CN101828383B - 用于umts中的u-tdoa和aoa定位的呼叫中同步 - Google Patents
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Abstract
在无线定位系统中，一种用于确定帧和时隙定时信息的方法，所述帧和时隙定时信息用于从被分配到上行专用物理控制信道(DPCCH)的用户设备(UE)装置接收上行信号，所述方法包括：在所述WLS的定位测量单元(LMU)接收所述上行DPCCH中的信号。所述方法还包括检测预定义的位模式，所述位模式已知存在于所述上行DPCCH的多个预定义的时隙中。紧接着，基于所述被检测的位模式来确定用于所述上行DPCCH的所述帧和时隙定时信息。最后，所述帧和时隙定时信息被用于从所述UE收集上行信号用于定位处理。
Description
技术领域
本发明一般涉及用于定位无线设备的方法和装置，所述无线设备也称为移动台(MS)例如在模拟或数字蜂窝系统、个人通信系统(PCS)、增强型专用移动无线电(ESMR)和其他类型的无线通信系统中使用的那些。更具体地但不完全，本发明涉及在无线定位系统(WLS)中、在呼叫中发现W-CDMA无线电信令定时。
背景
这里描述的创造性主题的目前优选的实现特别适合同步上行到达时间差(U-TDOA)无线定位系统或采用U-TDOA和到达角(AoA)定位技术的混合系统。这种系统可与采用扩频技术的无线通信系统联合使用，并且依靠处于激活状态的用户设备(UE)装置和UMS基站(Node B)之间的上行无线电路径来收集无线电信号，然后所述无线电信号被用于TDOA和/或TDOA/AoA定位计算。
码分多址(CDMA)是通过无线电传输语音和数据的现在常用的方法。在2000年时，TruePosition是定位CDMA移动电话的先驱，它与VerizonWireless一起在纽约曼哈顿中城进行了广泛的测试。Verizon实验室使用CDMA开发组(CDG)出版的严格的测试计划来确定在充满挑战的城市峡谷(10到25层建筑物)环境中的TruePositon的基于网络的定位技术的性能。WLS论证了在各种室内、室外、行人和移动交通工具情况下的低于100米的定位结果。在试验中，未修改的CDMA(IS-95)移动电话被用来做出多于30000个测试呼叫。Verizon实验室(以前是GTE实验室)和TruePosition两者将这些呼叫放置在由服务到达时间差(TDOA)接收机的30个小区站点所覆盖的区域中。
这里所描述的创造性的技术和原理适用于码分无线电通信系统，包括 在技术规范中被称为CDMAOne(具有IS-95A和IS-95B修订的TIA/EIAIS-95CDMA)、CDMA无线电协议系列(如第三代合作伙伴计划2(3GPP2)所定义的)和第三代合作伙伴计划(3GPPP)所定义的作为通用移动电话系统(UMTS)的一部分的宽带码分多址(W-CDMA)无线电系统的那些技术。这里所讨论的UMTS模型是示范性的但不是本发明可使用于其中的唯一环境。图1描绘了本发明可被用于其中的示范性UMTS环境。这些在下面详细解释。
迄今为止，使用宽带码分多址(W-CDMA)的频分双工(FDD模式)作为基础的空中接口的UMTS选择已经被最广泛地部署。频分双工被用于UMTS以提供网络和用户之间的上行和下行无线电信道。上行和下行频率被分配并使用分离的谱带。FDD UMTS收发机必须在上行和下行频率之间调谐以分别地发送和接收。W-CDMA是基站未被同步的直接序列扩频系统。异步基站并且因而异步无线电信令需要移动设备在通信可以开始前获得定时参考以及同步于一个基站(UMTS中的Node B)。在UMTS、FDD、基于W-CDMA的系统中，移动设备从基站(在UMTS中也称为Node B)接收广播信道(BC)以获得接入反向接入信道(RACH)所需的粗(rough)定时。这种获得和同步过程称为“小区搜索”。
UMTS帧和时隙同步
在W-CDMA系统中，主要的和次要的同步下行(Node B到UE)信道(P-SCH，S-SCH)提供无线电帧和时隙同步。UMTS无线电信号中的基本时间单位是10毫秒(ms)无线电帧，其被分为15时隙，每一个时隙2560个码片。从Node B到UE的UMTS无线电信号是“下行信号”，而在反向上的无线电信号被称为“上行信号”。这种结构在图2中描绘并且在下面详细解释。
对于每一个UE，初始小区搜索算法被用来将UE同步到Node B。UE经由称为物理同步信道(PSCH)的公共下行信道完成此过程。
