CN101065987A - 通过异步移动网基站的修正时间标记信号定位移动终端的设备 - Google Patents

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CN101065987A CNA2005800409031A CN200580040903A CN101065987A CN 101065987 A CN101065987 A CN 101065987A CN A2005800409031 A CNA2005800409031 A CN A2005800409031A CN 200580040903 A CN200580040903 A CN 200580040903A CN 101065987 A CN101065987 A CN 101065987A
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Abstract

本发明的设备对位于由基站(BTS1，BTS2，BTS3)控制的异步移动通信网络(R)小区(C1，C2，C3)中的一个或几个移动终端(UE1，UE2，UE3)进行定位，所述网络包括存储基站时钟关于基准时钟(例如无线导航卫星系统CS的时钟)的时间偏移的辅助服务器(SA)。定位设备(D)包括处理装置(MT)，用于在移动终端(UE1)请求定位的情况下，收集可分析信号，该信号接收自至少两个基站(BTS1，BTS2，BTS3)并且具有代表关于基站时钟的所选时间间隔的时间标记和代表基站(BTS1，BTS2，BTS3)时间偏移的数据；以及用于基于可分析信号和所收集数据、通过三角测量确定移动终端(UE1)的位置。

Description

通过异步移动网基站的修正时间标记信号定位移动终端的设备
技术领域
本发明涉及异步移动通信网络，并且更确切地，涉及在这种网络中定位不具有无线导航卫星接收器(RNSS或GNSS型的)的移动终端。
背景技术
这里，“移动终端”是指能够与控制异步移动通信网络小区中的呼叫的(无线)基站交换无线信号的任何移动无线通信设备，所述异步移动通信网络例如是GSM、GPRS/EDGE或UMTS网络。这因而涉及配备有用于建立电话无线连接的无线通信装置的移动电话(或用户设备)、膝上电脑或个人数字助理(PDA)。
在特定情况下，特别是紧急事件，以一定的准确度定位移动终端的位置是特别有用的。在例如美国的一些国家中，这种定位甚至可以是在使用移动电话呼叫紧急号码(911)时必须自动触发的功能。
如果移动终端配备有(RNSS(无线导航卫星系统)或GNSS(全球导航卫星系统)型的)无线导航卫星接收器，则该移动终端的准确定位是相对容易的操作。
然而，在不存在任何这种卫星无线导航接收器的情况下，移动终端的准确定位并非这么容易。已为此而提出至少两种定位技术。
第一种技术是EOTD(增强型观测时间差)。它在于使移动终端向其周围的基站发送主信号，以及然后在接收该主信号的每个基站中添加代表所述主信号的接收时间的时间标记，以及使每个基站向位置服务器发送包含所述主信号和时间标记的待分析信号。当接收到来自至少两个基站并且从同一主信号导出的待分析信号时，所述位置服务器然后能够通过三角测量来确定发送所述主信号的移动终端的位置。
第二种技术是TOA(到达时间)。它在于使移动终端周围的基站同时发送包括代表其发送时间的时间标记的待分析信号，以及在所述移动终端接收到来自至少两个基站并且包括代表同一发送时间的时间标记的待分析信号时，基于所述发送时间和接收待分析信号的时间、通过三角测量来确定发送该主信号的移动终端的位置。
这两种技术是基于代表相对于相关基站内部时钟的信号的接收或发送时间的时间标记的。目前，如本领域技术人员所认识到的，异步移动网络的基站内部时钟并非良好同步。实际上，它们具有相对于彼此的或大或小的偏移。
在信号的时间标记通过未良好同步的基站实现的情况下，移动终端位置的准确度与由某些规范(本地或国际法规)所强制准确度相比是不足够的。
为解决所述问题，异步移动网络的运营商可以例如为每个基站配备无线导航接收器用于将其同步到RNSS或GNSS系统的基准时钟。其可以还使用定位移动单元(LMU，location mobile unit)来使基站相互同步。然而，这些同步解决方案是非常昂贵的。
