstellt. Zu Zwecken dieser Anmeldung ist der Satellit 24 als ein GPS-Satellit beschrieben. Der DGPS-Empfänger 22 kann auch eine Information von anderen SBAS-Satelliten wie etwa WRAS- oder EGNOS-geostationären Satelliten 26 als eine redundante Quelle für DGPS-Korrekturen verwenden.
Die GPS-MS 20 umfasst eine typische Mobilstation (auch als ein drahtloses Telefon, ein zelluläres Telefon oder Zellentelefon bezeichnet), das einen zellulären Sendeempfänger zum Senden und Empfangen von Funksignalen zwischen ihm selbst und dem drahtlosen Kommunikationsnetzsystem 10 aufweist. Die GPS-MS 20 ist auch mit einem integrierten GPS-Empfänger zum Empfangen von zusammengesetzten Signalen von sichtbaren GPS-Satelliten wie etwa dem Satelliten 24 ausgestattet. Die GPS-MS 20 ist programmiert, GPS-Positionierungsmessungen unter Verwendung der zusammengesetzten Signale und von Navigationsunterstützungsdaten, die von dem drahtlosen Kommunikationsnetzsystem 10 empfangen werden, vorzunehmen.
Wie offensichtlich ist, schließt das Netzsystem in typischer Weise zahlreiche BTS, eine für jede Zelle und ebenfalls zahlreiche BSC ein. Die Anzahl der GPS-MS hängt von der Anzahl von Benutzern ab, die das Netzsystem zu jedweder gegebenen Zeit benutzten. Jedoch werden zur Vereinfachung die Merkmale des Systems und des Verfahrens gemäß der Erfindung in Bezug auf die veranschaulichten BTS 12, BSC 14 und GPS-MS beschrieben.
Die Informations-tragenden Kanäle oder "Träger" des drahtlosen Kommunikationsnetzsystems können in drei Kategorien eingeteilt werden. Die erste ist ein Punkt-zu- Punkt-Kanal, wie bei 18 gezeigt. Mit einem Punkt-zu-Punkt-Kanal 28 ist ein zugewiesener logischer oder physikalischer Kanal zwischen der GPS-MS 20 und dem BSC 14 oder einem mobilen Vermittlungszentrum (nicht gezeigt) vorhanden. Da der Kanal zugewiesen ist, muss er zwischen der GPS-MS 20 und der Netzeinheit vor einer Verwendung eingerichtet werden, und dann nach einer Beendigung der Kommunikation freigegeben werden. Diese Prozeduren erfordern eine Verarbeitungskapazität von einer oder mehreren Netzeinheiten und sind als solche nicht "umsonst".
Der zweite Typ eines Kanals ist ein Punkt-zu-Mehrfachpunkt-Kanal, wie bei 30 veranschaulicht. Mit einem Punkt-zu-Mehrfachpunkt-Kanal sendet das drahtlose Kommunikationsnetzsystem 10 eine Information zu sämtlichen Mobilstationen in einem bestimmten geographischen Gebiet. Kein logischer Kanal wird für einen Sendebetrieb verwendet, sodass Einrichtungs- und Freigabeprozeduren nicht erforderlich sind. Jedoch muss eine Steuereinheit den Rundfunkinhalt für jeden Punkt-zu-Mehrfachpunktkanal 30 bestimmen. Beispielsweise konfiguriert in dem GSM-System der BSC 14 den Rundfunksteuerkanal (BCCH), der durch die BTS 12 in jeder Zelle übertragen wird, die von dem BSC 14 bedient wird.
Ein dritter Typ eines Kanals ist ein Mehrfachpunkt-zu-Punkt, wobei mehrfache Mobilstationen auf einem gemeinsamen Kanal senden. Ein Beispiel dieses Typs eines Kanals in dem GSM-System ist der Direktzugriffskanal (RACH), der von sämtlichen Mobilstationen in einem Zellengebiet verwendet wird, um eine zugewiesene Verbindung zu dem Netz anzufordern.
