CN1157983C - 在通信系统中的距离估计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于估计在通信系统中通过无线电接口通信的台站之间距离的方法，其中至少一个台站根据定时结构在时隙中发送信号突发，而且至少一个台站接收这些信号突发，所述方法包括步骤：确定在接收站接收的、来自发射站的信号突发的第一定时，该第一定时与满足一个预定条件的该接收信号突发的第一分量相关；确定该接收信号突发的第二定时，所述第二定时用于调节所述接收站的内部定时，用以与所述发射站传送其他信号突发；确定所述发射站和所述接收站之间的定时时延信息；以及基于所述定时时延信息以及关于所接收信号突发的第一定时的信息，估计所述发射站与所述接收站之间的距离。

Description

在通信系统中的距离估计

技术领域

本发明涉及估计在通信系统中各个台站之间的距离，本发明尤其但不唯一涉及在距离估计时使用至少一个定时参数。

背景技术

蜂窝通信系统基于小区或类似的无线电覆盖区。蜂窝电信系统的例子包括但不限制为，诸如GSM(全球移动通信系统)或各种基于GSM的系统(如，GPRS：通用分组无线电业务)，AMPS(美国移动电话系统)，DAMPS(数字AMPS)，CDMA(码分多址)或推荐的WCDMA(宽带CDMA)，或UMTS(通用移动通信系统)或其它第三代通信系统等标准。一般来说，电信系统的一个小区覆盖区可定义为，由借助一个空中或无线电接口服务用户设备(UE)或移动站(MS)的一个或若干基站收发信站(BTS)覆盖的一定地理限制区域，而且通常连接到一个基站分系统(BSS)。互连的若干小区覆盖一个较大的地理区域，因此若干个小区一起构成一个蜂窝电信网络的覆盖区。

系统的每个覆盖区可受一个适当的控制器装置的控制。该控制器可进一步连接到一个网关或链接装置，如网关GPRS支持接点(GGSN)或网关移动交换中心(GSMC)，链接该小区到其它通信网络，如链接到PSTN(公众交换电信网)或到数据网络，如基于X.25的网络或基于TCP/IP(传输控制协议/网际协议)的网络。

该电信系统其中一个小区内的用户设备(UE)(在下文中将称为移动站或MS)各自受该小区的控制器功能控制。MS偶尔可仅受一个控制器的控制。然而，MS也可同时受几个控制器的控制。这可出现在例如当小区重叠或处于所谓的软切换模式时，在此MS可与两个基站通信，而且这些基站可连接到不同控制器，或者在一个控制器控制正控制该MS的另一控制器时也可出现这种情况。一个控制器可定义为服务(主)控制器而其它控制器用作辅助控制器。

移动站与一个适当的网络控制器通信而且提供该控制器各种类型的信息。例如，当移动站从一个小区转换到一个新小区，或当移动站在被关机后或暂时无法到达在其中一个小区开机时，该移动站将发送一个包含MS标识符(ID)的消息到新小区的控制器。新小区的控制器可以与前一小区中的控制器相同，或可以不同于在小区变换前处理该MS的前一控制器。MS ID包括该电信系统所需的数据以便能分别处理呼入/呼出以及往来MS的信令。一旦MS ID被该系统接收，该系统就能了解该特定移动站的当前小区。

在时分多址(TDMA)网络中，在移动站和基站收发信站之间的传输使用多个时隙。一个帧由预定数量的时隙构成。将分配每个移动站每个帧中的一个给定时隙来与一个基站收发信站通信。为正确处理从各个移动站接收的信号，来自每个移动站的信号必须在其分配的时隙内在基站被接收。为确保这些信号在分配的时隙内接收，基站提供给移动站定时超前(TA)信息。该定时超前信息指示移动站何时应发送其信号到基站。需要定时超前信息的原因是发送和接收站之间的无线电波传播使得这些站之间的传输出现延迟。换言之，从BTS到MS以及从MS到BTS的无线电波传输需要一些时间，因此在MS和BTS使用的时隙定时之间有一定的偏置。为解决这些时延，更准确地说，为避免任何时隙重叠，因此必须确定移动站和服务基站收发信站之间的时延。

