CN1105478C - 终端定位方法及蜂窝无线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蜂窝无线系统和蜂窝无线系统中的一种终端定位方法，前述系统的每个小区都有至少一个基站(104)，该基站与位于小区区域中的终端(100)通信。该基站根据终端所发送的信号测量信道参数。每个基站的覆盖区域由数字地图来建模。为了能够精确定位终端，在数字地图的每个点上增加从该点发送的信号的信道参数模型。比较根据终端信号估计的信道参数与地图上的不同点的参数，根据这种比较定位该终端。

Description

终端定位方法及蜂窝无线系统
技术领域
本发明涉及蜂窝无线系统中的终端定位方法，前述系统的每个小区都有至少一个基站，该基站与位于小区区域中的终端通信，并根据终端所发送的信号测量信道参数，该系统中每个基站的覆盖区域由数字地图来建模。
背景技术
典型的移动电话系统覆盖广阔的地理区域，包括多个覆盖区或小区，每个覆盖区或小区通常由一个基站提供服务。小区的大小一般根据该区域中的业务流量而定，其变化幅度很大。不管小区的大小如何，都经常会出现这样的情况，即知道移动电话的地理位置或移动方向较为有利的情况。
已有多种不同的方法可以确定终端的地理位置。终端与它所通信的基站之间的距离可以容易地根据信号的传输时延确定。最常用的方法之一是所谓的三角测量，其中三个或多个基站测量终端的信号，根据信号的传播时延计算终端的位置。但是，现有技术方法，例如三角测量的问题在于，它们非常精确地无法检测出终端的位置，因此，得到的位置信息无法用于需要精确地理位置参数的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决方案，利用该解决方案可以精确地地定位终端，解决现有技术问题。这通过引言中描述的方法实现，其特征在于，在数字地图的每个点上增加从该点发送的信号的信道参数模型，比较根据终端信号估计的信道参数与地图上的不同点的参数，根据这种比较定位该终端。
本发明还涉及一种蜂窝无线系统，前述系统的每个小区都有至少一个基站，该基站与位于小区区域中的终端通信，并根据终端所发送的信号测量信道参数，该系统中每个基站的覆盖区域由数字地图来建模。本发明的蜂窝无线系统的特征在于，该系统包括维护数字地图的装置，在该装置中增加从数字地图的每个点上发送的信号的信道参数估计信息，该系统包括比较装置，用以比较根据终端信号估计的信道参数与地图上不同点的估计参数，以及根据这种比较定位该终端的装置。
本发明的基本思想在于，当终端位于覆盖区域的不同位置时，终端信号的信道参数，例如脉冲响应，随位置而变化。现代的计算机能够根据数字地图来描绘地理位置，它能够在数字地图上增加区域中的例如建筑物、路径和地理信息。这些地图可以以所需精度绘制。地图越精确，该地图的处理过程所需的计算机容量的数量自然越大。在本发明方案中，在地图上的每个点上增加信道参数的类型信息，前述信道参数一般包含在位于该点的终端所发送的信号。在本发明的优选实施例中，维护地图和进行计算的装置位于数据库中，尽管它们还可以位于系统的其它部件中。
本发明的方法和系统具有许多优点。可以精确地确定终端的位置。如果将较不精确的现有技术定位方法用作初始值，则利用本发明的方法可以快速定位终端的精确位置。如此得到的终端的精确位置信息可以用于需要精确地理位置参数的应用。
附图说明
下面结合附图，通过优选实施例来详细描述本发明，在附图中：
图1说明了可以应用本发明方法的蜂窝无线系统；
图2示出了数字地图的一个例子；
图3的流程图说明了本发明的方法；
图4是说明了本发明的方法的地图；以及
图5的框图说明了按照本发明的系统的基站的接收部分的结构。
具体实施方式
本发明的方法适用于基站测量终端信号的信道参数，例如脉冲响应的任何蜂窝无线系统。每个基站测得的脉冲响应也可以是两维的，在这种情况下，估计信号的时间扩展和到达方向。此外，信道参数包括脉冲响应动态，它可以由例如多普勒扩展建模。我们先来考察图1，该图示出了可以应用本发明方法的蜂窝无线系统的一个例子。该图给出了用户终端100，它与基站104有双向连接102，基站104通过基站控制器106将终端业务量转发给网络108的其它部分。该图的例子还给出了其它两个基站110和112。这些基站与终端100没有实际的业务信道连接，但是它们可以接收终端所发送的信号114、116，利用该信号测量终端到基站的距离。终端可以相应地从基站接收信号118、120，例如导频信号，确定到这些基站的距离。利用这三个基站104、110和112，可以通过现有方法大致定位该终端，该信息可以用作本发明方法的初始值。
