CN101536595B - 定位建筑物内的移动站 - Google Patents

Abstract

用于无线通信的即使当移动站在建筑物内时定位移动站，包括确定与移动站使用的信号关联的至少一个指示符是否标识单个的已知的建筑物位置。指示符的实例类型包括：专用于特定建筑物的基站扇区的扇区标识符和基站，与移动站从特定的建筑物位置进行通信时使用的射频信号关联的延时，或移动站在特定建筑物位置内时其报告的小区码的组合。一个或多个此类指示符提供对移动站从其发出呼叫的建筑物位置的指示。随后该建筑物位置可被用作所确定的移动站位置。

Description

定位建筑物内的移动站

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为60/859,613、于2006年11月17日提交的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及通信。更具体地说，本发明涉及无线通信。

背景技术

无线通信被广泛用于各种目的，例如语音呼叫和数字呼叫。无线通信的一个局限是在移动站处于不容易被识别的位置时，响应从移动站进行的紧急请求呼叫(例如911或112呼叫)的能力。定位移动站是必要的，以便对这样的紧急呼叫提供合适的响应。

存在两种用于响应紧急呼叫的一般的地理定位(geo-location)方法。两种方法都基于“三角测量”，并依赖于移动站接收射频信号和测量来自多个宏单元或来自多个空中卫星的射频传播次数的能力。存在几种不同的被开发用于导航和定时的卫星系统。其中最著名的是美国Navistar GPS和俄罗斯GLONASS GPS系统。还有其他正在设计中的诸如Galileo(欧洲)、INRSS(印度)或Beidou(中国)系统。GPS指任何的这些卫星系统。使用估计的范围作为输入参数值来执行三角测量计算，以确定移动站的位置。这些三角测量方法上存在变型，这取决于蜂窝技术、宏单元或卫星的位置和移动站的计算能力。

已知方法的准确性取决于三个主要因素：第一，移动站接收来自至少三或四个发送设备(宏小区(macrocell)或卫星)的RF信号的能力；第二，发送与接收设备之间的三角测量距离；以及第三，定时准确性和同步。

在宏小区三角测量的情况下，较大的小区半径减小移动站接收来自多个宏小区的信号的能力。在农村地区，例如，可能没有可由移动站看到的足够数量的宏小区，使得基于宏小区的三角测量不可行。在市内和郊区地区，RF障碍物可阻止移动站看到其他宏小区，这致使宏小区三角测量无效。宏小区距离上的三角测量本质上具有比卫星三角测量更低的准确性，这使定时准确性和同步变得非常关键。对没有在诸如GSM或UMTS的基站间充分地同步定时的基站技术，全球定位系统(GPS)信息被用于跟踪每个基站时钟相差多远，并且“定时修正”消息被周期性地广播给移动站，以便他们可修正其范围估计。由于小的定时误差造成大的GEO定位误差，尤其在短三角测量距离上，所以这些定时修正被频繁地发送，这在基站和GPS定时器之间以及GPS定时器和移动站之间造成大量的业务负载。

GPS地理定位(基于卫星的)固有地比宏小区三角测量准确得多。对GPS三角测量，必须至少存在四个空中卫星被移动站看到(即，三个卫星用于X，Y，Z定位，第四个用于移动站定时偏移信息)。在GPS的情况下，设计卫星轨道使得存在六个地球轨道，每个轨道具有四个非GEO同步的卫星，其提供六到十一个之间在晴朗的天空一直可见的高架卫星。尽管如此，例如当RF障碍物阻碍卫星接收时，可能移动站将不会看到至少四个卫星。这种情况例如会出现在移动站处于中心市区的峡谷(canyon)中，诸如曼哈顿的街道。摩天大楼和其他结构容易妨碍移动站的天空视角。当移动站的天空视角没有被减少或限制时，GPS三角测量准确性是有用的。

定时同步对于GPS三角测量不是问题，因为每个卫星都配备有原子钟，并且地面通信连续地监控时钟准确性以便提供非常准确的卫星定时同步。通过使用第四个卫星范围测量避免了对高准确的移动站时钟的需求。

基于GPS的GEO定位方法在满足美国联邦通信委员会的要求以便在三十秒内GEO定位紧急呼叫上具有唯一的问题。移动站在加电时可能花费长达十五分钟来定位对于GPS定位所需要的卫星。该时间中的大部分花费在通过五十个BPS数据信道传送卫星星历(almanac)数据。辅助GPS(AGPS)在高速通信信道上对移动站提供动态卫星定位数据，以满足FCC的三十秒定位要求。当然，不是所有的紧急呼叫都在移动站最初开启时进行。当从已经开启的移动站进行呼叫时，卫星已经被获得。在这种情况下，立刻开始呼叫和GEO定位。

