本发明公开了一个测距接收机(10)，包括一个蜂窝模块(11)，用于提供根据定位系统的时间以使无线系统能够与定位系统同步。测距接收机(10)包括蜂窝模块(11)和向测距接收机提供功能的主模块(12)。当蜂窝模块(11)接收来自无线系统的一个时间戳帧时，它通过一条专用硬件路径发送一个触发信号给主模块(12)，主模块(12)然后通过计算一个位置-速度-时间(PVT)解决方案、使用一个本地时钟(18)来把触发接收的时间与根据定位系统的时间相关，以便获得在触发的接收和PVT解决方案应用的瞬时之间的时间差值，并然后当它接收到触发时，根据定位系统时间传送给蜂窝模块(11)。
1.一种用于接收测距信号以便与定位系统同步的设备(10)，包括：
a)蜂窝模块(11)，对传送由蜂窝通信系统提供的蜂窝帧的下行链路帧信号的一部分应答；以及b)主模块(12)，对来自定位系统的信标(27)的测距信号应答，在所述定位系统中，根据预定时间基准来保持时间；
所述蜂窝模块(11)提供指示所述下行链路帧信号的所述一部分的到达的触发信号，并且所述蜂窝模块还对指示信息的信号应答，所述信息用于把提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；
所述设备(10)把所述蜂窝模块(11)提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；以及所述主模块(12)使用所述时间值用于同步到来自所述定位系统的信标(27)的测距信号；
其中，在所述蜂窝模块(11)与所述主模块(12)之间的连接(29)上提供所述触发信号，所述连接被构造成使得发送和接收所述触发信号之间的任何延迟可忽略或者能够被确定。
2.如权利要求1的设备，其特征还在于：所述蜂窝模块(11)向所述蜂窝通信系统的基站提供信息，所述信息用于把由蜂窝模块(11)向所述主模块(12)提供触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联。
3.如权利要求2的设备，其特征还在于：所述主模块(12)提供针对所述主模块(12)接收所述触发信号时的瞬时的位置，并且所述蜂窝模块(11)对所述位置应答，并且向所述基站提供所述位置。
4.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求2的设备，并且还包括提供所述测距信号的所述定位系统的所述信标(27)，并且还包括接收信息的所述基站，所述信息用于把提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联。
5.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求1的设备，还包括蜂窝基站(24)，用于提供所述蜂窝帧。
6.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求1的设备，还包括提供所述测距信号的所述定位系统的所述信标(27)。
7.一种使测距接收机(10)向蜂窝通信系统的基站提供信息的方法，所述测距接收机(10)可操作地与定位系统通信以及还可操作地与蜂窝通信系统通信，所述信息用于使所述基站能够同步到根据所述定位系统的时间，所述测距接收机(10)包括适于与所述蜂窝通信系统通信的蜂窝模块(11)，并且还包括适于与所述定位系统通信的主模块(12)，所述方法的特征在于：a)步骤(32)，在该步骤中所述蜂窝模块(11)检测下行链路帧信号的一部分，并且经由连接向所述主模块(12)提供触发信号，所述连接被构造为使得应用信号和接收所述信号之间的任何延迟可忽略或者能够被确定；
b)步骤(40)，在该步骤中所述蜂窝模块(11)接收指示信息的信号，所述信息把提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；以及c)步骤(40)，在该步骤中所述测距接收机(10)把所述蜂窝模块(11)提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联。
