CN101940041A

CN101940041A - 用于在无线接入系统中进行位置定位的系统和方法

Info

Publication number: CN101940041A
Application number: CN2009801018160A
Authority: CN
Inventors: S·吴; J·叶
Original assignee: WiLAN Inc
Current assignee: WI-LAN有限公司; Quarterhill Inc
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2011-01-05
Also published as: TWI493994B; JP5665545B2; WO2009086626A1; US8326324B2; KR20100113100A; US20090176507A1; EP2241146A1; JP2011510265A; US8559982B2; US20110312340A1; TW200939832A

Abstract

一种用于计算用户设备(UE)单元的地理位置的方法，包括：通过使用现代无线网络要求的技术来收集位置参数，该位置参数传递来自于两个或更多个基站的UE单元的相对位置。特殊地，如前导码、导频、测距码等嵌入在下行链路和上行链路子帧中的已知(预定)信号被用于确定UE单元的坐标。此外，本文提出的方法和系统利用在UE和BTS处同时要求的多天线系统。

Description

用于在无线接入系统中进行位置定位的系统和方法

技术领域

本发明涉及移动无线接入系统，并且更具体地说，本发明涉及用于确定在移动无线接入系统上操作移动(无线)设备的呼叫者的地理位置的系统和方法。

背景技术

在过去的几十年中，无线网络已经显著地影响了世界，并且它们的使用继续显著地增长。人们和事业使用无线网络以快速发送和共享数据，无论在小的办公楼中或者跨越世界。如警察局等紧急服务利用无线网络以快速地传递重要的信息。无线网络的另一个重要用途是作为与电信基础设施缺乏或者缺乏资源的国家和地区中的互联网进行连接的便宜且快速的方式，如很多发展中国家。最新的无线技术中的一种是WiMax(微波存取全球互通)。

下面将对WiMax技术进行简短回顾，以给读者提供对本发明的更好的理解。将注意到，本发明不局限于WiMax技术，但是可应用于在下行链路帧和上行链路帧中使用预定周期位序列和多个天线的任意无线技术，例如：WiMax使用的帧前序、导频音(pilot tone)和/或测距码。

WiMax是新兴的电信技术，其提供了远距离无线通信，并且允许点对点和完整的移动蜂窝式访问。该技术基于IEEE 802.16标准。被称作802.16d或802.16-2004的最初被用于该技术的标准草案从未达到标准状态。通过将802.16-2004(802.16d)和具有256个载波的OFDM PHY作为空中接口构造的系统通常被称作“固定的WiMax”。

草案的下一个版本802.16e(or 802.16-2005)作为802.16d的修改通常被称作“移动WiMax”。该术语涉及将802.16e-2005和具有128、512、1024和2048个载波的OFDMA(正交频分多址)用作空中接口的无线系统。在OFDMA中，将被传输的信号符号的扩频编码字符串在副载波上被调制，其优选地分布于宽频段中。OFDMA将副载波的子集分配给单独的用户，并且基于关于信道情况的反馈，系统可执行自适应的用户至副载波的分配。

移动WiMax实现可被用于传送固定服务和移动服务。移动WiMax也使用通过多输入多输出通信(MIMO)的多天线支持。基本收发机站(BTS)也被称作基站(BT)，其使用至少两个接收天线和两个发射天线，而用户设备(UE单元)使用至少两个接收天线和一个发射天线。这给覆盖、空间分集和空间复用、干扰消除、频率再用和频谱效率带来了可能的好处。

移动WiMax刚刚通过了ITU的认可，并且如美国的Sprint-Nextel和法国的法国电信等电信公司已经宣布它们打算部署这些系统。在加拿大，罗杰斯通信和加拿大贝尔开始提供基于2.5GHz频带的宽频互联网服务的WiMax，其通过使用摩托罗拉的DRM单元覆盖了如多伦多等大多数大城市。

同时，无线网络技术的进步使无线位置定位系统的部署成为可能，特别是被设计为对通过使用移动设备发出紧急呼叫(例如：在美国和加拿大的“911”)的呼叫者的地理位置进行定位的系统。该服务的目的之一是使得无线网络能够识别向哪个公共安全应答点(PSAP)路由紧急呼叫并且告知应答该呼叫的PSAP呼叫者的位置。然后，PSAP将使用关于呼叫者所处位置的了解并给紧急服务提供如方向、附近的餐馆、博物馆等关于他/她的周围环境的信息。基于位置的服务已经成为如3GPP/UMTS/LTE(长期演进)，WiMax/IEEE 802.16e、UMB(超移动宽带)等B3G(3G以上)无线系统的热点话题。

目前，“911”服务能够定位美国和加拿大的大多数地理位置中的固定电话；其它国家具有相似的紧急服务。对于有线“911”，位置是地址。

美国联邦通信委员会(FCC)推出了被称作E911(增强的911)的定位技术，其允许蜂窝/移动设备进行911紧急呼叫以进行及时的救援部署。对于无线E911，位置是坐标。FCC已经在两个阶段推出了E911。在1998年，阶段I要求移动电话运营商识别发起呼叫者的电话号码以及具有小于1英里的精度的信号塔或蜂窝的位置。在2001年，阶段II要求在美国经营的每个移动电话公司必须提供手机或基于网络的位置检测能力，以使被称作ALI(自动位置识别)的呼叫者的地理位置具有小于100米的精度。

