CN100518389C - 一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法，包括以下步骤：UE驻留在其服务小区中，并且可以接收到至少2个相邻小区的下行信号；需要对所述UE进行定位测量时，网络侧向所述UE发送消息，要求其测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差；所述UE测量得到至少2个相邻小区与服务小区的下行信号时间差；所述UE或网络侧根据测得的所述时间差，结合所述相邻小区和服务小区的地理位置，计算得出所述移动终端的位置信息。本发明方法提高了移动终端的定位精度。

Description

一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统中确定移动用户地理位置的方法。

背景技术

利用移动终端(如手机、PDA等)进行地理位置定位是近年来移动通信应用发展的新方向。移动定位服务是利用移动通信特有的定位功能，配合短消息等服务确定移动终端用户所在的地理位置(经纬度坐标数据)，从而提供用户所需的位置信息，并可根据用户的位置提供相关地理信息服务。如对当时道路车站、酒店、银行、商场等项目的位置进行查询。同时，可根据对所需对象的地点的条件选择，可实现从现有位置到目的地之间的最佳自驾路线及公交换乘方案。这给出门人及时准确把握方位，提高办事效率起到良好的向导作用。

随着移动定位服务的应用，用户数量不断增多，人们对于位置信息的需求不断扩大，获取移动定位信息的定位技术及其定位系统已经成为当前的研究热点。这些研究主要包括移动定位的基本原理和方法、移动定位的主要技术以及移动定位的支撑平台等方面。

最简单的一种对移动终端定位的方法是找到该移动终端所在的服务小区，即可确定该移动终端所在的位置范围，但是这种定位方法的精度不高，不能满足精度要求较高的情况下的定位要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法，可以实现对移动终端的高精度的定位。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法，包括以下步骤：

(a)移动终端驻留在其服务小区中，并且可以接收到至少2个相邻小区的下行信号；

(b)需要对所述移动终端进行定位测量时，网络侧向所述移动终端发送消息，要求其测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差；

(c)所述移动终端进行测量，得到至少2个相邻小区与服务小区的下行信号时间差；

(d)所述移动终端或网络侧根据测得的所述时间差，结合所述相邻小区和服务小区的地理位置，计算得出所述移动终端的位置信息。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(b)进一步分为以下步骤：

(b1)核心网需要对某个移动终端的定位时，根据该移动终端的工作状态，如果是CELL_FACH或CELL_DCH状态，直接执行下一步，如果是其它状态，先寻呼该移动终端使其进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，再执行下一步；

(b2)核心网向该移动终端的服务无线网络控制器发起针对该UE的“定位请求消息”；

(b3)所述服务无线网络控制器向该移动终端发送测量控制消息或者系统广播消息，并要求该移动终端测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述测量控制消息或者系统广播消息中还包括所述移动终端的当前服务小区和至少2个相邻小区的频率和小区参数信息。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述核心网发送的“定位请求消息”中还指明了要求对所述移动终端定位的精度，所述服务无线网络控制器根据该精度要求和所述移动终端的能力，选择采用的定位测量和计算方法。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，移动终端或网络侧是采用高级链路前向三角定位方法计算得到所述位置信息。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(b3)中，服务无线网络控制器向所述移动终端发送的消息中还包括至少2个相邻小区和服务小区的位置信息，所述步骤(d)中，是由所述移动终端算出自己的位置信息，并上报给所述服务无线网络控制器，再由该服务无线网络控制器将该位置信息上报给所述核心网。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，是由所述移动终端将测得的所述时间差上报给所述服务无线网络控制器，由该服务无线网络控制器计算出所述移动终端的位置信息后，再上报到所述的核心网。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，是由所述移动终端将测得的所述时间差上报给所述服务无线网络控制器，该服务无线网络控制器再将所述时间差上报给所述核心网，由核心网计算出所述移动终端的位置信息。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述的下行信号是指主公共控制信道和下行导频信道的信号。

进一步地，上述定位方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，当所述移动终端测量得到2个以上相邻小区与服务小区的下行信号时间差时，计算得到所述移动终端的多个位置解，并对这多个位置解求平均或者加权平均，得到的结果再作为所述移动终端的位置信息。

由上可知，本发明利用移动终端测量的至少2个相邻小区下行信号的到达时间差，结合已有的服务小区和相邻小区的位置信息，采用AFLT(高级链路前向三角定位)定位算法得到移动终端的位置信息，提高了移动终端的定位精度。

