CN106658700A

CN106658700A - 无线定位装置以及无线定位方法

Info

Publication number: CN106658700A
Application number: CN201510716447.3A
Authority: CN
Inventors: 游佳; 余擎旗; 霍燚; 孙毅; 孔小玲
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-10
Also published as: WO2016188163A1

Abstract

本发明提供了一种无线定位装置以及无线定位方法，所述装置包括：统计模块，用于定时更新各基站之间的时间差以及从用户设备接收第一测量信息；定位计算模块，与所述统计模块相连，用于根据各基站之间的时间差以及所述第一测量信息计算用户设备到各小区的距离差，其中所述各小区为用户设备所在源小区以及源小区的多个邻区；以及定位服务器模块，与所述定位计算模块相连，用于根据所述用户设备到各小区的距离差通过多条曲线对用户设备定位。本发明的技术方案能够提高对用户设备定位的精度。

Description

无线定位装置以及无线定位方法

技术领域

本发明涉及无线网络对终端定位过程，特别涉及提高无线定位精度的无线定位装置以及无线定位方法。

背景技术

移动通信领域是近年来竞争最激烈的行业之一。运营商越来越需要差异性的业务来提高竞争力，LCS业务(Location Services，位置业务)是被普遍看好的一种移动增值业务。在WCDMA系统中，目前就有三种主流技术可以实现移动定位，即基于RTT(Round-trip Time:环回时间，下文直接简称RTT)的定位技术、指纹算法定位技术、AGPS(Assisted Global Positioning System，辅助全球定位系统)定位技术。但是，三种定位技术在实际的应用中，由于算法本身的特点，都存在不足。

方案一是基于RTT的定位技术，主要是根据网络侧对信号帧进行RTT测量值，UE(User Experience，用户设备体验，简称用户设备)测量报告MR(Measure Report，测量报告)里携带的用户设备处理无线信号时延TD(RxTxTimeDiff，又称为UE的收发时间差TD)值，计算UE距离基站天线口的距离。该技术存在如下不足，由于RTT和UE处理无线信号时延TD测量的对象都是专用信道(简称为DCH，Data Channel)，因此要同时对多个基站进行测量，UE就必须处于切换状态。例如，要对UE较精确定位，需要对3个基站同时进行RTT定位，UE必须处于3方切换状态，而且参与切换的小区必须在不同的3G移动基站(也可简称为Node B)，这在大多数情况下满足该条件的概率非常小，因而导致UE定位精度存在较大误差。

方案二是采用指纹算法定位技术，主要是利用事先已经测试好的先验指纹信息，建立指纹数据库，然后根据UE测量报告里携带的RSCP(Received SignalCode Power，接收信号码功率，也俗称为电平值)信息，或无线侧接收的RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号的强度指示)信息，根据无线传播模型，查询指纹数据库，定位UE的位置。该技术在实际应用时存在如下不足：1、事先需要通过大量的测试数据建立指纹数据库，需要耗费大量的人力，物力，时间，并且地理环境一旦变化，需要重新测试采集；2、根据UE上报的RSCP信息定位UE位置，由于UE所处的位置(室内或者室外)，是否被建筑遮挡，UE的天线方向，都会导致UE上报的RSCP波动很大，这样就导致定位精度存在一定误差。上述所述的这些不足也限制了指纹算法在实际商用网中的应用。

AGPS定位技术是网络辅助的GPS定位技术，网络负责收集GPS卫星相关的信息，并在需要进行定位的情况下，将所获得的GPS辅助数据，包括GPS参考时间、GPS卫星ID(identification，身份信息)、GPS捕获辅助数据(多普勒频移搜索窗、伪距搜索窗等)、GPS星历以及参考小区的UTRANGPS小区帧定时测量值等，下发给被定位UE。UE通过收到的GPS辅助数据实现快速定位，并将定位结果反馈给网络侧。AGPS是目前已知精度最高的定位方法。能够满足绝大多数位置业务的需要。但由于UE在硬件上要支持接收GPS卫星信号，成本较昂贵，市场上很多主流的终端品牌目前都不支持A-GPS功能，从而也限制了AGPS定位的应用。

综上所述，现有的无线定位装置成本昂贵，并且定位精度存在较大误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线定位装置以及无线定位方法，能够提高对用户设备定位的精度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种无线定位装置，所述装置包括：