阶段I所需的用于确定移动呼叫者(MC)的位置的几种方法是众所周知的。因为它们利用了大量耦合在一起天线和收发机阵列，因此它们被称作“基于网络的”方法，并且只要移动呼叫者被包含在相应收发机/天线覆盖的区域内，移动呼叫者都可被定位。这些方法通常要求ALI中涉及的移动设备的最小更改。然而，目前基于网络的方法不是非常精确并且在室内环境中可能无法工作地特别好。

例如，测量在两个(或更多个)基站天线处接收的信号的到达角度(AOA)是众所周知；然后，通过使用天线的已知位置以及接收信号的AOA，三角函数计算建立呼叫者的坐标。

通过测量呼叫者的移动设备在三个(或更多个)网络天线处发射的信号的到达时间(TOA)的方式识别MC的位置也是众所周知的。然后，在已知这些天线的位置、三个TOA的测量以及信号的速度(电磁波/光的速度)的情况下，MC的位置可被确定。这是通过确定与固定点(MC的位置)相距固定的、已知的距离(范围)的点的几何轨迹的方式完成的。因为该方法给出了两个点，因此第四个天线有时被用于消除这种模糊度或者补偿时钟偏差。

其它基于网络的解决方案通过在基站处测量从基站发送至移动设备并且返回的信号的往返延迟的方式提供了移动设备的位置，或者换句话说，发送来自于基站的信号与接收来自于移动设备的响应之间经过的时间。然后，往返延迟被用于评估两者之间的距离；该距离与基站处的AOA测量被用于估计移动设备的坐标。

然而，AOA、TOA和往返延迟方法是基于视距测量线(UE单元与天线之间的直线距离)，其可能难于的或者不可能在山岭地区或环绕高建筑物和其它障碍物的城市内确定。因此，通过这些方法获得的结果是不精确的。此外，呼叫者的位置不是非常精确，特别是在室内呼叫的情况下。

目前，E911技术的阶段II主要是通过使用嵌入在呼叫者的设备中的全球定位系统(GPS)执行的。GPS单元被嵌入在移动设备中并且通常通过计算同时从多个GPS卫星(即，GPS/NAVSTAR)发射的信号的相对到达时间的方式确定它们的位置。这些卫星发射如时钟定时或“星历”数据的卫星定位数据和GPS辅助数据。如果已知漫游设备将位于地面上(即，安装在车里)，那么具有适当地形的地球可被用作额外的参考“球体”以完善TOA的计算。

然而，搜索GPS信号和获得GPS信号、读取多个卫星的星历数据以及根据该数据计算接收机的位置的过程是耗时的，其通常需要几分钟。在很多情况下，这样的冗长的处理时间是无法接受的，特别是在911调度中心正在确定位置的紧急情况下。此外，为了使用GPS，移动设备必须是启用GPS的，但情况并非永远是这样。给移动设备装配GPS单元也增加了成本，其对于很多情况可能是抑制的。更进一步地，在室内或卫星信号被阻挡的位置等一些类型的环境中，GPS接收机不能正常运行。

上述所有方法还未对通过使用小的、便宜的且低功耗的漫游设备来为无线地确定呼叫者的位置的问题提供满意的解决方案。并且，在无需专用的基础设施的情况下，当前的方法和系统未很好地运行在广泛的区域内。

因此，为了提高提供给移动设备用户的服务，特别是符合美国的FCC的E911法规，仍然存在对于改进位置确定的需要。

发明内容

本发明的目的是提供用于符合FCC要求地确定移动呼叫者的位置的方法和系统。

本发明的另一个目的是在无需专用基础设施的情况下提供用于确定移动呼叫者的位置的便宜且在宽范围中适用的方法和系统。

因此，本发明提供了一种用于确定在无线接入网络上传输指定周期位序列的两个或更多个基站收发台(BTS)的覆盖范围内操作的用户设备(UE)单元的位置的方法，包括：a)在所述UE单元处，监控从所述BTS处接收到的进入的通信量以检测所述指定周期位序列；b)根据所述指定周期位序列来确定将所述UE单元的相对位置传递至所述BTS中的两个或更多个的至少两个位置参数；和c)处理所述位置参数以建立所述UE单元的地理坐标。

本发明还提供了一种用于装配了第一天线和第二天线的用户设备(UE)单元的位置识别模块，包括：监控单元，其用于监控进入的通信量并识别从至少两个基站收发台(BTS)处接收到的指定周期位序列；位置参数计算设备，其用于根据所述指定周期位序列确定传递来自于所述相应BTS的所述UE单元的相对位置的两个位置参数；和坐标估计器，其用于处理所述两个位置参数并建立所述UE单元的地理坐标。

因此，根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定在无线接入网络中的基站收发台(BTS)的多个天线的覆盖区域内操作的用户设备(UE)单元的位置的方法，所述UE单元在上行链路传输指定周期位序列，所述方法包括：i)在所述BTS处，监控通过两个接收天线从所述UE单元处接收到的进入的通信量以检测所述指定周期位序列；ii)测量分别作为所述第一天线和所述第二天线接收到的来自于所述指定周期位序列的相应第一位置参数和第二位置参数；和iii)在所述BTS处，处理所述第一位置参数和所述第二位置参数以用于建立所述UE单元的地理坐标。