附图说明

图1是本发明实施例UE驻留情况的示意图。

图2是本发明第一实施例的流程图。

图3是本发明第二实施例的流程图。

图4是本发明第一实施例在空闲模式下寻呼UE的示意图。

图5是本发明第一实施例在URA_PCH状态下寻呼UE的示意图。

具体实施方式

根据3gpp(第三代合作伙伴计划)的规定，UE(移动终端)驻留在合适小区(以下称为服务小区)中时，UE可以进行该小区提供的正常业务，包括响应寻呼、收听系统广播消息和接收测量控制消息等，从而得到相邻小区的信息(包括：频率、小区参数等)；根据当前小区和相邻小区服务质量的变化，UE可以测量当前小区和相邻小区下行信号的强度和时间差，发起小区重选、小区更新、切换等。

根据3gpp TS 25.225中第5.1.10章节对“SFN-SFN(SFN，系统帧号)observed time difference(观察时间差异)”的描述，“SFN-SFN观察时间差异”是在UE上测量的两个小区(提供当前服务小区和目标小区)帧接收时间的差异。UE可以对观察时间差异SFN-SFN进行测量，并上报该结果到SRNC(服务RNC)中，该结果实质上就是UE测量得到的UE驻留的本服务小区和相邻小区(目标小区)的下行信号到达时间差。

可见，驻留在服务小区中的UE具备测量相邻小区的下行信号的到达时间差的能力。

这样，当UE(移动终端)驻留在服务小区，且可以接收至少2个相邻小区的下行信号时(如图1的情况)，UE可以分别测量出至少2个相邻小区与服务小区的下行信号的时间差(Δt)，然后由UE或网络侧根据测量的到达时间差(Δt)和已有的服务小区和相邻小区的位置信息，利用基于距离测量的三角关系的AFLT算法，即可得到该UE的定位结果。

下面通过两个实施例对本发明定位方法的具体流程进行说明，其中，定位测量是由RNC和UE交互来实现的，而定位业务是CN发起并要求结果的。要实现定位，两个实施例的前提都是：UE(移动终端)驻留在服务小区，且可以接收至少2个相邻小区的下行信号。

第一实施例

图2示出了本实施例UE辅助(UE-assisted)定位的流程，即由网络侧完成定位计算，该流程包括以下步骤：

步骤一，CN(core network核心网)需要对某个UE的定位时，CN根据该UE的工作状态，如果是CELL_FACH或CELL_DCH状态，直接执行下一步，如果是其它状态，先通过寻呼该UE使其进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，再执行下一步；

UE的工作方式有五种：空闲模式、CELL_FACH、CELL_DCH、CELL_PCH和URA_PCH。

当UE已经开机并驻留在1个合适小区中时，CN可以发起针对该UE的定位业务。虽然CN可以在不同程度上知道UE的位置，但为了完成定位业务，CN需要准确地知道该UE驻留的RNC和小区，同时网络例需要和UE交互信息。因此，只有处于CELL_FACH和CELL_DCH状态下的UE才可以满足该要求，而处于其它状态下的UE首先必须通过状态迁移，从空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态迁移到CELL_FACH或CELL_DCH状态。下面是UE在不同状态下CN的处理过程：

1)UE处于空闲模式(如图4所示)

当UE处于空闲模式，UE没有SRNC，CN不知道UE驻留在哪个RNC管辖的小区内，CN要求其控制的所有RNC发起对该UE的寻呼(RNC1，RNC2...RNCn)，每个RNC(在每个小区：cell1，cell2，...，celln)都发起对该UE的寻呼请求消息，驻留在某个RNC管辖的小区中的UE响应寻呼(本图是RNC1的cell2)，此时该UE进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，该RNC成为该UE的SRNC(服务RNC)，该SRNC知道并向CN报告该UE驻留在该RNC(RNC1)的某个小区(cell2)中。

2)UE处于URA_PCH状态(如图5所示)