当UE首先接通电源，UE执行小区搜索。在小区搜索中，UE首先寻找下行同步信道(SCH)。SCH是发送自小区的公共下行信道，允许小区无线电覆盖范围内的UE在时隙和帧水平上同步以及确定小区的特定的扰码组。如UMTS标准的技术规范中所规定的，下行同步信道(DL-SCH或 只是SCH)是仅在每一个时隙的前256码片期间是激活的稀疏下行信道。SCH由主要SCH(PSCH)和次要SCH(SSCH)两个子信道组成。PSCH256码片序列或PSCH码在SCH的所有时隙中对于所有的小区都是相同的。相反，SSCH 256码片序列或SSCH码在无线电帧的15个时隙的每一个中都是不同的，并被用来识别64个可能的扰码组中的一个。换句话说，SCH的每一个无线电帧重复与各自的发送小区有关的扰码组序列。每一个SSCH码取自16个可能的SSCH码的符号系统(alphabet)。
作为小区搜索的一部分，UE首先使用PSCH来实现时隙同步。在这点上，UE使接收的PSCH的接收的采样与已知的PSCH 256码片序列(其对于所有的时隙都是相同的)相关，并且基于相关峰的定位，确定时隙参考时间。一旦时隙参考时间被确定，UE被时隙同步并且可确定每一个时隙在接收的无线电帧中的开始时间。
在时隙同步之后，UE停止处理PSCH并开始处理SSCH。具体地，UE使接收的无线电帧中的15个SSCH码的特定序列与已知的序列相关，以实现帧同步和确定小区的扰码组。然后，扰码组的识别使得UE能够解扰小区的所有其他下行信道，例如对于UMTS语音/数据通信的开始是必要的公共导频信道(CPICH)。
然后，现在同步的UE可移到激活状态并接入上行随机接入信道。随机接入信道(RACH)是上行传输信道。RACH总是从整个小区被接收。RACH的特点是碰撞危险和使用开环功率控制被发送。当在RACH上时，UE发射长导频序列以允许Node B确定UE的时间对准。一旦UE已经移到呼叫的对话阶段并被分配到DPCCH，UE发送的导频序列被用来保持定时对准。每时隙总的3到8位被用于带有每帧15个(0到14)可用时隙的呼叫中上行导频序列。(如无线通信领域中的技术人员所已知的，术语“DPCCH”代表专用物理控制信道。DPCCH是信令在其上发送的物理信道，既在UE到Node B基站收发机站的上行上也在Node B到UE的下行上。)
UMTS中的时隙结构的目的是提供定时框架用于确定各种事件可发生的时间。例如，用户的数据速率对于每帧可变化，并且每时隙都发送功率控制命令(因而给予WCDMA 1500Hz的功率控制速率)。WCDMA中的数据通过传输之前的扩频和扰码两者来修改。解扰和解扩收到的扩频信号需要准确对准收到的数据和解扰/解扩码。如果WLS在呼叫中经由Iub或LMS被分派任务，并且因此不了解UE作出的RACH突发，并且由于W-CDMA系统的功率控制妨碍了廉价的广播信道监测，因而给WLS带来了从UE收集上行信号用于定位目的的问题。如下面所解释的，本发明处理这个问题。
发明概述
以下概述提供了此处所描述的创造性方法和系统的高层综述。此概述绝不意欲覆盖下面更详细描述的所有创造性主题，也无意限制在此说明书末尾出现的权利要求的保护范围。
本发明允许将WLS接收机在呼叫中同步到上行帧和时隙，由没有下行监测的将被定位的移动设备使用。呼叫中同步的延迟通过给予WLS附加的相关性(已知的位模式(bit pattern))而被缩短，但是已经找到一种在没有这种信息的情况下可使用的方法。在一个说明性的示例中，在无线定位系统中，一种用于确定帧和时隙定时信息的方法，所述帧和时隙定时信息用于从被分配到上行专用物理控制信道(DPCCH)的用户设备(UE)装置接收上行信号，所述方法包括在WLS的定位测量单元(LMU)接收上行DPCCH中的信号。该方法还包括检测预定义的位模式，所述位模式已知存在于上行DPCCH的多个预定义的时隙中。紧接着，基于所检测的位模式，确定用于上行DPCCH的帧和时隙定时信息。最后，帧和时隙定时信息被用于从UE收集上行信号，用于定位处理。
本发明提供的上述方法中，从UE收集上行信号的步骤可包括在多个LMU处收集上行信号以及将上行信号用于到达时间差(TDOA)处理以确定UE的定位。预定义的位模式可包括位模式“1-1-1”。预定义的时隙可包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。无线定位系统可以被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的UE可包括与UMTS无线通信系统通信的无线设备。
帧和时隙定时信息可包括每一个帧和时隙的开始时间。
本发明还提供了一种用于定位移动发射机的无线定位系统(WLS)，包括：
定位测量单元(LMU)的网络；以及
用于确定帧和时隙定时信息的装置，所述帧和时隙定时信息用于从被分配到上行专用物理控制信道(DPCCH)的用户设备(UE)装置接收上行信号，所述用于确定帧和时隙定时信息的装置包括：用于在第一LMU处接收所述上行DPCCH中的信号的装置，所述信号被格式化为多个帧和每帧多个时隙；用于检测预定义的位模式的装置，所述预定义的位模式已知存在于所述上行DPCCH的多个预定义的时隙中；用于在多个帧上检查所述信号的装置；用于基于所检测的位模式来确定用于所述上行DPCCH的所述帧和时隙定时信息的装置；以及用于使用所述帧和时隙定时信息来从所述UE收集上行信号用于定位处理的装置。
