CN100486355C - 无线通信系统中实现移动台定位的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线通信系统中实现移动台定位的方法及装置。本发明主要包括：首先，测量移动台的接收发射天线位置相同的不同小区信号的接收功率值；将测量信息通过测量报告发给网络，然后，网络根据测量获得的不同小区信号的接收功率值及各小区的方向角计算确定移动台相对于小区的方向角信息；最后，网络根据所述的相对于小区的方向角信息以及TA值进行移动台定位。由于本发明根据移动台上报的测量报告中的信息确定移动台基于相邻小区的方向角信息，进行确定移动台的位置，因此，本发明可以较为简便地计算确定无线通信系统中的移动台的位置，有效提高针对移动台定位的处理效率。

Description

无线通信系统中实现移动台定位的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种在无线通信系统中实现的无线定位技术。

背景技术

在无线通信系统中，基于用户位置的移动定位业务已经倍受瞩目，随着移动定位技术的发展，移动定位业务将给运营商带来丰厚的利润。

目前，已经有一些运营商在其近期开通的3G网络中提供了相应的移动定位业务，从而可以为用户提供详细、实时更新的数字地图来告知用户的具体位置，并且可以通过电子地图来引导用户寻找酒店、餐厅、商店和其它一些用户感兴趣的商业设施。

目前，在移动定位技术中包括一种基于移动台测量报告的无线定位技术，下面将以GSM网络为例，对现有的基于移动台测量报告进行无线定位的实现方案进行描述。

在GSM(全球移动通信系统)网络中，为了降低针对移动台定位处理的复杂程度，减少对已经建成的网络的改动，以及对已有移动台的改动，在进行定位方案的设计时，通常会尽量选择利用移动台或基站在网络中可测量的系统资源，进行移动台地理位置信息的估计。其中，所述的系统资源包括：RxLEV(信号强度)，CI(小区识别号)，TA(时间提前量)等。

目前，在GSM网络中，利用上述可以测量的系统资源信息进行移动台定位的具体实现方案通常包括很多种，主要可以归纳为两种类型，分别为：

(1)FSM(场强映射法，Field Strength Mapping)方法

在FSM方法中，具体为：首先，利用一个测试移动台，如手机，将手机测量获得的整个定位网络区域的相关资料及对应的手机位置存储在资料库中；之后，当手机需要定位处理时，则将手机所测量获得的信号特征值与资料库中存储的信号进行比较，从而可以确定对应的手机位置。

然而，在FSM方法中，由于需要进行大规模的信号测量，同时还需要将大量信号存储于移动台中，因而，FSM定位方式在具体实施时的前期工作量比较大，而且，在后续的维护工作中由于需要对大量的信息进行维护，因此导致维护工也比较复杂。

(2)DCM(距离计算法，Distance Calculation Method)方法

在DCM方法中，主要是根据手机或基站测量得到的信号特征值，如根据针对所述系统资源信息的测量值，利用相应的数学模型，通过构造数学方程或方程组来进行位置计算。相对FSM方法来说，该定位处理实现方式所需要的前期工作投入较少，即不需要在移动台中进行大量数据的存储，因而使用方式更为灵活，并且对网络结构等变化的适应性也较强。

在DCM方法中，需要采用信道衰落的模型来进行位置估计。但是由于无线环境的复杂性，导致很难得到一个合适的模型从而比较准确地反映信道特性，进行实现精度较高的位置估计；而且，在应用DCM方法过程中，当无线环境发生变化时，也需要对模型参数作相应的修正，此时需要进行一定量的信号测量以及信号的存储与处理，因此维护工作量较大。另外，由于实际网络中大多数都是定向小区，小区发射天线在各个方向上的增益不一样，对于这种情况，在利用DCM方法进行位置估计过程中很难通过模型进行有效的规避，因此，也就无法获得准确的位置估计结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线通信系统中实现移动台定位的方法及装置，从而可以较为简便地计算确定无线通信系统中的移动台的位置，有效提高针对移动台定位的处理效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种无线通信系统中实现移动台定位的方法，包括：

