CN101808359A - 一种长期演进系统中终端定位的方法和装置 - Google Patents

一种长期演进系统中终端定位的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长期演进系统中定位的方法和装置，其中，方法包括：根据终端的同步时间提前量和该终端所归属基站的信号接收时延，计算终端到其所归属基站的传播时延，利用该传播时延确定终端到基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定终端相对于所述基站的位置。本发明所使用的方法和装置采用简单的算法即可实现终端的定位，具有成本低、实现复杂度低和定位精度高的优点。

Description

一种长期演进系统中终端定位的方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种长期演进系统中终端定位的方法和装置。
背景技术
在长期演进(LTE)系统中，终端定位是一项重要的需求。目前已有的终端定位方法主要包括以下几种：
第一种：基于全球定位系统(GPS)的定位，在终端中安装GPS装置从而获得终端当前的位置并上报给系统。
第二种：基于系统小区的定位，由于在通信系统构建时，各服务小区的站址通常是已知的，通过查询终端当前所属小区的站址就能够得到终端的大致位置。
第三种：多点到达时间差(OTDOA)定位，终端同时测量和周围3个以上小区的传播时间差，将时间差乘以传播速度(光速c)得到距离差，从而得到终端位置的平面曲线方程，结合多个小区的平面曲线方程对应的曲线交点，就可以得到终端的位置。
上述三种方法中，第一种方法的定位精度比较准确，但是必须依赖于价格昂贵的GPS装置，该方法的实现成本比较高，且依赖于终端必须能够收到GPS信号；第二种方法的定位精度过于低，特别是基站覆盖面积较大的宏小区；第三种方法的测量复杂度较高，需要终端同时测量并上报周围3个小区的传播时间差，信令开销也较大，另外，当终端位于小区中心时，由于干扰和信号强度的原因，对周围小区的测量存在较大的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LTE系统中终端定位的方法和装置，以具备成本低、精度高和复杂度低的优点。
一种LTE系统中终端定位的方法，该方法包括：
A、根据终端的同步时间提前量和该终端所归属基站的信号接收时延，计算所述终端到所述基站的传播时延；
B、利用计算的传播时延确定所述终端到所述基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定所述终端相对于所述基站的位置。
一种LTE系统中终端定位的装置，该装置包括：第一信息获取单元、传播时延计算单元、距离计算单元和位置确定单元；
所述第一信息获取单元，用于获取终端的同步时间提前量、该终端所归属基站的信号接收时延和所述终端的信号来波方向；
所述传播时延计算单元，用于根据所述终端的同步时间提前量和所述信号接收时延，计算所述终端到所述基站的传播时延；
所述距离计算单元，用于利用所述传播时延计算单元计算的传播时延，确定所述终端到所述基站的距离；
所述位置确定单元，用于根据所述距离计算单元确定的距离和所述第一信息获取单元获取的所述终端的信号来波方向，确定所述终端相对于所述基站的位置。
由以上技术方案可以看出，本发明所提供的方法和装置中，根据终端的同步时间提前量和该终端所归属基站的信号接收时延，计算终端到其所归属基站的传播时延，利用该传播时延确定终端到基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定终端相对于所述基站的位置。本发明所使用的装置采用简单的算法即可实现终端的定位，相比较GPS装置成本大大降低，由于本发明中所使用的参数，即终端的同步时间提前量、基站的信号接收时延和终端的信号来波方向均是系统中已有的测量参数，无需额外的测量参数值，能够与现有系统很好的兼容，实现复杂度较低，并且，这些参数的精度均为LTE系统的基本时间单元Ts，约为1/(15000×2048)秒，具有较高的定位精度。
附图说明
图1为本发明的主要方法流程图；
图2为本发明实施例提供的详细方法流程图；
图3为本发明实施例提供的信号来波方向的测量示意图；
图4a为本发明实施例提供的不考虑基站高度时的距离示意图；
图4b为本发明实施例提供的考虑基站高度时的距离示意图；