本发明提供的系统中，从UE收集上行信号的装置可包括用于在多个LMU处收集上行信号以及将上行信号用于到达时间差(TDOA)处理以确定UE的定位的装置。预定义的位模式可包括位模式“1-1-1”。预定义的时隙可包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。WLS可以被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的UE可包括与UMTS无线通信系统通信的无线设备。
帧和时隙定时信息可包括每一个帧和时隙的开始时间。
本发明还提供了一种由无线定位系统(WLS)用于定位用户设备(UE)装置的方法，所述用户设备装置经由根据通用移动电话系统(UMTS)技术规范配置的无线通信系统来进行通信，所述方法包括：
接收在呼叫中定位所述UE装置的任务，其中所述任务在所述UMTS系统的Node B单元经由广播信道提供定时信息的过程后被接收；所述UE执行小区搜索和经由反向接入信道(RACH)接入所述UMTS系统；所述Node B单元根据长导频序列确定细定时信息；以及，所述UE装置使用专用物理控制信道(DPCCH)和专用物理数据信道(DPDCH)与所述UMTS系统对话；
从所述UE装置接收上行DPCCH信号；
检测预定义的位模式，所述预定义的位模式已知存在于所述上行DPCCH信号的多个预定义的时隙中；
执行所述上行DPCCH信号的多帧检查；
确定用于所述DPCCH的帧和时隙定时信息，其中所述帧和时隙定时信息包括每一个帧和时隙的开始时间；
经由定位测量单元(LMU)的网络从所述UE装置收集上行信号；以及
使用上行到达时间差(U-TDOA)定位算法来确定所述UE装置的定位。
本发明提供的上述方法中，从UE收集上行信号的步骤可包括在多个LMU处收集上行信号以及将上行信号用于到达时间差(TDOA)处理以确定UE的所述定位。预定义的位模式可包括位模式“1-1-1”。预定义的时隙可包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。WLS可以被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的UE可包括与UMTS无线通信系统通信的无线设备。
创造性的方法和系统的其他方面在下面描述。
附图简述
当连同附图一起阅读时，上述概述以及以下详述将更好理解。为了说明本发明，附图中示出了本发明的示范性构造；然而，本发明不受限于所公开的具体的方法和手段。在附图中：
图1示意地描绘了UMTS无线电接入网络，所述UMTS无线电接入网络并入了由3GPP标准化的改进的U-TDOA或U-TDOA/AoA无线定位系统。
图2描绘了用于感兴趣的UMTS W-CDMA上行信道的帧和时隙结构。
图3示出了对于呼叫中同步可用的UMTS导频序列。
图4说明了监测无线电信号和获得时间对准的过程。
说明性实施方式的详述
现在我们将描述本发明的说明性实施方式。首先，我们提供了综述，并且然后提供了更详细的说明，包括对由本发明和本发明的解决方案所处理的问题的讨论。
综述
在没有接入经由广播信道提供给UE的粗定时信息以及没有由上行RACH导频序列形成的细(fine)定时的情况下，WLS可能被要求来利用多帧、多时隙导频检查过程来形成定时以允许从感兴趣的移动设备接收上行信令，用于计算上行到达时间差。如3GPP规范3GPP TS25.211“Physicalchannels and mapping of transport channels onto physical channels.(FDD)”所述，DPCCH中所包括的导频位的数目可从每时隙3变化到8。为了数据带宽和服务质量的目的，导频序列也根据由网络所选择的时隙格式变化。如果时隙格式对于WLS是已知的(先验)，多时隙、多帧检测过程可被使用，利用由已知的导频序列产生的相干检测处理增益。此过程将允许WLS确定上行无线电定时。
一旦帧和时隙定时已知，本地LMU对上行信号的捕获可发生，并且TDOA和/或TDOA/AoA混合定位使用TruePosition公司所拥有的其他专利中所描述的技术来形成，所述TruePosition公司是本发明的受让人。
如果时隙格式并且因而导频位的数目对于WLS是未知的，那么无法实现使用完整的导频位序列以用于相干检测和确定帧的开始。然而，可选择的方法可被使用，其中时隙格式对于WLS是未知的(先验)。这种可选择的方法依靠的事实是，不考虑每时隙所使用的导频位的数目，时隙0、5、 6和9的前3位都不改变。通过将导频位的检查限制为前3位，WLS可利用相干检测并根据这些导频位检测时隙格式。
