CN1130335A - 用于标识自身位置的移动通信装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于确定自身地理位置的移动通信装置的方法和设备。一个通信网络包含许多发送导频信号的基地台，而一个基地台的导频信号对于其它基地台的导频信号偏离一个实际上固定的持续时间的整倍数。基地台也发送有关的同步信道消息，从这里可提取出基地台的地理位置。一个移动通信装置通过计算从主基地台导频信号的到达时间和至少两个其它基地台导频信号的到达时间两者间的迟延来确定它的位置。

Description

用于标识自身位置的 移动通信装置的方法和设备

本发明一般地涉及无线电通信系统，例如CDMA蜂窝电话网，特别是涉及在这样一个系统中确定其自身位置的移动通信装置的方法和设备。

蜂窝网络中移动的或便携的无线电终端允许这些无线电终端的用户在一个地理范围内到处移动，并且和网络中的基地台保持或建立一个通信信道。这些基地台通常连接到一个现存的电话网，因而提供了到一个更大的电信系统的通路。

在希望确定一个移动的或便携的无线电终端位置的地方，通常会发生一些情况。例如，在发生医疗或安全的紧急情况需要急速传递救援信息时，这些情况就可能出现。类似地，也可能希望跟踪一个在特殊的地理范围内移动的无线电终端。其目的是为了跟踪带着该无线电终端正在旅行的资产或个人。

已知定位一个移动的或便携的无线电终端的一些方法。例如，Loran—c接收机使用一个无线电脉冲导航系统。另一种方法是和蜂窝电话网一起利用全球定位系统(GPS)。然而GPS是一个基于卫星的导航和定位系统，它在建筑物内部运行效果并不很好。此外该系统还要求用户不但具有蜂窝电话业务，而且还具有GPS接收机。

定位一个移动的或便携的无线电终端的另一种方法是美国专利No.5,293,645所公开的方法。所公开的方法包含编译用于在蜂窝网中从许多基地台发送的并由要定位的无线电终端所接收的同步定时信号的相对传播迟延。然后无线电终端将编译的信息发送到网络中的一个基地台或其它单元，在那里确定无线电终端的位置。所公开的上述专利的一个特点就是为了标识无线电终端的位置，该无线电终端必须发送信息到无线电终端之外的网络中的一个单元。此外，依照所发表的上述专利，无线电终端的用户不具有对它位置信息的即时存取。

本发明公开的一种方法和设备用来确定在蜂窝电话网中的一个移动的或便携的无线电终端的位置，而它不要求无线电终端发送信息到网络中的其它单元。依照本发明的原理，网络中的一个无线电终端能够以这样的方式来确定它自身的位置：它利用现有的码分多址(CDMA)技术结构而不要求修改现有CDMA协议。

本发明的移动通信装置可适当地由一个接收机和一个发送机组成。它也可包含一个相对迟延计算单元，连接到该接收机，用来计算主基地台发送的导频信号的到达时间和至少两个另外基地台发送的导频信号的到达时间两者间的迟延。该装置还可能有一个存储单元，它连接到接收机，用来存储指示主基地台和另外基地台(已接收到它们的导频信号)的位置的信息。此外，该装置可适当地包含一个处理器，它连接到相对迟延计算单元和存储单元，这里，该处理器被编程来确定移动通信装置的位置。

