CN102625445B - 一种蜂窝网络的移动台被动定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜂窝网络的移动台被动定位方法，通过建立移动台主定位机制、全局和局部位置更新机制和从定位方法，解决蜂窝网中移动台无法被动定位问题，在对移动台和基站设施不进行改造的条件下实现移动台的快速定位。

Description

一种蜂窝网络的移动台被动定位方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及移动通信，无线传输。

背景技术

目前，无线定位系统中对移动台的定位是通过检测移动台和多个固定位置收发信机(基站)之间传播信号的特征参数(如电波场强、传播时问或时间差、入射角等)来估计移动台的几何位置。目前可以采用的定位方法通常有三种：推算定位(Dead reckoning)、卫星定位和地面无线电定位。

现有蜂窝系统中为移动用户提供定位服务(LCS)功能主要有两种，一种为采用基于移动台的定位方案或GPS辅助定位方案，其必须对现有移动台进行适当修改，增加必要的软硬件设备，如集成GPS接收机或能同时接收多个基站信号进行自定位处理的软硬件，并且还必须通过空中接口将定位信息传送回蜂窝网络。因此，这种方案不适用于在现有蜂窝网络(如GSM网络)中增加LCS功能，但由于这两种方案的定位精度较高，在WCDMA及CDMA2000网络中将得到广泛采用。另一种为基于蜂窝网络的定位方案，其只需对蜂窝网络设备作适当扩充、修改，不需要对现有移动台作任何修改，能充分利用现有各种蜂窝系统的庞大资源，保护用户已有投资，实现相对容易，并且能达到一定精度，因而这种方案适用于传统蜂窝网络，现有移动台定位方案的模型如图1和2所示。

在各种无线定位系统中，采用的基本定位方法和技术都是相同或相似的，都是通过检测某种信号的特征测量值实现对移动台的定位估计。在蜂窝网络中为移动台提供LCS功能，通常可供选择的基本定位方法有：

1.场强定位法

这种方法是通过检测接收信号的场强值、利用已知的信道衰落模型及发射信号的场强值估算出收发信机之间的距离，通过求解收发信机之间的距离方程组，确定目标移动台位置。在蜂窝网络中只要在移动台对前向链路多个基站发射信号进行场强测量或在多个基站对反向链路移动台发射信号进行场强测量，再根据有关定位算法求解测距方程组，就能计算出移动台的估计位置。

2.基于电波传播时间(TOA)或时间差(TDOA)的定位法

该方法是通过测出电波从发射机传播到多个接收机的传播时间(TOA)或时间差(TDOA)来确定目标移动台的位置。对于TOA方法，收发信机之间的距离可通过测出的电波传播时间获得，和场强法类似，利用相位测量、脉冲测量或扩频测距技术等多种技术进行多个TOA测量，再根据有关算法求解测距方程组，就能计算出目标移动台的估计位置。对于TDOA方法，可通过直接计算TOA差值或GCC技术等方法得到TDOA测量值，一个TDOA测量值对应的是以两个接收机为焦点的一对双曲线，多个TDOA测量值对应的多条双曲线的交点为移动台估计位置，现有的基于网络和移动台的定位模型分别如图1和2所示。

然而上述方法均为针对移动台的主动式定位方法，并且需对网络设备进行改装或计算较为复杂，因此成本和复杂度较高，有必要设计一种针对移动台的被动定位方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决蜂窝网中移动台无法被动定位问题，在对移动台和基站设施不进行改造的条件下实现移动台的快速定位。

本发明为解决上述技术问题提供一种蜂窝网络的移动台被动定位方法，其特征在于：

A、建立移动台主定位机制；

B、建立移动台位置全局更新机制；

C、设置移动台位置局部更新机制；

D、设置移动台从定位方法。

所述步骤A中，相应的子步骤为：a.当无线终端用户(移动台)处于移动状态时，其接收来自覆盖范围内的基站信息，然后无线终端发送包含无线终端识别信息的VVLR的注册请求信息至最近的基站；b.基站转发此信息给对其服务的MSC；c.此MSC将此信息报告给移动台所属的HLR；d.移动台所属的HLR从无线终端识别ID信息中解析出VVLR的地址，并且将接收到的所有信息发送至VVLR；e.VVLR将用户文档存储至其相应的设备端，并且发送一个VVLR注册确认信息至移动台所属的HLR；f.移动台所属的HLR发送确认信息至相应的MSC；g.此MSC向移动台发送确认信息告知已成功进行用户注册，其中ID为识别码，HLR为位置归属寄存器，VVLR为虚拟位置访问寄存器，MSC为移动交换中心，总的流程如图3所示。

