CN110536413B - 一种lte基站gps定位的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种LTE基站GPS定位的方法及系统，涉及无线通信技术领域，记录测量设备在所有GPS测量位置上接收所述帧头信息的接收时刻；以最小的接收时刻所对应的GPS测量位置为圆心，设置圆形网格，每个网格的交点即为所述LTE基站的估计GPS定位；根据测量设备在该GPS测量位置的接收时刻减去所述时间差，得到每个估计GPS定位相对于该GPS测量位置的帧头发射时刻；计算每个估计GPS定位的多个发射时刻的方差，方差最小的一组数据所对应的估计GPS定位，即为待测LTE基站的GPS定位。本发明的目的在于提供一种LTE基站GPS定位的方法及系统，解决了无法通过基站的TAC和CID测量待测基站GPS定位的问题。

Description

一种LTE基站GPS定位的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种LTE基站GPS定位的方法及系统。

背景技术

随着LTE(Long Time Evolution，长期演进)基站技术的发展，基站部署越来越广泛，基站自身的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位也越来越重要。

现有获取LTE基站GPS定位的方法都是基于飞行器的基站天线测量得到，需要工人控制无人机飞至基站天线的上方，以天线抱杆为圆心进行圆周飞行，实时记录GPS定位。该方法需要飞行器承载无线信号定向接收器，到达待测量的LTE基站位置，通过无线信号定向接收器采集LTE基站的GPS定位。

现有的测量方法需要事先明确知道待测基站(基站柱子)的地理位置，然后利用飞行器到达基站天线处获取GPS信息并记录为基站的GPS定位。但是当只知道基站的TAC(Tracking area code of cell served by neighbor Enb，跟踪区域码)和CID(CellTower ID，基站编号)，却不知道基站的大致位置时，飞行器不知道要去哪儿测量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种LTE基站GPS定位的方法及系统，解决了无法通过基站的TAC和CID测量待测基站GPS定位的问题。

为达到以上目的，采取的技术方案是一种LTE基站GPS定位的方法，包括以下步骤：

设定多个能够接收到待测LTE基站帧头信息的GPS测量位置；并记录测量设备在所有GPS测量位置上接收所述帧头信息的接收时刻；

找出最小的接收时刻所对应的GPS测量位置为圆心，以所述LTE基站的覆盖半径为半径生成圆形区域，以设定的步长在所述圆形区域内设置网格，每个网格的交点即为所述LTE基站的估计GPS定位；

计算一个GPS测量位置与每个估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，根据测量设备在该GPS测量位置的接收时刻减去所述时间差，得到每个估计GPS定位相对于该GPS测量位置的帧头发射时刻；

每个估计GPS定位对应所有GPS测量位置的发射时刻形成一组数据，分别计算各组所述数据的方差，方差最小的一组数据所对应的估计GPS定位，即为待测LTE基站的GPS定位。

优选的，所有所述GPS测量位置设置于所述待测LTE基站四周，其集合为G，G＝{g₁,g₂,…g_m…g_M}，其中g_m为任意GPS测量位置；

所有所述网格的交点为估计GPS定位集合S，S＝{S₁,S₂,…S_n…S_N}，其中S_n为任意估计GPS定位。

优选的，所述时间差的计算公式为：

t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置g_m与任意估计GPS定位S_n之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置g_m相对于任意估计GPS定位S_n之间的距离，9.7为所述帧头信息的码片速率，单位为m/s。

优选的，任意GPS测量位置g_m上测量设备的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数。

优选的，任意所述估计GPS定位S_n相对于任意GPS测量位置g_m的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)

