專利名稱：移動臺定位的方法和定位單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動臺定位的方法以及相應(yīng)的定位單元。
現(xiàn)有技術(shù)在第三代移動無線電系統(tǒng)中，例如在根據(jù)UMTS(通用移動通信系統(tǒng))移動無線電標準工作的系統(tǒng)中，在移動終端中設(shè)有定位功能。
在UMTS標準中設(shè)有經(jīng)空氣接口傳輸?shù)娜N模式。在此涉及FDD(頻分雙工)模式、3.84兆碼片/秒TDD(時分雙工)模式和1.28兆碼片/秒TDD模式。在FDD模式中，使用不同的頻率沿上行鏈路(UL)和沿下行鏈路(DL)方向進行傳輸。在此，上行鏈路是指從終端或從移動臺向網(wǎng)絡(luò)單元的傳輸方向，所述網(wǎng)絡(luò)單元也稱為基地臺或結(jié)點B。下行鏈路相應(yīng)地涉及從基地臺向移動臺的傳輸方向。在TDD模式中，只使用一個載波頻率，其中通過指派時隙來區(qū)分上行鏈路方向和下行鏈路方向。兩種TDD模式的主要區(qū)別是1.28兆碼片/秒TDD模式的碼片率低于3.84兆碼片/秒TDD模式的碼片率。在此，所有模式的用戶都經(jīng)正交代碼分隔。這種基于代碼的多路訪問方法以碼分多址(CDMA)的名稱而被熟知。
從3GPP(第三代伙伴關(guān)系項目)技術(shù)規(guī)格TS 25.305 V5.4.0可知在通信系統(tǒng)(UMTS)中使移動臺定位的不同方法-小區(qū)ID法-輔助GPS法(GPS全球定位系統(tǒng))-OTDOA(觀察的抵達時差)法-OTDOA-IPDL(空閑周期下行鏈路)這些方法既可在FDD模式中執(zhí)行也可在TDD模式中執(zhí)行。下面參照圖1較詳細地說明OTDOA法。
在TDMA系統(tǒng)(TDMA時分多址)中，OTDOA法被稱為E-OTD(加強觀察的時差)。
為了提高定位的精確性尤其是提高最后所述的兩種方法的定位的精確性，并且從而滿足美利堅合眾國移動無線電當局(FCC聯(lián)邦通信委員會)對緊急情況下的移動臺的高要求，這兩種方法還需進一步地改進。
如果在無線電通信系統(tǒng)中使用剛才所提及的那兩種發(fā)射臺不同步的方法，就必須對發(fā)射臺附加地采用另外的定位測量單元(英語定位測量單元[LMU])，以使它能夠定位。
發(fā)明簡述因此，本發(fā)明的任務(wù)是提出改進的無線電通信系統(tǒng)中移動臺的定位方法，所述的方法不再使用附加的定位單元。
此任務(wù)可以通過權(quán)利要求1所述的方法以及與其并列的權(quán)利要求所述的定位單元予以解決。
本發(fā)明涉及的有利的補充和擴展是從屬權(quán)利要求的主題。
在根據(jù)本發(fā)明的定位移動臺的方法中所述的移動臺在第一位置上接收第一臺的信號，并且在至少一個第二位置上接收第二臺的信號。在考慮在這兩個位置上接收到的信號的情況下至少確定這兩個位置中的一個位置。
通過考慮從一個在第一位置上和從一個在第二位置上接收到的信號，就可以首先確定第一臺和第二臺的信號的未知的發(fā)射時間點的差，并且在OTDOA法或E-OTD法的范圍內(nèi)，在移動臺定位時應(yīng)考慮該差。由于存在有同步誤差，同步電臺還可以有不同的發(fā)射時間點，所以，該方法既可以用于同步的也可以用于非同步的電臺。
本發(fā)明可以有利地用于任意的無線電系統(tǒng)中。無線電系統(tǒng)可理解為經(jīng)其無線電接口在臺間傳輸數(shù)據(jù)的任意系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸既可以雙向進行也可以是單向進行。舉例來說，無線電系統(tǒng)，尤其是任意的移動無線電系統(tǒng)，全都是按照GSM(移動通信的全球系統(tǒng))標準或者UMTS標準的系統(tǒng)。
如果第一臺和第二臺完全相同，在本發(fā)明的第一安排中可以有利地求解為定位而建立的方程式系統(tǒng)。以此方式，進入這個方程式系統(tǒng)的方程式內(nèi)的臺數(shù)和移動臺位置的數(shù)量都是最少的。
