CN100415042C - 在蜂窝通信网络中估算移动台位置的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种估算移动台在蜂窝电信系统内的位置的方法。小区与基站(BS)相联系。移动台(MS)位于小区之内。由基站(BS)对定时提前(TA)进行估算。本方法包括以下步骤：对于位于小区(CI)之内的移动台(MS)的一些位置(L)，估算移动台(MS)和基站(BS)之间的直接距离(rd)，根据直接距离(rd)对共同值进行估算，以及根据共同值对移动台(MS)距基站(BS)的估计的直接距离(rd^*)进行估算。

Description

在蜂窝通信网络中估算移动台位置的方法

技术领域

本发明涉及一种估算移动台在蜂窝电信网络内的位置的方法，其中小区与基站相联系，其中移动台位于小区内，并且其中由基站对定时提前(timing advance)进行估算。本发明还涉及相应的基站和相应的蜂窝电信网络。

背景技术

蜂窝电信网络、例如全球移动通信系统(GSM)是由许多小区组成的。由所有小区覆盖的面限定了网络的工作区域。每个小区与至少一个基站相联系。位于一个特定小区内的移动台因此能够与属于该小区的至少一个基站进行通信。

对于所谓的基于位置的服务，有必要估算移动台在小区内的实际位置。例如，如果要将移动台用户实际位置附近的所有旅馆提供给用户，就必须估算这个用户的实际位置，以便实现这种基于位置的服务。

众所周知，根据移动台的定时提前估算移动台在小区内的位置。

这个定时提前由属于该小区的每个基站定义，并且传送到移动台。定时提前对应于从移动台发送数据到基站所需要的时长。为了在预定时间点到达基站，移动台必须在这个时间点之前发送它的数据，也就是说以给定的定时提前发送它的数据。

如上所述，定时提前对应于从移动台发送数据到基站所需要的时长。因此，定时提前取决于移动台到基站的距离。这产生了下面的已知等式：

rk＝k×TA+offset(等式A)

其中，rk＝从移动台到基站的距离，

k＝常数＝例如对于GSM的554米，

TA＝0、1、2、...＝定时提前，

offset＝恒定距离，例如k/2或者k/4。

利用如上所述由基站所估算的定时提前，通过上述等式可以计算出移动台距基站的距离。根据该距离，可以在基于位置的服务中估算并且使用移动台的位置。

但是，根据上面的等式计算出来的距离并不精确地对应于移动台距基站的实际距离。这是因为下面这一事实：定时提前的估算不是基于移动台和基站之间的最短距离，而是基于移动台和基站之间的实际传输路径，包括了由于反射等造成的传输数据的所有偏移。

因此，利用上面的等式所计算出来的距离通常比移动台和基站之间的实际距离要长。

发明内容

本发明的目的是提供一种更准确地估算移动台和基站之间的距离的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种估算移动台在蜂窝电信系统内的位置的方法，

其中小区与基站相联系，其中移动台位于小区内，并且其中由基站对定时提前进行估算，

该方法包括以下步骤：

对于小区内的移动台的一些位置，估算移动台和基站之间的直接距离，

根据直接距离，对所述系数进行估算，以及

根据所述系数，对移动台距基站的估计的直接距离进行估算。

本发明还提供一种蜂窝电信系统的基站，用于估算移动台在蜂窝电信系统内的位置，

其中小区与基站相关联，其中移动台位于小区内，其中由基站对时提前进行估算，以及

其中基站被配置为执行前述方法。

本发明还提供一种蜂窝电信系统，包括被配置为执行前述方法基站。

本发明提供了一种简单但具有准确可能性的实现方式，来估算移动台和基站之间的距离。然后，估算的距离能够用于在例如基于位置的服务中估算移动台和其用户的位置。估算的距离和因此而得出的位置的准确度可以比所述的已知估算方法提高20％。

本发明的进一步的特征、应用和优点通过下面对在附图中示出的本发明示例性实施例的描述将会变得更加明显。那里，所有描述的和显示的特征本身或者任意组合表示了本发明的主旨，而不考虑它们在描述中的措辞或者它们在附图中的表示，并且不考虑它们在权利要求中的组合或者对于权利要求的依赖性。

附图说明

图1显示了蜂窝电信网络中的小区的示意表示；

图2显示了包括基站和移动台之间的直接距离和间接距离的示意图；以及

图3显示了前面提到的距离和其它距离的示意表示。

具体实施方式

在下面的描述中，蜂窝电信系统由全球移动通信系统(GSM)来实现。当然，蜂窝电信系统也可以由其他任何技术来实现，例如，通用移动电信系统(UMTS)实现。在后一种情况下，所描述的定时提前需要被替换成例如所谓的往返时间(round-trip-time)等。