统计模块，用于定时更新各基站之间的时间差以及从用户设备接收第一测量信息；

定位计算模块，与所述统计模块相连，用于根据各基站之间的时间差以及所述第一测量信息计算用户设备到各小区的距离差，其中所述各小区为用户设备所在源小区以及源小区的多个邻区；以及

定位服务器模块，与所述定位计算模块相连，用于根据所述用户设备到各小区的距离差通过多条曲线对用户设备定位。

进一步地，第一测量信息包括用户设备在各个小区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O。

进一步地，所述统计模块根据所接收到的第一测量信息每间隔一个预设的时间计算各基站间的时间差，并统计所述时间差至数据表中。

进一步地，各基站间的时间差为利用用户设备分别在各小区的环回时间相关计算得到。

进一步地，所述小区的数目为两个以上。

本发明实施例还提供了一种无线定位方法，所述方法包括：

定时更新各基站之间的时间差以及从用户设备接收第一测量信息；

根据各基站之间的时间差以及所述第一测量信息计算用户设备到各小区的距离差，其中所述各小区为用户设备所在源小区以及源小区的多个邻区；

根据所述用户设备到各小区的距离差通过多条曲线对用户设备定位。

进一步地，所述第一测量信息包括用户设备在各个小区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O。

进一步地，所述定时更新各基站之间的时间差包括：

根据所接收到的第一测量信息每间隔一个预设的时间计算各基站间的时间差，并统计所述时间差至数据表中。

进一步地，所述小区的数目为两个以上。

本发明的实施例具有以下有益效果：通过用户设备在测量报告里上报的源小区和多个邻区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O，以及预先统计好的基站间时钟差值，能够较精准的定位用户设备的位置，相比现有技术，本发明不需要用户设备处于切换状态，因为用户设备只要与网络中某一小区建立连接，就会周期性上报测量报告，测量报告里携带源小区和多个邻区的码偏TM超帧偏Cs以及帧偏TO，从而能够提高单站的定位精度。

附图说明

图1所示为根据本发明的实施例，无线定位装置的结构示意图；

图2所示为根据本发明的实施例，无线终端定位方法的流程示意图；

图3所示为根据本发明的实施例，无线终端定位方法的流程示意图；

图4是所示为根据本发明的实施例，通过多条曲线交集定位用户设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例针对现有技术中定位方式复杂，精度较差以及成本昂贵等问题，提供一种便捷、精确以及低成本的定位方法。

本实施例提供一种无线定位装置，所述装置包括：

进一步地，各基站间的时间差为利用用户设备分别在各小区的环回时间相关计算得到。进一步地，所述小区的数目为两个以上。

本实施例通过用户设备在测量报告里上报的源小区和多个邻区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O，以及预先统计好的基站间时钟差值，能够较精准的定位用户设备的位置，相比现有技术，本发明不需要用户设备处于切换状态，因为用户设备只要与网络中某一小区建立连接，就会周期性上报测量报告，测量报告里携带源小区和多个邻区的码偏TM超帧偏Cs以及帧偏TO，从而能够提高单站的定位精度。

本实施例还提供了一种无线定位方法，所述方法包括：

进一步地，所述定时更新各基站之间的时间差包括：

如图1所示为根据本发明的实施例，无线定位装置100的模块图。如图所示，所述无线定位装置中包括统计模块102、定位计算模块104以及定位服务器模块106。由图1可知用户设备108分别与统计模块102以及定位服务器模块106相连，统计模块102与定位计算模块104相连，定位计算模块104与定位服务器模块106相连。如图可知，用户设备108根据需求将第一定位请求信息发送给定位服务器模块106，定位服务器模块106获取第一定位请求信息后，用户设备108将第一测量信息发送给统计模块102。统计模块102用于分析所述第一测量信息并获取第一测量信息以及各基站间的时间差，并将第一测量信息以及基站间的时间差发送给定位计算模块104。这里所述的第一测量信息中包括用户设备108所在源小区以及多个邻区的T_M(码偏，范围为：0-38399)、超帧偏C_s(count C-SFN-High，范围为：0-15)，帧偏OFF T_O(范围为：0-255)以及源小区的多个邻区所属的基站间的时间差值。计算定位模块104根据所接收的所述第一测量信息以及各基站间的时间差，计算用户设备108到源小区以及和邻区的距离差，在计算出距离差之后，将计算所得的用户设备108到源小区和多个邻区的距离差反馈至定位服务器模块106。定位服务器模块106通过多条曲线的交集定位用户设备108的位置。

