CN102143576B - 终端定位系统和终端定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种终端定位系统和终端定位方法，终端定位系统包括：第一基站；第二基站；位于第一基站和第二基站的重叠覆盖区域的终端；第一距离获取模块，根据终端的第一时偏信息，获取第一基站与终端之间的第一距离；第二距离获取模块，根据终端的第二时偏信息，获取第二基站与终端之间的第二距离；角度获取模块，根据第一距离、第二距离、第一基站与第二基站之间的第三距离，获取终端相对于第一基站的第一信号到达角度以及相对于第二基站的第二信号到达角度；第一定位模块，根据第一信号到达角度和第二信号到达角度，得到终端的初步位置；第二定位模块，确定终端的准确位置。本发明利用终端测距过程中的现有资源确定终端位置，节约了网络资源。

Description

终端定位系统和终端定位方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种终端定位系统和终端定位方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展和业务需求的增长，基于终端位置的定位服务已经越来越受到运营商的青睐，不仅如此，基于位置的服务(LBS，Location BasedServices)还涉及交通、物流、治安、紧急情况和日常生活等诸多领域，可以提供导航、物流管理、交通信息、日程安排等众多业务，应用非常广泛。

传统的对终端定位的方法可以基于终端的到达时间(TOA，Time OfArrival)、到达时间差(TDOA，Time Difference OfArrival)、观测时间差(OTD，Observed Time Difference)、到达角度(AOA，Angle Of Arrival)等定位参数实现对终端的定位。

对于上述终端定位方法，各种参数的获取是定位方法的关键所在，在终端定位过程中，基站与终端之间往往需要额外的信道多次传输相关定位参数以及定位结果等数据，大量占用了网络资源。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种终端定位系统和终端定位方法，能够利用终端测距过程中的现有资源确定终端的位置，从而节约了网络资源。

为解决上述问题，本发明提供一种终端定位系统，包括：第一基站、第二基站以及位于所述第一基站和所述第二基站的重叠覆盖区域的待定位终端；还包括：

第一距离获取模块，用于根据所述终端的第一时偏信息，获取所述第一基站与所述终端之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第一基站的时偏信息；

第二距离获取模块，用于根据所述终端的第二时偏信息，获取所述第二基站与所述终端之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第二基站的时偏信息；

角度获取模块，用于根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站与所述第二基站之间的第三距离，获取所述终端相对于所述第一基站的第一信号到达角度以及所述终端相对于所述第二基站的第二信号到达角度；

第一定位模块，用于根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端的初步位置；

第二定位模块，用于对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

所述第二定位模块包括：

波束定向模块，用于控制所述第一基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第二信号到达角度的定向波束；

比较模块，用于比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

确定模块，用于根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

所述第一距离的计算公式为：

D₁＝[(τ₁/Bandwidth)*Velocity]/2

所述第二距离的计算公式为：

D₂＝[(τ₂/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₁为所述第一距离，D₂为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

所述第一信号到达角度的计算公式为：

${\cos \mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2{\×D}_1{\×D}_0}$

所述第二信号到达角度的计算公式为：

${\cos \mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2{\×D}_2{\×D}_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。

本发明还提供一种终端定位方法，应用于一终端定位系统中，所述终端定位系统包括：第一基站、第二基站以及位于所述第一基站和所述第二基站的重叠覆盖区域的待定位终端；所述终端定位方法包括以下步骤：

所述终端定位系统根据所述终端的第一时偏信息，获取所述第一基站与所述终端之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第一基站的时偏信息；

所述终端定位系统根据所述终端的第二时偏信息，获取所述第二基站与所述终端之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第二基站的时偏信息；

所述终端定位系统根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站与所述第二基站之间的第三距离，获取所述终端相对于所述第一基站的第一信号到达角度以及所述终端相对于所述第二基站的第二信号到达角度；

所述终端定位系统根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端的初步位置；

所述终端定位系统对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

所述终端定位系统对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置，具体为：

所述终端定位系统控制所述第一基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第二信号到达角度的定向波束；