图5为本发明实施例提供的基站和终端的几何位置关系示意图；
图6为本发明实施例提供的装置结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明所提供的方法可以如图1所示，主要包括以下步骤：
步骤101：根据终端的同步时间提前量和基站的信号接收时延，计算终端到其所归属基站的传播时延。
步骤102：利用计算的传播时延确定终端到其所归属基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定终端相对于其所归属基站的位置。
下面结合具体实施例对本发明所提供的上述方法进行详细描述。图2为本发明实施例提供的详细方法流程图，如图2所示，可以具体包括以下步骤：
步骤201：定位装置确定需要定位的终端，查找该终端所归属的基站并获取该基站的位置信息(X，Y)。
对于已经接入系统的终端，从系统数据库中能够查找到各终端所归属的基站信息。
虽然各终端的位置信息不能直接确定，但由于网络中各基站的位置信息是固定不变的，因此，通过终端所归属基站的位置信息来间接获取终端的位置信息。
在该实施例中可以在一个坐标系中采用坐标(X，Y)来标识终端所归属基站的位置信息。
步骤202：判断终端当前所处的状态，如果终端处于非连接状态，则执行步骤203，如果终端处于连接状态，则执行步骤204。
步骤203：定位装置通知基站通过系统寻呼激活终端。
如果终端处于非连接状态，则首先需要激活终端以便进行后续各参数的测量工作，如果终端处于连接状态，则可以直接进行后续各参数的测量工作。
步骤204：定位装置向终端和基站发送测量命令，通知终端测量该终端的同步时间提前量TA以及通知基站测量针对该终端的信号接收时延TD和该终端的信号来波方向AOA，定位装置获取终端和基站的测量结果。
终端接收到测量命令后，上报同步时间提前量TA，该同步时间提前量TA在LTE系统中为16TS的整数倍，其中，TS为LTE系统的基本时间单元，通常TS＝1/(15000×2048)秒。
基站接收到测量命令后，根据终端的上行信号进行信号接收时延TD和该终端的信号来波方向AOA的测量。其中，基站进行信号接收时延TD的测量所采用的伤心光信号可以为：上行探测导频(SRS)信号、上行随机接入信号、上行数据业务信号或上行控制信道信号等。
基站对终端的信号来波方向AOA的测量可以利用多个天线的相位差来估计，如图3所示，天线1和天线2之间的间距为d1，来波方向为AOA，获取天线1和天线2上信号的相位差θ，则d1×cos(AOA)＝λ×θ/2π，其中，λ为载波波长，π为圆周率，那么
Figure B2009100774711D0000041
另外，上述测量过程可以为一次测量，也可以为多次测量然后进行平滑处理，例如求平均，取中值等。
定位装置在发送测量命令给基站和终端时，可以为同时发送，也可以在在设定的时间间隔范围内先后发送，该时间间隔范围能够保证一定的测量准确性即可，例如，可以设定时间间隔范围为100ms以内。
步骤205：利用公式T＝(TA+TD)/2，计算终端到其所归属基站的传输时延T，并利用公式d＝T×c计算终端到其所归属基站的距离d，其中，c为光速。
在LTE系统中，终端收到基站周期性发送的下行特殊信号来得到下行基准时钟，由于基站发送到终端接收存在传播时延T，终端发送到基站的传播时延也同样为T，为了使终端发送的信号传播到基站的时间正好和基站同步，系统会通过闭环同步处理使基站发送同步命令给终端，让终端调整发送时间，在LTE系统中，调整量为终端的同步时间提前量TA。终端按照该同步时间提前量发送信号后，经过传输时延T到达基站，理想情况下，基站的接收时间与基站时钟正好同步，但是，由于同步命令延迟、终端移动性的原因，不可能达到理想同步即会产生信号接收时延TD。因此，终端到其所归属基站的传播时延T应该考虑TA和TD两个因素，即T＝(TA+TD)/2。
如果不考虑基站高度，则终端和基站之间的距离d＝T×c，如图4a所示；另外，如果考虑基站的高度H，则也可以利用公式
Figure B2009100774711D0000051
计算终端到期所归属基站的距离，如图4b所示。
步骤206：利用公式x＝X+d×cos(AOA)，y＝Y+d×sin(AOA)确定终端的位置信息(x，y)。
利用平面直角坐标中的几何关系，如图5所示，可以得到终端的位置(x，y)与基站位置(X，Y)之间的关系为：x＝X+d×cos(AOA)，y＝Y+d×sin(AOA)。
