CN101682905A - 使用基于地面的蜂窝网络来促进移动台定位 - Google Patents

Abstract

通信使用通常用于蜂窝通信的射频频谱来促进对移动台(22)进行定位。第一定位信号在基站收发器(30，32)与移动台(22)之间传达并且包括与信号源的位置有关的信息。多个第二定位信号在对应的多个测距信标设备(40，42，44)与移动台(22)之间传达并且各自包括与测距信标设备(40，42，44)的位置有关的信息。第一和第二信号允许确定移动台(22)的位置。在一个公开示例中，第一和第二信号分别由基站(30，32)和多个测距信标设备(40，42，44)同时发送。

Description

使用基于地面的蜂窝网络来促进移动台定位

技术领域

本发明主要地涉及通信。具体而言，本发明涉及促进对移动通信设备进行定位。

背景技术

无线通信系统是众所周知的并且被广泛使用。典型系统划分成称为小区的地理区域。基站收发器在小区内提供无线通信覆盖并且通常服务于小区内的数个扇区。在蜂窝通信系统内存在各种可用的通信协议。

想要对移动台进行定位有各种原因。例如，紧急911服务要求能够对呼叫的源进行定位以便将响应人员派往合适位置。例如，定位能力的另一用途是对宝贵资产进行定位或者跟踪以确定它们是被合法携带还是已经被窃。位置信息的另一用途将是向无线通信用户提供当前邻近区域的地图或者供应其它基于位置的服务。

对诸如移动台的设备进行定位存在两种基本方法。一种方法是基于依赖于空间卫星网络的全球定位系统(GPS)方式。卫星提供例如可以出于地理定位的目的、使用已知三角测量技术而被检测的测距信号。在有利境况之下，GPS方式提供迅速且高准确性的定位。然而，由于移动台不能在各种条件之下检测足够的卫星，GPS方式无法用于所有蜂窝通信场合。例如在所谓的城市峡谷(urban canyon)中和在建筑物内部，典型的移动台(即使它们具有GPRS能力)不能检测足量卫星信号以便做出位置确定。因此在一些条件之下，GPS接收器不能提供位置信息。即使是能够提供一些附加GPS覆盖范围的高灵敏度GPS接收器仍然具有许多应用不可接受的关联的位置误差(例如20米或者更多)。

另一方式称为辅助GPS(A-GPS)。蜂窝网络可以通过帮助GPS接收器检测更弱的GPS信号来辅助GPS接收器。A-GPS技术包括与蜂窝网络连接的支持GPS功能的定位服务器。该服务器能够确定什么卫星在移动台的主要邻近区域中、卫星的多普勒和延迟参数及其NAV消息。服务器通过蜂窝链路将这一数据提供给A-GPS移动台。这一A-GPS信息在移动台难以自行直接检测卫星的情形中辅助接收GPS卫星信号。A-GPS的一个局限在于准确性通常并不明显好于GPS而且可能并不满足精确定位需要。

可以有可能主要基于对移动台接收的蜂窝基站收发器信号的三角测量对移动台进行定位。在许多情形中，移动台将不能检测弱的卫星信号、但是可以能够检测附近的蜂窝基站。通常，使用未修改的蜂窝信号作为定位过程的基础。尝试使用这一方式的一个潜在不足在于移动台通常不能同时检测来自足够多的基站收发器的充分强的信号以做出准确的位置确定。例如，准确地理定位需要至少三个并且优选至少四个不同信号源。当信号源自身在高度尺度方面不能明显区别时，确定移动台的高度(海拔)尤为困难。

能够对移动台更准确和更一致地进行定位将是有用的。

发明内容

一种促进对移动台进行定位的示例性方法包括在至少一个基站收发器与移动台之间传达第一位置信号。在对应的多个测距信标发送器与移动台之间传达多个第二定位信号。第一和第二信号中的每一个都包括与对应信号源的位置有关的信息。第一和第二信号促进对移动台进行定位。

在一个公开示例中，定位信号与通常的蜂窝通信信号进行协调以允许用户通信和定位功能共存于相同无线电带宽中。另外，位置信号自身进行协调以使它们的相互干扰最小。

本领域技术人员根据以下具体实施方式将清楚本发明的各种特征和优点。具体实施方式的附图可以简述如下。

附图说明

图1示意地图示了可用于本发明的一个实施例的无线通信系统的被选择的部分。

图2是概括一个示例方式的流程图。

图3示意地图示了在一个示例实施例中使用的信令策略。

图4示意地图示了在另一示例实施例中使用的信令策略。

具体实施方式

公开的示例使用基于蜂窝网络的信令来促进对移动台进行定位。图1示意地图示了示例无线通信系统20，该系统允许以通常公知的方式使用移动台22进行无线通信。移动台22通过常规射频链路来与基站收发器(BTS)30通信，以便例如进行语音、数据或者其它形式的无线通信。BTS 30与无线通信网络关联，以促进在移动台22与另一设备之间的通信。

