CN102209908A - 通过测向来确定移动无线电网络内的位置的方法和移动无线电终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定移动无线电终端设备(13、22)在蜂窝移动无线电网络内的位置的方法，其中移动无线电网络具有多个小区，每个小区包括基站(12、14、21)，其中终端设备(13、22)在一个或多个基站(12、14、21)内登录，其中由终端设备(13、22)通过定位至少一个基站(12、14、21)的测向活动，实现位置确定，基站(12、14、21)的绝对位置是已知的，其中通过将定向天线的主波瓣定向为朝向基站(12、14、21)的位置，由集成在终端设备(13、22)内的定向天线实现测向。

Description

通过测向来确定移动无线电网络内的位置的方法和移动无线电终端设备
技术领域
本发明涉及确定移动无线电终端设备在蜂窝无线电网络内的位置的方法和移动无线电终端设备，其中移动无线电网络具有多个小区，每个小区具有基站，其中终端设备在一个或多个基站内登录或可以在一个或多个基站内登录。
背景技术
由于基站覆盖确定的区域，通过使用终端设备在其内登录的相应基站的位置，当前基于小区执行移动通信终端设备在移动无线电通信网络内的定位。在此，不利方面是仅仅知道该区域-而不是移动无线电终端设备在这个非常大的区域内的精确位置。
另外，已知一种方法，借助该方法评估来自多个基站的电磁信号的传播时间测量以便改进位置精度，其中随后可以通过三角测量执行更精确的位置确定。
在此不利之处在于终端设备必须同时在至少三个基站内登录，并且三角测量非常费力。
用于位置确定的已知方法的另一个不利之处在于准确性非常有限。多种应用的更期待的目标是能够由终端设备执行位置确定——这使用已知方法是不可能的。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用于确定移动无线电终端设备在蜂窝移动无线电网络内的位置的方法和移动无线电终端设备，该方法提供对移动无线电终端设备在蜂窝移动无线电网络内的位置的高准确度的确定。
根据本发明由权利要求1所示的方法并且由权利要求6所示的移动无线电终端设备实现该目的。在相应的从属权利要求中指出了本发明的有利发展。
该用于确定移动无线电终端设备在蜂窝移动无线电网络内的位置的方法的特别有利之处在于如下事实：通过定位至少一个基站的测向由终端设备执行位置确定，所述至少一个基站的位置是已知的，其中移动无线电网络具有多个小区，每个小区具有基站，其中终端设备在一个或多个基站内登录，其中由集成在终端设备内的定向天线通过将该定向天线的主波瓣定向为朝向基站的位置来执行测向。
因此，通过定位移动无线电终端设备在其中登录的至少一个基站的测向，执行移动无线电终端设备的位置确定。此处，通过测向而定位的基站的绝对位置是已知的。该方法在波束成形方面是公知的。相关的天线系统通常被称为智能天线。
具体地，可以使用所谓的MIMO天线作为定向天线。在电信工程领域，MIMO(多输入多输出)代表使用多个发射和接收天线进行无线通信。
优选地，由终端设备执行两个或多个基站的测向，并且确定这些方向的交点，从而也确定终端设备在移动无线电网络内的位置。
可替换地或附加地，当执行一个或多个测向活动时，可以测量无线电信号在基站和终端设备之间的各个传播时间，其中根据传播时间测量，能够确定/确定基站和终端设备之间的距离。
在优选实施例中，由终端设备通过测向而定位的每一个基站的绝对位置被传输给终端设备以便进行分析。这可以由基站直接向终端设备执行和/或可以通过请求数据库搜索执行。具体地，可将这种数据库集成在移动无线电终端设备内，从而通过测向定位的每个基站的绝对位置是已知的，其结果是根据基站的该绝对位置和移动无线电终端设备相对于基站的位置，能够确定终端设备的绝对位置。
优选地，针对标准方向校准测向的方向。该标准方向可以是移动无线电终端设备自己的方位，或在另一方面，基点(cardinal point)，尤其是，北极N。
根据本发明的移动无线电终端设备可以登录在具有多个小区的蜂窝移动无线电网络内的一个或多个基站内，每个小区包括一个基站，该移动无线电终端设备的一个特别有利的方面在于如下事实：移动无线电终端设备具有用于确定位置的定向天线，并且被配备为通过将定向天线的主波瓣定向为朝向一个或多个基站，执行一个或多个测向活动，所述一个或多个基站的绝对位置(一个或多个)是已知的，并且该终端设备登录在所述一个或多个基站内。