优选的，还包括对待测LTE基站的GPS定位进行检验的步骤：

将所有估计GPS定位对应的多个方差表示为集合

V＝{v₁,v₂…v_n…v_N}

获取方差的三级门限值，公式如下：

v_th＝min(V)+p*(max(V)-min(V))/100

其中min(V)为集合V中最小方差，max(V)为集合V中最大方差，p分别取值1、5和10，对应得出v_th1、v_th2和v_th3；

根据v_th1、v_th2和v_th3，获取对应门限下的估计GPS定位集合，分别为

和

其中，

计算

和

集合中GPS所覆盖区域的最小半径,分别表示为r_th1，r_th2和r_th3；

判定r_th1<150and r_th2<150and r_th3<150是否成立；

若是，待测LTE基站的GPS定位正确；若否，待测LTE基站的GPS定位不正确，增加GPS测量位置，重新确定待测LTE基站的GPS定位。

优选的，所述待测LTE基站用MCC、MNC、TAC和CI的组合唯一表示，所述圆形区域半径为1000m，所述步长为10m。

本发明还公开了一种基于上述方法的LTE基站GPS定位系统，包括：

采集模块，用于采集待测LTE基站的帧头信息，还用于记录测量设备的GPS测量位置；

接收时刻模块，用于记录在任意GPS测量位置上测量设备接收待测LTE基站帧头信息的接收时刻；

支撑集模块，用于根据最小的接收时刻所对应的GPS测量位置以及所述LTE基站的覆盖半径，构建估计GPS定位集合；

发射时刻模块，用于计算任意估计GPS定位相对于任意GPS测量位置的发射时刻；

选择模块，用于计算每个估计GPS定位相对于所有GPS测量位置的多个发射时刻的方差，根据最小方差准则确定待测LTE基站的GPS定位。

优选的，还包括校验模块，用于依据选择模块的方差统计，判定三级门限下的区域是否满足最小半径条件，如果满足，判定待测LTE基站的GPS定位正确；否则不正确，增加GPS测量位置，重新确定待测LTE基站的GPS定位。

优选的，任意GPS测量位置上测量设备的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数；

任意估计GPS定位相对于任意GPS测量位置的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)

其中，时间差t^(m,n)的计算公式为：

t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置与任意估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置相对于任意估计GPS定位之间的距离，9.7为所述帧头信息的码片速率，单位为m/s。

本发明的有益效果如下：

本发明首先在多个GPS测量位置测量得出相应的接收时刻；然后以最小的接收时刻所对应的GPS测量位置为圆心，设置网格，每个网格交点为LTE基站的估计GPS定位；其次计算每个估计GPS定位的帧头发射时刻；最后根据最小方差准则确定待测LTE基站的GPS定位；计算完成之后，还具备校验机制，判断结果是否正确；本发明独创性的提出了测量待测LTE基站GPS定位的方法及系统，能够根据基站的TAC和CID测量待测LTE基站的GPS定位，且具有严密的结果判定机制，方便实施且测量误差小，误差通常小于100米，测量结果可信度高。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种LTE基站GPS定位的方法，包括以下步骤：

S1：设定多个能够接收到待测LTE基站帧头信息的GPS测量位置；并记录测量设备在所有GPS测量位置上接收所述帧头信息的接收时刻。

S2：找出最小的接收时刻所对应的GPS测量位置，并以此为圆心，以所述LTE基站的覆盖半径为半径生成圆形区域，以设定的步长在所述圆形区域内设置网格，每个网格的交点即为所述LTE基站的估计GPS定位。

S3：计算一个GPS测量位置与每个估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，根据测量设备在该GPS测量位置的接收时刻减去所述时间差，得到每个估计GPS定位相对于该GPS测量位置的帧头发射时刻。

S4：每个估计GPS定位对应所有GPS测量位置的发射时刻形成一组数据，分别计算各组所述数据的方差，方差最小的一组数据所对应的估计GPS定位，即为待测LTE基站的GPS定位。

优选地，在步骤S1中，所有GPS测量位置设置于待测LTE基站四周，其集合为G，G＝{g₁,g₂,…g_m…g_M}，其中g_m为任意GPS测量位置。

在步骤S1中，对应任意GPS测量位置g_m的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数。

在步骤S2中，所有网格的交点为估计GPS定位集合S，S＝{S₁,S₂,…S_n…S_N}，其中S_n为任意估计GPS定位；圆形区域的半径为R，步长为r。

在步骤S2中，LTE基站处于不同的区域，会有不同的覆盖半径。例如在城市区域，LTE基站的覆盖范围较小；在农村区域，LTE基站的覆盖范围较大。优选地，R取值1000m，r取值10m。

在步骤S2中，最小的接收时刻所对应的GPS测量位置指的是在GPS测量位置集合G的前Nth中选择接受时刻最小的GPS测量位置，例如当Nth为50时，即表示在GPS测量位置集合G的前50个GPS测量位置中选择接受时刻最小的GPS测量位置，并以此为圆心生成圆形区域。

在步骤S3中，时间差根据GPS测量位置与估计GPS定位之间的距离和码片速率计算得出。

具体地，时间差的计算公式为：t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置g_m与任意估计GPS定位S_n之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置g_m相对于任意估计GPS定位S_n之间的距离，9.7为对应所述帧头信息的码片速率，单位为m/s。

