CN100559207C - 基于分布式天线的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于分布式天线系统(DAS)的定位方法，涉及无线通信技术领域。在无线通信网络中建立分布式天线系统，利用分布式天线基站定位与网络中心定位相结合的定位方法，在处理基站端设置定位功能模块，分布式天线接收、转发移动终端信号，定位功能模块计算移动台和天线间的波达时间TOA和波达角AOA，判断转发天线类型以及移动终端所处区域，调用相应算法模块，采用不同定位方法实现对移动终端的准确定位。克服以前非分布式天线基站接收移动台信号较差，同时能接收移动台信号的基站较少的问题。本发明适用于对包括移动通信手机、车载终端、以及便携式电脑等终端的定位。

Description

基于分布式天线的定位方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及无线通信系统/网络中移动终端的定位方法。

背景技术

无线定位技术是一项有着广泛应用前景的技术，各种基于移动终端位置的服务，如基于移动台位置的计费，智能交通，人员车辆导航，网络规划与优化设计，紧急报警服务等，都需要准确高效的定位方法。现今常用的无线定位方法主要是基于移动台定位方法(GPS，GLONASS，Galileo等)和基于移动通信网络定位方法(E-OTD，OTDOA-IPDL等)。

以GPS为代表的基于手持机的定位方法可以提供较高的定位精度，但这种基于卫星的定位方案有以下缺点：必须在手持终端加装芯片，使设备复杂化，增加了用户成本；需要移动台执行运算，移动台功耗较大；在室内和都市环境卫星信号遮挡严重，很难成功定位。

基于现有通信网络的定位系统利用现有的移动通信设备，无需在终端增加额外设备，只需要通过基站软件或硬件的升级，即可增加定位功能。3GPP也提出应用在第三代移通信系统中的多基站定位方法，见文献(3GPP TS 22.071，3GPP TS Group Services and System Aspects；Location Services(LCS)；ServicesDescription-stage 1.)。这种定位方法需要三个以上的基站能收到移动终端发射的信号。并准确估计波达时间(TOA：Time of Arrival/TDOA：Time Differenceof Arrival)和波达角(AOA：Angle of Arrival)。但由于无线通信信号传播环境多变，受多径，多址干扰以及NLOS传播环境的影响，距离移动台较远的基站可能无法接收移动台信号，得不到足够的基站参与定位，而无法成功定位。

分布式天线系统(DAS：Distributed Antenna System)是为了解决室内和复杂城市环境的信号覆盖和容量问题而提出的。分布式天线系统将多个小型天线广泛分布，通过光缆，同轴电缆等将天线和处理基站相连，由处理基站统一控制处理所有天线的信号收发。在DAS系统中，多个天线分布在一个区域的不同位置，以用户为中心的虚拟小区代替了传统的以基站为中心的蜂窝小区。系统根据每一个移动用户所在位置确定为其提供服务的天线集合。

发明内容

本发明提出了一种基于分布式天线的定位方法，利用分布式天线基站定位与网络中心定位结合，克服以前非分布式天线基站接收移动台信号较差，同时能接收移动台信号的基站较少(1-2个)的问题；分布式天线和终端间传播视距良好，通过基本的定位算法即可得到较高的定位精度。

本发明的技术方案是：在无线通信系统/网络中建立分布式天线系统，测量天线的地理位置，并将其位置参数保存在相应处理基站数据库中；在处理基站端设置定位功能模块；天线转发移动终端定位请求信号；基站端计算移动终端与转发天线间的波达时间TOA和波达角AOA，若天线端使用智能天线(SA：Smart Antenna)，由处理基站定位功能模块根据波达时间和波达角，采用单大线方式估计终端位置；若天线端使用全向天线，则处理基站根据该基站中接收到移动终端信号最强的三根天线所接收的终端信号，进行TOA、AOA估计，利用估计的TOA、AOA值，调用相应算法计算移动终端位置坐标。当单基站不能完成定位请求时，基站与网关移动定位中心相连，网关移动定位中心接收至少两个基站转发的移动终端定位请求信号及相应的波达时间，如果接收信息量满足定位要求，定位中心调用多天线组合定位算法计算移动终端当前位置

本发明利用分布式天线基站定位与网络中心定位(多基站配合定位)相结合，以及分布式天线的性能优势，克服以前非分布式天线基站接收移动台信号较差，同时能接收移动台信号的基站较少的问题；解决了传统定位距离较远，定位误差较大等缺陷。

附图说明

图1：表示了分布式天线定位方法流程图

图2：给出了分布式天线系统下定位的结构示意图

具体实施方式

在移动通信网络中建立分布式天线系统，测量天线的地理位置，并将其位置参数保存在处理基站数据库中；在处理基站端设置定位功能模块；处理基站通过光纤，同轴电缆等与该基站所属分布式天线相连，远距离控制多个天线与终端间信号的发射和接收；若天线端使用智能天线(SA：SmartAntenna)，则由天线接收移动台信号，将移动终端信号传送到处理基站计算波达时间(TOA)和波达角(AOA)，由处理基站端定位功能模块根据波达时间和波达角，采用单基站单天线定位方式估计终端位置。若天线端使用全向天线，则处理基站根据其中接收到移动台信号最强的三根天线所传递的终端信号，进行TOA、AOA估计，利用估计的TOA、AOA值，调用相应算法计算移动台位置坐标。

其中基站定位处理模块功能如下：根据天线接收的移动台信号，估计波达时间和波达角；判断本基站是否有足够TOA可以用于定位运算；根据天线位置和TOA或AOA，调用相关算法计算移动台位置。

