CN101047983A - 一种定位移动台的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位移动台的方法，该方法包括：A.网络侧获取各站址中不同基站天线的测量数据的可信度；B.根据获得的可信度，分别在各站址中选择可信度最高的基站天线的测量数据，并根据不同基站天线的测量数据分别获取各站址中移动台的到达角度；C.根据各站址中选择的测量数据、所选的测量数据对应的可信度及获得的到达角度，获取移动台的位置信息。本发明方法简单、有效，充分利用了各种测量数据，数据利用率高，减小了对移动台的定位误差；另外，本发明方法节省了CPU的处理能力，提高了系统的容量。

Description

一种定位移动台的方法

技术领域

本发明涉及定位技术，尤指一种在码分多址(CDMA)系统中，定位移动台(MS，Mobile Station)的方法。

背景技术

定位业务是无线蜂窝通信系统中一项重要的业务，在CDMA系统中，常用的移动台定位方式有辅助全球定位系统(A-GPS)定位、高级的前向链路三角定位(AFLT)、增强型前向链路三角定位(EFLT)、小区定位(Cell ID)等，这些定位方式实际上是指实现定位所需数据的测量手段，在得到测量数据及其它相关信息后，还必须采用合适的定位计算方法进行计算，才能得到移动台的位置信息如经纬度、高度、移动速度和方向等信息。定位计算可以在移动台中进行，也可以在网络侧的设备如基站控制器(BSC)或位置确定实体(PDE)中实现。

在AFLT或EFLT定位方式中，测量传播时间的同时，还可以通过测量得到导频信号强度。导频信号强度为Ec/Io，即移动台检测到的导频信号场强Ec与移动台接收到的总信号功率Io之比，通常以对数形式表示，在CDMA协议中，为了便于在消息中传递，将导频信号强度用正整数表示，具体表示由相关协议规定。

AFLT、EFLT定位技术属于到达时间(TOA，Time of Arrival)定位技术，TOA定位是通过测量无线电波在移动台和基站(BS，Base Station)之间的传播时间，以获取移动台与BS间的距离，再根据一组距离值及相应的基站位置来估计移动台的位置，实现对移动台的定位。基站对处于其覆盖范围内的移动台进行测量获得TOA，不同BS对同一移动台测量可获得一组TOA，根据TOA数量的不同，可以采用多种方法对MS进行定位，TOA数量越多，对移动台的定位精度越高。

得到一组TOA之后，可以利用多种算法计算移动台的位置。比如：

1)若一组TOA中包括三个以上的TOA，则常见的算法有：最小二乘法、泰勒级数法、陈氏算法即求双曲线交点的方法等，通常情况下，通过这些算法能得到唯一解；

2)若一组TOA中包括两个TOA，可以使用双圆相交法，解出两个可能的解，再根据基站覆盖范围或其它信息选择其中一个解作为定位移动台的结果；

3)若一组TOA中只有一个TOA，那么仅仅根据获得的TOA是得不到结果的。此时，如果移动台所在小区的天线是定向天线，则可以将该TOA确定的圆与天线朝向确定的射线的交点作为定位移动台的结果，即CELL_ID+TOA定位方法。其中，CELL_ID是小区定位。

由于TOA的测量存在比较大的误差，尤其是EFLT定位，上述根据TOA进行定位的方法得到的结果误差往往很大，多TOA定位算法有时还会无解，而双TOA定位还可能出现选错解的情况。

另外，TOA定位算法没有充分利用天线的朝向信息和导频信号强度等有用信息，数据利用率低，不能充分抑制各种误差因素的影响。

常用的多TOA定位算法通常比较复杂，需要消耗较多的处理器能力即CPU占用率很高，在网络侧进行位置计算时，对系统容量有不利影响。

除了上述TOA定位外，目前，还有根据到达角度(AOA，Angle of Arrival)确定移动台的位置的到达角度定位。其中，到达角度是指基站检测到的移动台信号的入射角。理论上，根据两个AOA可以唯一确定移动台的位置。AOA定位通常需要基站采用多副张角非常窄的天线，或者采用智能天线，形成很窄的波束，这样才能保证定位的准确度，而CDMA系统通常采用三扇区覆盖或全向覆盖，天线张角很大，因此，单独使用AOA定位移动台会大大降低定位的准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种定位移动台的方法，能够充分利用测量数据，简单、有效地定位移动台。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种定位移动台的方法，该方法包括以下步骤：