芯片集制造商和手机制造商正向GPS用于紧急呼叫GEO定位发展。商业上可用的GPS芯片集被设计为工作在支持HSDPA、GPRS和EDGE的终端中的GSM和UMTS手机中。GPS接收器是CDMA2000技术的一部分并被包括在CDMA手机和类似设备中。基于GPS的地理定位看起来是新兴的用于紧急呼叫GEO定位的主流技术方法。

虽然在满足定位来自户外移动站的紧急呼叫要求方面存在很大的困难，但是建筑内的GEO定位问题更加艰难。主要的障碍是建筑物本身易于阻碍否则在建筑物外是可用的宏小区和卫星信号。在建筑物内部，当宏小区和卫星信号在建筑物内不可用时，已知的GEO定位三角测量方法都不会工作。最多，通过从窗户附近位置发出呼叫，GEO定位三角测量可能是可行的，其中，所述窗户可能在高楼层上，在那里可存在足够的信号强度以便“看见”所需数量的宏小区或卫星以执行传统的地理定位。即便如此，这对于建筑物中的所有窗户并非普遍可行。而且，建筑物中心附近的任何位置都通常导致没有可接收的GPS信号。即使是具有分布式天线系统(DAS)用于分布蜂窝基站信号以便进行建筑物内的呼叫的建筑物，也不提供对GEO定位有用的三角测量信号。基本上，人们可能使用移动站发出紧急呼叫的大多数建筑物内的大多数区域，是现有的三角测量GEO定位方法不工作的区域。

发明内容

一种被用于无线通信的定位移动站的示例性方法，包括确定至少一个与移动站使用的用于无线通信的信号关联的指示符是否标识单个的已知建筑物位置。基于所述指示符将所述移动站的位置确定为已知的建筑物位置。

在一个实例中，标识建筑物位置的指示符至少包括以下中的一个：(i)移动站在其中被服务的基站和基站扇区的扇区指定(designation)，(ii)用于与所述移动站通信的射频信号的时间延时，或(iii)通过所述移动站报告的小区码的组合。

对于本领域技术人员来说由以下的详细描述本发明的诸多特征和优点将变得明显。详细描述的附图可以简要地描述如下。

附图说明

图1示意性示出所选的对本发明实施例有用的无线通信系统的部分；

图2是概述一个实例方法的流程图；

图3示意性示出对本发明实施例有用的一个实例通信布置；

图4示例性示出另一个实例通信布置；

图5示意性示出另一个实例通信布置；

图6示意性示出本发明实例实施例中使用的将延时引入到RF信号的实例技术；

图7示意性示出另一个通信布；

图8示意性示出根据本发明的一个实例实施例引入额外的小区码的技术。

具体实施方式

以下公开的实例允许即使在移动站在建筑物内以致传统的基于三角测量的定位技术不工作时，定位该移动站。所公开的实例有助于例如甚至在移动站处于由于该移动站不能检测到GPS卫星信号而导致GPS三角测量方法不可用的建筑物内时，定位该移动站。所公开的实例提供低成本的、多样并灵活的方法以便利定位移动站，用于包括响应发出自移动站的紧急呼叫的各种目的。

图1示意性示出包括以普通的已知方式操作的无线通信网络22的无线通信布置20。移动站24用于从建筑物26内发出呼叫。在此实例中，移动站24通过分布式天线系统(DAS)进行通信，该DAS提供了建筑物26内的无线通信覆盖。DAS 28与网络22通信以便利代表移动站24的用户的呼叫。

在一些实例中，确定移动站24的位置是必要的。例如，如果移动站24用于发出紧急服务呼叫(例如911或112呼叫)，则确定移动站24的位置将是必要的，以便分派合适的响应人员。由于建筑物26干扰检测足够的信号用于三角测量的能力，所以即使移动站24具有全球定位系统(GPS)接收器能力，建筑物26内的移动站24也不能基于三角测量技术提供位置估计。作为替代，与用于和移动站24无线通信的信号关联的指示标识建筑物26的位置，以便定位移动站24。一旦辨认出合适的指示符并且标识出建筑物26位置，移动站位置可以被报告为例如建筑物地址、经度和纬度或其他位置坐标。