在本發(fā)明的第二安排中，第一臺和第二臺至少有一個臺不相同。如果不能夠在所有的位置接收相同臺的信號時，這是有利的。
移動臺向無線電通信系統(tǒng)的定位單元發(fā)送關(guān)于在至少兩個位置接收到的信號的信息并在那里進行定位是有利的。所述的信息例如是信號的接收時間點或者信號接收時間點的差或者是接收的信號。
另一個安排中是在移動臺中進行定位，就是說，相應(yīng)的定位單元處在移動臺中。
如果向移動臺通知(例如通過廣播)電臺的位置，那是很有利的。
定位單元具有進行根據(jù)本發(fā)明的方法所需要的所有的特征。


下面借助附圖中所示的實施例詳細地說明本發(fā)明。附圖中圖1根據(jù)OTDOA法和OTDOA-IPDL法的定位示意圖，圖2用于實施根據(jù)本發(fā)明進行定位的無線電通信系統(tǒng)的示意圖，圖3用于實施按照圖2進行定位的定位單元的示意圖。
在圖中相同的符號標示相同的對象。
實施例描述移動電臺在下文中將被稱為移動臺。移動臺例如是移動電話或者也可以是位置移動的用于傳輸圖像數(shù)據(jù)和/或聲音數(shù)據(jù)、電傳、短信息業(yè)務(wù)SMS和E-mail的并且可接入互聯(lián)網(wǎng)的裝置。因此，它涉及一般的無線電通信系統(tǒng)的發(fā)射單元和/或接收單元。
在圖1中圖示出一種已知的定位方法。所示的OTDAO方法是基于測量經(jīng)空氣接口傳輸?shù)膩碜远鄠€基地臺和一個要定位的移動臺之間的信號。根據(jù)該方法，需要定位的移動臺試圖檢測從相應(yīng)的兩個位置不同的，相鄰的基地臺發(fā)來的一個已知信號并且確定接收時間點。然后把這兩個位置不同的，相鄰的基地臺的這個已知信號的接收時間點向負責移動臺定位的基地臺的有關(guān)的位置計算功能PCF(位置計算功能)進行發(fā)射并確定哪個基地臺是對此負責的。在這方面，分析指得是位置計算功能，負責計算接收時間點的時間差或者說負責計算傳輸時間差。通過所述的時間差確定指示出移動臺潛在的駐留位置的雙曲面。如果基地臺和移動臺處在地平面上，所述潛在的駐留位置就是在地平面上的雙曲線。通過包括進另一個基地臺，移動臺的駐留位置就在兩條雙曲線的交點上。
例如，在前序部分已經(jīng)說明，TDMA系統(tǒng)(TDMA時分多址)中，或GSM系統(tǒng)中的OTDOA法可以稱為E-OTD(加強的觀察時差)。
圖1示出三個同步的基地臺BS1、BS2和BS3以及一個移動臺MS1?？梢酝ㄟ^第一基地臺BS1和第三基地臺BS3的信號的接收時間點的差來確定雙曲線Hy13。相應(yīng)地，通過第二基地臺BS2和第三基地臺的信號的接收時間點的差來確定雙曲線Hy23。移動臺MS1就位于這兩條雙曲線Hy13和Hy23的交點處。為了精確地定位至少還需要另一個信息。這樣可以或a)對第四基地臺進行進一步的OTDOA定位，或b)在扇區(qū)化的小區(qū)中采用移動臺所處的扇區(qū)的信息以進行判斷，或c)進行RTT測量(RTT來回程時間)。如圖1所示，在此基于在第三基地臺BS3和移動臺MS1之間傳輸?shù)囊阎男盘柾头禃r間得出移動臺在的圓周K上面。
如果基地臺BS1、BS2和BS3不同步，必須附加地由一個已知且位置固定的定位單元LMU來測定信號的接收時間差。通過這種附加的測量值，就可以確定和考慮基地臺的發(fā)射時間點的差。在移動臺MS1的定位中，以此方式得到的精確度與用同步的基地臺BS1、BS2和BS3而不用定位單元LMU時得到的精確度是相應(yīng)的。
要測量的信號可以是共同的導(dǎo)頻信道信號或者說CPICH信號，所述的信號是由基地臺連續(xù)地發(fā)射的，但是也可以是其它的導(dǎo)頻信號。當然，要檢測的信號可以用任意的控制信道發(fā)射，例如GSM系統(tǒng)中的BCCH(廣播控制信道)。為了簡明下面從CPICH著手。為了區(qū)分CPICH信號，給每個基地臺都加編了另一個置亂代碼。從而可以彼此有區(qū)別地接收CPICH信號，并且分配給相應(yīng)的基地臺，以及計算所要求的時間差。
