CN101998628A - 移动台定位方法、系统和定位计算单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动台定位方法，该方法将TDOA算法和TOA/RSSI算法结合，当采用TDOA算法得到的距离与采用TOA/RSSI算法得到的距离之差不在预设范围之内时，说明采用TDOA算法获得的定位结果可靠性不高，此时采用TOA/RSSI算法得到的距离与TDOA算法得到的角度重新估计MS的位置，从而提高了定位精度。本发明还公开了一种移动台定位系统和一种定位计算单元，都能够提高定位精度。

Description

移动台定位方法、系统和定位计算单元

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术，具体涉及移动台定位方法和系统，以及一种定位计算单元。

背景技术

无线定位技术的研究始于20世纪60年代的自动车辆定位系统，随后该技术在公共交通、出租车调度以及公安追踪等范围内广泛应用。近年来，移动通信网中的定位服务需求也快速增加，出现了多种适用于移动通信网的无线定位技术。

目前，移动通信网中最常用的无线定位方法主要包括：到达时间差(TDOA，Time Difference of Arrival)算法、到达时间(TOA，Time of Arrival)算法和接收信号强度指示(RSSI，Received signal strength indication)算法。

TDOA算法也称双曲线定位方法，该方法是通过检测移动台(MS)信号到达两个基站的时间差来确定MS的位置。所述时间差称为相对时延(relative delay)。图1为现有技术中TDOA定位方法示意图。该示意图以基于三个基站定位为例。

如图1所示，当已知基站BS₁和BS₂与MS之间的距离差为R₂₁＝r₂-r₁时，MS必定位于以BS₁和BS₂为焦点、与BS₁和基站的距离差恒为R₂₁的双曲线上。当同时知道BS₁和BS₃与MS之间的距离差为R₃₁＝r₃-r₁时，可以得到另外一组以BS₁和BS₃为焦点，与BS₁和BS₃的距离差恒为R₃₁的双曲线。于是，两组双曲线的交点代表MS的位置估计。基于该原理，需要建立两个以上双曲线方程，才能求解出MS的二维位置。

设，MS的位置坐标为(x₀，y₀)，MS所在小区的服务基站的坐标为(x₁，y₁)，邻小区基站BS_i的坐标为(x_i，y_i)(i＝2，3...)，则有如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{(\sqrt{{(x_o-x_2)}^2+{(y_0-y_2)}^2}-\sqrt{{(x_o-x_1)}^2+{(y_0-y_1)}^2})}^2=R_{21}^2\\ {(\sqrt{{(x_o-x_3)}^2+{(y_0-y_3)}^2}-\sqrt{{(x_o-x_1)}^2+{(y_0-y_1)}^2})}^2=R_{31}^2\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，R₂₁和R₃₁可以通过R₂₁＝c×t₂₁和R₃₁＝c×t₃₁得到，c为电磁波在空中的传播速度，而t₂₁为BS₁和BS₂发出的信号到达MS的相对时延，t₃₁为BS₁和BS₃发出的信号到达MS的相对时延。当获得t₂₁和t₃₁后，就可以通过求解双曲线方程组(1)可以得到MS的估计位置(x₀，y₀)。

从TDOA的求解过程可以看出，获得t₂₁和t₃₁是求解MS位置的关键。在现有技术中t₂₁和t₃₁是通过执行扫描流程来确定的。图2为现有技术中通过扫描流程确定t₂₁和t₃₁的流程图。如图2所示，该流程包括以下步骤：

步骤201：当MS触发定位时，MS向服务基站发送扫描请求信令(SCN-REQ)。该扫描请求中携带MS给出的推荐邻基站的索引(Index)。

如果是服务基站触发定位，则不包括步骤201，直接执行步骤202。

步骤202：服务基站向MS返回扫描响应信令(SCN-RSP)，该SCN-RSP信令中携带邻基站的前导序列索引(Preamble Index)，还包括扫描报告测量参数，该扫描报告测量参数例如扫描周期、扫描时长等。由于MS在接入服务基站时就已经获得服务基站的前导序列索引，因此这里只需要发送邻基站的前导序列索引。

其中，服务基站向MS返回邻基站的前导序列索引时，可以返回MS所推荐邻基站的前导序列索引，也可以不考虑MS的推荐，将MS当前所有邻基站的前导序列索引返回给MS，由MS进一步筛选定位所需的邻基站。

步骤203：MS接收到SCN-RSP后，根据SCN-RSP中邻基站的前导序列索引获得前导序列码；根据扫描报告测量参数的指示，利用服务基站和邻基站的前导序列码扫描所接收信号，继而获得t₂₁和t₃₁。MS还可以进一步测量到各邻基站到MS的信号强度，测得的信号强度称为接收信号强度指示均值(RSSI mean)，简称RSSI。

其中，根据前导序列码扫描所接收信号以获得t₂₁和t₃₁的过程为公知技术手段，不详细阐述。

步骤204：MS向服务基站发送扫描报告信令(SCN-REP)，该SCN-REP中携带MS计算的t₂₁和t₃₁，还可以进一步携带邻基站RSSI。至此，完成了t₂₁和t₃₁的确定过程。

之后，服务基站只需要将t₂₁和t₃₁发送到相应定位服务器(Location Server)，由定位服务器求解双曲线方程组(1)，即可得到MS的估计位置(x₀，y₀)，从而完成基于TDOA的定位过程。

下面介绍基于RSSI算法的定位方法。RSSI算法是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离的算法。在无遮挡情况下，可以得到无线信号传播模型为：

P(d)＝P(d₀)-10αlg(d/d₀)                            (2)

其中，d为信号点与测量点之间的距离，也是待求量。d0为预设的一个单位距离，P(d)为测量点接收自信号点的信号强度(单位：dBm)，P(d0)为单位信号强度，也是测量点与信号点之间距离d0时的信号强度；α为信号强度随距离变化的速率。

在现有技术中可以采用信道测量报告流程来确定P(d)。具体来说，服务基站向MS发送信道测量报告请求(REP-REQ)，以请求MS测量服务基站到MS的RSSI。为了与上述邻基站RSSI区别，这里称为服务基站RSSI。MS接收到REP-REQ后测量服务基站RSSI。然后MS向服务基站发送REP-RSP，以报告服务基站RSSI的测量结果。服务基站得到服务基站RSSI后就可以将服务基站RSSI作为参数P(d)代入公式(2)求出MS与服务基站之间的距离。