发明内容
没有任何已知解决方案完全令人满意，本发明的目的因而是改进所述情形。
为此，它提出了一种专用于对位于由基站控制的异步移动通信网络小区中的一个或多个移动终端进行定位的设备，所述网络包括用于存储基站时钟相对于(例如无线导航卫星系统的)基准时钟的时间偏移的辅助服务器。
该定位设备的特征在于，它包括处理装置，该处理装置适于在移动终端请求定位的情况下，一方面收集来自至少两个基站并且包括代表相对于其基站时钟的所选时间的时间标记的待分析信号，另一方面收集代表所述基站的时间偏移的数据；以及适于基于所述待分析信号和所收集的数据、通过三角测量来确定所述移动终端的位置。
根据本发明的设备可以具有其它特征，并且特别地分离或组合地具有下列特征：
-所述时间标记可以代表基站接收由请求的移动终端发送的主信号的时间。可选地，所述时间标记可以代表相对于所述基站的内部基准时间的、由所述请求的移动终端发送的主信号的发送时间(例如根据相对于之前接收自相关基站的帧的标记，其规则组帧(framing)标记了其自己的内部基准时间)。在任一情况下，来自基站的每个待分析信号包括所述主信号和通过基站或移动终端所实现的时间标记；
Figure A20058004090300061
所述处理装置因而可以负责根据该基站时钟的时间偏移来修改从该基站接收的每个待分析信号的时间标记，以及然后基于从同一主信号导出的待分析信号的所修改时间标记、以EOTD技术的方式通过三角测量来确定所述移动终端的位置；
-可选地，所述时间标记可以代表所述基站发送待分析信号的时间，或者代表相对于所述基站内部基准时间的、所述移动终端接收由该基站发送的待分析信号的时间；
Figure A20058004090300062
所述处理装置因而可以负责根据该基站时钟的时间偏移修改从该基站接收的每个待分析信号的时间标记，以及然后基于来自所述基站的待分析信号的所修改时间标记和接收所述待分析信号的时间、以TOA技术的方式通过三角测量来确定所述移动终端的位置。
本发明还提出一种用于异步移动通信网络的移动终端，所述异步移动通信网络包括由基站控制的小区和配备有上述类型的定位设备的、用于存储基站时钟相对于(例如无线导航卫星系统的)基准时钟的时间偏移的辅助服务器。
本发明还提出一种用于移动通信网络的定位服务器，所述移动通信网络包括由基站控制的小区和配备有上述类型的定位设备的、用于存储基站时钟相对于(例如无线导航卫星系统的)基准时钟的时间偏移的辅助服务器。这种定位服务器可以例如构成服务移动定位中心(SMLC，ServingMobile Location Center)。
本发明特别地(尽管不只)适于GSM、GPRS/EDGE或UMTS类型的蜂窝无线网络。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并检查附图，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中：
-图1概略地示出了异步移动网络的第一实例，该异步移动网络耦合到GNSS系统并且包括配备有根据本发明定位设备的第一实施例的定位服务器；以及
-图2概略地示出了异步移动网络的第二实例，该异步移动网络耦合到GNSS系统并且包括配备有根据本发明定位设备的第二实施例的移动终端。
附图构成本发明说明书的一部分，并且如果必要，有助于本发明的定义。
具体实施方式
本发明的目的是以高准确度实现异步移动通信网络的移动终端定位。
此后，作为非限制性例子认为异步移动网络是GSM网络。然而，本发明不限于该类型的网络。实际上，它涉及所有异步移动网络并且特别是GPRS/EDGE和UMTS网络。
此外，此后作为非限制性例子认为移动终端是移动电话。然而，本发明不限于该类型的移动终端。实际上，它涉及能够与控制异步移动网络小区中的呼叫的基站交换无线信号的所有无线通信设备，并且特别是配备有能够建立无线电话连接的无线通信装置的膝上型电脑和个人数字助理(PDA)。
图1首先描述了耦合到GNSS(或RNSS)型无线导航系统的(GSM型)第一异步移动网络RM，所述无线导航系统例如是GPS(全球定位系统)、GLONASS或GALILEO系统。
宽泛地说，但对于理解本发明仍然足够详细，GSM网络RM可以被概括为耦合到称为BSS的无线接入网络的核心网络，这二者都连接到网络管理系统(NMS)。