更进一步地，本发明提供了一种用于在无线接入网络中操作的基站收发台BTS的位置识别模块，所述BTS具有第一天线和第二天线，所述位置识别模块包括：第一监控单元，其用于监控在所述第一天线上接收到的进入的通信量并识别从位于所述BTS的覆盖区域内的用户设备(UE)单元处接收到的指定周期位序列以及确定第一位置参数；第二监控单元，其用于监控在所述第二天线上接收到的进入的通信量并识别从所述UE单元处接收到的所述指定周期位序列以及确定第二位置参数；和坐标估计器，其用于处理所述两个位置参数并建立所述UE单元的地理坐标。

有利地，本发明通常不包含使用GPS装配移动设备以用于自动位置识别，因此这允许低成本用户设备立即定位其自身。此外，因为采用了WiMax标准，因此无线网络的趋势将是在如3GPP LTE和UMB系统等下一代无线网络中采用相似的技术。同样地，本发明也可被应用于3GPP LTE和UMB系统。

本发明的方法和系统的另一个优点在于它允许通过使用WiMax设备基于E911位置的服务在WiMax系统内执行。本发明是在一些环境中对GPS的很好的补充或替代，特别是据说80％的WiMax和911服务用户所处的室内环境，特别是在小的WiMax BT或接入点以及Femto BTS将被安装时。

附图说明

下面将参照附图描述本发明，其中相同的参考数字指代几幅图中的相应部分。

图1A示出了移动WiMax系统的帧的实施例。

图1B示出了通过使用1024-FFT(快速傅里叶变换)在10MHz带宽内进行OFDM调制的前导码结构的实施例。

图2A和图2B示出了本发明的实施方式，据此用户设备(UE)单元通过使用WiMax下行链路帧中固有的前导码或导频音来确定其位置。

图3示出了本发明的另一个实施方式，其中UE单元通过使用WiMax系统中固有的前导码或导频音的到达角度确定其位置。

图4是根据本发明的实施方式的用户设备单元的结构图。

图5示出了本发明的另一个实施方式，其中UE的位置是利用UE单元中固有的两个天线通过基站之间的协作来确定的。

图6示出了本发明的实施方式，其中基站通过使用由UE传输的测距码确定UE单元的位置。

图7示出了根据本发明的又一个实施方式的具有多个天线的基站如何识别UE单元的位置。

图8示出了根据本发明的实施方式的基站的结构图。

图9示出了上行链路子帧中的另外的符号的使用，其用于将位置请求和UE单元标识符信息传输至BTS。

具体实施方式

在该说明书中，术语“移动呼叫者”或“呼叫者”被用于指代当前接入由无线网络/服务供应商提供的服务的用户。术语“用户设备(UE单元)”、“移动设备(MD)”或“移动站(MS)”被用于指代无线激活的设备，例如：手机、电话、笔记本和由订户用于连接至无线网络或有线网络以交换数字格式信息或模拟格式信息的其它无线设备。

术语“基站(BS)”或“基站收发台(BTS)”指得是无线接入网络(WAN)中的设备，其促进了移动设备到无线或/和有线通信网络的无线接入。术语“接入点(AP)”指得是室内接入点，其允许室内UE单元与无线网络或有线网络的连接。根据本发明的观点，BTS和AP以相似的方式操作，因此术语“BTS”也包括“AP”。该说明书将术语“服务BTS”用于当前将UE单元连接于接入网络的基站。术语“邻近BTS”被用于与UE单元紧邻的BTS；UE单元位于这些邻近BTS的覆盖区域中。该术语包括服务BTS。

术语“上行链路”和“下行链路”的公认含义在整个该说明书中被使用。即，“上行链路”指得是从UE至BTS的通信量方向而“下行链路”指得是从BTS至一个或多个UE的通信量。术语“进入的通信量”作为一种相对术语，是指到达上行链路或下行链路上的某一网络实体处的通信量。

虽然本发明与E911系统特别相关，但是它可同样地被应用于对用于其它类型的现有或紧急位置定位系统和服务的UE单元进行定位。这里所指的是E911服务，这是因为随着802.16e(移动WiMax)使用的到来，该服务目前对于WiMax服务供应商和用户是强制规定。

并且，本发明未被限制为WiMax系统；它可用于其它现有和紧急无线技术，这些技术在下行链路子帧中强制传播预定(指定)周期位序列和/或要求在上行链路子帧中传输指定周期位序列，如下所述。这些无线网络的实施例是3GPP LTE和UMB系统。

图1A是WiMax帧10的实施例，其示出了下行链路(DL)子帧11和上行链路(UL)子帧12。在由下行链路子帧10所示的从BTS至UE单元的方向上，BTS发送前导码13，其被UE单元用于蜂窝/扇区识别、频率再用因子、同步和信道性能评估。前导码具有128个不同模式中的一个；通过使用蜂窝ID，BTS在其中传输的每个扇区在前导码中被识别。因此，相邻蜂窝或扇区具有不同的模式以使UE单元能够将蜂窝或扇区与其它的区分开。为了检测前导码，通过观察前导码的时域副本的自相关，初始同步操作确定了帧的开始。前导码通常通过使用增加的功率(比如，比数字信号高2.5dB)而被发送。