在实际中，由于很多环境中都存在遮挡，因此无线信号传播模型存在很大误差，考虑反射和折射等因素的存在，式(2)被修正为

$P\left(d\right)=P\left(d_0\right)-10\mathrm{\αlg}(d/d_0)-\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{nW}\×\mathrm{WAF}& \mathrm{nW}\≤C\\ C\×\mathrm{WAF}& \mathrm{nW}\≥C\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，nW为测量点与信号点之间障碍物的数量；C为使衰减因子变化的障碍物数量的临界值；WAF为障碍物的衰减因子。

下面介绍TOA算法。TOA算法是通过计算MS与基站之间的往返时延来估算MS与基站之间距离的方法。TOA算法是通过执行测距流程实现的。图3示出了通过执行测距流程实现TOA算法的流程图。如图3所示，该流程包括以下步骤：

步骤301：服务基站在MS测距信号请求(RNG-REQ)触发或自身主动触发情况下，向MS发送测距信号响应信令(RNG-RSP)，该RNG-RSP携带交汇时间(Rendezvous_time)、正交序列例如CDMA码(CDMA_code)和传输机会偏移(Transmission_opportunity_offset)。发送RNG-RSP后，服务基站开始计时。

步骤302：MS接收到RNG-RSP后，开始计时，当计时达到交汇时间±传输机会偏移时，利用正交序列例如CDMA码(CDMA_code)向服务基站发送上行探测信号(Ranging)。

步骤303：服务基站接收到Ranging时，停止计时，当前计时值记为T_BS，写入服务基站与MS之间的往返时延RTD＝T_BS-T_MS，T_MS采用交汇时间。

至此，完成了RTD的确定流程。之后，服务基站将RTD发送给定位服务器，定位服务器采用如下公式(4)计算MS到服务基站的距离d′：

d′＝c×RTD/2；                                (4)

其中，c为电磁波在空中的传播速度。

上述测距流程是周期性执行的，在执行过程中服务基站还会在步骤301发送的RNG-REQ携带定时提前参数(timing advance)，timingadvance＝RTD/2，它是服务基站根据之前获得RTD除以2得到的。

从以上描述的TDOA算法、TOA和RSSI算法可见，TOA和RSSI算法需要知道信号传播的具体时间，因此收到信道产生的共同误差的影响，定位精度不够高。而TDOA算法不要求知道信号传播的具体时间，只需要知道信号传播时间差，因此可以消除或减少接收机上由于信道产生的共同误差，在通常情况下，其定位精度高于TOA和RSSI算法。但由于功率控制造成离服务基站附近的移动台发射功率小，使得相邻基站接收到的功率非常小，从而造成比较大的测量误差，这就是著名的听力问题(hearability)。可见，现有的TDOA算法定位精度还有待进一步提高。

图12为3小区TDOA定位误差仿真结果示意图。从图12可以看出，采用TDOA算法进行定位产生的定位误差不能满足美国通信委员会(FCC)颁布的E911服务规范的要求。E911服务规范要求：在一个小区内，误差为100m时，累计分布函数(cumulative distribution function，CDF)为67％；误差为300m时，CDF为95％。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种移动台定位方法，能够提高定位精度。

该方法包括：

A、采用到达时间差TDOA算法估计移动台MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS与其服务基站之间的距离d；采用到达时间TOA算法或接收信号强度指示RSSI算法估计MS与其服务基站之间的距离d’；

B、判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

较佳地，所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.03×D_StoS≤η≤0.5×D_StoS；其中，D_StoS表示基站之间的距离。

较佳地，所述η＝0.15×D_StoS。

或者，较佳地，所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.05×R_cell≤η≤R_cell；其中，R_cell表示小区半径。

较佳地，所述η＝0.26×R_cell。

当MS处于连接状态时，

所述步骤A包括：

A1、服务基站向MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送上行探测信号Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的往返时延RTD；

A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；并将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站；

A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A4、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元；

A4、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

或者，当MS处于连接状态时；

所述步骤A包括：

A1、服务基站向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；

A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A4、MS中的定位计算单元根据MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

其中，当服务基站触发定位时，所述服务基站主动执行所述步骤A1；在MS触发定位时，所述服务基站在接收到MS发来的定位请求信令时，执行所述步骤A1，作为对定位请求信令的响应；所述定位请求信令包括定位方法类型指示单元；该定位方法类型指示单元被设置为指示所述服务基站使用混合定位方法。

在所述MS处于空闲状态时，

所述步骤A包括：

A1：服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；

A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging；

所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A4、MS获取定位参数测量结果，并携带在定位报告信令中发送给服务基站；

A5、MS在确定需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A6、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元；

A7、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

或者，在所述MS处于空闲状态时，

所述步骤A包括：

A1：服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；

A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging；

所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A4、MS获取定位参数测量结果；

A5、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A6、MS中的定位计算单元MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

较佳地，所述MS所需测量的定位参数进一步包括邻基站RSSI或载干噪比CINR。

其中，所述定位响应信令包括报告参数指示单元、扫描信号类型指示单元、交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元和扫描序列码索引指示单元；

当在MS连接状态下触发定位操作时，该定位响应信令还包括定位方法类型指示单元；

所述定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法；

所述报告参数指示单元，用于指示MS需要通过定位报告信令反馈的定位参数；

所述扫描信号类型指示单元，用于指示MS利用何种类型的序列码扫描所接收信号以获得相对时延和RSSI，以及指示MS是否发送Ranging；

所述交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元为发送Ranging的相关参数；

所述扫描序列码索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI所需的序列码的索引。

所述序列索引指示单元进一步包括前导序列索引指示单元和参考序列索引指示单元；所述参考序列的发送时间和占用的资源由基站确定。

所述定位响应信令进一步包括基站类型指示单元，用于指示各邻基站的类型。

其中，所述定位报告信令包括报告参数指示单元、服务基站RSSI指示单元、相对时延指示单元、RTD指示单元和邻基站选择辅助参数指示单元；

所述报告参数指示单元，用于指示定位报告信令所报告的定位参数；

所述服务基站RSSI指示单元，用于记载所报告的服务基站RSSI的值；

所述相对时延指示单元，用于记载所报告的各相对时延的值；

所述RTD指示单元，用于记载所报告的RTD的值；

所述邻基站选择辅助参数指示单元，用于记载所报告的邻基站选择辅助参数的值。

其中，采用TOA算法估计距离d’时，所述步骤A包括：

通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；

通过执行测距流程，获取所述MS和所述服务基站之间的往返时延RTD，并发送给所述定位计算单元；

所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根据所述RTD计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

