CN114302336A - 确定终端位置的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种在终端中确定终端位置的方法和系统，所述确定终端位置的方法包括：从基站获取基站的位置；确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA；并且根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。
Description
技术领域
本发明属于无线通信终端定位技术领域。具体地，本发明涉及当全球导航卫星系统(GNSS)不可用时终端确定自己位置的方法和系统。
背景技术
GNSS是一种空间无线电定位系统，只要终端可以接收到GNSS系统信号，且搜星数量足够，信号强度足够，就可以通过GNSS系统获取终端位置坐标，这个坐标通常由经纬度和海拔高度组成。
当前，终端获取自己的位置坐标主要靠自带的GNSS系统，比如常见的GPS、北斗等导航系统，但是当GNSS系统不可用时，终端只能依靠其它系统间接确定位置的大概坐标。
无线局域网(WLAN)系统本身也可以提供终端位置坐标。当终端附近有可以接入的WLAN时，终端也可以通过该系统获取终端位置坐标。
当GNSS和WLAN都不可用时，终端仍然可以用移动网络确定大概位置坐标，比如通过可观察到达时间差(OTDOA)定位法、多基站覆盖交叠定位法、多移动网络系统定位法等方法。
然而，GNSS系统依靠近地在轨卫星给终端发送信号来提供终端位置坐标，当终端处于建筑内、地下室，或者云层厚度较厚时，都可能导致GNSS信号不可用，从而无法使用该系统。
此外，当终端在户外、或者在无WLAN覆盖的区域时，或者当WLAN没有设置提供终端位置服务时，终端无法使用WLAN获取位置坐标。
此外，OTDOA定位法、多基站覆盖交叠定位法、多移动网络系统定位法等方法都是需要多基站才可以通过几何方法确定终端与基站的相对位置，如果在只有单基站覆盖的情况下，这些方法失效。
发明内容
根据本发明的示例实施例，提供了一种在终端中确定终端位置的方法，所述方法可包括：从基站获取基站的位置；确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA；并且根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。
确定AOA的步骤可包括：当终端具备计算AOA的能力时，计算基站到终端的AOA。
确定AOA的步骤可包括：当终端不具备计算AOA的能力时，从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA。
基站的位置的信息可被包括在基站广播消息中。
终端到基站的AOA的信息可被包括在由基站发送的rrcReconfiguration消息中。
确定AOA的步骤可包括：当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
根据本发明的示例实施例，提供了一种在终端中确定终端位置的系统，所述系统可包括：获取模块，被配置为从基站获取基站的位置；以及位置确定模块，被配置为确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA，并且根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。
位置确定模块可被配置为：当终端具备计算AOA的能力时，计算基站到终端的AOA。
位置确定模块可被配置为：当终端不具备计算AOA的能力时，控制获取模块从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA。
基站的位置的信息可被包括在基站广播消息中。
终端到基站的AOA的信息可被包括在由基站发送的rrcReconfiguration消息中。
位置确定模块可被配置为：当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
根据本发明的示例实施例，提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时使处理器实现根据本发明的示例实施例的确定终端位置的方法。
根据本发明的示例实施例，提供了一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其中，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行根据本发明的示例实施例的确定终端位置的方法。
根据本发明的示例实施例，当终端检测到GNSS不可用，但移动网络可用时，可通过基站广播消息，将基站的位置信息发送给终端，仅通过一个基站即可得到终端的位置。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例实施例的确定终端位置的系统100的示意性框图；
图2是示出根据本发明的示例实施例的由基站计算终端到基站的AOA的示例示图；
图3是示出根据本发明的示例实施例的计算终端的位置的示例示图；以及
图4是示出根据本发明的示例实施例的确定终端位置的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1是示出根据本发明的示例实施例的确定终端位置的系统100的示意性框图。所述系统100可安装在各种终端中以使这些终端能够确定其位置。为了便于解释，假设根据本发明的示例实施例的终端安装了所述系统100并可使用该系统100来确定终端位置。
当终端的应用需要终端的位置时，当终端检测到GNSS不可用且运营商移动网络可用时，终端的应用处理器(AP)可通知启用系统100的功能(例如，启动无GNSS确定终端位置的过程)。此外，也可以在终端(例如，通过终端的用户界面(UI)或按钮等)设置用于启动/关闭无GNSS确定终端位置的过程的开关，由用户决定是否启动该过程。
根据本发明的示例实施例的系统100可包括获取模块110和位置确定模块120。
获取模块110可被配置为从基站获取基站的位置。通过在基站广播消息中增加基站的位置信息(例如，在SIB9(系统信息广播9，system information broadcast 9)中全小区广播)，当终端启动了无GNSS确定终端位置的过程时，获取模块110可从基站通过包括基站的位置信息的基站广播消息，获取基站的位置(例如，绝对位置坐标，诸如GPS坐标、北斗和伽利略等等定位方法坐标)，例如，记为(经度，纬度)。例如，获取模块110(例如，终端的通信处理器(CP))可通过当前驻留的移动网络广播信息，获取本小区GPS坐标。这里，作为示例，基站的位置信息可被包括在基站广播消息中，但不限于此，基站的位置信息还可被包括在任何合适的可由基站发送到终端的消息中。