8.如权利要求7的方法，其特征还在于：步骤(40)，在该步骤中，所述蜂窝模块(11)向所述基站提供信息，所述信息用于把提供所述触发信号的瞬时与根据所述定位系统的时间值关联。
9.如权利要求8的方法，其特征还在于：步骤(38，40)，在所述步骤中，所述主模块(12)还提供针对所述主模块(12)接收所述触发信号时的瞬时的位置，并且所述蜂窝模块(11)对所述位置应答，并且向所述基站提供所述位置。
10.一种用于接收测距信号以便与定位系统同步的设备(10)，包括：
a)蜂窝模块(11)，对传送由蜂窝通信系统提供的蜂窝帧的下行链路帧信号的一部分应答；以及b)主模块(12)，对来自定位系统的信标(27)的测距信号应答，在所述定位系统中，根据预定时间基准来保持时间；
所述蜂窝模块(11)提供触发信号，指示所述下行链路帧信号的所述部分的到达；以及所述设备(10)把所述蜂窝模块(11)提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；
其中，所述蜂窝模块(11)向所述蜂窝通信系统提供信息，所述信息关于所述下行链路帧信号与根据所述预定时间基准的时间值的关系。
11.如权利要求10的设备，其特征还在于：所述蜂窝模块(11)向所述蜂窝通信系统的基站提供信息，所述信息用于把所述蜂窝模块(11)向所述主模块(12)提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联。
12.如权利要求11的设备，其特征还在于：所述主模块(12)提供针对所述主模块(12)接收所述触发信号时的瞬时的位置，并且所述蜂窝模块(11)对所述位置应答，并且向所述基站提供所述位置。
13.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求11的设备，并且还包括提供所述测距信号的所述定位系统的所述信标(27)，并且还包括接收信息的所述基站，所述信息用于把提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联。
14.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求10的设备，并且还包括蜂窝基站(24)，用于提供所述蜂窝帧。
15.一种用于将测距接收机(10)与定位系统同步的系统，包括根据权利要求10的设备，并且还包括提供所述测距信号的所述定位系统的所述信标(27)。
16.一种使测距接收机(10)向蜂窝通信系统的基站提供信息的方法，所述测距接收机(10)可操作地与定位系统通信以及还可操作地与所述蜂窝通信系统通信，所述信息用于使得所述基站能够同步到根据所述定位系统的时间，所述测距接收机(10)包括适于与所述蜂窝通信系统通信的蜂窝模块(11)，并且还包括适于与所述定位系统通信的主模块(12)，所述方法的特征在于：a)步骤(32)，在该步骤中所述蜂窝模块(11)检测下行链路帧信号的一部分，并且经由连接向所述主模块(12)提供相应的触发信号，所述连接被构造为使得应用信号和接收所述信号之间的任何延迟可忽略或者能够被确定；
b)步骤(40)，在该步骤中所述测距接收机(10)把所述蜂窝模块(11)提供所述触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；以及c)步骤(40)，在该步骤中所述蜂窝模块向所述蜂窝通信系统提供信息，所述信息关于所述下行链路帧信号与根据所述预定时间基准的时间值的关系。
17.如权利要求16的方法，其特征还在于：步骤(38，40)，在所述步骤中所述主模块(12)提供针对所述主模块(12)接收所述触发信号时的瞬时的位置，并且所述蜂窝模块(11)对所述位置应答，并且向所述基站提供所述位置。
用于把蜂窝通信系统同步到GPS时间的方法、设备和系统