A、测量移动台接收发射天线位置相同的不同小区信号的接收功率值；

B、根据测量获得的不同小区信号的接收功率值及各小区的方向角计算确定移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息；

所述确定移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息具体包括：建立用于计算移动台相对于各小区的方向角信息的方程组：

A+B＝β-α；

PT1(A)＝PR1+D1；

PT2(B)＝PR2+D2；

其中，A和B分别为需要求解的移动台相对于发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角，β和α分别为第一小区和第二小区的方向角值，PT1(A)和PT2(B)第一小区和第二小区在移动台位置这个方向上的发射功率值，PR1和PR2为移动台接收第一小区和第二小区的信号功率值，D1和D2为第一小区和第二小区信号到移动台的衰减，且D1＝D2；

根据所述方向角信息的方程组计算确定所述的移动台相对于基站发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角A和B；

C、根据所述的相对于小区发射天线位置的方向角信息进行移动台定位。

所述的步骤A包括：

根据移动台上报的至少一组针对发射天线位置相同的各小区的测量报告确定移动台所在的两个相邻的小区，并测量移动台接收至少一组所述两个相邻小区信号的功率值。

所述的步骤B包括：

根据移动台对发射天线位置相同的不同小区的信号测量结果，结合各小区的方向角和发射天线的方向特性，计算得出移动台相对于各小区发射天线位置的方向角。

所述的步骤C包括：

当计算获得移动台相对于小区发射天线位置的方向角信息时，则根据该方向角信息，并采用时间提前量TA辅助确定移动台的位置信息。

所述的步骤C包括：

当计算获得移动台相对于两个或两个以上的不同的发射天线位置的方向角信息时，则根据相对于不同发射天线位置的方向角信息分别确定移动台所在的直线，并根据各直线的交点确定移动台的位置信息。

本发明还提供了一种无线通信系统中实现移动台定位的装置，包括：

接收信号功率测量模块：设置于移动台中，用于测量需要上报的各不同小区的信号的接收功率值；

方向角信息计算模块：利用发射天线的方向特性，根据移动台上报的发射天线位置相同的各小区的接收功率测量结果及各小区发射天线位置信息计算移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息；

所述计算移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息具体包括：建立用于计算移动台相对于各小区的方向角信息的方程组：

A+B＝β-α；

PT1(A)＝PR1+D1；

PT2(B)＝PR2+D2；

其中，A和B分别为需要求解的移动台相对于发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角，β和α分别为第一小区和第二小区的方向角值，PT1(A)和PT2(B)第一小区和第二小区在移动台位置这个方向上的发射功率值，PR1和PR2为移动台接收第一小区和第二小区的信号功率值，D1和D2为第一小区和第二小区信号到移动台的衰减，且D1＝D2；

根据所述方向角信息的方程组计算确定所述的移动台相对于基站发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角A和B；

定位处理模块；根据方向角信息计算模块计算获得的移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息确定移动台的位置信息。

所述的定位处理模块包括：

TA辅助定位模块：通过TA辅助定位确定移动台与基站之间的距离；

第一移动台位置信息计算模块：根据移动台位置相对于一个小区发射天线位置的方向角信息及TA辅助定位模块确定的移动台与基站之间的距离确定移动台的位置信息。

所述的定位处理模块包括：

第二移动台位置信息计算模块：根据移动台位置相对于两个或以上不同的发射天线位置的方向角相交的交点来确定移动台的位置信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明是根据移动台上报的测量报告中的信息确定移动台相对于一个或多个小区的发射天线位置的方向角信息，进行确定移动台的位置，因此，本发明可以较为简便地计算确定无线通信系统中的移动台的位置，有效提高针对移动台定位的处理效率。