在图1中，示出了一个基站BS，它与具有小区标识符CI的小区相联系。移动台MS位于小区CI之内。已经描述的定时提前TA在图1中用箭头表示，其中通过每一个所示的角环部分，定时提前TA的值在箭头的方向上加1。

图1示出了基站和移动台MS之间的直接距离rd。该距离rd通常被称为基站BS和移动台MS之间的视线。此外，图1还示出了基站BS和移动台MS之间的间接距离ri，它是从基站到移动台的包括各种偏移的真实传输路径。

直接距离rd和间接距离ri构成了图2中的图的轴。并且，在图2中还示出了定时提前TA。由于定时提前TA包括了传输路径的所有偏移，所以定时提前TA指向与间接距离ri相同的方向。

已知使用所谓的网络规划工具来规划电信网络。例如，网络规划工具可以估算一个特定基站在蜂窝电信网络中的最优位置以及该基站的覆盖面。

在这方面，已知网络规划工具能够估算基站和位于各小区内的特定移动台之间的直接距离rd。也已知可以借助于全球定位系统(GPS)对基站和移动台之间的直接距离rd进行估算。

在第一步骤中，借助于网络规划工具或者全球定位系统(GPS)，对于小区CI中的一些位置L估算基站BS和移动台MS之间的直接距离。在这第一步骤中，选择位置L，以使得这些位置L的定时提前TA总是相同的。图2示出了一些示例性的位置L。它们的直接距离rd等于各位置L的x轴上的对应值。

已经提到了特定位置L的直接距离rd总是等于或者小于该位置L的间接距离ri。因此，所有位置L都出现在直线XY之上，其中直线XY表示图2的图中的X轴和Y轴之间的平分线。

在第二步骤中，对具有相同定时提前TA的所有位置L的距离rd进行平均。结果是对于该定时提前TA的平均距离。在图2中，相关定时提前TA的这个平均距离表示为位置M。

在下面的步骤中，对于所有可能的定时提前TA重复第一步骤和第二步骤，由此对于相应的定时提前TA估算多个平均距离。在图2中，示出了三个位置M，其表示对于三个连续定时提前T的三个平均距离。

然后，为了连接图2中的所有位置M，估算一个函数。该函数是表示任意类型曲线的如下通用形式：

a0+a1×TA+a2×TA²+a3×TA³+...(等式B)

并且，该函数可以表示一条直线，如下所示：

a0+a1×TA(等式C)

基于表示对于各个定时提前TA的平均距离的位置M，借助于已知的数学和/或统计方法和/或模型，对系数a0、a1、a2、a3、......进行计算。

作为上述方法的结果，存在一组系数a0、a1、a2、a3、......，它们表示一条曲线或者一条连接了所有位置M、即所有平均距离的直线AI(如图2所示)。

例如，可以在电信网络开始运行之前，进行所有这些测量。

然后，在通信网络开始运行之后，可以按如下方式对移动台MS的实际位置进行估算。

如上所述由基站BS对与移动台MS相关的定时提前进行估算。然后，基于根据上述描述为相关小区CI确定的所述系数a0、a1、a2、a3、......，并且基于估计的定时提前TA，计算移动台MS距基站BS的估计的直接距离rd*。总之，估计的直接距离rd*可以计算如下：

rd*＝a0+a1×TA+a2×TA²+a3×TA³+...(等式D)

在图2所示的例子中，估计的直接距离rd*计算如下：

rd*＝a0+a1×TA(等式E)

图2示出了这个估计的直接距离rd*。

最后，借助于估计的直接距离rd*、以及已知的用于确定位置的方法(例如基站BS的传输角)，对移动台MS的实际位置进行估算。

在图3中，示出了现在将描述的不同距离之间的关联。

在图3的上部，示出了基站BS和移动台MS。并且，定时提前TA用箭头表示。

在下面，将直接距离rd表示为基站BS和移动台MS之间的最短直线。

然后，将间接距离ri首先表示为具有表示某些偏移的几个角度的直线，其次，在下面将其表示为直线。由于偏移，间接距离ri的直线比直接距离rd要长。

出于比较的目的，示出了利用等式A计算出的距离rk。这个距离rk明显比间接距离ri的直线要长。而且，图3示出了直接距离rd和所计算的距离rk的差F1。

然后，图3示出了估计的直接距离rd*。如上所述，特别是基于如图2描述的系数a0、a1、a2、a3、......，对距离rd*进行估算。例如，根据等式E，计算估计的直接距离rd*。

明显地，估计的直接距离rd*比所计算的距离rk要短，它们的差用G表示。因此，估计的直接距离rd*和直接距离rd之间的差F2比差F1要小。

除了所述的步骤外，可以根据小区CI的一个或多个特性，对这组系数a0、a1、a2、a3、......进行分类。例如，如果小区CI覆盖例如一个城市，那么相应的这组系数a0、a1、a2、a3、......可以视为表示城市小区。但是，如果小区CI覆盖了乡村，那么相应的这组系数a0、a1、a2、a3、......可以视为表示乡村小区。