[0001] 本申请是申请日为2002年12月6日、申请号为02828031.8、发明名称为“用于把蜂窝通信系统同步到GPS时间的方法、设备和系统”的发明专利申请的分案申请。 [0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 对2001年2月5日提交的申请序列号为09/777,521、标题为“METHOD，APPARATUS AND SYSTEM FOR GPS TIMESYNCHRONIZATION USING CELLULAR SIGNAL BURSTS”、代理人记录号WFVA/NC 944-001.042/32546的美国申请进行引用。
[0004] 上面引用的申请被受让给本受让人，并且因此通过引用被合并。 技术领域
[0005] 本发明涉及使用一个全球定位系统(GPS)的导航，尤其涉及特别在弱信号条件下用于提供辅助的GPS和用于提供GPS时间恢复的系统。
背景技术
[0006] 全球定位系统(GPS)接收机的操作以具有精确GPS时间值的接收机为依据；没有这样一个精确值，则由接收机计算的距离(从接收机到一个或多个GPS卫星)不准确，因为它们只是被简单地确定为与光速相乘的发射时间和接收时间之间的差值。GPS导航因此依赖于具有与GPS系统时间同步的时钟的所有GPS元件(包括卫星和GPS地面接收机)，所述GPS系统时间是所谓的协调世界时(UTC)的一个近似形式。GPS(更明确地，GPS地面监控网络)把校正值传播给每个卫星(它使用一个高精度本地时钟)，以便说明与GPS系统时间相比 的卫星时钟的偏置和偏移，并且卫星在它们每个广播的导航消息中提供这些校正值；因此所有的卫星同步。另一方面，作为GPS接收机定位解决方案的一部分，GPS接收机确定它本地时钟的偏移。可是，在那么做达到GPS本地时钟明显不同步的程度时，则GPS接收机位置计算被拖延。因此，一般来说，提供一个把GPS接收机时钟同步到GPS系统时间的装置是有利的。
[0007] 在GPS信号十分微弱的条件下，GPS接收机无法独立确定GPS时间。在这种条件下，或者必须恢复精确的GPS时间以便完成定位，或者必须停止定位。为了避免不得不停止定位，则必须协助时间恢复，并且有许多方法来在实现时间恢复中协助一个GPS接收机，其中一个方法是传送来自诸如GSM网之类蜂窝网络中的精确GPS时间。
[0008] 不幸的是，一个标准GSM网络(第三代宽带码分多址网络也是同样)未被同步到任何世界时基准，因为蜂窝通信本身不是一个导航工具，并因此在提供蜂窝通信时不需要世界同步时间。常常需要的唯一时间同步是时隙同步，其中移动站把它自己同步到一个特定基站时间表以便把它自己的发射保持在它的指定时隙中，并且从移动站的基站中获得消息。与世界性的相反，(在移动站和基站之间)此类同步因此(并且只需要是)是相对的。为了使得能从这种蜂窝网络中导出一个世界时，需要新的设备和新的消息。 [0009] 有一种设备，它提供GPS/GSM定时关系(映射)；它被称作位置测量单元(LMU)；
LMU可以被认为是位于蜂窝基站中的一个专门的GPS接收机，适于用GPS系统时间向移动站的通信信号脉冲串做时间戳的一个GPS接收机。LMU用GPS时间对来自基站的GPS通信信号脉冲串做时间戳。LMU向GPS接收机(被配置来使用LMU提供信息的GPS接收机)在构造GPS时间时(即在用GPS系统时间的同步时)提供在弱信号条件中所需要的帮助。LMU提供一个所谓的基准时间信息单元，其中它指示哪一GSM信号帧、时隙和比特被使用作为一个时间基准点，据此，例如一个移动站能够消除GSM系统延迟， 并因此恢复精确的GPS时间。
