CN101772157A - 终端辅助的下行定位方法 - Google Patents

Abstract

一种终端辅助的下行定位方法，包括步骤：基站发送自己的位置以及其它参考信号源的信息给终端；终端接收所述参考信号源发送的参考信号后得到自己位置结果；终端将自身位置信息和基于直径判断的精度信息报告给所述基站；基站指定定位精度高的终端为新的参考信号源；所述被指定为新的参考信号源的终端发送参考信号。本发明利用用户终端之间的信号传输，通过大量用户的循环叠代过程，为被测用户提供了近可能准确的参考信号，从而提高了定位的精度。

Description

终端辅助的下行定位方法

技术领域

本发明涉及无线定位技术，特别涉及终端辅助的下行定位方法。

背景技术

无线定位业务又称为位置业务(Location-Based Services，LBS)，是移动通信网通过一系列定位技术获得移动网关的位置信息，将之提供给移动用户本人或他人以及通信系统，以实现与位置相关的一种增值服务。

广义地说，只要是基于位置的信息服务均属于位置服务，有些业务可能与用户本身的位置无关，例如固定地点的天气、固定起始终止点之间的公交路线等。但在移动通信网中，LBS业务应用最多的应是与终端持有者本身的位置紧密相关的那些业务。

在移动定位业务兴起之前，最先服务于导航和定位服务的技术是全球定位系统GPS。随着移动通信网络技术的不断发展，从1999年开始移动定位服务得到逐步应用，并日益走向成熟。如今，通过移动通信网络实现的移动定位不仅日益广泛地应用于物流管理、交通调度、医疗救援、野外勘探等领域，而且正在加快走向大众化。

目前，电信业竞争激烈，移动运营商在不断地寻找新的途径去创造新的利润点或者利润增长点。在各种移动增值业务当中，移动位置信息服务是最具市场潜力的一种。另一方面，随着我国私人汽车市场不断增长，以汽车移动通信平台的需求也将有很大的发展潜力，其中针对汽车的导航、跟踪等位置业务是今后一个非常具有发展潜力的市场。

实际应用包括但不限于：

第一，安全应用，如紧急服务和路边求助等。当用户在陌生的地方遭遇危险，只要用户的手机支持位置服务，用户在拨打救援中心电话(如中国的110、美国的911、日本的411电话)时，移动通信网络会自动将用户所在的位置信息和用户的语音信息一并传送给救援中心。救援中心接到呼叫后，根据得到的位置信息，就能快速、高效地开展救援活动，大大提高救援成功率。

第二，信息服务应用，如生活信息和交通信息等。位置服务能够提供给用户与地图坐标有关的信息服务以及交互式地图信息服务。可以提供给用户交通状况及最佳行车路线，帮助用户寻找目的地附近的餐厅、影院、公司等的具体位置，并进行订票、订座等增值服务，还可以进行移动黄页和移动广告的宣传。

第三，追踪应用，如车队追踪以及对财产的追踪等。在人口密集的大城市里，交通阻塞的问题亟待解决，公众对于车辆导航和智能交通的需求越来越迫切。作为智能交通系统核心的自动车辆定位系统，将实现动态交通流分配、定位导航、事故应急、安全防范、车辆追踪、车辆调度等功能。

最早的LBS的发展可以追溯到1996年，当时美国联邦通信委员会(FCC)公布了E911定位需求，要求在2001年10月1日前，网络运营商必须能对发出E-911紧急呼叫的移动设备用户提供精度在1.25公尺以内的定位服务。它需要网络运营商提供呼叫者的方位、回电的号码，还要一并提供公共紧急服务。后来，欧洲和日本也提出了类似的要求，最终促成了LBS——基于呼叫设备的地理位置服务——的出现。再后来，定位系统(PositioningSystems)、通讯(Communication)和GIS(Global Information System，全球情报系统)领域的快速发展刺激了该行业从业者对LBS的想象力，电信公司开始广泛利用该项服务，依照移动用户的地理位置为其提供量身定制的服务。

现在多数主流标准中，LBS业务都是现在或未来的考虑重点。

下面讨论现有技术的定位方法。

a)基于网络的定位技术

移动台在接收当前服务基站的信号的同时，需要不停地寻找来自其它基站的信号。如果发现来自其它基站的信号足够强，移动台需要确定来自不同基站信号的时间差，为合并两个信号做准备。移动台的这种能力为实现定位奠定了技术基础。定位操作平台可以通过CDMA网络获取到终端的这些信息(导频强度信息)进行定位。其它一些基于网络的技术能够提供更高的定位精度，例如测量移动台的环路时延、信号到达角度等，但这些技术都需要在基站上增加相应的测量设备，代价较高。

b)辅助GPS技术(AGPS)