所示示例包括另一BTS 32，根据移动台22同时检测来自BTS30和32的信号的能力，该BTS可以是移动台活跃集的部分。示例基站收发器30、32中的每一个都用于常规无线通信。

所示BTS 30、32也用于促进对移动台22进行定位。BTS 30、32中的每一个也提供可以由移动台22检测的位置信号。位置信号包括与各BTS的位置有关的信息。由于移动台22可能不能同时检测来自足够多的BTS的信号以进行准确的位置确定，所以所示示例包括多个测距信标发送器设备40、42和44。测距信标发送器设备在战略上位于希望有移动台定位服务的地理区域内。在一个示例中，测距信标发送器设备称为伪卫星。测距信标发送器设备40、42和44提供可以由移动台22接收用于进行位置确定的位置信号。来自测距信标发送器设备40、42和44的位置信号包括关于对应发送器的位置信息。

在所示示例中，在建筑物46的顶部上支撑测距信标发送器44。这样的布置的一个特征在于不同测距信标发送器的不同高程允许移动台22确定经度、纬度和高程位置信息。

当移动台22能够检测来自至少一个BTS和多个测距信标发送器的足量定位信号时，移动台22可以使用已知地理定位算法来确定移动台的位置。利用蜂窝式、基于地面的方式，无需卫星信号。

图2包括概括一种示例方式的流程图图解50。图2被组织成在左边方框中示出移动台操作、在中间方框中示出BTS操作而在右边方框中示出测距信标发送器操作。在52，BTS(例如BTS 30)发送用于语音、数据或者其它无线通信业务的信号。这样的信号发送与已知无线通信系统关联。在54，BTS也发送BTS定位信号，该信号包括测距信号和与BTS的位置有关的信息(例如坐标，诸如经度和纬度之类)。在一个示例中，各BTS在调度基础上定期发送定位信号。在一个示例中，在第一区间期间发送与语音或者数据通信关联的业务信号，而在不同的第二区间期间发送定位信号。在一个示例中，BTS约每秒发送定位信号。发送定位信号的区间可以例如持续一帧(例如20毫秒)。根据一方面针对业务通信容量的特定水平而另一方面针对移动台定位能力的特定水平的要求，可以定制对传达业务信号和传达定位信号的区间所进行的调度。根据本说明书，本领域技术人员将能够判决什么类型的时间表对于他们的特定情形而言将最好地起作用。

在一个示例中，将调度给定区域内的每个BTS，以便同时发送定位信号。这允许移动台从多个BTS接收同时发送的定位信号，从而各接收信号可以用于进行与移动台的位置有关的位置确定。

在一个示例中，测距信标发送器(例如设备40、42和44)在BTS发送它们的定位信号同时发送它们的定位信号。在图2中概括了用于如此实现的一个示例策略。在60，测距信标发送器设备40、42和44检测从BTS 30、32中的至少一个BTS发送的定位信号。一旦接收到BTS定位信号，本示例中的测距信号发送器被配置成能够协调它们自己的定位信号发送与BTS的定位信号发送。在62，测距信标发送器基于BTS定位信号的信号发送定时来设置它们的信号发送定时。测距信号发送器通过接收BTS位置信号并且考虑在BTS与测距信标发送器之间的已知距离来掌握它们的时间同步。在一些示例中，测距信标发送器在进行同步确定时补偿飞行时间。在一个示例中，测距信标发送器将它们的时钟与对应的一个或者多个BTS对准，并且将测距信标定位信号的发送定时与BTS定位信号的发送同步。在64，测距信标发送器发送它们的测距信标定位信号，每个信号包括与对应信号源的位置有关的信息(例如坐标，诸如经度、纬度和高程之类)。

图2也图示了例如在移动台22出现的操作。在70，移动台从在移动台的适当范围内的所有BTS接收BTS定位信号。在72，移动台从多个测距信标发送器(例如40、42和44)接收附加测距信标定位信号。测距信标发送器在许多示例中在战略上被布置成使得在特定地理区域内的移动台将能够检测来自它们中的多个测距信标发送器的测距信标信号，以向移动台提供足量信号用于进行地理位置确定。