其中，采用RSSI算法估计距离d’时，所述步骤A包括：

通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；

通过执行信道测量报告流程，获取所述服务基站到所述MS的RSSI，并发送给定位计算单元；

所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根据所述RSSI计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

本发明还提供了一种移动台定位系统，能够提高定位精度。

该系统包括MS、多个基站和定位服务单元；

所述MS和所述服务基站二者之间进行信令交互，获取TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果，将获取的定位参数测量结果发送给定位计算单元；

所述定位计算单元，用于接收所述定位参数测量结果，采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d；采用TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计MS与其服务基站之间的距离d’；判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

其中，所述服务基站包括响应单元，用于向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD。

当服务基站触发定位时，所述响应单元主动执行其自身操作；

当MS触发定位时，所述响应单元在接收到来自MS的定位请求信令时，执行其自身操作，作为对MS的定位请求信令的响应。

较佳地，所述服务基站进一步包括定位报告信令处理单元，用于在接收到来自MS的定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元。

其中，所述MS包括定位响应信令处理单元，用于在接收到来自服务基站的定位报告信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；然后，将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站，或者将获取的定位参数测量结果发送给设置于所在MS中的定位计算单元；

定位响应信令处理单元还在所述定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging。

较佳地，所述服务基站进一步包括寻呼单元，用于广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

所述MS中的定位响应信令处理单元进一步用于，当所述寻呼广播信令触发所在MS重接入网络后，根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。

本发明还提供了一种定位计算单元，能够提高定位精度。

该定位计算单元包括估计模块和计算模块；

所述估计模块，用于接收来自外部的TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果；采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d；采用TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计所述MS与其服务基站之间的距离d’；将估计的距离d和距离d’发送给计算模块；

所述计算模块，用于判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与所述服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.03×D_StoS≤η≤0.5×D_StoS；其中，D_StoS表示基站之间的距离。

较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0.15×D_StoS，0.15×D_StoS]。

较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.05×R_cell≤η≤R_cell；其中，R_cell表示小区半径。

较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0.26×R_cell，0.26×R_cell]。

该定位计算单元设置在MS中，或设置在基站中，或设置在网络侧的定位服务器中。

根据以上技术方案可见，应用本发明将TDOA算法和TOA/RSSI算法结合，当采用TDOA算法得到的距离与采用TOA/RSSI算法得到的距离之差不在预设范围之内时，说明采用TDOA算法获得的定位结果可靠性不高，此时采用TOA/RSSI算法得到的距离与TDOA算法得到的角度重新估计MS的位置，从而提高了定位精度。

本发明可以采用现有的扫描流程和测距流程完成混合定位方法，在这种情况下，MS和服务基站之间可以采用现有流程完成定位参数的获取，然后将定位参数交给定位计算单元，而定位计算单元采用本发明的混合算法即可实现混合定位，实现简单。

但是现有的扫描流程和测距流程都不是专门为定位设计的流程，因此扫描流程和测距流程中包括很多与定位不相关的字段，从而增加了传输开销，为此，本发明提供了一套专门用于定位的信令，包括定位请求信令、定位响应信令和定位报告信令，这些信令中不包含与定位无关的信息，从而减少了信令传输开销。

附图说明

图1为现有技术中TDOA定位方法示意图。

图2为现有技术中通过扫描流程确定相对时延的流程图。

图3为现有技术中通过执行信道测量报告流程确定RTD的流程图。

图4为本发明中移动台定位方法的示例性流程图。

图5为本发明实施例中基于3基站进行混合定位的示意图。

图6为本发明实施例一中混合定位的流程图。

图7为本发明实施例二中混合定位的流程图。

图8为本发明实施例三中混合定位的流程图。

图9为本发明实施例四中混合定位的流程图。

图10为本发明实施例中MS空闲状态下的定位流程。

图11为本发明实施例中移动台定位系统的示意图。

图12为现有技术中基于3基站进行TDOA定位的误差仿真图。

图13为本发明基于3基站进行TDOA定位和混合定位的误差仿真图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明为一种移动台的混合定位方法，其基本思想为：采用TDOA算法估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS与其服务基站之间的距离，记为d；采用TOA算法或RSSI算法估计MS与服务基站之间的距离，记为d’；

判断d与距离d’的差值是否在预设范围内；如果是，则认为采用TDOA算法得到的MS的位置相对准确，将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，认为采用TDOA算法得到的MS与基站之间的距离不可用，但MS与基站之间的角度仍可用，此时，利用TDOA算法确定的MS与服务基站之间的角度，以及根据TOA算法得到的MS与服务基站之间的距离d’，重新计算MS的位置，并作为MS的定位结果。

其中，d与d’之差的预设范围可以采用预设阈值η表示，则预设范围为[-η，+η]。阈值η通常可以选择取小于1/2基站间距离。

通过大量的实验，确定阈值η的一种较佳取值范围为：

0.03×D_StoS≤η≤0.5×D_StoS；

其中，D_StoS表示基站之间的距离。

在这种情况下，η的优选取值为0.15×D_StoS。

阈值η的另一种较佳取值范围为：

0.05×R_cell≤η≤R_cell；

其中，R_cell表示小区半径。

在这种情况下，η的优选取值为0.26×R_cell。

图4示出了基于以上基本思想的移动台定位方法的示例性流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤401：测量信号在MS和服务基站之间的传递时间与信号在MS和各邻小区之间的传递时间之差，即相对时延。

在TDOA算法中，采用至少n个基站实施定位，n为大于或等于3的整数。n个基站中，其中一个是服务基站，另外n-1个是邻基站。设服务基站为BS₁，邻基站为BS₂...BS_n，那么本步骤测量的相对时延为t₂₁...t_n1。

以图5示出了基于3个基站进行混合定位的情况为例，如图5所示，假设BS₁为MS的服务基站，BS₂和BS₃为选定的用于定位的邻基站，A点为MS的真实位置，那么本步骤401中，MS采用TDOA算法测量BS₁和BS₂到MS的相对时延t₂₁，以及BS₁和BS₃到MS的相对时延t₃₁。

步骤402：根据TDOA算法，利用测量的相对时延估计MS的位置，根据MS的位置计算MS与服务基站之间的距离d。

以图5示出的情况为例，本步骤中，将测量的上述相对时延t₂₁和t₃₁代入公式(1)，得到MS的估计位置(x₀，y₀)，然后再根据MS的位置(x₀，y₀)和服务基站的BS₁位置(x₁，y₁)，计算MS与服务基站之间的距离d。