采用OTDOA方法在移動臺定位時，可以達到約80米至100米的精確度。一種對OTDOA法的改進提供了OTDOA-IPDL法。所述的OTDOA-IPDL法是在無線電通信網(wǎng)絡(luò)上移動臺經(jīng)過與之建立關(guān)系的聯(lián)接-基地臺的信號覆蓋了其他幾個基地臺的信號的情況下所得到的擴展。在此情況下，檢測其他幾個基地臺的信號是非常困難的，或者甚至是不可能的。這對于公共的控制信道上的信號尤其如此。因為所有的基地臺都采用它，并且通常用它來確定時間差。為了能夠檢測到其他幾個基地臺的信號，在OTDOA-IPDL法中，短時間周期地斷開聯(lián)接-基地臺的傳輸。該聯(lián)接-基地臺的傳輸方面出現(xiàn)的暫停即可被移動臺利用來檢測其他的，與之相鄰的基地臺信號的接收時間點。這種暫停可以是多個符號長，一般是5個至10個符號長。在此，符號相應(yīng)長度為在UMTS-FDD模式中是256個碼片，而在TDD模式中則最多為16個碼片，其中一個碼片在碼片頻率為3.84兆碼片/秒時約為0.26微秒長。采用OTDOA-IPDL法時定位的精確度約可達到20米。
下面以UMTS標準的移動無線電系統(tǒng)為例說明本發(fā)明，但是并非把本發(fā)明限制于此。
在圖2中，簡括地示出根據(jù)本發(fā)明進行移動臺定位的第一個優(yōu)選實例。在第一時間點t1時，第一基地臺BS1和其它四個基地臺BS2、BS3、BS4和BS5就向移動臺MS1傳輸信號。這些基地臺不同步地傳輸其信號，也就是說信號有不同的發(fā)射時間點。移動臺MS1在時間點t1的位置是第一位置p1。在時間點t2時，移動臺MS1處在另一個位置，即第二位置p2，并且從五個基地臺SB1、SB2、SB3、SB4和SB5接收信號。移動臺MS1把信號的相應(yīng)接收時間點或者接收時間點的差對兩個時間點t1，t2存儲進存儲器中。
在時間點t2時，有移動臺MS1要進行定位的請求。這個請求由無線電通信系統(tǒng)通知移動臺MS1。當然，移動臺也可以沒有無線電通信系統(tǒng)發(fā)出的請求的情況下，而自行引入定位。
不受其限制地，在該實施例中采用第一基地臺BS1的信號接收時間點作為基準時間。對于第一位置p1的接收時間點的計算出的差OTD1k(p1)而言，下面的關(guān)系式是適用的OTD1k(p1)＝GTD1k(p1)+RTD1k式中GTD1k(p1)給出第一基地臺BS1的信號和其它幾個基地臺BS2、BS3、BS4和BS5的信號的真正傳輸時間差。從而GTD1k(p1)等于第一位置p1與第一基地臺BS1之間的距離與第一基地臺BS1與第k基地臺BS2、BS3、BS4、BS5之間的距離的差值除以信號的傳播速度的商GTD1k(p1)=1c((Xp1-XBS1)2+(Yp1-YBS1)2-(Xp1-XBSk)2+(Yp1-YBSk)2)]]>
式中C相應(yīng)于信號的傳播速度，而Xp1、Yp1、XBS1、YBS1、XBSk、YBSk為移動臺MS1的第一位置p1及第一基地臺BS1和其它的基地臺BS2、BS3、BS4和BS5的X座標和Y座標。
RTD1k表示第一基地臺BS1的信號和其它的基地臺BS2、BS3、BS4和BS5的信號的發(fā)射時間點的差。
對于第一位置p1而言，就得出了在四個信號接收時間點上測得的差OTD1k(p1)的四個方程式。對于第二位置p2而言，也可得出四個測得的差OTD1k(p2)的方程OTD1k(p2)＝GTD1k(p2)+RTD1k全部的方程系統(tǒng)由八個方程式組成，并且從而可以解出八個未知數(shù)。所述的未知數(shù)是Xp1、Yp1、Xp2、Yp2、RTD12、RTD13、RTD14和RTD15。通過解該方程系統(tǒng)移動臺MS1得到第一和第二位置p1、p2的座標，也就是說，這兩個座標各用二維確定有定位請求的時間點t2的實際位置和一個較早時間的位置。
移動臺MS1通過存儲器為不同位置的信號的接收時間點提供存儲并且提供為解方程系統(tǒng)所需要的其它的值的存儲。當然它也可以存儲接收時間點的差。移動臺MS1的定位單元PE可以用來解所述方程系統(tǒng)。
基地臺BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6和BS7的位置對移動臺MS1來說，均是已知的。這些位置在聯(lián)接建立時、或在有請求定位時、通過時間上重復(fù)地指定的聯(lián)接或經(jīng)廣播的方法(英語broadcast)通知移動臺MS1。
