CN101242638B - 一种无线定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线定位方法与系统，克服无法区别直达路径与非直达路径的不足。其技术方案为：方法包括：核心网向服务无线网络控制器发送定位请求；服务无线网络控制器向手机发送基站间接收时延测量请求、手机接收-发射时间测量请求和直达路径检测请求；手机对是否为直达路径进行检测，并进行手机测量，向服务无线网络控制器上报基站间接收时延测量结果、手机接收-发射时间测量结果和直达路径检测结果；服务无线网络控制器向基站发送基站发射时延测量请求；基站测量；基站向服务无线网络控制器上报基站发射时延测量结果；进行服务无线网络控制器的位置计算过程，包括对直达路径和非直达路径处理，上报位置计算结果。本发明应用于移动通信领域。

Description

一种无线定位方法与系统

技术领域

本发明涉及一种无线定位方法与系统，尤其涉及一种利用基站信号到达时间进行定位的方法与系统。

背景技术

随着无线通讯技术的发展，特别是美国提出应急位置服务要求之后，无线定位服务越来越受到业界的关注。

按照是否需要手机参与，对于收集的定位技术主要分为两种类型：需要手机上报信息的手机定位技术以及不需要手机上报信息的手机定位技术。

前者，网络系统需要通过信令通知手机，而且需要手机主动上报有关测量信息才可以确定手机的具体位置。因此手机有办法了解其处于被定位状态。并且，手机也可以在用户需要阻止被定位的前提下，通过不上报有关测量信息和上报虚假测量信息的方法，使得自己的位置信息的隐私得到保护。

但对于后者，由于不需要手机的主动参与，手机无法确认其是否处于被定位的状态，这对于手机位置的保护造成了一定的困难。这类方法的一个典型就是基于小区号的定位方法。

另一方面，按照定位参考信号分类，对于收集的定位技术主要分为3种类型：基于手机小区号的定位、基于基站信号/手机信号的定位以及基于卫星导航系统的定位。其中，基于手机小区号的定位方法精度较差，基于卫星导航系统的定位方法需要额外的设备以及成本，基于基站信号/手机信号的定位方法基本不需要添加额外设备而且具有中等的定位精度。

现有的基于基站信号/手机信号的定位方法如图1所示，系统至少具有三个基站111～113和一部具有测量能力的手机12，这三个基站与手机12存在无线传播的信号131～133对应测量到的信号传播时间为t₁～t₃。由于无线电波的传播速度为恒定的光速c，所以，手机与对应基站的距离为d_i＝t_i×c(i＝1，2，...)。以对应基站为圆心、d_i为半径画圆141～143，则所有得到的圆的交点位置即为手机对应位置。手机上报其测量的基站信号的发射-接受时延给网络系统，则网络就可以根据这些值计算得到手机的所在位置。

在实际系统中，由于手机与基站之间存在建筑物等的阻挡，实际可以存在直达路径的可能性很小。图2是一种典型的情况，基站21与手机22之间由于存在建筑物23的遮挡，所以不存在理想的直达路径24。同时，由于另一个建筑物25对于基站信号的反射，基站21与手机22之间存在信号传输的路径26。由于几何中的“三角形两边之和大于第三边”的原理，所以按照此时的测量值得到的对应圆的半径会大于实际值，造成位置估计的不准确。

对于上述类似的情况，目前发展出了一些非直达路径的检测以及存在非直达路径的定位系统的处理方法。

第三代(3G，3rd Generation)移动通信系统是目前世界上大多数国家和地区都正在使用或者将会使用的移动通信系统。3GPP(3rd Generation PartnershipProject)作为3G的标准组织，完成了所有有关的标准工作。

有关无线定位方面，3GPP组织采纳了各方面的意见，在其标准中采用了全部三种定位模式：基于手机小区号的定位、基于基站信号/手机信号的定位以及基于卫星导航系统的定位。