无线接入网络(BSS)包括相互连接的称为基站收发信机(BTS)的一组基站和称为基站控制器(BSC)的无线网络控制器或节点，以及无线接入网络管理器。
每个基站BTSi(这里i从1到3，但可以取大于或等于3的任意值)关联于至少一个小区Ci，该小区覆盖了移动电话UEi和UER可在其中建立(或继续)无线连接的无线覆盖区。
在所示的例子中，显示了三个小区(C1-C3，i＝1到3)，每个由三个基站BTSi中的一个控制。
每个基站BTSi包括内部时钟。
核心网络包括连接到无线网络控制器(BSC)并连接到核心网络管理器的一组网络设备。
在所示的例子中，远离其基站BTSi的无线接入网络(BSS)和核心网络(CN)被集中到一起，并且用标记为RM的不规则形状表示。
在该第一实施例中，GSM网络RM包括负责确定移动电话UEj(这里j从1到3，但可以取任意非零值)的位置的至少一个定位设备D。
如这里所示，定位设备D可以构成定位服务器SL的一部分，该定位服务器SL可以例如构成服务移动定位中心(SMLC)。这种定位服务器SL可以被安装在提供定位功能的基站控制器(BSC)中。然而，定位设备D可以是例如在其无线接入网(BSS)的级别连接到GSM网络的设备。其同样可以构成称为网关移动定位中心(GMLC，Gateway MobileLocation Center)的GSM网络的网关(或入口)的一部分，或连接到该GMLC。
根据本发明，定位设备D包括处理模块MT，该处理模块负责当移动电话Uej进行定位请求时，一方面收集来自至少两个基站BTSi并包括代表相对于其基站BTSi时钟的所选时间的时间标记的待分析信号，另一方面收集代表那些基站BTSi相对于GSM网络基准时间的时间偏移的数据；以及负责基于所述待分析信号和其已收集的数据、通过三角测量来确定该请求的移动终端的位置。
在该第一实施例中，当移动电话UEj(例如在给定时间位于小区C1中的UE1)请求设备D确定它的位置时，它向它周围的基站BTSi发送主信号。
当基站BTSi接收到该主信号时，它向该主信号添加代表相对于它的内部时钟的接收时间的时间标记。
可选地，所述时间标记可以由移动电话UE在发送主信号时实现。该时间标记然后相对于由基站BTSi内部时钟定义的内部基准时间而被实现。实际上，被基站BTSi发送给移动电话UE的帧包括标记其内部基准时间的规则组帧。移动终端UE因而可以按照给定基站BTSi的内部时钟、根据其已从该基站BTSi接收的信号的组帧来时间标记事件。
可以设想用于添加时间标记的任何技术。基站BTSi然后向定位设备D发送包括所述主信号和时间标记的待分析信号。
当处理模块MT具有来自两个(或三个或甚至四个)基站BTSi并且从同一主信号导出的至少两个并且优选地三个或甚至四个待分析信号时，它能够进行对请求的移动电话UE1的位置的确定。然而，它必须收集代表发送待分析信号的基站BTSi相对于GSM网络基准时间的时间偏移的数据。
该数据可以例如从包括数据库BD的辅助服务器SA来被收集，在所述数据库中存储了GSM网络RM的基站BTSi的最新获知的时间偏移。
本申请人已在专利文件FR 0314699中提出了一种用于获取异步移动网络基站的时间偏移的系统和方法。在此引入该专利文件所描述的内容作为参考，以便提供用于获取基站BTSi时间偏移的手段的详细实例。这种系统因而在此不进行详细描述。
足以说明该系统是基于对下列项的使用：
-例如GPS型的GNSS型无线导航系统，其包括具有定义基准时间的高准确度公共时钟的定位卫星SN的星座CS，所述基准时间一般称为“系统时间”，每个卫星SN负责发送用于定位的卫星数据；
-例如移动电话的移动终端UER，其配备有例如GPS型的无线导航接收器RC，该无线导航接收器负责根据接收自星座CS的至少三个卫星的卫星数据来至少确定卫星/终端伪距离；以及
-辅助服务器SA，其有时称为辅助GPS(A-GPS)服务器，负责改进移动终端UER对卫星数据的获取。
