專利名稱：一種基于現(xiàn)有通訊協(xié)議的定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及終端用戶的定位方法，更具體地是應用于無線通信系統(tǒng)中的定位方法。
在目前的碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，存在多種定位方式，其中包括基于小區(qū)號(ID)的定位方式、基于全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星的定位方式和基于基站導頻相位的定位方式。
基于小區(qū)ID的定位方式是利用手機登記的小區(qū)信息，將用戶定位到某個基站(扇區(qū))。該方式無需對現(xiàn)有手機進行任何改動，但其定位精度很難滿足現(xiàn)在提出的豐富多彩的定位業(yè)務的要求。
在IS-801協(xié)議中規(guī)定了上述的后兩種定位方式，即基于GPS衛(wèi)星的定位方式和基于基站導頻相位的定位方式。其中，基于GPS衛(wèi)星的定位方式精度更高，但同時手機的軟硬件也需要作較大改動。采用IS-801協(xié)議中規(guī)定的定位方式，都需要對手機側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)作較大改變。
技術方案本發(fā)明要解決的技術任務是提出一種定位方法，該方法既可以達到較高的定位精度，適應新興的增值業(yè)務發(fā)展，同時還可以保持現(xiàn)有協(xié)議和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，無需對手機作任何改動。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所述的定位方法包括
(1)根據(jù)基站的要求，移動臺向基站上報協(xié)議所規(guī)定的有效集或侯選集中對應的有效基站數(shù)；(2)基站控制器要求移動臺修改導頻強度測量消息上報周期；(3)基站控制器存儲移動臺上報的經(jīng)過處理后的導頻強度報告消息；(4)基站控制器對上報次數(shù)計數(shù)；(5)判斷上報次數(shù)是否大于設定值，是則開始執(zhí)行步驟(6)，否則返回執(zhí)行步驟(3)；(6)判斷移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)是否大于或等于三，如果是，則采用基于導頻信號的相位差進行定位，否則判斷基站是否分扇區(qū)；(7)如果基站不分扇區(qū)，則以接收導頻強度高的基站所在位置作為定位解；(8)如果基站分扇區(qū)，則根據(jù)移動臺方位角和往返延遲進行定位。
本發(fā)明提出的基于現(xiàn)有的通訊協(xié)議定位方法，通過判斷移動臺的有效集或侯選集的有效基站數(shù)目，進而采用不同的方法進行移動臺的定位確認，不需要對移動臺做任何的改動，減少了營運商的投資成本，易于在現(xiàn)有的網(wǎng)絡中實現(xiàn)。
圖2是有效基站數(shù)等于3的CDMA無線通信系統(tǒng)示意圖。
圖3是基于方位角定位結(jié)構(gòu)圖。
圖4是對基于方位角定位過程的說明如果上報次數(shù)達到設定的次數(shù)，則依據(jù)下列判斷標準進行移動臺的定位
如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)不小于三，則采用基于導頻信號的相位差進行定位，即根據(jù)三角定位得到較高的定位精度。
如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)小于三，且基站不分扇區(qū)，則以接收導頻強度高的基站所在位置作為定位解。
如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)小于三，且基站分扇區(qū)，則根據(jù)移動臺方位角和往返延遲信息進行定位。
下面結(jié)合圖2詳細介紹有效基站數(shù)不小于三的情況下，基于導頻信號的相位差定位的過程。圖2顯示了采用本發(fā)明的方案的無線通信系統(tǒng)。該無線通信系統(tǒng)包括一個基站控制器(BSC)204；三個基站收發(fā)信機(BTS)201、202、203；和一個移動臺(MS)205。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，如IS-95和IS-2000，移動臺測量每個基站的導頻信號的到達相位(PILOT_ARRIVAL)，經(jīng)過計算之后，通過導頻強度測量消息將各基站的導頻信號相位(PILOT_PN_PHASE)上報給基站。PILOT_RRIVAL是每個基站的導頻信號最早到達移動臺的有效多徑信號的相位，根據(jù)所有導頻信號所共有的偽隨機序列零偏置相位為基準進行測量?；靖鶕?jù)移動臺最早到達基站的多徑信號相位(EarlistPN)計算往返延遲(RTD)，其中RTD等效為基站與移動臺間距離的兩倍。
對CDMA系統(tǒng)而言，每個基站的系統(tǒng)時間是通過GPS衛(wèi)星同步的，因此可以根據(jù)移動臺205測量的基站201、基站202和基站203的導頻相位得到相應的基站與移動臺之間的距離R1、R2和R3。假設基站203是移動臺205的參考基站(即該基站與移動臺間距離最短)，則R3＝C*T，其中C表示光速，T表示基站203到移動臺205的傳播時間，其他基站的距離就是在R3的基礎上加上光速與PILOT_RRIVAL的乘積。對移動臺201進行定位計算實際上就是根據(jù)基站201、基站202和基站203的位置(X1，Y1)、(X2，Y2)和(X3，Y3)，以及基站與移動臺的距離R1、R2和R3，進行方程組求解的過程。因為存在移動臺位置(X0，Y0)和傳播時間T三個未知數(shù)，所以至少需要獲得三個基站的導頻相位聯(lián)立解方程組。Ri2=(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2---i=1~N---N≥3]]>因為是非線性方程組，如果是三個基站，則解三個這樣的方程組時存在兩個傳播時間解，這就需要其他的輔助信息消除解模糊。在兩個解相同，或者一個解為正，一個解為負時，可以直接得到正確解。如果存在兩個正解，選擇使參考基站203與移動臺205之間的計算距離C*T，更接近于由RTD得到的實測距離的解T作為正確解。