在实际中，如果采用3个以上基站定位，则根据MS与邻基站之间信号的RSSI或载干噪比(CINR)对邻基站进行排序，找到信号质量较好的2个邻基站，采用这2个邻基站对应的相对时延，代入公式(1)，得到MS的估计位置(x₀，y₀)继而获得MS与服务基站之间的距离d。

步骤403：采用RSSI算法或TOA算法估计MS与服务基站之间的距离d’。

需要说明的是，步骤401～402是TDOA算法，步骤403是TOA或RSSI算法，这两类算法的计算操作不区分先后顺序。

步骤404：计算d与d’之间差值的绝对值Δd，Δd＝|d-d’|。

步骤405：判断Δd是否小于或等于预设的阈值η，如果是，则执行步骤406，否则，执行步骤407和408。

步骤406：确定采用TDOA算法估计的MS的位置在误差范围内，采用TDOA算法估计的MS的位置作为定位结果。本流程结束。

步骤407：确定采用TDOA算法估计的MS的位置在误差范围外，根据TDOA算法估计的MS位置计算MS与服务基站之间的角度θ：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{x_0-x_1}{y_0-y_1}\right)---\left(5\right)$

步骤408：根据距离d’和角度θ，重新计算MS位置(x′，y′)，并作为MS的定位结果。(x′，y′)的计算公式如下：

x′＝d′×sin(θ)                                    (6)

y′＝d′×cos(θ)                                    (7)

至此，本流程结束。

从图4示出的流程可以看出，本发明将TDOA算法和TOA/RSSI(“/”表示“或”)算法结合，当采用TDOA算法得到的距离与采用TOA/RSSI算法得到的距离之差不在预设范围之内时，说明采用TDOA算法获得的定位结果可靠性不高，此时采用TOA/RSSI算法得到的距离与TDOA算法得到的角度重新估计MS的位置，从而提高了定位精度。

本发明的混合定位流程可以借助现有扫描流程、测距流程和信道测量报告实现，下面举两个实施例对本发明借助现有信令交互流程实现本发明混合定位的具体实施方式进行详细描述。

实施例一

本实施例采用TDOA算法和TOA算法实现混合定位，且由MS触发定位过程。

本实施例一的混合定位流程大致为：通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；通过执行测距流程，获取MS和服务基站之间的RTD，并发送给定位计算单元；定位计算单元根据相对时延计算MS与服务基站之间的距离d，并根据RTD计算MS与服务基站之间的距离d’；然后，定位计算单元执行前述步骤404至408，从而完成混合定位。

具体来说，图6示出了本实施例一中混合定位的具体流程。如图6所示，该流程包括以下步骤：

步骤601：MS向服务基站发送SCN-REQ。

步骤602：服务基站向MS返回SCN-RSP。该SCN-RSP中包括基站给出的邻基站的前导序列索引(Preamble Index)，还可以包括扫描报告测量参数，该扫描报告测量参数例如扫描周期、扫描时长等。

本实施例是由MS触发扫描流程。在实际中，也可以由基站直接发送SCN-RSP来触发扫描流程。在后者情况下，本流程不包括步骤601。

步骤603：MS接收到SCN-RSP后，根据SCN-RSP中邻基站的前导序列索引获得前导序列码；根据扫描报告测量参数的指示，利用服务基站和邻基站的前导序列码扫描所接收信号，获得服务基站与各邻基站之间的相对时延t₂₁...t_n1，n为用于定位的基站个数。

步骤604：MS向服务基站发送SCN-REP，该SCN-REP中携带MS测量的相对时延t₂₁...t_n1。

步骤605：MS向服务基站发送RNG-REQ。

步骤606：服务基站向MS发送RNG-RSP，该RNG-RSP携带交汇时间、诸如CDMA码的正交序列码和传输机会偏移，发送RNG-RSP后，服务基站开始计时。

本实施例是由MS触发MS发送Ranging。在实际中，也可以由基站直接发送RNG-RSP来触发MS发送Ranging。在后者情况下，不包括步骤605。

步骤607：MS接收到RNG-RSP后，开始计时，当计时达到交汇时间±传输机会偏移时，向服务基站发送Ranging。

步骤608：服务基站接收到Ranging时，停止计时，当前计时值记为T_BS，然后计算往返时延RTD，RTD＝T_BS-T_MS，其中T_MS采用交汇时间。

步骤609：服务基站向定位服务器中的定位计算单元发送测量结果。所述测量结果包括相对时延t₂₁...t_n1，还包括RTD。

在本实施例中，该定位计算单元设置在定位服务器中。在实际中，该定位计算单元还可以设置在基站上。

本实施例是服务基站接收到相对时延和RTD后，将二者作为测量结果一起发送给定位服务器，在实际中，服务基站还可以分两次发送，即在接到相对时延时，发送相对时延，在接到RTD后，发送RTD。

步骤610：定位服务器根据测量结果进行混合定位计算。

该混合定位计算具体过程包括：首先将从多个相对时延中选择的2个代入公式(1)得到MS的估计位置(如果定位服务器仅接到两个相对时延，则不用执行选择操作)，继而计算MS的估计位置到服务基站的距离d；然后，根据RTD代入计算公式(4)，得到MS到服务基站的距离d’。接着，执行前述步骤404至408，从而得到精确的定位结果。

其中，从多个相对时延中选择的2个相对时延可以根据RSSI或CINR进行选择。在这种情况下，MS还需要测量各邻基站的RSSI或CINR并提供给定位计算单元，定位计算单元对邻基站的RSSI或CINR从大到小进行排序，然后选择前两个邻基站RSSI或CINR对应的邻基站，将这两个邻基站对应的相对时延代入公式(4)。

至此，本流程结束。

实施例二

本实施例采用TDOA和RSSI实现混合定位，且MS触发定位过程。

本实施例二的混合定位流程大致为：通过执行扫描流程，服务基站获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；通过执行信道测量报告流程，获取服务基站到MS的服务基站RSSI，并发送给定位计算单元；定位计算单元根据相对时延计算MS与服务基站之间的距离d，并根据RSSI计算MS与服务基站之间的距离d’；然后，定位计算单元执行步骤404至408，完成混合定位。