具体地，为实现上述定位用户设备108的位置，无线定位装置100需要根据用户设备108的测量报告里上报的用户设备当前激活集小区的超帧偏Cs、帧偏OFF T_O和码偏T_M，扰码PSC，找到激活集小区属于的基站，然后计算这些基站两两之间的时间差，并记录到后台基站时间差数据表中。其中，计算各基站之间的时间差包括：找到用户设备108所在的源小区以及源小区的邻区所属的基站，具体来说，无线定位装置100根据用户设备108上报的局部标识信息，即主扰码，以及无线定位装置100内部维护的小区标识全局信息找到对应小区的ID，进而根据小区ID找到该小区属于的基站；得到用户设备108所处的基站后，由于现网一般用户设备的切换比例控制在30％左右，利用这些用户设备就可以确定基站间基准时间差。

在一个实施例中，比如在T1时刻，现网某一用户设备终端U1处于切换状态，同时与基站小区C1和基站小区C2有链接，则根据这个时候用户设备U1的测量报告里上报的用户设备U1在基站小区C1里的T_M1/T_O1/C_s1，在基站小区C2里的T_M2/T_O2/C_s2值，用户设备U1在基站小区C1和C2的处理无线信号时延TD1/TD2值，以及网络端对信号帧进行RTT测量值获取的U1分别在同时与基站小区C1和同时与基站小区C2里的RTT1，RTT2值，计算如下：

假设U1分别到基站小区C1和基站小区C2天线口的距离为L1，L2，则：

L1＝39.0625*(RTT1/16+876-(TD1/16+768))……(1)

L2＝39.0625*(RTT2/16+876-(TD2/16+768))……(2)

其中，假如1chip＝光速/3.84Mcps＝300000000(米/秒)/3840000(兆周/秒)＝78.125米，Mcps表示兆周/秒。RTT1表示的是基站小区C1在天线口发射和接收的时延。范围0～32767，精度是1/16，单位为chip，876是RTT1上报值与映射值的所使用的固定值；TD为U1处理无线信号时延(范围0～8191，精度是1/16，单位为chip),768是TD上报值与映射值的所使用的固定值。因此U1到基站小区C1和基站小区C1的距离差为：

L1-L2＝39.0625*[(RTT1-RTT2)/16-(TD1-TD2)/16]……(3)

由于U1测量上报的在基站小区C1和基站小区C2的T_M1、C_S1和T_O1与T_M2、C_S2和T_O2值之间的差值反映了两个基站小区C1、C2的时间差和U1分别到两个基站小区C1、C2的距离的时间差之和。所以则有：

((C_S1×256+T_O1)-(C_S1×256+T_O2))×38400+(T_M1-T_M2)＝T₁₂+(L1-L2)/78.125……(4)

其中T₁₂为基站小区C1与基站小区C2的时间差；38400为一帧对应的码片数。

则公式(4)简化为：

T₁₂＝((C_S1×256+T_O1)-(C_S1×256+T_O2))×38400+(T_M1-T_M2)-(L1-L2)/78.125……(5)

其中T_M1、C_S1、T_O1、T_M2、C_S2、T_O2和(L1-L2)已知，则基站小区C1与基站小区C2的时间差T₁₂可得。同理全网各基站的时间差也可以获得。

在具体定位情况下，由于各基站的时钟可能会随时间出现偏移，因此发明采用如上所公开的方法每小时更新基站间时间差数据表。当用户设备108获得个基站之间的时间差后，定位计算模块104可以根据测量报告中的源小区和多个源小区的邻区的T_M、C_S和T_O值，以及在上述中已经统计的各基站间时间差数据表，无线定位装置100对需要定位的用户设备108进行定位。

具体地，无线定位装置100通过测量报告消息，搜集被定位用户设备108上报的源小区和源小区的多个邻区的T_M、C_S和T_O。在一个实施例中，被定位的用户设备108上报源小区A和源小区的两个相邻区B、C的T_M、C_S和T_O值，分别为T_MA、C_SA、T_OA、T_MB、C_SB、T_OB，T_MC、C_SC和T_OC；另外根据无线定位装置100维护的各基站间时钟差数据表，查找源小区A和邻区B、C所属基站间的时间差值。

根据公式(5)可知用户设备108在小区A、小区B和小区C到两两小区的距离的时间差为：

(LA-LB)/78.125＝((C_SA×256+T_OA)-(C_SB×256+T_OB))×38400+(T_MA-T_MB)-T_AB……(6)