辅助GPS技术主要依靠GPS卫星完成定位操作。移动台需要接收至少4个GPS卫星的信号，根据这些信息完成定位计算，并将计算结果报告给网络。对一般的GPS定位技术来说，需要GPS接收机在全空域范围内搜索可以使用的GPS卫星。通常这种搜索需要很长的时间，所以不能满足快速移动定位的需要。在辅助GPS技术中，网络可以根据移动台当前所在的小区，确定所在小区上空的GPS卫星，将这些信息提供给移动台。移动台根据这些信息，缩小搜索范围、缩短搜索时间，更快地完成可用卫星的搜索过程。搜索完成之后，移动台需要通过和网络的交互，将用于计算移动台位置的信息传送给网络，由网络计算移动台的位置。

c)混合定位技术

CDMA系统中使用的混合定位技术主要使用了前面提到的两种基于移动台的技术。一般来说，GPS技术能够提供很高的定位精度，但在很多情况下，移动台不能够捕获足够多的GPS卫星。这时候，移动台可以利用基站的信号补充卫星的不足。这样在降低一定精度的条件下，提高可用性，实现室内定位。

d)基于移动台的GPS定位

对于一些需要快速连续定位的LBS业务来说(例如实时动态汽车导航)，可能要求每隔几秒钟刷新终端位置信息。在这种情况下，AGPS方式就很难满足时间上的要求。因此，为了提高连续定位情况下的定位间隔时间，提出了基于移动台的GPS定位。与AGPS不同的是，基于移动台定位方式下，位置的计算全部由终端自己完成，终端始终处于GPS跟踪状态，减少了与网络的交互时间。但是初次定位时间(TTFF)基本上与AGPS方式下的相同，与AGPS一样，需要从网络侧获取GPS卫星的信息。

e)推算定位

基于一个已知相对参考点或起始点，连续计算目标运动过程中相对于起始点的方向和距离，借助地图匹配算法来确定移动目标位置，适用于运动目标的连续定位。

推算定位依赖于移动终端对于加速度，速度和运动方向的测量精度。可以借助里程表，陀螺仪，加速计等提供相应的测量信息。

f)接近式定位

运动物体通过与之最靠近的固定参考检测点来估计确定。基于小区ID的方法可以看作本方法的一个分支，移动终端估计值可以通过最靠近的基站或扇区获得。

综合观察现有的定位算法，大部分都要依赖于时间相关参数的测量，然而一个很严重的问题由于信道环境的影响，基站和终端之间的信号通常不能直达，大部分都是经过多次反射，从而对时间参数的测量引入了很大的测量误差，因此导致定位结果的不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种终端辅助的下行定位方法。

为实现上述目的，一种终端协助的下行定位方法，包括步骤：

基站发送自己的位置以及其它参考信号源的信息给终端；

终端接收所述参考信号源发送的参考信号后得到自己位置结果；

终端将自身位置信息和基于直径判断的精度信息报告给所述基站；

基站指定定位精度高的终端为新的参考信号源；

所述被指定为新的参考信号源的终端发送参考信号。

本发明利用用户终端之间的信号传输，通过大量用户的循环叠代过程，为被测用户提供了近可能准确的参考信号，从而提高了定位的精度。

附图说明

图1是本发明的操作流程图；

图2是3基站2终端1个传输信号有遮挡的接收信号示意图；

图3是终端1发送辅助信号的情况，终端2的接收示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种可以循环迭代进行的终端辅助的定位方法，终端需要具有判断接收到的信号是否包含直径信号的能力，一种常见的判断方法是，从信道冲击响应中分离多径信号，当一组多径信号包含直径分量的时候，直径和其他径的能量分布对比符合莱斯分布，而当不含直径分量的时候，各个径的能量分布符合瑞利分布，通过能量检测和不同分布规律的切合程度，可以做出是否包含直径信号的判断。

为实现定位业务，基站汇总参考信号源(基站(BS)、中继(relay)、这些为固定位置参考信号源，还包括可以预知本身的位置并发送参考信号的设备，例如带GPS功能的终端)的位置信息，并进行如下步骤，在系统初始或重启阶段，如图1-101模块所示需要广播已知的参考信号源的位置坐标，以及发送的参考信号的格式(各个不同的信号源具有可以区分的时/频/码特性)，以及预计发送的时刻等必要信息，然后各个参考信号源在基站约定的时刻发送各自的参考信号，然后基站等待终端的测量结果。