A.网络侧获取各站址中不同基站天线的测量数据的可信度；

B.根据获得的可信度，分别在各站址中选择可信度最高的基站天线的测量数据，根据不同基站天线的测量数据分别获取各站址中移动台的到达角度；

C.根据各站址中选择的测量数据、所选的测量数据对应的可信度及获得的到达角度，获取移动台的位置信息。

步骤A之前，该方法还包括：设置用于将可信度转换为便于理解和使用的数值的第一调整参数A和第二调整参数K、用于调节所述测量数据中到达时间TOA与导频信号强度对可信度的贡献的第一比重参数k1和第二比重参数k2；获取小区边缘导频信号强度；

步骤A中所述获取可信度的方法为：

可信度＝A-K×(TOA×光速/所述测量数据中基站天线最大覆盖距离)^k1×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度)^k2；

或者，可信度＝A-(k1×(TOA×光速/所述测量数据中基站天线最大覆盖距离)+k2×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度))。

所述获取小区边缘导频信号强度的方法为：

通过现场路测统计获取，或从网络规划配置在网络侧的数据中获取。

该方法还包括：设置一个可信度低阈值；步骤B中所述获取移动台的到达角度之前，该方法还包括：

分别判断各站址中所得到的可信度是否低于所述可信度低阈值，若是，则放弃该可信度对应的基站天线的测量数据；否则，确定该可信度对应的基站天线的测量数据为有效测量数据。

步骤B中所述获取移动台的到达角度的方法为：

若移动台在一个站址中，只存在一个基站天线具有有效测量数据，则将该基站天线的测量数据中的基站天线朝向作为该站址中基站信号到达移动台的到达角度；

或者，若移动台在一个站址中，存在多个基站天线具有有效测量数据，则所述移动台的到达角度为：分别计算该站址中各具有有效测量数据的基站天线的测量数据中天线朝向与该基站天线对应的可信度之积，将各具有有效测量数据的基站天线所得到的积值相加，得到第一和值；计算各具有有效测量数据的基站天线对应的可信度之和，得到第二和值；最后计算第一和值与第二和值之商，将所得商值作为移动台的到达角度。

步骤C中所述获取移动台的位置信息的方法为：

C1.根据选出的测量数据、获得的移动台的到达角度，分别确定各站址的定位结果；

C2.根据得到的各站址的定位结果，通过加权平均获取所述移动台的位置信息。

所述测量数据对应的基站天线是定向天线；步骤C1中所述确定各站址的定位结果的方法为：

以该基站天线的测量数据中的基站位置为原点，在所述到达角度方向射线上，距离该基站天线为到达时间与光速相乘得到的长度，高度为小区平均高度的点。

所述测量数据对应的基站天线是全向天线；步骤C1中所述确定各站址的定位结果的方法为：

采用该基站天线的测量数据中的经纬度和小区平均高度作为定位结果。

步骤C2中获取移动台的位置信息的方法为：

分别计算各站址的定位结果与该站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之积，将各站址所得到的积值相加，得到第一定位和值；计算各站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之和，得到第二定位和值；最后计算第一定位和值与第二定位和值之商，将所得商值作为移动台的位置信息。

由上述技术方案可见，本发明通过对各基站天线的测量数据的可信度计算，以站址为单位，选取可信度高的测量数据作为该站址的定位移动台的有效测量数据，并根据该有效测量数据获取移动台的到达角；最后通过对各站址的定位结果进行加权平均，获取移动台的位置信息。所述的测量数据包括基站及基站天线的固有特性决定并配置在网络侧的，比如基站的位置信息、基站天线的朝向等信息；以及通过测量得到的，比如TOA、基站导频信号的强度等信息。

本发明方法充分利用了AFLT、EFLT定位技术中可以利用的天线方向、导频信号强度等各种测量数据，数据利用率高，有利于减小定位误差。同时，本发明采取加权平均方法，降低了非可视路径(NLOS)、多径效应等因素而产生的误差的影响。测试表明，本发明提供的定位移动台的方法与单独利用TOA的定位方法相比，定位精度的统计结果更好。

本发明方法计算简单有效，节省了CPU的处理能力，提高了系统的容量。

附图说明

图1是本发明定位移动台的流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：网络侧获取各站址中不同基站天线的测量数据的可信度；根据获得的可信度，分别在各站址中选择可信度最高的基站天线的测量数据，并根据不同基站天线的测量数据分别获取各站址中移动台的到达角度；根据各站址中选择的测量数据、所选的测量数据对应的可信度及获得的到达角度，获取移动台的位置信息。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举较佳实施例，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明定位移动台的流程图，包括以下步骤：

