CN101668335B - 用于定位至少一个移动无线用户的方法和定位装置 - Google Patents

用于定位至少一个移动无线用户的方法和定位装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于定位至少一个移动无线用户的方法和定位装置。本发明涉及在移动无线网络中定位移动用户的方法，其中移动无线网络至少包括以下特性：确定关于接收场强度和与移动无线用户到活动小区的发送站的距离相关的参数的信息；移动无线用户发送测量报告，其包括至少两个发送站，其中向每个发送站分配与信号的接收场强度相关的值；包括以下步骤：a)根据在建立连接时确定的信息，为每个小区创建表格，其中向各个接收场强度分配到小区的发送站的至少一个距离参数；b)对于与接收场强度相关且在测量报告中发送的至少一个值，从表格中读取所分配的到各个小区的发送站的距离参数；以及c)确定满足在步骤b)中读取的距离参数的至少一个点。

Description

用于定位至少一个移动无线用户的方法和定位装置
技术领域
本发明涉及一种用于在移动无线网络中定位至少一个移动无线用户的方法，其中所述移动无线网络至少包括以下特性：最小可寻址单元是小区，其中发送站与每个小区相关联；至少在建立连接时，确定关于接收场强度和与移动无线用户到活动(active)小区的发送站的距离相关的参数的信息；在有和/或没有活动移动无线链路的情况下，移动无线用户发送至少一次测量报告，其中在测量报告中提供逐条列举(itemisation)，测量报告包括至少两个发送站，其中向每个发送站分配与来自此发送站的信号的接收场强度相关的值。此外，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的相应定位装置以及计算机程序产品。
背景技术
在下文中，将最小可寻址单元称为小区，与此术语在移动无线领域中的分配无关。例如，在UMTS网络中，将在那里称为NodeB的基站的完整辐射环境即360°划分成高达六个单独的区域。为这些区域中的每一个分配某个标识，使得这些区域中的每一个将在以下说明的意义内被理解为最小可寻址单元即小区，尽管分配给每个区域的发送站是相同的。这也相应地适用于其它网络标准，例如GSM网络。
由于各种原因，移动无线用户的高准确性度的定位非常重要。移动无线用户几乎毫无关联地在区域中移动，同时可以使用移动无线提供商的服务。因此，如果发生例如呼叫终止的链路问题，则对于提供商来说定位已发生问题的位置异常重要。例如，用术语覆盖问题来涵盖此类问题。
根据现有技术已知的一种方法提供从协议消息中读取关于移动无线用户所在的小区的指示。因此，可以经由外部数据库而相对于小区照明尺寸(cell lighting size)不精确地确定移动无线用户的位置，在所述外部数据库中登记有小区的坐标。
通过驱动试验(drive test)，可以实现更高的准确性，在驱动试验中，在车辆中一起携带有耦合到GSP装置的移动无线装置。然而，此类驱动试验耗费时间，并因此而成本高昂。然而，这仅仅涉及到试验驱动期间的试验移动无线装置的定位。由此并不允许对网络中的没有随身携带GPS装置的真实用户进行定位。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于定位的方法、用于执行该方法的定位装置以及相应的计算机程序产品，该方法允许以较少的工作量尽可能精确地定位移动无线用户。
通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求10的特征的定位装置以及具有权利要求14的特征的计算机程序产品来达到此目的。
本发明是基于这样的实现，即可以通过对以任何方式在网络中发送的信息的更智能评估来定位无驱动试验且无专用测量装置的移动无线用户。为此，根据在建立连接时确定的每个小区的信息而创建表格，其中向各个接收场强度分配到小区的发送站的至少一个距离参数。随后，从来自与接收场强度相关且在测量报告中发送的表格的至少一个值中读取到各个小区的发送站的分配距离参数，最后确定满足读取的一个或多个距离参数的点。
根据其中链接了多少个距离参数，可以非常精确地确定移动无线用户的位置。在活动状态下(即存在语音、数据或控制数据的活动移动链路)和在空闲状态下(因而没有活动移动无线链路)均可以进行定位。此外，不仅可以在例如呼叫开始的某一时间点进行定位，而且可以在任意的时间点进行定位。本发明依赖于来自现有技术的方法，其允许确定移动无线用户到小区照明尺寸的位置。然而，其还使用用于精确定位的参数并且通过成对值与每个小区的新相关性来考虑各种小区中的特定场传播条件。
由于对于不同的小区来说拓扑结构和(由于特定开发(by thespecific development))场传播条件不同，所以根据接收参数和报告的距离参数例如TA(GSM标准中的定时提前(Timing Advance)或UMTS标准中的传播延迟)来为每个小区创建数据库。该方法使用现在能够为每个小区提供统计学上可能的成对值的算法。通过考虑同样从相邻小区收集的数据，可以发现正确的对并且可以排除错误的对。例如，这可以通过三角测量法来执行。