Die Typen von GPS-Unterstützungsdaten können in zwei Kategorien eingeteilt werden. Die erste ist eine Orbitalmodellierungsinformation für sichtbare Satelliten. Die zweite sind DGPS-Korrekturen. Die Orbitalmodellierungsinformation besteht aus einer Navigationsinformation, die Satellitenephemeriden und Taktkorrekturen oder Almanachdaten einschließt. Die Daten sind relativ groß und können in der Größenordnung von ungefähr 5000 Bits für zehn Satelliten liegen. Die Navigationsinformation erfordert seltene Aktualisierungen, ungefähr alle zwei Stunden für gegenwärtig sichtbare Satelliten. Die GPS-Satelliten-Almanachdaten werden noch viel seltener aktualisiert. Wenn eine Navigationsinformation nur für Satelliten bereitgestellt wird, die an einem Referenzort sichtbar sind, die beispielsweise die BTS 12 bedienen, dann sind Aktualisierungen auch erforderlich, wenn ein neuer Satellit sichtbar wird. Die Navigationsinformation wird für die GPS-MS 20 benötigt, um ihre eigene Position zu berechnen. Ein Bereitstellen der Navigationsinformation von dem Netzsystem 10 bedeutet, dass die GPS-MS 20 sie nicht von den jeweiligen GPS-Satellitensignalen wie etwa dem Signal 32 in 1 demodulieren muss.
Die DGPS-Korrekturen werden verwendet, um atmosphärische, Orbital- und selektive Verfügbarkeits (SA)-Fehler in den Bereichen zu ihren jeweiligen Satelliten, die von der GPS-MS 20 gemessen und für eine Positionsberechnung verwendet werden, abzumildern. Die Datenmenge ist relativ klein, aber erfordert häufige Aktualisierungen, in der Größenordnung von 30 Sekunden oder weniger, aufgrund der zeitvariierenden Natur der SA-Abschwächung. Die DGPS-Korrekturen verbessern die horizontale Positionsgenauigkeit der GPS-MS 20 von 50m (RMS) auf 5–10m (RMS), was für Anwendungen wie etwa eine personengebundene Navigation wichtig ist.
Die Rundfunkkapazität jeder Zelle oder BTS ist relativ beschränkt. Die Kapazität muss für eine Information außer einer GPS-Unterstützung verwendet werden. Beispielsweise muss der BCCH eine Information bereitstellen, um einen Kanalwechsel zu Nachbarzellen zu unterstützen. Deswegen ist es nicht praktisch, die größerer Navigationsunterstützung über einen Rundfunkträger zu liefern.
Um die obigen Anforderungen zu erfüllen, benutzt das drahtlose Kommunikationsnetz 10 in Übereinstimmung mit der Erfindung mehrere Prozeduren zum Bereitstellen einer GPS-Unterstützungsinformation für die GPS-MS 20. Die erste Prozedur besteht darin, dass, wenn die GPS-MS 20 hochfährt, sie einen zugewiesenen Punkt-zu-Punkt-Kanal 28 verwendet, um sowohl eine Orbitalmodellierungsinformation als auch eine DGPS-Korrekturunterstützung von dem Netz 10 zu empfangen. Dieser zugewiesene Kanal kann spezifisch für diesen Zweck eingerichtet werden, oder ein logischer Kanal, der für einen anderen Zweck eingerichtet ist, kann für diese Kommunikation zwischen der GPS-MS 20 und dem Netzsystem 10 verwendet werden. Die Verwendung des Punkt-zu-Punkt-Kanals 28 stellt eine schnelle Zuführung bereit, was es ermöglich, dass die GPS-MS 20 schnell ihre Position berechnet.
Unterdessen werden die DGPS-Korrekturdaten auf dem BCCH jeder Zelle oder einem anderen Rundfunkträger gesendet. Die DGPS-Rundfunkdaten für jede Zelle, wie etwa die Zelle 18, werden alle dreißig Sekunden oder weniger von dem BSC 14 aktualisiert. Ein Senden ist vorteilhaft, da es eine schnelle Zuführung der DGPS-Korrekturen zu sämtlichen GPS-MS auf einmal ermöglicht. Dies ist insbesondere wichtig aufgrund der kurzen Dauer einer Gültigkeit der Korrekturdaten.
Die obigen beiden Prozeduren richten sich auf die primären Betriebsszenarios. Jedoch tritt ein Problem auf, wenn die Orbitalmodellierungsinformation, insbesondere die Navigationsinformation, für sämtliche GPS-MS in einem geographischen Bereich, beispielsweise einer Zelle, aktualisiert werden muss. Ein Beispiel dafür ist, wenn ein neuer Satellit sichtbar wird. Eine Punkt-zu-Punkt-Zuführung zu sämtlichen GPS-MS in der Zelle ist nicht praktisch, noch ist es ein Verwenden einer zusätzlichen Rundfunkkapazität.