在该系统中，当移动终端UER接收卫星数据时，它计算终端/卫星伪距离、用计算该伪距离时的一天中的时间来封装该伪距离，并且将这个组合以无线信号的形式经由控制该移动终端所在小区的基站BTSi发送给辅助服务器SA。基站BTSi可以在移动终端UER经过时向接收自该移动终端的无线信号中插入其在一天中的接收时间。可选地，并且如上文指出的，移动电话UE也可以插入相对于基站BTSi内部基准时间的时间标记。辅助服务器SA然后确定移动电话UER的时钟与星座CS的卫星的公共时钟之间的第一时间偏移(或时钟偏差)。它然后通过建立一天中发送时间与一天中接收时间之间的差，来估计移动电话UER的时钟与基站BTSi的内部时钟之间的第二时间偏移(或时钟偏差)。最后，它通过建立所述第一和第二时间偏移之间的差，来确定星座CS的卫星SN的公共时钟与基站BTSi的内部时钟之间的时间偏移(或时钟偏差)。基站BTSi相对于星座CS的时间基准(或系统时间)的时间偏移然后被存储在数据库BD中，这更新了GSM网络的基站BTSi的内部时钟。
通过询问辅助服务器SA，根据本发明的定位设备D可以收集代表已向其发送待分析信号的基站BTSi的时间偏移的数据。在接收到该数据时，其处理模块MT根据发送它的基站的内部时钟时间偏移来修改每个待分析信号的时间标记。
更确切地说，处理模块MT根据基站BTSi的内部时钟相对于基准时间(或系统时间)是慢还是快，来向该基站接收主信号(时间标记)的时间添加或从其中减去基站BTSi内部时钟的时间偏移。
处理模块MT然后基于从移动电话UE1所发送的主信号导出的各个待分析信号的所修改时间标记，以EOTD技术的方式通过三角测量来确定移动电话UE1的位置。
所确定的位置然后由设备D经由控制移动电话UE1所在小区C1的基站BTS1发送到至少一个请求的移动电话UE1。
现在参考图2，图2描述了耦合到例如GPS系统的GNSS(或RNSS)型无线导航系统的(GSM型)第二异步移动网络RM。所述第二网络基本上等同于上文参考图1描述的网络。不同之处在于这一事实：移动电话UEj的位置不再由耦合到无线接入网络(BSS)的定位设备D所确定，而是由安装在移动电话UEj中的定位设备D’所确定。
在该第二实施例中，当移动电话UEj(例如在给定时间位于小区C1中的UE1)要求其设备D’确定其位置时，其向GSM网络RM告警。后者指示在请求的移动电话UE1“周围”(或邻近该移动电话)的基站BTSi同时向其发送包括时间标记的待分析信号，其中所述时间标记代表相对于基站内部时钟的发送时间。
可选地，所述时间标记可以由移动电话UE1在其接收到来自基站BTSi的待分析信号时添加。在此情况下，通过移动电话UE1实现的时间标记代表该移动电话接收到由基站BTSj发送的待分析信号时相对于基站BTSi内部基准时间的时间。如上文所指出的，由基站BTSi发送到移动电话UE的帧包括标记其内部基准时间的规则组帧。移动电话UE可以因此按照给定基站BTSi的内部时钟、根据其已从该基站BTSi接收的信号的组帧来时间标记事件(这里是待分析信号的接收)。
可以设想用于添加时间标记的任何技术。
当请求的移动终端UE1接收到由相邻基站BTSi发送的待分析信号时，该移动终端将它们传送给其定位设备D’。后者然后将它们传送给标记它们各自的接收时间的处理模块MT’，并且如果其具有来自两个(或三个或甚至四个)基站BTSi的至少两个并且优选地三个或甚至四个待分析信号，则因而能够确定请求的移动电话UE1的位置。然而，其必须收集代表发送待分析信号的基站BTSi相对于GSM网络基准时间的时间偏移的数据。
如在第一实施例中那样，代表基站BTSi时间偏移的数据可以从辅助服务器SA被收集。
在此情况下，根据本发明的定位设备D’经由控制其移动电话UE1所在小区C1的基站BTS1、请求辅助服务器SA提取代表将待分析信号发送给它的基站BTSi的时间偏移的数据，以便再次经由基站BTS1将该数据发送给它。
当接收到该数据时，移动电话UE1将其传送给定位设备D’，该定位设备D’将其传送给处理模块MT’。后者根据发送其的基站BTSi的内部时钟时间偏移来修改每个待分析信号的时间标记。
更确切地说，处理模块MT根据基站BTSi内部时钟相对于基准时间(或系统时间)是慢还是快，向该基站发送待分析信号时的时间(时间标记)添加或从其中减去基站BTSi的内部时钟时间偏移。它然后确定每个所修改发送时间(或所修改时间标记)与相应的待分析信号的接收时间之间的差值。
处理模块MT’然后基于其所确定的差值，以TOA技术的方式通过三角测量来确定移动电话UE1的位置。