对于基于基站信号/手机信号的定位，采用了收集测量上报的方法。由手机测量各个基站的信号到达时间，并且通过信令上报网络。而网络则完成计算手机位置的功能。

具体过程请参见图3，核心网(CN)向服务无线网络控制器(SRNC)发送定位请求。SRNC向手机(UE)发送基站间接收时延测量请求和手机接收-发射时间测量请求。手机在接收请求后对基站间接收时延和手机接收-发射时间进行测量，并将这两个测量值上报至SRNC。然后，SRNC向基站(Node B)发送基站发射时延测量请求，Node B进行测量过程，并向SRNC上报基站间发射时延测量结果。SRNC进行位置计算过程，将计算结果上报至核心网CN。在现有系统中没有测量信号是否为直达路径的信息上报，根据前面的分析，系统只能无差别地计算手机位置，这样获得的定位精度并不理想。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种无线定位方法与系统，克服了现有的系统位置测量和计算过程中无法区别直达路径与非直达路径的不足，得到更好的定位效果。

本发明的技术方案为：本发明提供了一种无线定位方法，对手机进行定位，该方法包括：

核心网向服务无线网络控制器发送定位请求；

该服务无线网络控制器向手机发送基站间接收时延测量请求；

该服务无线网络控制器向该手机发送手机接收-发射时间测量请求；

该服务无线网络控制器向该手机发送直达路径检测请求；

手机对是否为直达路径进行检测，并进行手机测量过程；

该手机向该服务无线网络控制器上报基站间接收时延测量结果；

该手机向该服务无线网络控制器上报手机接收-发射时间测量结果；

该手机向该服务无线网络控制器上报直达路径检测结果；

该服务无线网络控制器向基站发送基站发射时延测量请求；

进行基站测量过程；

该基站向该服务无线网络控制器上报基站发射时延测量结果；

进行服务无线网络控制器的位置计算过程，包括对直达路径和非直达路径进行处理；

该服务无线网络控制器上报位置计算结果。

上述的无线定位方法，其中，对是否为直达路径进行检测的过程进一步包括：

a)手机对一个基站的信号进行同步捕获，获得接收信号的多径信息；

b)计算时间上首先到达的路径的能量P1；

c)计算其他路径的能量的平均值P2；

d)如果P1>K×P2，则该路径为直达路径，否则为非直达路径，其中K为阀值。

上述的无线定位方法，其中，该服务无线网络控制器的位置计算过程进一步包括：

根据直达路径检测结果对不同测量的到达时延选择对应的参数进行滤波处理，以得到滤波后的测量时间；

对该滤波后的测量时间进行位置估计以得到位置计算结果。

基于上述的无线定位方法，本发明还提供了一种无线定位系统，对手机进行定位，该系统包括核心网、基站、服务无线网络控制器以及终端手机，其中，

该核心网进一步包括：

定位请求单元，向该服务无线网络控制器发送定位请求；

位置上报接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的位置计算结果；

该终端手机进一步包括：

手机接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的基站间接收时延请求、手机接收-发射时间测量请求和手机接收信号直达路径检测请求；