用这种方法，可以根据被动(passively)测量的场强度、例如根据从移动无线用户接收到的消息来推断移动无线用户的距离。优选地可以通过对同样从相邻小区收集的数据的后续三角测量来进行位置确定。通过在时间上离散的测量值的进一步内插和外插，可以允许连续的定位。对于非常不同的开发，通过对每个小区的特定被动测量即学习阶段，可以有代表性的结果。
虽然在评估至少一个距离参数时可以实现在UMTS标准中例如宽度为210m(±105m)的小区内的达到“蛋糕块(cake slice)”的准确性-这相对于现有技术来说已经是相当可观的改进-但如果读取到至少两个发送站的距离参数并将其用于确定位置，甚至可以实现更精确的结果。其中，特别有利的是，还可以将小区的发送站的开度角(opening angle)考虑在内。由此，可以排除不正确确定的点：即，如果评估两个距离参数，则由于小区的各个发送站周围的两个圆圈，结果得到两个交点。如果一个在两个小区之一所考虑的开度角的外面，则可以排除此点，因此可以将另一个点确定为正确的点。
由于特别期望移动无线用户的定位的事件不一定与发送测量报告的时间一致，所以可以通过内插来特别智能地确定在此事件的时间移动无线用户所在的位置。为此，通过时间点和至少一个发送站的内插来确定接收场强度和/或到至少一个发送站的距离参数。各种线性和非线性方法可以应用于内插。
例如，如果特殊事件是连接中断(abort)，则因此基于已通过最后发送的测量报告而确定的距离参数，可以通过外插而针对连接中断的时间确定到至少一个发送站、优选地到至少两个发送站的距离参数。为此，还可以使用各种线性或非线性算法。
优选地，尤其是在用最大接收场强度接收到发送站的变化时，例如有规律地每100ms至10s、或者与事件相关地连续发送测量报告。由此，仍然可以用低带宽进行移动无线用户的非常精确的定位。对于特殊问题情况，可以通过在空中接口协议中的介入来临时增加用以发送测量报告的速率，以便允许非常精确的定位。
优选地，距离参数根据G2移动无线网络的定时提前参数或根据G3网络的传播延迟参数或与之相对应的来确定。用传播延迟参数，1位对应于78m，使得距离的分辨率(resolution)在理想情况下为±39m。在某些情况下，报告最小3位的准确性(an accuracy of min.3 bit isreported)，其无论如何对应于±117m的准确性。
可以为不同的移动无线装置、特别是不同类型的移动无线装置来创建表格，其中针对移动无线装置来实现读取和/或确定移动无线用户的位置。可以通过试验驱动来获得表格。为此与现有技术相反，可以使用没有GPS装置的传统移动无线装置。从而，可以相当可观地改进质量即表格的分辨率。
相对于根据本发明的方法而提出的优选实施例及其优点相应地适用于(如果可适用的话)根据本发明的定位装置以及根据本发明的计算机程序产品。
根据本发明的定位装置的优选开发包括用于创建表格的至少一个存储装置。优选地，根据本发明的定位装置还包括显示装置，其中所述定位装置被配置为显示所确定的点的局部坐标。特别优选地，其被配置为显示具有所确定的点和可接收发送站的地图(map)。由此，允许用户特别迅速且可靠地识别所确定的位置及其环境。
此外，根据从属权利要求，其它优选实施例显而易见。
附图说明
在下文中，现在参照附图来更详细地说明根据本发明的方法的实施例。附图示出：
图1是其中向不同小区的接收场强度分配距离的表格的示意性表示；
图2是移动无线用户X在时间t1向活动小区发送的第一测量报告以及到通过应用表格1而确定的到两个示例性发送站的距离参数的示意性表示；
图3是第一定位示例，其中对于图2的测量报告将两个距离参数以及开度角用于确定移动无线用户的位置；
图4是移动无线用户X在时间t2向活动小区发送的第二测量报告以及通过应用表1而确定的到三个示例性发送站的距离参数的示意性表示；
图5是第二定位示例，其中对于图4的测量报告将四个距离参数用于确定移动无线用户的位置；
图6是分别在时间tE通过内插和在时间tCA通过外插来确定移动无线用户的位置的示例；以及
图7是定位移动无线用户和基站的屏幕快照。
具体实施方式
图1示出表格，其中对于每个小区存储成对的值，其中每对值再现建立连接时的接收场强度和发送到那里的距离参数。实际上，为了更透彻的理解，将距离参数转换为移动无线用户到相应小区的发送站的距离。在GSM网络中，该距离参数是定时提前参数，而在UMTS网络中，该距离参数是传播延迟参数。如果同样在那发送了参数，根据该参数可推断移动无线用户与活动发送站之间的距离，则本发明当然可适用于其它网络标准。
优选地，在根据本发明的定位装置中创建此表格，所述定位装置被连接到网络中的在空中接口之前的最外面节点，以便在例如GSM网络中的基站或UMTS网络的NodeB中被动监控测量报告。然而，该定位装置还可以连接到层级更高的网络元件。
如通过表格可显而易见的，对于小区BS1、Cell ID1的-70dBm的接收场强度，考虑两个距离，即150m和300m。
图2首先示例性地示出测量报告，即移动无线用户(MFT)X在时间t1发送到活动小区(实际上为BS1、Cell ID1)的所谓测量报告。此测量报告包括优选地根据接收场强度而组织的、所有可接收发送站的基准信号(例如从发送站以恒定功率辐射的CPiCh(＝公共导频信道)信号)的接收场强度。因此，用-87dBm来接收发送站BS1、CellID1，用-88dBm来接收BS2、Cell ID1。现在，如果在图1的表格中查寻各个发送站的相应接收场强度，则其显示移动无线用户X在时间t1与小区BS1、Cell ID1的发送站相距520m，与小区BS2、Cell ID1的发送站相距600m。
