CN1131657C - 测量时差的方法,以及无线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量时差的方法以及一种无线系统，该方法用于包括至少两个基站和一个用户终端的无线系统中，该方法包括：从至少两个基站传送信号；接收由所述基站所传送的信号；测量所接收信号的第一观测时差；计算所接收信号的第一几何时差；以及根据随时间变化的所述第一观测时差以及所述第一几何时差，通过将出现时刻与实际时差联系起来，形成所接收信号的实际时差。

Description

测量时差的方浅以及无线系统
技术领域
本发明涉及一种测量时差的方法，该方法用于包括至少两个基站和一个终端的无线系统中，该无线系统中测量基站的观测时差OTD，计算几何时差GTD。
背景技术
在已知的无线系统中，可以测量从发射机到接收机的信号的定时，用于定位终端。在基于测量基站信号的终端定位系统中，终端测量至少两个，最好是至少三个基站对的信号到达的观测时差OTD。假定基站同步发送，即相同信号同时离开基站，则从两个基站到达的信号接收的观测时差对应于基站的距离，即观测时差是几何时差GTD。这种情况下，因为基站的位置一般是固定已知的，利用信号传播时间差可以生成双曲线，根据测量结果，需要定位的终端位于双曲线的交集。这种测量的一个缺陷在于，基站的发射并不完全同步。
基站的信号可以利用时差单元来测量，这些时差单元位置已知，可以用于确定基站发射的实际时差。该RTD还可以在终端测量基站的观测时差时使用，因为基站的实际时差RTD可以从终端测量的观测时差OTD中减去。但是，因为终端所测得的观测时差OTD和时差单元测得的基站的实际时差RTD在不同时刻测量，例如因为输出传输信道所导致的时延，几何时差GTD的测量仍然包含误差，这使得终端的位置判定不很精确。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种测量时差的方法，以及实现该方法的无线系统，用以解决与时差精确性相关的上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种测量时差的方法，该方法用于包括至少两个基站和一个用户终端的无线系统中，该方法包括：
从至少两个基站传送信号；
接收由所述基站所传送的信号；
测量所接收信号的第一观测时差；
计算所接收信号的第一几何时差；以及
根据随时间变化的所述第一观测时差以及所述第一几何时差，通过将出现时刻与实际时差联系起来，形成所接收信号的实际时差。
根据本发明的另一个方面，提供了一种无线系统，包括：
至少两个基站和一个用户终端，其中该至少两个基站用于传送信号；
一个时差单元，用于接收基站的信号并且测量基站信号之间的第一观测时差；
一个时差中心，该时差单元向该时差中心传送该第一观测时差，该时差中心具有关于所述至少两个基站之间的第一几何时差的可利用信息，该时差中心利用所述第一观测时差以及所述第一几何时差，形成随时间变化的实际时差，其中通过由时差中心将实际时差的出现时刻与实际时差相联系，来计算该第一几何时差。
本发明的方法和系统具有许多优点。实际时差RTD的测量以及终端测量的观察时差OTD可以在时间上实现匹配，从而可以减少实际时差RTD的误差。因此，与现有技术相比，可以更精确地定位终端。
附图说明
下面结合附图，通过优选实施例详细描述本发明，在附图中：
图1示出了一种无线系统，
图2示出了基站实际时差随时间的变化而改变，
图3A示出了基站实际时差随时间的变化而缓慢改变，以及测量的需要，以及
图3B示出了基站实际时差随时间的变化而快速改变，以及测量的需要。
具体实施方式
图1示出了本发明的无线系统，例如GSM无线系统，但本发明并不局限于此。该无线系统包括基站100到104，时差单元106到110，时差中心112和终端114、116。时差单元106到110是一般的非移动接收机，它们监听基站100到104的发射，测量基站的观测时差。观测时差OTD由实际时差RTD和几何时差GTD按照公式(1)生成：
          (1)OTD＝RTD+GTD。
