[发明专利]用于压缩全球定位系统卫星广播消息信息的方法和设备

说明书

本发明总的来说涉及无线电通信系统中的定位服务，具体涉及用来在无线电通信系统中使用辅助全球定位系统(辅助GPS)位置确定能力帮助移动手机确定其位置的方法和设备。

GPS接收机通过使用二十四个卫星的GPS星座确定其在地球上的位置，这些卫星在地球表面上大约20,183.61km的高度上一天两次沿轨道飞行。这些卫星提供导航参考，允许用三到四个卫星的三角测量作为精确参考点确定GPS接收机的位置(纬度、经度、高度，以及在某些应用中的速度)。在55度倾角的六个轨道面中提供GPS卫星。各个轨道面包含四个卫星。GPS星座给GPS接收机提供四到十二个卫星，这些卫星在视线清晰的情况下在地球上的任何地点都能用肉眼看到。

GPS卫星通常将历书和时钟校正参数直接发送到GPS接收机。历书和时钟校正数据给予GPS接收机计算卫星位置和卫星时钟误差参数所需的所有信息，卫星位置和卫星时钟误差参数都是时间的函数。GPS卫星以50比特/秒(BPS)的速率以广播模式从卫星将数据发送到地面。根据GPS接收机何时与所传输的广播消息同步，一次发送单个GPS卫星广播消息需要十八到三十秒。Rockwell公司在所发布的ICD-GPS-200规范中公布了用于卫星到地面消息的空中协议的规范。

图1详细介绍了现有技术的GPS卫星广播消息100。每个消息100有五个子帧：子帧1 111、子帧2 112、子帧3 113、子帧4 114和子帧5115。每个子帧111、112、113、114、115有十个字120、121、122、123、124、125、126、127、128、129，每个字各有三十比特。各个三十比特的字有二十四个信息比特和六个奇偶校验比特。对于各个子帧的第一字，即遥测(Telemetry)(TLM)字120有固定的八比特前同步码131、十六比特数据段132和六比特奇偶校验133。对于各个子帧的第二字，即越区切换字(HOW)121有十七比特周时(TOW)参数141、包含三比特子帧标识的七比特数据段142、和六比特奇偶校验143。因为GPS卫星数据消息以50BPS的速率传输，传输每个300比特的子帧111、112、113、114、115正好需要六秒，传输整个1500比特的消息100需要三十秒。参考ICD-GPS-200规范可以知道关于GPS卫星广播消息内容和格式的完整细节。

消息传输与GPS时间精确同步，消息100的50BPS序列的各个比特在GPS时间坐标中准确已知。各个比特代表从英国格林威治的上星期六的午夜后的0.02秒的附加经过时间。GPS系统通过TOW参数141表示该经过时间。GPS时钟从英国格林威治的星期六的午夜开始计算秒数，直到下一个星期六的午夜。一个GPS星期包含604,800秒，然后在开始下一星期时时钟被重置。然后用GPS星期计数器表示一星期之外的时间。因为50BPS消息的各个数据比特还和1023比特扩展频谱扩展码相干并与其同步，在一个数据比特内，时间已知为在0.001秒内。产生一个数据比特需要信号扩展码的正好二十次重复。因而已知对伪随机噪声(PRN)代码重复的整数次进行计数的GPS接收机的时间精度在20毫秒之内。

最后，测量一个PN代码重复间隔的分数(也称为测量时间的编码相位)的GPS接收机的时间精确度已知为一毫秒。因此，现在制造的每个GPS接收机使用50BPS消息和基础PN扩展代码来得到从GPS卫星传输的时间的测量值，通过将从卫星到接收机的传播延迟加到由50BPS消息表示的时间上，有效地将卫星中的精确时钟转换到基于地面的GPS接收机。在将GPS接收机(或传感器)嵌入蜂窝电话用于定位目的的任何实现中，慢速的50BPS数据速率都是一个问题，因为它降低了位置坐标的可用性，并因此减缓了对位置确定请求的响应。另外，以50BPS传输的数据在诸如高楼或茂密树叶下的弱信号环境下变得难以解调。为了解决这个问题，产生了辅助GPS的想法。

在辅助GPS中，通信网络基础结构用来帮助移动站GPS接收机，移动站GPS接收机可以作为独立设备，也可以和无线电电话手机集成在一起。辅助GPS建立GPS参考网络(或广域DGPS网络，下面将有详细介绍)，它的参考GPS接收机对天空具有良好视野，并能持续工作以监视实时GPS星座状态。GPS参考网络因此提供各个GPS卫星在特定纪元时间的精确数据。该GPS参考网络还和蜂窝基础结构相连。