[0010] 对于典型的GPS接收机定位精确度，在接收机中必须已知GPS时间在～10μs之内。对于时间同步，使用基于LMU的系统难以达到此种精确度，但是共同拥有的、2001年2月5日提交的、因此通过引用合并的美国申请序列号09/777,521，提供了一个解决方案。根据那个申请之前的技术，GPS接收机除了GPS组件之外通过包括一个对LMU消息响应(包括在被指示信号帧、时隙和比特中获得实际触发)的蜂窝组件而适于使用LMU协助(参见图1)。这两个组件经由软件消息层通信。可是，在软件消息层上的通信消息中有显著的随机延迟，即由于使用用于除提供LMU时间同步信息之外的各种其它任务的软件消息层而引起的内部延迟。(随机延迟发生在由GPS接收机使用的总线内，发生在使用专用软件消息体系结构把消息从一个软件模块发射到另一软件模块的总线内。此类延迟可以有几十毫秒的持续时间。)美国申请序列号09/777,521在GPS组件和蜂窝组件之间提供一种专用硬件连接(参见图1)，它被用来向GPS组件指示盖了时间戳的帧的精确到达时间，所述盖了时间戳的帧指示具有根据GPS时间的一个数值的一个时间瞬时，所述GPS时间被另一帧传送给蜂窝组件，然后通过软件消息层被传送给GPS组件。
[0011] 因此，特别在差信号条件下，LMU被用来把一个GPS组件同步到GPS时间。可是，在许多地方，基站未装备有LMU。在这种情况下，如下情形是有利的：一个GPS接收机包括GPS组件和蜂窝组件，由于操作在良好的信号条件中而可以把它自己同步到GPS时间上，它能随后把GPS时间传送给操作在不良信号条件中并且位于来自LMU的服务不可用的地方的GPS接收机(也包括蜂窝组件和GPS组件)。
发明内容
[0012] 因此，在本发明的第一方面中，提供一种设备，包括：对一部分下行链路帧信号应答的蜂窝模块；以及对来自定位系统的信标的 测距信号应答的一个主模块，在定位系统中，根据预定时间基准来保存时间；所述设备的特征在于：所述蜂窝模块提供一个触发信号，指示那部分下行链路帧信号的到达，并且所述蜂窝模块还对指示信息的一个信号进行应答，其中所述信息用于把提供触发信号的瞬时与根据一个预定时间基准的时间值关联；以及所述主模块提供指示信息的信号，其中所述信息用于把蜂窝模块提供触发信号的瞬时与根据所述预定时间基准的时间值关联；其中，在蜂窝模块和主模块之间构造的一个连接上提供所述触发信号以使所述设备知道在发送和接收触发信号之间的任何延迟。 [0013] 根据本发明的第一方面，所述设备的特征还可以在于：所述主模块包括一个计时寄存器和一个本地时钟，所述计时寄存器对触发信号的响应是通过读取本地时钟来确定一个本地触发时间并保持本地触发时间直到被复位或者直到另一触发信号被蜂窝模块发出为止。所述设备的特征还可以在于：主模块还包括一个主处理器，它对测距信号、对储存在计时寄存器中的数值以及对本地时钟表示的本地时间进行应答，用于确定一个包括根据预定时间基准的预备时间值的导航解决方案，所述预备时间值具有确定导航解决方案的瞬时的时间值，并且当计时寄存器被触发时以及当导航解决方案被确定时，用于按照本地时钟用时间差值调整预备时间值，从而根据预定时间基准来提供计时寄存器被触发时的瞬时时间值。
[0014] 又根据本发明的第一方面，所述设备的特征还可以在于：它还包括一个时隙计数器，并且当时隙计数器指示一个新的时隙时提供触发脉冲。
[0015] 又根据本发明的第一方面，所述设备的特征还可以在于：它还包括一个数据比特计数器，并且当数据比特计数器指示一个新的数据比特时提供触发脉冲。 [0016] 又根据本发明的第一方面，所述设备的特征还可以在于：主模块是一个全球定位系统(GPS)模块，提供操作为GPS接收机的功能。
[0017] 又根据本发明的第一方面，所述设备的特征还可以在于：所述 蜂窝模块向一个服务基站提供用于把根据预定时间基准的一个时间值与提供触发信号的瞬时相关的信息。另外，主模块还为主模块接收触发信号时的瞬时提供一个定位，并且蜂窝模块可以对所述定位应答，并把所述定位提供给服务基站。
[0018] 又根据本发明的第一方面，提供一种系统，它包括接收蜂窝帧的根据本发明第一方面的设备，并且还包括用于提供蜂窝帧的一个蜂窝基站。