图1B示出了由移动WiMax系统用于FFT-1024变体的子载波。在该实施方式中，整个11.2MHz的传输频带已经被划分为1024个子频带(bin)，其中中间的852个子频带被用于传送前导码(DC子频带传送“0”)。

对于3个扇区(如上所述，扇区内的BTS传送来自于其它两个扇区内的BTS的不同前导码)，通过使用下面的公式，这852个子频带被进一步划分为3组：

PreambleCarrierSetn＝n+3k 公式1

其中，PreambleCarrierSetn是载波组n中的载波/子频带的编号，n是索引号为0，1，2，...的前导码载波组中的编号；而k是从0至283的运转指数。

更精确地，852个载波/子频带被划分为3组，如下所述：

载波组0：0、3、6、9，...，849

载波组1：1、4、7、10，...，850

载波组2：2、5、8、11，...，851

正如所见，每组具有284个载波，并且实际的DC载波号512映射于属于载波组0的前导码载波426。当各自的系统(BTS)被部署时，每个前导码被初步设计并且被分配给扇区。本文中的下行链路帧的前导码通常是指下行链路“指定周期位序列”，其中词“指定”被用于指示位序列对于接收机是已知的，而词“周期”被用于指示位序列在下行链路中被周期地传送(具有每个下行链路帧)。

图2A、图2B和图3示出了各种自动位置识别(ALI)方法，其中UE识别其位置的坐标并且通过呼叫将这些传送至PSAP(公共安全应答点)等。图2A和图2B示出了本发明的实施方式，其中UE单元通过使用在WiMax下行链路子帧中接收到的前导码确定其坐标。在这里，UE单元从位置UE(x，y)处发出“911”呼叫等至其服务BTS，其中x和y是US单元的坐标(未知的)。UE单元处于至少三个BTS的附近，即：服务BTS，其被指定为BTS1，而两个相邻BTS被指定为BTS2和BTS3。这些BTS的坐标是已知的，在很多情况下，它们是通过使用通常嵌入在BTS中的GPS设备确定的。每个BTS的位置由BTS1(x1，y1)、BTS2(x2，y2)和BTS3(x3，y3)表示，其中x1和y1、x2和y2以及x3和y3是相应的坐标。

如上所述，每个BTS在下行链路帧中周期地传送某一位序列。在该实施方式中，该已知周期位序列是用于相应扇区的下行链路前导码：它们分别被标记为前导码1、前导码2和前导码3。UE单元不断地监控进入的通信量以识别前导码。因为与BS1、BS2和BS3的距离是不同的，因此UE单元在不同的时刻接收来自于三个BT的前导码；这些到达时间被标记为TOA1、TOA2和TOA3。

UE单元将从BTS2和BTS3接收到的前导码2和前导码3的到达时间与从服务BTS1接收到的前导码1的到达时间对准。在图2B中，前导码1和前导码2的到达之间的时间差被标记为T12，前导码1与前导码3之间的时间差被标记为T13。这些时间差通常被称作“位置参数”，并且它们实质上包括UE单元相对于BTS的相对位置。因为UE单元的地理位置完全由两个未知数(UE坐标x和y)确定，因此这两个位置参数将足以确定坐标x和y。

为了确定T12和T13，UE单元产生前导码2和前导码3的本地副本，并且将来自于这些副本的数据块与从服务BTS处接收到的来自于前导码1的数据库进行相关。相关可在时域中或者在频域中被执行。然后，UE单元求解下面的具有两个未知数(x和y)的方程以获得其位置UE(x，y)

\sqrt{{(x - x 2)}^{2} + {(y - y 2)}^{2}} - \sqrt{{(x - x 1)}^{2} + {(y - y 1)}^{2}} = T 12 v

\sqrt{{(x - x 3)}^{2} + {(y - y 3)}^{2}} - \sqrt{{(x - x 1)}^{2} + {(y - y 1)}^{2}} = T 13 v

方程2

其中，v是光速(3×108m/s)。

一旦UE单元的地理坐标(x，y)被确定，位置数据将根据公认的位置识别范围被传送至PSAP或其它相关服务。例如，911呼叫在南美被路由至紧急服务调度。通过使用如相应区域的地图或街道地址等，PSAP进一步处理该信息以建立关于呼叫者的位置的实际细节。

与前导码相似，BTS也在参考载波上的下行链路帧中传送导频信号。根据传输频带中的导频位置和它们的编号以及它们传送的数据，不同的子信道化方案具有不同的导频设计。每个扇区中的导频是与基于蜂窝ID建立的伪随机位序列相关联的。因为扇区中的每个导频传送相同的预定参考符号，因此UE单元可通过识别来自于相应前导码的蜂窝ID识别扇区的导频。与前导码相似，导频也可以增加的功率(比数字信号高2.5dB)被传送。

因为导频载波的幅度和相位对于接收机是已知的，因此它们可在WiMax系统中用于时间和频率同步、信道估计、信号与干扰/噪声的比率的测量等。对于移动WiMax的10MHz的FFT-1024变体，存在120个插入每个OFDM符号的导频。这些导频的特征被用于本发明以确定移动设备的地理坐标，如在上面结合用于前导码的图2A和图2B所述。

