CN1264024C - 在全球定位系统接收机中改善信号捕获的方法 - Google Patents

Abstract

一种在全球定位系统(GPS)接收机中改善信号捕获的方法和系统，通过提供信息以聚焦接收机中的捕获搜索。具体地，本发明涉及GPS接收机与收发信机集成的场合，该收发信机通过该网络特有的空中接口能够与蜂窝或PCS网络通信。由该网络所提供的标准信息用于辅助集成的GPS接收机并改善其敏感度和等待时间。这种改善的结果是接收机能够迅速捕获卫星并在常规的单机GPS接收机所不能的环境下计算其位置。这种附加性能对于紧急定位应用非常重要，因为用户可能对在各种条件下的个人安全有很高期望。另外，快速捕获减少了功率消耗，这对于使用这种组合GPS和蜂窝技术的电池供电设备非常重要。

Description

在全球定位系统接收机中改善信号捕获的方法

在全球定位系统接收机中改善信号捕获的方法(说明书)

本申请要求1998年8月13日提交的美国在先中请60/096436的优选权

本发明领域

本发明涉及全球定位系统(GPS)接收机，更具体地涉及使用来自蜂窝网络的信息减少捕获GPS卫星所广播信号花费的时间。

本发明背景技术

在蜂窝网络或其它公共陆地移动网络(PLMN)中确定移动站的地理位置对于大范围应用变得重要。例如，运输和出租车公司可能需要定位服务以确定它们车辆的位置并且改善派遣流程效率。另外，为紧急呼叫例如911呼叫，了解移动终端的实际位置在紧急条件下保证可靠的结果是至关重要的。

另外，定位服务可以用于确定被盗汽车的位置，确认可能以较低价格收费的局部区域呼叫，检测微蜂窝小区中的热点，或提供特级的预约服务例如“我在哪里”服务。“我在哪里”服务有助于确定例如到移动站最近的加油站、餐馆或医院的位置。

一种用于确定移动站地理位置的技术将使用星基全球定位系统(GPS)。GPS是提供在GPS接收机中可以处理的指定编码卫星信号以获得接收单元位置、速度和时间的卫星导航系统。需要四个或更多GPS卫星信号以计算相对固定坐标系统的三维位置和相对绝对时间基准的接收机时钟的时偏。

GPS系统包括二十四个(不算备用)全天在地球轨道运行的卫星。GPS卫星的轨道高度(20200Km)使得卫星重复相同的地面轨迹并且配置得对任何一点每二十四小时过顶一次。有六个轨道平面每个具有至少四个卫星，等距离间隔(即60度相隔)并且相对地球赤道平面大约55度倾斜。该星座设计保证从地球上任何一点可以观察到四到二十个之间的卫星。

GPS系统的卫星提供确定GPS接收机位置、速度和时间坐标的两种精度。大量GPS系统的民用用户使用标准定位服务(SPS)，它具有水平100米、垂直±156米和±340ns时间的2-σ精度。精确定位服务(PPS)只对具有加密设备和密钥和特定装备接收机的授权用户可使用。

每个GPS卫星发射两个微波载波信号。L1频率(以1575.42MHz为中心)携带导航消息以及SPS和PPS编码信号。L2频率(以1227.60MHz为中心)也携带PPS编码并用于通过与PPS系统兼容接收机测量电离层延迟。

L1和L2微波载波信号通过三种二进制编码调制：1.023MHZ粗捕获(C/A)码，10.23MHZ精码(P-CODE)和50Hz导航系统数据码(NAVCODE)。C/A码是伪随机序号码(PRN)其唯一地表特GPS卫星。所有GPS卫星在相同的L1和L2载波上发射它们二进制编码。通过码分多址(CDMA)相关器恢复同时接收的多个信号。在民用GPS接收机中的相关器首先恢复作为由NAV码调制的C/A码。锁相环电路(PLL)然后从NAV码中分离出C/A码。应当强调GPS接收机首先需要确定其大致位置以便确定哪些GPS卫星是在范围内。相反，知道其大致位置的GPS接收机可以很快调谐到适合GPS卫星发射的信号上。

GPS接收机的启动一般需要从四个或更多GPS卫星导航数据信号中捕获一组导航参数。初始化GPS接收机的过程可能通常花费几分钟。

GPS定位处理的时间直接取决于一个GPS接收机具有多少信息。大多数GPS接收机利用天文年历数据编程，其粗略描述了所需要卫星提前一年的位置。可是，如果GPS接收机不知道其自己的大致位置，则GPS接收机不能足够快地相关可观察卫星的信号，因此不能快速计算其位置。另外，应当注意，在启动时捕获C/A码和NAV码所需要的信号强度比已经捕获信号的持续监测所需要信号强度更高。也应当注意，监测GPS信号的过程明显受环境因素的影响。因此，当接收机在树林下、在车辆内或最坏的在建筑内时，在露天容易捕获的GPS信号变得很难捕获。

现在的政府命令，例如FCC Phase II E-911业务的响应时间要求，强制以迅速的方式精确确定移动手机的位置。因此，为高效率实现移动终端内GPS接收机并且也满足快速和精确定位需要，能够快速提供具有精确辅助数据例如本地时间和位置估计、卫星星历和时钟信息(可能随移动站位置而改变)的移动终端已经变成必须。这种辅助数据的使用可以允许集成或连接到移动站的GPS接收机迅速完成启动过程。因此需要能够对于现有无线电网络向集成或连接到移动终端的GPS接收机发送必须的辅助GPS信息。

Taylor等人的美国专利4445118讨论了辅助GPS接收机的原理。该方法描述了使用单一发射机，例如同步卫星，提供广泛地理区域的上的单一辅助信息。该辅助数据包括可观察的GPS卫星清单，各个卫星位置，和予计的卫星信号多普勒频移。该消息的结构允许在用户接收机中进行位置计算功能(PCF)。

Krasner的美国专利5663734描述了另一个GPS接收机方案。该专利主要涉及接收机结构，但讨论了如何通过辅助改善接收机性能。该专利提出“代表星座数据”和估计多普勒频移作为辅助信息的可能内容。