步骤100：网络侧获取各站址中不同基站天线的测量数据的可信度。

同一基站，或距离很近如五十米以内的不同基站天线组成的一个区域范围称为同一站址。

不同基站天线的测量数据包括：移动台与基站天线之间的无线信号TOA、移动台收到并上报给网络侧的基站导频信号强度、基站的位置信息如经纬度和高度、基站天线的类型如定向或全向、基站天线的朝向、基站天线的最大覆盖距离/小区平均高度等。在基站天线的测量数据中，一些是基站及基站天线的固有特性决定并配置在网络侧的，比如基站的位置信息、基站天线的朝向等；一些是通过测量得到的，比如TOA、基站导频信号的强度等，本发明中，将这些数据统称为基站天线的测量数据，基站天线的测量数据的获取与本发明无关，可以通过现有各种测量方法获得，这里，假设网络侧已获得了本发明所需的基站天线的测量数据。

不同基站天线的信号到达移动台的传播距离、传播路径不同，因此，由NLOS效应、多径效应等因素而产生的误差也不同，所以对应于不同基站天线的测量数据的可信度也不同。获取不同基站天线的测量数据的可信度的方法为：

可信度＝A-K×(TOA×光速/基站天线最大覆盖距离)^k1×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度)^k2；

或者，

可信度＝A-(k1×(TOA×光速/基站天线最大覆盖距离)+k2×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度))。

上述两种获取可信度的方法中，第一调整参数A、第二调整参数K、第一比重参数k1、第二比重参数k2是常数。其中，调整参数A、K用于将可信度转换为便于理解和使用的数值，比如通过A、K的调整，使得计算得到的可信度的取值随着可信度的增加而增大，比如最高可为100或1.0；比重参数k1、k2用于调节TOA与导频信号强度对可信度的贡献，为0～1之间的数值，比如若测量得到的TOA比导频信号强度更可信，则设置k1大于k2，即TOA对可信度的影响占的比重大于导频信号强度。为了获得比重参数k1、k2，可以通过在实际环境中对已知位置的移动台进行多次的定位测量，采用不同的预先设定的比重参数k1、k2，采用本发明的方法进行定位计算，将计算结果与已知位置进行比较，直到统计误差满足预设误差要求时，认为比重参数比较合理，从而确定比重参数。

这里的导频信号强度按照CDMA协议中所用的方法，用正数表示，数值越大，表示信号强度越弱；数值越小，则信号越强。小区边缘导频信号强度是根据现场路测统计出的小区边缘的导频信号质量，也可以从网络规划时配置在网络侧的数据中获取。其中，现场路测统计是现有技术，运营商在建设移动通信网络时，预先规划小区边缘的信号质量。所谓路测，是指网络建好后，工作人员开着车在路上网络覆盖各处测量，检查各处的网络覆盖质量并记录。

本发明中，同一站址中的不同基站天线是指同一基站的不同基站天线，或距离很近如基站天线间相距五十米以内的不同基站天线。

步骤101：根据获得的可信度，分别在各站址中选择可信度最高的基站天线的测量数据，并根据不同基站的测量数据分别获取各站址中移动台的到达角度。

对于同一站址的不同基站天线，分别选出可信度最高的一个天线，将该天线对应的TOA、天线高度、天线位置等测量数据，作为该站址的定位测量数据用于定位，需要说明的是，该定位测量数据同时也属于用于计算AOA的有效测量数据；而对于该站址的其它基站天线，如果可信度非常低，比如设置一个可信度低阈值，放弃低于该可信度低阈值的可信度对应的基站天线的测量数据，将高于该可信度低阈值的可信度对应的基站天线的测量数据作为有效测量数据，用于计算该站址中移动台的AOA；

如果某个站址的所有基站天线的测量数据的可信度都非常低，比如均低于可信度低阈值，则可以将该站址的全部基站天线的测量数据都丢弃不用。

本步骤中，各站址获取移动台的到达角度的方法为：

若移动台在某个站址中，只有一个基站天线具有有效测量数据，那么，将该基站天线的朝向作为基站信号到达移动台的AOA。

若移动台在某个站址中，存在多个基站天线具有有效测量数据，则按照以下方法获取移动台的AOA：分别计算该站址中各具有有效测量数据的基站天线的测量数据中天线朝向与该基站天线对应的可信度之积，将各具有有效测量数据的基站天线所得到的积值相加，得到第一和值；计算各具有有效测量数据的基站天线对应的可信度之和，得到第二和值；最后计算第一和值与第二和值之商，所得商值为移动台的到达角度。公式如下：