[0019] 又根据本发明的第一方面，提供一种系统，它包括接收来自定位系统信标的测距信号的根据本发明第一方面的设备，并且还包括提供测距信号的定位系统的信标。 [0020] 在本发明的第二方面中，提供一种具有测距接收机的方法，它能够与一个定位系统一起使用并且包括一个蜂窝模块和一个主模块，向一个服务基站提供信息，所述信息使用在使服务基站能够同步到根据定位系统的时间中，所述方法的特征在于：一个步骤，在该步骤中蜂窝模块检测盖了时间戳的帧的一部分并把一个触发信号应用到把蜂窝模块链接到主模块的一个连接上，如此一个连接以致在应用一个信号和接收所述信号之间的任何延迟可忽略或者能够被确定；以及一个步骤，在该步骤中基于执行一个产生能够与使用主模块可访问的本地时钟来接收触发信号时的时间瞬时相关的时间瞬时的时间值的导航解决方案，主模块向蜂窝模块发送当主模块接收到触发信号时根据定位系统的瞬时时间值。 [0021] 根据本发明的第二方面，所述方法的特征还可以在于一个步骤，在该步骤中基于使用一个本地时钟和一个可由触发信号锁存使得保存触发信号到达时根据本地时钟的时间值的计时寄存器，主模块确定在获得导航解决方案的时间和当触发信号到达主模块时的时间之间的时间差值。
[0022] 又根据本发明的第二方面，所述方法的特征还可以在于：在主模块向蜂窝模块发送时间值的步骤中，主模块还向蜂窝模块发送一个指示有关测距接收机位置信息的信号。 [0023] 本发明允许在移动设备中产生一个时间戳，以使移动设备可作LMU功能之用，从而不需要一个单独的LMU。另外，本发明的精确度被改良超过了通常由LMU提供的程度；由本发明提供的精确度例如在1-2μs范围中。
附图说明
[0024] 从结合附图呈现的随后详细的说明书的考虑中，本发明上面的以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，附图中：
[0025] 图1是根据本发明包括一个蜂窝组件和一个GPS组件并且在它们之间有一个专用硬件连接的GPS接收机简化例图；以及
[0026] 图2是一种方法的流程图，通过该方法，图1的GPS组件同步到GPS时间并随后把GPS时间传送给蜂窝组件，蜂窝组件能随后把GPS时间传送给如图1中所示的其它GPS接收机。
具体实施方式
[0027] 现在参见图1，根据本发明的一个全球定位系统(GPS)接收机10被示出为包括一个蜂窝模块11(不一定提供完整的蜂窝通信能力)和一个GPS模块12。蜂窝模块对通过蜂窝天线14的一个蜂窝通信信号响应。GPS模块包括标准GPS硬件21，用于对在定位系统的信标27(例如GPS卫星，但是也可能是基于地面的信标)广播之后经由GPS天线15接收的GPS测距信号(包括导航数据)进行响应。蜂窝模块处理蜂窝通信信号，使得如上所述比如从位置测量单元(LMU)消息中提取时间同步信息。蜂窝通信信号由组织成帧的数据组成，包括能使蜂窝模块一帧与下一帧区分的分隔符(报头和报尾)。蜂窝模块包括一个帧计数器20，用于计算下行链路帧(由基站发射到蜂窝模块)。帧计数器还检测帧边缘，它们例如被使用在频率重建中。在检测或识别一个帧边缘中，当一个新帧被接收时，帧计数器提供瞬时的一个指示。在GSM蜂窝通信中，还可以有一个时隙计数器和一个比特计数器，它们具有相应的边缘检测器。
[0028] GPS接收机10还包括一个软件消息层16，通过它蜂窝模块和GPS模块传送消息，但是由于其他消息业务量(例如在GPS模块的各个组件之间的消息业务量)经由软件消息层被传送，所以如此传送的消息在被递送的过程中遭受到了随机延迟。 [0029] 每当帧计数器指示一个新的蜂窝通信信号下行链路帧到达(并且特别是一个新的帧边缘)时，一个触发脉冲产生并且经由一条专用硬件路径29被传送给GPS模块，所述触发脉冲本质上没有延迟或者有一个已知的并因此能被考虑的延迟，即提供基本上没有随机延迟的触发脉冲。触发脉冲被用来锁住GPS模块中的寄存器19，寄存器在这里被称为计时寄存器，以使寄存器存储内部时间(不是UTC时间)，即由GPS接收机振荡器/本地时钟18表示的时间。(GPS接收机本地时钟18通常被实现为一个内部计数器，作为GPS硬件的一部分。锁住动作导致或者在寄存器中存储本地时钟的当前数值或者复位内部计数器。本地时钟18实际上可以是或者可以不是GPS模块的一部分，但是即使它不是GPS主模块的一部分，它对GPS主模块的组件来说也是可访问的。)
