CN105636192B - 一种终端的定位方法及定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种终端的定位方法及定位装置。所述定位方法，包括：获取基站与终端间的测量数据；根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息。上述方案通过对获取得到的收发时间差进行修正，使得修正后的收发时间差更加准确，减小了误差，进而减小了依据收发时间差得到的终端到基站的距离的误差，使得终端的定位信息更加精确，提高了终端定位的精准度。

Description

一种终端的定位方法及定位装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种终端的定位方法及定位装置。

背景技术

在日常生活中，定位一个目标及与其通信的能力可以形成这样一种组合应用，即使得大范围的基于位置的业务——导航、基于位置的广告、跟踪儿童、汽车或甚至在押罪犯。这也促使移动电话应该具有定位能力。另一个较强动机来自美国联邦通信委员会(FCC)的需求，即无论是固定还是移动电话，在发生紧急呼叫时必须具备较高的定位精度。

在蜂窝移动通信系统中，基站获取移动终端的具体位置信息对于网络性能的分析也具有重要的意义。移动终端知道其所在位置最直观的方法是使用GPS接收机，这种技术完全独立于蜂窝网络，而且极大地依赖GPS系统。FCC要求在美国所有的移动运营商到2013年1月份前遵守“E911第二阶段”需求。对基于UE(User Equipment，用户终端)的技术如GPS：(1)67％的紧急呼叫定位精度要达到50m的要求；(2)80％的紧急呼叫定位精度要达到150m的要求。GPS能较为容易的达到精度要求，但无法保证有效性，这是由于在城区及室内卫星信号可能会阻塞。

事实上，蜂窝移动通信网络本身就可以通过每个小区的覆盖区域大致了解与其通信的移动终端所处的位置。在理想的开阔环境下，传输路径无明显障碍物，传输为视距传输。这时通过上述技术能够大幅提高定位的精度。但是在现实应用当中，绝大多数情况无线环境是较为复杂的，尤其是在市区等建筑物密集的地方，无线电波的传输是要经过多次的反射和折射，形成多径传输，如图1所示。

从图1中看到，无线信号在经过反射折射后，必然会相对于视距传输产生时延d，且服务小区半径越大，时延越大。这样在进行终端定位时就会产生一定的误差，且无线环境越复杂、服务小区半径越大，误差的影响就越严重，这会导致定位的精度大打折扣。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种终端的定位方法及定位装置，用以解决现有的无线信号在经过反射折射后，必然会相对于视距传输产生时延，且无线环境越复杂、服务小区半径越大，误差的影响就越严重，这会导致定位的精度大打折扣的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种终端的定位方法，包括：

获取基站与终端间的测量数据；

根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息。

进一步地，所述对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差的步骤具体为：

利用公式：RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，

α为修正因子；RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值。

进一步地，通过公式：

获取得到所述修正因子；其中，

T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

进一步地，所述根据所述修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离的步骤具体为：

通过公式：计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c为光速。

进一步地，所述定位方法，还包括：

获取基站的地理坐标信息；

根据所述地理坐标信息以及第一定位信息，获取终端的第二定位信息。

本发明实施例提供一种终端的定位装置，包括：

第一获取模块，用于获取基站与终端间的测量数据；

第二获取模块，用于根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

修正模块，用于对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

第三获取模块，用于根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

第四获取模块，用于根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息。

进一步地，所述修正模块利用公式：

RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，

α为修正因子；RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值。

进一步地，通过公式：

获取得到所述修正因子；其中，

T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

进一步地，所述第三获取模块具体为：

通过公式：计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c为光速。

进一步地，所述定位装置，还包括：

第五获取模块，用于获取基站的地理坐标信息；

确定模块，用于根据所述地理坐标信息以及第一定位信息，获取终端的第二定位信息。

本发明的有益效果是：

上述方案，通过对获取得到的收发时间差进行修正，使得修正后的收发时间差更加准确，减小了误差，进而减小了依据收发时间差得到的终端到基站的距离的误差，使得终端的定位信息更加精确，提高了终端定位的精准度。