根据一种方案，移动站在空闲模式根据从服务基站接收的突发调节其内部定时。当MS首次发送(接入突发)到BTS时，这是利用相比BTS的定时有延迟的移动站的内部定时实现的。当BTS接收这些信号时，其测量其帧结构和接收的MS突发之间的时间偏置。这两个定时之差等于无线电波从BTS传输到MS再返回的传播时延，即，两站之间距离的两倍。为避免在BTS出现时隙重叠，BTS提供MS定时超前(TA)值信息，指示MS应提前多长时间发送到BTS。借助这种方案，MS就能调节其发射以便该发射能根据接收BTS使用的帧结构在时隙中被BTS接收。在一个专用连接期间，BTS连续确定适当的TA值并向MS告知该TA值。

确定该定时的一种可能方式是基于冲激响应。通过使突发中的一个已知位组合模式(所谓的训练序列)与接收信号相关能得到该冲激响应。该冲激响应为一条曲线，其时间在X-轴(分量分支)而强度在Y-轴(参见图3，图3示出了一个示例冲激响应)。为正常运行TDMA系统，如GSM系统，调节该接收以便接收到一个最大能量很重要。因此，在现有技术中根据冲激响应的重心(mass center)已经确定了该定时。

该蜂窝通信系统的功能便于提供涉及一个单独移动站的当前位置的至少粗略的位置估计。尤其是该蜂窝通信系统总是知晓(至少粗略地)与该系统的至少一个基站通信的移动站的当前位置区域。甚至在移动站位于一个受访或“外部”网络的覆盖区内时也能得到这个信息，因为受访网络能发送该移动站的位置信息返回归属网络，例如出于路由和计费目的。

已经推荐借助蜂窝电信网络提供的位置服务特征。所推荐的位置服务能提供最近知道的移动站位置与时间戳。所推荐的服务功能可由一个独立的网络单元或服务器提供，这个网络单元或服务器从该系统的各个控制器接收信息。

WO99/27738描述了一种在无线环境中通过对所接收的无线电信号进行处理而确定发射机和接收机之间距离的方法和装置，其中所述无线电信号被从同一个无线电发射机重复地传送并且可能经历多径传播。利用信道功率简表来重复地估计所接收的无线电信号的接收时间(TOA)。选择靠近产生的最小TOA的TOA值，其中根据对多个随机选择的、具有相同已知比特序列的接收突发的非相干积分，来得到每个估计的TOA，以便消除噪声的影响。

EP0917385描述了一种通过在移动站和位置业务中心(LSC)之间动态地分布计算，来定位移动站的方法。

使位置确定更为精确的一种可能性是利用移动站和基站之间的定时延迟或偏置信息。这是基于意识到当移动站离基站相对较远时，与移动站离基站相对较近时相比，信号传输到基站的时间更长。因此，为解决该偏置，相对远离基站的移动站将必须比离基站相对较近的移动站，相对于定时结构更“提前”发送其信号到基站。该定时超前信息(TA)因此也是该移动站和基站之间的距离测量方式。该定时超前信息并不提供有关信号接收的方向的指示。因此使用定时超前信息可能需要使用其它一些支援信息以估计该方向。例如，可实现该定位，以便如果不能得到其它方向指示，该移动站还与覆盖该移动站当前所处区域的至少另一个其它而且最好与三个相邻基站通信。来自一个基站站点的定向天线或到达角(AOA)测量也可与定时超前信息一起使用。在后一情况下，该位置定位到AOA线和定时超前圆的交叉点。

当前定时超前的确定例如在GSM系统中具有1位精度。这在时间上对应3.69μs，在距离上对应1.1千米。这个精度足以用于蜂窝通信系统的正常运作。然而，对于某些特殊目的可能还不够用，例如，估计该通信系统中的两个或若干站之间的距离，以及基于定时超前信息地理定位移动站。