而且，由于本发明是根据移动台上报的测量报告以及已知的各小区发射天线位置、天线方向特性和方向角进行移动台位置的测量，因此，在进行移动台定位处理过程中无需维护大量的数据信息，从而可以有效降低因移动台定位产生的维护工作量。

附图说明

图1为移动台方向角示意图；

图2为移动台基于方向角信息定位的示意图；

图3为本发明所述方法的一种具体实现过程示意图；

图4为本发明提供的装置的具体实现结构示意图一；

图5为本发明提供的装置的具体实现结构示意图二。

具体实施方式

本发明的核心是在采用信号强度RxLEV，小区识别号CI，时间提前量TA等资源作定位运算时，尽可能回避无线信道的复杂性和小区发射天线增益方向性的影响，从而获得较高精度的定位结果，同时尽量减少维护工作量。

具体一点讲，本发明的核心思想是在移动台上报的测量报告中，将对发射天线位置相同的不同小区的测量结果作为一组数据，然后，通过该一组数据，便可以得到移动台相对于该发射天线位置的方向角，最后，就可以根据移动台的方向角信息准确确定移动台的位置信息。

在无线通信系统中，只要移动台所在的当前小区是定向小区，便可以保证至少存在包括当前小区的一组进行移动台方向角测量所需要的测量数据。如果还存在相邻的定向小区，则还可以获得两组或两组以上用于测量移动台方向角的测量数据。

如图1所示，当仅获得一组测量数据时，则可以采用TA(时间提前量)辅助确定移动台位置，具体为：首先，根据一组数据确定移动台的方向角信息，进而确定以基站发射天线位置为始点的一条移动台位置所在的射线，然后，再根据TA辅助测量确定移动台距基站发射天线的距离，此时移动台的位置则表示为一个以基站发射天线为圆心，以距离值为半径的圆形轨迹，这样，便可以由所述射线与圆形轨迹的交叉点确定移动台的位置信息。

如图2所示，当获得两组或两组以上对于不同位置的基站测量数据时，则可以根据测量获得的移动台的方向角信息可以至少确定两条移动台位置所在的射线，并通过两条方位角确定的两条射线的交叉点确定移动台位置信息。

为对本发明有进一步的理解，下面将结合附图对本发明所述方法的具体实现过程进行说明。

首先，对本发明所述方法在具体实施过程中涉及的移动台的方向角的计算过程进行说明，具体包括以下步骤：

第一步：确定移动台接收相同发射天线位置的不同小区信号的接收功率值，以及各小区的方向角；

以图2为例，确定移动台对在同一基站位置上的1小区和2小区的接收信号的测量结果分别为PR1、PR2，而且，1小区和2小区的方向角分别α、β；

第二步：根据移动台针对不同小区信号的测量结果构造用于计算求解移动台方向角的方程组，具体如下：

A+B＝β-α；

PT1(A)＝PR1+D1；

PT2(B)＝PR2+D2；

其中，A为移动台方向与1小区的主方向夹角，B为移动台方向与2小区的主方向夹角；D1为1小区信号到移动台的衰减，D2为2小区信号到移动台的衰减；PT1是1小区在移动台方向上的发射功率，且为A的函数，PT2为2小区在移动台方向上的发射功率，且为B的函数，PT1和PT2为根据基站的发射功率和天线方向增益图确定；

在上述方程组中，由于小区1和小区2基站在同一地理位置，小区1发射信号和小区2发射信号到移动台的传输路径可以认为是相同的，因此，可以认为D1与D2相等，即D1＝D2。

第三步：求解以上方程组，解出移动台的方向角A和B，此时，便可以确定移动台就在该方向角确定的射线上，如图2中的虚箭头线所示。

下面再以一个利用移动台方向角信息确定移动台的具体位置信息的实例对本发明作进一步的说明。

该具体实施例如图2所示，其中，基站2位置为(104.1576，36.54742)，基站1位置为(104.1288，36.54573)，在图2中，相应的确定移动台的位置信息的处理过程如图3所示，具体包括：