现在，图3示出其中首先登记了四个基站BS1至BS4的地图。实际上，每个基站具有示例性地称为Cell ID1至Cell ID3的三个小区。因此，每个Cell ID具有从布置在相关基站中的发送站开始的120°的开度角。实际上，每个Cell ID的发送站都被布置在相关基站中。
如果现在将根据图2而确定的值输入到图3的地图中，则结果得到基站BS1周围的半径为520m的圆圈和基站BS2周围的半径为600m的圆圈。这两个圆圈在点P1和P2交叉。首先，将这两个点P1、P2视为移动无线用户X在时间t1的位置。如果现在另外考虑小区BS2、Cell ID1的开度角，则因而可以排除点P1。因此，移动无线用户X在时间t1的实际位置是点P2。
图4示出移动无线用户X在时间t2发送到活动小区BS2、Cell ID1的第二测量报告。通过在图1的表格中查寻，结果得到移动无线用户X在时间t2与小区BS2、Cell ID1的发送站的距离为600m、与小区BS1、Cell ID1的发送站的距离为150m或300m且与Cell BS3、CellID2的发送站的距离为250m。
图5示出针对本示例得到的格局(constellation)。如果首先评估与小区BS2、Cell ID1和BS1、Cell ID1的发送站的距离，则因而得到两个可能的点P1和P2。相反，如果另外评估移动无线用户与小区BS3、Cell ID2的发送站的距离，则因而得到另一个交叉点P3，而在点P1，满足全部的三个距离条件。因此，点P1是移动无线用户在时间t2的位置。
图6示例性地示出移动无线用户X到小区BS1、Cell ID1的发送站以及小区BS1、Cell ID2的发送站的距离的时间过程。首先，登记由于在测量报告中发送的信息而得到的点，用小叉号(cross)来识别。通过内插，还可以对于在发送测量报告的时间之间的时间确定距离。因此，由此可以在已发生某一事件的时间tE通过距离的内插来高准确性地确定移动无线用户X的位置。因此，移动无线用户X在时间tE与小区BS1、Cell ID1的发送站相距X1m，与小区BS2、Cell ID2的发送站相距X2m。在呼叫中断时，内插不可用。实际上通过外插来确定在呼叫中断的时间tCA时的距离。因此，移动无线用户X在时间tCA与小区BS1、Cell ID1的发送站相距Y1m，与小区BS2、Cell ID2的发送站相距Y2m。当然，在这种方法中，还可以确定到其它发送站的距离并在位置确定中将该距离考虑在内。
图7示出根据本发明的定位装置的显示装置20的屏幕快照，其上面描绘了地图，其中将定位的移动无线用户(小实线(drawn-in)方形22i)以及设置在所描绘的地理区域和由此得到的小区中的基站24i登记在此地图中，考虑其实际开度角。如果用光标分别在这些方形22i之一上或这些登记的基站24i之一上移动，则因而在弹出窗口中分别显示关于无移动无线用户(特别地关于具有到其链路的指示的其标识等)到相应移动无线链路或相应基站的更多信息。
如果需要，可以通过驱动试验在图1的表格中填充更多条目以便允许更细的筛选(screening)以及因此而得到的移动无线用户的更精确定位。如上所述，优选地将根据本发明的测量装置设置在根据UMTS标准的移动无线网络的IuB接口上。

Claims (22)

1. 一种在移动无线网络中定位至少一个移动无线用户的方法，在所述移动无线网络中：
－最小可寻址单元是小区（BS1、Cell ID1；BS1、Cell ID2；BS1、Cell ID3），其中发送站与每个小区相关联；
－至少在建立连接时，确定关于接收场强度和与移动无线用户到活动小区的发送站的距离相关的参数的信息；
－在有和/或没有活动移动无线链路的情况下，移动无线用户发送至少一次测量报告，其中在测量报告中提供逐条列举，该测量报告包括至少两个发送站，其中向每个发送站分配与来自此发送站的信号的接收场强度相关的值；
其特征在于以下步骤：
a）根据在建立连接时确定的信息，为每个小区创建表格，其中向各个接收场强度分配到小区的发送站的至少一个距离参数；
b）对于与接收场强度相关且在测量报告中发送的至少一个值，从在步骤a）中创建的表格中读取所分配的到各个小区的发送站的距离参数；以及
c）确定满足在步骤b）中读取的一个或多个距离参数的至少一个点，
在连接中断之后，基于通过最后发送的测量报告而确定的距离参数，通过外插而针对连接中断的时间（tCA）确定到至少一个发送站的距离参数。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于
在步骤c）中，通过外插而针对连接中断的时间（tCA）确定到至少两个发送站的距离参数。
3. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
在步骤c）中，将小区的发送站的至少一个开度角考虑在内。
4. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