当UE处于URA_PCH状态，CN知道该UE处于URA范围内(UTRAN注册区域，几个RNC构成1个URA，上图中RNC1和RNC2构成1个URA)，CN要求这几个RNC(RNC1和RNC2)都发起对该UE的寻呼，这几个RNC都发起对该UE的寻呼请求消息(寻呼原因是要求定位)，驻留在某个RNC管辖的小区中的UE响应寻呼(本图是RNC1的cell2)，此时该UE进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，该RNC成为该UE的SRNC(RNC1)，该SRNC知道并向CN报告该UE驻留在该RNC的某个小区(cell2)中。

3)UE处于CELL_PCH状态(可参照图4)

当UE处于CELL_PCH状态，CN知道该UE处于某个RNC(如图4中为RNC1)中，但不知道在该RNC管辖的哪个小区中(不知道是cell1，cell2，...celln中的哪一个)，CN要求该RNC(RNC1)在其管辖的所有小区内发起对该UE的寻呼，驻留在该RNC管辖的某个小区(图4中为cell2)中的UE响应寻呼，此时该UE进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，该RNC即为SRNC，知道并向CN报告该UE驻留在该SRNC的某个小区中(cell2)。

4)当UE处于CELL_FACH或CELL_DCH状态(可参照图4)

CN知道UE处于某个RNC管辖的某个小区中(如图4中的RNC1的cell2)，CN和UE已经建立了信息交互，不需要发起寻呼。

步骤二，CN向SRNC发起针对该UE的“定位请求消息”，该消息中包括对该UE定位的精度要求；

步骤三，SRNC通过服务小区向该UE发送测量控制消息或者系统广播消息，消息中包括当前服务小区和至少2个相邻小区的信息，并要求UE测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差；

应说明的是，如果SRNC和UE之间可以执行多种方法的定位测量，则SRNC可以选择采用某种定位测量和计算方法，例如，采用基于小区标识的定位方法，只要能满足CN指明的精度要求且UE具有相应的能力即可。当然，CN也可以直接指定定位测量和计算的方法，或者CN也可以不指定一个定位精度，由RNC根据默认的要求来处理。

步骤四，UE测量至少2个相邻小区与服务小区的下行信号的时间差；

这里的下行信号是指：P-CCPCH(主公共控制信道)和DwPCH(下行导频信道)的信号；UE对至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差(Δt)的测量就是测量至少2个相邻小区与服务小区的“SFN-SFN观察时间差异”。

步骤五，UE通过服务小区向SRNC上报测量报告，报告测得的所述时间差；

步骤六：SRNC中的定位模块得到至少2个相邻小区与服务小区的下行信号时间差后，找到所述服务小区和相邻小区的地理位置信息，采用AFLT方法计算得到该UE的位置信息；

采用AFLT技术的定位算法如下：

已知：服务小区的坐标(x₀，y₀)，第一个相邻小区的坐标(x₁，y₁)，第二个相邻小区的坐标(x₂，y₂)，....，第N个相邻小区的坐标(x_n，y_n)；

测量得到：第一个相邻小区的时间差ΔT₁，第二个相邻小区的时间差Δt₂，.....，第N个相邻小区的时间差Δt_n，C为光速；

求解：UE的坐标(x，y)

设：UE和服务小区的距离为S0，UE和第一个相邻小区的距离为S1，UE和第二个相邻小区的距离为S2，......，UE和第N个相邻小区的距离为Sn。则有：

$S0=\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}$

$S1=\sqrt{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2}$

$S2=\sqrt{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2}$

………

$\mathrm{Sn}=\sqrt{{(x-x_n)}^2+{(y-y_n)}^2}$

C×Δt₁＝S1-S0，C×Δt₂＝S2-S0，.....C×Δt_n＝Sn-S0；

即：

$C\×\mathrm{\Δt}1=\sqrt{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2}-\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}$

$C\×\mathrm{\Δt}2=\sqrt{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2}-\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}$

…………

$C\×\mathrm{\Δtn}=\sqrt{{(x-x_n)}^2+{(y-y_n)}^2}-\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}$

其中：(x₀，y₀)，(x₁，y₁)，....(x_n，y_n)是已知的各个小区的位置信息；C为光速。

可见，当UE测量得到2个相邻小区下行信号的Δt后，就可以得到2个方程，从而可以联立求解得到UE的位置(x，y)。

另外，当UE测量得到2个以上的相邻小区和服务小区下行信号的Δt时，可以得到多于2个的方程，从多个方程中取出2个方程构成多个独立的方程组，求解多个方程组可以得到UE的多个位置解(x，y)，再求多个位置解的平均，或加权平均，可以得到更加精确的UE(x，y)。本质上说，方程越多，得到UE的位置解越多，最后求得的解就越精确。