Dieses Problem wird in Übereinstimmung mit der Erfindung durch ein Parsen der aktualisierten Information und ein Hinzufügen derselben zu unbenutzten Abschnitten von Rundfunkmeldungen gelöst. Insbesondere weisen die meisten Netzsignalisierungsprotokolle eine sogenannte Protokolldateneinheit (PDU) auf, in welchen sämtliche Meldungen Vielfache einer bestimmten Größe sein müssen. Beispielsweise sind die PDU für den GSM-Kurzmeldungsdienst-Zellenrundfunk (SMS-CB) 32 weit, oder 656 Bits. Wenn der tatsächliche Meldungsinhalt geringer als diese Länge ist, dann fügt das Protokoll Fülldaten hinzu, um sie auf die PDU-Größe zu bringen. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird, wenn die Rundfunk-DGPS-Korrekturdaten, die oben diskutiert sind, geringer als 1 PDU sind, dann die nicht verwendete Kapazität mit aktualisierten Navigationsdaten gefüllt. Auf diese Weise können sämtliche GPS-MS in der Zelle 18 die aktualisierten Navigationsdaten empfangen, ohne zugewiesene Punkt-zu-Punkt-Kanäle 28 und andere Netzressourcen wie etwa einen MSC oder BSC belegen zu müssen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung sind zwei Optionen zum Senden der Navigationsdatenaktualisierungen in der Rundfunk-DGPS-Meldung vorhanden. Die erste besteht darin, die Ephemeriden, Taktkorrekturen, etc. für jeden der Satelliten, die von der Aktualisierung beeinflusst sind, direkt zu senden, indem die Daten geparst werden, um die nicht verwendete Rundfunkkapazität zu füllen. Die zweite Option besteht darin, eine Information für einen oder mehrere neu sichtbare Satelliten direkt zu senden, aber nur die erwarteten Navigationsparameter-Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten zu senden. Mit den gespeicherten vergangenen Rundfunkaktualisierungen ist die GPS-MS 20 dann in der Lage, die Abweichungen auf eine vorhandene Information anzuwenden und die neuesten Navigationsdatenaktualisierungen zu bestimmen. Dies lässt es zu, dass die Daten zu der GPS-MS 20 schneller verteilt werden.
Sobald die MLC 16 die DGPS-Korrekturdaten von dem DGPS-Empfänger 22 oder einer anderen externen Quelle aufgenommen hat, sendet er diese Daten zu dem BSSC 14 über das Netz 34. Alternativ kann der MLC 16 zusammen mit dem BSC 14 angeordnet sein. Vorzugsweise aktualisiert der MLC 16 die DGPS-Korrekturdaten periodisch, wie etwa alle dreißig Sekunden oder weniger. Nachdem er jeweils eine Aktualisierung empfangen hat, sendet der BSC 14 diese Daten zu seinem internen GPS-Unterstützungs-Rundfunk-Controller 36, siehe 2.
Unter Bezugnahme auf 2 schließt der Rundfunk-Controller 36 einen Multiplexierer 38 ein, der die DGPS-Korrekturdaten von dem MLC 16 empfängt. Der BSC 14 empfängt auch die GPS-Navigationsdaten von dem MLC 16. Diese Daten kommen von dem DGPS-Empfänger 22 oder vielleicht von einer externen Quelle (nicht gezeigt). Aktualisierungen für die Navigationsdaten treten auf, wenn die GPS-Satelliten ihre jeweiligen Navigationsmeldungen ändern oder möglicherweise dann, wenn ein Satellit in Sicht kommt. Nach einem Empfangen dieser Navigationsdaten sendet der BSC 14 diese zu dem internen Rundfunk-Controller 36, wo sie in einem Puffer 40 für gegenwärtige Daten gespeichert werden. Der Puffer 40 wird mit einem Puffer 42 verglichen, der vergangene Daten unter Verwendung eines Austauscherfassungsblocks 44 speichert. Wenn keine Navigationsdatenunterschiede für gegenwärtig sichtbare Satelliten vorhanden sind, muss kein zusätzlicher Rundfunkmeldungsinhalt für diesen Satelliten erzeugt werden. Wenn Änderungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten vorhanden sind, berechnet dann der Rundfunk-Controller 36 Abweichungsausdrücke, die den vorangehenden Satz von Navigationsparametern betreffen, zu dem neuen Satz von Navigationsparametern. Diese Abweichungsausdrücke werden zu einem Block 46 übertragen, der die ausgetauschten Daten codiert und puffert, und sie in unbenutzte Abschnitte der Punkt-zu-Mehrfachpunkt-Rundfunkmeldungen unter Verwendung eines Parsers 48 parst. Der Parser 48 ist auch mit einem Größenerfassungsblock 50 verbunden, der die DGPS-Korrekturdaten empfängt. Der Größenerfassungsblock bestimmt, ob die gesendeten DGPS-Korrekturdaten geringer als eine PDU sind. Der Größenerfassungsblock 50 instruiert dann den Parser 48 über die nicht verwendete Kapazität, die mit aktualisierten Navigationsdaten gefüllt werden kann. Der Parser 48 führt dann dem Multiplexer 38 die geparsten Navigationsdaten zu, um die nicht verwendete Kapazität der Rundfunk-DGPS-Korrekturdaten zu füllen, die als Rundfunkmeldungsinhalt ausgegeben werden. Dies lässt es zu, dass die Navigationsdaten schneller zu sämtlichen der GPS-MS, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz 10 kommunizieren, verteilt werden.