所述步骤B中，相应的子步骤为：a.当移动台进入一个新的区域时，其向最近的基站发送全局用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此信息转发给其相应的MSC；c.此MSC更新其VLR，并且向移动台相应的VVLR发送全局用户组位置更新请求信息；d.VVLR更新其相应的移动台位置信息，并且向新的MSC发送全局用户组位置更新请求信息；f.此MSC向对移动台服务的基站发送确认信息，并且VVLR向上一个MSC发送全局用户组位置注册取消信息；g.对移动台服务的基站将此确认信息转发给移动台，并且上一个MSC将移动台的信息移除，向VVLR发送确认信息。

所述步骤C中，相应的子步骤为：a.当移动台进入一个新的蜂窝小区时，其向最近的基站发送局部用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此信息转发给对其服务的MSC；c.此MSC更新此移动台位置信息，并且向对移动台服务的基站发送确认信息；d.此基站将此确认信息发送给移动台。

所述步骤D中，移动台从定位方法用于当VVLR失效时，通过对移动台发出主动呼叫，从而确定其位置，其子步骤为：a.对移动台进行呼叫；b.设置本地信令转移点(LSTP)功能模块的缓存大小，若被呼叫的移动台信息存储于重拨缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤c；c.若被呼叫的移动台信息存处于LSTP功能模块的缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤h；d.询问相应的位置访问寄存器地址(PVLR)；e.如果在PVLR中有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则被呼叫移动台的VLR向相应的MSC发送被呼叫移动台的位置和路由信息；f.如果在PVLR中没有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则执行IS-41呼叫追踪机制；g.询问移动台所属的HLR；h.询问PVLR中哪一个HLR为当前被呼叫移动台的位置信息；i.PVLR获取被呼叫移动台所属的VLR，并将其中的路由信息发送至被呼叫移动台所属的MSC，其中当被呼叫用户进入其LSTP区域时，则PVLR用于保存被呼叫移动台的当前呼叫请求和位置信息，被呼叫移动台的位置信息被存储于LSTP功能模块的缓存中，其流程如图4所示。

所述步骤D中，设置LSTP功能模块的缓存分配策略。令被呼叫移动台的位置信息的平均注册代价为U，平均呼叫传递代价S，为使得缓存被最优利用，需使得U+σS最小，其中 $U=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ S＝τC_hit+(1-τ)C_miss，C_hit＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)为传递正确的移动台位置信息所占用的缓存大小，

C_miss＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)+4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)为传递错误的移动台位置信息所占用的缓存大小，C_la为经过局部A链路传输信令信息的代价，C_d为经过D链路传输信令信息的代价，C_ra为经过远端A链路传输信令信息的代价，C_v为请求或更新VLR的代价，C_h为请求或更新HLR的代价，φ为呼叫者和被呼叫者处于同一个LSTP区域的概率，σ为呼叫移动率。

所述步骤D中，最小化IS-41呼叫追踪机制的使用代价。令使用IS-41呼叫追踪机制的被呼叫移动台平均注册代价为α，平均呼叫传递代价为β，有 $\mathrm{\α}=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ β＝4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)，优化IS-41呼叫追踪机制的使用代价需使得α+σβ最小。

本发明的有益效果为：提供一种蜂窝网络的移动台被动定位方法，通过建立移动台主定位机制、全局和局部位置更新机制和从定位方法，解决蜂窝网中移动台无法被动定位问题，在对移动台和基站设施不进行改造的条件下实现移动台的快速定位。

附图说明

图1为基于网络的定位系统模型示意图；

图2为基于移动台的定位系统模型示意图；

图3为定位总的流程示意图；

图4为当VVLR失效时，移动台的从定位方法；

具体实施方式

本发明针对移动台无法被动定位的问题，通过建立移动台主定位机制、全局和局部位置更新机制和从定位方法，解决蜂窝网中移动台无法被动定位问题，在对移动台和基站设施不进行改造的条件下实现移动台的快速定位。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