步骤七：RNC向CN发送“定位响应消息”，消息中包括得到的该UE的位置信息。

该实施例中，也可以将进行AFLT计算的定位模块设置在CN中。设置在CN中时，RNC需要将UE上报的时间差再上报给CN，由CN进行AFLT计算得到UE的位置信息。

第二实施例

图3示出了本实施例基于UE(UE-based)的定位流程，即由UE完成定位计算，该流程包括以下步骤：

步骤一，CN需要对某个UE的定位时，根据该UE的工作状态，如果是CELL_FACH或CELL_DCH状态，直接执行下一步，如果是其它状态，先通过寻呼该UE使其进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，再执行下一步；该步骤与第一实施例相同。

步骤二，CN向SRNC发起针对该UE的“定位请求消息”，消息中包括对该UE定位的精度要求；该步骤与第一实施例相同。

步骤三，SRNC通过服务小区向该UE发送测量控制消息或者系统广播消息，消息中包括当前服务小区和至少2个相邻小区的信息及其位置参数(如：x，y坐标)，要求UE测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差并计算出定位结果；

该步骤中，SRNC也可以进行定位测量方法的选择。

步骤四：UE测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差，并结合这些小区的位置参数，进行AFLT计算得到UE自己的位置信息；

步骤五：UE通过服务小区向SRNC上报测量报告，报告该UE算出的自己的位置信息；

步骤六：SRNC收到该UE的位置信息后，通过发送“定位响应消息”上报给CN。

Claims (10)

1、一种应用于时分同步码分多址系统中的定位方法，包括以下步骤：

(a)移动终端驻留在其服务小区中，并且可以接收到至少2个相邻小区的下行信号；

(b)需要对所述移动终端进行定位测量时，网络侧向所述移动终端发送消息，要求其测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差；

(c)所述移动终端进行测量，得到至少2个相邻小区与服务小区的下行信号时间差；

(d)所述移动终端或网络侧根据测得的所述时间差，结合所述相邻小区和服务小区的地理位置，计算得出所述移动终端的位置信息。

2、如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步分为以下步骤：

(b1)核心网需要对某个移动终端定位时，根据该移动终端的工作状态，如果是CELL_FACH或CELL_DCH状态，直接执行下一步，如果是其它状态，先寻呼该移动终端使其进入CELL_FACH或CELL_DCH状态，再执行下一步；

(b2)核心网向该移动终端的服务无线网络控制器发起针对该UE的“定位请求消息”；

(b3)所述服务无线网络控制器向该移动终端发送测量控制消息或者系统广播消息，并要求该移动终端测量至少2个相邻小区与服务小区下行信号的时间差。

3、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述测量控制消息或者系统广播消息中还包括所述移动终端的当前服务小区和至少2个相邻小区的频率和小区参数信息。

4、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述核心网发送的“定位请求消息”中还指明了要求对所述移动终端定位的精度，所述服务无线网络控制器根据该精度要求和所述移动终端的能力，选择采用的定位测量和计算方法。

5、如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(d)中，移动终端或网络侧是采用高级链路前向三角定位方法计算得到所述位置信息。

6、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(b3)中，服务无线网络控制器向所述移动终端发送的消息中还包括至少2个相邻小区和服务小区的位置信息，所述步骤(d)中，是由所述移动终端算出自己的位置信息，并上报给所述服务无线网络控制器，再由该服务无线网络控制器将该位置信息上报给所述核心网。

7、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(d)中，是由所述移动终端将测得的所述时间差上报给所述服务无线网络控制器，由该服务无线网络控制器计算出所述移动终端的位置信息后，再上报到所述的核心网。

8、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(d)中，是由所述移动终端将测得的所述时间差上报给所述服务无线网络控制器，该服务无线网络控制器再将所述时间差上报给所述核心网，由核心网计算出所述移动终端的位置信息。

9、如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述的下行信号是指主公共控制信道和下行导频信道的信号。

10、如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(d)中，当所述移动终端测量得到2个以上相邻小区与服务小区的下行信号时间差时，计算得到所述移动终端的多个位置解，并对这多个位置解求平均或者加权平均，得到的结果再作为所述移动终端的位置信息。

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