附图说明

图1表示现有的信号的多径传输示意图；

图2表示本发明实施例的所述定位方法的总体流程图；

图3表示OFDM调制中插入循环前缀的符号载波前后对比示意图；

图4表示插入循环前缀的OFDM符号的波形图；

图5表示本发明实施例的所述定位装置的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明针对现有的在进行终端定位时，因未考虑无线信号在经过反射折射后，必然会相对于视距传输产生时延，且无线环境越复杂、服务小区半径越大，误差的影响就越严重，这会导致定位的精度大打折扣的问题，提供一种终端的定位方法及定位装置。

如图2所示，本发明实施例提供一种终端的定位方法，包括：

步骤10，获取基站与终端间的测量数据；

步骤20，根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

步骤30，对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

步骤40，根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

步骤50，根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息。

上述实施例，通过对收发时间差进行修正，然后依据收发时间差计算得到终端到基站的距离，然后依据此距离与基站天线的到达角得到终端的定位信息，此种终端定位的方式，提高了定位的准确度，同时提高了网络的可靠性。

应当说明的是，所述第一定位信息为依据终端到基站的距离和基站天线的到达角得到的终端的极坐标信息。

应当说明的是，本发明以实现终端在TD-LTE网络中的定位为例进行说明。

本发明通过利用RTTD(UE收发时间差)和AOA(eNB天线到达角)可采集的数据更加具体准确的定位UE的位置。现网中，我们通过测量报告来得到RTTD和AOA。

MR(Measurement Report，测量报告)是指信息在业务信道上每480ms(信令信道上470ms)发送一次数据，这些数据可用于网络评估和优化。测量报告由UE和eNodeB(EvolvedNode B，即演进型Node B简称eNB，LTE中基站的名称)完成，UE执行并上报小区下行电平强度、质量等数据，eNodeB执行并上报上行UE的接收电平强度和质量的测量。测量报告的处理通常在eNodeB完成。基于传统的网络优化方法，只能通过路测、定点测试来获得用户感受信息，如网络覆盖情况、通话质量情况等，而路测和定点测试往往只能对一些主干道、重点场所进行测试，所获得的采样点数据相对于MR的用户信息要少得多，因此分析的结果存在片面性。如果用MR数据代替大量的例行路测和定点测试，以用户实际发生通话时的测量报告来评价网络，既可以节约运维成本，而且比路测和定点测量更有针对性，还能对这些采集的数据进行挖掘，分析用户的行为模式以及在小区中的分布等信息，方便制定网络优化策略。

RTTD反映UE到服务基站的信号传播时间，是反映UE与服务基站距离的主要指标。在测量报告的MRO文件(记录原始MR采样数据)中可以上报RTTD数据，本测量数据表示接收的TD-LTE服务小区UE收发时间差的原始测量值(即Uu口上报的测量报告中的测量值)，其单位符合时间测量量纲。

取值范围如表1所示，其中第1列表示OMC-R北向接口实际上报的样本值，取值类型为整型。

表1 RTTD数据上报值以及对应的取值范围

应当说明的是，在采集到每个终端的关于RTTD的上报值后，会依据所述上报值找到每个上报值对应的RTTD区间，然后依据所述区间，获取得到本发明实际要用到的终端的RTTD，应当说明的是，在由所述区间获取得到所述RTTD时，可依据网络运营商的需求完成，通常的实现方法为：依据所述区间取区间的中值或区间的最小值。比如获取的终端A的上报值为2046，此上报值对应的RTTD区间范围为4092≤T_UERx-Tx<4094，根据网络运营商制定的规则取区间中值，则上报值2046对应的RTTD为4093。

RTTD数据可用于分析终端的分布情况，用于判断过覆盖及覆盖盲区的情况，优化小区参数。

虽然可以依据RTTD数据得到终端到基站的距离，但无法确定终端的方位信息，因此需要结合AOA数据。

AOA定义的是一个用户UE相对基站某参考方向的估计角度，3GPP规定测量参考方向应为地理学意义上的正北，AOA的值是在逆时针方向的一个正数。

eNodeB利用来自UE的上行传输估计AOA。eNodeB的天线配置是AOA估计的关键因素。对于一个均匀间隔的天线矩阵，在任意相邻阵子上接收信号其相位固定旋转a。a值是AOA、天线阵子间距以及载波频率的函数。后两个参数eNodeB已知，因此可估计AOA。在获取得到AOA和RTTD的情况下，UE的位置可估计出来。