如果有效基站數(shù)大于三，可以用解方程組和迭代求解的方式得到最小二乘解。
一種獲得RTD的方法是通過比較捕獲移動臺205發(fā)出的PN序列相位與參考基站203發(fā)出的PN序列相位之間的差值得到。因為移動臺205是利用參考基站203的系統(tǒng)時間作為它的基準時間，并作為接入信道和反向業(yè)務信道的發(fā)射時間。因此，移動臺105發(fā)出的PN序列相位與參考基站203發(fā)出的PN序列相位之間的差值實際上就是基站與移動臺之間一次往返的時間。假設前向與反向傳播時間相同，就可以用往返延遲RTD的一半和光速的乘積作為參考基站203與移動臺205之間的距離。
當獲得足夠的定位測量信息后，服務器對每次測量數(shù)據(jù)進行定位計算，最后求全部定位結(jié)果的平均值，得到平滑后的最終解(X0，Y0)。
通過上述過程，就可以得到當移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)不小于三的情況下移動臺的方位。
如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)小于三，則不能應用基于導頻信號相位差進行定位計算。如果基站沒有分扇區(qū)，則以接收導頻強度高的基站所在位置作為定位解。
基站分扇區(qū)可以有效提高系統(tǒng)容量，因此對基站分扇區(qū)是常見的情況。下面提出在有效基站數(shù)小于三，基站分扇區(qū)的情況下，基于移動臺方位角和RTD的定位方法。
圖3示出了基于移動臺方位角和往返延遲(RTD)的定位結(jié)構(gòu)圖。其中，301、302、303分別表示三個扇區(qū)；311、312、313分別表示三個扇區(qū)的中心點；320表示移動臺；321表示基站。由圖中可以看到，移動臺的位置可以通過移動臺到扇區(qū)天線的距離所確定的圓弧，和移動臺到扇區(qū)天線的方位角的交點得到。
如圖4所示，如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效扇區(qū)總數(shù)大于1，則移動臺到扇區(qū)天線的方位角根據(jù)移動臺中的有效集或候選集中的導頻信號強度確定，方位角與導頻信號的關系可以通過固定線性關系結(jié)合具體環(huán)境修正因子的方式表示，也可以存在于非線性模型中。方位角與導頻信號間關系的基本趨勢是扇區(qū)導頻強度越高，移動臺方位角越靠近于該扇區(qū)中心點所對應的方位角。移動臺到扇區(qū)天線的距離根據(jù)導頻強度最高的扇區(qū)對應的往返延遲RTD決定。這樣可以在無法進行三角定位的情況下，得到相對較高的定位精度。
如果移動臺的有效集或候選集中所對應的有效扇區(qū)總數(shù)等于1，則移動臺到扇區(qū)天線的方位角由預先確定的扇區(qū)中心點301確定。
權(quán)利要求
1.一種基于現(xiàn)有協(xié)議的定位方法，其特征在于包括(1)根據(jù)基站的要求，移動臺向基站上報協(xié)議所規(guī)定的有效集或侯選集中對應的有效基站數(shù)；(2)基站控制器要求移動臺修改導頻強度測量消息上報周期；(3)基站控制器存儲移動臺上報的經(jīng)過處理后的導頻強度報告消息；(4)基站控制器對上報次數(shù)計數(shù)；(5)判斷上報次數(shù)是否大于設定值，是則開始執(zhí)行步驟(6)，否則返回執(zhí)行步驟(3)；(6)判斷移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)是否大于或等于三，如果是，則采用基于導頻信號的相位差進行定位，否則判斷基站是否分扇區(qū)；(7)如果基站不分扇區(qū)，則以接收導頻強度高的基站所在位置作為定位解；(8)如果基站分扇區(qū)，則根據(jù)移動臺方位角和往返延遲RTD進行定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于所述步驟(6)中基于導頻信號的相位差進行定位進一步包括根據(jù)移動臺最早到達基站的多徑信號相位EarlistPN計算往返延遲RTD；根據(jù)導頻相位和往返延遲RTD求解定位結(jié)果；平滑定位解。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位方法，其特征在于所述往返延遲RTD是通過比較捕獲移動臺(205)發(fā)出的PN序列相位與參考基站(203)發(fā)出的PN序列相位之間的差值得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于所述步驟(8)進一步包括在扇區(qū)數(shù)大于1的情況下，所述往返延遲RTD是根據(jù)最強導頻對應扇區(qū)的移動臺最早到達基站的多徑信號相位EarlistPN計算得到的，所述方位角是根據(jù)各扇區(qū)導頻強度得到的；在扇區(qū)數(shù)等于1的情況下，所述往返延遲RTD是根據(jù)該扇區(qū)移動臺最早到達基站的多徑信號相位EarlistPN計算得到的，所述方位角是根據(jù)扇區(qū)中心點求得的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的定位方法，其特征在于所述的往返延遲RTD等效于基站與移動臺的距離的兩倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定位方法。根據(jù)基站的要求，移動臺向基站上報協(xié)議所規(guī)定的有效集或候選集中對應的有效基站數(shù)；基站控制器要求移動臺修改導頻強度測量消息上報周期；存儲收到的導頻強度報告消息；對上報次數(shù)計數(shù)；判斷移動臺的有效集或候選集中所對應的有效基站總數(shù)是否大于或等于三，如果是，則采用基于導頻信號的相位差進行定位，否則判斷基站是否分扇區(qū)；如果基站不分扇區(qū)，則以接收導頻強度高的基站所在位置作為定位解；如果基站分扇區(qū)，則根據(jù)移動臺方位角和往返延遲進行定位。本方法不需要對移動臺做任何的改動，減少了營運商的投資成本，易于在現(xiàn)有的網(wǎng)絡中實現(xiàn)。
文檔編號H04W4/02GK1479546SQ0213681
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月31日
發(fā)明者屈炳云 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司