當然也可以用三維確定移動臺MS1的位置。在對此可以采用附加電臺和/或在移動臺MS1的另一個位置上的其它接收時間點的差。二維的定位也可以在采用與圖2所示不同的數(shù)量的基地臺和/或位置p1、p2進行。
如果用移動臺的兩個位置上的信號進行二維定位，為此(參見圖2)需要至少五個等同的基地臺。如果與此相反地用移動臺MS1的至少三個位置的信號，則在每個位置上剛好有四個等同的基地臺的信號就足夠了。然而如果在在至少三個位置上接收相應(yīng)的至少五個基地臺的信號，則在每兩個位置上，這些基地臺中，至少有一個基地臺是不同的。在總共有編號為1至7的七個基地臺的情況下，在第一位置上接收基地臺1、2、3、4和5的信號，在第二位置上接收基地臺1、2、3、4和6的信號，并且在第三位置上接收基地臺1、2、3、5和7的信號。這樣就得出有12個未知數(shù)和12個方程式的一個可解的方程系統(tǒng)。
只要方程系統(tǒng)可解，定位就可以采用任意的基地臺和移動臺的位置進行組合。從而總是需要至少是與未知數(shù)一樣多的方程式。如果方程系統(tǒng)定得過多，也就是說有多于未知數(shù)的方程式，就有利地導(dǎo)致提高定位的精確度。為了進一步地提高定位精確度，可以在移動臺的位置上附加地對相應(yīng)的至少一個基地臺所進行的RTT測量。
在第二實例中，移動臺在位置p1上，附加地接收第六基地臺BS6的信號。在第二位置p2上，因為第六基地臺BS6過遠而不能被接收到。移動臺卻附加地接收到此時處于可接收距離之內(nèi)的第七基地臺BS7的信號。第六和第七基地臺的附加信號BS6，BS7傳輸用點劃線來表示。在第一和第二時間點t1、t2得到一個附加的未知數(shù)和一個附加的方程式，從而繼續(xù)存在可解的方程系統(tǒng)，盡管是部分地采用了不同的基地臺的信號。
根據(jù)本發(fā)明，移動臺MS1在沒有定位請求的情況下也可以反復(fù)地在不同的位置上，確定基地臺BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7的信號接收時間點。如果有盡可能多的位置上的信號的接收時間點，被存儲進來，一旦在有定位請求時，總有足夠的數(shù)據(jù)存貨，即使移動臺MS1已經(jīng)有一段時間不再移動，定位也能夠進行。
在另一個實例中，移動臺MS1向無線電通信系統(tǒng)的定位單元PE轉(zhuǎn)交在兩個位置p1、p2存入了的，關(guān)于接收的信號的信息(例如信號的接收時間點或接收時間點的差)。在定位單元PE中解方程系統(tǒng)并且確定有定位請求的時間點t2的位置p2，以及早先的時間點t1的位置。定位單元PE既可以安排在無線電通信系統(tǒng)的無線電接入網(wǎng)(UTRAN通用地面無線電接入網(wǎng))中，也可以安排在連接在無線電接入網(wǎng)上的核心網(wǎng)絡(luò)(英語core network)中。此時，核心網(wǎng)絡(luò)一般都知道基地臺(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7)的位置，在必要的情況下，可向無線電接入網(wǎng)轉(zhuǎn)交。
把無線電通信系統(tǒng)的定位單元PE構(gòu)成為能夠主管大量的移動臺。
圖3中示出了一個有發(fā)射和接收單元SE的定位單元，該單元接收有關(guān)基地臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7)信號的信息，并且它把這些信息輸送到處理器P中，以便確定移動臺MS1的位置p1和p2。例如，所述信息是基地臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7)的接收信號或者是基地臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7)的信號的接收時間點或者接收時間點的差。