具体来说，图7示出了本实施例二中混合定位的具体流程。如图7所示，该流程包括以下步骤：

步骤701：MS向服务基站发送SCN-REQ。

步骤702：服务基站向MS返回SCN-RSP。该SCN-RSP中包括基站给出的邻基站的前导序列索引，还可以包括扫描报告测量参数，该扫描报告测量参数例如扫描周期、扫描时长等。

步骤703：MS接收到SCN-RSP后，根据SCN-RSP中邻基站的前导序列索引获得前导序列码；根据扫描报告测量参数的指示，利用服务基站和邻基站的前导序列码扫描所接收信号，获得服务基站与各邻基站之间的相对时延t₂₁...t_n1(n为用于定位的基站个数)。

步骤704：MS向服务基站发送SCN-REP，该SCN-REP中携带MS测量的相对时延t₂₁...t_n1。

步骤705：服务基站向MS发送信道测量报告请求(REP-REQ)，请求MS测量邻基站RSSI。

步骤706：MS接收到REP-REQ后，测量接收自服务基站的信号的信号强度P(d’)，该信号强度P(d’)即为服务基站RSSI。

步骤707：MS向服务基站发送REP-RSP，报告服务基站RSSI测量结果。

步骤708：服务基站向定位服务器发送测量结果。该测量结果包括相对时延t₂₁...t_n1和服务基站RSSI。

步骤709：定位服务器根据测量结果进行混合定位计算。

该混合定位计算具体过程包括：首先将从多个相对时延中选择的2个较佳值代入公式(1)得到MS的估计位置(选择方法与实施例一相同，如果定位服务器仅接到两个相对时延，则不用执行选择操作)，继而计算MS的估计位置到服务基站的距离d；将RSSI即P(d’)代入公式(2)或公式(3)得到d’；然后执行前述步骤404至408，从而得到精确的定位结果。

至此，本流程结束。

上述实施例一和实施例二是借助现有的扫描流程、测距流程和信道测量报告流程实现的混合定位。但是现有的扫描流程、测距流程和信道测量报告流程不是专门为定位设计的流程，例如扫描流程用于MS切换，因此扫描流程所涉及的信令中包括很多与定位不相关的字段，每次定位时都需要在信令中携带这些字段，增加了信令传输开销。为此，本发明提供了一种专门用于定位的信令，称为定位信令。

本发明提供的定位信令主要包括3个定位信令：定位请求信令(LBS-REQ)，定位响应信令(LBS-RSP)和定位报告信令(LBS-REP)。这3个定位信令中包括一些必要的指示单元。下面对定位信令所需包含的指示单元进行详细描述。

定位请求信令：

定位请求信令是MS发送给基站的。当MS触发混合定位时，MS向服务基站发送定位请求信令。

表1示出了定位请求信令中所包含的指示单元。

表1

如表1所示，定位请求信令包括定位方法类型指示单元，用于指示MS当前触发的定位方法。定位方法可以包括TDOA、TOA、RSSI以及本发明提出的混合定位方法。在本实施例中，定位方法类型指示单元被设置为指示所述服务基站使用混合定位方法。

在实际中，可以采用预设值表示定位方法类型，例如可以采用比特(bit)值00表示混合定位方法。那么在本实施例中需要在定位方法类型指示单元的值设置为00。

较佳地，定位请求信令中还可以进一步包括MS推荐的邻基站的信息，邻基站的信息具体为推荐邻基站索引的数量(N_Recommended_BS_Index)、基站类型(BS type)、邻基站的索引号(Neighbor_BS_Index)，等等。

定位响应信令：

定位响应信令是基站发送给MS的。当服务基站触发混合定位时，或者接收到MS发来的定位请求信令时，服务基站向MS发送该定位响应信令。该定位响应信令指示MS在混合定位方法下所需测量的定位参数，以及获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging。

当MS收到定位响应信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果，并将获取的定位参数测量结果携带在下文所述的定位报告信令中发送给服务基站；在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging。

表2示出了定位响应信令中所包含的指示单元。

表2

如表2所示，定位响应信令包括如下指示单元：

定位方法类型指示单元，该定位方法类型指示单元与定位请求信令中的同名指示单元相同。

报告参数指示单元，用于指示MS所需测量的定位参数。MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD。

具体来说，当采用TDOA+TOA的混合定位方法时，MS需要报告的定位参数为相对时延或为相对时延+RTD；

当采用TDOA+服务基站RSSI的混合定位方法时，MS需要报告的定位参数为相对时延+服务基站的RSSI。

当基于3个以上基站实现定位时，定位参数进一步包括邻基站选择辅助参数，邻基站选择辅助参数可以为邻基站RSSI或为邻基站CINR。上文已经提到，该邻基站选择辅助参数的作用是：在利用TDOA算法计算距离d时，根据邻基站RSSI或CINR对邻基站进行排序，从而选择两个信号较好的邻基站对应的相对时延，从而解决盲区问题。

在实际中，可以采用4个不同的bit位表示服务基站RSSI、相对时延、RTD和邻基站选择辅助参数，bit位有效表示需要报告该bit位表示的定位参数。例如，1100表示需要报告的定位参数为相对时延+RSSI，且不需要报告邻基站选择辅助参数；0110表示需要报告的定位参数为相对时延+RTD，且不需要报告邻基站选择辅助参数。

扫描信号类型指示单元，用于指示利用哪种类型的序列码扫描所接收信号，以获得相对时延和RSSI(包括服务基站RSSI和邻基站RSSI)。相对时延和RSSI可以分别对应各自的扫描信号类型，测量相对时延和RSSI采用的序列码类型可以相同或不同；相对时延和RSSI也可以共用一个扫描信号类型。

本发明实施例中，序列码可以为前导序列码，还可以为参考序列码，参考序列与前导序列不同之处在于，各基站发送前导序列的时间相同，而发送参考序列的时间和占用的资源(时频资源)可以不同，且由基站确定，这样可以避免听力问题的产生。当扫描信号类型中前导序列对应的bit位为有效时，利用前导序列扫描信号，当扫描信号类型中参考序列对应的bit位有效时，利用参考序列扫描信号。

该扫描信号类型指示单元还用于指示MS是否发送Ranging信号。当扫描信号类型中Ranging对应的bit位为有效时，表示MS需要发送Ranging信号；反之，则不发送Ranging。