所述终端定位系统比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

所述终端定位系统根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

所述第一距离的计算公式为：

D₁＝[(τ₁/Bandwidth)*Velocity]/2

所述第二距离的计算公式为：

D₂＝[(τ₂/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₁为所述第一距离，D₂为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

所述第一信号到达角度的计算公式为：

${\cos \mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2{\×D}_1{\×D}_0}$

所述第二信号到达角度的计算公式为：

${\cos \mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2{\×D}_2{\×D}_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。

本发明具有以下有益效果：

获取在终端初始测距过程中得到的终端的时偏信息，并根据所述时偏信息获取终端与基站之间的距离，根据所述终端与基站之间的距离，获取基站与终端之间的角度关系，对终端进行初步定位，并通过波束形成技术中的多天线校准机制，对终端进行精确定位。由于采用的定位参数(时偏信息)为终端初始测距过程中的现有资源，因此不需要额外的信道传输相关定位数据，从而节约了网络资源。

附图说明

图1为本发明实施例的终端定位系统的一具体应用场景示意图；

图2为本发明实施例的终端定位系统的一结构示意图；

图3为本发明实施例的天线阵列的排列位置示意图；

图4为本发明实施例的在φ₀＝0°时的阵列因子分布示意图；

图5为本发明实施例的在φ₀＝70°时的阵列因子分布示意图；

图6为本发明实施例的终端定位系统的另一结构示意图；

图7为本发明实施例的终端定位方法的一流程示意图。

具体实施方式

终端在接入网络时，会执行初始测距(Ranging)，向基站发送测距码，基站对终端发送的测距码进行检测，得到一检测结果，所述检测结果中包括终端的时偏信息，所述时偏信息能够提供终端的位置信息。本发明实施例中，即是利用所述时偏信息对终端进行定位。由于采用的定位参数(时偏信息)为终端初始测距过程中的现有资源，因此不需要额外的信道传输相关定位数据，从而节约了网络资源。

在描述本发明实施例之前，首先对终端初始测距的过程进行简单说明，终端初始测距的过程包括以下步骤：

步骤一，终端在接入网络时，获取基站发送的DL-Map(Downlink Mapping，下行信道映射)信息和DCD(Downlink Channel Descriptor，下行信道描述)消息，与基站取得下行同步；

步骤二，终端通过基站周期发送的UCD(Uplink Channel Descriptor，上行信道描述)消息，得到可用上行信道的参数，并在等待到UL-Map(UplinkMapping，上行信道映射)给出关于该上行信道的传输机会时，向基站发送初始测距码；

步骤二，基站接收到初始测距码后，对所述初始测距码进行检测，检测成功后，向终端广播RNG-RSP(Ranging Response，测距应答)消息，所述RNG-RSP消息中包含终端的频偏信息、时偏信息和功率偏移信息等；

步骤三，终端接收到所述RNG-RSP消息后，将所述RNG-RSP消息中携带的帧号、频偏信息、时偏信息和功率偏移信息和自身对应的信息进行匹配，匹配成功之后，会向基站发送RNG_REQ(Ranging Request，测距请求)消息，请求分配带宽资源，进行通信；

步骤四，基站接收到所述RNG-REQ消息后，为终端分配专用控制信道，并将信道分配信息通过RNG-RSP信息单播告知终端，从而终端成功接入网络。

本发明实施例即是基于上述步骤二中的时偏信息对终端进行定位。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示为本发明实施例的终端定位系统的一具体应用场景示意图，所述终端定位系统包括：第一基站100、第二基站200以及位于所述第一基站100和所述第二基站200的重叠覆盖区域的待定位终端300。

所述终端300在接入网络时，会执行初始测距，分别向所述第一基站100和所述第二基站200发送初始测距码，所述第一基站100和所述第二基站200可以是所述终端300的所有服务基站中信号最强的两个基站。

所述终端定位系统还包括：

第一距离获取模块401，用于根据所述终端300的第一时偏信息，获取所述第一基站100与所述终端300之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端300的测距过程中得到的所述终端300相对于所述第一基站100的时偏信息；