位置确定模块120可被配置为确定终端与基站之间的距离(例如，图2或图3中的D)。例如，位置确定模块120可通过本小区随机接入过程(参考3GPP协议物理层过程)确定终端与基站之间的距离。
作为示例，下面详细描述通过本小区随机接入过程确定终端与基站之间的距离的原理。
因为电磁波在空中接口传输需要一定时间T才能到达终端，当终端收到下行信号时，即使立即发送响应上行信号，上行信号仍然需要经过T才能到达基站。因此，基站期望的上行信号接收时间点就往后延迟了2T。上行传输的一个重要特征是不同UE在时频上正交多址接入(orthogonal multiple access)，即来自同一小区的不同UE的上行传输之间互不干扰。为了保证上行传输的正交性，避免小区内(intra-cell)干扰，基站(eNodeB)要求来自同一子帧但不同频域资源(不同的RB)的不同UE的信号到达eNodeB的时间基本上是对齐的。eNodeB只要在循环前缀(Cyclic Prefix)范围内接收到UE所发送的上行数据，就能够正确地解码上行数据，因此上行同步要求来自同一子帧的不同UE的信号到达eNodeB的时间都落在循环前缀范围之内。为了保持使用不同循环移位的上行参考信号之间的正交性，也要求接收到的上行参考信号必须是时间对齐的，这也是需要使用上行同步，以保证同一小区的不同UE的上行传输在时间上对齐的原因。为了保证接收侧(eNodeB侧)的时间同步，LTE提出了上行定时提前(Uplink Timing Advance)的机制。在UE侧看来，定时提前(TA)本质上是接收到下行子帧的起始时间与传输上行子帧的时间之间的一个负偏移(negative offset)。eNodeB通过适当地控制每个UE的偏移，可以控制来自不同UE的上行信号到达eNodeB的时间。对于离eNodeB较远的UE，由于有较大的传输延迟，就要比离eNodeB较近的UE提前发送上行数据。具体过程可以参见3GPP协议38213-g40，4.2节Transmission timing adjustments章节所述。也正是基于以上过程，可获取基站到终端的传输时间T，这也使位置确定模块120确定基站与终端之间距离成为可能。
由此，通过将基站到终端的传输时间T乘以电磁波速度可以得到基站与终端之间距离。一般认为电磁波传播速度近似等于光速。在LTE系统，一般射频信号时间精度处理级别可以到1ns或者10ns级别，对应到距离就是0.3米或者3米。如果是NR，FR1 sub 6G下，精度可以到1ns，FR2 mmWave甚至可以到0.1ns，换算成距离精度就已经可以媲美GPS的定位精度了。
位置确定模块120还可被配置为确定终端与基站之间的到达方向角(AOA)。通常，配置了多天线的终端可具备根据基站的下行参考信号计算基站到终端的AOA的能力。当终端具备计算AOA的能力时，位置确定模块120可计算基站到终端的AOA。
下面描述位置确定模块120计算基站到终端的AOA的过程的示例。
基站的每个电磁波束可都具有不同的特征序列并且可以是从不同的方向发射的。可在终端处接收包含上述特征序列合成的信号响应，在终端处判定具有最高接收能量的波束，并将具有最高接收能量的波束的波束方向与到达角度AOA相关联来估计AOA。
可选地，终端可获取通信信道的时域信道响应，根据时域信道响应计算信道响应的自相关函数，并且根据所述自相关函数构造以角度作为输入参数的代价函数，并选择所述代价函数的最大值对应的角度参数值作为到达角估计结果。
当终端不具备计算AOA的能力时，位置确定模块120可控制获取模块110从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA，其中，终端到基站的AOA的信息可被包括在由基站发送的rrcReconfiguration消息中，但不限于此，终端到基站的AOA的信息还可被包括在任何合适的可由基站发送到终端的消息中。通常，基站具有多天线阵列，可具备计算AOA的能力。也就是说，基站可计算终端到基站的AOA并且可在rrcReconfiguration消息中增加对应AOA信息，基站可通过rrcReconfiguration消息将AOA信息发送给终端，然后终端可获取来自基站的AOA信息。下面将参照图2详细描述基站计算终端到基站的AOA的过程的示例。
位置确定模块120可被配置为根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。下面将参照图3详细描述位置确定模块120根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA确定终端的位置的过程。
此外，如果基站和终端都不具备计算AOA的能力，则终端可直接采用基站广播消息中的基站的位置作为终端的位置。
可选地，当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，终端可利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
根据本发明的示例实施例的获取模块110和位置确定模块120可被集成为执行其功能的单个模块，或者获取模块110和位置确定模块120中的至少一个可被划分为多个更小的模块。
图2是示出根据本发明的示例实施例的由基站计算终端到基站的AOA的示例示图。
如图2所示，基站可确定正北基准位置。按照3GPP协议，基站可通过rrcReconfiguration消息，配置终端的上行参考信号SRS资源。终端可按照基站要求，发送上行SRS。基站可通过多天线阵列接收SRS，计算各天线阵列各自的空间谱，对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱，并根据合并空间谱搜索得到终端到基站的AOA。由此，通过在rrcReconfiguration消息中增加终端到基站的AOA的信息，终端可从基站获取终端到基站的AOA。
可选地，为了获得更精确的终端到基站的AOA，还可通过基于子空间的自校准，基于满足预设条件(即，基站的接收天线阵列第一个阵元的相位中仅包含校准误差信息、相邻阵元的校准误差相互独立、且相位差中包含来波方向的到达角信息分量)来构建最大重合子阵，并获得阵列相位校准误差、到达角较为准确的初始估计值，然后利用信号子空间与噪声子空间的正交性，设计迭代优化算法，实现AOA、相位校准误差的迭代更新估计，获得精确的AOA估计。