在该实施例中以平面直角坐标为例进行的描述，当然，也可以以极坐标或者其它形式来表示终端相对于其所归属基站的位置，原理基本相同，均在本发明的保护范围内，在此不再一一赘述。
以上是对本发明所提供的方法进行的详细描述，下面对本发明所提供的定位装置进行详细描述，如图6所示，该装置可以包括：第一信息获取单元601、传播时延计算单元602、距离计算单元603和位置确定单元604。
第一信息获取单元601，用于获取终端的同步时间提前量、该终端所归属基站的信号接收时延和终端的信号来波方向。
传播时延计算单元602，用于根据终端的同步时间提前量和信号接收时延，计算终端到基站的传播时延。
距离计算单元603，用于利用传播时延计算单元602计算的传播时延，确定终端到基站的距离。
位置确定单元604，用于根据距离计算单元603确定的距离和第一信息获取单元601获取的终端的信号来波方向，确定终端相对于基站的位置。
另外，该装置还可以包括：第二信息获取单元605，用于确定需要定位的终端，查找该终端所归属的基站并获取该基站的位置信息，将确定的终端和基站信息提供给第一信息获取单元601，将获取的基站的位置信息提供给位置确定单元604。
另外，第一信息获取单元601具体可以包括：测量命令发送子单元606和测量结果获取子单元607。
其中，测量命令发送子单元606，用于接收到确定的终端和基站信息后，向终端和基站发送测量命令，通知终端测量同步时间提前量以及通知基站测量针对终端的信号接收时延和终端的信号来波方向。
测量结果获取子单元607，用于获取终端和基站的测量结果。
更进一步地，该装置还可以包括：状态判断单元608和寻呼处理单元609。
状态判断单元608，用于接收第二信息获取单元605发送的终端和基站信息后，判断终端是否处于非连接状态，如果是，则向寻呼处理单元609发送处理通知；否则，将确定的终端和基站信息发送给第一信息获取单元601。
寻呼处理单元609，用于接收到处理通知后，通知基站通过系统寻呼激活终端后，将确定的终端和基站信息发送给第一信息获取单元601。
具体地，上述地传播时延计算单元602可以利用公式T＝(TA+TD)/2，计算终端到其所归属基站的传输时延T；其中，TA为终端的同步时间提前量，TD为信号接收时延。
上述的距离计算单元603利用公式d＝T×c或者
Figure B2009100774711D0000071
计算终端到其所归属基站的距离d，其中，c为光速，H为基站的高度。
上述的位置确定单元604利用公式x＝X+d×cos(AOA)，y＝Y+d×sin(AOA)确定终端的位置信息(x，y)，其中，(x，y)和(X，Y)分别为终端和基站在同一直角坐标中的坐标值。
本发明所提供的上述定位装置可以独立设置，也可以设置在基站中实现。
由以上描述可以看出，本发明所提供的方法和装置中，根据终端的同步时间提前量和该终端所归属基站的信号接收时延，计算终端到其所归属基站的传播时延，利用该传播时延确定终端到基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定终端相对于所述基站的位置。本发明所使用的装置采用简单的算法即可实现终端的定位，相比较GPS装置成本大大降低，由于本发明中所使用的参数，即终端的同步时间提前量、基站的信号接收时延和终端的信号来波方向均是系统中已有的测量参数，无需额外的测量参数值，能够与现有系统很好的兼容，实现复杂度较低，并且，这些参数的精度均为LTE系统的基本时间单元Ts，约为1/(15000×2048)秒，具有较高的定位精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种长期演进LTE系统中终端定位的方法，其特征在于，该方法包括：
A、根据终端的同步时间提前量和该终端所归属基站的信号接收时延，计算所述终端到所述基站的传播时延；
B、利用计算的传播时延确定所述终端到所述基站的距离，并根据该距离和终端的信号来波方向，确定所述终端相对于所述基站的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A之前，还包括：
步骤A1、确定需要定位的终端，查找该终端所归属的基站并获取该基站的位置信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤A1和步骤A之间，还包括：