(LA-LC)/78.125＝((C_SA×256+T_OA)-(C_SC×256+T_OC))×38400+(T_MA-T_MC)-T_AC……(7)

(LB-LC)/78.125＝((C_SB×256+T_OB)-(C_SC×256+T_OC))×38400+(T_MB-T_MC)-T_BC……(8)

其中(LA-LB)/78.125表示用户设备108到小区A和邻区B的距离的时间差；其中(LA-LC)/78.125表示用户设备108到小区A和邻区C的距离的时间差；其中(LB-LC)/78.125表示用户设备108到小区B和邻区C的距离的时间差。由于T_MA、C_SA、T_OA、T_MB、C_SB、T_OB，T_MC、C_SC和T_OC以及T_AB、T_AC和T_BC可以通过上述方法求得并在基站时间差的数据表中查询得到，所以用户设备108到小区A和邻区B的距离的时间差(LA-LB)/78.125；用户设备108到小区A和邻区C的距离的时间差(LA-LC)/78.125和用户设备108到小区B和邻区C的距离的时间差(LB-LC)/78.125可求。

用户设备108到小区A、B、C的距离时间差乘以78.125，就得出用户设备分别到小区A、B、C的距离差，其单位为米。

定位计算模块104在计算出用户设备108到小区A和邻区B、C的距离差后反馈至定位服务器模块106，定位服务器模块106通过多条曲线的交集定位用户设备108的位置。本发明将在下文中列举具体的实施例来描绘各曲线确定用户设备108位置的方法。

如图2所示为根据本发明的实施例，无线定位装置定位的流程图。如图2所示，步骤202，无线定位装置100内的统计模块102接收用户设备的第一测量信息。步骤204，无线定位装置100内的统计模块102更新各基站间时间差数据表，具体方法可参考上述方法。步骤206，无线定位装置100内的定位计算模块104计算用户设备108到源小区和源小区的多个邻区的距离差。步骤208，无线定位装置100内的定位服务器模块106根据源小区和源小区的多个邻区的距离差利用圆弧交集定位用户设备108的终端位置。

在另一个实施例中，无线定位装置100会判断用户设备108的状态并根据用户设备108所处的状态来实施定位。具体地，如图3所示为根据本发明的一个实施例，确定用户设备108位置的方法流程图。如图3所示，步骤302，无线定位装置100内的统计模块102定时更新各基站间的时间差数据表。步骤304，无线定位装置100对用户设备108发起定位指令。步骤306，无线定位装置100检测被定位的用户设备108是否处于连接状态，具体可有无线定位装置100内的定位服务器模块106来判断用户设备108是否连接上。如果用户设备108处于与网络断开状态，则执行，步骤308，无线定位装置100下发寻呼指令，触发用户设备108连接并获取用户设备108的测量报告信息。反之如果用户设备108已经连接上定位服务器模块106，则执行步骤310，无线定位装置100直接获取用户设备108的测量报告信息。步骤312，获取到用户设备108的测量报告信息后，无线定位装置100内的定位计算模块104根据用户设备108的测量报告内携带的信息，以及各基站间的时间差，计算用户设备108到源小区以及源小区多个邻区的距离差，其中测量报告内携带的信息与各基站间的时间差被称为第一测量信息，其中测量报告的信息包括用户设备108所在源小区以及多个邻区的T_M(码偏，范围为：0-38399)、超帧偏C_s(count C-SFN-High，范围为：0-15)，帧偏OFF T_O(范围为：0-255)。

无线定位装置100内的定位计算模块104计算出用户设备108到源小区以及源小区多个邻区的距离差后(具体计算方法可参照上述方法)，执行步骤314，无线定位装置100内的定位服务器模块106根据用户设备108到源小区以及源小区多个邻区的距离差，建立多条抛物线，根据各抛物线的交集确定用户设备108的最终位置。

如图4所示，为根据本发明的一个实施例，通过多条曲线交集定位用户设备108的示意图；首先无线定位装置100在T1时刻更新基站间时间差数据表。假定现网中某一用户设备U2处于切换状态，同时与基站小区C3和基站小区C4有链接，测量报告里，U2在基站小区C3的T_M3为26048、C_S3为0、T_O3为230，TD1：1024，U2在基站小区C4的T_M4为17276、C_S4为0、T_O3为126，TD2：1280，网络端获取的U2分别在基站小区C3和基站小区C4里的RTT3，RTT4值分别为4750、5641。

