CN103096464A - 单基站用户终端定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单基站用户终端定位方法及系统，所述方法包括：获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括信号到达角、时间提前量、经度以及纬度信息；获取待定位点的信号到达角和时间提前量信息；根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点；根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。本发明通过找到待定位点附近的至少一个已知点，通过该至少一个已知点的经纬度计算出待定位点的经纬度，能够解决多径或者非直射波导致传统定位方式不准确的问题，在建筑物等障碍物很多的情况下，能够更加准确的定位。

Description

单基站用户终端定位方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种单基站用户终端定位方法及系统。

背景技术

现有技术一般根据信号到达角（Angle OfArrival，AOA）和时间提前量（TimingAdvance，TA）方法来实现单基站的移动定位业务。如图1所示，在终端侧测量到的TA放在测量报告中上报给网络侧，而基站（NodeB）则使用智能天线根据AOA来确定来波方向，基站自身也会去测量TA的偏差，从而将AOA和TA偏差信息也上报给无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）（RNC通过Iub接口协议——基站应用部分(NodeB Application Part，NBAP)协议获知此AOA的值，TA偏差量通过Iub接口上报）。在RNC侧的服务移动定位中心(Serving Mobile Location Center，SMLC)模块负责位置信息的计算和转换。根据在操作维护中心（Operation Maintenance Center ofRNC，OMC-R）或本地维护终端（Local Maintenance Terminal of RNC，LMT-R）设置的基站经纬度和上述的测量值，RNC就可以确定用户终端（User Equipment，UE）的位置信息了。

单基站智能天线定位方法可以克服到达时间差定位法（ObservedTime Difference of Arrival，OTDOA）中基站密度稀疏的区域多基站很难得到满足的困难，但也存在问题：时分同步码分多址（TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）使用了智能天线，当用户处于直射波条件下：由于在市区环境下多径效应，虽然有直射波到达用户终端但其它的多径会影响这种技术定位的准确性，另外当用户处于非直射波并且处于距离基站较近的地方时，那么这种TA+AOA技术实现起来可能会有更大的困难，相比上一种情况（用户处于直射波条件的情况下）定位精度则会有更大的偏差，如图2所示：UE在测量TA并计算距离的时候会认为UE到NodeB的距离S=a+b+c+d，并且基站在测量信号到达角度的时候会认为来波的方向为a，但实际的方向应该是e。这种影响在终端与基站距离较远的时候不太明显，但是在市区内，终端与基站距离较近时定位则成问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种单基站用户终端定位方法及系统，以解决多径或者非直射波导致传统定位方式定位不准确的问题。

（二）技术方案

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种单基站用户终端定位方法，包括：

获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括信号到达角、时间提前量、经度以及纬度信息；

获取待定位点的信号到达角和时间提前量信息；

根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点；

根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

优选地，所述多个已知点在所述小区内均匀分布。

优选地，所述获取小区内多个已知点的位置信息的步骤之前包括：对小区内多个点的位置信息进行测量形成多个已知点。

优选地，根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点的步骤包括：

计算所有已知点的信号到达角与所述待定位点的信号到达角之差；

找到所述信号到达角之差在设定范围内的已知点；

根据所述找到的已知点和待定位点的时间提前量和信号到达角计算所述找到的已知点与所述待定位点的距离相关数；

找到所述距离相关数在设定范围内的已知点。

优选地，找到所述距离相关数在设定范围内的已知点的步骤包括：找到与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点。

优选地，根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息的步骤包括：

获得与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点的经度和纬度信息，通过线性插值的方法得到所述待定位点的经度和纬度信息。