Wie es offensichtlich ist werden, wenn ein Satellit neu sichtbar ist und keine vergangenen Daten in dem Block 42 gepuffert sind, dann die Navigationsdaten einfach weitergegeben und in ihrer Standard-Form geparst.
3 zeigt eine Zeitlinie, wie die aktualisierte Navigationsinformation, die in einem Block 42 veranschaulicht ist, zu Rundfunkmeldungen, die mit N, N+1, N+2, N+3 und N+4 bezeichnet sind, zusammen mit jeweiligen DGPS-Korrekturdaten zu Zeiten t₀, t₁, t₂, t₃ und t₄ geparst und hinzugefügt wird.
Ein Vorteil eines Übertragens von nur den Abweichungstermen für gegenwärtige sichtbare Satelliten ist eine Meldungskompression. Da die Größe der einzelnen Navigationsaktualisierungen verringert wird, kann die effektive Zuführungsrate einer Sequenz von Navigationsaktualisierungen erhöht werden. Alternativ kann die effektive Zuführungsrate aufrechterhalten werden, während die eingesparten Bits für andere Zwecke benutzt werden. Beispielsweise könnten Bits, die die präzise Beziehung zwischen den jeweiligen Zeitreferenzen des drahtlosen zellulären Netzsystems und dem GPS anzeigen, periodisch unter Verwendung dieser eingesparten Bits gesendet werden. Es ist Durchschnittsfachleuten bekannt, dass eine Kenntnis dieser Beziehung eine Kernkomponente jedwedes effektiven GPS- Unterstützungsschemas ist. Diese Zeitgebungs-Beziehungen sind in Bloebaum et al, Anmeldung Nr. 09/264,120, eingereicht am 8. März 1999 und dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen, beschrieben.
Es wird erwartet, dass ein zwei- oder dreifacher Kompressionsfaktor zwischen sequentiellen 2-Stunden-Navigationsanpassungs-Stützintervallen möglich ist. Beispielsweise können die Ausgabe-von-Daten-Ausdrücke für einen Takt und die Ephemeriden (IODC & IODE) von kombinierten 18 Bits auf nur 1–2 Bits verringert werden, was genug ist, um das Auftreten einer Änderung anzuzeigen. Ebenfalls können die Zeit-des-Takts und die Zeit-der-Ephemeriden (t_OC und t_OE) von 16 Bit auf weniger als 8 Bit jeweils verringert werden.
Überdies neigen die Orbitalparameter selbst zu einer Kompression, weil die Navigationsdaten, die in der GPS-MS 20 von der vorangehenden Aktualisierung gespeichert sind, ihre entsprechenden Abweichungen höherer Ordnung enthalten. Der herkömmliche Satz von Ausdrücken {af₀, af₁, I₀, Ω₀, M₀, ω} kann präzise zwei Stunden im Voraus projiziert werden, indem die Abweichungen höherer Ordnung, die in dem Satz enthalten sind {af₁, af₂, dI/dt, dΩ/dt, Δn} eingesetzt werden. Die Unterschiede zwischen den präzise vorhergesagten Abschätzungen und ihren zugeordneten Ausdrücken von einer neuen Aktualisierung sind minimal. Dies gilt insbesondere, da es altbekannt ist, dass Pseudobereichspaare, die durch aufeinanderfolgende Anpassungs-Stützaktualisierungen (zwei-Stunden-Verzögerung) sich um weniger als einen Meter unterscheiden. Da dieser Satz von sechs Ausdrücken eine Gesamtheit von 166 Takt/Ephemeriden-Bits berücksichtigt, könnte eine vierfache Kompression dieses Untersatzes eine Verringerung auf ungefähr 120 Bits ergeben.