在74，移动台的定位器模块75确定所接收信号的诸如定时、角度、功率等一个或者多个特征。示例定时特征包括信号到达时间、到达时间差或者往返到达时间。移动台在一些示例中将角度或者信号强度信息作为定位解决方案的部分使用。以接收的信号和供应的关于信号源的位置信息为基础的已知地理定位算法以其它方式允许移动台22在76进行位置确定。

一旦在76确定移动台的位置，可以用与特定情形的需要相适应的方式提供该位置。例如在紧急911呼叫期间，移动台可以提供指示移动台的当前位置的信号。这一位置信息然后将被转发到促进对紧急呼叫做出响应的合适机构。

在一些示例中，移动台将通过反复地检测定位信号并且进行对应位置确定来持续地监视它的位置。在另一示例中，移动台将基于移动用户要求的某一动作(比如拨打紧急911呼叫或者对本地邻近区域的地图进行请求的菜单选择)来进行位置确定。

在上例中，移动台22包括用于进行移动台位置确定的适当编程和处理能力。在另一示例中，定位信号由移动台发送并且分别由BTS和测距信标设备接收。与在每个这样的设备处接收的定位信号有关的定时信息以及那些设备的已知位置允许与BTS和测距信标设备通信的中央定位设备进行移动台位置确定。在这样的情形中，该位置信息可以提供给当前为移动台服务的BTS。位置信息也可以出于多种目的转发到移动台。

从本说明书中受益的本领域技术人员将认识到如何可以在一个或者两个方向上出现在BTS、测距信标设备与移动台之间传达信号以便促进对移动台进行定位。应当注意如果设备发送或者接收定位信号则认为该设备出于本说明书的目的传达定位信号。此外，即使另一设备不实际接收定位信号，发送器仍然通过发送该定位信号来对该定位信号进行传达。

在一个示例中，定位信号的同时发送没有引入不希望的干扰或者被规划成使任何相互干扰达到最小。一个示例包括将正交频分复用用于定位信号的蜂窝下行链路发送。图3示意地示出了一种示例方式。信号发送调度80例如包括如下区间82，BTS在该区间期间发送与语音或者数据业务关联的用户业务信号。其它区间84专用于定位信号发送。在区间84期间，定位信号由BTS和测距信标发送器发送。

本示例中的定位信号包括来自BTS和测距信标发送器的已知导频信号。在90示意地示出了用于定位信号发送的带宽。这一带宽划分成多个音(tone)，诸如在92-102示出的多个音。本示例中的每个源在104发送宽带信号并在106发送低速率低带宽信号部分。在本示例中，低速率低带宽部分106用于提供源位置信息。

所示示例被设计成支持多达六个不同测距信号。每个测距信号在相应的音上发送。在本示例中，在多个音上发送六个信号。例如，音92由一个源(例如BTS之一)使用，而音94、96、98、100和102中的每一个都由相应测距信标发送器使用。类似地分配接下来的六个音。如此相继分配具有六个音的集合，直至使用所有音。在本示例中，在每第六个音上发送各测距信号，从而使用所有音。

相同的音也可以由与另一发送器集合相距充分距离的发送器重用，从而不存在任何干扰。

在宽带宽部分104中的音上发送的导频信号在正常的正交频分复用信号条件之下无明显干扰。这样的布置避免多达六个位置源之间的近-远干扰而又维持宽带测距信号。宽带信号是位置准确性所希望的。较宽频带信号避免了原本与时间移位和偏移关联的准确性降低，这些时间移位和偏移与较小带宽信号的边缘舍入近似(roundoff)关联。

在所示示例中，位置信号的每个源使用音118、110、112之一，例如使用该音来发送它的位置信息。在一个示例中，测距信标发送器仅在104和106所示测距时间隙期间在它们被分配的一个或者多个音上进行发送。

组合的业务通信和位置通信布置允许实现比通过占用全射频带宽持续地仅提供位置信息信号的专用定位系统更高的效率。示例策略允许利用现有BTS设备的射频能力并且提供用于对移动台进行定位的信号同时仍然提供用户业务通信。