参考下面详细的描述和附图，本发明的其它特征和优点是显而易见的。

图1是一个蜂窝无线电网络的方框图，这是本发明具有特殊的优点。

图2是依照本发明的原理构成的移动装置的方框图。

图3示出依照本发明的原理来确定移动装置位置的方法。图4是一流程图，它依照本发明的原理来说明确定移动通信装置的位置的步骤。

图1是蜂窝无线电网络100的方框图，其中本发明具有特殊的优点。网络100最好是一个码分多址(CDMA)网，它包含多个基地台110，111和112。虽然只有三个基地台示于图1的网络100中，但一个通常的CDMA网络可能有更多的基地台。基地台110—112通过一个通信链路连接，如技术上熟知的那样。同样，技术上熟知，CDMA网络100内的每个基地台在同步技术的容许范围内以同步的方式产生和发送导频信号或参考定时信号。导频信号或参考定时信号是已知的周期性比特序列，例如，它可根据CDMA标准被调制。由一个基地台(例如基地台110)所发送的导频信号相对于网络100中其它基地台所发送的导频信号在时间上偏离一个固定的持续时间的整倍数。固定的持续时间可称之为一个参差导频信号传输时间，并可用符号△来表示。参差导频信号传输时间在系统的容许范围内实际上是恒定的。因此，表示一个基地台发送一个导频信号的比特序列的开始偏离于表示其它基地台发送导频信号的位序列的开始，偏离为参差导频信号传输时间的整倍数。时间偏离允许一个基地台的导频信号不同于其它基地台的导频信号。

基地台110—112提供了一个网络，利用它，网络100内的一个移动的或便携的无线电终端100可以和电信网络相连接。在本说明中，一个便携通信装置，如移动的或便携的无线电终端130，将统称为移动装置。基地台110—112发送的并在移动装置130接收到的导频信号相应地用线120—122表示在图1中。应该注意，参差导频信号传输时间比起从基地台110—112到移动装置130的导频信号的传输时间一般要大出几个数量级，参差导频信号传输时间△可永久地存储在装置130的存储器内。

图2是根据本发明原理的移动装置130的方框图。移动装置130最好包括一个键盘201，一个手机或能允许用户指令移动装置200来确定或标识其位置的其它装置。另一方面，移动装置130可设计成响应起从网络中其它源发出的指令，但在进一步的实施例中，移动装置130可按程序工作周期性自动地确定它的位置。

键盘201连接到一个接收机210，调整它以检测来自基地台的导频信号。根据接收要确定移动装置130位置的指令，移动装置搜寻导频信号。在一个优选的实施例中，移动装置130锁住最强的导频信号。虽然其它的基地台，例如它的导频信号最先被接收到的基地台，也可用作主基地台，但还是采用导频信号最强的基地台作为主基地台，移动装置130还连续搜寻来自其它基地台的导频信号。

移动装置130还包括一个相对迟延计算单元215，它连接到接收机210。相对迟延计算单元215包括一个定时器或时钟214，它记录接收到每个导频信号的时间。一旦接收到至少三个基地台的导频信号，相对迟延计算单元215则计算主基地台发送的导频信号的到达时间和其它基地台发送的导频信号的到达时间两者之间的迟延。另一方面，当接收到主基地台的导频信号时，定时器214将开始运行。当接收到其它基地台的连续导频信号时，则相对迟延计算单元记录从接收到主基地台的导频信号时起已经过去的时间。这样，相对迟延计算单元215就确定了主基地台发送的导频信号的到达时间和至少两个其它基地台发送的导频信号的到达时间之间的迟延。

移动装置也提取包含在同步信道消息内的信息，该消息与每个已接收到它的导频信号的基地台有关。更具体地，移动装置130将提取指示导频信号被收到的每个基地台的地理位置或坐标信息。基地台的地理坐标可至少是临时地存储，在基地台位置存储单元216内，以便进一步使用，如下所述。

一个移动定位单元220连接到相对迟延计算单元215和基地台存储器216，以便接收指示诸导频信号的到达时间之间所计算的迟延以及基地台的坐标的信号。移动定位单元220和相对迟延计算单元215可用一个适当编程的微处理器来实现。对应于所计算的诸迟延中的一个迟延的每对基地台，移动定位单元220将移动装置13的位置规定为是位于三条曲线中所选出的一条由线上，如图3所示。

图3示出一种依照本发明的原理来确定一个移动装置位置的方法，图3表示移动装置130已经接收到来自至少三个标号为A，B和C的基地台的导频信号。为了说明，假设基地台A是主基地台，而且还假设移动装置130已经计算了基地台A和B各自发送的导频信号的到达时间之间的迟延T_AB。还假设移动装置130已经计算了基地台A和C各自发送的导频信号到达时间之间的迟延T_AC。