所述第一基站100与所述终端300之间的第一距离可以采用以下公式计算得到：

D₁＝[(τ₁/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₁为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，例如，可以为11.2Mhz(兆赫兹)，Velocity为信号的传输速度，通常为3×10⁸m/s(米每秒)。

第二距离获取模块402，用于根据所述终端300的第二时偏信息，获取所述第二基站200与所述终端300之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端300的测距过程中得到的所述终端300相对于所述第二基站200的时偏信息；

所述第二基站200与所述终端300之间的第二距离可以采用以下公式计算得到：

D₂＝[(τ₂/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₂为所述第二距离，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

角度获取模块403，用于根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站100与所述第二基站200之间的第三距离，获取所述终端300相对于所述第一基站100的第一信号到达角度以及所述终端300相对于所述第二基站200的第二信号到达角度；

如图1所示，可以将所述第一基站100、所述第二基站200和所述终端300分别做为一个三角形的三个顶点，所述第一基站100与所述终端300之间的第一距离、所述第二基站200与所述终端300之间的第二距离、所述第一基站100和所述第二基站200之间的第三距离分别为所述三角形的三个边长D₁、D₂、D₀，其中，边长D₁和边长D₀之间的夹角φ₁为所述第一信号到达角度，边长D₂和边长D₀之间的夹角φ₂为所述第二信号到达角度。在三角形的三个变长已知的情况下，则可以根据余弦定理计算出所述三角形的每一个角的度数。

所述第一信号到达角度可以采用以下公式计算得到：

${\cos \mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2{\×D}_1{\×D}_0}$

所述第二信号到达角度可以采用以下公式计算得到：

${\cos \mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2{\×D}_2{\×D}_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。

第一定位模块404，用于根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端300的初步位置；

由于所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度均是相对角度值，无法确定其角度方向，因此，如图1所示，根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，可以得到的所述终端300的两个初步位置S0和S1，其中S0为所述终端300的准确位置，S1为所述终端300的定位干扰信息。

第二定位模块405，用于对所述终端300的初步位置进行校准，确定所述终端300的准确位置。即，排除如图1所示的所述终端300的定位干扰信息，确定所述终端300的准确位置。

下面对所述第二定位模块405确定所述终端300的准确位置的方法进行详细说明。

本发明实施例中可以采用BF(Beamforming，波束形成)技术实现终端的准确位置，下面首先对波束形成技术的实现原理进行简单说明。

基站是通过天线阵列收发信号的，如图3所示为本发明实施例的天线阵列的排列位置示意图，所述天线阵列中包括四根天线，依次为天线0、天线1、天线2和天线3。从图3中可以看出，由终端到四根天线的通道距离存在一定的差异，因此，四根天线接收到的终端发送的同一信号的时间也将不同，即四根天线接收到的同一信号存在相位差。

假设终端与天线0之间的通道距离为L0，终端与天线1之间的通道距离为L1，终端发射的信号为λ，则天线1接收到的信号与天线0接收到的信号的相位差ω01为：ω01＝((L1-L0)/λ)*2π。同样的，天线2接收到的信号与天线0接收到的信号的相位差ω02为：ω02＝((L2-L0)/λ)*2π，天线3接收到的信号与天线0接收到的信号的相位差ω03为：ω03＝((L3-L0)/λ)*2π，其中，L2为终端与天线2之间的通道距离，L3为终端与天线3之间的通道距离。

根据无线通信信道的互逆性，如果天线0、天线1、天线2和天线3同时发射初始相位为φ的信号，则终端接收到的天线1的信号与接收到的天线0的信号的相位差为ω01，终端接收到的天线2的信号与接收到的天线0的信号的相位差为ω02，终端接收到的天线3的信号与接收到的天线0的信号的相位差为ω03。