步骤31：获取移动台上报的对基站2的各小区的测量报告；

已知基站2各小区发射功率相同，移动台向网络侧上报的对基站2的1小区的测量报告为38dbi，对基站2的2小区的测量报告为16dbi，对基站2的3小区的测量报告为32dbi；

步骤32：依据前面所述的方法构造计算移动台的方向角信息需要的方程组，并根据所述方程组求解移动台相对各小区的方向角，具体的计算移动台方向角的方法前面已经描述，此处不再详述；

步骤33：根据求解获得的移动台相对发射天线位置的方向角信息可以确定移动台在图2所示的L1方向上。L1位于1小区和3小区之间，且偏向于1小区。

步骤34：获取移动台上报的针对基站1的各小区的测量报告，且基站1各小区发射功率相同；假设获得的测量报告为：移动台上报的对基站1的1小区的测量报告为34dbi，对基站1的2小区的测量报告为35dbi；

步骤35：构造计算移动台相对于基站2的发射天线位置的方向角信息需要的方程组，并求解获得移动台的方向角信息；

步骤36：根据移动台的方向角信息可以确定移动台在L2方向上，L2在1小区和2小区中略偏向于2小区的方向；

步骤37：确定L1和L2相交的交点，该交点即为移动台的位置，从而获得移动台的位置估计结果。

需要说明的是在上述处理过程中步骤31至步骤33和步骤34至步骤36之间并无先后执行关系，只要计算出移动台相对于两基站的方向角信息即可以通过步骤37确定移动台的位置估计结果。

另外，对于图2所示的情况，假设在只计算获得了移动台在基站1或基站2中的方位角信息，则可以采用TA辅助获得移动台的位置估计结果，具体为：分别根据TA测量确定移动台的圆形轨迹位置信息，根据所述方向角信息确定移动台的直线轨迹信息，之后，便可以以圆形轨迹与直线轨迹的交点作为针对该移动台的位置估计结果。

本发明还提供了一种无线通信系统中实现移动台定位的装置，如图4和图5所示，具体包括以下功能模块：

(1)接收信号功率测量模块

该模块设置于移动台中，用于测量移动台接收基站位置相同的不同小区的信号功率值信息；

(2)方向角信息计算模块

根据接收信号功率测量模块的测量结果及各小区的方向角计算移动台相对于各小区的方向角信息，具体的计算移动台相对各小区的方向角信息的方式前面已经描述，此处不再详述；

(3)定位处理模块

根据方向角信息计算模块计算获得的移动台相对于各小区的方向角信息确定移动台的位置信息，在具体定位处理过程中，根据获得的移动台方向角信息的量，具体可以采用以下两种具体的定位处理模块结果实现；

第一种定位处理模块如图4所示，具体包括：

TA辅助定位模块：通过TA辅助定位确定移动台与基站之间的距离；

第一移动台位置信息计算模块：根据移动台位置的方向信息及TA辅助定位模块确定的移动台与基站之间的距离确定移动台的位置信息。

第二种定位处理模块如图5所示，具体包括：

第二移动台位置信息计算模块：根据用于确定方向角信息计算移动台位置相对至少两个基站位置的方向信息，确定两个方向的交点，并将确定的所述的交点作为移动台的位置信息。

综上所述，由于本发明根据移动台上报的测量报告中的信息确定移动台相对于基站位置的方向角信息，进行确定移动台的位置，因此，本发明可以较为简便地计算确定无线通信系统中的移动台的位置，有效提高针对移动台定位的处理效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1、一种无线通信系统中实现移动台定位的方法，其特征在于，包括：

A、测量移动台接收发射天线位置相同的不同小区信号的接收功率值；

B、根据测量获得的不同小区信号的接收功率值及各小区的方向角计算确定移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息；