在步骤S3中，任意估计GPS定位S_n相对于任意GPS测量位置g_m的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)

在步骤S4中，每个估计GPS定位对应所有GPS测量位置的发射时刻形成一组数据；具体地，S₁对应所有GPS测量位置(集合G中的每一个元素)的发射时刻形成一组数据，计算该组数据的方差，表示为v₁；S₂对应所有GPS测量位置(集合G中的每一个元素)的发射时刻形成一组数据，计算该组数据的方差，表示为v₂，以此类推。上述方差表示任意估计GPS定位对应所有GPS测量位置测量获得的待测LTE基站发射时刻的稳定程度，方差越小表示对应的估计GPS定位与真实的待测LTE基站的GPS定位的偏离度越小，方差越大表示对应的估计GPS定位与真实的待测LTE基站的GPS定位的偏离度越大，即方差最小的一组数据所对应的估计GPS定位为最优估计GPS定位。

在本实施例中，在步骤S4之后，还包含对待测LTE基站的GPS定位进行校验的步骤S5，步骤S5如下：

将所有估计GPS定位对应的多个方差表示为集合

V＝{v₁,v₂…v_n…v_N}

获取方差的三级门限值，公式如下：

v_th＝min(V)+p*(max(V)-min(V))/100

其中min(V)为集合V中最小方差，max(V)为集合V中最大方差，p分别取值1、5和10，对应得出v_th1、v_th2和v_th3；

根据v_th1、v_th2和v_th3，获取对应门限下的估计GPS定位集合，分别为

和

其中，

计算

和

集合中GPS所覆盖区域的最小半径,分别表示为r_th1，r_th2和r_th3；

判定r_th1<150and r_th2<150and r_th3<150是否成立；其中150为常数；

若是，待测LTE基站的GPS定位正确；若否，待测LTE基站的GPS定位不正确，返回S1。

具体地，方差的三级门限值可以认为是设置了三个档位的门限值，用于限定各自门限内估计GPS定位的集合大小；区域表示门限内估计GPS定位的汇聚程度，面积越小，半径越小(比如r_th1,r_th2和r_th3越小)，汇聚度越高。

具体地，待测LTE基站可以用MCC(Mobile Country Code，移动国家码)、MNC(Mobile Network Code，移动网络码)、TAC(Tracking Area Code，跟踪区码)和CI(CellIdentity，小区标识)的组合唯一表示。

本发明还公开了一种基于上述方法的LTE基站GPS定位系统，包括：

采集模块，用于采集待测LTE基站的帧头信息，还用于记录测量设备的GPS测量位置；

接收时刻模块，用于记录在任意GPS测量位置上测量设备接收待测LTE基站帧头信息的接收时刻；

支撑集模块，用于根据最小的接收时刻所对应的GPS测量位置以及所述LTE基站的覆盖半径，构建估计GPS定位集合；

发射时刻模块，用于计算任意估计GPS定位相对于待测LTE基站帧头信息的发射时刻；

选择模块，用于计算每个估计GPS定位相对于所有GPS测量位置的多个发射时刻的方差，根据最小方差准则确定待测LTE基站的GPS定位。

在本实施例中，该系统还包括校验模块，用于依据选择模块的方差统计，判定三级门限下的区域是否满足最小半径条件，如果满足，判定待测LTE基站的GPS定位正确；否则不正确，增加GPS测量位置，重新确定待测LTE基站的GPS定位。

具体地，任意GPS测量位置g_m上测量设备的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数，m表示第m个测量位置；

任意估计GPS定位相对于任意GPS测量位置的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)

其中，时间差的计算公式为：

t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置与任意估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置相对于任意估计GPS定位之间的距离，9.7为所述帧头信息的码片速率，单位为m/s；n表示第n个估计GPS定位。

本发明独创性的提出了测量待测LTE基站GPS定位的方法及系统，能够根据基站的TAC和CID测量待测LTE基站的GPS定位，在LTE基站位置查找以及LTE终端定位等信息安全领域具有不可替代的作用，具有严密的结果判定机制，方便实施且测量误差小，误通常小于100米，测量结果可信度高。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种LTE基站GPS定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定多个能够接收到待测LTE基站帧头信息的GPS测量位置；并记录测量设备在所有GPS测量位置上接收所述帧头信息的接收时刻；

找出最小的接收时刻所对应的GPS测量位置为圆心，以所述LTE基站的覆盖半径为半径生成圆形区域，以设定的步长在所述圆形区域内设置网格，每个网格的交点即为所述LTE基站的估计GPS定位；