本发明也提出了使用WiMax下行链路导频以测量位置参数T12和T13；这些导频通常也被称作下行链路“指定周期位序列”。在该情况下，T12和T13提供了从相邻基站BTS2和BTS3处接收到的导频的到达时间与从服务基站BTS1处接收到的导频的到达时间之间的时间差。

将注意到，本发明不局限于通过使用上述前导码和导频实施方式中的一个建立UE单元坐标。更确切地，UE单元可同时使用前导码和导频方法。此外，UE单元可使用任何其它已知模式的位序列，其在其它无线通信技术(目前的或新兴的)的下行链路帧中被周期地传送以用于确定其位置。

仍然如上所述，移动WiMax标准要求移动设备装配最少两个相距半个波长的天线。在图3的实施方式中，UE单元通过使用由WiMax系统(及可为其它新兴的无线系统)中的BTS固有地广播的下行链路指定周期位序列(前导码、导频，或者两者均有)，来确定其位置。如前一个实施例所述，UE单元不断地监控从相邻基站处接收到的下行链路传输。每个天线A1和A2在不同的到达角度(AOA)处接收来自于BTS1、BTS2和BTS3的信号。UE单元选择它在这两个天线处接收到的最强的两个信号；假设它们是从位于BTS1(x1，y1)处的服务站BTS1处接收到的以及从位于BTS2(x2，y2)的基站BTS2处接收到的导频或前导码。然后，UE单元估计这两个信号的到达角度AOA1和AOA2，并且通过求解两个未知数的线性方程来确定坐标x和y：

\frac{y 1 - y}{x 1 - x} = \tan (\frac{π}{2} - AOA 1)

\frac{y 2 - y}{x 2 - x} = \tan (\frac{π}{2} - AOA 2)

方程3

如前所述，通过使用地图或任何其它类型的已知位置数据，坐标被用于建立详细的位置信息。例如，如果UE单元被装配GPS，那么位置(x，y)的细节将由UE单元详述并且被自动地传送至911操作员(或者任意其它相关方)。这些细节可包括：街道地址，其包括救援队的方向或关于呼叫者的室内位置的细节，例如：建筑物、楼层等。如果呼叫者未位于居民区，那么该信息也可包括涉及地理坐标的解释，或者到达任何相关地界标的方向以用于帮助救援者快速定位位置。将注意到，该实施方式是可取的以用于确定室内呼叫者的位置。

图4示出了UE单元的结构图，其一般地示出了将UE单元连接于无线接入网络的接入网络接口41，用于数据通信和处理的收发机45，以及允许用户操作UE单元的用户接口48。在非常广泛的方面，对于通信量的下行链路方向(BTS至UE)，接口41负责处理通过天线1和/或天线2从BTS处接收到的下行链路帧。收发机45的接收侧将数据从下行链路子帧中提取出来并且对它进行处理，并且收发机45的发射侧通过用户接口48将处理的数据提供给用户。

图4示出了位置识别模块40，其包括与本发明的实施方式相关的单元。监控单元42监控进入的通信量、检测指定周期位序列(前导码或导频)并且识别传送它的BTS。位置参数计算设备43根据从BTS处接收到的位序列确定两个位置参数，其本质上传递UE单元关于两个或更多个BTS的相对位置。例如，如前所述，位置参数可为图2A所示的实施方式的T12和T13或/和图3的实施方式的到达角度AOA1和AOA2。然后，位置参数被提供给坐标估计器44。

对于TOA实施方式(图2A)，相应的位序列的副本被暂时存储在存储器49中，以用于允许坐标估计器单元44将序列的副本与从服务BTS处接收到的序列进行相关以确定T12和T13；然后，坐标估计器44接着基于时间差T12和T13通过使用方程2确定UE单元的坐标。可选择地，如果监控单元提供了到达角度，那么坐标估计器44通过使用方程3确定UE单元的坐标。

图4也示出了独立存储器49，其为用于允许坐标估计器的操作的通用存储器。例如，存储器49可被用于暂时存储服务基站和相邻BTS的坐标以允许UE单元基于BTS的已知坐标计算UE单元坐标。如果一旦UE单元发起相应呼叫BTS的地理位置通过发送消息被传送至UE单元，那么BTS的地理位置也可暂时被存储在存储器49中。可选择地，一旦存储器49进入接入网络服务的区域内，那么存储器49可将BTS的列表保存在相应的接入网络中。其它获取BTS的坐标的方式是可能的，但是这些超出了本发明的范围。也将提到，存储器49可以在UE单元处存在的任何其它存储器实现。

位置呼叫处理器47被提供以识别911呼叫等、将从坐标估计器44处接收到的坐标与呼叫相关联以及将具有坐标信息的呼叫传送至兴趣方(例如：PSAP)。如图4所示，该信息可作为常规呼出的呼叫通过接入网络接口被传送，或者可通过单独的直接链路被直接传送至PSAP。用于传送具有坐标信息的呼叫的任何其它适合的设备是可能的。将注意到，如果UE单元被装配如GPS单元，那么处理器47可选择地将进一步细节添加至坐标信息。可选择地，详细的位置信息可在PSAP处被编辑；这些细节在本发明的范围之外。