根据波束的叠加原理，如果同时到达终端的各信号的相位不同，信号叠加后就可能出现衰减，甚至波峰波谷相加的情况，从而信号的功率降低，相应的终端的接收效率也会变差。

为了使终端处接收的信号功率变强，可以在发射信号时尽量使信号到达终端时同相。具体的，可以在四根天线发射信号时，预先给每个天线发射的信号加一个补偿相位，使得终端接收到的信号同相。例如，可以将四根天线发射信号的相位分别赋形为φ、φ-ω01、φ-ω02和φ-ω03。上述调节不同天线的发射相位，使得到达终端的信号能够同相叠加的方法也称为相位加权。

假设基站的天线阵列中的四根天线按照直线等距离排列，每相邻2根天线之间的间距是Δx，所述天线阵列接收到来自空间方向(θ，φ)的终端发射的信号，其中，阵元m(天线阵列中的第m个天线)接收到的信号与原点参考阵元接收到的信号的相位差为(本发明实施例中以阵列中心为原点参考阵元，原点参考阵元处的相位为0)：

Δψ_m＝β(x_mcosφsinθ+y_msinθsinφ+z_mcosθ)   (1)

其中，φ为终端在水平方向上与天线阵列中的阵元所在的直线的夹角，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角，本发明实施例中假设终端与天线阵列位于同一水平面上，即认为θ为0，β为所述天线阵列的功率幅度，x_m，y_m，z_m分别为终端在空间坐标系上的投影的坐标值。

根据公式(1)及x_m＝mΔx可知，阵元m接收的信号u_m(t)为：

u_m(t)＝As(t)e^{-jβmΔxcosφsinθ}    (2)

其中，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，A为天线的增益常数，本发明实施例中假设所述天线阵列中的天线均为全向天线，且在每个方向上具有相同的增益，s(t)为平面调制波，x_m为终端在空间坐标系上的投影的X轴坐标值，也是阵元m与原点参考阵元的距离。

根据公式(2)，则可以得到天线阵列的输出信号z(t)为(即四根天线的叠加信号)：

$z\left(t\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{u}_m\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}=\mathrm{As}\left(t\right)f(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})---\left(3\right)$

其中，M为天线阵列中天线的个数，w_m为阵元m的相位加权因子，f(θ，φ)为阵列因子，从公式(3)可以看出，阵列因子f(θ，φ)是终端的空间方向(θ，φ)的函数，决定了天线阵列的输出信号z(t)与原点参考阵元处测得的信号As(t)的比值，因此，可以通过调整相位加权因子，将阵列因子的最大主瓣对准任意方向(θ，φ)。

令第m个阵元的相位加权因子为则天线阵列的阵列因子的计算公式变为：

$f(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-\mathrm{j\βm\Δx}(\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}-\cos {\mathrm{\φ}}_0)}=\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\βM\Δx}}{2}(\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}-\cos {\mathrm{\φ}}_0)\right)}{\sin \left(\frac{\mathrm{\β\Δx}}{2}(\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}-\cos {\mathrm{\φ}}_0)\right)}{e}^{-j\frac{\mathrm{\β\Δx}}{2}(\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}-\cos {\mathrm{\φ}}_0)}---\left(4\right)$

在OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址接入)系统中，对于每个天线的每个载波乘以相同的相位加权因子w_m，不同的天线的相位加权因子不同，若干路天线波束叠加的效果就可以在空中形成定向波束。

从公式(4)中可以看出，只要调整φ₀的值，就可以把天线阵列的发射的波束指向任何希望的方向。

如图4所示为本发明实施例的在φ₀＝0°时的阵列因子分布示意图，总场波束图是由单个天线的电场乘以阵列因子得到的，即

E(total)＝[E(single element at reference point(单个天线的电场))]×[arrayfactor(阵列因子)]

在乘以单个天线的方向图后，方向图主瓣偏离了所期望的角度φ₀(除了0和180度)，并且也使幅度发生了改变。由此可以看出，阵列因子对所形成的波束有很大的影响。φ₀在60°～120°的范围内可以得到完整的波束，而在其他的情况，靠近60°～120°的角度可以得到3dB带宽，远离这个范围的角度甚至连3dB带宽都得不到，失去了波束形成的意义。在40＜φ₀＜140的范围内可以得到有效波束，而在其他的区域由于波束太宽得不到3dB带宽，并且还有一个非常大的旁瓣。如图5所示为本发明实施例的在φ₀＝70°时的阵列因子分布示意图，从图5中可以看出，增加旁瓣抑制比后，会增加波束的定向效果。