[0030] 仍然参见图1，正如在共同未决并共同拥有的申请序列号09/777,521中解释的那样，在有LMU并且处于GPS接收机10有益地从基站24(主管LMU，未示出)中得到帮助的差信号条件中的地方，当蜂窝模块11的触发模块16产生一个触发脉冲时，象触发脉冲被产生并经由专用硬件路径29提供给GPS模块12的计时寄存器19一样，相应帧数(或可替代地，如下所述的时隙或比特数)经由软件消息层16被发射到GPS硬件21。如果GPS硬件已经被设置为GPS时间(通过如下所述的一个程序)，则它通过使用触发脉冲稳定本地时钟来保持同步，并因此抵消时钟偏移。可是，为了首先在GPS模块中设置GPS时间，即当GPS接收机被加电时，蜂窝模型使用它从附近基站的LMU 22中收到的时间戳；时间戳规定一个指示的GPS时间要与指示的帧数、时隙和比特数的接收相关；在时间戳中参考的帧是已经被发射的(或者向GPS接收机广播或者点对点发射)帧。时间 戳包括与帧、时隙和比特相关的GPS时间。(可是，时间戳不包括传播延迟。没有方法在LMU中知道GPS接收机离LMU所位于的服务基站有多远。以各种方式补偿空中接口上的传播延迟；例如在GSM中，常常使用由蜂窝系统产生的一个所谓定时提前(TA)测量值来补偿传播延迟。从接收机和服务基站之间的往返行程延迟中测量TA。)
[0031] 正如也在美国申请序列号09/777,521中解释的那样，一旦蜂窝模块11具有时间戳(值)，则蜂窝模块可以准备这儿称为时间标志消息(它与时间戳消息相对)的消息；时间标志消息指示与仍要被接收的帧相关的GPS时间。在时间标志消息中指示的帧一被接收，一个触发脉冲就沿着专用硬件路径29被发送给GPS模块，并且帧数和时间标志消息经由软件消息层被传送给GPS模块。当触发脉冲到达GPS模块时，在本地时钟18上显示的时间被写入计时寄存器19中。
[0032] 一个蜂窝模块在通信信道打开之前测量传播延迟校正值。传播延迟的测量是包含在打开一个通信信道中的切换过程的一部分。从而蜂窝模块总是已知传播延迟。 [0033] 现在，由本发明解决的问题是在这样的情形中：其中GPS接收机(如图1所示并且因此能够与一个蜂窝基站通信)享有良好的信号条件，并因此能确定作为位置测定的副产品(即作为所谓的位置-速度-时间(PVT)解决方案的输出)的GPS时间，但是在同一覆盖范围(或者甚至其它覆盖范围)中的其它GPS接收机未享有良好的信号条件，并且没有LMU可用来帮助这些其它GPS接收机同步到GPS时间。本发明的思想是使可以同步到GPS时间(因为它具有优良的信号条件)的GPS接收机10基于它接收到的测距信号来执行一个PVT解决方案，并因此把它自己同步到GPS时间(至少在PVT解决方案应用的瞬时)，并且然后像上面的描述中那样，对于早先由基站提供的盖上了时间戳的帧，向服务基站(通过它的蜂窝模块11)发出一个实际(更精确的)GPS时间值。换言之，基站提供一个(盖时间戳的)帧(一个可能的时间戳出现在帧边缘)和一个时间戳值或者没有时间戳值，然后如图1所示并如下所述操作的GPS接收机送回一则消息给基站， 告诉基站在盖了时间戳的帧(触发帧)到达GPS接收机的瞬时的GPS时间值。(在基站提供一个盖了时间戳但是没有时间戳数值的帧的情况下，即对于其另一帧不提供盖了时间戳的帧边缘的到达时间值，则盖了时间戳的帧只起基准点的作用，即被本发明提供的时间值的一个瞬时)。可以以多个不同的方式来考虑在盖了时间戳的帧被基站发射时和在它被接收时之间的时间差值(比如通过使基站基于它为GPS接收机测量的定时提前来执行传播延迟考虑)，所有这些都不是本发明的主题；并且在这里为了描述的目的，传播延迟被假定是可忽略的。 [0034] 再次参见图1，为了理解本发明，必需了解GPS接收机10如何作用的一些限制。