Für die übrigen Ausdrücke {af₂, dI/dt, dΩ/dt, Δn, e, A^1/2} und die sechs harmonischen Korrekturamplituden ist ein Bestimmen des Bereichs erwarteter Stütze-zu-Stütze- Parameterabweichungen nicht so einfach. Derartige Bestimmungen erfordern eine gewisse empirische Untersuchung der Stütze-zu-Stütze-Abweichungen, die in archivierten Navigationsmeldungen aufgezeigt sind. Jedoch muss man berücksichtigen, dass die jeweiligen Parameter für zwei aufeinanderfolgende Anpassungs-Stützintervalle im wesentlichen von dem gleichen kontinuierlichen 4-Wochen-Satz von Steuersegment-Beobachtungsdaten abgeleitet werden. Somit sind Verbindungen zwischen aufeinanderfolgenden Anpassungs-Stützparametersätzen inhärent und des übermäßig langen Beobachtungsfensters, das benutzt wird, glatt. Wenn die 222 Bits, die für diese übrigen Ausdrücke erforderlich sind, halbiert werden können, und die zuvor erwähnten Reduzierungen vorgenommen werden, ist eine dreifache Kompression möglich.
Wie in 1 gezeigt, empfängt die GPS-MS 20 sowohl die Punkt-zu-Punkt- als auch die Punkt-zu-Mehrfachpunkt-Kanäle, die von der versorgenden BTS 12 gesendet werden. Wenn die GPS-MS 20 hochfährt und keine gültigen Navigationsdaten aufweist, kann sie die Daten direkt von dem MLC 16 über einen Punkt-zu-Punkt-Kanal anfordern. Jedoch kann, wenn die GPS-MS 20 bereits gültige Navigationsdaten aufweist, sie dann auf dem Punkt-zu-Mehrfachpunkt-Kanal nach neuen Daten hören, während sie ihre vorhandenen Daten verwendet.
Somit sind in Übereinstimmung mit der Erfindung ein System und ein Verfahren zum inkrementalen Senden von GPS-Unterstützungsdaten in einem drahtlosen Kommunikationssystem, wie etwa einem zellulären Netzsystem veranschaulicht, um häufige Aktualisierungen einer Zeit-sensitiven Information bereitzustellen, während eine Last auf dem drahtlosen Kommunikationsnetz minimiert wird.

Claims

Verfahren zum Rundsenden von Unterstützungsdaten eines globalen Positionierungssystems (GPS) in einem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) zu Mobilstationen, wobei jede Mobilstation inkludiert einen Transceiver, der in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) arbeitet, und einen integrierten GPS-Empfänger, um GPS-Positionsmessungen vorzunehmen, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist Herstellen eines direkten Punkt-zu-Punkt-Kanals (28) mit einer ausgewählten Mobilstation (20); Transferieren von Anfangsorbitalmodellierungsinformation in dem Punkt-zu-Punkt-Kanal (28) zu der ausgewählten Mobilstation (20) für sichtbare GPS-Satelliten (24); und Rundsenden von Orbitalmodellierungsinformationsaktualisierungen und GPS-Korrekturdaten in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) zu allen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) kommunizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Orbitalmodellierungsinformation GPS-Satellitenephemeride und Taktkorrekturinformation inkludiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Orbitalmodellierungsinformation GPS-Satellitenalmanachdaten inkludiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die GPS-Korrekturdaten DGPS-Korrekturdaten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Rundsenden von Orbitalmodellierungsinformationsaktualisierungen Parsen der Daten, die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, und selektives Hinzufügen der geparsten Daten zu ungenutzten Abschnitten von Rundsendungsnachrichten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt zum Vergleichen aktualisierter Orbitalmodellierungsinformation mit existierender Orbitalmodellierungsinformation, um Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Parsen Parsen der Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Orbitalmodellierungsinformationsaktualisierungen komprimierte Daten umfassen, die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Daten durch Bestimmen von Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten komprimiert werden.