步骤A2、向所述终端和基站发送测量命令，通知所述终端测量同步时间提前量以及通知所述基站测量针对所述终端的信号接收时延和所述终端的信号来波方向AOA，并获取所述终端和基站的测量结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤A1和步骤A2之间，还包括：步骤A3、判断所述终端是否处于非连接状态，如果是，继续执行步骤A2，否则，执行步骤A4；
步骤A4、通知所述基站通过系统寻呼激活所述终端，继续执行步骤A2。
5.根据权利要求1至4任一权项所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：利用公式T＝(TA+TD)/2，计算终端到其所归属基站的传输时延T；其中，TA为终端的同步时间提前量，TD为所述信号接收时延。
6.根据权利要求1至4任一权项所述的方法，其特征在于，步骤B中所述利用计算的传播时延确定所述终端到所述基站的距离具体为：利用公式d＝T×c或者计算终端到其所归属基站的距离d，其中，c为光速，H为基站的高度。
7.根据权利要求1至4任一权项所述的方法，其特征在于，步骤B中所述确定所述终端相对于所述基站的位置具体包括：利用公式x＝X+d×cos(AOA)，y＝Y+d×sin(AOA)确定终端的位置信息(x，y)，其中，(x，y)和(X，Y)分别为终端和基站在同一直角坐标中的坐标值。
8.一种LTE系统中终端定位的装置，其特征在于，该装置包括：第一信息获取单元、传播时延计算单元、距离计算单元和位置确定单元；
所述第一信息获取单元，用于获取终端的同步时间提前量、该终端所归属基站的信号接收时延和所述终端的信号来波方向；
所述传播时延计算单元，用于根据所述终端的同步时间提前量和所述信号接收时延，计算所述终端到所述基站的传播时延；
所述距离计算单元，用于利用所述传播时延计算单元计算的传播时延，确定所述终端到所述基站的距离；
所述位置确定单元，用于根据所述距离计算单元确定的距离和所述第一信息获取单元获取的所述终端的信号来波方向，确定所述终端相对于所述基站的位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置还包括：第二信息获取单元，用于确定需要定位的终端，查找该终端所归属的基站并获取该基站的位置信息，将确定的终端和基站信息提供给所述第一信息获取单元，将获取的所述基站的位置信息提供给所述位置确定单元。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一信息获取单元具体包括：测量命令发送子单元和测量结果获取子单元；
所述测量命令发送子单元，用于接收到所述确定的终端和基站信息后，向所述终端和基站发送测量命令，通知所述终端测量同步时间提前量以及通知所述基站测量针对所述终端的信号接收时延和所述终端的信号来波方向；
所述测量结果获取子单元，用于获取所述终端和基站的测量结果。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置还包括：状态判断单元和寻呼处理单元；
所述状态判断单元，用于接收所述第二信息获取单元发送的所述终端和基站信息后，判断所述终端是否处于非连接状态，如果是，则向所述寻呼处理单元发送处理通知；否则，将所述终端和基站信息发送给所述第一信息获取单元；
所述寻呼处理单元，用于接收到所述处理通知后，通知所述基站通过系统寻呼激活所述终端后，将所述终端和基站信息发送给所述第一信息获取单元。
12.根据权利要求8至11任一权项所述的装置，其特征在于，所述传播时延计算单元利用公式T＝(TA+TD)/2，计算终端到其所归属基站的传输时延T；其中，TA为终端的同步时间提前量，TD为所述信号接收时延。
13.根据利要求8至11任一权项所述的装置，其特征在于，所述距离计算单元利用公式d＝T×c或者
Figure F2009100774711C0000031
计算终端到其所归属基站的距离d，其中，c为光速，H为基站的高度。
14.根据利要求8至11任一权项所述的装置，其特征在于，所述位置确定单元利用公式x＝X+d×cos(AOA)，y＝Y+d×sin(AOA)确定终端的位置信息(x，y)，其中，(x，y)和(X，Y)分别为终端和基站在同一直角坐标中的坐标值。
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