图2包括概述了实例方法的流程图30。在32，做出需要移动站位置的确定。一个用于移动站定位的实例是对如上所述的紧急呼叫提供合适的响应。其他情况也可能需要移动站位置信息，例如在由于移动站在建筑物内使得其他定位技术不可用时。尽管所公开的实例对于紧急服务呼叫尤为有用，但是他们不必被限于移动站位置信息的此类使用。对移动用户提供与该用户所处的附近地区有关的信息是移动站位置信息的一个使用实例。

在34，确定至少一个指示符是否指示单个的已知建筑物位置，所述指示符与移动站使用的用于无线通信的至少一个信号关联。准确定位移动站需要特定并唯一的已知建筑物位置。

若干不同的指示符可以被用于本发明的实现中。图2的实例包括在36确定基站和扇区身份作为用于指示单个已知的建筑物位置的指示符是否是有用的。图3示意性示出包括建筑物40的实例布置。用于建立基站(BTS)扇区的设备42被设置为专为建筑物40内部(或者在某些实例中是建筑物40内部的一部分)服务。在图3中，DAS 44与设备42关联用于在建筑物40内部(或者至少建筑物的一部分)提供BTS扇区无线覆盖。

在这样的实例中，BTS扇区设备42及所关联的扇区的身份也标识建筑物40，这是因为扇区专用于建筑物40内部空间的至少一部分，并且将知道该特定的设备42被安装在哪里。换句话说，图3的实例中的基站和BTS扇区设备42的扇区身份提供了对建筑物40的位置上的扇区位置的指示。因此，每当移动站在建筑物40内的扇区中被服务时，正在服务的基站和扇区的身份提供了该扇区位置的指示符，在该实例中其与建筑物40的位置相同。

对于在36做出的决定，一旦基站和扇区身份被确定，便对预建立的数据库进行该基站和扇区身份是否对应于特定的建筑物的检查，并且随后可从数据库得到合适的位置确定，例如经度和纬度坐标或建筑物地址。随后该信息对于报告所确定的位置是有用的。

在一些实例中，BTS扇区将不会专用于单个建筑物位置。图2的实例包括其他可能的指示符用于在这种情况下指示单个已知的建筑物位置。在50，做出RF信号延时是否提供了指示单个已知建筑物位置的指示符的确定。存在几种方式，其中与移动站24使用的信号关联的信号延时能提供足够的信息用于定位建筑物，其中移动站24被用来从该建筑物内发出呼叫。

图4示意性示出一种布置，其中BTS扇区设备52使用专用于建筑物54的DAS 56提供第一建筑物54中的无线通信覆盖。在该实例中，BTS扇区设备52还与专用于提供第二建筑物60内的无线通信覆盖的另一个DAS 58关联。在该实例中，设备52的BTS扇区没有唯一地标识单个建筑物，因为其提供多于一个的建筑物内的无线通信覆盖。在该实例中，RF信号延时对于唯一地标识移动站位于建筑物54或60的哪个中是有用的。

存在已知的技术用于测量移动站和基站之间的RF信号延时。例如，CDMA蜂窝系统连续地测量移动站和基站之间的RF信号延时。GSM和UMTS系统也测量关于紧急服务呼叫的移动站和基站之间的RF信号延时。通过策略地控制所选建筑物位置上的RF延时使得延时是明确的，该延时对于唯一地标识特定的建筑物是有用的。

在图4的实例中，存在分别与每个DAS 56和58关联的延时分布。在BTS扇区设备52和到每个DAS的输入之间也存在RF延时。为了讨论目的，BTS扇区设备52和DAS 56位于建筑物54中。在该实例中，与这样的直接连接关联的延时t₁实际上是0。另一方面，在建筑物60中BTS扇区设备52和DAS 58之间的延时具有较大的值t₂。建筑物54和56中与移动站使用的RF信号关联的延时被配置为彼此不同并且是可区别的，使得所确定的延时提供移动站24正在从哪个建筑物发出呼叫的指示。

考虑分别分布在示例性示出的建筑物内的DAS延时S1和S2。每个建筑物中对BTS扇区设备52的DAS RF延时可以像t₁或t₂一样小，直到t₁+S1或t₂+S2，这取决于从哪里进行呼叫。当在最接近BTS扇区设备52的DAS天线的极接近处进行呼叫时，DAS延时一般将是最短的。当在距离BTS扇区设备52最远处进行呼叫时，DAS延时一般将是最长的。假如t2大于t1+S1，则从来自每个建筑物的RF信号测量的延时可被明确地区分。也就是说，建筑物60中的RF延时分布在{t2，t2+S2}之间。对于另一建筑物54中的{t1，t1+S1}没有重叠。因此，如果RF延时满足这些准则，则与每个建筑物54和56关联的RF延时唯一地标识了所关联的建筑物。随后例如由将特定的建筑物与特定的延时值关联的预建立的数据库，可以确定基于经度和纬度坐标或街道地址的建筑物位置。