图3是示出根据本发明的示例实施例的计算终端的位置的示例示图。
如图3所示，在获取了基站的位置(例如，经度，纬度)，并确定了终端与基站之间的距离D以及AOA之后，位置确定模块120可如下根据终端与基站之间的距离D和AOA来确定终端相对于基站的经纬度偏移。
经度偏移＝Sin(AOA)*D
纬度偏移＝Cos(AOA)*D
然后，位置确定模块120可根据基站的位置和所述经纬度偏移来确定终端的位置。
最后，最终得到的终端的位置可被上报给终端的AP，AP可将此位置发送给相应的APP应用，例如，地图、导航等需要位置信息的APP。
图4是示出根据本发明的示例实施例的确定终端位置的方法的流程图。
当GNSS不可用且移动网络可用时，或者当启动无GNSS确定终端位置的过程时，终端可从基站获取基站的位置(步骤S401)。基站的位置的信息可被包括在基站广播消息中。
终端可确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA(步骤402)。当终端具备计算AOA的能力时，终端可计算基站到终端的AOA。当终端不具备计算AOA的能力时，终端可从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA，其中，终端到基站的AOA的信息可被包括在由基站发送的rrcReconfiguration消息中。当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，终端可利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
终端可根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置(步骤403)。
根据本发明的示例实施例，当终端检测到GNSS不可用，但移动网络可用时，可通过基站广播消息，将基站的位置发送给终端，仅通过一个基站即可得到终端的位置。
这里，所述终端并非必须是单个的电子设备，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令(或指令集)的装置或电路的集合体。终端还可以是集成控制系统或系统管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程(例如，经由无线传输)以接口互联的便携式电子设备。
在所述电子设备中，处理器可包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、可编程逻辑装置、专用处理器系统、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。
处理器可运行存储在存储器中的指令或代码，其中，存储器还可以存储数据。指令和数据还可经由网络接口装置而通过网络被发送和接收，其中，网络接口装置可采用任何已知的传输协议。
存储器可与处理器集成为一体，例如，将RAM或闪存布置在集成电路微处理器等之内。此外，存储器可包括独立的装置，诸如，外部盘驱动、存储阵列或任何数据库系统可使用的其他存储装置。存储器和处理器可在操作上进行耦合，或者可例如通过I/O端口、网络连接等互相通信，使得处理器能够读取存储在存储器中的文件。
此外，所述电子设备还可包括视频显示器(诸如，液晶显示器)和用户交互接口(诸如，键盘、鼠标、触摸输入装置等)。电子设备的所有组件可经由总线和/或网络而彼此连接。
根据本公开的实施例，还可提供一种计算机可读存储介质，其中，其上存储有计算机程序，所述程序被执行时实现根据本发明的实施例的方法。这里的计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如终端、客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，此外，在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种在终端中确定终端位置的方法，包括：
从基站获取基站的位置；
确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA；并且
根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定AOA的步骤包括：
当终端具备计算AOA的能力时，计算基站到终端的AOA。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定AOA的步骤包括：
当终端不具备计算AOA的能力时，从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA。
4.如权利要求1所述的方法，确定AOA的步骤包括：
当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
5.一种在终端中确定终端位置的系统，包括：
获取模块，被配置为从基站获取基站的位置；以及
位置确定模块，被配置为确定终端与基站之间的距离和到达方向角AOA，并且根据基站的位置、终端与基站之间的距离和AOA来确定终端的位置。
6.如权利要求5所述的系统，其中，位置确定模块被配置为：
当终端具备计算AOA的能力时，计算基站到终端的AOA。
7.如权利要求5所述的系统，其中，位置确定模块被配置为：
当终端不具备计算AOA的能力时，控制获取模块从基站获取由基站计算的终端到基站的AOA。
8.如权利要求5所述的系统，其中，位置确定模块被配置为：
当终端具备计算AOA的能力，且从基站接收到由基站计算的终端到基站的AOA时，利用由基站计算的终端到基站的AOA对由终端计算的基站到终端的AOA进行校正。
9.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时使处理器实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
10.一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其中，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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