Lau的美国专利5418538描述了用于通过广播与类似“基准站”中接收机的“差分”信号帮助远程GPS/GLONASS接收机的系统和方法。该基准站在实施例中广播可观察卫星清单和辅助星历。对远程接收机的好处有三方面：减少存储器要求、降低频率基准成本和快速捕获。该讨论描述了在捕获第一卫星之后能够估计和消除由接收机时钟不准确引起的多普勒现象的优点。

Eshenbach的美国专利5663775描述了一种方法，通过该方法GPS接收机从无线电信号中分离出精确绝对时间基准。可选择地，该接收机也从无线电信号中分离出频率基准，比包含在接收机内便宜晶振更精确。GPS接收机执行位置计算，因此必须具有绝对时间以及GPS卫星的星历和时钟校正。

总之，上述专利不使用用户终端与蜂窝网络(或PLMN)之间通过大气接口进行无线连接中呈现的信息。使用了基于GSM网络对GPS优势的一个建议是T1标准文件TIPI5/98-132r2。该建议基于在网络的各种节点上安置基准GPS接收机，捕获来自这些接收机的星历信息，然后通过GSM下行链路承载消息将可观察卫星清单与信息一起提供给所有基于手机的GPS接收机。该方案的好处是允许基于手机GPS接收机成为全功能，即它包括PCF也可以工作在连续导航模式。非常希望对所有装备GPS的手机广播辅助信息，但当前GSM网络中的广播设施不可能以适时方式传送辅助信息。点对点发送可能更灵活，因为等待时间对于紧急场合(E911)特别重要，这是美国市场上的规定要求。

尽管在TIPI5/98-132r2中提出的系统使用蜂窝GPS集成的某些方面，而在其它方面新颖方法和系统可以提供进一步的性能增进。本发明致力于通过用新颖和简单方式解决上述的一个或几个问题。

本发明概述

按照本发明描述了一种方法，根据来自蜂窝基站表示手机与基站距离的信息限制捕获搜索范围。另外，该方法使用了相同信息用于高精度时间传输，这也帮助减少GPS信号的搜索范围。这减少了计算用户位置的总等待时间，这对于满足美国市场对紧急定位(E911)的受理要求特别重要。

在此广泛地讨论了减少全球定位系统(GPS)接收机中搜索码移位的方法，该GPS接收机集成在包括工作在无线电网络中收发信机的移动站(MS)上。该方法包括确定代表MS与服务MS的基础收发信机系统(BTS)之间往返行程传播延迟的时间周期，并且使用该时间周期计算MS中码移位不确定性的范围的步骤。

在本发明的一个方面中，MS知道GPS卫星的位置和其自身的大致位置。

在本发明的另一个方面中，MS不知道卫星的位置和其自身的大致位置，但知道卫星的仰角。

本发明的特征是从BTS向MS传递该时间周期。

本发明的另一个特征是该时间周期是确认BTS和MS之间少量码元传输速率的定时提前量。

按照本发明的另一个方面，BTS将BTS的位置信息传递MS，而MS具有用于计算码移位不确定性范围的卫星视线矢量信息。

按照本发明的又一个方面，讨论了减少全球定位系统(GPS)接收机码移位搜索的方法，该GPS接收机集成到包括在无线电网络上工作的收发信机的移动站(MS)上。该方法包括在对应GPS历元时间的选择时间上确定服务于MS的基站收发信机系统(BTS)传输空中接口状态的步骤，向MS发出传输空中接口状态的步骤，和使用已发出的传输的空中接口状态在MS上分离出GPS历元时间的步骤。

本发明的一个特征是MS在分离步骤之前利用BTS锁定频率。

本发明的另一个特征是MS在分离步骤之前用BTS空中接口状态同步。

本发明的另一个特征是确定代表MS与BTS之间往返行程传播延迟的时间周期。该时间周期用于分离步骤以分离出GPS历元时间。

本发明的另一个特征是无线电网络是时分多址(TDMA)系统和状态代表在选择时刻的比特、时隙和帧。

按照本发明的其它方面讨论一种校准移动站(MS)时间基础的系统，该MS包括工作在无线电网络上的收发信机，和一个全球定位系统(GPS)接收机。该系统包括数控振荡器(NCO)用于产生对GPS接收机的历元定时过程。一个处理器耦合到收发信机、接收机和NCO。该处理器包括无线电网络处理装置，用于从接收机接收在对应GPS历元时间的选择时间上服务于MS的基站收发信机系统(BTS)的发射空中接口状态，并且在MS上使用所发射的发射空中接口状态分离GPS历元时间和响应所分离出的GPS历元时间控制NCO的工作，和GPS处理装置使用来自NCO的历元时间过程执行由GPS接收机所接收的GPS信号上码移位搜索。

本发明的另一个方面中，该系统包括产生NCO时钟信号的锁相环。

在本发明的另一个方面中，GPS处理装置执行位置计算功能并且包括用于确定GPS历元时间的移动以进一步控制NCO的装置。

GPS接收机的最重要任务之一是进行到各个卫星发射机的距离测量。在民用级GPS情况下，接收机通过观察C/A码相位测量距离，该码对于每个卫星是唯一的。通常，接收机必须搜索每个卫星的全部1023码片周期直到捕获一个。如果接收机没有非常精确的频率基准和如果因环境衰减和/或设计选择使信号已经减弱该任务将更困难。这些情况需要更多接收机资源或延长捕获和测量过程。那个选择都不好，因为前者增加了额外成本而后者增加了对于紧急定位场合所不能容忍的等待时间。

本发明的要点是通过提供信息聚焦接收机内的捕获搜索以避免这两种选择。具体地，本发明涉及GPS接收机与收发信机集成的情况，该收发信机能够通过网络的特定空中接口与蜂窝或PCS网络通信。由该网络提供的标准信息用于帮助集成GPS接收机并且改善其敏感度和等待时间。这种改善的结果是接收机在常规单独GPS接收机所不能的环境中可以迅速捕获卫星和计算其位置。此增加的性能对于紧急定位应用非常重要，因为用户可以对于各种条件下个人安全有很高期望。

