CN102547825A

CN102547825A - 基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站及其方法

Info

Publication number: CN102547825A
Application number: CN2010105924489A
Authority: CN
Inventors: 朱晓强; 郁继宗; 麦进
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102547825B

Abstract

本发明提供一种用于基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站及其实现方法，包括：获取与家庭基站相邻近的多个宏基站；根据所述家庭基站和所述宏基站，获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子；根据所述路径损耗因子，计算出所述用户设备与所述宏基站之间的距离；利用所述距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。与现有技术相比，本发明利用家庭基站测量并计算出家庭基站和宏基站之间的路径损耗因子，然后根据所述路径损耗因子来计算用户与至少三个宏基站间的距离，最后根据中心算法理论来确定用户设备的位置，极大地提高了定位精度。

Description

基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站及其方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及无线通讯领域中基于信号衰减方式来定位用户设备的技术。

背景技术

在现有的宏蜂窝移动网络中，使用无线信号衰减模型来定位用户设备时，某些特定的因子通常设为固定数值，并通过这些特定的因子来建立信号强度与用户设备、宏基站之间的距离关系。一般地，用于预测接收到的平均能量

的路径损耗模型采用下述公式A来计算：

\frac{p_{r} (d_{0})}{\overset{&OverBar;}{p_{r} (d)}} = {[\frac{d}{d_{0}}]}^{β}

(公式A)

其中，d表示用户和基站间的距离；d₀表示非常接近于d的参考距离；β表示与具体环境相关联的路径损耗因子，在不同的通信环境下具有不同的取值；p_r(d₀)表示在距离基站d₀处所接收的能量(通常情形下d₀取值1，单位为米)，使用下述公式B来计算：

p_{r} (d_{0}) = \frac{p_{t} G_{t} G_{r} λ^{2}}{{(4 π)}^{2} {d_{0}}^{2} L}

(公式B)

其中，p_t表示宏基站中的信号传输功率强度；G_t表示传输天线增益；G_r表示接收天线增益；L(L＝1)表示系统损耗；λ表示波长。其中，传输天线增益和接收天线增益取固定值，即G_t＝G_r＝1，此外，系统损耗恒为1，即L＝1，并且d₀取值1。

从公式A和公式B可知，在利用路径损耗因子来计算平均能量时，路径损耗因子的取值非常关键。然而，当前宏蜂窝移动网络中自动检测和计算路径损耗较为复杂，在包含用户和每个基站的特定环境中，获取每个路径损耗因子是非常困难的。另一方面，路径损耗因子依据不同环境所设置的固定值往往并不能如实地反映实际传输路径上的路径损耗，因此，现有技术中基于无线信号衰减模型对用户设备进行定位的方法往往精度很低。

有鉴于此，如何精确地测量路径损耗因子，并基于所述路径损耗因子来使用信号衰减模型对用户设备进行定位，是相关技术人员需要解决的一项课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站及其方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于基于信号衰减方式来定位用户设备的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

a获取与家庭基站相邻近的多个宏基站；

b根据所述家庭基站和所述宏基站，获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子；

c根据所述路径损耗因子，计算出所述用户设备与所述宏基站之间的距离；

d利用所述距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站，其中，所述家庭基站包括：

宏基站获取单元，用于获取与所述家庭基站相邻近的多个宏基站；

路径损耗因子获取单元，用于根据所述家庭基站和所述宏基站，获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子；

计算单元，用于根据所述路径损耗因子，计算出所述用户设备与所述宏基站之间的距离；

定位单元，用于利用所述距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种在用户设备端用于基于信号衰减方式来辅助定位的方法，其中，所述方法包括：

A通过家庭基站的公共传送信道，向所述家庭基站发送无线资源连接的建立请求；

B根据所述无线资源连接，接收所述家庭基站的测试控制信息；

C根据所述测试控制信息，测试多个小区的各种物理层参数；

D向所述家庭基站发送测试报告信息。

与现有技术相比，本发明首先利用家庭基站测量并计算出家庭基站和宏基站之间的路径损耗因子，然后基于用户和宏基站间的信号传播环境以及家庭基站和宏基站间的信号传播环境之间的高度相似性，将家庭基站和宏基站间的路径损耗因子转换为用户和宏基站间的路径损耗因子，从而计算出用户与至少三个宏基站间的距离，最后根据中心算法理论来精确定位用户设备的位置。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为依据本发明一个方面的用于基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站结构示意图；