上述图4和图5中标注的0.2至1为归1化的幅度值(在实际中与远端射频单元的发射功率成正比)。

本发明实施例中，则可以采用波束形成技术，控制所述第一基站100向所述终端300发射指向φ₁方向的定向波束，或者也可以控制所述第二基站200向所述终端300发射指向φ₂方向的定向波束。

所述终端定位系统比较发射定向波束(即波束赋形)前后终端上报的信号质量参数，例如下行数据的CINR(Carrier to Interference+Noise Ratio，载波与干扰+噪声比)值等信号质量参数，如果发射定向波束后下行数据的CINR值有明显的增大，可以认为此时，终端就在θ₁方向线和θ₂方向线的相交点上，否则，就认为终端就在-θ₁方向线和-θ₂方向线的相交点上。

由于采用TDD(Time Division Duplex，时分双工)技术，所以波束赋形后下行数据的CINR值会在本帧的上行子帧上报，所以具有良好的实时性。为了提高比较结果的可靠性，可以采用多帧平均的方式，把波束赋形前若干帧和波束赋形后的若干帧求CINR值的均值，然后比较均值的大小。

基于以上描述，所述第二定位模块405具有如图6所示的结构，所述第二定位模块405包括：

波束定向模块4051，用于控制所述第一基站100的天线阵列向所述终端300发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站200的天线阵列向所述终端300发身指向所述第二信号到达角度的定向波束；

所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

比较模块4052，用于比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

确定模块4053，用于根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

上述实施例中，所述第一距离获取模块401、第二距离获取模块402、角度获取模块403、第一定位模块404以及第二定位模块405均可以位于一专用的定位服务器中，所述定位服务器在需要定位所述终端300时，可以从所述第一基站100上获取所述终端300初始测距时得到的第一时偏信息，根据所述第一时偏信息计算所述终端300与所述第一基站100之间的第一距离，并从所述第二基站200上获取所述终端300初始测距时得到的第二时偏信息，根据所述第二时偏信息计算所述终端300与所述第二基站200之间的第二距离，根据所述第一距离、第二距离以及所述第一基站100与所述第二基站200之间的第三距离，获取所述终端300与所述第一基站100和所述第二基站200的角度关系，从而对所述终端300进行初步定位，并根据波束形成技术，控制所述第一基站100或所述第二基站200向所述终端300发射定向波束，对所述终端300进行精确定位。

另外，上述定位过程也可以由所述第一基站100或所述第二基站200来执行，以所述第一基站100执行所述定位过程为例进行说明，即所述第一距离获取模块401、第二距离获取模块402、角度获取模块403、第一定位模块404以及第二定位模块405位于所述第一基站100中，所述第一基站100在需要定位所述终端300时，获取所述终端300初始测距时得到的第一时偏信息，根据所述第一时偏信息计算与所述终端300之间的第一距离；并从所述第二基站200上获取所述终端300初始测距时得到的第二时偏信息，根据所述第二时偏信息计算所述终端300与所述第二基站200之间的第二距离，或者，也可以由所述第二基站200计算所述终端300与所述第二基站200之间的第二距离，然后发送给所述第一基站100；所述第一基站100根据所述第一距离、第二距离以及所述第一基站100与所述第二基站200之间的第三距离，获取所述终端300与所述第一基站100和所述第二基站200的角度关系，从而对所述终端300进行初步定位，并根据波束形成技术，向所述终端300发射定向波束，对所述终端300进行精确定位。

或者，上述定位过程也可以由一专用的定位服务器与基站(所述第一基站100或所述第二基站200)结合来执行，即所述第一距离获取模块401、第二距离获取模块402、角度获取模块403、第一定位模块404以及第二定位模块405一部分位于所述定位服务器中，一部分位于基站中。