本发明的额外实施方式是基于网络的方法，其中UE单元的坐标是基于由UE单元固有地在上行链路子帧中提供给BTS的信息而被确定的。上行链路子帧12(如图1A所示)是由来自于不同用户的几个上行链路脉冲15、15′和15″构成。上行链路子帧的一部分被留出用于主要用于测距信道14的基于竞争的接入，其允许BTS在网络进入时以及之后定期地执行闭环频率、时间和功率调整。测距的基本机制包括在由网络定义的测距时机中的随机选择的测距时隙上，UE单元在指定的测距信道中周期地传送的随机选择的码分多址(CDMA)码。因此，在UE单元连接至网络并且在连接的各个阶段期间，测距码通过UE单元被周期地传送。大量编码被分配给每个测距模式，例如：初始测距、切换测距、周期测距、带宽请求测距(迄今为止这些测距模式被定义在WiMax标准中)。BTS跟踪每个测距模式中的每个UE单元的测距信号，并且然后指导UE调整其传送参数，例如：定时(提前或延迟)、功率水平、频率偏差等，或者指导UE以强制的方式响应(例如：不断地在分配的无线资源中重复传送BTS已知信号)。

本发明具有WiMax系统或者使用指定周期位序列(例如：周期测距、带宽请求测距)的任何其它系统固有的测距信号的优点。此外，根据本发明，为了位置识别的目的，新的“位置测距”信号可被分配。该新的位置测距信号可通过在UE单元上推动特殊目的按钮(例如：E911按钮)的方式被触发。总之，测距信号通常被称作上行链路“预定周期位序列”，并且是用于定位和跟踪无线网络中的UE单元的非常重要的资源。

如图5的实施方式所示，三个相邻基站收发台BTS-A(服务BTS)、BTS-B和BTS-C从移动UE单元处接收测距码并且通过使用该信号执行三角测量。因为这些BTS都是GSP同步的，因此BTS可通过将其时钟提供的测距码的到达时间与当UE单元传送测距码时的时间进行比较的方式，来估计到UE单元的距离(但不是坐标)。因为BTS时钟跟踪测距码，因此这是可能的。

前面使用的相同标记被用于基站和UE单元的位置，即：BTS-A(x1，y1)、BTS-B(x2，y2)、BTS-C(x3，y3)和UE(x，y)。每个BTS估计测距码的到达时间TOA：BTS-A确定TOA-A、BTS-B确定TOA-B以及BTS-C确定TOA-C。基站BTS-A和BTS-B将估计传送至服务BTS-A，如虚线箭头5和6所示，并且BTS-A执行三角测量，其也了解当测距码已经由UE单元传送时的时间。作为三角测量的结果，BTS-A建立UE单元的坐标(x，y)。

图6示出了本发明的又一个实施方式。在该实施方式中，BTS 25具有分布式天线系统；在图6中，两个接收天线由20和30标识。这些天线的坐标(x1，y1)和(x2，y2)是已知的并且天线之间的距离相对于波长较大，但是相对于UE单元与BTS之间的距离较小。BTS通过估计相同测距码(到达天线20和30(测距码是基于BTS已知的传输时间被识别的))的TOA的方式建立表示圆55和60的方程。然后，BTS计算两个圆之间的交叉点，其提供了UE单元的坐标(x，y)，如方程4所示：

{(x - x_{1})}^{2} + {(y - y_{1})}^{2} = r_{1}^{2}

{(x - x 2)}^{2} + {(y - y_{2})}^{2} = r_{2}^{2}

方程4

求解方程4将得到两个解；天线前的位置将作为结果被选择。

图7示出了本发明的又一个实施方式，其利用在WiMax BTS处存在的多天线系统。在该变体中，BTS 25估计天线20处的测距码的到达角度AOA并且估计移动设备与天线30的距离(范围)。如上所示，确定UE与BTS之间的距离是众所周知的；然而，该位置参数仅允许建立UE可位于其上的圆50。通过额外地确定第二位置参数(在该实施例中AOA)，BTS 25可确定与天线的平面70的距离‘d’，并且然后确定UE单元的地理坐标(x，y)。这是基于BTS和天线的地理坐标确定的，其是已知的。

一旦BTS确定了UE单元的坐标，那么该信息可自动地添加至“911”呼叫，以使操作员可通过使用地图或任何其它类型的已知详细位置信息确定呼叫者的精确位置，如前所述。

图8是根据本发明的实施方式的用户设备的结构图。该图示出了与基于处理在上行链路子帧中接收到的测距代码(预定周期位序列)对UE单元进行定位有关的单元。

如图4所示的情况，图8一般性地示出了基站收发台的单元，即：具有无线接入网络的接口81和BTS与无线或有线通信网络之间的接口88，通过接口81，BTS与UE单元通信。收发机84一般性地示出了BTS的期望功能，例如对于上行链路方向，从在接入网络处接收到的帧中提取数据、处理数据、重新格式化和通过通信网络向目的地发送它。当然，BTS允许其它通信环境，但是这些超出了本发明的范围。图8还示出了在无线接入网络(WAN)侧上被标记为天线1和天线2的两个接收天线。