基站接收到多个终端反馈信息后(图1-103)，在图1-104步骤通过信令安排，在下一次安排定位参考信号发送的时候，选择一些定位精度较高(接收信号直径数目多)的用户，给这些高可信度用户指定新的可区分的参考信号(不同的码字，不同的发送时刻等)，基站指定所述终端为新的参考信号源，并将这些具有大的可信度的用户的位置信息和参考信号的信息也进行广播，也就是说，基站发送自己的位置以及其它参考信号源的信息给其它终端，此时，参考信号源包括原先的参考信号源以及新指定的辅助终端参考信号源。这些信息主要包括参考信号源的位置坐标，参考信号的格式，预计发送的时刻或这些信息等价的信息。

在步骤(图1-105)处，基站和选定的辅助终端发射预定的参考信号，并等待终端的测量结果。

基站接收到多个终端反馈信息后(图1-106)，继续更新辅助定位的终端列表，循环进行步骤104-106。

用户终端步骤如下：

用户终端可能有两种工作模式，一种为接收参考信号完成自身定位的普通定位模式，另一种则在获得高精度定位坐标后，被选为辅助定位模式，按照基站指示发送定位参考信号供其它终端定位使用。

在普通定位模式下：

用户终端在初始阶段通过接收系统信息，(图1-107)，按照系统信息指示检测到达的多个参考信号的时间或时间差信息(图1-108)，判断是否这些接收到的参考信号中是否能够提取出直径的信息，从而建立有关自己位置的方程组，一种常见的基于接收到4个参考信号的到达距离方程组如下所示，在这个方程组中，用户的三维坐标和用户的时钟偏差值同时得到测量值：

(X-X1)²+(Y-Y1)²+(Z-Z1)²＝[C(T+ΔT-T1)]²

(X-X2)²+(Y-Y2)²+(Z-Z2)²＝[C(T+ΔT-T2)]²

(X-X3)²+(Y-Y3)²+(Z-Z3)²＝[C(T+ΔT-T3)]²

(X-X4)²+(Y-Y4)²+(Z-Z4)²＝[C(T+ΔT-T4)]²

Xn，Yn，Zn为发送参考信号源的坐标参数，(X，Y，Z)为用户三维位置坐标，T为各基站系统统一约定的基准时刻，ΔT为终端和基站的时钟误差，Tn为各基站的安排发送的时刻安排，C为光速。

这里可能存在建立不同方程组的可能性，例如，利用到达时刻差所建立的双曲面方程组，将上边的方程组两边同时开方，并两两相减，消去T和ΔT参数，求解先确定位置，再根据传输时延确定时刻差。也存在另外的一些方法，通过角度测量等方法获得位置。

通过运算这个方程组得到解(图1-110)。如果终端经过各种对接收到的物理信号的强度，多径能量分布，时延分布等进行分析，得出用于建立方程组的参考信号源都包含直径信号，则用户终端反馈给基站系统自己的位置信息，并通知基站此运算结果是基于足够数目(比方程组未知数数目多，一般＞＝3)的直径的测量参数，因此具有高的精度(图1-111)，如果接收的参考信号直径数目不足以建立方程组，则运算的结果不用上报给基站系统(图1-109)，也可以上报位置信息但指示此运算结果精度不高，并重新从步骤1-107开始准备。

在辅助定位模式下：

如果终端听取基站信息，按图1-112步骤解出如果从得到的信令得知，自己被指定为辅助终端，则进一步从信令中解出基站为本身指定的码字和指定的发送时刻等信息。

这些终端按步骤1-112得到的信息，在指定时刻发送指定的参考信息。

这些发送的参考信号和基站发送的参考信号一起为其余用户定位提供帮助。

这样，这个过程可以不停的循环更新，很大的可能程度上，

每一次运行都会有新的终端可以作为发送信号的终端，每一次被指定为辅助终端的终端作为下一次定位的参考信号源。而其他的用户将会有更多的信号源作为参考信号源进行位置判断。

实施例

下面通过一个简化的3个基站，两个终端，来描述上述过程。其中终端2到基站1的直径信号被建筑物阻挡(虚线所示)，主要信号来自反射径，如图2所示，我们在这里计算二维平面位置。

基站约定在时刻T0同时发射不同的参考信号，基站1(BS1)发送C1，坐标(X1，Y1)，基站2(BS2)发送C2，坐标(X2，Y2)，基站3(BS3)发送C3坐标(X3，Y3)，并将这些信息进行事先广播。

