CN100508423C - 一种使用发射分集的无线通信系统中用户的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在一个具有发射分集的移动通信系统中，当对系统参数进行测定(例如用于定位)时增加测定准确性的方法，这些参数取决于发送延迟时间，根据这种方法，一个用户数据信号和一个参考信号被分派给一个用户。用户数据信号是由发射端的至少2个天线装置发射出去的，而参考信号则是专门由发射端的一个天线装置发射出去的。该参考信号被用来准确地测定信号延迟时间，而系统参数就取决于该信号延迟时间。

Description

一种使用发射分集的无线通信系统中用户的定位方法
本发明涉及一种无线通信系统中数据发射的方法，使用该方法发射端通过至少两个天线装置发射用户数据信号。
无线通信系统使用所谓的“分集方法”来改善数据发射质量，例如使用“空间分集法”或者“极化分集法”。
当发射端使用空间分集方法时，将一个要发射的载频用户数据信号作为用户数据信号传送到至少两个天线装置上，这些天线装置之间的相互距离为多个波长，并且极化相同。
当发射端使用极化分集方法时，将要发射的用户数据信号同样传送到至少两个天线装置上，但是这些天线装置具有不同的极化。典型的情况是把两个天线装置安放在一个共同的天线罩内。
分集方法既可用于发射端，也可用于接收端，并通过改善观测到的接收情况来改善发射质量。
在无线通信系统中，例如在全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications；GSM)中或GSM/EDGE无线接入网(GSM EDGE Radio Access Network；GERAN)移动通信系统中，将一个发射端的用户信号分为两个分信号，然后将这两个分信号通过两个“载波单元”传送到两个空间上相互分离且极化相同的天线装置上进行发射。由于设计上的原因，上述分信号在不同信号路径上存在着载波偏差，所以这两个分信号在发射时存在不同的信号传播延迟。另外，由于多径传播，在无线领域中对于每个分信号还会产生具有不同信号传播延迟和信号衰减的特定的传播路径。
在接收端，分信号与用户信号发生叠加，这样就获得了一个系统工程上所谓的“分集增益”。另外，通过这种分集增益还可以达到发射机与接收机之间的小区放大或者范围扩展的目的。
在接收机方面，还要相应地考虑不同的传播路径，这意味着要增加接收机的复杂性。
在移动通信系统，例如全球移动通信系统中，当在一个移动用户与一个基站之间进行数据发射时，人们借助于诸如所谓的“提前时间机制(Timing-Advance-Mechanism)”来对用户进行定位(定位服务)。在此情况下，能够测定用户与基站之间进行数据发射时参考信号的信号传播延迟，并借助于该延迟测定用户的位置。
定位误差的直接原因是对参考信号的信号传播延迟的测定误差。
在全球移动通信系统中，借助于定时提前机制可以实现大约200米的定位精确度。除了用定时提前机制进行定位以外，还有一些其它的标准化的定位方法，如辅助全球定位系统(A-GPS)法，增强观测时间差定位(E-OTD)法或小区识别码定时提前(CITA)法等。
由于各个载波单元中的多径传播以不同的信号传播延迟，当在发射端使用分集方法时，只有在具有足够资源的情况下才能达到所要求的定位精度，否则便无法达到所要求的定位精度。
对于依赖于运行时间或者取决于运行信号延迟时间的系统参数或系统特性来说，当进行数据发射时，例如当进行“同步切换”或“伪同步切换”时，也会出现相应的问题。
从文件WO 02/11315A2中可以得知一种用于相邻、连续时隙发射的所谓混合发射分集方法。在第1个时隙中，借助于一种称作“延迟分集”的方法把信息从一个基站发射到一个移动终端X上，又借助于一个称作“空时分集”的方法把信息发射到另一个移动终端Y上。
从文件US 2002/0022502 A1中可以得知一种带有多个发射天线的基站。此处，一个单向信道要么通过第一个天线进行发射，要么通过第二个天线进行发射.通过一个预先确定的随机选择方式在这两个天线之间进行转换。