在图8所示的本发明的实施方式中，BTS包括位置识别模块80，其包括第一监控单元82和第二监控单元83。监控单元识别指定分别由天线1和天线2接收的进入的通信量中的指定周期位序列(在这里来自于上行链路子帧的测距码)。例如，对于图6的实施方式，由监控单元确定的位置参数是天线1上的测距码的到达时间TOA1和天线2上的测距码的到达时间TOA2。可选择地，在图7的实施例中，这些位置参数是天线1上的测距码的到达角度和UE单元与天线2的距离。

对于图5的实施方式，监控单元82检测在BTS处从UE单元接收到的测距码的TOA，并且监控单元83识别由另外两个BTS测量并在下行链路帧中传送(如图5上的箭头5和6所示)的TOA。将理解到，BTS可被装配一个执行两个测量的监控单元；这基本上是设计优选。

在图5所示的实施方式中，位置参数收发机单元89被用于接收和识别由相邻BTS传送的任意位置参数，并且被用于将由BTS测量的位置参数传送至相邻BTS。可选择地，位置参数可在要求的相邻BTS处从服务UE单元的BTS接收并传输，该UE单元的位置将被确定。

位置识别模块80也包括坐标估计器85，其基于从监控器或收发机89处接收到的测量确定UE单元的坐标。例如，如图5的实施方式所示，如果坐标基于TOA估计被确定，那么坐标估计器85可执行三角测量以获得(x，y)。如果位置参数为图6的实施方式所示的测距或者如图7所示的测距或到达角度，那么坐标估计器按照上诉方式进行正确计算。

一旦UE单元的地理坐标被确定，那么BTS将它们插入呼出的911呼叫(等)，如位置呼叫处理器86所示，并且具有位置信息的呼叫然后被转换至目的地，如位置发射机87所示，其中紧急服务或PSAP操作员相应地处理呼叫。

如上所示，在本发明的一个实施方式中，UE单元能够给BTS传送某一个信号，其在本文中被称作“位置测距”码/信号，它是由与位置确定有关的BTS识别的。如图9所示，其中上行链路子帧提供了第一测距码90和位置测距码92。例如，位置测距码可包括UE单元的识别以及对地理位置的请求；该信号对于BTS是已知的。位置测距码的传送可由用户发起或者可以预置间隔被自动地触发。例如，在位置测距模式中，UE单元可使用两个OFDM符号，其中每个第一OFDM符号包括144位的位置测距码，而第二OFDM符号包括呼叫者ID和/或高达144位的请求。

Claims

1.一种用于确定在无线接入网络上传输指定周期位序列的两个或更多个基站收发台(BTS)的覆盖范围内操作的用户设备(UE)单元的位置的方法，包括：

a)在所述UE单元处，监控从所述BTS处接收到的进入的通信量以检测所述指定周期位序列；

b)根据所述指定周期位序列来确定将所述UE单元的相对位置传递至所述BTS中的两个或更多个的至少两个位置参数；和

c)处理所述位置参数以建立所述UE单元的地理坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括：

在第一BTS、第二BTS和第三BTS处分别建立所述指定周期位序列的第一到达时间(TOA1)、第二到达时间(TOA2)和第三到达时间(TOA3)；

确定第一位置参数为所述第一到达时间和所述第二到达时间之间的第一时间差(T12)；和

确定第二位置参数为所述第一到达时间和所述第三到达时间之间的第二时间差(T13)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤c)包括：

在所述UE单元处，获得所述BTS的地理坐标；和

基于所述第一时间差和所述第二时间差以及所述BTS的所述地理坐标建立所述UE单元的所述地理坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括：

确定第一位置参数为所述UE单元的第一天线上的来自于第一BTS的所述指定周期位序列的第一到达角度(AOA1)；和

确定第二位置参数为所述UE单元的第二天线上的来自于第二BTS的所述指定周期位序列的第二到达角度(AOA1)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤c)包括：

在所述UE单元处，获得所述BTS的地理坐标；和

基于所述第一到达角度和所述第二到达角度差以及所述BTS的地理坐标建立所述UE单元的所述地理坐标。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一BTS和所述第二BTS是基于所述第二天线处的所述周期位序列的强度而被选择的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线接入网络是WiMax、3GPP LTE和UMB网络中的一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定周期位序列是由每个所述BTS在下行链路子帧中传输的前导码。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定周期位序列是由每个所述BTS在下行链路子帧中传输的导频音。

10.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

将所述地理坐标添加至在所述UE单元上产生的紧急呼叫；和

将来自于所述UE单元的所述呼叫路由至公共安全应答点。

11.一种用于装配了第一天线和第二天线的用户设备(UE)单元的位置识别模块，包括：

监控单元，其用于监控进入的通信量并识别从至少两个基站收发台(BTS)处接收到的指定周期位序列；

位置参数计算设备，其用于根据所述指定周期位序列确定传递来自于所述相应BTS的所述UE单元的相对位置的两个位置参数；和

坐标估计器，其用于处理所述两个位置参数并建立所述UE单元的地理坐标。

12.根据权利要求11所述的位置识别模块，其中所述位置参数计算设备包括：

用于建立分别来自于第一BTS、第二BTS和第三BTS的所述指定周期位序列的第一到达时间、第二到达时间和第三到达时间(TOA1，TOA2，TOA3)的装置；和

用于确定第一位置参数为所述第一到达时间和所述第二到达时间之间的第一时间差(T12)和确定第二位置参数为所述第一到达时间和所述第三到达时间之间的第二时间差(T13)的装置。