实际时差来源于基站100到104的操作的错误定时。如果基站100到104的操作完全同步，那么实际时差RTD应为0。几何时差GTD源自基站100到104和时差单元106到110之间的距离。因为基站100到104和时差单元106到110的位置已知，所以几何时差GTD可以理论上计算一次，或者基于实际测量，从而例如在时差中心112中总能得到相同结果。时差中心112接收时差单元106到110测量的观测时差OTD，通过相减生成各基站对100到104的实际时差RTD。时差中心112还将实际时差的出现时刻，可能是测量时刻或类似时刻，与生成的各实际时差RTD相关联。这指定了基站100到104的实际时差RTD的信息，同时，与现有技术相比，它还可以指定利用实际时差RTD生成的其它信息。在确定出现时刻时，时差中心112还可以利用观测时差OTD在时差单元106到110中的出现，这种情况下，时差单元106到110通知时差中心112观测时差OTD和测量时刻。
时差单元106到110最好位于小区中，使得它能够直接与基站100到104的天线通信。小区可以包括一个或多个时差单元106到110。时差单元106到110的天线可以是全向的或定向的，时差单元106到110利用天线通过数字广播接收机监听基站100到104的所有发射。
时差中心112一般还是终端114、116的定位中心，最好位于移动业务交换中心(图1中未示出)。时差中心112控制时差单元。因此，时差单元106到110和时差中心形成了实际时差RTD的确定系统，该系统与定位中心以及实现实际位置测量的单元(例如终端、基站或者时差单元，除了基站之外，时差单元也能够从终端接收发射)形成了终端114到116的定位系统。该定位系统利用基站的实际时差，其方式使得定位系统利用各用户终端114、116所测得的基站100到104的观测时差OTD，定位系统，即最好是时差中心112，从观测时差OTD中减去实际时差RTD，从而生成终端114、116的几何时差GTD。如果定位系统知道与基站100到104中至少两个基站关联的几何时差GTD，可以基于现有技术，利用基站100到104的位置坐标和几何时差GTD确定用户终端114、116的位置坐标。
时差单元106到110最好包括特定时钟120，时差单元106到110利用该时钟测量观测时差OTD。如果不同时差单元的时钟的同步足够精确，测量时间可以与各观测时差测量OTD相关联。如果不用时钟120，或者作为补充，无线系统中最好利用帧编号，时差单元106到110利用帧编号为测量打上时间戳。时间信息还可以例如在无线系统的控制信道上发送，从而时差单元106到110能够利用时间信息为测量打上时间戳。
图2图形化示出了时差中心112所进行的测量的典型系列。时差中心112利用测得的实际时差RTD，在测量时刻之外的其它时刻，内插和外插基站100到104的实际时差RTD的行为。实际时差RTD的处理是可行和有效的，因为各实际时差RTD结果生成了具有给定时刻的对。换句话说，实际时差RTD的测量随时间而发生，因此在不与时间关联时无法生成一系列实际时差RTD。白点200表明测量点202和204之间实际时差RTD的内插值。白矩阵208则表示在时间窗口的最后测量点206之后，实际时间差RTD的外插值。时差中心最好还在预定义的时间窗口中过滤和均化测得的实际时差RTD。这可以实现只是因为实际时差RTD的测量结果是时间的函数。虚线表示实际时差RTD的平均值是时间的函数，它可以以最小平方和的已知方式计算，这由直线表示。终端定位系统可以在最近的出现时刻使用基站100到104的测得的实际时差RTD，或者实际时差RTD的内插或外插值。
在图3A中，基站100到104的实际时差RTD随时间缓慢变化。这种情况下，时差单元106到110必须定期测量实际时差RTD，这种测量相对较少。在图3A中，两个箭头表明测量时刻。在图3B中，基站100到104的实际时差RTD随时间快速变化。这种情况下，时差单元106到110必须不定期，至少是有时测量实际时差RTD，这种测量相对较频繁。在图3B中，箭头表明测量时刻。时差中心112根据其测量决定时差单元106到110测量各基站100到104的频度和周期。测量频率可以例如基于实际时差RTD平均值的改变速率。测量频率的改变可能减少了通知测量结果的信号需求，因此，减少了无线系统的信令负荷。
在GSM无线系统中，时差中心112可以发送实际时差信息和例如时差在短消息中的出现时刻的信息给需要该信息的网元。除了时差信息之外，或者取代时差信息的是，该消息可以包括终端114、116的位置信息。在本发明的方案中，时差单元106到110和时差中心112可以以所需方式安置于无线系统，例如基站中。时差中心112的功能至少在某种程度上可以分布在时差单元106到110。
尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想范围内，通过许多方式予以改进。

Claims (22)

1.一种测量时差的方法，该方法用于包括至少两个基站和一个用户终端的无线系统中，该方法包括：
从至少两个基站传送信号；
接收由所述基站所传送的信号；
测量所接收信号的第一观测时差；
计算所接收信号的第一几何时差；以及
根据随时间变化的所述第一观测时差以及所述第一几何时差，通过将出现时刻与实际时差联系起来，形成所接收信号的实际时差。
2.根据权利要求1的方法，还包括：
利用一个用户终端来接收由所述至少两个基站所传送的信号；
利用该用户终端测量所接收信号的第二观测时差；
从该第二观测时差中减去时间上与之对应的实际时差，形成一个第二几何时差，以确定该用户终端的位置。
3.根据权利要求1的方法，其中无线电系统还包括至少一个时差单元以及一个时差中心，该时差单元测量该第一观测时差并且将该第一观测时差传送到该时差单元，该时差中心根据随时间变化的第一观测时差以及第一几何时差，形成实际时差，其中时差中心在出现时刻之外的其他时刻，利用该实际时差，内差和外差实际时差的功能行为。
4.根据权利要求1的方法，其中该时差单元包括一个时钟，用于测量实际时差以及实际时差的出现时刻。
5.根据权利要求3的方法，其中该时差中心在预定的时间窗口中过滤并且均化所测量的实际时差。
6.根据权利要求3的方法，其中该时差中心根据实际时差的均值的变化速率，控制该第一观测时差的报告频率。
7.根据权利要求2的方法，其中在GSM无线系统中，该时差中心在短消息中传送实际时差、实际时差的出现时刻和/或用户终端的位置。
8.根据权利要求1的方法，在多个帧中实现传输的无线系统中，实际时差的出现时刻由定时帧的编号确定。
9.根据权利要求8的方法，其中在无线系统中，在控制信道上传送定时信息，该定时信息由时差单元用于测量实际时差并且确定实际时差的出现时刻。
10.根据权利要求1的方法，其中以预定的时间间隔来测量实际时差。
11.根据权利要求2的方法，其中在确定用户终端的位置时，使用与第二观测时差最接近的出现时刻的实际时差。
12.一种无线系统，包括：
至少两个基站和一个用户终端，其中该至少两个基站用于传送信号；
一个时差单元，用于接收基站的信号并且测量基站信号之间的第一观测时差；
一个时差中心，该时差单元向该时差中心传送该第一观测时差，该时差中心具有关于所述至少两个基站之间的第一几何时差的可利用信息，该时差中心利用所述第一观测时差以及所述第一几何时差，形成随时间变化的实际时差，其中通过由时差中心将实际时差的出现时刻与实际时差相联系，来计算该第一几何时差。
13.根据权利要求12的无线系统，其中该无线系统还包括用户终端的定位系统，该定位系统利用该实际时差，以便用户终端测量基站信号之间的第二观测时差，并且该定位系统从该第二观测时差中减去该实际时差，以便形成用户终端的第二几何时差，来确定该用户终端的位置。
14.根据权利要求12的无线系统，其中该时差单元包括一个时钟，用于测量实际时差。
15.根据权利要求12的无线系统，其中该时差中心在出现时刻之外的其他时刻，利用该实际时差，内差和外差实际时差的功能行为。
16.根据权利要求12的无线系统，其中该时差中心利用帧编号，对实际时差的测量结果打上时间戳。
17.根据权利要求12的无线系统，其中该无线系统在控制信道上传送定时信息，并且时差单元利用该定时信息，对实际时差的测量结果打上时间戳。
18.根据权利要求12的无线系统，其中该时差中心以预定的时间间隔测量实际时差。
19.根据权利要求12的无线系统，其中该时差中心在预定的时间窗口中过滤和均化所测量的实际时差。
20.根据权利要求12的无线系统，其中该时差中心根据实际时差的均值的变化速率，控制该第一观测时差的报告频率。
21.根据权利要求13的无线系统，其中该无线系统是GSM系统，在该系统中传送短消息，并且该时差中心传送包括实际时差、与实际时差相关的出现时刻和/或用户终端的位置的短消息。
22.根据权利要求13的无线系统，其中用户终端的定位系统使用与第二观测时差最接近的出现时刻的实际时差。
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