此处，可以使用所谓的MIMO天线作为定向天线。在电信工程领域，MIMO(多输入多输出)代表使用多个发射和接收天线进行无线通信。
优选地，该移动无线电终端设备被配备为用于测量无线电信号在移动无线电终端设备和基站之间的传播时间的目的，根据该传播时间，能够确定/确定基站和终端设备之间的距离。
在优选实施例中，移动无线电终端设备包括罗盘，并且被配备为相对于标准方向，尤其是，相对于基点，校准测向的方向，具体地，角度(即，相对于北极N的偏移)。从而，该活动确定测向相对于基站的方位角。
在特别优选的实施例中，移动无线电终端设备具有数据库，其中存储有基站的绝对位置，其结果是可以在数据库中请求通过测向而定位的基站的绝对位置，并且可以在移动无线电终端设备中获得该绝对位置以便进行进一步评估。可替换地或附加地，移动无线电终端设备可以被配备为在外部数据库内自动执行这种数据库请求。优选地，进一步自动处理从该数据库请求的数据。
这种位置确定可以，例如，用于在紧急呼叫等的情况下确定并且自动传输移动无线电终端设备在蜂窝移动无线电网络内的当前位置。其它可能的用途是：导航、基于位置的服务、跟踪应用，以及需要定位功能的其它远程信息处理应用。
因此在根据本发明的方法中，移动无线电终端设备优选地利用数据库，在该数据库中给地理位置分配移动无线电小区的发射标识符，诸如例如，小区标识(Cell-ID)。该数据库可被集成在终端设备内，或由外部设备提供，例如，由允许移动无线电终端设备进行数据库搜索的服务器提供。
另外，由所采用的无线电装置确定主波瓣(无线电波束)的主方向相对于通过测向定位的基站的角度。通过以下事实，即，使用定向天线(尤其是，使用MIMO天线)，使得能够进行基站的测向测量，其中可以通过相位偏移定向天线的各个天线，相对于给定基站单独调整无线电波瓣。当使用TDD模式(时分双工)时，可以使用这种方法，这是由于每个时间间隔内仅与一个移动通信小区内的一个移动通信终端设备执行通信。使其得以实现的可能的移动无线电标准是，尤其是：GSM(包括GPRS、EDGE)、TDD模式下的UMTS(包括HSxPA)、WiMAX、长期演进(LTE)、高速OFDM分组访问(HSOPA)或允许使用MIMO天线的其它移动无线电标准。
在特定实施例中，电子罗盘被集成在终端设备内，从而允许将主波瓣的主方向的所测量的相对角度确定为绝对角度，例如相对于北极N。
另外，通过将信号传播速度设置为近似是光速，在数学上可将从基站发射到终端设备的信号的信号传播时间转换为距离。
然而，可能发生的是测向结果受到从表面——诸如，例如建筑物侧壁——反射的信号破坏，并且不再能够确定正确的角度。因此，本发明的方法尤其可用于城市区域之外，例如，用于高速公路等上的导航解决方案。另外，可以通过使用利用尽可能高的频率的多个基站，增强准确性。这增加了没有终端设备和基站之间的反射的直接“视线连接”的可能性。
对测向活动的评估现在单独或是组合地产生了各种应用，下面基于两个附图对其进行描述。
附图说明
这些附图示出了：
图1图示了通过测向而定位两个基站的位置确定的第一应用；和
图2图示了通过测向而定位基站并且测量信号传播时间的位置确定的第二应用。
具体实施方式
在图1所示的一个实施例中，相对于终端设备的方位11确定两个相对角度α和β。为此，通过从终端设备的位置13进行测向，定位两个可达基站12和14，即，位于无线电范围内的那些基站。然后相对于终端设备自身的方位11参照由此确定的从位置13开始相对于基站12和14的两个角度α和β。
通过对包含基站12和14的位置的地理数据库(geodatabase)进行评估，现在可以确定至少两个方位(测向的方向)的交点13。从而两个方位相对于基站12和14的交点13表示终端设备的位置。
由于从地理数据库中能够知道基站12和14的绝对位置，不仅可以确定交点13相对于基站12和14的位置的相对位置，还可以确定绝对位置13。
在图2所示的第二实施例中，仅需要一个基站21来确定终端设备22的位置。使用在基站21和终端设备22之间测量的信号传播时间，确定移动无线电终端设备22的位置和基站21的位置之间的距离d。另外，从测量的方位和相对于北极方向N的罗盘方向，确定标准化角度α。结果，现在可以根据相对于北极N的角度α和距离d，计算相对于基站21的位置的位置22。可以基于地理数据库确定终端设备22的绝对位置，其中可以从地理数据库中请求基站21的绝对位置。