现在我们将描述本发明可被用于其中的几个示范性环境。
叠加的WLS环境
图1说明了本发明运行于其中的无线通信网络。虽然以下子节描述了通信系统如UMTS、IS-95和CDMA2000蜂窝通信系统的示范性实现，但是本发明的教导也类似地适用于以其他方式实现的其他宽带、扩频分组无线电通信系统。
图1
图1示出了说明性UMTS网络参考模型的结构。
UE(100)
UMTS UE(用户设备)100是ME(移动设备)101和SIM/USIM(用户识别模块/UMTS用户识别模块)102的逻辑组合。UE是UMTS手持小型装置或移动设备的正式名称。
ME(101)
移动设备(ME)101是移动台的硬件单元且包括键盘、屏幕、无线电、电路板和处理器。ME处理器支持通信信号处理和各种基于UE的服务的处理两者，所述基于UE的服务可包括基于UE的LCS客户应用。
USIM(102)
USIM(UMTS用户识别模块)102，也被称为SIM卡，是可编程存储设备，其容纳到UMTS移动网络的用户签约信息。USIM包含使得能够接入被签约的运营商网络和基于UE的服务的有关信息，所述基于UE的服务可包括基于UE的LCS客户应用。
Node B(105)
Node B 105是UMTS网络中的功能元件，其提供UE 100(用户设备)和陆侧网络之间的物理无线电链接。与通过无线接口的数据传输和接受一起，Node B也应用描述W-CDMA系统中的信道所必需的码。Node B通过 Uu 105接口供应定时信息给UE 100。Node B经由有线天线馈线104接入Uu接口。
UTRAN(UMTS陆地无线电接入网络)包括一个或多个RNS(无线电网络子系统)。每一个RNS包括一个或多个RNC 107和它们支持的NodeB 105。每一个RNS控制具体无线电资源的分配和释放以建立UE 100和UTRAN之间的连接。RNS负责小区组中的资源和传输/接受。
S-RNC(107)
当RNC 107(无线电网络控制器)经由Node B 105具有与UE(用户设备)的逻辑RRC(无线电资源控制)连接时，它被称为那个UE 100的S-RNC 107。S-RNC 107负责UTRAN网络中的用户移动性并且也是到CN(核心网络)112的连接点。S-RNC 107经由3GPP标准化Iub接口106连接至Node B。
D-RNC(108)
当在连接状态的UE 100(用户设备)被移交到与不同的RNC关联的小区时，称为已经漂移(drift)。然而，RRC(无线电资源控制)连接仍然终止于S-RNC 107。实际上，D-RNC 108充当交换机，路由S-RNC 107和UE 100之间的信息。
C-RNC
控制无线电网络控制器是负责配置Node B的RNC(无线电网络控制器)。正接入系统的UE(用户设备)会发送接入到Node B，Node B又会转发此消息到它的CRNC上。C-RNC名义上是S-RNC。
核心网络(112)
核心网络112提供的功能有移动性管理、用于用户设备(UE)和外部网络之间的呼叫连接控制信令的交换服务以及UTRAN无线电接入网络和外部分组和电路交换网络之间的互通功能。核心网络也提供计费(billing)功能、安全和与外部网络的接入控制管理。
LMU(114)
定位测量单元(LMU)进行无线电测量以支持UE的定位。LMU可以是到UMTS网络的叠加的添加或可以被集成到Node B的硬件和软件中。在本发明中，LMU容纳Um无线电接口用于开发TDOA和/或TDOA/AoA计算的定位和速度估计。LMU经由到天线馈线113的无线电耦合器而连接至小区站点天线或Node B。
U-TDOA和TDOA/AoA LMU的示例之前已经在第6,184,829号美国专利Calibration for a Wireless Location System；第6,266,013号美国专利 Architecture for a Signal Collection System in a Wireless Location System；和第6,108,555号美国专利Enhanced Time Difference Localization System中描述，这些专利都是TruePosition所拥有的，并通过引用而并入此处。
SMLC(116)