文章“Transmit Diversity Applied on the CDMA/TDD Cellular Systems”，(Hiramatsu et al，VTC2000-Spring.2000 IEEE 51st Vehicular Technology Conference Proceedings，Tokyo，Japan，May15-18，2000，Vol.2 OF3，pp.1170-1174，XP000968054)中可以得知用于CDMA-TDD无线通信系统的不同的发射分集方法。例如，物理同步信道PSCH是通过一种“时间交换发射分集”方法发射，使用这种方法时，物理同步信道通过2个天线交替地连续
发射；主公共控制信道P-CCPCH通过一种“块空时发射分集”方法发射，使用这种方法时，该主公共控制信道同时被引导到2个天线支路上，在每个天线支路上进行各自的编码，然后不同编码的信号通过2个天线被同时发射出去。专用物理信道DPCH通过一种“选择发射分集和发射自适应天线”方法发射，使用这种方法时，具有不同加权的专用物理信道通过2个天线被同时发射出去。
从文件DE 100 31 178 A1中可以得知一种在一个无线通信系统中对一个用户设备进行定位的方法。使用这种方法时要区分与时间有关的数据和与时间无关的数据，与时间有关的数据是在一个与时间有关的窗口中发射，与时间无关的数据是在一个与时间无关的窗口中发射。在与时间无关的窗口中发射定位所需的测量信号，目的是不会对与时间有关的发射产生不利影响。
本发明的目的是在无线通信系统中实现一种用于数据发射的方法，通过使用该数据发射方法，既可以利用在发射端使用分集方法的优点，又可以很大程度上避免由于多径传播而造成的缺点。
本发明的上述目的由权利要求1的特征来实现。在从属权利要求中对该发明的优点进行了进一步的描述。
在使用发射分集方法的无线通信系统中，通过采用本发明的方法，利用参考信号能够足够准确地测定出与信号运行时间有关的系统参数，例如定位。
特别具有优点的是，在测定与信号运行时间有关的系统参数过程中，由于作为使用数据的用户数据是通过至少2个天线装置从发射端发射出去，因此对于分配到一个通信小区中的所有用户来说，其小区大小和范围都保持不变。
对于与运行时间有关的系统参数，使用参考信号来确定那些需要准确测定的信号传播延迟。
在使用时分复用接入方法无线通信系统中，单个用户信号被划分为时隙，并以周期性的连续帧的形式发射，而按照该发明只是在每个第n帧才发射参考信号。其结果是节省了发射资源。
尽管当n＝1时在每个帧中把参考信号发射给一个已观察到的用户时的定位非常准确，但是由于分集增益的不断损失会无法确保对用户进行可靠的无线传输。
如果使用了一个定时提前机制来进行定位，那么参考信号就只通过一个天线装置进行发射，这样接收机对参考信号的信号传播延迟进行测量时就减少了不确定性。
按照该发明，在使用时分复用接入方法的无线通信系统中，参考信号是在一个时隙内发射的，而用于发射的该时隙或者脉冲可由每个无线通信终端设备制造商专门定义。
为了能够在相应的时隙位置发射不同的制造商所专用的参考信号，在发射端，例如基站处将参考信号以一种制造商专用的形式存贮于一个表格中，这些参考信号说明可以调出。这样就使得人们可以在一个网络提供商的无线通信系统中使用不同制造商的终端设备。
按照本发明，定位是周期性地进行的，或是以随机选择的时间间隔进行的。
在全球移动通信系统或GSM/EDGE无线接入网移动通信系统中，参考信号最好通过所谓的SCCH通进进行发射，该通道在每个第10帧重复一次。按照该发明，一个用于同步的SCH时隙的扩展训练序列被用作参考信号。
相邻小区的移动终端设备使用一个用于同步的时隙来进行所谓的“监控”，由此，一个相邻小区的终端设备在IDLE帧中对SCH信道的用户信息进行解码。相邻小区的终端设备通过上述用户信息中包含的操作码就可以知道是否允许该设备接入SCH信道相关的小区。按照该发明，只是在每个第n帧中周期性地停用发射分集方法，这样确保了相邻小区的终端设备能够以合适的方式观察到分配给SCH信道的小区的作用区域。
按照本发明，可以在例如每百个帧中借助于一个所谓的“位置测位单元”来进行定位，这个位置测位单元目前可在每个基站中作为模块进行使用。作为附加功能，该位置测位单元具有用于定位的帧的先验知识，或者关于帧数目的先验知识。用户的一个通信终端设备测定参考信号的延迟时间，并把这些延迟时间报告给基站，由此通过重复测量就降低了定位误差。
在该发明的一个优点体现在，用户的参考信号通过至少2个天线装置交替地发射出去，在接收端，对于每个所使用的天线装置对所测得的参考信号传播延迟进行评价.在最好的情况下，最小的参考信号传播延迟符合所谓的“视距”传播路径。对于要另外完成的定位来说，最好使用以这种方式确定的天线装置米发射参考信号。