另外，通过多个基站的测向进行的组合定位和传播时间测量，存在组合两个实施例以便增强位置确定的准确性的可能性。
因此根据本发明提供了一种方法，借助于该方法，通过使用定向天线，例如MIMO天线，进行测向，使用从终端设备到基站的无线电波束的给定方向，即，定向天线的主波瓣，来确定终端设备在移动无线电网络内的位置，其中移动无线电网络使用TDD模式(时分双工)。为了确定移动无线电终端设备的绝对位置，系统可以利用地理数据库，可以从地理数据库搜索通过测向而定位的基站的绝对位置，其结果是可以根据该方位(测向的方向)和相对于基站的相对位置的确定，导出移动无线电终端设备的绝对位置。
另外，可以执行传播时间测量，以便确定移动无线电终端设备和通过测向定位的基站之间的距离。还可以将电子罗盘集成在移动无线电终端设备内，从而允许使用地理数据库、方位、所测量的信号传播时间和电子罗盘来实现地理位置确定。
另外，存在在终端设备内的应用中进一步处理位置确定的数据的可能性，例如，当发起紧急呼叫时，产生包含移动无线电终端设备的所确定的位置的自动通信。
包含基站的绝对位置的地理数据库可被集成在终端设备内。例如，可以使用小区标识执行基站的标识和分配。
可替换地，还存在将地理数据库放置在外部——即，位于另一个设备上——的可能性，并且终端设备可以从该数据库检索信息，然后进一步评估/利用这种信息。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于确定移动无线电终端设备(13、22)在蜂窝移动无线电网络内的位置的方法，其中移动无线电网络具有多个小区，每个小区包括基站(12、14、21)，其中终端设备(13、22)在一个或多个基站(12、14、21)中登录，其特征在于：由终端设备(13、22)通过定位至少一个基站(12、14、21)的测向活动来实现位置确定，基站(12、14、21)的绝对位置是已知的，其中由集成在终端设备(13、22)内的定向天线通过将定向天线的主波瓣定向为朝向基站(12、14、21)的位置，来实现测向，以及除了测向活动之外，还测量无线电信号在基站(12、14、21)和终端设备(13、22)之间的传播时间，并且根据该传播时间，能够确定/确定基站(12、14、21)与终端设备(13、22)之间的距离(d)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：由终端设备(13、22)执行定位两个或更多个基站(12、14、21)的测向活动，并且确定通过测向活动发现的这些方向的交点。
3.如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于：由终端设备(13、22)通过测向而定位的每个基站(12、14、21)的绝对位置被传输到终端设备(13、22)以供分析，尤其是，由基站将绝对位置直接提供给终端设备(13、22)和/或由数据库响应于数据库请求而提供绝对位置。
4.如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于：相对于标准方向(11)，尤其是，相对于罗盘的方向，校准测向的方向，尤其是，确定相对于北极(N)的角度(α、β)。
5.一种移动无线电终端设备(13、22)，其能够在蜂窝移动无线电系统内的一个或多个基站(12、14、21)内登录，所述蜂窝移动无线电系统具有多个小区，每个小区具有一个基站(12、14、21)，尤其是，用于使用和执行根据前面权利要求之一的方法的移动无线电终端设备，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有用于确定其位置的定向天线，终端设备(13、22)被配备为通过将定向天线的主波瓣定向为朝向一个或多个基站(12、14、21)，来执行一个或多个测向活动，所述一个或多个基站的绝对位置(一个或多个)是已知的，并且终端设备(13、22)在所述一个或多个基站内登录，以及移动无线电终端设备(13、22)被配备为测量无线电信号在移动无线电终端设备和基站(12、14、21)之间的传播时间，并且根据该传播时间，能够确定/确定终端设备(13、22)和基站(12、14、21)之间的距离(d)。