再一次，可以在电信网络开始运行前，进行这种分类。

然后，例如，如果在电信网络中引入了一个新基站和由此引入了一个新小区，则可以估算该新小区是具有城市特性还是具有乡村特性。根据该估算，能够将相应的这组系数a0、a1、a2、a3、......分配给该新小区，而不用进行任何进一步的估算。

所述的方法可以在蜂窝电信网络内的任何地点进行。特别地，可以由基站BS、或者连接到基站BS的蜂窝电信网络内的特定服务器来执行估算。

Claims (15)

1. 一种估算移动台在蜂窝电信系统内的位置的方法，

其中小区(CI)与基站(BS)相联系，其中移动台(MS)位于小区(CI)内，并且其中由基站(BS)对定时提前TA进行估算，

该方法包括以下步骤：

对于小区(CI)内的移动台(MS)的一些位置(L)，估算移动台(MS)和基站(BS)之间的直接距离rd，其中选择所述位置(L)使得所述位置的定时提前(TA)是相同的，

根据直接距离rd，对关于移动台(MS)距基站(BS)的估计的直接距离rd^*的函数rd^*＝f(TA)中的自变量的系数进行估算，以及

根据所述系数，对移动台(MS)距基站(BS)的估计的直接距离rd^*进行估算。

2. 根据权利要求1的方法，其中所述根据直接距离rd对所述系数进行估算的步骤还包括以下步骤：

根据直接距离rd对所述具有相同定时提前(TA)的位置(L)与基站之间的平均距离(M)进行估算，以及基于平均距离(M)对所述系数进行估算。

3. 根据权利要求2的方法，其中所述对所述系数进行估算的步骤还包括以下步骤：

基于不同定时提前(TA)的平均距离(M)对所述系数进行估算。

4. 根据权利要求1的方法，其中按下式对估计的直接距离rd^*进行估算：

rd^*＝a0+a1×TA+a2×TA²+a3×TA³+…

其中a0、a1、a2、a3、……是估算的所述系数，并且TA是估算的定时提前。

5. 根据权利要求1的方法，其中按下式对估计的直接距离rd^*进行计算：

rd^*＝a0+a1×TA

其中a0、a1是估算的所述系数，并且TA是估算的定时提前。

6. 根据权利要求1的方法，其中借助于网络规划工具和/或全球定位系统，对直接距离rd进行估算。

7. 根据权利要求1的方法，其中借助于数学和/或统计的方法和/或模型，对所述系数进行估算。

8. 一种蜂窝电信系统的基站，用于估算移动台在蜂窝电信系统内的位置，

其中小区(CI)与基站(BS)相关联，其中移动台(MS)位于小区(CI)内，其中由基站(BS)对定时提前TA进行估算，以及

其中基站(BS)包括：

用于对小区(CI)内的移动台(MS)的一些位置(L)估算移动台(MS)和基站(BS)之间的直接距离rd的装置，其中选择所述位置(L)使得所述位置的定时提前(TA)是相同的，

用于根据直接距离rd对关于移动台(MS)距基站(BS)的估计的直接距离rd^*的函数rd^*＝f(TA)中的自变量的系数进行估算的装置，以及

用于根据所述系数对移动台(MS)距基站(BS)的估计的直接距离rd^*进行估算的装置。

9. 根据权利要求8的基站，其中所述用于根据直接距离rd对所述系数进行估算的装置还包括以下装置：

用于根据直接距离rd对所述具有相同定时提前(TA)的位置(L)与基站之间的平均距离(M)进行估算，以及用于基于平均距离(M)对所述系数进行估算的装置。

10. 根据权利要求9的基站，其中所述对所述系数进行估算的装置还包括以下装置：

用于基于不同定时提前(TA)的平均距离(M)对所述系数进行估算的装置。

11. 根据权利要求8的基站，其中所述用于对估计的直接距离rd^*进行估算的装置按下式对估计的直接距离rd^*进行估算：

rd^*＝a0+a1×TA+a2×TA²+a3×TA³+…

其中a0、a1、a2、a3、……是估算的所述系数，并且TA是估算的定时提前。

12. 根据权利要求8的基站，其中所述用于对估计的直接距离rd^*进行估算的装置按下式对估计的直接距离rd^*进行计算：

rd^*＝a0+a1×TA

其中a0、a1是估算的所述系数，并且TA是估算的定时提前。

13. 根据权利要求8的基站，其中所述用于估算直接距离rd的装置借助于网络规划工具和/或全球定位系统，对直接距离rd进行估算。

14. 根据权利要求8的基站，其中所述用于对所述系数进行估算的装置借助于数学和/或统计的方法和/或模型，对所述系数进行估算。

15. 一种蜂窝电信系统，包括根据权利要求8-14中任一项所述的基站。

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