SMLC 116是独立的网络单元(或分布式单元集群)或RNC 107中的集成功能实现的逻辑功能实体。SMLC 116包含支持基于定位的服务所需的功能。SMLC 116是通过处理关于地理区域以及无线电网络拓扑的数据而提供无线网络和定位网络(LMU 114、SMLC 116和GMLC 119)之间的桥接的逻辑实体。SMLC 116管理定位移动设备所需的LMU 114资源的整体协调和安排。它也计算最后的定位、速度和高度估计并估计各自的所实现的准确性。在本发明中，SMLC 116经由分组数据连接115控制和互连一组LMU，目的是获得无线电接口测量以定位或帮助定位在它的LMU所服务的地理区域中的UE 100。SMLC 116包含U-TDOA、AoA和多径抑制算法，用于计算定位、置信区间、速率、高度和行进方向。基于来自链路监测系统(LMS)124的触发或来自3GPP标准化Iupc接口117到基础设施供应商的无线网络控制器(RNC)基站控制器107的请求，SMLC 116也可确定定位哪些无线电话。
GMLC(119)
网关移动定位中心(GMLC)119由3GPPP标准定义作为用于GSM/GPRS/UNTS网络中的定位记录的交换所。GMLC 119作为严格控制的SS7网络(GSM-MAP和CAP网络)和不安全的分组数据网络例如互联网之间的缓冲器。用于基于定位的服务的鉴权、接入控制、记帐(accounting) 和授权功能通常存在于GMLC 119上或由GMLC 119控制。网关移动定位中心(GMLC)是包含支持LBS服务以及互通、接入控制、鉴权、用户资料(subscriber profile)、安全防护、管理和记帐/计费功能所需的功能的服务器。GMLC也有能力接入GSM-MAP和CAP网络以发现用户身份、请求和接收路由信息、获得低准确性的UE定位以及基于UE定位施加呼叫控制。在任何UMTS网络中，可能有多个GMLC。
网络LCS客户端(122)
网络LCS客户端122是向PLMN LCS服务器请求一个或多于一个目标UE的定位信息的逻辑功能实体。在图1所描绘的UTMS网络中，LCS服务器在GMLC 119平台上被实现为软件和数据。LCS服务器包括在GMLC 119中对于部署的系统是典型的。LCS服务器包括服务LCS客户端所需的多个定位服务组件和载体(bearer)。LCS服务器应该提供平台，所述平台使得能够并行于其他电信服务来支持基于定位的服务，所述其他电信服务例如语音、数据、消息、其他电传服务、用户应用和补充服务。网络LCS客户端使用Le接口121接入GMLC。如果基于GMLC的LCS服务器119提供的安全和隐私保护允许，则网络LCS客户端可与基于GMLC的LCS服务器119通信，以在一组指定的有关定位的服务质量参数中，为一个或多个目标UE请求即时、定期或推迟的定位信息。
移动LCS客户端
移动LCS客户端是存在于使用USIM 102用于非易失性或便携式数据存储的UE 100的ME 101中的软件应用。移动LCS客户端可使用Le接口121借助于无线数据连接经由GMLC 119获得定位信息。
LMS
LMS 133凭借向中心服务器或服务器集群报告的无源探头，提供对UMTS网络接口例如Iub、Iur、Iu-CS的被动监测。通过监测这些接口，LMS 133可形成任务和触发信息，允许SMLC 116为预配置的LBS应用提供自治的、低等待时间的定位估计。LMS 133形成的触发和任务信息被经由通常基于TCP/IP的通用数据连接123递送给SMLC 116。LMS 133是对 Abis监测系统(AMS)的修改，所述Abis监测系统在第6,782,264号美国专利“Monitoring of Call Information in a Wireless Location System”中被描述，并且后来在第11/150414号美国专利申请“Advanced Triggers for Location Based Service Applications in a Wireless Location System”中被扩展，这两个专利通过引用而并入此处。LMS 133可作为软件并入UMTS系统的RNC 107、108节点或Node B 105或被部署为无源探头的叠加的网络。
接口
Uu接口103是由3GPP定义的UMTS空中接口。UTRAN(UMTS陆地无线电接入网络)和UE(用户设备)之间的此无线电接口利用W-CDMA和要么频分双工(FDD)要么时分双工(TDD)。UMTS无线电接口也在3GPP技术规范25.201和45.201中描述，两者题为“Physical layer on the radio path；General description”。FDD W-CDMA无线电系统中所实现的Uu无线电接口的细节在3GPP技术规范25.213“Spreading and modulation(FDD)”中描述。FDD W-CDMA UMTS中所使用的物理和逻辑信道的详情和描述位于3GPP技术规范25.211“Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels(FDD)”中。