6.如权利要求5所述的移动无线电终端设备(13、22)，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有罗盘，并且被配备为相对于标准方向(11)，尤其是，相对于罗盘的方向，尤其是，相对于北极(N)，校准测向的方向。
7.如权利要求5或6所述的移动无线电终端设备(13、22)，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有数据库，其中能够通过数据库搜索，请求通过测向定位的基站(12、14、21)的绝对位置。

Claims (9)

1.一种用于确定移动无线电终端设备(13、22)在蜂窝移动无线电网络内的位置的方法，其中移动无线电网络具有多个小区，每个小区包括基站(12、14、21)，其中终端设备(13、22)在一个或多个基站(12、14、21)中登录，其特征在于：由终端设备(13、22)通过定位至少一个基站(12、14、21)的测向活动来实现位置确定，基站(12、14、21)的绝对位置是已知的，其中由集成在终端设备(13、22)内的定向天线通过将定向天线的主波瓣定向为朝向基站(12、14、21)的位置，来实现测向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：由终端设备(13、22)执行定位两个或更多个基站(12、14、21)的测向活动，并且确定通过测向活动发现的这些方向的交点。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：除了一个或多个测向活动之外，还测量无线电信号在基站(12、14、21)和终端设备(13、22)之间的传播时间，并且根据该传播时间，能够确定/确定基站(12、14、21)与终端设备(13、22)之间的距离(d)。
4.如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于：由终端设备(13、22)通过测向而定位的每个基站(12、14、21)的绝对位置被传输到终端设备(13、22)以供分析，尤其是，由基站将绝对位置直接提供给终端设备(13、22)和/或由数据库响应于数据库请求而提供绝对位置。
5.如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于：相对于标准方向(11)，尤其是，相对于罗盘的方向，校准测向的方向，尤其是，确定相对于北极(N)的角度(α、β)。
6.一种移动无线电终端设备(13、22)，其能够在蜂窝移动无线电系统内的一个或多个基站(12、14、21)内登录，所述蜂窝移动无线电系统具有多个小区，每个小区具有一个基站(12、14、21)，尤其是，用于使用和执行根据前面权利要求之一的方法的移动无线电终端设备，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有用于确定其位置的定向天线，终端设备(13、22)被配备为通过将定向天线的主波瓣定向为朝向一个或多个基站(12、14、21)，来执行一个或多个测向活动，所述一个或多个基站的绝对位置(一个或多个)是已知的，并且终端设备(13、22)在所述一个或多个基站内登录。
7.如权利要求6所述的移动无线电终端设备(13、22)，其特征在于移动无线电终端设备(13、22)被配备为测量无线电信号在移动无线电终端设备和基站(12、14、21)之间的传播时间，并且根据该传播时间，能够确定/确定终端设备(13、22)和基站(12、14、21)之间的距离(d)。
8.如权利要求6或7所述的移动无线电终端设备(13、22)，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有罗盘，并且被配备为相对于标准方向(11)，尤其是，相对于罗盘方向，尤其是，相对于北极(N)，校准测向的方向。
9.如权利要求6到8之一所述的移动无线电终端设备(13、22)，其特征在于：移动无线电终端设备(13、22)具有数据库，其中能够通过数据库搜索，请求通过测向定位的基站(12、14、21)的绝对位置。
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