交汇时间指示单元、正交序列码指示单元和传输机会偏移指示单元是发送Ranging所需的相关测量参数，这些参数的用法与现有技术相同。

前导序列索引指示单元和参考序列索引指示单元都属于扫描序列码索引指示单元，其中，

前导序列索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI所需的前导序列码的索引。

参考信号索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI均值所需的参考序列码的索引。

目前，基站类型越来越多，不同类型的基站可能使用相同的前导序列索引和参考信号索引，因此在系统中包括多种类型的基站时，单单采用前导序列索引或参考信号索引不足以唯一确定前导序列码。为此，本发明进一步在定位响应信令中添加基站类型，基站类型+前导序列索引或者基站类型+参考类型索引唯一确定前导序列码。目前，基站类型包括宏基站(Macro cell)，微基站(Micro cell)，飞基站(Femto cell)，中继(Relay station)，等等。

较佳地，定位响应信令可以进一步包括报告模式和报告周期。报告模式用于指示在什么情况下发送报告，报告模式包括预先要求方式(per-request report)，周期性报告方式(Periodic report)，事件触发方式(Event-triggered report)。报告周期用于指示周期性发送报告的周期长度。

定位报告信令：

定位报告信令是MS发送给基站的，用于报告定位参数测量结果。

当服务基站在接收到该定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元。服务基站还在接收到Ranging后计算RTD，将计算得到的RTD发送给定位计算单元。

表3示出了定位报告信令中所包含的指示单元。

表3

如表3所示，定位报告信令包括如下指示单元：

报告参数指示单元，用于指示定位报告信令报告哪些定位参数。定位参数包括服务基站RSSI、相对时延、RTD、邻基站选择辅助参数(邻基站RSSI或邻基站CINR)。

服务基站RSSI指示单元，用于记载所报告的服务基站RSSI的值。

相对时延指示单元，用于记载所报告的各相对时延的值。

RTD指示单元，用于记载所报告的RTD的值，RTD＝timing advance×2×C。其中，timing advance是MS与服务基站周期性执行测距流程得到的。

邻基站选择辅助参数指示单元，用于记载所报告的邻基站选择辅助参数的值。该邻基站选择辅助参数可以为邻基站RSSI，或邻基站CINR。

较佳地，定位报告信令可以进一步包括报告模式。

下面举实施例三和实施例四，对采用上述3个定位信令实现本发明混合定位方法的具体实施方式进行描述。

实施例三

本实施例中，采用TDOA和TOA实现混合定位，MS触发定位过程，且定位计算单元设置在定位服务器。

图8为本发明实施例三中混合定位的流程图。如图8所示，该流程包括以下步骤：

步骤801：MS向服务基站发送定位请求信令。

该定位请求信令中的定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法。

步骤802：服务基站接收到定位请求信令后，确定采用TDOA+TOA实现混合定位，且不需要MS发送Ranging，然后向MS发送定位响应信令。

该定位响应信令中：

定位方法类型指示单元，被设置为指示使用混合定位方法；

报告参数指示单元，被设置为指示所需报告的定位参数为相对时延和RTD。如果基于3个以上的基站进行混合定位，还需要报告邻基站选择辅助参数，这里假设为邻基站RSSI。

扫描信号类型指示单元，本实施例中被设置为利用前导序列测量相对时延，且不发送Ranging(Ranging对应的bit位不置位)；由于不用发送Ranging，因此交汇时间指示单元、正交序列码指示单元和传输机会偏移指示单元不会填充数值。

前导序列索引指示单元填充邻基站的前导序列索引。至于填充哪些邻基站的前导序列索引可以根据现有技术确定，例如如果MS发送的定位请求信令中携带推荐的邻基站，则服务基站可以将MS推荐的邻基站的前导序列索引发送给MS，或者不考虑MS的推荐，将所有相关邻基站的前导序列索引发送给MS。

步骤803：MS接到定位响应信令后，根据定位方法类型指示单元和报告参数指示单元，测量相对时延和邻基站的RSSI，并获取RTD。

测量过程具体包括：

针对相对时延，首先根据扫描信号类型指示单元确定扫描信号类型为前导序列，然后，从前导序列索引指示单元中获取邻基站的前导序列索引，还需获取服务基站的前导序列索引，接着根据前导序列索引获得服务基站和邻基站的前导序列码，利用获得的前导序列码扫描所接收信号，计算相对时延。还可以得到邻基站RSSI。

针对RTD，读取MS之前从服务基站获得的timing advance，计算RTD＝timing advance×2×C。

步骤804：MS生成定位报告信令并发送给服务基站。

所述定位报告信令中：

报告参数指示单元，被设置为所报告的定位参数为相对时延、RTD和邻基站RSSI；

基站接收信号强度指示的指示单元为空；

相对时延指示单元，被填充步骤803得到的相对时延；

基站往返时延指示单元，被填充步骤803得到的RTD；

邻基站选择辅助参数指示单元，被填充步骤803得到的邻基站RSSI。

步骤805：服务基站接收到定位报告信令后，将定位报告信令中的相对时延、RTD和邻基站RSSI发送给定位服务器。

步骤806：定位服务器根据相对时延、RTD和邻基站RSSI进行混合定位计算。该混合定位计算具体过程与前述步骤610相同。

至此，本流程结束。

在另一实施例中，如果服务基站需要MS发送Ranging而不是返回RTD时，在步骤802中，服务基站将报告参数指示单元设置为报告相对时延；将扫描信号类型指示单元设置为需要发送Ranging，同时在交汇时间指示单元、正交序列码指示单元和传输机会偏移指示单元中填充相应信息。那么，当MS接到定位响应信令后，测量相对时延，并携带在定位报告信令中发送给服务基站。并且，还根据交汇时间指示单元、正交序列码指示单元和传输机会偏移指示单元携带的信息，在适合的时间发送Ranging。服务基站接到Ranging后，计算RTD＝T_BS-T_MS，然后将计算的RTD单独发送给定位计算单元，或与从定位报告信令中获取的从定位响应信令中获取的定位参数测量结果一起发送给定位计算单元。

当然，也可以令MS返回RTD并且发送Ranging。

发送Ranging的时机不必进行限定，可以在接收到定位响应信令时发送，可以在MS获得定位参数测量结果后发送，也可以与定位报告信令一起发送。

在另一实施例中，如果定位计算单元设置在MS，则在执行步骤803之后，MS中的定位计算单元获取的定位参数测量结果进行混合定位计算。在MS进行混合定位计算的情况下，通常不需要MS发送Ranging，从而缩短定位时间。