步骤1，建立移动台主定位机制。相应的子步骤为：相应的子步骤为：a.当无线终端用户(移动台)处于移动状态时，其接收来自覆盖范围内的基站信息，然后无线终端发送包含无线终端识别信息的VVLR的注册请求信息至最近的基站；b.基站转发此信息给对其服务的MSC；c.此MSC将此信息报告给移动台所属的HLR；d.移动台所属的HLR从无线终端识别ID信息中解析出VVLR的地址，并且将接收到的所有信息发送至VVLR；e.VVLR将用户文档存储至其相应的设备端，并且发送一个VVLR注册确认信息至移动台所属的HLR；f.移动台所属的HLR发送确认信息至相应的MSC；g.此MSC向移动台发送确认信息告知已成功进行用户注册，其中ID为识别码，HLR为位置归属寄存器，VVLR为虚拟位置访问寄存器，MSC为移动交换中心。

步骤2，建立移动台位置全局更新机制。相应的子步骤为：a.当移动台进入一个新的区域时，其向最近的基站发送全局用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此信息转发给新的MSC；c.此MSC更新其VLR，并且向移动台相应的VVLR发送全局用户组位置更新请求信息；d.VVLR更新其相应的移动台位置信息，并且向新的MSC发送全局用户组位置更新请求信息；f.此MSC向对移动台服务的基站发送确认信息，并且VVLR向上一个MSC发送全局用户组位置注册取消信息；g.对移动台服务的基站将此确认信息转发给移动台，并且上一个MSC将移动台的信息移除，向VVLR发送确认信息。

步骤3，设置移动台位置局部更新机制。相应的子步骤为：a.当移动台进入一个新的蜂窝小区时，其向最近的基站发送局部用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此信息转发给对其服务的MSC；c.此MSC更新此移动台位置信息，并且向对移动台服务的基站发送确认信息；d.此基站将此确认信息发送给移动台。

步骤4，设置移动台从定位方法。其用于当VVLR失效时，通过对移动台发出主动呼叫，从而确定其位置，其子步骤为：a.对移动台进行呼叫；b.设置本地信令转移点(LSTP)功能模块的缓存大小，若被呼叫的移动台信息存储于重拨缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤c；c.若被呼叫的移动台信息存处于LSTP功能模块的缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤h；d.询问相应的位置访问寄存器地址(PVLR)；e.如果在PVLR中有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则被呼叫移动台的VLR向相应的MSC发送被呼叫移动台的位置和路由信息；f.如果在PVLR中没有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则执行IS-41呼叫追踪机制；g.询问HLR；h.询问PVLR哪一个HLR为当前被呼叫移动台的位置信息；i.PVLR获取被呼叫移动台所属的VLR，并将其中的路由信息发送至被呼叫移动台所属的MSC，其中当被呼叫用户进入其LSTP区域时，则PVLR用于保存被呼叫移动台的当前呼叫请求和位置信息，被呼叫移动台的位置信息被存储于LSTP功能模块的缓存中。

步骤5，设置LSTP功能模块的缓存分配策略。令被呼叫移动台的位置信息的平均注册代价为U，平均呼叫传递代价S，为使得缓存被最优利用，需使得U+σS最小，其中 $U=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ S＝τC_hit+(1-τ)C_miss，C_hit＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)为传递正确的移动台位置信息所占用的缓存大小，C_miss＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)+4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)为传递错误的移动台位置信息所占用的缓存大小，C_la为经过局部A链路传输信令信息的代价，C_d为经过D链路传输信令信息的代价，C_ra为经过远端A链路传输信令信息的代价，C_v为请求或更新VLR的代价，C_h为请求或更新HLR的代价，φ为呼叫者和被呼叫者处于同一个LSTP区域的概率，σ为呼叫移动率。

步骤6，最小化IS-41呼叫追踪机制的使用代价。令使用IS-41呼叫追踪机制的被呼叫移动台平均注册代价为α，平均呼叫传递代价为β，有 $\mathrm{\α}=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ β＝4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)，优化IS-41呼叫追踪机制的使用代价需使得α+σβ最小。

Claims (3)