Iub接口106位于UMTS无线电网络中并被发现处于RNC(无线电网络控制器)107和Node B105之间。Iub接口在3GPP技术规范25.430“UTRAN Iub Interface：general aspects and principles”中定义。
Iur109在UMTS网络中将UMTS服务器或核心RNC 107与漂移RNC108互连。Iur接口在3GPP技术规范25.420“UTRAN Iur Interface：General Aspects and Principles”中被标准化。
Iu-CS(电路交换)接口110将UMTS RNC 107与核心网络112的面向电路交换通信的部分连接。
Iu-PS(分组交换)接口111将UMTS RNC 107与核心网络112的面向分组交换通信的部分连接。
为了生成定位估计，Iupc 117在UMTS网络中将UMTS RNC 107与SMLC(也称为SAS)互连。Iupc接口在3GPP技术规范25.450“UTRAN Iupc interface general aspects and principles”中被介绍。
E5+接口118是对用于北美E9-1-1的联合ANSI/ETSI标准036中所定义的E5接口的修改。E5+接口118直接连接SMLC 116和GMLC 119，当LMS 114触发器被无线定位系统要么利用网络获得的信息(小区-ID、NMR、TA等)要么经由LMU 114的专用接收机执行的TDOA和/或AoA(到达角度)使用时，允许推(push)操作。
Le接口121是最初由定位互操作论坛(LIF)开发并且后来由用于GSM(GERAN)和UMTS(UTRAN)的第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的基于IP的XML接口。基于定位的服务(LBS)客户端122也称为LCS(定位服务)。存在于LCS客户端122上的LBS和LCS服务是软件应用、数据存储和为使用移动设备的定位而特别启动的服务。
用于U-TDOA和AOA定位的呼叫中同步
图2示出了用于上行专用物理控制信道(DPCCH)202和专用物理数据信道(DPDCH)203的传输、在UMTS Uu无线电接口中所使用的帧200和时隙201的布置。在DPCCH 202和DPDCH 203中发送的UE发起数据是位流，所述位流在扰码、扩频和从UE传输之前被I/Q多路复用。
上行DPCCH 202(也缩写为UL-DPCCH)被用来携带DCH(专用信道)传输信道。上行DPCCH 202也被用来携带在物理层(层1)生成的控制信息。是DPCCH 202携带了由多帧、多时隙同步操作所使用的每时隙3到8个导频位204。
DPDCH 203(也缩写为UL-DPDCH)是UMTS上行专用物理信道。上行DPDCH 203用来携带DCH(专用信道)传输信道。取决于数据吞吐量和服务质量要求，在每一个无线电链路上可能有零个、一个或几个上行DPDCH 203。
本领域的技术人员众所周知，在UMTS系统中，在DPCCH信道中，扩频因子总是被设置为256。因此，每一个数据位产生256个码片。如果没有已知的位，那么对于每一个位周期，可使代表可能的‘0’的256-码片序列与代表可能的‘1’的256码片序列相关。然后，这可以对N个不 同的位做出，然后这留下了2N个可能的位的组合，从中正确的一个被选择。此过程是非常计算密集的并提供有限的相干处理增益。虽然使用大规模并行、扩展树相关器的技术是可能的，但是更简单的和目前更经济的方法是存在的。
象征性的情况：WLS被给予导频序列
在象征性的情况中，使用Iupc接口或LMS经由它到SMLC的数据链接，RNC把将被定位的UE的细节提供给WLS，包括有关物理无线电信道的信息。当WLS已经被给予帧、时隙和导频序列(或只是感兴趣的时隙的Npilot位计数)并且N个连续位是已知的(导频序列)，那么256*N个连续码片被用来在N个位周期上执行相干相关。这显著减少了所需的处理，因为多个位的可能性不需要考虑，并且更重要的是，提供了附加的10*Log(N)dB的处理增益，以及消除了对正确位序列选择的需要(和由多个可能性产生的灵敏度损失)。
WLS未被给予导频序列
在WLS未被给予导频序列的情况下，基于3位公共导频模式(pilotpattern)的技术可被使用。如图3所示(见表3和4)，不考虑每时隙所使用的导频位的数目，时隙0、5、6和9(由箭头指示)中的位模式“1-1-1”都不改变。在对于这4个时隙已知3个连续位的情况下，768(256*4)个连续的码片可被用来在3个位周期上执行相干相关。此相干检测提供附加的10*Log(3)dB的处理增益，并消除或避免对导频位序列的先验知识的需要。由于3-位序列发生在10ms帧内的时隙0、5、6和9中，模式检测允许计算帧开始和时隙开始两者。