所确定的位置然后被传送给移动电话UE1的应用，该应用可以经由控制该移动电话所在小区C1的基站BTS1而将其传送给GSM网络RM。
根据本发明的定位设备D或D’以及特别是其处理模块MT或MT’，可以以电子电路、软件(或电子数据处理)模块或电路和软件的组合的形式来制造。
本发明不限于上文仅作为例子描述的定位设备、移动终端和定位服务器实施例，而是包含本领域技术人员可以设想的、在随后的权利要求范围内的所有变型。

Claims (11)

1.一种用于定位移动终端(UEj)的设备(D；D’)，所述移动终端(UEj)位于由基站(BTSi)控制的异步移动通信网络(RM)的小区(Ci)之一中，所述网络(RM)包括用于存储所述基站的时钟相对于基准时钟的时间偏移的辅助服务器(SA)，其特征在于，所述设备包括处理装置(MT；MT’)，该处理装置适于在移动终端(UE1)请求定位的情况下，一方面收集来自至少两个基站(BTSi)并且包括代表相对于其基站(BTSi)时钟的所选时间的时间标记的待分析信号，另一方面收集代表所述基站(BTSi)的时间偏移的数据；以及适于基于所述待分析信号和所述收集的数据、通过三角测量来确定所述移动终端(UE1)的位置。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述时间标记代表基站(BTSi)接收由所述请求的移动终端(UE1)发送的主信号的时间，以及，来自基站(BTSi)的每个待分析信号包括所述主信号和通过所述基站(BTSi)所实现的所述时间标记。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述时间标记代表相对于所述基站(BTSi)的内部基准时间的、由所述请求的移动终端(UE1)发送的主信号的发送时间，以及，来自基站(BTSi)的每个待分析信号包括所述主信号和通过所述移动终端(UE1)所实现的所述时间标记。
4.根据权利要求2或3的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)适于根据所述基站(BTSi)的时钟的时间偏移来修改接收自该基站(BTSi)的每个待分析信号的时间标记，以及然后基于从同一主信号导出的待分析信号的所修改时间标记、通过三角测量来确定所述移动终端(UE1)的位置。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述时间标记代表基站(BTSi)发送所述待分析信号的时间。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述时间标记代表相对于所述基站(BTSi)内部基准时间的、由所述移动终端(UE1)接收该基站(BTSi)所发送的所述待分析信号的时间。
7.根据权利要求5或6的设备，其特征在于，所述处理装置(MT’)适于根据所述基站(BTSi)时钟的时间偏移来修改接收自该基站(BTSi)的每个待分析信号的时间标记，以及然后基于来自所述基站(BTSi)的所述待分析信号的所修改时间标记和所述待分析信号的接收时间、通过三角测量来确定所述移动终端(UE1)的位置。
8.一种用于异步移动通信网络(RM)的移动终端(UEi)，所述异步移动通信网络(RM)包括由基站(BTSi)控制的小区(Ci)和用于存储所述基站(BTSi)的时钟相对于基准时钟的时间偏移的辅助服务器(SA)，其特征在于，该移动终端包括根据权利1和5到7中任一个的定位设备(D’)。
9.一种用于移动通信网络(RM)的定位服务器(SL)，所述移动通信网络(RM)包括由基站(BTSi)控制的小区(Ci)和用于存储所述基站(BTSi)的时钟相对于基准时钟的时间偏移的辅助服务器(SA)，其特征在于，该定位服务器包括根据权利要求1到4中任一个的定位设备(D)。
10.根据权利要求9的服务器，其特征在于，它构成服务移动定位中心(SMLC)。
11.根据前述任一权利要求的定位设备(D；D’)、移动终端(UEi)和定位服务器(SL)在蜂窝无线网络中的使用，所述蜂窝无线网络是从一个组中选出的，所述组包括GSM、GPRS/EDGE和UMTS网络。
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