实施例四

本实施例中，采用TDOA和RSSI实现混合定位，BS触发定位过程，且定位计算单元设置在定位服务器。

图9为本发明实施例四中混合定位的流程图。如图9所示，该流程包括以下步骤：

步骤901：服务基站触发混合定位时，确定采用TDOA+RSSI实现混合定位，且不需要MS发送Ranging，然后向MS发送定位响应信令。

本实施例中，定位响应信令的设置与实施例三相似，不同之处在，本实施例中，报告参数指示单元被设置为指示所需报告的定位参数为：相对时延+服务基站RSSI。如果基于3个以上的基站进行混合定位，还需要报告邻基站选择辅助参数，本实施例假设基于3个基站进行定位，不需要报告邻基站选择辅助参数。

步骤902：MS接到定位响应信令后，根据定位方法类型指示单元和报告参数指示单元，确定测量服务基站RSSI+相对时延。

其中，相对时延的测量与实施例三相同。在测量相对时延的同时，MS进一步利用服务基站的前导序列码扫描所接收信号，以测量服务基站到MS的信号强度，作为服务基站RSSI。

步骤903：MS生成定位报告信令并发送给服务基站。

所述定位报告信令中：

报告参数指示单元，被设置为所报告的定位参数为服务基站RSSI+相对时延；

基站接收信号强度指示的指示单元，被填充为步骤902得到的服务基站RSSI；

相对时延指示单元，被填充步骤902得到的相对时延；

基站往返时延指示单元为空。

邻基站选择辅助参数指示单元为空。

步骤904：服务基站接收到定位报告信令后，将定位报告信令中的服务基站RSSI和相对时延发送给定位服务器。

步骤905：定位服务器根据服务基站RSSI和相对时延进行混合定位计算。该混合定位计算具体过程与前述步骤709相同。

至此，本流程结束。

在另一实施例中，如果服务基站需要MS发送Ranging，则MS进一步发送Ranging。发送Ranging的时机不必进行限定，可以在接收到定位响应信令时发送，可以在MS获得定位参数测量结果后发送，也可以与定位报告信令一起发送。

以上均是在MS连接状态下触发混合定位的实施例。在实际中，可能出现MS处于空闲状态(idle mode)且需要触发混合定位的情况。为此，本发明在寻呼广播(Paging)信令中加入与混合定位相关的指示单元，增加后的Paging信令如表4所示。

表4

如表4所示，本发明在现有的Paging信令中增加定位方法类型指示单元，并增加了一种动作代码，即定位服务。

图10为本发明实施例中MS空闲状态下的定位流程。如图10所示，该方法包括以下步骤：

步骤1001：服务基站广播Paging信令，该Paging信令中的动作代码为定位服务，定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法。

步骤1002：MS收到Paging信令后，重接入网络。具体来说，MS向服务基站发送上行测距请求信令(RNG-REQ)，并通过与服务基站的信令交互完成重接入(re-entry)；MS重接入后，MS接收邻基站广播(NBR-ADV)信令，得知邻基站的前导序列的索引。

步骤1003：MS确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。

本步骤中，MS可以根据预先设置确定获取哪些定位参数以及是否发送Ranging。例如，可以设置为测量相对时延、服务基站RSSI和RTD，或者相对时延和服务基站RSSI，或者相对时延和RTD。

在另一实施例中，MS还可以在接到服务基站发来的定位响应信令后，根据定位响应信令的指示，确定获取哪些定位参数以及是否发送Ranging。需要说明的是，由于Paging信令中已经指示了当前使用混合定位方法，因此服务基站发送的定位响应信令可以不包括定位方法类型这一指示单元，从而进一步减少交互信令长度。

步骤1004：MS获取定位参数测量结果，在确定需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging。

步骤1005：MS将定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站。。

步骤1006：服务基站收到定位报告信令后，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位服务器。在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独发送给定位计算单元，或与从定位报告信令中获取的定位参数测量结果一起发送给定位计算单元。

步骤1007：定位服务器根据测量结果进行混合定位计算。

至此，本流程结束。

图10所示的流程是定位计算单元设置在定位服务器中的情况，在实际中，如果定位计算单元设置在MS中，则MS在获取定位参数测量结果后，由MS中的定位计算单元MS根据这些定位参数测量结果进行混合定位计算。

为了实现上述混合定位方法，本发明还提供了一种移动台定位系统。图11示出了本发明实施例中移动台定位系统的示意图。如图11所示，该系统包括MS、多个基站和定位服务单元。

MS和服务基站二者进行信令交互，获取TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果，将获取的定位参数测量结果发送给定位计算单元。

定位计算单元用于进行混合计算，该定位计算单元可以设置在定位服务器中，还可以设置在服务基站或MS中。

定位计算单元用于根据所接收的定位参数测量结果进行混合定位计算。方法实施例中已经详述了混合定位过程，这里略。

定位计算单元具体包括估计模块和计算模块；

估计模块，用于接收来自外部的即服务基站的定位参数测量结果，该定位参数测量结果包括TDOA算法所需的测量结果和TOA/RSSI算法所需的测量结果，采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS与其服务基站之间的距离d；采用TOA/RSSI算法的定位参数测量结果估计MS与其服务基站之间的距离d’；将估计的距离d和距离d’发送给计算模块；

计算模块，用于判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的MS与服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。其中，所述预设范围的选取与方法实施例中的选取方式相同，这里略。

下面具体介绍服务基站和MS的结构。

仍如图11所示，服务基站包括定位响应单元和定位报告信令处理单元。其中，

定位响应单元，用于向MS发送定位响应信令，该定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging。

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD。

当服务基站触发定位时，响应单元主动执行其自身操作；

当MS触发定位时，响应单元在接收到来自MS的定位请求信令时，执行其自身操作，作为对MS的定位请求信令的响应。

定位报告信令处理单元，用于在接收到来自MS的定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging后计算RTD，将计算得到的RTD单独发送给定位计算单元，或与从定位报告信令中的获取的定位参数测量结果一起发送给定位计算单元。

MS包括定位响应信令处理单元和定位请求单元。其中，

定位响应信令处理单元，用于在接收到来自服务基站的定位报告信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果，然后，将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站，由服务基站转发给定位计算单元进行混合定位计算，或者将定位参数测量结果发送给设置于所在MS中的定位计算单元，由该定位计算单元进行混合定位计算。

该定位响应信令处理单元，还在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging。

定位请求单元，用于在MS触发定位时，向服务基站发送定位请求信令，该定位请求信令包括定位方法类型指示单元；该定位方法类型指示单元被设置为指示服务基站使用混合定位方法。