所述确定移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息具体包括：建立用于计算移动台相对于各小区的方向角信息的方程组：

A+B＝β-α；

PT1(A)＝PR1+D1；

PT2(B)＝PR2+D2；

其中，A和B分别为需要求解的移动台相对于发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角，β和α分别为第一小区和第二小区的方向角值，PT1(A)和PT2(B)第一小区和第二小区在移动台位置这个方向上的发射功率值，PR1和PR2为移动台接收第一小区和第二小区的信号功率值，D1和D2为第一小区和第二小区信号到移动台的衰减，且D1＝D2；

根据所述方向角信息的方程组计算确定所述的移动台相对于基站发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角A和B；

C、根据所述的相对于小区发射天线位置的方向角信息进行移动台定位。

2、根据权利要求1所述的无线通信系统中实现移动台定位的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

根据移动台上报的至少一组针对发射天线位置相同的各小区的测量报告确定移动台所在的两个相邻的小区，并测量移动台接收至少一组所述两个相邻小区信号的功率值。

3、根据权利要求1所述的无线通信系统中实现移动台定位的方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

根据移动台对发射天线位置相同的不同小区的信号测量结果，结合各小区的方向角和发射天线的方向特性，计算得出移动台相对于各小区发射天线位置的方向角。

4、根据权利要求1、2或3所述的无线通信系统中实现移动台定位的方法，其特征在于，所述的步骤C包括：

当计算获得移动台相对于小区发射天线位置的方向角信息时，则根据该方向角信息，并采用时间提前量TA辅助确定移动台的位置信息。

5、根据权利要求1、2或3所述的无线通信系统中实现移动台定位的方法，其特征在于，所述的步骤C包括：

当计算获得移动台相对于两个或两个以上的不同的发射天线位置的方向角信息时，则根据相对于不同发射天线位置的方向角信息分别确定移动台所在的直线，并根据各直线的交点确定移动台的位置信息。

6、一种无线通信系统中实现移动台定位的装置，其特征在于，包括：

接收信号功率测量模块：设置于移动台中，用于测量需要上报的各不同小区的信号的接收功率值；

方向角信息计算模块：利用发射天线的方向特性，根据移动台上报的发射天线位置相同的各小区的接收功率测量结果及各小区发射天线位置信息计算移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息；

所述计算移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息具体包括：建立用于计算移动台相对于各小区的方向角信息的方程组：

A+B＝β-α；

PT1(A)＝PR1+D1；

PT2(B)＝PR2+D2；

其中，A和B分别为需要求解的移动台相对于发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角，β和α分别为第一小区和第二小区的方向角值，PT1(A)和PT2(B)第一小区和第二小区在移动台位置这个方向上的发射功率值，PR1和PR2为移动台接收第一小区和第二小区的信号功率值，D1和D2为第一小区和第二小区信号到移动台的衰减，且D1＝D2；

根据所述方向角信息的方程组计算确定所述的移动台相对于基站发射天线位置的方向角分别与第一小区方向角和第二小区方向角的夹角A和B；

定位处理模块；根据方向角信息计算模块计算获得的移动台相对于各小区发射天线位置的方向角信息确定移动台的位置信息。

7、根据权利要求6所述的无线通信系统中实现移动台定位的装置，其特征在于，所述的定位处理模块包括：

TA辅助定位模块：通过TA辅助定位确定移动台与基站之间的距离；

第一移动台位置信息计算模块：根据移动台位置相对于一个小区发射天线位置的方向角信息及TA辅助定位模块确定的移动台与基站之间的距离确定移动台的位置信息。

8、根据权利要求6所述的无线通信系统中实现移动台定位的装置，其特征在于，所述的定位处理模块包括：

第二移动台位置信息计算模块：根据移动台位置相对于两个或以上不同的发射天线位置的方向角相交的交点来确定移动台的位置信息。

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