第一时延测量单元，测量基站间接收时延；

第二时延测量单元，测量手机接收-发射时间；

直达路径检测单元，检测路径是直达路径还是非直达路径；

手机上报单元，将基站间接收时延测量结果、手机接收-发射时间测量结果和直达路径检测结果上报至该服务无线网络控制器；

该基站进一步包括：

基站接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的基站间发射时延测量请求；

基站间发射时延测量单元，测量基站间发射时延；

基站上报单元，将基站间发射时延测量结果上报至该服务无线网络控制器；

该服务无线网络控制器进一步包括：

第一请求单元，向该终端手机发送基站间接收时延测量请求、手机接收-发射时间测量请求和手机接收信号直达路径检测请求；

第一接收单元，接收该终端手机发来的基站间接收时延测量结果、手机接收-发射时间测量结果和直达路径检测结果；

第二请求单元，向基站发送基站间发射时延测量请求；

第二接收单元，接收该基站发来的基站间发射时延测量结果；

位置计算单元，对直达路径与非直达路径进行处理；

无线网络控制器上报单元，将位置计算结果上报至该核心网。

上述的无线定位系统，其中，该直达路径检测单元进一步包括：

同步捕获模块，对基站信号进行同步捕获以获得接收信号的多径信息；

第一计算模块，计算时间上首先到达的路径的能量P1；

第二计算模块，计算其他路径的能量的平均值P2；

判断模块，判断P1和K×P2的大小，其中K为阀值，如果P1>K×P2，则该路径为直达路径，否则为非直达路径。

上述的无线定位系统，其中，该服务无线网络控制器的位置计算单元进一步包括：

数个可调节的滤波单元，接收来自该些基站和终端手机的多个测量时延以及来自终端手机的直达路径检测结果，经滤波处理后转换成滤波后的测量时间输出；

一位置估计单元，连接该些可调节的滤波单元，处理滤波后的测量时间以得到位置计算值。

上述的无线定位系统，其中，该些可调节的滤波单元的数目与基站数目相同。

上述的无线定位系统，其中，该滤波单元进一步包括：

选择器，接收直达路径检测结果，根据该结果选择第一参数或第二参数，其中该第一参数对应直达路径，第二参数对应非直达路径；

乘法器，连接该选择器的输出端；

加法器，第一输入端接收测量时延，第二输入端连接该乘法器；

延时模块，分别连接该乘法器和加法器的输出端。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明在不增加很多信令过程的前提下，通过信号是否为直达路径信息的上报来区别不同情况计算手机位置，获得更高的定位精度。

附图说明

图1是无线定位的原理图。

图2是无线传播实际情况的示意图。

图3是现有的3GPP无线定位的流程图。

图4是本发明的无线定位方法的一个较佳实施例的流程图。

图5是本发明的直达路径检测的一个较佳实施例的流程图。

图6是本发明的无线定位系统的一个较佳实施例的原理框图。

图7是本发明的直达路径检测单元的一个较佳实施例的原理框图。

图8是本发明的位置计算单元的一个较佳实施例的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图4示出了本发明的无线定位方法的一个较佳实施例的流程。下面结合图4对方法流程中的各步骤给予较为详细的描述。

步骤S1：核心网向服务无线网络控制器发送定位请求。

步骤S2：服务无线网络控制器向手机发送基站间接收时延测量请求。

步骤S3：服务无线网络控制器向手机发送手机接收-发射时间测量请求。

步骤S4：服务无线网络控制器向手机发送直达路径检测请求。

步骤S5：手机测量过程，其中包括对是否为直达路径进行检测。具体的方法请参见图5，下面是直达路径检测过程的描述。

步骤S51：手机对一个基站的信号进行同步捕获，获得接收信号的多径信息。

步骤S52：计算时间上首先到达的路径的能量P1。

步骤S53：计算其他路径的能量的平均值P2。

步骤S54：判断P1和K*P2的大小。如果P1>K*P2，则判定该路径为直达路径，否则判定该路径为非直达路径。其中K为阀值，一般情况下K>1且可由理论计算和仿真计算得到。具体地说，首先进行系统仿真以获得需要的结果的精度值，然后再次进行系统仿真以得到有关参数的性能曲线，最后根据上述两步系统仿真的结果，在有关参数的性能曲线中找到符合第一步的精度值的点，并以该点的参数值作为所需的参数。

步骤S6：手机向服务无线网络控制器上报基站间接收时延测量结果。

步骤S7：手机向服务无线网络控制器上报手机接收-发射时间测量结果。

步骤S8：手机向服务无线网络控制器上报直达路径检测结果。

步骤S9：服务无线网络控制器向基站发送基站发射时延测量请求。

步骤S10：进行基站测量过程。

步骤S11：基站向服务无线网络控制器上报基站发射时延测量结果。

步骤S12：服务无线网络控制器进行位置计算过程，包括对直达路径和非直达路径进行处理。这里的位置计算过程例如是：根据直达路径检测结果(路径属于直达路径还是非直达路径)对不同测量的到达时延选择对应的参数进行滤波处理，以得到滤波后的测量时间，然后对滤波后的测量时间进行位置估计以得到位置计算结果。位置估计处理可以是如图1所示的定位方式。