图2示出依据本发明另一方面的用于基于信号衰减方式来定位用户设备的流程图；

图3示出依据本发明一优选实施例的用于辅助家庭基站基于信号衰减方式来定位用户设备的流程图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

家庭基站(Home Base Station)是一种小型、低功率的蜂窝基站，主要用于家庭及办公室等室内场所，因而也被称为“飞蜂窝”(Femtocell，毫微微小区)。其主要在于，作为蜂窝网在室内覆盖的补充，向用户提供语音及数据服务。此外，家庭基站的发射功率较小，一般为毫瓦级，且具有自动配置和自优化功能，将为最终用户带来简单的业务适用、强大的新业务推送能力以及更好的信号质量。并且，家庭基站可以让移动手机用户在室内接入固定宽带网络而享受到更高速率的数据应用，达到扩容的目的。

图1为依据本发明一个方面的用于基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站结构示意图。参照图1，家庭基站1包括宏基站获取单元11、路径损耗因子获取单元12、计算单元13和定位单元14。

其中，宏基站获取单元11用于获取与所述家庭基站1相邻近的多个宏基站。具体地，家庭基站1将其工作模式设置为NLA模式，在该模式下，家庭基站1就像一个移动电话，可以检测周围2G、3G小区并且解码BCH(Broadcast Channel，广播信道)，搜索邻近的宏基站小区，以获取邻近宏基站小区的信息，例如，当家庭基站1接收所检测到的小区的广播消息后，记录这些小区的信息。当对于邻近小区的搜索过程结束后，家庭基站1将会选择至少三个宏基站，并且这三个宏基站在各自的CPICH(Common Pilot Channel，公共导频信道)上具有最大的信号强度。本领域技术人员应能理解上述获取与所述家庭基站相邻近的宏基站的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的获取与所述家庭基站相邻近的宏基站的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

路径损耗因子获取单元12用于根据所述家庭基站和所述宏基站，获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子。具体地，当宏基站获取单元11获取与所述家庭基站1相邻近的三个宏基站后，路径损耗因子获取单元根据所述家庭基站和所述三个宏基站，获取每个宏基站的路径损耗因子的数值。并且，本发明还基于用户和宏基站间的信号传播环境与家庭基站和宏基站间的信号传播环境之间高度相似，将每一宏基站与家庭基站之间的路径损耗因子转换为每一宏基站与用户设备之间的路径损耗因子。例如，在计算每一宏基站与家庭基站之间的路径损耗因子时，可以首先利用上述公式B得到p_r(d₀)；然后，在公式A中，p_r(d₀)、

d和d₀均已知的情形下，就可以获取每一宏基站与家庭基站之间的路径损耗因子β。本领域技术人员应能理解上述获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的与所述家庭基站相对应的路径损耗因子的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

计算单元13用于根据所述路径损耗因子，计算出所述用户设备与所述宏基站之间的距离。具体地，通过路径损耗因子获取单元12得到用户设备与每一宏基站之间的路径损耗因子后，再次利用公式A，此时，宏基站上的CPICH传送功率和用户设备上的CPICH接收功率p_r(d₀)和

为已知量，并且d₀通常情形下取1，则公式A中仅一的未知变量d可以计算得出，以确定用户设备与每一宏基站之间的距离。

定位单元14用于根据所述用户设备与每一宏基站之间的距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。例如，预先定义用户设备与宏基站1之间的距离为d1，用户设备与宏基站2之间的距离为d2，以及用户设备与宏基站3之间的距离为d3，三个宏基站分别位于A点、B点和C点，那么，以A点为圆心、d1为半径形成圆1；以B点为圆心、d2为半径形成圆2；以C点为圆心、d3为半径形成圆3，那么，圆1、圆2与圆3形成三个交点E、F和G。此时，根据中心极限定理，就可以计算得出用户设备的具体位置，从而实现用户设备的定位功能。本领域技术人员应能理解上述确定用户设备位置的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的确定用户设备位置的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