如果只找到一个已知点，无法进行线性插值，则可以直接把找到的那个已知点的经度和纬度当作用户终端在待定位点的经度和纬度信息。

优选地，根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息的步骤包括：

所述找到的距离相关数在设定范围内的已知点大于等于两个；

判断所述找到的距离相关数在设定范围内的所有已知点中任意两个已知点的距离是否小于设定的距离阈值：

如果小于，则取所述与待定位点的距离相关数在设定范围内所有点的平均经度和平均纬度作为所述待定位点的经度和纬度；

如果不小于，则根据位置将所述找到的已知点分为多个点群，并找到每个点群中心位置的经度和纬度，其中每个点群中任意两个已知点的距离小于所述设定的距离阈值；根据待定位点在上一时间的经度和纬度信息选择一个点群中心位置的经度和纬度作为所述待定位点的经度和纬度。

优选地，所述已知点与所述待定位点的距离相关数=待定位点的时间提前量的平方+已知点的时间提前量的平方-2×待定位点时间提前量×已知点的时间提前量×cos（已知点的信号到达角-待定位点的信号到达角）。

另一方面，本发明还提供了一种单基站用户终端定位系统，包括：

数据库，用于存储所述小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括信号到达角、时间提前量、经度以及纬度信息；

输入输出接口，用于获取待定位点的信号到达角和时间提前量信息并传往计算分析模块；

计算分析模块，用于从所述数据库获取小区内多个已知点的位置信息，根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点；并根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

（三）有益效果

本发明通过找到待定位点附近的至少一个已知点，通过该至少一个已知点的经纬度计算出待定位点的经纬度，能够解决多径或者非直射波导致传统定位方式不准确的问题，在建筑物等障碍物很多的情况下，能够更加准确的定位。

附图说明

图1为现有技术中RNC获得UE的TA、TA偏差值和AOA值数据进行定位计算的示意图；

图2为现有技术中UE到基站的信号传播示意图；

图3为UE在位置比较接近的两个位置的信号传播示意图；

图4为根据本发明实施例一种单基站用户终端定位方法的流程图；

图5为根据本发明实施例另一种单基站用户终端定位方法的流程图；

图6为根据本发明实施例又一种单基站用户终端定位方法的流程图；

图7为根据本发明实施例一种单基站用户终端定位系统的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

实施例一：

图3所示为UE在位置比较接近的两个位置的信号传播示意图，由图3可以看出，当UE在2个不同、但是比较接近的位置时，TA和AOA也会比较接近，反过来，多数情况下，如果TA和AOA比较接近，这2个UE位置也比较接近。如果其中一个位置已知，则可以推测出另外一个位置。

图4所示为本实施例根据上述原理提出的一种单基站用户终端定位方法的流程图，所述方法包括：

S110：获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括AOA、时间提前量、经度以及纬度信息；

S120：获取待定位点的AOA和TA信息；

S130：根据所述已知点的位置信息找出至少一个AOA和TA与所述待定位点的AOA和TA最接近的已知点；

S140：根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

本发明通过找到待定位点附近的至少一个已知点，通过该至少一个已知点的经纬度计算出待定位点的经纬度，在市区等在建筑物等很多的情况下，也能够更加准确的定位，解决了多径或者非直射波导致传统定位方式不准确的问题。

实施例二：

图5所示为本实施例记载的TD-SCDMA系统中一种单基站用户终端定位方法的流程图，所述方法包括：

S210：对小区内多个点的位置信息进行测量形成多个已知点，所述多个已知点在所述小区内均匀分布；

S220：获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括AOA、TA、经度以及纬度信息；

S230：获取待定位点的AOA和TA；

S240：计算所有已知点的AOA与所述待定位点的AOA之差；

S250：找到所述AOA之差在设定范围内的已知点；

S260：根据所述找到的已知点和待定位点的TA和AOA计算所述找到的已知点与所述待定位点的距离相关数；

S270：找到与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点；其中，如果只找到一个已知点，则直接把找到的那个已知点的经度和纬度当作待定位点的经度和纬度；

S280：获得与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点的经度和纬度信息，通过线性插值的方法得到所述待定位点的经度和纬度信息。