首先，下行链路帧的帧边缘由帧计数器20的滚动来检测，它把它自己同步到(由基站24发射)输入数据帧；GPS模块没有控制帧计数器的操作。触发只从蜂窝模块11到GPS模块12发生，而决不在其他方向上发生。由于(蜂窝收发信机25的)蜂窝发射机中的未知延迟以及协议栈(蜂窝处理器22中执行的)，上行链路数据帧(也就是说，例如由蜂窝组件11传送给基站24的语音数据)无法被精确地盖GPS时间戳。GPS模块12中的计时寄存器19可以经由专用硬件(外部)连接而被触发，并且一旦如此被触发，则将存储GPS本地时钟(振荡器)18的当前示数。帧边缘未与GPS PVT计算同步；换言之，无法使GPS模块在帧边缘从基站到达GPS接收机(蜂窝模块11)的时间瞬时处执行一个PVT计算，并且因此可以被称作帧边缘时间的要素与可以被称作GPS PVT计算时间的要素不同。
[0035] 作为这些限制的结果，可能会产生一些观测值。首先，只有下行链路数据帧会被盖时间戳。其次，为了用GPS时间对数据帧执行盖时间戳，GPS模块必须是灵活的，即它必须为接收到触发的时间瞬时提供GPS时间，代替控制触发模块在PVT解决方案应用的时间瞬时提供触发。第三，因为帧边缘未与GPS PVT计算同步，必须有一个方法来测量帧边缘(帧数)被盖时间戳的瞬时和(最新的)PVT计算应用的瞬时之间的时间差。
[0036] 由于已知上面的限制以及观测结果，因此本发明提供一种方法来用GPS时间对蜂窝电话中的数据帧盖时间戳。
[0037] 现在参考图2和并参考图1，本发明提供的方法如下。在第一步31中，根据一个本地时钟(未示出)，一个(下行链路)帧被基站24发射。在下一步骤32中，蜂窝模块11的帧计数器20检测已发射(下行链路)帧的帧边缘，并把一个触发应用到专用硬件连接29，所述专用硬件连接29把蜂窝模块链接到GPS模块12。触发向GPS模块指示蜂窝模块中的帧(边缘)到达，在下一步骤33中，使GPS模块的计时寄存器19记录本地时钟18的当前示数。在下一步骤34中，GPS模块执行一个PVT解决方案(使用任何各种已知算法，例如最小二乘算法或者导航滤波器，比如一个扩展的卡尔曼滤波器)。在下一步骤35中，根据本地时钟的、PVT解决方案应用的时间(即提供PVT解决方案的时间)被GPS处理器
21记录。然后在下一步骤36中，GPS处理器读取计时寄存器保存的时间，它在每个本地时钟时间指示正好在获取PVT解决方案之前到达的帧边缘的到达瞬时。然后在下一步骤37中，GPS处理器确定在获取PVT解决方案的时间和当帧边缘到达触发计时寄存器时的时间之间的时间差值。(GPS本地时钟/振荡器18通常是一个50MHz振荡器，给定一个从公式
1/50×106×c中确定的只有6m的所谓抖动，在此c是光速)。在下一步骤38中，作为PVT解决方案的副产品而获得的GPS时间针对在提供PVT解决方案的瞬时和触发到达GPS模块中的瞬时之间的时间差值而被纠正，以便获得与触发相应的GPS时间，从而把(对于具有已知帧数的一个帧)到达的帧边缘瞬时与GPS时间关联。在下一(可选)步骤39中，上面的步骤被周期性地重复，以便获得一些连续帧边缘的GPS时间值，并且基站或GPS接收机能随后估计使用于定时帧发射中的基站时钟(未示出)的时钟偏移。在下一步骤40中，GPS模块把它接收到触发的瞬时的GPS时间发送给蜂窝模块(作为选择，和如下所述的一个相应位置测定一起)，并且蜂窝模块在上行链路帧中把信息发送给基站。
[0038] 再次参考图1，还应该理解，本发明包括使用由测距组件(12)确 定的PVT解决方案(图1)，用于计算测距接收机10和对蜂窝组件11服务的基站之间的传播延迟。优选地，GPS处理器21调整测距接收机10的位置使得与GPS模块12接收触发的时间瞬时对应。然后，和时间标记一起，蜂窝组件送回给基站使基站能够与GPS时间同步，接收机还可以在上行链路帧中把从PVT解决方案中确定的位置送回给基站(调整到触发时间)，如图1和图2中所示，由基站用在对从基站发送给测距接收机蜂窝组件11的信号计算传播延迟(作为基站经由一个定时提前程序计算传播延迟的一种替换，它只提供在几微秒内相对差的精确度，与定位中几百米相应)。