步骤S13：服务无线网络控制器上报位置计算结果。

基于上述的无线定位方法，本发明另外提供了一种无线定位系统，如图5所示，该无线定位系统1由核心网10、服务无线网络控制器11、基站12和终端手机13组成。核心网10的定位请求单元100向服务无线网络控制器11发送定位请求，服务无线网络控制器11的第一请求单元110向终端手机13的手机接收单元131发送基站间接收时延测量请求、手机接收-发射时间测量请求和手机接收信号直达路径检测请求。终端手机13的第一时延测量单元132、第二时延测量单元133分别对基站间接收时延和手机接收-发射时间进行测量，直达路径检测单元134检测路径是否直达。

直达路径检测单元134的具体实例例如为图6所示，检测单元134进一步包括同步捕获模块1341、第一计算模块1342、第二计算模块1343、判断模块1344。同步捕获模块1341对基站信号进行同步捕获以获得接收信号的多径信息，第一计算模块1342计算时间上首先到达的路径的能量P1，第二计算模块1343计算其他路径的能量的平均值P2，再通过判断模块1344判断P1和K*P2的大小，如果P1>K*P2，则判定该路径为直达路径，否则判定该路径为非直达路径。其中K为阀值，且可由理论计算和仿真计算得到。

手机上报单元135向服务无线网络控制器11的第一接收单元111发送基站间接收时延测量值、手机接收-发射时间测量值以及手机接收信号直达路径检测结果。服务无线网络控制器11的第二请求单元112向基站接收单元120发送基站间发射时延测量请求，基站间发射时延测量单元121对基站间发射时延进行测量，基站上报单元122再将基站间发射时延的测量结果上报至服务无线网络控制器11的第二接收单元113。

服务无线网络控制器11中的位置计算单元114对手机的位置进行计算处理，通过无线网络控制器上报单元115上报至核心网10，最终由核心网10的位置上报接收单元101接收。

请参见图8，位置计算单元114包括N个可调节的滤波单元811～81N以及与这些滤波单元连接的位置估计单元82，其中滤波单元的数目与基站数目相等。这些滤波单元811～81N接收来自基站12和终端手机13的多个测量时延以及来自终端手机13的直达路径检测结果，经滤波处理后转换成滤波后的测量时间输出给位置估计单元82，位置估计单元82所做的处理是现有的手机位置计算方式。

滤波单元811由选择器8101、加法器8102、乘法器8103和延时模块8104组成。二选一的选择器8101接收直达路径检测结果，根据该检测结果选择第一参数a_LOS或者第二参数a_NLOS，其中a_LOS对应直达路径，a_NLOS对应非直达路径，均由理论计算或者仿真计算得出。具体的计算方式与上述阀值K的确定方式相同，因此不再赘述。选择器8101的输出端通过乘法器8103接入加法器8102的一个输入端，加法器8102的另一个输入端接收多个测量时延，加法器8102的输出端输出经滤波处理后的测量时间。另有一延时模块8104分别连接乘法器8103和加法器8102的输出端。乘法器8103和加法器8102的这种连接方式组成一个标准的一阶IIR(无限冲击响应)滤波器结构，再加上选择器，整个系统就成为自适应的一阶IIR(无限冲击响应)滤波器结构。

应理解，本发明的发明点在于在上报测量信息的同时也上报是否为直达路径的信息，根据路径是否直达的不同情况计算手机位置以获得更高的定位精度。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种无线定位方法，对手机进行定位，该方法包括：