以Femto BSR作为家庭基站1的示例，该Femto BSR具有一个新增的功能模块--LCS模块(Localization Service，定位服务)，它与L1和BRRM都有接口，并且能够与这两个接口交换消息。在NLA模式下，LCS具有以下功能：1)从层1和OAM(Operation AdministrationMaintenance，操作管理维护)子模块收集相邻近的宏基站的信息，并且计算该Femto BSR和每个相邻宏基站的每一路径损耗因子。将该FemtoBSR从NLA模式切换为正常模式，通过LCS模块选择与Femto BSR相邻近的三个宏基站，这些宏基站具有最好的CPICH信号强度，并向BRRM模块发生这些信息，然后收集来自BRRM模块的用户测量结果。使用包含路径损耗因子的信号衰减模型，计算用户和每个宏基站间的距离，然后利用中心限定算法来确定用户设备的位置。

图2示出依据本发明另一方面的用于基于信号衰减方式来定位用户设备的流程图。

在步骤S1中，家庭基站1用于获取与之邻近的多个宏基站。具体地，家庭基站1将其工作模式设置为NLA模式，在该模式下，家庭基站1就像一个移动电话，可以检测周围2G、3G小区并且解码BCH，搜索邻近的宏基站小区，以获取邻近宏基站小区的信息，例如，当家庭基站1接收所检测到的小区的广播消息后，记录这些小区的信息。当对于邻近小区的搜索过程结束后，家庭基站1将会选择至少三个宏基站，并且这三个宏基站在各自的CPICH上具有最大的信号强度。本领域技术人员应能理解上述获取与所述家庭基站相邻近的宏基站的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的获取与所述家庭基站相邻近的宏基站的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在步骤S2中，家庭基站1用于根据所述家庭基站和所述宏基站，获取与所述家庭基站相对应的路径损耗因子。具体地，当通过上述步骤S1获取与所述家庭基站1相邻近的三个宏基站后，所述家庭基站根据所述家庭基站和所述三个宏基站的相关参数，获取每个宏基站的路径损耗因子的数值。应当指出的是，在本发明中，用户和宏基站间的信号传播环境与家庭基站和宏基站间的信号传播环境之间具有高度的相似性，因此可以将每一宏基站与家庭基站之间的路径损耗因子大体上转化为每一宏基站与用户设备之间的路径损耗因子。例如，在计算每一宏基站与家庭基站之间的路径损耗因子时，可以首先利用上述公式B得到p_r(d₀)；然后，在公式A中，p_r(d₀)、

在步骤S3中，家庭基站1用于根据所述路径损耗因子，计算出所述用户设备与所述宏基站之间的距离。具体地，通过上述步骤S2得到用户设备与每一宏基站之间的路径损耗因子后，再次利用公式A，此时，宏基站上的CPICH传送功率和用户设备上的CPICH接收功率p_r(d₀)和

在步骤S4中，家庭基站1用于根据所述用户设备与每一宏基站之间的距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。例如，预先定义用户设备与宏基站1之间的距离为d1，用户设备与宏基站2之间的距离为d2，以及用户设备与宏基站3之间的距离为d3，三个宏基站分别位于A点、B点和C点，那么，以A点为圆心、d1为半径形成圆1；以B点为圆心、d2为半径形成圆2；以C点为圆心、d3为半径形成圆3，那么，圆1、圆2与圆3形成三个交点E、F和G。此时，根据中心极限定理，就可以计算得出用户设备的具体位置，从而实现用户设备的定位功能。本领域技术人员应能理解上述确定用户设备位置的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的确定用户设备位置的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在步骤S21中，用户设备通过家庭基站的公共传送信道，向所述家庭基站发送无线资源连接的建立请求。具体地，用户设备通过家庭基站的公共传送信道，向所述家庭基站发送无线资源连接请求，以建立用户设备和家庭基站间的无线资源连接。相应地，家庭基站在接收所述无线资源连接的建立请求后，配置物理层、媒体接入控制层和无线链路控制层，从而建立用户设备与家庭基站间的无线资源连接。

在步骤S22中，用户设备根据所述无线资源连接，接收所述家庭基站的测试控制信息。具体地，Femto BSR的BRRM模块将消息“测量控制”发送给用户设备，以请求用户设备测量列在消息内容中的小区的具体物理层的参数。