当通过专用基站扇区对多于两个的建筑物服务时，通过适当地控制与用于通过移动站进行传送的RF信号关联的延时，可以唯一地标识每个建筑物。例如假如延时集合{tj+Sj}，j＝1，2，3。到专用基站的每个建筑物j中的DAS延时可以如t1或t2或t3一样小，直到t1+S1或t2+S2或t3+S3，这取决于从哪里发出呼叫。对于t1+S1＜t2＜t1+S1+S2，来自建筑物2的最短延时在{t1+S1，t1+S1+S2}之间，并且最长的延时将在{t1+S1+S2，t1+S1+2S2}之间。通过对t2的这些限制，建筑物1和建筑物2之间的延时可被唯一地区分。对于t1+S1+2S2＜t3，来自建筑物3的延时将分布在{t1+S1+2S2，t1+S1+2S2+S3}之间。因此，如果在t3上实现这些限制，则可从所测量的来自任一建筑物1或2的延时中唯一地区分来自建筑物3的延时。基于此描述，本领域技术人员将认识到如何挑选、实现或选择延时以便在多个建筑物之间唯一地区分以满足其特定情况的需要。

图5和6示意性示出实现这种延时的实例方式。在图5中，以已知的方式建立BTS扇区62。空中(OTA)中继器(repeater)64接收来自BTS扇区62的信号并中继它们以将它们提供给建筑物DAS 66。在一个实例中，OTA中继器64专用于DAS 66所在的单个建筑物中。

除了出现在空中的RF传播延时，还基于出现在中继器内的延时，OTA中继器64贡献延时。这样的延时在大多数情况下足以唯一地标识建筑物。例如，考虑这样的布置，其中BTS扇区62位于建筑物内或直接连接到建筑物的DAS，并且OTA中继器64用于将BTS扇区信号中继到另一个建筑物中。在这个例子中，和其他建筑物相比，与OTA中继器64关联的延时在很多情况下足以唯一地标识与OTA中继器64和DAS 66关联的建筑物。已知的技术可用于测量与OTA中继器64关联的延时，并且随后由于所关联的延时可通过已知的方式来测量所以当移动站通过DAS66通信时，数据库中的该信息可被用于后续的确定。

在一些实例中，当使用OTA中继器时可能需要添加额外的延时。图6示意性示出用于实现此情况的实例布置。在该实例中，OTA中继器64包括接收天线68和低噪声放大器(LNA)70。基带混频器72、模数转换器74和解调RF信号的解调器76，使得RF信号可以被缓存在延时缓存78中。通过添加缓存，额外的延时被添加到RF信号。图6的布置包括数模转换器80、RF混频器82、输出放大器(PA)84和输出天线86，用于将信号调制回模拟RF信号以便提供给例如DAS 66。

图7示意性地示出另一布置，通过它信号延时对于唯一地标识特定的建筑物位置是有用的。在此实例中，BTS扇区设备90与光中继器布置关联，该光中继器布置包括位于接近BTS扇区设备90的主光中继器部分92，光缆94和位于至少距离主部分92稍远的从光中继器部分96。建筑物DAS98连接至从光中继器部分96。

在此实例中，光缆94包括超过进行主部分92和从部分96之间的物理连接所需的额外缆线长度。一个实例包括一卷额外的缆线作为该连接的一部分。光缆的额外长度增加了从BTS扇区90提供给DAS 98的信号中的延时。在此实例中，选择性地控制多少光缆被使用允许选择性地控制有多少延时被引入。策略地选择延时量允许策略地并唯一地标识从其获得无线通信信号的不同的DAS以及移动站可从其发出呼叫的不同的建筑物。

回到图2，另一个可能的指示符在100被考虑。在此实例中，做出小区码组合是否提供特定建筑物位置的指示的确定。本说明书中使用的小区码指如CDMA系统中使用的伪噪声(PN)偏移，如UMTS系统中使用的扰码，或等效的小区标识符。在该实例中，额外的小区码被添加到用于无线通信的信号，以提供唯一标识特定的建筑物的唯一的小区码组合。选择用于特定位置的特定的小区码组合并建立关于它们的数据库，使得使用通过移动站报告的小区码组合作为单个建筑物位置的指示符成为可能。