[0039] 应该理解，基站不需要为了使本发明运转而为一个盖了时间戳的帧提供时间戳。一个适于使用本发明的GPS接收机可以提供任何帧的帧边缘的到达GPS时间(用它的帧数来识别)，而不必在到达一个PVT解决方案中为一个盖了时间戳的帧(边缘)使用一个时间戳数值。在通常的操作模式中，正如在上面解释的，根据本发明操作的GPS接收机操作在良好的信号条件中，并且因此轻易地确定一个精确的PVT解决方案而不必依赖蜂窝网络的协助。可是，一般来说，根据本发明操作的一个GPS接收机对基站所提供的一个时间戳数值提供一个校正值，所述校正值提供盖了时间戳的帧的更精确的到达GPS时间。换言之，再次参见图1，一般来说，GPS接收机10既接收传送触发帧的估计GPS时间(即当触发帧将到达GPS接收机并被蜂窝模块11接收时的一个估计)的时间戳数值帧，并且又接收触发帧(盖了时间戳的帧)。然后如上所述它为盖了时间戳的帧确定一个更精确的GPS时间，然后把校正值发回到基站24，形象的地说是“嗨，基站，你发送给我一个帧边缘，你说我将在X点钟GPS时间接收到，但是你给我的该时间落后于正确时间Y秒。”
[0040] 在GPS中必须被提供作为附加设备的一个(蜂窝信号)帧计数器(或者时隙计数器、比特计数器或者在CDMA系统中的码片计数器或其它类似的设备)的使用，只是实现本发明的一种方法，并且它是一些应用的优选实施例，这些应用是不需要具有最高可能精确度的应 用。在GSM蜂窝通信的情况下，一个帧计数器可用于以216.68Hz频率产生触发脉冲。也可使用时隙计数器以时隙速率(这里是每帧八时隙)来产生触发脉冲；使用时隙速率将以1733.4Hz频率给出一个触发脉冲。可以一个更高的频率产生触发脉冲；使用每时隙156.25比特的比特率将以270844.17Hz的频率给出一个触发脉冲(即使用一个数据比特计数器来代替帧计数器将在GSM蜂窝通信信号情况下以270844.17Hz频率提供触发脉冲)。
在GSM之外的其它蜂窝系统中，数据速率和数据结构当然不同，本发明不意指限制为GSM蜂窝通信。
[0041] 为了实现本发明，一个典型的GPS接收机将不得不被修改为包括至少具有如上所述功能的一个蜂窝模块，以及用于提供触发脉冲的硬件和与时钟寄存器相关的硬件。 [0042] 除了在恢复GPS时间时协助GPS接收机之外，对于一个绝对的时间基准还存在其它运用。绝对的时间还可以被用来测量蜂窝基站时钟相对于GPS时间的偏移(正如在上面指出的)，并被用来测量附近基站之间的时间差。例如在包括增强型观测时间差(E-OTD)和到达时间(TOA)定位方法在内的基于网络的定位方法中需要这样的测量值。 [0043] 注意，在基站提供触发的GPS时间初始估计的情况下，不需要蜂窝模块11构造时间标志消息。在一些应用中的蜂窝模块只发送一则″帧号1022触发的寄存器″消息给其它实体，所述其它实体可以位于GPS接收机之外或者可以是GPS模块，并且其他实体计算时间标记。
[0044] 还要注意，虽然在GPS模块12包括(本地)时钟18的优选实施例中已经示出并描述了本发明，但是在其它应用中，被GPS模块使用来提供(本地)时间的时钟位于GPS模块外部。例如，时钟在某些应用中与诸如蜂窝模块之类的一些另外的实体共享。由GPS模块使用的时钟甚至可以位于GPS接收机之外。
[0045] 也应当指出，本发明用于提供用于设置由除了GPS模块之外一 个模块所使用的时钟的基础中。本发明应该理解要用于设置由需要一些世界时形式的任何应用所使用的时钟中，并且特别地，除GPS接收机之外的其它测距接收机应用，例如包括与俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)定位系统一起使用的测距接收机。
[0046] 发明范围
[0047] 应该理解，上述配置只是说明了本发明原理的应用。很多的其他修改和备选配置可以被本领域技术人员所设计而不偏离本发明的范围，并且附加的权利要求意欲覆盖这些修改和配置。