其中，∑表示求和运算，N表示具有有效测量数据的基站天线的个数，第i个基站天线的可信度_i与其天线朝向_i对应。

步骤102：根据各站址中选出的可信度最高的基站天线对应的测量数据、所选的测量数据对应的可信度及获得的到达角度，获取移动台的位置信息。

根据前面得到的每个站址的定位测量数据中的TOA、计算得到的AOA，利用每个站址的定位测量数据分别为各站址计算出一个定位结果，计算的方法可以采用现有技术中的各种方法，比如：

1)如果该站址的基站天线是定向天线，则根据基站位置、TOA、AOA进行定位，定位结果为：沿着以基站位置为原点的AOA方向射线上的点，该点距离基站天线的距离为TOA与光速相乘得到的距离，高度为小区平均高度。

2)如果该站址的基站天线是全向天线，则可以采用该站址的经纬度和小区平均高度作为定位结果。

最后，根据得到的各站址的定位结果，通过加权平均后获得移动台的位置信息，加权平均中的权重就是各个参与计算的基站天线对应的可信度。具体方法为：分别计算各站址的定位结果与该站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之积，将各站址所得到的积值相加，得到第一定位和值；计算各站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之和，得到第二定位和值；最后计算第一定位和值与第二定位和值之商，所得商值为移动台的位置信息，计算公式如下：

其中，M表示参与计算的站址的个数，第j个站址中的基站天线的可信度_j与其定位结果_j对应。

移动台的位置信息可以是经度信息、纬度信息和高度信息等，计算公式分别如下：

需要说明的是，上述加权求和应对每个站址的定位结果进行。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种定位移动台的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.网络侧获取各站址中不同基站天线的测量数据的可信度；

B.根据获得的可信度，分别在各站址中选择可信度最高的基站天线的测量数据，根据不同基站天线的测量数据分别获取各站址中移动台的到达角度；

C.根据各站址中选择的测量数据、所选的测量数据对应的可信度及获得的到达角度，获取移动台的位置信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A之前，该方法还包括：设置用于将可信度转换为便于理解和使用的数值的第一调整参数A和第二调整参数K、用于调节所述测量数据中到达时间TOA与导频信号强度对可信度的贡献的第一比重参数k1和第二比重参数k2；获取小区边缘导频信号强度；

步骤A中所述获取可信度的方法为：

可信度＝A-K×(TOA×光速/所述测量数据中基站天线最大覆盖距离)^k1×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度)^k2；

或者，可信度＝A-(k1×(TOA×光速/所述测量数据中基站天线最大覆盖距离)+k2×(导频信号强度/小区边缘导频信号强度))。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取小区边缘导频信号强度的方法为：

通过现场路测统计获取，或从网络规划配置在网络侧的数据中获取。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：设置一个可信度低阈值；步骤B中所述获取移动台的到达角度之前，该方法还包括：

分别判断各站址中所得到的可信度是否低于所述可信度低阈值，若是，则放弃该可信度对应的基站天线的测量数据；否则，确定该可信度对应的基站天线的测量数据为有效测量数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B中所述获取移动台的到达角度的方法为：

若移动台在一个站址中，只存在一个基站天线具有有效测量数据，则将该基站天线的测量数据中的基站天线朝向作为该站址中基站信号到达移动台的到达角度；

或者，若移动台在一个站址中，存在多个基站天线具有有效测量数据，则所述移动台的到达角度为：分别计算该站址中各具有有效测量数据的基站天线的测量数据中天线朝向与该基站天线对应的可信度之积，将各具有有效测量数据的基站天线所得到的积值相加，得到第一和值；计算各具有有效测量数据的基站天线对应的可信度之和，得到第二和值；最后计算第一和值与第二和值之商，将所得商值作为移动台的到达角度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述获取移动台的位置信息的方法为：

C1.根据选出的测量数据、获得的移动台的到达角度，分别确定各站址的定位结果；

C2.根据得到的各站址的定位结果，通过加权平均获取所述移动台的位置信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测量数据对应的基站天线是定向天线；步骤C1中所述确定各站址的定位结果的方法为：

以该基站天线的测量数据中的基站位置为原点，在所述到达角度方向射线上，距离该基站天线为到达时间与光速相乘得到的长度，高度为小区平均高度的点。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测量数据对应的基站天线是全向天线；步骤C1中所述确定各站址的定位结果的方法为：

采用该基站天线的测量数据中的经纬度和小区平均高度作为定位结果。

9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，步骤C2中获取移动台的位置信息的方法为：

分别计算各站址的定位结果与该站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之积，将各站址所得到的积值相加，得到第一定位和值；计算各站址中所述测量数据对应的基站天线的可信度之和，得到第二定位和值；最后计算第一定位和值与第二定位和值之商，将所得商值作为移动台的位置信息。

Images