在步骤S23中，用户设备根据所述测试控制信息，测试多个小区的各种物理层参数。

在步骤S24中，用户设备向所述家庭基站发送测试报告信息。具体地，用户测量每个小区的CPICH功率，并且在消息“测量报告”中将测量结果报告给Femto BSR的BBRM模块，然后由BBRM模块将这些信息报告给LCS模块。

结合以上各优选实施例的详细描述，本发明首先利用家庭基站测量并计算出家庭基站和宏基站之间的路径损耗因子，然后基于用户和宏基站间的信号传播环境以及家庭基站和宏基站间的信号传播环境之间的高度相似性，将家庭基站和宏基站间的路径损耗因子转换为用户和宏基站间的路径损耗因子，从而计算出用户与至少三个宏基站间的距离，最后根据中心算法理论来精确定位用户设备的位置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种用于基于信号衰减方式来定位用户设备的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

a获取与家庭基站相邻近的多个宏基站；

d利用所述距离，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤a还包括：

-搜索与所述家庭基站相邻近的多个宏基站；

-接收所述宏基站的广播消息并记录所述宏基站的信息；

-根据所述广播信息和所述信息，获取CPI信道上具有最大信号强度的至少3个宏基站。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤b还包括：

-计算与所述宏基站之间的距离为d₀处的能量：

p_{r} (d_{0}) = \frac{p_{t} G_{t} G_{r} λ^{2}}{{(4 π)}^{2} {d_{0}}^{2} L};

-获取所接收的平均能量

-计算与所述家庭基站相对应的路径损耗因子β，满足关系式：

\frac{p_{r} (d_{0})}{\overset{&OverBar;}{p_{r} (d)}} = {[\frac{d}{d_{0}}]}^{β};

其中，p_t表示所述宏基站中信号的传送功率强度，G_t表示传送天线增益，G_r表示接收天线增益，λ表示波长，L表示系统损耗。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤c还包括：

-根据CPI信道的信号强度以及所述路径损耗因子β，所述家庭基站来计算所述用户设备与所述宏基站之间的距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述CPI信道的信号强度通过所述宏基站的物理层来获取。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述CPI信号的信号强度通过所述宏基站的广播消息来获取。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述步骤d还包括：

-根据所述宏基站的位置，结合所述宏基站与所述用户设备之间的距离，获取与所述宏基站相对应的圆形区域；

-获取通过所述3个宏基站各自圆周所形成的交点位置；

-根据所述交点位置，结合中心算法，确定所述用户设备的位置。

8.一种用于基于信号衰减方式来定位用户设备的家庭基站，其中，所述家庭基站包括：

9.根据权利要求8所述的家庭基站，其中，所述宏基站获取单元还用于：

-搜索与所述家庭基站相邻近的多个宏基站；

-接收所述宏基站的广播消息并记录所述宏基站的信息；

10.根据权利要求8或9所述的家庭基站，其中，所述路径损耗因子获取单元还用于：

-计算与所述宏基站之间的距离为d₀处的能量：

p_{r} (d_{0}) = \frac{p_{t} G_{t} G_{r} λ^{2}}{{(4 π)}^{2} {d_{0}}^{2} L};

-获取所接收的平均能量

-计算与所述家庭基站相对应的路径损耗因子β，满足如下关系式：

\frac{p_{r} (d_{0})}{\overset{&OverBar;}{p_{r} (d)}} = {[\frac{d}{d_{0}}]}^{β}

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述计算单元还用于：

12.一种在用户设备端用于基于信号衰减方式来辅助定位的方法，其中，所述方法包括：

C根据所述测试控制信息，测试多个小区的各种物理层参数；

D向所述家庭基站发送测试报告信息。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述步骤A还包括：

-所述家庭基站接收所述用户设备的无线资源连接建立请求；

-所述家庭基站配置物理层、MAC和RLC，以建立所述无线资源连接。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述步骤C还包括：

-根据所述测试控制信息，测试多个小区的CPICH功率；

其中，所述步骤D还包括：

-将所述多个小区的CPICH功率加入所述测试报告信息中；

-向所述家庭基站发送所述测试报告信息。