通过上述实施例提供的终端定位系统，获取在终端初始测距过程中得到的终端的时偏信息，并根据所述时偏信息获取终端与基站之间的距离，根据所述终端与基站之间的距离，获取基站与终端之间的角度关系，对终端进行初步定位，并通过波束形成技术中的多天线校准机制，对终端进行精确定位。由于采用的定位参数(时偏信息)为终端初始测距过程中的现有资源，因此不需要额外的信道传输相关定位数据，从而节约了网络资源。

如图7所示为本发明实施例的终端定位方法的一流程示意图，所述终端定位方法应用于上述实施例所描述的终端定位系统中，所述终端定位系统包括：第一基站、第二基站以及位于所述第一基站和所述第二基站的重叠覆盖区域的待定位终端；所述终端定位方法包括以下步骤：

步骤701，所述终端定位系统根据所述终端的第一时偏信息，获取所述第一基站与所述终端之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第一基站的时偏信息；

所述第一基站与所述终端之间的第一距离可以采用以下公式计算得到：

D₁＝[(τ₁/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₁为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，例如，可以为11.2Mhz(兆赫兹)，Velocity为信号的传输速度，通常为3×10⁸m/s(米每秒)。

步骤702，所述终端定位系统根据所述终端的第二时偏信息，获取所述第二基站与所述终端之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第二基站的时偏信息；

所述第二基站与所述终端之间的第二距离可以采用以下公式计算得到：

D₂＝[(τ₂/Bandwidth)*Velocity]/2

其中，D₂为所述第二距离，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

步骤703，所述终端定位系统根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站与所述第二基站之间的第三距离，获取所述终端相对于所述第一基站的第一信号到达角度以及所述终端相对于所述第二基站的第二信号到达角度；

所述第一信号到达角度可以采用以下公式计算得到：

${\cos \mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2{\×D}_1{\×D}_0}$

所述第二信号到达角度可以采用以下公式计算得到：

${\cos \mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2{\×D}_2{\×D}_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。

步骤704，所述终端定位系统根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端的初步位置；

由于所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度均是相对角度值，无法确定其角度方向，因此，根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，可以得到的所述终端的两个初步位置，其中一个为所述终端的准确位置，一个为所述终端的定位干扰信息。

步骤705，所述终端定位系统对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。即，排除所述终端的定位干扰信息，确定所述终端的准确位置。

本发明实施例中可以采用波束形成技术实现终端的准确位置，此时，所述步骤705还具体包括以下步骤：

步骤一，所述终端定位系统控制所述第一基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第二信号到达角度的定向波束；

所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

步骤二，所述终端定位系统比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

步骤三，所述终端定位系统根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

通过上述实施例提供的终端定位方法，获取在终端初始测距过程中得到的终端的时偏信息，并根据所述时偏信息获取终端与基站之间的距离，根据所述终端与基站之间的距离，获取基站与终端之间的角度关系，对终端进行初步定位，并通过波束形成技术中的多天线校准机制，对终端进行精确定位。由于采用的定位参数(时偏信息)为终端初始测距过程中的现有资源，因此不需要额外的信道传输相关定位数据，从而节约了网络资源。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种终端定位系统，包括：第一基站、第二基站以及位于所述第一基站和所述第二基站的重叠覆盖区域的待定位终端；其特征在于，还包括：

第一距离获取模块，用于根据所述终端的第一时偏信息，获取所述第一基站与所述终端之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第一基站的时偏信息；

第二距离获取模块，用于根据所述终端的第二时偏信息，获取所述第二基站与所述终端之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第二基站的时偏信息；

角度获取模块，用于根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站与所述第二基站之间的第三距离，获取所述终端相对于所述第一基站的第一信号到达角度以及所述终端相对于所述第二基站的第二信号到达角度；

第一定位模块，用于根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端的初步位置；

第二定位模块，用于对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

2.根据权利要求1所述的终端定位系统，其特征在于，所述第二定位模块包括：

波束定向模块，用于控制所述第一基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第二信号到达角度的定向波束；