下面以一个更为具体的例子来说明本实施例：

首先通过工具，测量得到某一小区的范围内多个点的位置信息，包括AOA、TA、经度、纬度；这些点最好均匀分布在小区里，如表一包括本实施例测得的多个点的位置信息：

表一：

其中，SRNCID表示RNC的序号；SCELLID代表小区的序号，在定位时，根据所述小区的序号，获取与待定位点在同一小区的已知点的位置信息。

在定位时，在上表中查询对应AOA的正负5度范围内，取AOA和TA都比较接近的2个点，然后根据这2个点进行插值得到经度纬度。

具体方法如下：

定位时，如待定位点为P点，得到P点的如下信息：AOA为55，TA为30，则从上表中，找出该AOA的正负5度范围内的点，即AOA为50～60度的点，在这个范围内，共有如下三个已知点的数据：

表二：

序号	SRNCID	SCELLID	AOA	TA值	经度	纬度
							1	1552	391	52	28	30	51
2	1552	391	55	30	32	52
							3	1552	391	58	35	36	53

然后从上述数据中，找出AOA和TA都与P点比较接近的2个点，方法如下：

设表中某个点K点的AOA为x₁，TA为y₁，P点的AOA为x，TA为y，并计算K点和P点的近似距离相关数D。

在本实施例中，假定基站、P点和K点构成一个三角形，则从余弦定理可以得到P点和K点的距离相关数D：

D=y²+y₁ ²-2×y×y₁×cos（x₁-x）

这里的距离相关数D是距离平方的一个近似数，即距离的一个相关数，但是这个相关数已经足够我们找出2个比较离A点比较近的2个点。

例如，对于表二中序号为1的K1点来说，其与P点的距离相关值D1为：

D1=28²+30²–2×28×30×cos（52-55）度=6.35

对于表二中序号为2的K2点来说，其与P点的距离相关值D2为：

D2=30²+30²–2×30×30×cos（50-55）度=6.84

对于表二中序号为3的K3点来说，其与P点的距离相关值D3为：

D3=35²+30²–2×35×30×cos（58-55）度=27.94。

6.35<6.84<27.94，显然，K1和K2点与P点比较近，因此P点的经纬度和这2个点很接近，并且这三个点的AOA角度差别比较小，在10度范围内，因此可以近似地，假定这3个点在一条直线上，通过线性插值的方式从K1点、K2点的经纬度得到P点的经纬度。

即：

从而可以求出P点的经度和纬度。

显然，这种算法的精度取决于表一中数据的数据密度，如果该表数据足够多，则可以足够精确地定位。

此外，本领域的技术人员可知，可以通过基站、待定位点、已知点这个三角形通过简单的数学方法衍生出更多的计算方法，也属于本专利的保护范围。

对于一些有战略意义的重点小区，如果该小区里，干扰因素比较多，例如建筑物比较多，传统方法定位精度比较差的情况下，可以针对这些小区，采用这种方法进行定位，从而提高定位的精度。

因此，这种方法可以和传统方法相结合，作为传统方法的一个补充，即根据小区的特点，选择传统方法或者采用本实施例中的方法进行定位。

实施例三：

图6所示为本实施例记载的一种单基站用户终端定位方法的流程图，所述方法包括：

S310：对小区内多个点的位置信息进行测量形成多个位置信息已知的多个已知点，所述多个已知点在所述小区内均匀分布；

S320：获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括AOA、TA、经度以及纬度信息；

S330：获取待定位点的AOA和TA信息；

S340：计算所有已知点的AOA与所述待定位点的AOA之差；

S350：找到所述AOA之差在设定范围内的已知点；

S360：根据所述找到的已知点和待定位点的TA和AOA计算所述找到的已知点与所述待定位点的距离相关数；本实施例中所述距离相关数的计算可以与实施例二中的方式相同；

S370：找到所述距离相关数在设定范围内的已知点；

S380：判断所述找到的距离相关数在设定范围内的所有已知点中任意两个已知点（其中，如果只找到一个已知点，则直接把找到的那个已知点的经度和纬度当作待定位点的经度和纬度）的距离是否小于设定的距离阈值：