在步骤b）中，读取到至少两个发送站的距离参数并且在步骤c）中将该距离参数用于确定所述点。
5. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
在发送测量报告的时间之间，对于至少一个另外的时间（tE）和至少一个发送站，通过内插来确定接收场强度和/或到所述至少一个发送站的距离参数。
6. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
在用最大接收场强度接收到发送站的变化时，连续发送测量报告。
7. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
在用最大接收场强度接收到发送站的变化时，有规律地每100ms至10s、或与事件相关地连续发送测量报告。
8. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
所述距离参数根据G2移动无线网络的定时提前参数或根据G3网络的传播延迟参数或与之相对应的来确定。
9. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
为不同的移动无线装置创建根据步骤a）的表格，并且特定于移动无线装置实现根据步骤b）的读取和根据步骤c）的确定。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于
所述不同的移动无线装置是不同类型的移动无线装置。
11. 如权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于
用试验驱动来获得根据步骤a）的表格。
12. 一种在移动无线网络中定位至少一个移动无线用户的设备，在所述移动无线网络中：
－最小可寻址单元是小区（BS1、Cell ID1；BS1、Cell ID2；BS1、Cell ID3），其中发送站与每个小区相关联；
－至少在建立连接时，确定关于接收场强度和与移动无线用户到活动小区的发送站的距离相关的参数的信息；
－在有和/或没有活动移动无线链路的情况下，移动无线用户发送至少一次测量报告，其中在测量报告中提供逐条列举，该测量报告包括至少两个发送站，其中向每个发送站分配与来自此发送站的信号的接收场强度相关的值；
定位至少一个移动无线用户的所述设备特征在于以下装置：
a）用于根据在建立连接时确定的信息为每个小区创建表格的装置，其中向各个接收场强度分配到小区的发送站的至少一个距离参数；
b）用于对于与接收场强度相关且在测量报告中发送的至少一个值从在装置a）中创建的表格中读取所分配的到各个小区的发送站的距离参数的装置；
c）用于确定满足在装置b）中读取的一个或多个距离参数的至少一个点的装置；以及
用于在连接中断之后基于通过最后发送的测量报告而确定的距离参数通过外插而针对连接中断的时间（tCA）确定到至少一个发送站的距离参数的装置。
13. 如权利要求12所述的设备，其特征在于
用于在连接中断之后基于通过最后发送的测量报告而确定的距离参数通过外插而针对连接中断的时间（tCA）确定到至少两个发送站的距离参数的装置。
14. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
装置c）用于将小区的发送站的至少一个开度角考虑在内。
15. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
装置b）用于读取到至少两个发送站的距离参数并且装置c）用于将该距离参数用于确定所述点。
16. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于在发送测量报告的时间之间对于至少一个另外的时间（tE）和至少一个发送站通过内插来确定接收场强度和/或到所述至少一个发送站的距离参数的装置。
17. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于在用最大接收场强度接收到发送站的变化时连续发送测量报告的装置。
18. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于在用最大接收场强度接收到发送站的变化时有规律地每100ms至10s、或与事件相关地连续发送测量报告的装置。
19. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于根据G2移动无线网络的定时提前参数或根据G3网络的传播延迟参数或与之相对应地确定所述距离参数的装置。
20. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于为不同的移动无线装置创建根据装置a）的表格的装置，以及用于特定于移动无线装置实现根据装置b）的读取和根据装置c）的确定的装置。
21. 如权利要求20所述的设备，其特征在于
所述不同的移动无线装置是不同类型的移动无线装置。
22. 如权利要求12或13中的任一项所述的设备，其特征在于
用于用试验驱动来获得根据装置a）的表格的装置。
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