13.根据权利要求12所述的位置识别模块，其中所述坐标估计器包括：

存储器，其用于暂时存储所述BTS的地理坐标；和

用于基于所述第一时间差和所述第二时间差以及所述BTS的所述地理坐标来建立所述UE单元的坐标的装置。

14.根据权利要求11所述的位置识别模块，其中所述位置参数计算设备包括：

用于确定第一位置参数为在所述第一天线处从第一BTS接收到的所述指定周期位序列的第一到达角度的装置；和

用于确定第二位置参数为在所述第二天线处从第二BTS接收到的所述指定周期位序列的第二到达角度的装置。

15.根据权利要求14所述的位置识别模块，其中所述坐标估计器包括：

存储器，其用于暂时存储所述BTS的地理坐标；和

用于基于所述第一到达角度和所述第二到达角度以及所述BTS的所述地理坐标来建立所述UE单元的坐标的装置。

16.根据权利要求11所述的位置识别模块，还包括位置呼叫处理器，所述位置呼叫处理器用于将所述地理位置添加至所述UE单元上产生的紧急呼叫并将来自于所述UE单元的所述呼叫路由至公共安全应答点。

17.根据权利要求16所述的位置识别模块，还包括：

GPS单元，其用于将附加的详细位置信息提供给所述位置呼叫处理器以插入所述呼叫中。

18.一种用于确定在无线接入网络中的基站收发台(BTS)的多个天线的覆盖区域内操作的用户设备(UE)单元的位置的方法，所述UE单元在上行链路传输指定周期位序列，所述方法包括：

i)在所述BTS处，监控通过两个接收天线从所述UE单元处接收到的进入的通信量以检测所述指定周期位序列；

ii)测量分别作为所述第一天线和所述第二天线接收到的来自于所述指定周期位序列的相应第一位置参数和第二位置参数；和

iii)在所述BTS处，处理所述第一位置参数和所述第二位置参数以用于建立所述UE单元的地理坐标。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述UE单元被触发以将BTS已知的信号作为所述指定周期位序列传输。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一位置参数和所述第二位置参数是第一到达时间(TOA)和第二到达时间。

21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤iii)包括：

产生第一函数和第二函数，所述第一函数和所述第二函数分别表示使所述第一TOA和所述第二TOA作为半径以及使所述第一天线和所述第二天线作为中心的第一圆和第二圆；和

在所述两个圆之间的交点处建立所述UE单元的所述地理坐标。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一位置参数是在所述第一天线上的所述指定周期位序列的到达角度(AOA)，且所述第二位置参数是所述UE单元与所述第二天线之间的距离。

23.根据权利要求22所述的方法，其中步骤iii)包括计算所述UE单元相对于所述BTS的坐标并基于所述UE单元相对于所述BTS的所述坐标来建立所述UE单元的所述地理坐标。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述无线接入网络是WiMax、3GPP LTE和UMB网络中的一种。

25.根据权利要求18所述的方法，其中所述指定周期位序列是由所述UE单元在下行链路子帧中传输的测距码。

26.根据权利要求18所述的方法，还包括在位置测距模式中操作所述UE单元，其中所述指定周期位序列是由所述UE单元传输的位置测距码。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述位置测距码包括所述BTS已知的测距码和呼叫者标识符。

28.一种用于在无线接入网络中操作的基站收发台BTS的位置识别模块，所述BTS具有第一天线和第二天线，所述位置识别模块包括：

第一监控单元，其用于监控在所述第一天线上接收到的进入的通信量并识别从位于所述BTS的覆盖区域内的用户设备(UE)单元处接收到的指定周期位序列以及确定第一位置参数；

第二监控单元，其用于监控在所述第二天线上接收到的进入的通信量并识别从所述UE单元处接收到的所述指定周期位序列以及确定第二位置参数；和

29.根据权利要求28所述的位置识别模块，其中所述无线接入网络是WiMax网络。

30.根据权利要求29所述的位置识别模块，其中所述指定周期位序列是由所述UE单元在上行链路子帧中传输的测距码。

31.根据权利要求28所述的位置识别模块，其中所述第一位置参数和所述第二位置参数是在所述第一天线和所述第二天线处的所述指定周期位序列的第一到达时间(TOA)和第二到达时间。

32.根据权利要求28所述的位置识别模块，其中所述第一位置参数是在所述第一天线上的所述指定周期位序列的到达角度(AOA)，且第二位置参数是在所述BTS处测量的所述UE单元与所述第二天线之间的距离。

33.根据权利要求28所述的位置识别模块，还包括收发机，所述收发机用于从两个相邻BTS处接收两个另外的位置参数并将所述第一位置参数传输至所述两个相邻BTS，

其中所述两个另外的位置参数被用所述第一位置参数处理以用于建立所述UE单元的所述地理坐标。

34.根据权利要求18所述的方法，其中所述指定周期位序列是在所述上行链路帧中传输的另外的符号，其包括所述UE单元的标识符以及用于识别所述UE单元的所述地理坐标的请求。