移动终端具体定位流程如图1所示：

1.移动终端发送请求信号，向服务器请求终端位置；

2.分布式天线接收移动台信号，通过光缆，中继器等将移动台信息传递给处理基站；

3.基站端定位功能模块判断转发移动台信号的天线是智能天线还是全向天线，确定移动终端处于单个基站覆盖范围内还是在两个甚至多个基站共同负责的区域内，基站端定位功能模块根据信号特征计算移动台与天线间的波达角AOA和波达时间TOA；

4.当转发移动台信号的天线为智能天线时，根据波达时间和波达角，采用单基站单天线定位方式估计移动终端位置；

5.当检测到转发移动台信号的天线为全向天线时，采用多天线配合定位方式确定移动台位置坐标。

如图2所示，UE为用户终端设备(移动台)；BS1和BS2是两个分布式天线系统处理基站；假设每个处理基站设置四根天线(Antenna)；GMLC为网关移动定位中心；AreaA和Area B分别是基站BS1单独负责区域和基站BS1与BS2共同负责的区域，移动台处于不同区域时，采用不同的定位方式进行定位。

●单基站单天线定位

当用户终端(UE)处于单基站BS1负责区域Area A内，并在智能天线覆盖区域内时，移动台信号由智能天线转发，基站调用数据库中天线位置坐标参数，根据信号特征值，计算波达时间、波达角，定位功能模块调用公式1直接估算出移动台目前所处位置坐标(x，y)

$\left\{\begin{array}{c}x=X+\mathrm{c\τ}\cos \mathrm{\α}\\ y=Y+\mathrm{c\τ}\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.$ 公式1

其中α是波达角，(X，Y)是天线所处位置，(x，y)是估计的移动台位置。

●多天线配合定位

当转发移动台信号的天线端没有采用智能天线，而是采用全向天线时，采用多天线配合定位移动台位置坐标。

1.单基站多天线配合定位法

当移动台处于如图2所示区域Area A，当移动台发出定位请求，定位功能模块判断该基站所属天线中是否有足够的全向天线转发该移动台请求信号(多天线定位算法需要至少有3根天线向同一基站转发移动台信号)，处理基站接收大线转发的移动台信号，提取其中转发信号最强的三根天线转发的移动台信号，调用数据库中存储的相应天线的位置坐标参数，以及其转发的移动台信号特征值，计算相应的波达时间TOA、AOA，可采用多天线组合定位算法等常规算法计算移动台当前位置。

此时基站无需与网关移动定位中心(GMLC)建立联系。

2.多基站配合定位(网络中心定位)

当单基站信息量不足，无法完成定位时，处理基站必须将相关信息传递给定位中心，由网关移动定位中心进行信息汇总并判断是否有其他基站天线收到移动台信号，如果两个或多个基站有满足定位条件的足够天线数转发移动台信号时，由网关移动中心根据转发天线的位置坐标及相应的TOA计算移动台当前位置坐标。

如图2所示，当移动台处于分布式天线系统交界区域Area B时，移动台处于基站BS1和BS2交叉覆盖的区域，基站BS1只有两根天线可以接收到移动台信号，该基站定位功能模块判断转发移动台信号的天线数达不到单基站定位的要求，处理基站即根据移动台特征信息、转发信号的天线的位置坐标参数等信息计算转发移动台信号的相应天线与移动台间的TOA、AOA，并将定位请求、TOA、AOA和天线位置坐标等参数传递给网关移动定位中心GMLC，GMLC检测是否还有其他基站转发该移动台定位请求及其转发天线的位置坐标、相应的TOA、AOA等参数，GMLC判断接收信息量是否满足定位要求(至少有3根天线转发该移动台请求信号及有对应的TOA、AOA)，当满足要求时，由定位中心调用多天线组合定位算法计算移动台当前位置坐标，并将其定位结果通过其中一个基站反馈给用户移动终端。

多天线组合定位算法的计算可采用TOA的泰勒序列展开法，根据时间加权质心法(TWC)，根据AOA+TOA估计一个大概位置(x₀，y₀)，作为泰勒序列展开法的初始位置，在初始位置进行泰勒展开，忽略二阶以上分量进行递归运算，最终运算结果即是移动台的当前位置坐标。也可采用其他常规算法求解移动终端位置。

本发明提出的基于分布式天线的定位方法，分布式天线和终端间传播视距良好，无论单天线定位还是多天线组合定位都有良好的定位性能，随着分布式天线的推广，有较高的使用价值。

Claims (4)

1、一种基于分布式天线系统的定位方法，在无线通信网络中建立分布式天线系统，分布式天线接收、转发移动终端信号，其特征在于：定位功能模块计算移动终端与转发天线间的波达时间TOA和波达角AOA，判断转发天线类型以及移动终端所处区域，当转发天线为智能天线，采用单基站单天线定位方式估计终端位置；当转发天线为全向天线，如果移动终端位于单基站覆盖范围内，采用单基站多天线定位方法；如果移动终端位于多个基站交叉覆盖的区域，采用多基站多天线定位方法。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若天线端转发天线使用智能天线，由处理基站端定位功能模块根据波达时间和波达角，采用单基站单天线定位方式估计终端位置。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当转发天线为全向天线时，定位功能模块判断本基站是否有足够的全向天线转发移动终端定位请求信号，提取其中转发移动终端信号最强的三根天线转发的信号，进行TOA、AOA估计，采用单基站多天线定位方法确定移动终端位置。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：如果两个或多个基站有足够天线数转发移动终端信号，由网关移动中心根据转发天线的位置坐标及相应的TOA采用多基站多天线定位方法确定移动终端位置。

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