关于与迟延T_AB相对应的一对基地台A和B，第一条曲线用一直线ZZ′来表示，这直线垂直于从基地台A到基地台B所作的线，并将它平分为二。第二和第三条曲线，VV′和WW′，分别被定义为满足以下方程的点(x，y)： $\frac{{(x-k)}^2}{a^2}-\frac{{(y-1)}^2}{b^2}=1$ 这里，K和l分别是贯穿基地台A和B连线中点的水平和垂直坐标。同样在上式中，a等于迟延T_AB和无线电传播速度的乘积被2除。在上式中，b²等于a²和(e²—1)的乘积，而e等于点(k，l)和基地台A之间的距离被a除。

移动定位单元220将移动装置130规定为位于三条曲线ZZ′，VV′或WW′中所选出的一条曲线上，这是以基地台A的导频信号和基地台B的导频信号的传输时间之间的迟延T_AB和持续时间ΔAB的相对值为基础的。虽然移动装置130不知道传输时间之间的实际持续时间ΔAB，但它能通过确定参差导频信号传输时间Δ的整倍数是否很接近于T_AB来估计该值。因此，如果T_AB等于ΔAB，则移动装置定位单元220将移动装置，130识别为位于曲线ZZ′上。如果T_AB大于ΔAB，则移动装置定位单元220确定移动装置130是位于双曲线VV′上。最后，如果T_AB小于ΔAB，则移动定位单元220确定移动装置130位于曲线WW′上。

在一个优选的实施例中，假定网络中各个基地台的导频信号是以相同的功率发送，则移动定位单元220将根据所接收的导频信号的相对强度或功率来确定移动装置130是位于三条曲线中的哪一条曲线上。更准确地说，移动定位单元220将确定移动装置130是位于更接近基地台(它的被接收到的导频信号更强)的双曲线上。如果被接收的导频信号的强度在系统的容许范围内是相同的，则移动定位单元220将确定移动装置130是位于线ZZ′上。为了说明，将假设移动定位单元220确定移动装置130是位于所选出的曲线VV′上。

运用基地台A和C发送的导频信号的到达时间之间的延迟T_AC和运用基地台A和C的坐标，移动定位单元220将以相似的方式确定移动装置130是位于三条相似曲线中所选出的一条曲线上。

关于与迟延T_AC相对应的一对基地台A和C，第一条曲线是用直线rr′来表示，这直线垂直于从基地台A到基地台C所作的线，并将它平分为二。第二和第三条曲线，ss′和tt′各自被定义为满足以下方程的点(x，y)： $\frac{{(x-m)}^2}{f^2}-\frac{{(y-m)}^2}{g^2}=1$ 这里，m和n分别是贯穿基地台A和C连线中点的水平和垂直坐标。同样在上式中，f等于迟延T_AC和无线电传播速度的乘积被2除。在上式中，g²等于f²和(h²—1)的乘积，而h²等于点(m，n)和基地台A之间的距离被f除。

如上述，移动定位单元220将确定移动装置130是位于三条曲线rr′，ss′或tt′中所选出的一条曲线上，这是以基地台A的导频信号和基地台C的导频信号的传输时间两者间的迟延T_AC和实际持续时间ΔAC的相对值为基础的。移动装置130能通过确定参差导频信号传输时间Δ的整倍数是否很接近于值T_AC来估计其ΔAC值。另一方面，在优选的实施例中，根据所接收的导频信号的相对强度或功率，移动定位单元220将确定移动装置130是位于三条曲线rr′，ss′或tt′之上。此外，为了说明，假设移动定位单元220确定移动装置是位于所选出的曲线ss′上。

最后，两个所选出的曲线的交点就表示所确定的移动装置130的现在位置。因此，在图3所示的实例中，移动定位单元220将确定移动装置130的地理位置是在所选出的曲线vv′和ss′两者间的交点上。