當然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如果基地臺信號的已有信息不足以建立可解的方程系統(tǒng)時，在這種情況下，也可以進行定位。此時應(yīng)該把已知的關(guān)于基地臺信號的信息與在移動臺中和/或無線電系統(tǒng)中已知的其他信息結(jié)合起來。例如，所述其他已知信息可涉及RTT測量或者信號強度測量，涉及關(guān)于小區(qū)ID的信息、涉及所謂的定時超前值或者涉及GPS測量得出的數(shù)據(jù)。以此方式在混合定位法中使用關(guān)于基地臺信號的信息，并且還在單獨地考慮每個單個方法(例如CITA(小區(qū)ID/定時超前)、E-CITA(加強的CITA)、RTT測量或者信號強度測量或者GPS測量)時，不能夠定位或者不能夠給出所希望的精確度時，也能夠進行定位。
權(quán)利要求
1.移動臺(MS1)定位的方法，其中-所述的移動臺(MS1)在第一位置(p1)上接收第一臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6)的信號，-所述的移動臺(MS1)在至少一個第二位置(p2)上接收第二臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS7)的信號，-在考慮在兩個位置(p1、p2)上接收的信號的情況下確定這兩個位置(p1、p2)中至少一個位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一臺和第二臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5)是完全相同的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一臺和第二臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7)在至少一個臺(BS6、BS7)上是不相同的。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，移動臺(MS1)向一個無線電通信系統(tǒng)的一個定位單元(PE)發(fā)送關(guān)于在至少兩個位置(p1、p2)接收到的信號的信息并且在那里進行定位。
5.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，在移動臺(MS1)中進行定位。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，向移動臺(MS1)通知臺的位置。
7.確定移動臺(MS1)的位置(p1、p2)的定位單元(PE)，-具有單元(SE)用于接收關(guān)于移動臺(MS1)在第一位置(p1)上從第一臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6)接收的信號的信息，并且用于接收關(guān)于移動臺(MS1)在至少一個第二位置(p2)上從第二臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS7)接收的信號的信息，-并且具有分析處理單元P，所述的分析處理單元借助于歸入兩個位置(p1、p2)的信息至少確定移動臺(MS1)兩個位置(p1、p2)中的一個位置。
全文摘要
在一種移動臺(MS1)定位的方法中，所述的移動臺(MS1)在第一位置(p1)上接收第一臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6)的信號，并且在至少一個第二位置(p2)上接收第二臺(BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS7)的信號。借助于在這兩個位置(p1、p2)上接收的信號，至少確定這兩個位置(p1、p2)中的一個位置。
文檔編號H04W64/00GK1535071SQ20041003140
公開日2004年10月6日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者M·奎佩爾斯, M 奎佩爾斯 申請人:西門子公司