图8示意性示出用于生成CDMA实例实现中的多个PN偏移的实例类中继器102。在该实例中，低噪声放大器104、基带混频器106、模数转换器108和解调器110处理接收自CDMA基站的包括PN偏移的信号。在112提供解调的导频信号。缓存114和116例如通过使用存储器抽头(memory tap)变化数量来延时解调的导频信号。随后使用加法器118将延时114和116的输出与解调的导频信号112加到一起。这样生成了带有多个PN偏移的信号。存储器抽头的大小将决定特定的PN偏移组合。通过使用仅能被特定建筑物中的移动站看到的PN偏移的唯一组合，小区码的组合(例如PN偏移)提供了建筑物位置的指示。

在图8的实例中，延时改进部分120、数模转换器122和RF混频器124将信号调制回到被提供给输出放大器126的模拟RF信号。

接收输出自中继器102的信号的移动站将检测带有其PN偏移和其他生成的PN偏移组合的原始导频信号。移动站将所有这些PN偏移都报告给网络(即当前处理该呼叫的移动交换中心)。随后合适的查找数据库可被用于确定该PN偏移组合是否对应于已知的建筑物位置。如果是，则该建筑物位置通过该小区码组合来指示。

在GSM或UMTS系统中，模拟方法可用于生成额外的扰码或等价的小区码，使得从特定的建筑物位置进行通信时通过移动站报告小区码的唯一组合。

如图2中130所示，基于提供建筑物位置信息的指示符，建筑物位置被用于确定移动站位置。

图2的实例包括用于指示单个已知的建筑物位置的三种可能的指示符类型。他们中的任何一个都可以被单独使用，或者它们中的两个或更多的组合可被使用，这取决于特定情形的需要。例如，移动站位置确定算法可以首先检查基站和扇区身份是否足以用来确定建筑物位置。如果不是，则可考虑关于RF信号延时的信息。如果还是没有结论，则确定指示已知建筑物位置的移动站报告的小区码组合是否可以被使用。另一种实现包括并行地考虑至少两种实例类型的指示符。当多于两种类型的指示符被考虑时，分析一个的结果例如可以被用作冗余检查。其他实现可以仅考虑实例类型的指示符中的一种，取决于如何建立特定的通信布置。

前面的描述在本质上是示例性的而不是限制性的。对本领域技术人员来说对所公开的实例的变化和修改是明显的，并且不会脱离本发明的本质。本发明的法律保护范围仅由所附权利要求来确定。

Claims (10)

1.一种用于无线通信的定位移动站的方法，包括步骤：

确定与用于无线通信的移动站使用的信号相关联的至少一个指示符是否标识单个的已知的建筑物位置，所述至少一个指示符包括以下中的至少一个：(i)所述移动站在其中被服务的基站和标识基站扇区的扇区指定，(ii)用于与所述移动站通信的射频信号的延时，(iii)由所述移动站报告的小区码的组合；以及

基于所确定的指示符将所述移动站的位置确定为已知的建筑物位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中选择性地控制多少光缆被使用允许选择性地控制有多少延时被引入。

3.如权利要求1所述的方法，包括：

基于用于与所述移动站通信的射频信号的延时来建立所述至少一个指示符。

4.如权利要求3所述的方法，包括：

基于与基站扇区设备与分布式天线系统之间的传输信号关联的延时，或与所述分布式天线系统关联的延时分布中的至少一个，控制用于所选建筑物的延时的量。

5.如权利要求3所述的方法，包括：

对多个建筑物位置中的每个建立唯一的延时量，所述建筑物位置是单个基站扇区的一部分。

6.如权利要求3所述的方法，其中所述延时与用于中继基站扇区信号的空中中继器关联。

7.如权利要求1所述的方法，包括：

引入额外的延时。

8.如权利要求7所述的方法，包括：

生成唯一地标识所选建筑物位置的组合中的多个小区码；以及

将所生成的小区码与提供给所述移动站的信号关联。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述生成的小区码包括PN偏移或扰码中的至少一个。

10.如权利要求8所述的方法，包括：

通过解调导频信号生成小区码；

通过多个不同的量来延时所解调的信号；以及

添加所述解调的信号和延时的信号，从而生成作为小区码的多个PN偏移。

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