AOA可在测量报告中的MRO文件中上报，精度为5度。适用于eNodeB具有多天线的情况，当天线个数小于等于2时，本测量项取值为NIL(即为空值，也就是说当天线个数小于等于2时，AOA没有测量取值)，应当说明的是，本发明的方案不适用于2G网络。取值范围如表2所示，如0度到小于5度为一个区间，对应MR.AOA.00；355度到小于360度为一个区间，对应MR.AOA.71，依此类推。

表2 AOA数据上报值以及对应的取值范围

应当说明的是根据上报数据获取AOA的过程与获取RTTD的过程类似，比如：当获取的一终端的与AOA相关的上报值为MR.AOA.00时，此上报值对应的AOA区间范围为0≤AOA_ANGLE<5，根据网络运营商制定的规则取区间中值，则上报值MR.AOA.00对应的AOA为2.5。

应当说明的是，在得到终端对应的AOA后，便可确定终端与基站的方向角度，即确定了终端的方位信息。

应当说明的是，本发明中只是对所述根据上报数据获取RTTD和AOA的方法进行了简要的介绍，现有技术中已有较完善的实现方案，因此在本发明中不再进行详细的说明。

再获取得到所述RTTD后，便是运用此RTTD计算得到终端到基站的距离，本发明中为了更准确的得到所述距离，提出使用循环前缀修正RTTD的方法，在进行修正的具体描述前，先简要介绍下循环前缀的技术原理。

为了有效地对抗多径时延扩展，LTE网络中采用了OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，即正交频分复用技术)调制，通过把输入的数据流串并变换到N个并行的并且相互正交的子信道上，使得每个调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低N倍。为了最大限度地消除符号间干扰(ISI)，还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔(Guard Interval,GI)，且该保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。然而在这种情况下，由于多径传播的影响，会产生信道间干扰(ICI)，即子载波间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰。为了消除由于多径传播所造成的ICI，一种有效的方法是将原来宽度为T的OFDM符号进行周期扩展，用扩展信号来填充保护间隔。将保护间隔内(持续时间用Tg表示)的信号称为循环前缀(Cyclic Prefix,CP)。循环前缀中的信号与OFDM符号尾部宽度为Tg的部分相同，如图3所示，在未加入循环前缀前，IFFT(IFFT为FFT的逆变换，FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法)的输出为256个数据符号，在加入循环前缀后，OFDM的数据符号增加到(256+Ncp)个。

在实际系统中，OFDM符号在送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后送入信道进行传送，加入循环前缀的OFDM信号的波形如图4所示。在接收端，首先将接收符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，然后将剩余的宽度为T的部分进行傅立叶变换，然后进行解调。在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在一个FFT周期内，OFDM符号的时延副本所包含的波形周期个数也是整数，因此，此时的时延对于每一个子载波来说只是相当于进行相位的旋转，这个旋转不会在解调过程中产生ICI。

可以看到，插入循环前缀是将OFDM符号末端长度为Tg的部分复制并插入到OFDM符号前端，OFDM符号长度从T增加到T+Tg。这样就可以补偿无线信号反射折射带来的时延，保护OFDM信号子载波间的正交性。

基于上述循环前缀的技术原理，本发明中提出了通过修正因子α来对定位中多径时延带来的误差进行补偿，这里我们取

其中，T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

在定位UE到服务小区距离L时，我们利用公式：RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值。此种方式，有效的补偿了多径时延对于UE收发时间差的影响，达到对UE的定位信息进行修正的目的。

应当说明的是，本发明中采用常规CP，所以RTTD的修正精度提高了＝7.25％。

在进行了RTTD的修正后，便是依据修正后的RTTD计算终端到基站的距离L，本发明中通过采用公式：

计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c表示光速。

在获取得到终端到基站的距离后，便可根据所述距离和上述获取得到的AOA，获取得到终端的极坐标信息，根据所述极坐标信息便能得到所述终端的具体方位信息，通常在使用的时候，一般是以经纬度定位终端以及基站的方位信息，因此，本发明的另一实施例中，所述定位方法，还包括：