图4是一流程图，它根据本发明的原理，能很方便地说明确定移动通信装置(例如移动装置130)的位置的步骤。如步骤400所示，一组至少三个基地台(如图3中的基地台A，B和C)以上述的方式发送导频信号。其次，如步骤410所示，移动通信装置从基地台中接收至少三个台的导频信号，再参考图3，移动装置130将接收来自基地台A，B和C的导频信号。然后，移动通信装置计算基地台中的一个台所发送的导频信号的到达时间和至少两个其它基地台发送的导频信号的到达时间两者间的迟延，如步骤420所示，参见图3所示和上述的例子，移动装置130将计算迟延T_AB和T_AC。如步骤430所述，便携通信装置还接收指示基地台(已接收到它的导频信号)的位置的信息。重新参考图3，移动装置130将接收指示基地台A，B和C位置的信息。如上所述，从与每个导频信号有关的同步信道消息可以得到这个信息。其次，如步骤440所示，对于与所计算的迟延中的一个迟延相对应的每个基地台，便携通信装置的地理位置被确定为是在三条曲线中所选出的一条曲线上，因而，得出许多选出的曲线。再参考图3所示的例子，移动装置130确定它的位置是在对应于一对基地台A和B的三条曲线ZZ′、WW′和VV′中所选出的曲线VV′上。类似地，移动装置130确定它的位置是在对应于一对基地台A和C的三条曲线rr′，ss′和tt′中所选出的曲线ss′上。根据所选出曲线的一个交点或多个交点，可以确定移动通信装置的地理位置，如步骤450所示。因此，在图3所示的例子里，移动装置130将其地理位置标识为在曲线VV′和SS′的交点上。最后，如步骤460所示，便携通信装置的位置信息可存储在便携通信装置的存储器中，并显示在与移动通信装置有关的显示屏上，或被发送至一个远端。

特别是，在移动定位单元220已经标识了移动装置的位置后，可确定的位置信息可存储在一个移动位置存储器240内以便以后检索。在另一实施例内，连接于移动定位单元220的发射机211将自动地发送所确定的位置信息到一个远端，如一个中央跟踪站，或到一个由用户根据经过键盘201输入信息所规定的位置。在另一实施例中，所确定的位置将显示在与移动定位单元220相连接的一个电子装置或其它显示屏230上。例如作为文本或是以电子地图的形式来显示位置。这个实施例可使得移动装置的用户知道移动装置的位置。本发明的应用包括：如导航，资产和人员的跟踪，以及快速移动装置管理等。

应该注意，根据本发明的原理，由任一特殊基地台发送的导频信号的传输时间和到达时间两者之间的绝对或实际迟延都无需确定或计算。更确切地说，只有到达时间之间的相对迟延才是有用的。还应指出：移动装置130可能需要接收导频信号的几个序列，以便合适地建立起基地台正在发送它们各自导频信号的顺序。接收导频信号的几个序列也容许移动装置130使用到达时间之间的平均迟延。这样，在一个CDMA系统中，导频重复速率一般是37.5赫兹，在大约11秒的一个周期内，接收导频信号看来足以得到可靠的结果。并且，多于三个基地台的导频信号可被使用改善移动装置的位置确定。在这一情况下，对于每个计算的迟延和相应的基地台对所选出的曲线由于该系统的容差可能相交处多于一个点。运用一个加权函数来估计移动装置的精确位置，可以将移动装置定位于诸交点的邻近地区内。

虽然本发明是参考特定的实施例来描述的，可以理解：在本发明的精神和范围之内的其它方案对于本专业的一般技术人员是容易而显然的。例如，可以理解，不同的曲线组可用来确定和找出移动通信装置的位置。因此，本发明仅受限于附加的权利要求书。

Claims (18)