根据说明书和附图本发明的其它特征和优点将更明显。

附图简介

图1是按照本发明的辅助GPS接收机系统的方框图；

图1a和1b是按照本发明的辅助GPS接收机系统的方框图；

图2a是相对蜂窝网络基站收发信机站和用户终端或GPS-MS定位的卫星的简要示意图；

图2b是相对蜂窝网络基站收发信机站和用户终端或GPS-MS定位的卫星球坐标的简要示意图；

图3是在小区内GPS-MS定位的简要示意图；

图4是表示网络辅助GPS中定时关系的时序图；

图5是按照本发明GPS-MS接收机部分的方框图；

图6是表示GSM TDMA时帧结构的图。

本发明详细说明

图1表示了公共陆地移动网络(PLMN)，例如示范性的GSM蜂窝网络110，该网络本身包括多个MSC/VLR服务区112，每个具有一个移动交换中心(MSC)114和一个相连接访问位置寄存器(VLR)116。该MSC/VLR服务区112随后包括多个定位区(Las)118，被定义为给定MSC/VLR服务区112的一部分，其中移动终端或移动站(MS)120可以自由移动而不必向控制LA118的MSC114和/或VLR116更新其位置。每个定位区118进一步分成大量小区122。示范性移动站120是物理设备，例如车载电话机或其它便携电话机，由移动用户使用与蜂窝网络110、其它移动用户或用户网络外的其它用户进行有线或无线电通信。

MSC114与至少一个基站控制器(BSC)123通信，其随即与至少一个基站收发信机系统(BTS)124连接。该BTS124是物理设备，为简单在图1中表示为无线电天线塔，它提供对所负责小区122的无线电覆盖。应当理解，各种BSC123可以连接到若干BTS124，开且可以用单独节点或集成在MSC114中实现。在任何情况下，BSC123和BTS124元件作为整体通常称为基站系统(BSS)125。

参照图1，每个PLMN服务区或蜂窝网络110包括一个归属位置寄存器(HLR)126，其是包含用户信息例如用户概况、当前位置信息、国际移动用户识别码(IMSI)或登记在PLMN110内用户的其它管理信息的数据库。HLR126可以与MSC114结合的特定MSC114共同配置，或(如图1所示)可以是服务的多个MSC114。

VLR116是包含有关位于MSC/VLR服务区112内MS120的完整集合信息的数据库。如果MS120移动到新物理位置例如新MSC/VLR服务区112(图1中未示出)，与MSC114连接的VLR116从HLR126请求有关MS120的信息(同时通知HLR126有关MS120的新位置)。因此，当MS120用户想进行呼叫时，本地VLR116将具有必要的用户识别信息而不必再询问HLR126。

基本GSM接入方案是时分多址(TDMA)具有每载波八个基本的物理信道。载波间隔是200KHz。因此物理信道定义为一系列TDMA帧作为由时隙序号和跳频序列附加指定。基本无线电资源是持续15/26ms(即576.9μs)的时隙并且以大约270.83Kbit/s的调制速率发射信息。这意味着每个时隙(包括保护时间)持续156.25比特。八个时隙构成一个TDMA帧。因此，一个TDMA帧具有4.615ms(60/13ms)的持续时间。

在图6中表示了代表GSM TDMA时间帧结构的图。该结构的最长再现时间周期称为超超帧并且具有3小时38分53秒和760毫秒持续时间。GSM TDMA帧由帧序号(FN)编号。帧序号(FN)是连续TDMA帧的循环计数，工作范围从0到2715647(即2048x51x26-1，也称为FN-MAX)。帧序号在每个TDMA帧结尾递增。从0到2715647的TDMA帧序号完整周期称为超超帧。需要这样的长周期支持由ETSI GSM规定所定义的某些加密机制。

一个GSM TDMA超超帧被分成2048个超帧，每个具有6.12s的持续时间。超帧是最小公共多个GSM TDMA时间帧结构。超帧自身被进一步分成三种类型多帧：26-多帧、51多帧和52多帧。

第一种GSM TDMA多帧是26-多帧，其包括26个TDMA帧具有总共120ms的持续时间。因此，一个GSM TDMA超帧可以具有51个这种26-多帧。这些26多帧用于携带业务信道(TCH)和辅助控制信道(包括慢辅助控制信道(SACCH)和全速辅助控制信道(FACCH))。

第二类GSM TDMA多帧是51-多帧，包括51个TDMA帧并且具有总共235.4ms的持续时间。一个GSM TDMA超帧可以具有26个这种51-多帧。这些51-多帧用于支持广播、公共控制和独立专用控制(和它们的辅助控制信道)，包括例如广播控制信道(BCCH)、公共控制信道(CCCH)和独立专用控制信道(SDCCH)或分组广播控制信道(PBCCH)和分组公共控制信道(PCCCH)。

第三种GSM TDMA多帧是52-多帧，包括52个TDMA帧和具有总共240ms的持续时间。一个GSM TDMA超帧可以具有25.5个这种52个多帧。一个52多帧中的TDMA帧从0到51编号。52-多帧格式用于支持分组数据业务和控制信道，例如分组广播控制信道(PBCCH)，分组公共控制信道(PCCCH)，分组辅助控制信道(PACCH)和分组数据业务信道(PDTCH)。

如上所述，一个TDMA帧由八个时隙组成并且具有4.615ma(60/13ms)的持续时间。每个时隙是大约576.0μs(15/26ms)的时间间隔，即156.25比特持续时间，其物理内容称为脉冲串。如图6所示，在GSM TDMA系统中使用四个不同类型的脉冲串。

第一种脉冲串称为正常脉冲串(NB)，包含116个加密比特和包括8.25比特持续时间的保护时间(大约30.46μs)。正常脉冲串用于携带业务或控制信道上的信息，除了随机存取信道(RACH)。