1.一种蜂窝网络的移动台被动定位方法，解决蜂窝网中移动台无法被动定位问题，在对移动台和基站设施不进行改造的条件下实现移动台的快速定位，包括如下步骤：

A、建立移动台主定位机制，具体子步骤为：a.当移动台处于移动状态时，其接收来自覆盖范围内的基站信息，然后移动台发送包含无线终端识别信息的VVLR的注册请求信息至最近的基站；b.基站转发此注册请求信息给对其服务的MSC；c.此MSC将此信息报告给移动台所属的HLR；d.移动台所属的HLR从无线终端识别信息中解析出VVLR的地址，并且将接收到的所有信息发送至VVLR；e.VVLR将用户文档存储至其相应的设备端，并且发送一个VVLR注册确认信息至移动台所属的HLR；f.移动台所属的HLR发送确认信息至相应的MSC；g.此MSC向移动台发送确认信息告知已成功进行用户注册，其中ID为识别码，HLR为位置归属寄存器，VVLR为虚拟位置访问寄存器，MSC为移动交换中心；

B、建立移动台位置全局更新机制，具体子步骤为：a.当移动台进入一个新的区域时，其向最近的基站发送全局用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此全局用户组位置更新请求信息转发给其相应的MSC；c.此MSC更新其VLR，并且向移动台相应的VVLR发送全局用户组位置更新请求信息；d.VVLR更新其相应的移动台位置信息，并且向新的MSC发送全局用户组位置更新请求信息；f.此MSC向对移动台服务的基站发送确认信息，并且VVLR向上一个MSC发送全局用户组位置注册取消信息；g.对移动台服务的基站将此确认信息转发给移动台，并且上一个MSC将移动台的信息移除，向VVLR发送确认信息；

C、设置移动台位置局部更新机制，具体子步骤为：a.当移动台进入一个新的蜂窝小区时，其向最近的基站发送局部用户组位置更新请求信息；b.相应的最近的基站将此信息转发给对其服务的MSC；c.此MSC更新此移动台位置信息，并且向对移动台服务的基站发送确认信息；d.此基站将此确认信息发送给移动台；

D、设置移动台从定位方法，具体为移动台从定位方法用于当VVLR失效时，通过对移动台发出主动呼叫，从而确定其位置，其子步骤为：a.对移动台进行呼叫；b.设置本地信令转移点(LSTP)功能模块的缓存大小，若被呼叫的移动台信息存储于重拨缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤c；c.若被呼叫的移动台信息存处于LSTP功能模块的缓存时，则转至子步骤d，反之则进入子步骤h；d.询问相应的位置访问寄存器地址(PVLR)；e.如果在PVLR中有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则被呼叫移动台的VLR向相应的MSC发送被呼叫移动台的位置和路由信息；f.如果在PVLR中没有用于存储被呼叫移动台信息的剩余空间，则执行IS-41呼叫追踪机制；g.询问移动台所属的HLR；h.询问PVLR中哪一个HLR为当前被呼叫移动台的位置信息；i.PVLR获取被呼叫移动台所属的VLR，并将其中的路由信息发送至被呼叫移动台所属的MSC，其中当被呼叫用户进入其LSTP区域时，则PVLR用于保存被呼叫移动台的当前呼叫请求和位置信息，被呼叫移动台的位置信息被存储于LSTP功能模块的缓存中。

2.根据权利要求1的方法，对于所述步骤D其特征在于：设置LSTP功能模块的缓存分配策略，令被呼叫移动台的位置信息的平均注册代价为U，平均呼叫传递代价S，为使得缓存被最优利用，需使得U+σS最小，其中 $U=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ S＝τC_hit+(1-τ)C_miss，C_hit＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)为传递正确的移动台位置信息所占用的缓存大小，

C_miss＝φ(4C_la+2C_v)+(1-φ)(4C_la+4C_d+2C_v)+4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)为传递错误的移动台位置信息所占用的缓存大小，C_la为经过局部A链路传输信令信息的代价,C_d为经过D链路传输信令信息的代价,C_ra为经过远端A链路传输信令信息的代价，C_v为请求或更新VLR的代价，C_h为请求或更新HLR的代价，φ为呼叫者和被呼叫者处于同一个LSTP区域的概率，σ为呼叫移动率。

3.根据权利要求1的方法，对于所述步骤D其特征在于：最小化IS-41呼叫追踪机制的使用代价，令使用IS-41呼叫追踪机制的被呼叫移动台平均注册代价为α，平均呼叫传递代价为β，有 $\mathrm{\α}=\{(1-\mathrm{\θ})+\frac{\mathrm{\θ}}{1-\mathrm{\θ}}\}\{4(C_{\mathrm{la}}+C_d+C_{\mathrm{ra}})+(2C_v+C_h)\},$ β＝4(C_la+C_d+C_ra)+(2C_v+C_h)，优化IS-41呼叫追踪机制的使用代价需使得α+σβ最小。