计算一个GPS测量位置与每个估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，根据测量设备在该GPS测量位置的接收时刻减去所述时间差，得到每个估计GPS定位相对于该GPS测量位置的帧头发射时刻；

每个估计GPS定位对应所有GPS测量位置的发射时刻形成一组数据，分别计算各组所述数据的方差，方差最小的一组数据所对应的估计GPS定位，即为待测LTE基站的GPS定位；

所有所述GPS测量位置设置于所述待测LTE基站四周，其集合为G，G＝{g₁,g₂,…g_m…g_M}，其中g_m为任意GPS测量位置；

所有所述网格的交点为估计GPS定位集合S，S＝{S₁,S₂,…S_n…S_N}，其中S_n为任意估计GPS定位；

所述方法还包括对待测LTE基站的GPS定位进行检验的步骤：

将所有估计GPS定位对应的多个方差表示为集合

V＝{v₁,v₂…v_n…v_N}

获取方差的三级门限值，公式如下：

v_th＝min(V)+p*(max(V)-min(V))/100

其中min(V)为集合V中最小方差，max(V)为集合V中最大方差，p分别取值1、5和10，对应得出v_th1、v_th2和v_th3；

根据v_th1、v_th2和v_th3，获取对应门限下的估计GPS定位集合，分别为

和

其中，

计算

和

集合中GPS所覆盖区域的最小半径,分别表示为r_th1，r_th2和r_th3；

判定r_th1<150and r_th2<150and r_th3<150是否成立；

若是，待测LTE基站的GPS定位正确；若否，待测LTE基站的GPS定位不正确，增加GPS测量位置，重新确定待测LTE基站的GPS定位。

2.如权利要求1所述的一种LTE基站GPS定位的方法，其特征在于：所述时间差的计算公式为：

t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置g_m与任意估计GPS定位S_n之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置g_m相对于任意估计GPS定位S_n之间的距离，9.7为所述帧头信息的码片速率，单位为m/s。

3.如权利要求2所述的一种LTE基站GPS定位的方法，其特征在于：任意GPS测量位置g_m上测量设备的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数。

4.如权利要求3所述的一种LTE基站GPS定位的方法，其特征在于：任意所述估计GPS定位S_n相对于任意GPS测量位置g_m的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种LTE基站GPS定位的方法，其特征在于：所述待测LTE基站用MCC、MNC、TAC和CI的组合唯一表示，所述圆形区域半径为1000m，所述步长为10m。

6.一种基于权利要求1所述方法的LTE基站GPS定位系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集待测LTE基站的帧头信息，还用于记录测量设备的GPS测量位置；

接收时刻模块，用于记录在任意GPS测量位置上测量设备接收待测LTE基站帧头信息的接收时刻；

支撑集模块，用于根据最小的接收时刻所对应的GPS测量位置以及所述LTE基站的覆盖半径，构建估计GPS定位集合；

发射时刻模块，用于计算任意估计GPS定位相对于任意GPS测量位置的发射时刻；

选择模块，用于计算每个估计GPS定位相对于所有GPS测量位置的多个发射时刻的方差，根据最小方差准则确定待测LTE基站的GPS定位；

校验模块，用于依据选择模块的方差统计，判定三级门限下的区域是否满足最小半径条件，如果满足，判定待测LTE基站的GPS定位正确；否则不正确，增加GPS测量位置，重新确定待测LTE基站的GPS定位。

7.如权利要求6所述的LTE基站GPS定位系统，其特征在于：

任意GPS测量位置上测量设备的接收时刻t_recv ^m的计算公式为：

t_recv ^m＝(307200+t1-t2)mod 307200

其中，t1为待测LTE基站帧头信息传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；t2为待测LTE基站GPS秒脉冲传输至测量设备内部时钟的码片计数时刻；307200为常数；

任意估计GPS定位相对于任意GPS测量位置的发射时刻t_send ^(m,n)的计算公式为：

t_send ^(m,n)＝t_recv ^m-t^(m,n)

其中，时间差t^(m,n)的计算公式为：

t^(m,n)＝d^(m,n)/9.7

其中，t^(m,n)为任意GPS测量位置与任意估计GPS定位之间传输帧头信息的时间差，d^(m,n)为任意GPS测量位置相对于任意估计GPS定位之间的距离，9.7为所述帧头信息的码片速率，单位为m/s。

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