第二种脉冲串称为频率校正脉冲串(FB)，包含142个固定比特并且包括8.25比特持续时间的保护时间(大约30.46μs)。频率校正脉冲串用于移动终端的频率同步。FB等同于未调制载波，在频率上偏移，但具有与正常脉冲串相同的保护时间。FB与BCCH一起广播。FB的重复也称为频率校正信道(FCCH)。

第三种脉冲串称为同步脉冲串(SB)，包含78个加密比特和8.25比特保护时间。同步脉冲串包含一个64比特长训练序列并且携带有关TDMA帧序号(FN)的信息以及基站识别码(BSIC)。SB用于移动终端的时间同步并且与频率校正脉冲串(FB)一起广播。SB的重复也称为同步信道(SCH)。

第四种脉冲串称为存取脉冲串(AB)。接入脉冲串用于随机接入并且特征在于更长的保护周期(68.25比特持续时间或252μs)为来自移动终端的脉冲串传输提供必要的条件，该终端可能知道第一次接入时的定时提前(或随后切换)。更长的保护时间允许移动站与基站收发信机距离达到35公里。在例外情况下该设计可以兼容小区半径大于35公里的情况。在切换之后，AB用于话音类呼叫上行链路上的(分组)随机接入信道(PRACH)，以便请求使用上行链路，以及用于分组业务控制信道的(PTCCH)上行链路允许移动站在分组传输方式下估计定时提前。

利用辅助GPS定位的蜂窝网络方框图在图1a中表示。如上所述，该特定例子是基于GSM标准，但本领域技术人员认为该结构是通用的并且可以用于描述其它标准。用户设备10是完全能够与GSM网络12在标准空中接口通信的移动站，并且包括能够捕获和测量来自GPS卫星信号的GPS接收机。该设备10称为GPS-MS。GPS-Ms将在下面针对图5进行详细描述。

一个移动定位中心(MLC)14负责获得某些GPS辅助信息并且将其翻译成GPS-MS10所需要的格式。MLC14可能用星历和时钟校正数据形式接收辅助信息。表示了该信息的两个可能信源。一个信源是直接与MLC14通信的基准GPS接收机16。该基准GPS接收机16捕获可观察GPS信号并且解调所发射导航消息，该消息包含各个卫星的星历和时钟校正。GPS接收机16也可以用作精确的时间基准，以及差分GPS(DGPS)校正的信源。也可以从外部数据库18例如通过TCP/IP网络获得星历。

在此情况下，MLC14必须从其它信源获得准确时间和DGPS信息。实际上，MLC14可以有利地具有多个GPS信息信源以改善可靠性。如图1a所示，MLC也具有对小区数据库28的访问，该数据库包含在MLC服务的地理区域内所有小区站点的坐标。也如图1a所示，上述标准GSM网络元件包含MSC/VLR15，基站控制器(BSC)22，和基站收发信机系统(BTS)20。

图1a所示的网络中另一个单元是附带在每个BTS20上的GPS接收机24。按照本发明，GPS接收机24的主要目的是对BTS20提供精确时间基准以便BTS20可以相对GPS时间对空中接口定时。例如，该设计通常称为“同步”网络。注意，同步网络提供不直接相关本发明的其它优点(例如，快速切换)。

图1b表示了利用辅助GPS定位的蜂窝网络的替换实施例。该实施例也是基于GSM标准，并且包含上述标准网络元件，例如BTS20、BSC22和MSC/VLR15。这些元件以上述相同的功能在MLC1和GPS-MS10之间传输辅助信息和测量。与图1a所示网络的主要区别在于该网络中的BTS20没有GPS接收机来提供定时信息，即该网络不是同步的。

尽管该网络是不同步的，由装备了一个或几个蜂窝接收机和一个GPS接收机24的定时测量单元(TMU)26提供必要定时关系。一旦它安置在已知坐标上，TMU26监视来自在附近地理位置中一个或几个BTS的蜂窝发射。每个所监视BTS发射过程用对应GPS接收机24的GPS时间做时间标记。产生的关系通过服务BTS的TMU传输给MLC14，在图1b中所示示范网络中的BTS1。

图2a和2b表示了单独GPS卫星i和其相对位置 X _k的特定BTS20和位置 u的GPS-MS10的坐标关系的简单示意图。GPS信号捕获是GPS-MS10中测距过程的一部分。这些测距随后用于计算GPS-MS10位置的估计。按照图2，在时刻t根据卫星i由GPS-MS进行的测距可以通过下式给出：

$r_i\left(t\right)={\underset{\‾}{l}}_i\left(t\right)\·({\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)-({\underset{\‾}{x}}_k+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x}))+c\·(b_u\left(t\right)-B_i\left(t\right))+c\·(I_i\left(t\right)+T_i\left(t\right)+S_i\left(t\right))+v_i$

$=({\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)-\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{l}}_i\left(t\right))\·\left(({\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right))\right)-({\underset{\‾}{x}}_k+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})+c\·(b_u\left(t\right)-({\hat{B}}_i\left(t\right)-\mathrm{\Δ}{B}_i\left(t\right)))---\left(1\right)$

$+c\·(I_i\left(t\right)+T_i\left(t\right)+S_i\left(t\right))+v_i,$

其中c是光速(m/s)，B_i是在第i个卫星时钟上的偏移，b_u是在接收机时钟上的偏移，I_i和T_I是从卫星i到接收机路径上电离层和对流层延迟，S_i是第i个卫星选择性利用率(SA)引起的时钟偏移。术语V_i代表测量噪声(m)。所有符号(“^”)表示估计或推算，而字母德尔塔(“Δ”)项是估计值与各自参数实际值之间的差。以此方式，视线单位矢量可以通过下列公式给山：

${\underset{\‾}{l}}_i\left(t\right)=\frac{{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)-({\underset{\‾}{x}}_k+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})}{|{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)-({\underset{\‾}{x}}_k+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})},{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)=\frac{{\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k}{|{\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k|},\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{l}}_i={\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i-{\underset{\‾}{l}}_i---\left(2\right)$