如果使用了2个以上的天线装置来发射信号，就能增加探测到视距传播路径的可能性，这样就可以提高定位的精确度。
为了检查定位的精确度，要时常更换用于发射参考信号的天线装置，然后对信号传播时间进行评价。
下面用附图来描述本发明的一个实施例。在附图中：
图1显示了一个用来实施本发明方法的无线通信系统。
一个基站BTS含有6个载波单元CU1至CU6以发射用户信号，这些载波单元从一个网络中心处接收要发射的用户信号。
一个分配给第一个用户TN的用户数据信号TN1到达两个天线装置ANT1和ANT2以进行发射，借助于这两个天线装置实现发射分集方法。按照本发明，一个同样分配给第一个用户TN的参考信号REF只是通过第一个天线ANT1发射出去。
由第一个天线ANT1发射出去的用户数据信号TN1和参考信号REF通过一个传播路径AP1到达用户TN，而由第二个天线ANT2发射的用户数据信号TN1则通过一个传播路径AP2到达用户TN。
在GSM移动通信系统中，如果参考信号REF是通过SCH同步信道发射，那么参考信号REF就通过两个天线ANT1或ANT2交替地发射出去，其方法如下：
对于所有偶数TDMA帧，通过第一个天线ANT1发射
对于所有奇数TDMA帧，通过第二个天线ANT2发射。
然后一个基站子系统的服务的移动定位中心BSS-SMLC(base station subsystem？servingmoble location center)就发出对信号传播时间进行测量的命令，这种测量是基于奇数或者偶数的TDMA帧的参考信号REF来进行的。这样本地测量单元LMU和移动用户TN都能得知由BSS-SMLC发送的时间复用信号。
然后BSS-SMLC分别对传播路径AP1和AP2的信号传播延迟进行评价，并为以后的定位选择具有信号传播延迟少的传播路径，该传播路径与直接传播路径最为相符(视距原则)。

Claims (10)

1.一种在无线通信系统中进行数据发射的方法，
使用这种方法时，在分集方法的结构中，通过至少两个天线装置发射分配给一个用户的一个用户数据信号，并且
使用这种方法时，在对信号传播延迟测量的基础上，使用分配给上述用户的一个参考信号来测定用户定位时与运行时间有关的系统参数，该参考信号仅通过上述至少两个天线装置中的一个发射出去。
2.如权利要求1所述的方法，其中，参考信号以预定的时间间隔周期性地发射出去，或者以随机选择的时间间隔非周期性地发射出去。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，参考信号交替地通过至少2个天线装置中的一个天线装置发射出去。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在接收端对所测得的交替发射的参考信号的信号传播延迟进行评价，并且为进一步定位而在相关的天线装置中选择用于发射参考信号的、适当的天线装置，使上述参考信号的传播路径具有最小的信号传播延迟，并且相当于作为视距原则的直接传播路径。
5.如权利要求1或4所述的方法，其中，通过定时提前机制来完成定位。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过一种时分复用接入方法发送用户数据信号和参考信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，用于同步的一个时隙的训练序列被用作参考信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在GSM移动通信系统中，一个SCH时隙的扩展训练序列被用作参考信号。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，在发射端将参考信号以一种制造商专用的形式存贮于一个表格中。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，使用至少2个相互具有垂直极化的天线装置，或者使用至少2个相互具有固定距离的相同极化的天线装置。
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