Verfahren nach beliebigen der Ansprüche 1–9, wobei die Unterstützungsdaten eines globalen Positionierungssystems (GPS) aktualisiert und inkremental rundgesendet werden, und die Mobilstationen vergangene Orbitalmodellierungsinformation für unlängst sichtbare GPS-Satelliten haben, das Verfahren die weiteren Schritte umfasst: periodisches Empfangen aktueller Orbitalmodellierungsinformation für gegenwärtig sichtbare Satelliten; Vergleichen der empfangenen aktuellen Orbitalmodellierungsinformation mit der vergangenen Orbitalmodellierungsinformation und reagierend auf beliebige Abweichungen Entwickeln aktualisierter Orbitalmodellierungsinformation; und Rundsenden aktualisierter Orbitalmodellierungsinformation in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) zu allen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) kommunizieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Rundsendungsschritt Parsen von Daten, die die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, und selektives Hinzufügen der geparsten Daten zu ungenutzten Abschnitten von Rundsendungsnachrichten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Parsen Parsen der Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Rundsendungsschritt Komprimieren von Daten umfasst, die die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Rundsendungsschritt die Daten durch Bestimmen der Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten komprimiert.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend den Schritt zum Hinzufügen von Daten, die eine Beziehung zwischen jeweiligen Zeitbezügen des drahtlosen Kommunikationsnetzes (10) und dem GPS beschreiben, zu ungenutzten Abschnitten von Rundsendungsnachrichten.
System zum Rundsenden von Unterstützungsdaten eines globalen Positionierungssystems (GPS) in einem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) zu Mobilstationen, wobei jede Mobilstation in einem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) kommuniziert und einen integrierten GPS-Empfänger inkludiert, um GPS-Positionierungsmessungen vorzunehmen, wobei das System umfasst einen Transceiver zum Kommunizieren mit Mobilstationen in dem drahtlosen Kommunikationsnetz; wobei das System gekennzeichnet ist durch Umfassen: einen GPS-Empfänger (22) zum Erhalten von Orbitalmodellierungsinformation für sichtbare GPS-Satelliten (24) und GPS-Korrekturdaten, eine Rundsendungssteuervorrichtung, die mit dem GPS-Empfänger und dem Transceiver operativ in Verbindung steht, zum selektiven Herstellen eines direkten Punkt-zu-Punkt-Kanals (28) mit ausgewählten Mobilstationen (20) zum Transferieren von Anfangsorbitalmodellierungsinformation und zum periodischen Rundsenden von Orbitalmodellierungsinformationsaktualisierungen und GPS-Korrekturdaten in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) zu allen Mobilstationen, die in dem drahtlosen Kommunikationsnetz (10) kommunizieren.
System nach Anspruch 16, wobei die Orbitalmodellierungsinformation GPS-Satellitenephemeride und Taktkorrekturinformation umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei die Orbitalmodellierungsinformation GPS-Satellitenalmanachdaten umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei die GPS-Korrekturdaten DGPS-Korrekturdaten umfassen.
System nach Anspruch 16, wobei Rundsenden von Orbitalmodellierungsinformationsaktualisierungen Parsen der Daten, die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen, und selektives Hinzufügen der geparsten Daten zu ungenutzten Abschnitten von Rundsendungsnachrichten umfasst.
System nach Anspruch 20, wobei die Rundsendungssteuervorrichtung aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation mit existierender Orbitalmodellierungsinformation vergleicht, um Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten zu bestimmen.
System nach Anspruch 21, wobei die Rundsendungssteuervorrichtung die Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten parst.
System nach Anspruch 20, wobei die Rundsendungssteuervorrichtung die Daten komprimiert, die aktualisierte Orbitalmodellierungsinformation darstellen.
System nach Anspruch 23, wobei die Rundsendungssteuervorrichtung die Daten durch Bestimmen von Abweichungen für gegenwärtig sichtbare Satelliten komprimiert.
System nach Anspruch 20, wobei die Rundsendungsvorrichtung Daten, die die Beziehung zwischen jeweiligen Zeitbezügen des drahtlosen Kommunikationsnetzes (10) und dem GPS beschreiben, zu ungenutzten Abschnitten von Rundsendungsnachrichten hinzufügt.