一旦LMU已经被分派任务并且定时对准被形成，LMU可收集无线电信号用于U-TDOA定位估计和FDOA速度及方向估计，如例如1994年7月5日的第5,327,144号美国专利“Cellular Telephone Location System”和2000年4月4日的第6,047,192号美国专利“Robust Efficient LocalizationSystem”中所描述的，两者通过引用而被并入这里。U-TDOA是标准化的UMTS定位技术，请参见3GPP TS 25.305“Stage 2 functional specification ofUser Equipment(UE)positioning in UTRAN”和3GPP TS 22.071“Location Services(LC S)；Service description；Stage 1”。
图3包括对表3的修改，3GPP规范3GPP TS 25.211章节5.2.1.1的“Pilotbit patterns for uplink DPCCH with Npilot＝3，4，5，6”。图3也包括对表4的修改，3GPP规范3GPP TS 25.211章节5.2.1.1的“Pilot bit patterns for uplinkDPCCH with Npilot＝7and 8”。这些表一起示出了导频位的数目(Npilot)的所有允许值下的上行DPCCH的每一个时隙的导频位模式。在WLS已知导频位的数目(Npilot)的情况下，完整的导频序列可被用来确定帧和时隙位置。如果导频位的数目(Npilot)是未知的，时隙0、5、6和9的前三位仍然可被用来确定帧和时隙位置。
图4示出了可被UMTS网络用来在进入激活或对话状态之前建立与UE的同步的过程。当UE正在上行方向上发送时，本发明可由叠加的WLS使用，提供DPCCH用于分析。如所示，在此示例中，一旦时间对准被形成并且帧开始和时隙开始时间是已知的，WLS的LMU收集UMTS无线电信号用于U-TDOA或U-TDOA/AoA定位估计。在此示例中，WLS执行表示为401、402、403和404的步骤，即它接收定位被分配到DPCCH的特定UE装置的任务、执行DPCCH的多帧检查以及然后确定用于DPCCH的帧和时隙定时。帧和时隙定时信息允许WLS通过它的LMU、使用已知的U-TDOA或U-TDOA/AoA方法来收集上行信号，所述上行信号可用于定位处理。定位估计可包括UE的纬度、经度和高度。定位估计处理使用到达频差来产生速度和方向估计。WLS可选择地包括每一个产生的数据(定位、高度、速度和方向)的误差估计或置信值。
结论
本发明的真实范围不限于这里所公开的当前优选的实施方式。例如，上述无线定位系统的当前优选的实施方式的公开使用了解释性术语，例如定位测量单元(LMU)，服务移动定位中心(SMLC)，诸如此类，这不应被理解为限制以下权利要求的保护范围或另外地暗示无线定位系统的创造性方面受限于公开的特定的方法和装置。此外，如将被本领域的技术人员所理解的，这里公开的许多创造性方面可应用于非基于TDOA技术的定位系统。例如，本发明不限于采用如上所述而构建和部署的LMU的系统。 LMU和SMLC等实质上是可编程的数据收集和处理设备，在不偏离这里所公开的创造性原理的情况下，可采取多种形式。鉴于数字信号处理和其他处理功能的迅速下降的成本，例如，在不改变系统的创造性操作的情况下，可能很容易将特定功能的处理从这里所述的一种功能单元(例如LMU)转移到无线通信网络中的另一个功能单元(例如BS或基站)。在许多情况下，这里所述的实现的位置(例如功能单元)只是设计者的偏好而非硬要求。因此，除非他们被特意如此限制，下列权利要求的保护范围无意受限于上述具体实施方式。
Claims (17)
1.一种用于确定帧和时隙定时信息的方法，所述方法用在定位移动发射机的无线定位系统中，所述帧和时隙定时信息用于从被分配到上行专用物理控制信道DPCCH的用户设备UE装置接收上行信号，所述方法包括：
在所述无线定位系统的定位测量单元LMU处接收所述上行DPCCH中的上行DPCCH信号，所述上行DPCCH信号被格式化为多个帧和每帧多个时隙；
检测预定义的位模式，所述预定义的位模式已知存在于所述上行DPCCH信号的多个预定义的时隙中；
在多个帧上检查所述上行DPCCH信号；
基于所检测的位模式，确定用于所述上行DPCCH的所述帧和时隙定时信息；以及