在本发明的方案中，每个基站的覆盖区可以通过数字地图建模。以前在蜂窝无线网络系统的安装和改进操作中，利用数字地图指定基站的覆盖区域，并因此指定小区大小。这些地图包括从无线电波角度来看的区域内的建筑物、路径和地表障碍物的信息。
图2示出了一个简化的数字地图一部分的例子，该图示出了一个城镇、建筑物及街道一部分的布局。实际的数字地图自然经常包括宽得多的区域，还可以包括除了布局之外的其它信息。在本发明的方法中，该地图可以包含例如所有街道，或者主要街道200到208的信息。
在本发明的方案中，在数字地图的每个点上增加信道参数类型信息，前述信道参数一般包含在位于所述点的终端所发送的信号中。在本发明的一种优选实施例中，使用一种称为射线跟踪的方法来估计从数字地图上每个点发送的信号的信道参数，即一般是脉冲响应。射线跟踪方法是本领域中技术人员所熟知的模拟计算方法，该方法尤其适用于电信应用中的蜂窝网络规划。数字地图上每个点的信道参数可以预定，并存储在存储器中。在终端定位过程中，比较根据终端信号估计的参数和存储器中的值。
在本发明的一种可选实施例中，通过以下方式来实验确定数字地图上每个点的信道参数：将测试发射机依次安置在地图上的每个点，由基站测量信号参数。测量结果存储在存储器中。这种情况下该方法当然难以实现，但是在发现射线跟踪结果不可靠时，该方法可能有用。
接着，我们通过图3给出的流程图，并结合图1来考察本发明的方法。首先，基站104在阶段300从终端100接收信号。在阶段302中，基站104测量信道参数，即一般是信号的脉冲响应。此外，基站可以估计信号的到达方向。接着，基站110和112利用现有技术方法估计终端100的大致位置。然后在阶段306，基于大致的位置估计，在地图上划分出一个或多个更小的区域，对这些划分出的区域进行进一步搜索。
接着，在阶段308，比较根据接收信号测得的值和利用适当的距离条件在地图上发现的值。因为所有参数都约束在位置(x，y)，所以可以如下给出可行的条件：
(x*，y*)＝argmin(x，y)∈(X，Y)D(y(t；x，y)，ymeas(t))，
其中D是适当的距离，例如欧几里德距离，y(t；x，y)包括信号到达方向和需要搜索的位置(x，y)的脉冲响应模型，ymeas包括测得的信道参数。
在阶段310，根据比较确定终端的可能定位。该地图当然可以包括相等参数的多个位置。这在阶段312中检查。只有在检测到具有相应参数的一个位置时，才可以进行搜索。如果检测到多于一个位置，则利用以前的终端位置信息定位终端。此外，只要数字地图包括基站的典型寻路速度信息，并且基站根据终端的信号估计终端速度，那么在定位过程中可以使用终端的速度。在阶段314中，根据该信息在检测到的位置之间作出判断。
现在我们来考察图4，该图说明了一部分简化数字地图的一个例子。我们假定基站位于点400，与基站通信的终端位于点402。换句话说，基站从终端接收信号，以上述方式测量信号的信道参数。此外，基站利用其它基站(该图中未示出)大致定位终端，在该图中以划出的区域404标识该定位区域。基站在数字地图的区域404中进行进一步搜索。如果针对该终端检测出多于一个可能的定位区域，则基站可以利用例如前一测量中给出的街道206的最大速度的信息，以及表示终端位于特定已知点的信息。利用该信息，基站能够更精确地定位该终端。
在本发明的一种优选实施例中，实现本发明方法的装置位于基站中。在本发明的方案中，该装置还可以位于系统的其它部分，例如在基站控制器中。下面我们来考察图5，图5的框图从接收角度说明了按照本发明的系统的基站结构。该基站包括从终端接收信号的天线500。天线所接收的信号通过滤波器502传送到射频部件504，后者将信号从射频转换到基带或者中频。将得到的信号转发到A/D转换器506，利用现有技术的采样将信号转换成数字形式。将采样的信号转发到检测装置508，后者估计信道参数，例如脉冲响应，并检测信号。该基站还包括控制其它部件操作的控制单元510。控制单元一般通过处理器或者离散逻辑电路和软件实现。
除了控制装置510之外，本发明系统的基站包括存储器装置512，它维护数字地图，包含需要从数字地图的每个点发送的信号的信道参数估计信息。该地图还包括基站覆盖区内建筑物、其它障碍和街道的位置信息。存储器装置可以由控制单元控制下工作的普通存储器电路实现。基站的控制单元510比较根据终端信号估计的信道参数和存储器装置512中存储的在地图上不同点估计的参数，根据比较结果定位该终端。
本系统基站的控制装置510能够利用射线跟踪技术确定数字地图每个点的信道参数，将这些值存储在存储器装置512中。还可以在可能由多个基站共享的外部计算机中实现这种精确计算，将这些值传送给基站的存储器装置。
本系统的终端100能够根据现有技术测量从不同基站接收的信号的密度和时延。终端100和基站104根据测量结果确定终端的大致位置。如果同时使用终端和基站的测量结果，则可以得到最精确的初始估计。