图4示意地示出了除了正交频分复用之外还包括时分复用的另一策略。在本示例中，发送定位信号的区间84划分成时间序列120、122和124，各序列专用于定位信号的特定发送器。在时间段120、122和124中的每一个期间，特定发送器利用可用带宽90的宽带宽部分132中的所有音130。带宽的更窄部分134包括用于发送源位置信息的多个音126。在本示例中，各发送器使用在分配给该发送器的时间段期间的所有可用音。

另一示例包括电路交换CDMA无线电系统。在本示例中，使用导频信道作为测距信号，而在公共广播信道如寻呼信道上发送BTS坐标。在本示例中，测距信标发送器(例如40、42、44)被分配长的扩频代码、但是并不对来自移动台的通信请求做出响应。在这样的示例中，发送功率电平被设置成平衡覆盖范围和潜在干扰。

在另一示例中，CDMA无线电系统是面向分组的。在这样的示例中，在下行链路上偶尔发送测距分组。测距分组仅包含已知导频脉冲串。在公共广播信道上发送BTS位置信息。在本示例中，测距信标发送器也按这一格式发送它们的定位信号而不对来自移动台的任何上行链路消息做出响应。在本示例中，也调节发送功率以仔细平衡覆盖范围与干扰。

公开的示例示范了本发明的实施例怎样将蜂窝无线电频谱用于通信和地理定位功能。蜂窝基站可以协同发送适合于移动台位置的信号，同时又实现它们在蜂窝网络中的正常业务通信功能。公开的示例允许在通信(例如业务)与位置信令之间分割射频资源，同时又使二者之间的干扰最小。

先前描述在本质上是示例性的而不是进行限制。在不脱离本发明实质的前提下所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员可以是清楚的。仅通过阅读所附权利要求才可以确定给予本发明的法律保护范围。

Claims (10)

1.一种促进对无线通信移动台进行定位的方法，包括以下步骤：

从基站传达或者向基站传达至少一个第一信号，如果所述第一信号来自所述基站，则所述第一信号包括与所述基站的位置有关的信息；

从对应的多个测距信标发送器传达或者向对应的多个测距信标发送器传达多个第二信号，如果所述第二信号来自所述测距信标发送器，则所述第二信号中的每一个都包括与所述对应的测距信标发送器的位置有关的信息；以及

使用所述第一信号和第二信号来促进对移动台进行定位。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

在所述移动台接收所述至少一个第一信号和所述第二信号；以及

基于所述接收的信号中包括的信息来确定所述移动台的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：

确定接收到的信号的定时信息，所述定时信息包括以下中的至少一个：(i)接收到的信号的到达时间，(ii)接收到的信号的到达时间差，或者(iii)接收到的信号的往返到达时间；以及

将所确定的接收到的信号的定时信息用于确定所述移动台的位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

与从所述对应的多个测距信标发送器发送的多个第二信号同时从所述基站发送所述至少一个第一信号。

5.根据权利要求4所述的方法，包括：

在所述多个测距信标发送器之一处接收先前发送的第一信号；

基于所述接收的先前发送的第一信号来确定从所述基站发送所述第一信号的定时；以及

基于所述确定的定时，将用于从所述测距信标发送器之一发送所述第二信号的定时与发送所述第一信号的定时相同步。

6.根据权利要求1所述的方法，包括：

在第一区间期间从所述基站发送所述第一信号；以及

在不同的第二区间期间从所述基站发送包括用户业务的信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中用于传达所述第一信号和第二信号的带宽划分成多个音，并且所述方法包括：

将所述音中的每个音分别用于以下信号之一：

(i)所述第一信号；或者

(ii)所述多个第二信号之一。

8.根据权利要求1所述的方法，其中用于传达所述第一信号和第二信号的带宽划分成多个音，并且用于传达所述第一信号和第二信号的区间划分成多个段，并且其中所述方法包括：

将所述段中的每个段分别用于：

(i)所述第一信号之一，或者

(ii)所述多个第二信号之一；以及

在对应的段期间将所有音用于：

(i)所述第一信号之一，或者

(ii)所述多个第二信号之一。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号包括导频信道信号，并且在广播信道上传达关于所述基站位置的信息。

10.一种无线通信系统，包括：

至少一个基站，在第一区间期间发送包括与所述基站的位置有关的信息的第一信号，并且在第二区间期间发送包括用户业务的信号；以及

多个测距信标发送器，每个测距信标发送器在所述第一区间期间发送包括与所述对应测距信标发送器的位置有关的信息的第二信号；

其中可以根据所述第一信号和第二信号来确定所述第一信号和所述第二信号的接收器的位置。

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