1.一个便携通信装置包括：

一个接收机；

一个发射机；

一个相对迟延计算单元，它连接到上述接收机，用以计算主基地台发送的导频信号的到达时间和至少两个其它基地台发送的导频信号的到达时间两者之间的迟延；

一个存储单元，它连接到上述接收机，用以存贮指示上述基地台和上述至少两个其它基地台位置的信息；以及

一个处理器，它连接到上述相对迟延计算单元和上述存储单元，上述处理器被编程以确定上述便携通信装置的地理位置。

2.权利要求1的便携通信装置，其中，调谐上述接收机来检测码分多址(CDMA)网络中基地台发送的导频信号。

3.权利要求1的便携通信装置，其中，上述信息是从与上述导频信号有关的同步信道消息中提取的。

4.权利要求1的便携通信装置，其中处理器被编程根据上述迟延和上述信息以确定上述便携通信装置的地理位置。

5.权利要求1的便携通信装置，其中上述处理器连接到上述发射机，并且上述发射机将上述便携通信装置的地理位置信息发送到一个远端。

6.权利要求1的便携通信装置，还包括一个移动位置存储单元，它连接到上述处理器，用以存贮上述移动通信装置的地理位置信息。

7.权利要求1的便携通信装置还包括一个显示器，它连接于上述处理器，用以显示上述便携通信装置的地理位置。

8.权利要求1的便携通信装置，其中上述便携通信装置是一个移动的无线电终端。

9.用于确定无线网络中便携通信装置的位置的一个系统，它至少有一部分包括：

无线网络中一组至少三个基地台，每个台发送导频信号，它相对于网络中每个其它基地台发送的导频信号在时间上偏离一个实际上固定的持续时间的整倍数；

在上述便携通信装置中的一个接收机；

在上述便携通信装置中的一个发射机；

一个相对迟延计算单元，它配置在上述便携通信装置内并连接到上述接收机，用以计算主基地台发送的导频信号的到达时间和至少两个其它基地台发送的导频信号的到达时间之间的迟延，这里，上述主基地台和上述至少两个其它基地台是在上述一组至少三个基地台中，

一个存储单元，它配置在上述便携通信装置内并连接到上述接收机，用以存贮指示上述主基地台和上述至少两个其它基地台的位置的信息。

一个处理器，它配置在上述便携通信装置内并连接到上述相对迟延计算单元和上述存储单元，这里上述处理器被编程来确定上述便携通信装置的地理位置。

10.权利要求9的便携通信装置，其中上述基地台是码分多址(CDMA)网络的部分。

11.权利要求9的便携通信装置，其中上述信息是从与上述导频信号有关的同步信道消息中提取的。

12.权利要求9的系统，其中处理器被编程以根据上述迟延和上述信息来确定上述便携通信装置的地理位置。

13.利用一个便携通信装置来确定它在无线网络中位置的方法，该方法包括以下步骤：

从一组至少三个基地台发送导频信号，这里每个基地台发送的导频信号相对于其它基地台发送的导频信号在时间上偏离一个实际上固定的持续时间的整倍数；

接收来自至少三个上述基地台的导频信号；

计算上述基地台中的一个台发送的导频信号的到达时间和上述基地台中至少两个其它台发送的导频信号的到达时间之间的迟延；

接收指示已被接收到其导频信号的基地台位置的信息；

对于与上述迟延中的一个迟延相对应的每对基地台，确定上述便携通信装置的地理位置是位于三条曲线之中所选出的一条曲线上，从而产生多条所选出的曲线；

根据上述多个选取曲线的交点来确定上述便携通信装置的地理位置。

14.权利要求13的方法还包括将上述便携通信装置的地理位置存贮到与该便携通信装置有关的存贮器内的步骤。

15.权利要求13的方法还包括将上述便携通信装置的地理位置显示在与该便携通信装置有关的显示屏上的步骤。

16.权利要求13的方法，其中计算迟延的步骤包含对导频信号的几个序列计算平均迟延的步骤。

17.权利要求13的方法，其中上述三条曲线由两条曲线和一条一直线组成。

18.权利要求13的方法，其中发送导频信号的步骤包含在一个码分多址(CDMA)网络中发送导频信号的步骤。