步骤60，获取基站的地理坐标信息；

步骤70，根据所述地理坐标信息以及所述极坐标信息，获取终端的第二定位信息。

所述步骤60具体为：通过寻呼、路由区更新获取服务eNodeB或小区的信息，定位UE服务小区的地理坐标，得到UE位置的大致估计，其精度和小区半径在同一量级上。应当说明的是，所述步骤60在现有技术中已有完善的实现方式，在此不再赘述。

需要说明的是，所述第二定位信息即为终端的经纬度信息，将所述终端的位置信息变换为以经纬度进行定位后，使得在获取终端的位置信息时不再依赖于基站的相对位置。

在通过一一分析基站中的测量数据，一一得出每个终端的定位信息后，可以依据与所述基站有信息交互的所有终端的定位信息再进行后续的数据处理，比如分析基站的电平分布等。

上述方案，充分考虑到了在复杂无线环境下多径时延对定位精度的影响，借鉴了循环前缀在多径时延的情况下保护OFDM符号子载波正交性的技术原理，提出了基于循环前缀的修正因子，简单有效的补偿了原有定位技术中较大的误差；在基本没有增加运算复杂度的前提下，提高了UE定位的精度。

如图5所示，本发明实施例提供一种终端的定位装置，包括：

第一获取模块100，用于获取基站与终端间的测量数据；

第二获取模块200，用于根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

修正模块300，用于对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

第三获取模块400，用于根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

第四获取模块500，用于根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息。

进一步地，所述修正模块300利用公式：

RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，

α为修正因子；RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值。

进一步地，通过公式：

获取得到所述修正因子；其中，

T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

进一步地，所述第三获取模块400具体为：

通过公式：计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c为光速。

进一步地，所述定位装置，还包括：

第五获取模块，用于获取基站的地理坐标信息；

确定模块，用于根据所述地理坐标信息以及第一定位信息，获取终端的第二定位信息。

应当说明的是，该定位装置是与上述定位方法相对应的定位装置，上述定位方法的所述实现方式均适用于该定位装置实施例中，也能达到与上述定位方法相同的技术效果。

以上所述的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人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种终端的定位方法，其特征在于，包括：

获取基站与终端间的测量数据；

根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息；

所述对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差的步骤具体为：

利用公式：RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，

α为修正因子；RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值；

通过公式：

获取得到所述修正因子；其中，

T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

2.根据权利要求1所述的终端的定位方法，其特征在于，所述根据所述修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离的步骤具体为：

通过公式：计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c为光速。

3.根据权利要求1所述的终端的定位方法，其特征在于，还包括：

获取基站的地理坐标信息；

根据所述地理坐标信息以及第一定位信息，获取终端的第二定位信息。

4.一种终端的定位装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取基站与终端间的测量数据；

第二获取模块，用于根据所述测量数据分别获取终端的收发时间差和基站天线的到达角；

修正模块，用于对所述收发时间差进行修正处理，得到修正后的收发时间差；

第三获取模块，用于根据修正后的收发时间差，获取终端到基站的距离；

第四获取模块，用于根据所述距离以及所述到达角，获取终端的第一定位信息；

所述修正模块利用公式：

RTTD_修正后＝α×RTTD_上报计算得到修正后的收发时间差；其中，

α为修正因子；RTTD_上报为根据测量数据获取的收发时间差；RTTD_修正后为对收发时间差修正后的修正值；

通过公式：

获取得到所述修正因子；其中，

T为插入循环前缀前调制符号的长度；Tg为循环前缀的长度。

5.根据权利要求4所述的终端的定位装置，其特征在于，所述第三获取模块具体为：

通过公式：计算得到终端到基站的距离；其中，

L表示终端到基站的距离；c为光速。

6.根据权利要求4所述的终端的定位装置，其特征在于，还包括：

第五获取模块，用于获取基站的地理坐标信息；

确定模块，用于根据所述地理坐标信息以及第一定位信息，获取终端的第二定位信息。