较佳地，服务基站进一步包括寻呼单元，用于广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；其中，该定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法。

在这种情况下，当由寻呼广播信令触发所在MS重接入网络后，MS中的定位响应信令处理单元可以根据预先设置，根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。然后根据确定结果进行相应定位参数的测量和Ranging的发送。且，定位参数测量结果可以发送给所在MS中的定位计算单元，或者将定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站。

图13示出了基于3基站进行TDOA定位和合定位的误差仿真图。从图13中可以看出，仅仅采用TDOA算法进行定位时，误差在300米时的CDF仅仅为90％，而采用本发明混合定位方案时，误差在300米时的CDF达到了95％以上，满足E911的要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (29)

1.一种移动台定位方法，其特征在于，该方法包括：

A、采用到达时间差TDOA算法估计移动台MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS与其服务基站之间的距离d；采用到达时间TOA算法或接收信号强度指示RSSI算法估计MS与其服务基站之间的距离d’；

B、判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.03×D_StoS≤η≤0.5×D_StoS；其中，D_StoS表示基站之间的距离。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述η＝0.15×D_StoS。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.05×R_cell≤η≤R_cell；其中，R_cell表示小区半径。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述η＝0.26×R_cell。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当MS处于连接状态时，

所述步骤A包括：

A1、服务基站向MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送上行探测信号Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的往返时延RTD；

A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；并将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站；

A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A4、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元；

A5、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当MS处于连接状态时；

所述步骤A包括：

A1、服务基站向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；

A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A4、MS中的定位计算单元根据MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，当服务基站触发定位时，所述服务基站主动执行所述步骤A1；

在MS触发定位时，所述服务基站在接收到MS发来的定位请求信令时，执行所述步骤A1，作为对定位请求信令的响应；所述定位请求信令包括定位方法类型指示单元；该定位方法类型指示单元被设置为指示所述服务基站使用混合定位方法。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MS处于空闲状态时，

所述步骤A包括：

A1：服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；

A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging；

所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A4、MS获取定位参数测量结果，并携带在定位报告信令中发送给服务基站；

A5、MS在确定需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A6、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元；

A7、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MS处于空闲状态时，

所述步骤A包括：

A1：服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；

A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging；

所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD；

A4、MS获取定位参数测量结果；

A5、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging；

A6、MS中的定位计算单元MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

11.如权利要求6-7和9-10任意一项所述的方法，其特征在于，所述MS所需测量的定位参数进一步包括邻基站RSSI或载干噪比CINR。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述定位响应信令包括报告参数指示单元、扫描信号类型指示单元、交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元和扫描序列码索引指示单元；

当在MS连接状态下触发定位操作时，该定位响应信令还包括定位方法类型指示单元；

所述定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法；

所述报告参数指示单元，用于指示MS需要通过定位报告信令反馈的定位参数；

所述扫描信号类型指示单元，用于指示MS利用何种类型的序列码扫描所接收信号以获得相对时延和RSSI，以及指示MS是否发送Ranging；

所述交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元为发送Ranging的相关参数；

所述扫描序列码索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI所需的序列码的索引。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述序列索引指示单元进一步包括前导序列索引指示单元和参考序列索引指示单元；所述参考序列的发送时间和占用的资源由基站确定。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述定位响应信令进一步包括基站类型指示单元，用于指示各邻基站的类型。

15.如权利要求6至10任意一项所述的方法，其特征在于，所述定位报告信令包括报告参数指示单元、服务基站RSSI指示单元、相对时延指示单元、RTD指示单元和邻基站选择辅助参数指示单元；

所述报告参数指示单元，用于指示定位报告信令所报告的定位参数；

所述服务基站RSSI指示单元，用于记载所报告的服务基站RSSI的值；

所述相对时延指示单元，用于记载所报告的各相对时延的值；

所述RTD指示单元，用于记载所报告的RTD的值；

所述邻基站选择辅助参数指示单元，用于记载所报告的邻基站选择辅助参数的值。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用TOA算法估计距离d’时，所述步骤A包括：

通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；

通过执行测距流程，获取所述MS和所述服务基站之间的往返时延RTD，并发送给所述定位计算单元；

所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根据所述RTD计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用RSSI算法估计距离d’时，所述步骤A包括：

通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；

通过执行信道测量报告流程，获取所述服务基站到所述MS的RSSI，并发送给定位计算单元；

所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根据所述RSSI计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。

18.一种移动台定位系统，其特征在于，该系统包括MS、多个基站和定位服务单元；

所述MS和所述服务基站二者之间进行信令交互，获取TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果，将获取的定位参数测量结果发送给定位计算单元；

所述定位计算单元，用于接收所述定位参数测量结果，采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d；采用TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计MS与其服务基站之间的距离d’；判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述服务基站包括响应单元，用于向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging；

所述MS所需测量的定位参数包括：TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，当服务基站触发定位时，所述响应单元主动执行其自身操作；

当MS触发定位时，所述响应单元在接收到来自MS的定位请求信令时，执行其自身操作，作为对MS的定位请求信令的响应。

21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述服务基站进一步包括定位报告信令处理单元，用于在接收到来自MS的定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位计算单元。

22.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述MS包括定位响应信令处理单元，用于在接收到来自服务基站的定位报告信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；然后，将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站，或者将获取的定位参数测量结果发送给设置于所在MS中的定位计算单元；

定位响应信令处理单元还在所述定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging。

23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述服务基站进一步包括寻呼单元，用于广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；

所述MS中的定位响应信令处理单元进一步用于，当所述寻呼广播信令触发所在MS重接入网络后，根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。

24.一种定位计算单元，其特征在于，该定位计算单元包括估计模块和计算模块；

所述估计模块，用于接收来自外部的TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果；采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d；采用TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计所述MS与其服务基站之间的距离d’；将估计的距离d和距离d’发送给计算模块；

所述计算模块，用于判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与所述服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。

25.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.03×D_StoS≤η≤0.5×D_StoS；其中，D_StoS表示基站之间的距离。

26.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0.15×D_StoS，0.15×D_StoS]。

27.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设范围为[-η，η]，η为一预设阈值；η的取值范围为0.05×R_cell≤η≤R_cell；其中，R_cell表示小区半径。

28.如权利要24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0.26×R_cell，0.26×R_cell]。

29.如权利要24所述的定位计算单元，其特征在于，该定位计算单元设置在MS中，或设置在基站中，或设置在网络侧的定位服务器中。

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