核心网向服务无线网络控制器发送定位请求；

该服务无线网络控制器向手机发送基站间接收时延测量请求；

该服务无线网络控制器向该手机发送手机接收-发射时间测量请求；

该服务无线网络控制器向该手机发送直达路径检测请求；

手机对是否为直达路径进行检测，并进行手机测量过程，对是否为直达路径进行检测的过程进一步包括步骤a)到步骤d)：

a)手机对一个基站的信号进行同步捕获，获得接收信号的多径信息；

b)计算时间上首先到达的路径的能量P1；

c)计算其他路径的能量的平均值P2；以及

d)如果P1＞K×P2，则该路径为直达路径，否则为非直达路径，其中K为阀值且K＞1；

该手机向该服务无线网络控制器上报基站间接收时延测量结果；

该手机向该服务无线网络控制器上报手机接收-发射时间测量结果；

该手机向该服务无线网络控制器上报直达路径检测结果；

该服务无线网络控制器向基站发送基站发射时延测量请求；

进行基站测量过程；

该基站向该服务无线网络控制器上报基站发射时延测量结果；

进行服务无线网络控制器的位置计算过程，包括对直达路径和非直达路径进行处理；

该服务无线网络控制器上报位置计算结果。

2.根据权利要求1所述的无线定位方法，其特征在于，该服务无线网络控制器的位置计算过程进一步包括：

根据直达路径检测结果对不同测量的到达时延选择对应的参数进行滤波处理，以得到滤波后的测量时间；

对该滤波后的测量时间进行位置估计以得到位置计算结果。

3.一种无线定位系统，对手机进行定位，该系统包括核心网、基站、服务无线网络控制器以及终端手机，其中，

该核心网进一步包括：

定位请求单元，向该服务无线网络控制器发送定位请求；

位置上报接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的位置计算结果；

该终端手机进一步包括：

手机接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的基站间接收时延请求、手机接收-发射时间测量请求和手机接收信号直达路径检测请求；

第一时延测量单元，测量基站间接收时延；

第二时延测量单元，测量手机接收-发射时间；

直达路径检测单元，检测路径是直达路径还是非直达路径，该直达路径检测单元进一步包括：

同步捕获模块，对基站信号进行同步捕获以获得接收信号的多径信息；

第一计算模块，计算时间上首先到达的路径的能量P1；

第二计算模块，计算其他路径的能量的平均值P2；

判断模块，判断P1和K×P2的大小，其中K为阀值且K＞1，如果P1＞K×P2，则该路径为直达路径，否则为非直达路径；

手机上报单元，将基站间接收时延测量结果、手机接收-发射时间测量结果和直达路径检测结果上报至该服务无线网络控制器；

该基站进一步包括：

基站接收单元，接收该服务无线网络控制器发来的基站间发射时延测量请求；

基站间发射时延测量单元，测量基站间发射时延；

基站上报单元，将基站间发射时延测量结果上报至该服务无线网络控制器；

该服务无线网络控制器进一步包括：

第一请求单元，向该终端手机发送基站间接收时延测量请求、手机接收-发射时间测量请求和手机接收信号直达路径检测请求；

第一接收单元，接收该终端手机发来的基站间接收时延测量结果、手机接收-发射时间测量结果和直达路径检测结果；

第二请求单元，向基站发送基站间发射时延测量请求；

第二接收单元，接收该基站发来的基站间发射时延测量结果；

位置计算单元，对直达路径与非直达路径进行处理；

无线网络控制器上报单元，将位置计算结果上报至该核心网。

4.根据权利要求3所述的无线定位系统，其特征在于，该服务无线网络控制器的位置计算单元进一步包括：

数个可调节的滤波单元，接收来自该些基站和终端手机的多个测量时延以及来自终端手机的直达路径检测结果，经滤波处理后转换成滤波后的测量时间输出；

一位置估计单元，连接该些可调节的滤波单元，处理滤波后的测量时间以得到位置计算值。

5.根据权利要求4所述的无线定位系统，其特征在于，该些可调节的滤波单元的数目与基站数目相同。

6.根据权利要求4所述的无线定位系统，其特征在于，该滤波单元进一步包括：

选择器，接收直达路径检测结果，根据该结果选择第一参数或第二参数，其中该第一参数对应直达路径，第二参数对应非直达路径；

乘法器，连接该选择器的输出端；

加法器，第一输入端接收测量时延，第二输入端连接该乘法器；

延时模块，分别连接该乘法器和加法器的输出端。

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