如果小于，则取所述与待定位点的距离相关数在设定范围内所有点的平均经度和平均纬度作为所述待定位点的经度和纬度；

如果不小于，则根据位置将所述找到的已知点分为多个点群，并找到每个点群中心位置的经度和纬度，其中每个点群中任意两个已知点的距离小于所述设定的距离阈值；根据待定位点在最近的一个时间点的经度和纬度信息作为参考位置，选择一个点群中心位置的经度和纬度作为所述待定位点的经度和纬度。在时间比较短的情况下，可以认为离参考点位置最近的一个点群的中心位置即为终端的位置。

实施例四：

图7所示为本实施例一种单基站用户终端定位系统的结构示意图，所述系统包括：

数据库410，用于存储所述小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括AOA、TA、经度以及纬度信息；

输入输出接口420，用于获取待定位点的AOA和TA并传往计算分析模块；

计算分析模块430，用于从所述数据库获取小区内多个已知点的位置信息，根据所述已知点的位置信息找出至少一个AOA和TA与所述待定位点的AOA和TA最接近的已知点；并根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

本实施例的系统能够解决多径或者非直射波导致传统定位方式不准确的问题，在建筑物等障碍物很多的情况下，能够更加准确的定位。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种单基站用户终端定位方法，其特征在于，包括：

获取小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括信号到达角、时间提前量、经度以及纬度信息；

获取待定位点的信号到达角和时间提前量信息；

根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点；

根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个已知点在所述小区内均匀分布。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取小区内多个已知点的位置信息的步骤之前包括：对小区内多个点的位置信息进行测量形成多个已知点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点的步骤包括：

计算所有已知点的信号到达角与所述待定位点的信号到达角之差；

找到所述信号到达角之差在设定范围内的已知点；

根据所述找到的已知点和待定位点的时间提前量和信号到达角计算所述找到的已知点与所述待定位点的距离相关数；

找到所述距离相关数在设定范围内的已知点。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，找到所述距离相关数在设定范围内的已知点的步骤包括：找到与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息的步骤包括：获得与所述待定位点的距离相关数最小的两个已知点的经度和纬度信息，通过线性插值的方法得到所述待定位点的经度和纬度信息。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息的步骤包括：

所述找到的距离相关数在设定范围内的已知点大于等于两个；

判断所述找到的距离相关数在设定范围内的所有已知点中任意两个已知点的距离是否小于设定的距离阈值：

如果小于，则取所述与待定位点的距离相关数在设定范围内所有点的平均经度和平均纬度作为所述待定位点的经度和纬度；

如果不小于，则根据位置将所述找到的已知点分为多个点群，并找到每个点群中心位置的经度和纬度，其中每个点群中任意两个已知点的距离小于所述设定的距离阈值；根据待定位点在上一时间的经度和纬度信息选择一个点群中心位置的经度和纬度作为所述待定位点的经度和纬度。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述已知点与所述待定位点的距离相关数=待定位点的时间提前量的平方+已知点的时间提前量的平方-2×待定位点时间提前量×已知点的时间提前量×cos（已知点的信号到达角-待定位点的信号到达角）。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息的步骤包括：

所述找到的距离相关数在设定范围内的已知点为一个；

将该已知点的经度和纬度当作用户终端在待定位点的经度和纬度信息。

10.一种单基站用户终端定位系统，其特征在于，包括：

数据库，用于存储所述小区内多个已知点的位置信息，所述位置信息包括信号到达角、时间提前量、经度以及纬度信息；

输入输出接口，用于获取待定位点的信号到达角和时间提前量信息并传往计算分析模块；

计算分析模块，用于从所述数据库获取小区内多个已知点的位置信息，根据所述已知点的位置信息找出至少一个信号到达角和时间提前量与所述待定位点的信号到达角和时间提前量最接近的已知点；并根据所述找到的至少一个已知点的经度和纬度信息计算出所述待定位点的经度和纬度信息。

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