使用所述帧和时隙定时信息，来从所述UE收集上行信号以用于定位处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中从所述UE收集上行信号的步骤包括在多个LMU处收集上行信号以及将所述上行信号用于到达时间差TDOA处理以确定所述UE的定位。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述预定义的位模式包括位模式“1-1-1”。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述预定义的时隙包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述无线定位系统被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的所述UE包括与所述UMTS无线通信系统通信的无线设备。
6.一种用于定位移动发射机的无线定位系统WLS，包括：
定位测量单元LMU的网络；以及
用于确定帧和时隙定时信息的装置，所述帧和时隙定时信息用于从被分配到上行专用物理控制信道DPCCH的用户设备UE装置接收上行信号，所述用于确定帧和时隙定时信息的装置包括：用于在第一LMU处接收所述上行DPCCH中的信号的装置，所述信号被格式化为多个帧和每帧多个时隙；用于检测预定义的位模式的装置，所述预定义的位模式已知存在于所述上行DPCCH的多个预定义的时隙中；用于在多个帧上检查所述信号的装置；用于基于所检测的位模式来确定用于所述上行DPCCH的所述帧和时隙定时信息的装置；以及用于使用所述帧和时隙定时信息来从所述UE收集上行信号用于定位处理的装置。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述从所述UE收集上行信号的装置包括用于在多个LMU处收集上行信号以及将所述上行信号用于到达时间差TDOA处理以确定所述UE的定位的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述预定义的位模式包括位模式“1-1-1”。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述预定义的时隙包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述WLS被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的所述UE包括与所述UMTS无线通信系统通信的无线设备。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述帧和时隙定时信息包括每一个帧和时隙的开始时间。
12.如权利要求6所述的系统，其中所述帧和时隙定时信息包括每一个帧和时隙的开始时间。
13.一种由无线定位系统WLS用于定位用户设备UE装置的方法，所述用户设备装置经由根据通用移动电话系统UMTS技术规范配置的无线通信系统来进行通信，所述方法包括：
接收在呼叫中定位所述UE装置的任务，其中所述任务在所述UMTS系统的Node B单元经由广播信道提供定时信息的过程后被接收；所述UE执行小区搜索和经由反向接入信道RACH接入所述UMTS系统；所述NodeB单元根据长导频序列确定细定时信息；以及，所述UE装置使用专用物理控制信道DPCCH和专用物理数据信道DPDCH与所述UMTS系统对话；
从所述UE装置接收上行DPCCH信号；
检测预定义的位模式，所述预定义的位模式已知存在于所述上行DPCCH信号的多个预定义的时隙中；
执行所述上行DPCCH信号的多帧检查；
确定用于所述DPCCH的帧和时隙定时信息，其中所述帧和时隙定时信息包括每一个帧和时隙的开始时间；
经由定位测量单元LMU的网络从所述UE装置收集上行信号；以及
使用上行到达时间差U-TDOA定位算法来确定所述UE装置的定位。
14.如权利要求13所述的方法，其中从所述UE收集上行信号的步骤包括在多个LMU处收集上行信号以及将所述上行信号用于到达时间差TDOA处理以确定所述UE的所述定位。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述预定义的位模式包括位模式“1-1-1”。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述预定义的时隙包括10毫秒(ms)帧的时隙0、5、6和9。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述WLS被叠加在UMTS无线通信系统上，并且其中将被定位的所述UE包括与所述UMTS无线通信系统通信的无线设备。
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Granted publication date: 20130605 Termination date: 20151209 |
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