尽管电离层、对流层和SA延迟对GPS误差估算起明显作用，但在辅助信息计算中的其它不确定性起主导作用。同样，卫星时钟偏移的模型误差ΔB_i相对小。这些项可以包含在测量噪声项中V_i。例如，如果接收机和卫星位置的不确定性分别是Δx和Δs_i，相对卫星的距离很小，则：

${\underset{\‾}{l}}_i\left(t\right)\≈\frac{{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)-({\underset{\‾}{x}}_k+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})}{|{\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k|},\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{l}}_i\≈\frac{\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x}}{|{\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k|}---\left(3\right)$

使用这些假设，测距公式可以重新写为：

${\stackrel{\‾}{r}}_i\left(t\right)\≈{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·({\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k)-\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{l}}_i\left(t\right)\·({\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k)-{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·(\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})+c\·(b_u\left(t\right)-{\hat{B}}_i\left(t\right))+v_i$

$\≈{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·({\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k)-{2\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·(\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x})+c\·(b_u\left(t\right)-{\hat{B}}_i\left(t\right))+v_i$

$\≈\left[\right|{\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_i\left(t\right)-{\underset{\‾}{x}}_k|-c\·{\hat{B}}_i\left(t\right)]-2\·{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x}-2\·{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)+c\·b_u\left(t\right)+v_i$

$\≈r_{i,k}\left(t\right)-2\·{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{x}-2\·{\underset{\‾}{\overset{^}{l}}}_i\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{s}}_i\left(t\right)+c\·b_u\left(t\right)+v_i---\left(4\right)$

在上述公式中，第一项r_i，k(t)代表GPS接收机在 X _k时进行期望的测距，假设接收机时钟完全与绝对GPS时间同步。该测量包括根据GPS绝对时间的第i个卫星时钟的偏差和通常称为“伪距”。其余项代表在GPS-MS10测距中的不确定性，因为它与已知位置 X _k处的测距有关。即使GPS-MS10通过某些途径知道r_i，k(t)，这些距离不确定性扩展了必须搜索捕获卫星i信号的码空间。本发明的目的是减少和控制这些不确定性。具体地，GPS-MS10使用来自BTS20的信息减少码移位搜索而更快地捕获卫星信号。

公式4中的第二项代表用户位置的不确定性。按照码相位，施瓦茨不等式表明卫星i的码相位不确定性可以通过下列公式限定：

$\left|\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&phi;}}_{u,i}\right|<\frac{2\&CenterDot;\left|{\underset{\&OverBar;}{\overset{^}{l}}}_i\right|\&CenterDot;\left|\mathrm{\&Delta;}\underset{\&OverBar;}{x}\right|}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}}=\frac{2\&CenterDot;\left|\mathrm{\&Delta;}\underset{\&OverBar;}{x}\right|}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}}---\left(5\right)$

其中λ_CA是C/A码的波长(293m/码片对于f_CA＝1.023MHz)。例如，如果|Δ X|＝15km，则-102＜Δφ_u，i＜+102码片。可是，|Δ X|是未知的所以码相位也是未知的并且因此必须对每个卫星搜索全部码空间(1023码片)。

当GPS接收机是基于蜂窝定位系统的一部分时，如图2所示，则有几个方式限制搜索。一种方法是用GPS-MS10假设|Δ X|小于最大小区半径。该参数通常指定用于蜂窝系统；例如，GSM标准指定小区必须小于35km半径。在此情况下，码相位不确定性被限制导致|ΔΦ_u,i，|＜239码片。可是，该不确定性仍然接近1023码片码空间的一半。

由蜂窝系统提供的其它信息可以用于减少用户位置引起的不确定性。在所有现代蜂窝系统中，用户终端10根据来自BTS20的下行链路发射定时对其上行链路发射到BTS 20定时。可是，由BTS20上观察的上行链路发射定时受BTS20和终端10之间往返传播延迟影响。没有校正措施，当距离|Δ x|增加时上行链路发射在时间上出现较晚。这在现代数字系统中是不允许的，其中多个用户通过时隙(TDMA)或具有延迟相关的互相关特性的伪随机码(CDMA)共享相同信道。为对付延迟，BTS20观察来自用户的上行链路发射定时并且如果该定时滞后就指令用户提前更早发射。该方法是公知的为GSM标准定时提前(TA)，但也用在ANSI-136(TDMA)和IS-95(cdmeOne)中。通常给出的TA值是码元传输速率的小部分；例如，GSM的TA被指定按一比特递增。

该TA信息也能够用于减少在GPS捕获搜索过程中用户位置的不确定性。图3表示了全方位单一小区系统所具有TA的图。TA值指定用户位于BTS20周围有限范围环型30，环型30的宽度取决于TA参数的分辨率。在GSM系统中，TA按照往返延迟报告因此往返路径有±0.5比特(±580m)不确定性。因此，半径距离的不确定性是±0.25比特(±290m)或近似GPS的C/A码±1码片。

本发明会预料三种可能情况，其中TA信息可以用于减少位移的不确定性。在第一种情况下，GPS-MS10不知道卫星位置 S _i，其自身近似位置 X _i和近似仰角θ_λ，k。在此情况下GPS-MS10不能够计算其自身位置。码相位的不确定性可以通过公式限定：

$\left|\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&phi;}}_{u,i}\right|<\frac{\left|\mathrm{\&Delta;}\underset{\&OverBar;}{x}\right|}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}}<\left(\frac{\mathrm{TA}+0.5}{2}\right)\&CenterDot;\left(\frac{c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{TA}}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}}\right)---\left(6\right)$

其中TA用网络指定单位给出而τ_TA是TA单位的时间周期。在GSM系统中，TA用比特而τ_TA≈3.7μs/bit。该方案基本上形成了当卫星在地平线上和与BTS20和GPS-MS10共线的最坏情况的限制。在第二种情况下，GPS-MS10知道卫星仰角Q_i，k和BTS位置。注意，GPS-MS10不需要具有卫星i的星历。相反，仰角可以通过BTS20作为测量辅助信息提供，例如。在此情况下，不确定性被下面公式限制：