终端1(MT1)分别依次在T1，T2，T3，接收到这三个信号，终端2(MT2)分别在T4，T5，T6接收到这三个基站的信号，T5’为假设的直径信号到达时刻。

则MT1建立方程组如下：

(X-X1)²+(Y-Y1)²＝[C(T0+ΔT-T1)]²

(X-X2)²+(Y-Y2)²＝[C(T0+ΔT-T2)]²

(X-X3)²+(Y-Y3)²＝[C(T0+ΔT-T3)]²

Xn，Yn，Zn为发送参考信号源的坐标参数，(X，Y，Z)为用户三维位置坐标，T为各基站系统统一约定的基准时刻，ΔT为终端和基站的时钟误差，Tn为各基站的安排发送的时刻安排，C为光速。

终端1计算此方程组，得到自己的位置坐标，以及自己时间和基站时间的差值ΔT，并调整自己的时间和基站系统同步。同时通过接收到的信号计算出多径冲击响应，根据冲击响应的首径和其余径的能量分布，判断自己所接收的3个信号都是基于直径信号的，(如果是单径冲击响应，则可以根据接收能量的衰减是否和计算到的基站和终端距离相匹配得到判断)，上报基站自己的位置信息。

终端2进行同样的计算过程，但由于判断从基站1接受的信号为非直径信号，因此，继续重新进行定位过程。

基站系统给终端1指定在时刻TM0发送参考信号C4，并广播MT1位置坐标(Xmt1，Ymt1)和发送时刻TM0，基站和MT1发送各自的参考信号。

终端2此次不但接收到了3个基站的信号，还在时刻TM0+T7收到了终端1发送的参考信号，通过直径判决，得知从基站2，3和用户终端1得到的信号是包含直径信号，因此建立方程组如下：

(X-X2)²+(Y-Y2)²＝[C(T0+ΔT-T4)]²

(X-X3)²+(Y-Y3)²＝[C(T0+ΔT-T6)]²

${(X-\mathrm{Xmt}1)}^2+{(Y-\mathrm{Ymt}1)}^2={\left[C(\mathrm{TM}0+\mathrm{\ΔT}-T7)\right]}^2$

Xn，Yn，Zn为发送参考信号源的坐标参数，(X，Y，Z)为用户三维位置坐标，T为各基站系统统一约定的基准时刻，ΔT为终端和基站的时钟误差，Tn为各基站的安排发送的时刻安排，C为光速，Xmt1，Ymt1为MT1的坐标位置。

MT2解出坐标，因本次建立的方程组建立在接收到的直径信号基础上，因此上报基站运算结果。

Claims (8)

1.一种终端协助的下行定位方法，包括步骤：

基站发送自己的位置以及其它参考信号源的信息给终端；

终端接收所述参考信号源发送的参考信号后得到自己位置结果；

终端将自身位置信息和基于直径判断的精度信息报告给所述基站；

基站指定定位精度高的终端为新的参考信号源；

所述被指定为新的参考信号源的终端发送参考信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述参考信号源包括下述设备之一：

固定位置的基站、中继站，预知本身的位置并发送参考信号的设备、被基站选为定位辅助终端的终端设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于终端根据接收到的参考信号定位方程组并计算位置：

(X-X1)²+(Y-Y1)²+(Z-Z1)²＝[C(T+ΔT-T1)]²

(X-X2)²+(Y-Y2)²+(Z-Z2)²＝[C(T+ΔT-T2)]²

(X-X3)²+(Y-Y3)²+(Z-Z3)²＝[C(T+ΔT-T3)]²

(X-X4)²+(Y-Y4)²+(Z-Z4)²＝[C(T+ΔT-T4)]²

其中，Xn，Yn，Zn为发送参考信号源的坐标参数，(X，Y，Z)为用户三维位置坐标，T为各基站系统统一约定的基准时刻，ΔT为终端和基站的时钟误差，Tn为各基站的安排发送的时刻安排，C为光速。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于终端根据多径的能量分布或强度或其它物理特征来确定接收的信号中是否包括直径信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述被选定为新的参考信号源的终端是其位置与参考信号源之间有足够数目的直径。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于参考信号源为所述终端分配发送时刻，码字和时频资源，并向其它终端广播辅助终端的位置信息和发送时刻信息和码字时频资源安排。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

每一次被指定为辅助终端的终端作为下一次定位的参考信号源。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述参考信号源广播如下信息：

参考信号源的位置坐标；

参考信号的格式；

预计发送的时刻。

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