根据公式3，U2到基站小区C3和基站小区C4的距离差为：

L3-L4＝39.0625*[(1280-1024)-(RTT4-RTT3)/16]＝7824.7米

根据公式4，计算基站小区C3所属基站3和基站小区C4所属基站4的时间差：

T₃₄＝((C_S3×256+T_O3)-(C_S3×256+T_O4))×38400+(T_M3-T_M4)-(L3-L4)/78.125＝4002271.84chip，每chip为78.125米

这样，根据以上计算结果，更新基站3和基站4的时间差，同理更新全网的基站时间差，每间隔一小时，更新一次基站时间差数据表。

接下来对被定位U2进行定位，首先判断被定位U2的状态，如果U2为断开状态，无线定位装置100需要通过寻呼消息对被定位U2发起寻呼，触发U2与无线定位装置100中的定位服务器模块106连接。然后根据U2的测量报告，获取本方案定位所需信息。反之，获取U2的测量信息报告，获取本方案定位所需信息。无线定位装置100获取到被定位用户设备U2测量报告里携带的源小区和邻区的T_M、C_S以及T_O的值后，从统计模块102的时间差数据表中提取相关基站间的时间差值，根据所获取的信息计算U2到源小区和源小区邻区的距离差。

在一个实施例中，被定位用户设备U2上报源小区A和源小区的多个邻区B、C的T_M、C_S以及T_O值分别为T_MA为9217、C_SA为0、T_OA为1、T_MB为21858、C_SB为0、T_OB为184、T_MC为17696、C_SC为0、T_OC为219。根据预先更新的基站间时间差数据表，获取小区A、B、C所属基站的时间差，设基站A与基站B时间差为-7039662chip，设基站A与基站C时间差为-8379354chip,基站B与基站C时间差为-1339262chip，根据公式5，U2到小区A和小区B的距离时间差为：

(LA-LB)/78.125＝((C_SA×256+T_OA)-(C_SB×256+T_OB))×38400+(T_MA-T_MB)-T_AB＝-179chip

根据公式6，U2到小区A和小区C的距离时间差为：

(LA-LC)/78.125＝((C_SA×256+T_OA)-(C_SC×256+T_OC))×38400+(T_MA-T_MC)-T_AC＝-325chip

根据公式7，UE到小区B和小区C的距离时间差为：

(LB-LC)/78.125＝((C_SB×256+T_OB)-(C_SC×256+T_OC))×38400+(T_MB-T_MC)-T_BC＝-576chip

U2到小区A、B、C的距离时间差乘以78.125，就得出U2到小区A、B、C的距离差，单位为米

如图3所示，A、B、C分别表示基站小区A、基站小区B、基站小区C，，U2至基站小区A、基站小区B、基站小区C的距离根据上述方程已求，分别作曲线AC、曲线AB以及曲线BC，曲线的交集即为用户设备U2的位置。

在本实施实例中，由于用户设备U2的测量报告以一定的周期上报，因此在一定间隔时间里计算用户设备U2位置信息时，会有多个U2的测量报告消息样本，本方案在取用样本时，尽量选用测量报告消息里携带的RSCP和ECIO(Energy Chip interfere other cell,码片的能量与接收总频谱密度的比值)好的样本值，比如满足RSCP>-85dBm、ECIO>-8dB。

综上所述：本发明通过采用用户设备U2测量报告消息里携带的源小区和源小区的多个邻区的T_M、C_S以及T_O的值，结合无线定位装置预先统计的源小区和源小区的邻区所属基站间的时钟差，计算用户设备U2到源小区和源小区的多个邻区的距离差，从而提供了多条曲线定位的方式，相比原来的单点圆弧定位，提高了定位精度。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同物理上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述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技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无线定位装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的无线定位装置，其特征在于，第一测量信息包括用户设备在各个小区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O。

3.根据权利要求1所述的无线定位装置，其特征在于，所述统计模块根据所接收到的第一测量信息每间隔一个预设的时间计算各基站间的时间差，并统计所述时间差至数据表中。

4.根据权利要求3所述的无线定位装置，其特征在于，各基站间的时间差为利用用户设备分别在各小区的环回时间相关计算得到。

5.根据权利要求1所述的无线定位装置，其特征在于，所述小区的数目为两个以上。

6.一种无线定位方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述第一测量信息包括用户设备在各个小区的码偏T_M、超帧偏C_s以及帧偏T_O。

8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述定时更新各基站之间的时间差包括：

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，为利用用户设备分别在各小区的环回时间相关计算得到。

10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述小区的数目为两个以上。