$\left|\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&phi;}}_{u,i}\right|<\cos {\mathrm{\&phi;}}_{i,k}\&CenterDot;\left(\frac{\mathrm{TA}+0.5}{2}\right)\&CenterDot;\left(\frac{c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{TA}}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}}\right)---\left(7\right)$

在第三种情况下，GPS-MS10知道卫星位置 Si和其自身位置 x _k的估计。这些参数可以通过来自例如MLC的辅助信息提供。另一个方式，GPS-MS10可以使用前面从卫星信号解调并且存储在存储器中的卫星星历计算这些位置。GPS-MS10可以使用这些位置信息估计视线矢量ι _i。在该情况下的限制方法考虑并非所有位移Δ x沿 ι _i投影。在此情况下，由于不知道用户位置引起的卫星i码相位不确定性限制为：

$\left|\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&phi;}}_{u,i}\right|<\sqrt{1-\frac{{\underset{\&OverBar;}{\overset{^}{l}}}_i^T{\underset{\&OverBar;}{x}}_k{\underset{\&OverBar;}{x}}_k^T{\underset{\&OverBar;}{\overset{^}{l}}}_i}{{\underset{\&OverBar;}{x}}_k^T{\underset{\&OverBar;}{x}}_k}}\&CenterDot;(\frac{\mathrm{TA}+0.5}{2}\&CenterDot;\frac{c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{TA}}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{CA}}})---\left(8\right)$

所有矢量乘积使用标准矩阵相乘而不用前面使用的标量点积。平方根项是 l _i投影在本地正切平面上的幅度。当卫星i直接过顶时，该投影是零而位移Δ x产生零码相位不确定性。因此，按平均计算通过利用另外 l _i和 x _k知识并且通过假设用户在BTS20的本地正切平面上该方法进一步减少搜索空间。由于本地地形改变该假设可能不严谨地成立，但这种误差的影响非常小。该投影方法可以被使用而不需要TA信息，例如只需要最大小区尺寸。可是，这不提供当使用TA时那样多的好处。

如上所述，这些限制方法解决了公式4中的第二项。在公式4中的第三项代表卫星位置的不确定性，并且必须通过网络辅助信息或通过对来自各个卫星发射的星历解调来解决。例如，辅助信息方案可以提供该星历，使用该星历用精确时间基准将卫星位置估算到小于米的精确度。

公式4中第四项是GPS-MS时钟偏差引起的不确定性。在图4的时序图中表示了该偏差的影响。顶上的线80代表在GPS主控制站(MCS)(未示出)上保持的“实际”GPS时间。垂直虚线标记82代表1-ms的历元，在该时刻各个C/A码翻转为零相位。第二线84代表GPS时间卫星i的观察并且包括偏差B_i86。MCS观察卫星的发射并且提供在导航消息中的参数，以便用户GPS接收机可以利用高精确度模式B_i(t)。第三线88代表从与BTS20位于一起的基准GPS接收机24在x_k对GPS时间的观察，如图1a所示。尽管下列描述针对该情况，本领域技术人员认为该定时传输原理也同样应用于基准GPS接收机24与TMU位于一起的情况，如图1b所示。GPS接收机24也具有时间偏差，但如果它已经捕获到足够卫星则它的偏差b_k对于GPS接收机是典型的-在100ns(0.1码片)数量级，如同在NAVSTAR GPS标准定位服务信号说明中所指定的，附录A：标准定位服务性能说明(1995年6月)。

本发明也提供一种限制方法，用于由GPS-MS时钟偏差产生的不确定性。总之，这是通过从BTS20向GPS-MS10传递非常精确时间实现的，以便GPS-MS时钟非常精确了解何时GPS时间历元发生。这在下列步骤中实现，所有将参照图4：

1.在 X _k处的GPS接收机(GPS-R)24在某时刻t0对BTS_k发布脉冲90。该脉冲将在GPS历元时间出现，但实际上是来自由于GPS接收机24(b_k)中的时间偏差和在(T_d)通过电路和GPS-R24与BTS20之间连接的传播延迟引起的真实GPS时间的偏移。按照现在的硬件速度并且假设GPS-R24和BTS20位于一起，总延迟将不大于300ns。

2.当BTS20接收来自GPS-R24的脉冲时，在92对发射(TX)空中接口状态采样。通常，该状态包括在帧中的比特数量，以及在分层帧结构中的帧数量。GSM标准使用一种帧结构，在M MOULY和MPAUTENT的“移动通信GSM系统”，1992中描述。在例如GSM和IS-136的TDMA系统中的状态也包括时隙数量。在图4中，在t0的TX空中接口状态是(BNO，TNO，FNO)分别代表比特，时隙和帧。

3.BTS20发射该状态(BNO，TNO，FNO)给GPS-MS10作为单独消息或作为利用GPS辅助信息方法的特定另一个消息的一部分。该发射可以唯一发布给单独GPS-MS10(点对点)或广播给所有在BTS20服务的小区内的GPS-MS。

4.在接收该消息之前，GPS-MS10必须经过与BTS20锁定频率和与BTS20空中接口状态同步的过程。(通常，该过程被指定为特定蜂窝系统标准的一部分。)当GPS-MS10在94接收该消息时，它通过使用(BNO，TNO，FNO)和下列关系中的TA数值导出其GPS历元时间t`₀：

BN₀`＝BNO-[0.5TAτ_TA/τ_B]

TN₀`＝TNO

FN₀`＝FNO

如果BN`0＜0

调节(BN₀`，TN<sub>0</sub>`)以翻转到前面时隙

检查翻转到前面帧和调节(BN₀`，TN<sub>0</sub>`)如果必要检查翻转交叉帧模块并且调节FN₀`如果必要

结束

其中τ_B是比特周期而算符“[]”返回自变量的整数部分。在这些步骤完成后，GPS-MS10非常精确地知道在接收机上空中接口状态(BN₀`，TN<sub>0</sub>`，FN₀`)出现的GPS历元。