比较模块，用于比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

确定模块，用于根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

3.根据权利要求2所述的终端定位系统，其特征在于，所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

4.根据权利要求1所述的终端定位系统，其特征在于：

所述第一距离的计算公式为：

D₁=[(τ₁／Bandwidth)*Velocity]／2

所述第二距离的计算公式为：

D₂=[(τ₂／Bandwidth)*Velocity]／2

其中，D₁为所述第一距离，D₂为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

5.根据权利要求1所述的终端定位系统，其特征在于：

所述第一信号到达角度的计算公式为：

$\cos {\mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2\×D_1\×D_0}$

所述第二信号到达角度的计算公式为：

$\cos {\mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2\×D_2\×D_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。

6.一种终端定位方法，应用于一终端定位系统中，所述终端定位系统包括：第一基站、第二基站以及位于所述第一基站和所述第二基站的重叠覆盖区域的待定位终端；特征在于，包括以下步骤：

所述终端定位系统根据所述终端的第一时偏信息，获取所述第一基站与所述终端之间的第一距离，所述第一时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第一基站的时偏信息；

所述终端定位系统根据所述终端的第二时偏信息，获取所述第二基站与所述终端之间的第二距离，所述第二时偏信息为：在所述终端的测距过程中得到的所述终端相对于所述第二基站的时偏信息；

所述终端定位系统根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第一基站与所述第二基站之间的第三距离，获取所述终端相对于所述第一基站的第一信号到达角度以及所述终端相对于所述第二基站的第二信号到达角度；

所述终端定位系统根据所述第一信号到达角度和所述第二信号到达角度，得到所述终端的初步位置；

所述终端定位系统对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

7.根据权利要求6所述的终端定位方法，其特征在于，所述终端定位系统对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置，具体为：

所述终端定位系统控制所述第一基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第一信号到达角度的定向波束，或者控制所述第二基站的天线阵列向所述终端发射指向所述第二信号到达角度的定向波束；

所述终端定位系统比较发射所述定向波束前后所述终端上报的信号质量参数，得到一比较结果；

所述终端定位系统根据所述比较结果，对所述终端的初步位置进行校准，确定所述终端的准确位置。

8.根据权利要求7所述的终端定位方法，其特征在于，所述定向波束为：

$z\left(t\right)=\mathrm{As}\left(t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{e}^{-\mathrm{j\βm\Δ}x\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}}$

其中，z(t)为所述定向波束，As(t)为原点参考阵元处测得的信号，M为天线阵列中天线的个数，w_m为天线阵列中第m个阵元的相位加权因子，β为天线阵列功率的幅度，mΔx为第m个阵元与原点参考阵元之间的距离，φ为所述第一信号到达角度或所述第二信号到达角度，θ为天线阵列相对于所述终端的仰角。

9.根据权利要求6所述的终端定位方法，其特征在于：

所述第一距离的计算公式为：

D₁=[(τ₁／Bandwidth)*Velocity]／2

所述第二距离的计算公式为：

D₂=[(τ₂／Bandwidth)*Velocity]／2

其中，D₁为所述第一距离，D₂为所述第一距离，τ₁为所述第一时偏信息，τ₂为所述第二时偏信息，Bandwidth为系统传输带宽，Velocity为信号的传输速度。

10.根据权利要求6所述的终端定位方法，其特征在于：

所述第一信号到达角度的计算公式为：

$\cos {\mathrm{\φ}}_1=\frac{{D_1}^2+{D_0}^2-{D_2}^2}{2\×D_1\×D_0}$

所述第二信号到达角度的计算公式为：

$\cos {\mathrm{\φ}}_2=\frac{{D_2}^2+{D_0}^2-{D_1}^2}{2\×D_2\×D_0}$

其中，φ₁为所述第一信号到达角度，φ₂为所述第二信号到达角度，D₁为所述第一距离，D₂为所述第二距离，D₀为所述第三距离。