与终端100距离最近的本系统基站110、112按照现有技术测量从终端接收的信号的密度和时延，基站104根据测量结果确定终端的大致位置估计，基站的控制装置510和存储器装置512利用该大致估计定位终端100。
尽管以上针对附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所公开的创新思想范围内可以通过多种方式予以改进。

Claims (16)

1.蜂窝无线系统中的一种终端定位方法，前述系统的每个小区都有至少一个基站(104)，该基站与位于小区区域中的终端(100)通信，并根据终端所发送的信号测量信道参数，该系统中每个基站的覆盖区域由数字地图来建模，其特征在于，在数字地图的每个点上增加从该点发送的信号的信道参数模型，比较根据终端信号估计的信道参数与地图上的不同点的参数，根据这种比较定位该终端。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该数字地图包括基站覆盖区内的建筑物、其它障碍和路径的位置信息。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字地图上每个点的信道参数可以预定，并存储在存储器中，在终端定位过程中，比较根据终端信号估计的参数和存储器中的值。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，利用射线跟踪技术确定数字地图上每个点的信道参数。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，通过以下方式来实验确定数字地图上每个点的信道参数：将测试发射机安置在地图上的该点，由基站测量信号参数。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，信道参数包括接收信号的脉冲响应信息。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在比较中利用终端信道的到达方向信息。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，终端测量从不同基站接收的信号的信道参数，终端和基站根据测量结果确定终端的大致位置估计，在终端定位过程中使用该大致估计。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，最靠近该终端的基站测量从该终端接收的信号的信道参数，根据测量结果确定终端的大致位置估计，在终端定位过程中使用该大致估计。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，在终端的定位过程中，利用了终端的前一位置信息。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字地图包括基站的典型寻路速度信息，基站根据终端的信号估计终端速度，在定位过程中利用了终端的速度。
12.一种蜂窝无线系统，前述系统的每个小区都有至少一个基站(104)，该基站与位于小区区域中的终端(100)通信，并根据终端所发送的信号测量信道参数，该系统中每个基站的覆盖区域由数字地图来建模，其特征在于，该系统包括存储器装置(512)，用于维护数字地图，在该装置中增加从数字地图的每个点上发送的信号的信道参数估计信息，该系统包括控制装置(510)，用以比较根据终端信号估计的信道参数与地图上不同点的估计参数，以及根据这种比较定位该终端。
13.根据权利要求12的系统，其特征在于，系统基站包括维护包含有基站覆盖区内的建筑物、其它障碍和路径的位置信息的数字地图的存储器装置(512)。
14.根据权利要求12的系统，其特征在于，系统基站包括利用射线跟踪技术确定数字地图上每个点的信道参数的控制装置(510)。
15.根据权利要求12的系统，其特征在于，系统终端(100)测量从不同基站接收的信号的密度和时延，终端(100)和基站(104)根据测量结果确定终端的大致位置估计，基站(104)包括控制装置(510)和存储器装置(512)，用以在终端(100)定位过程中使用该大致估计。
16.根据权利要求12的系统，其特征在于，最靠近该终端(100)的系统基站测量从该终端接收的信号的密度和时延，基站(104)根据测量结果确定终端的大致位置估计，基站(104)包括控制装置(510)和存储器装置(512)，用以在终端定位过程中使用该大致估计。
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