尽管上述过程描述了时间传输方法的基本操作，仍然有几个重要事项或选项。TA参数是该方法非常重要的部分，特别是对于大的小区。如果不使用它，则GPS-MS10会有从零到最大单向传播延迟的延迟不确定性。例如，在GSM系统中最大小区半径35km将产生0-120μs(0-119C/A码码片)的不确定性。当TA数值使用时，剩余不确定性是单向延迟的分辨率，对于GSM的例子是0.5比特(0-1.8C/A码码片)。相对GPS历元的时间传输是本发明的关键部分，但在传输中使用的历元类型也对GPS-MS10有影响。这主要取决于GPS-R24中的脉冲时间t₀如何涉及实际GPS周时间。如果脉冲t₀根据C/A码的毫秒历元，则通过时间传输GPS-MS10仅仅知道该历元。另一个方式，如果在20msGPS历元发布脉冲t₀，则GPS-MS10将知道在各个发射机的GPS卫星发射的比特和码定时。该信息可以与卫星位置或距离辅助信息结合而在GPS-MS10上提供良好的比特定时估计。这消除了对比特同步的需要，该同步可能限制某些情况下的敏感度或捕获时间性能。第三种替换方式是GPS-R24在二分之一GPS历元发布脉冲，从该时间GPS-MS10可以导出比特和码定时。尽管二分之一脉冲对时间传输不增加优点，由于大多数商用GPS接收机提供1Hz输出而可以简化实施。

从GPS-R24向GPS-MS10传输GPS历元时间的精确度取决于几个因素。例如，考虑在GPS-MS10中的总时间偏差由下列公式给出：

b_GPS-MS＝b_k+τ_d+ε_B+ε_TA+τ_pd，                 (9)

其中b_k＝GPS-R与MCS实际GPS时间的偏差(μ-0，σ≈100ns)；

τ_d＝通过GPS-R/BTS路径脉冲的传播延迟；

∈_TA＝TA参数分辨率引起的误差(均匀分布在±0.25τ_TA)；

∈_B＝在BTS空中接口中比特周期分辨率引起的误差(在0-τ_B上均匀分布)；

τ_pd＝通过GPS-MS接收机的GPS信号传播延迟．

如果对τ_d和τ_pd假设为300ns数值，并且使用500ns数值限制GPS-R中的偏差，则：

|b_GPS-MS|＜1.1μs+0.25τ_TA+0.5τ_B.                  (10)

对于GSM标准，τ_B＝τ_TA＝3.7μs，这意味着|b_GOS-MS|＜3.88μs。因此，GPS-MS时间偏差引起的不确定性小于C/A码的±4码片。

上述方法不需要GPS-MS10知道绝对GPS时间。可是，从BTS20到GPS-MS10的时间传输消息包括一个表示历元发生的绝对GPS时间范围。如果位置计算功能(PCF)位于GPS-MS10中这有帮助，因为当与估计的星历结合时将能够使GPS-MS10计算卫星位置和其自身位置。

通过使用这些方法限制用户位置和GPS-MS时钟偏差的不确定性，总的不确定性现在相当合理。例如，考虑BTS20服务10km半径小区的GSM情况，GPS-MS10被安置在离BTS20有500m而导致TA＝1。如果GPS-MS10使用辅助信息方案，不知道ι_i和 X _k，则|Δφ_u，i|＜2.85码片。因此，|Δφ_u，i|+|b_GPS-MS|小于七码片。如果辅助数据允许GPS-MS10估计6公里内(20.5码片)的卫星距离，则GPS-MS10必须搜索GPS历元上围绕预计C/A码相位的±27.5码片范围。因此，码搜索空间已经减少了几乎95％。总之，较大小区尺寸的影响是增加搜索空间，因为平均起来GPS-MS10将安置在离BTS20更远处。换句话说，如果GPS-MS10知道卫星位置(例如，星历)可以减少搜索空间。

如上所述缩小搜索范围不仅需要GPS-MS10从BTS20接收非常精确的时间传输消息，而且需要它使用该信息对准其自己的时间基础。换句话说，GPS-MS10必须设置自己的时间基础(“时钟”)以产生出现在本地GPS历元上的定时过程，该历元偏离上述真实GPS历元。这些定时过程通常由GPS接收机使用以开始或结束信号处理任务，例如产生适当C/A码的本地副本和将这些与所接收信号相关。

图5表示GPS-MS10接收机单元40的方框图，使用时间传输消息对准本地时间基础。该接收机单元40包括一个能够接收GPS和蜂窝信号的天线42，或对每种信号分开的天线。GPS接收机部分44连接到天线42选择GPS信号频带，将它转换为低频率，并且在该频带内在线路46上输出信号的数字采样。蜂窝接收机部分48连接到天线42选择适当的蜂窝信道，将它转换为低频率，和在该频带内在线路50上输出该信号的采样。锁相环(PLL)52连接到自激振荡器54并且产生用于GPS接收机44(LO_G)和蜂窝接收机48(LO_C)适当频率的本振信号。另外，根据PLL52产生的信号产生GPS历元定时。

数字处理器部分56包括GPS处理器58和蜂窝处理器60两者。这些处理器58和60从各自接收机部分44和48在线路46和50接收数字采样，并且执行对提取数据和进行必要测量所必须的处理。蜂窝处理器60也通过线路62调节PLL52，以便其输出被锁定在由蜂窝网络发射频率上。两个处理器58和60之间的通信通过图5中的线路64表示，但这不是要求。

数控振荡器(NCO)66为GPS处理器58产生历元定时过程。PLL52为NCO66提供时钟信源，GPS和蜂窝处理器58和60具有控制NCO66的能力，如下所述。

接收机40通过下列过程调节GPS历元定时：

1.在从BTS20接收时间传输消息之前，接收机40必须进行与BTS发射在时间和频率上同步的标准过程。在此过程期间，蜂窝处理器60调节PLL52以便其各种输出被锁定在BTS发射频率，包括GPSNCO66的信源。

2.给出由蜂窝接收机48的采样，蜂窝处理器60对来自BTS20的时间传输消息解调并且执行上述计算。为此，蜂窝处理器60知道GPS-MS蜂窝空中接口状态(FN₀`，TN<sub>0</sub>`，BN₀`)上出现的GPS时间历元。

3.蜂窝处理器60确定更新GPS NCO66的某些未来时间t₁＝(FN₁，TN₁，BN₁)。该时间t₁可以是蜂窝定时中的历元，例如帧或时隙开始的时间。蜂窝处理器60然后通过下列步骤计算在t₁GPS NCO66所需要相位θ_ce：

ΔFN＝FN₁-FN₀′；

如果ΔFN＜0，

ΔFN＝ΔFN，+frame-counter modulus；

ΔTN＝TN₁-TN₀′；

ΔBN＝BN₁-BN₀′；

Δθ_ce＝(ΔBNτ_B+ΔFNτ_F)f_ge；

其中f_ge是GPS处理器58中使用的GPS历元频率(通常对应C/A码历元1kHz)和 返回自变量的整数值。常数τ_B，τ_T和τ_F分别代表特定蜂窝空中接口上比特、时隙和帧周期。

4.计算θ_ce后，蜂窝处理器60将该数值转换为GPS NCO66特定的数字形式，并且对GPS NCO66编程以便在t₁。时相位从θ_ce开始。蜂窝处理器60可以接收来自BTS20的连续时间传输消息。，并且使用它调节GPS NCO66的相位和/或频率。这些调节用于消除在BTS传输中任何剩余频率误差的影响。

5.可选择地，如果GPS-MS10包括PCF，则它也具有确定GPS历元定时发生器中剩余偏差或移位的能力。在确定该移位后，GPS处理器58使用它以类似所述的方式调节GPS NCO66相位或频率。

总之，本发明包括一种方法，限制在GPS-MS10测量的C/A码相位中由BTS20到GPS-MS10的位移所引起的不确定性，利用BTS20发送给GPS-MS10的定时提前(TA)信息作为蜂窝系统中副信息。本发明也提供一种方法，用以从与BTS20位于一起的GPS接收机24通过蜂窝空中接口向GPS-MS10精确传输时间。通过消除GPS-MS内部GPS定时产生中的大部分偏差，该方法也限制了GPS-MS码相位测量中的不确定性。

组合的蜂窝/GPS接收机利用来自蜂窝网络的时间传输消息调节数控振荡器(NCO)，该振荡器产生接收机的GPS历元定时。

通过上述两种方式限制不确定性，在捕获GPS卫星信号过程中GPS-MS10只需要在C/A码小范围上搜索。这些方法减少搜索范围至少一个幅度数量级，这使捕获信号和计算用户位置的等待时间更短。另外，本发明消除了与由卫星广播导航消息比特-同步的需要，该需要限制某些情况下的性能。这种改善允许GPS接收机在单独接收机不能工作的环境计算位置。

应当理解，本领域技术人员认为也具有其它方面的优点。另外，值得注意的是本发明的方法可以结合几乎任何向GPS-MS10提供卫星位置有关的辅助信息的其它方案。

Claims (5)

1.减少在全球定位系统GPS接收机中码移位搜索以更快地捕获卫星信号的方法，该GPS接收机被集成在移动站MS上，该移动站包括一个工作在无线电网络上的收发信机，该方法包括步骤：

确定一个代表MS与服务于MS的基站收发信机系统BTS之间往返传播延迟的时间周期；和

在MS上使用该时间周期计算由于用户位置而造成的码移位不确定性的范围；其中时间周期是一个识别BTS和MS之间码元传输速率一小部分的定时提前量，以及码移位不确定性小于比定时提前量大的一个量，这一个量为：网络指定单位给出的往返传播延迟近似除以2然后与光速和定时提前量的时间周期相乘，再除以GPS粗捕获码片的波长。

2.减少在全球定位系统GPS接收机中码移位搜索以更快地捕获卫星信号的方法，该GPS接收机被集成在移动站MS上，该移动站包括一个工作在无线电网络上的收发信机，该方法包括步骤：

确定一个代表MS与服务于MS的基站收发信机系统BTS之间往返传播延迟的时间周期；和

在MS上使用该时间周期计算由于用户位置而造成的码移位不确定性的范围，其中时间周期是一个识别BTS和MS之间码元传输速率一小部分的定时提前量，BTS传递BTS[ X _k]的位置信息给MS，而MS具有代表卫星位置的信息，以及对于卫星i的码移位不确定性小于将对卫星i的估计视线矢量投影到本地正切平面的幅度乘以一个比定时提前量大的一个量，这一个量为：网络指定单位给出的往返传播延迟近似除以2然后与光速和定时提前量的时间周期相乘，再除以GPS粗捕获码片的波长。

3.按照权利要求2的方法，其中BTS传递代表可观察卫星位置的信息给MS，并且该信息用于计算所述范围。

4.按照权利要求2的方法，其中MS通过使用以前根据GPS卫星信号解调和存储在内部存储器内的星历信息确定可观察卫星位置。

5.减少在全球定位系统GPS接收机中码移位搜索以更快地捕获卫星信号的方法，该GPS接收机被集成在移动站MS上，该移动站包括一个工作在无线电网络上的收发信机，该方法包括步骤：

确定一个代表MS与服务于MS的基站收发信机系统BTS之间往返传播延迟的时间周期；和

在MS上使用该时间周期计算由于用户位置而造成的码移位不确定性的范围，其中时间周期是一个识别BTS和MS之间码元传输速率一小部分的定时提前量，BTS向MS传递代表可观察卫星仰角的信息，以及码移位不确定性小于对MS的可观察卫星仰角的余弦和比定时提前量大的一个量的乘积，这一个量为：网络指定单位给出的往返传播延迟近似除以2然后与光速和定时提前量的时间周期相乘，再除以GPS粗捕获码片的波长。

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