发明内容

本发明的目的是解决上述的一个或几个问题。

根据本发明一方面，提供一种用于估计在通信系统中通过无线电接口通信的台站之间距离的方法，其中至少一个台站根据定时结构在时隙中发送信号突发，而且至少一个台站接收这些信号突发，所述方法包括步骤：

确定在接收站接收的、来自发射站的信号突发的第一定时，该第一定时与满足一个预定条件的该接收信号突发的第一分量相关；

确定该接收信号突发的第二定时，所述第二定时用于调节所述接收站的内部定时，用以与所述发射站传送其他信号突发；

确定所述发射站和所述接收站之间的定时时延信息；以及

基于所述定时时延信息以及关于所接收信号突发的第一定时的信息，估计所述发射站与所述接收站之间的距离。

在一个优选实施例中，用于估计距离的步骤包括，确定第一定时和第二定时之差并基于该确定的差值校正这些站之间的距离估计。基于该偏置的定时超前值可用于所述距离估计，其中第一定时和第二定时之差得以确定，而且该第一定时和第二定时之差得以从该定时超前值中减去。

根据一种可能性，接收站可使用不同接收和发射定时，其中接收站的接收定时根据确定的第二定时调节，而用于从接收站发送一个响应信号到发射站的发射定时根据确定的第一定时调节。发射站可确定接收的响应信号的定时，以便该定时基于对应所述第一分量的该接收响应信号的一个分量，之后就可确定发射定时和接收响应信号定时之间的差值。

其中一个站可以是蜂窝通信系统的移动站，而至少一个站可以是位置固定的基站。移动站的当前地理位置可以借助该移动站和所述至少一个基站之间的所估计距离确定。至少一个确定的信息可传递到该通信系统的一个位置服务节点。

根据本发明的一个实施例，在接收站使用不同接收和发射定时，其中所述接收站的接收定时根据所确定的第二定时来调节，而用于从接收站发送响应信号到所述发射站的发射定时根据所确定的第一定时来调节；

在发射站接收该响应信号；

在发射站确定接收的响应信号的定时，以便该定时基于对应所述第一分量的接收响应信号的一个分量；以及

确定发射定时和所接收响应信号定时之差。

其中所述接收站通知该通信系统其使用不同接收和发射定时。

根据本发明的另一个实施例，其中一个台站是蜂窝通信系统的移动站，而且至少一个台站是位置固定的基站，该方法还包括借助移动站和所述至少一个基站之间的距离确定移动站的当前地理位置的步骤。

优选地，借助移动站和基站之间的距离来确定移动站的当前地理位置的步骤还包括步骤：

确定该移动站和其中一个基站之间的距离；

确定该移动站和另外一个基站之间的另外距离；以及

组合这两个确定的结果，用于估计该移动站的当前地理位置。

根据本发明的另一个实施例，其中该方法还包括，组合该移动站和另一站之间的距离估计结果和从另一有关移动站位置的确定得到的至少另外一个结果的步骤。

优选地，传递至少一个实现的确定信息到该通信系统的一个位置服务节点。

根据本发明另一方面，提供了一种通信系统，包括：

用于根据该通信系统的定时结构，通过时隙发送信号突发的发射站；

用于接收这些信号突发的接收站；

用于确定在该接收站接收的信号突发的第一定时的第一控制装置，该第一定时与满足一个预定条件的接收信号的第一分量相关；

用于确定所述接收信号突发的第二定时的第二控制装置，所述第二定时用于调节所述接收站，用以与所述发射站通信其他信号突发；

确定所述发射站和所述接收站之间的定时时延信息的第三控制装置；以及

基于所述定时时延信息以及关于所接收信号突发的第一定时的信息，估计所述发射站与所述接收站之间的距离的第四控制装置。

本发明的实施例可具有多种优点。移动站和服务基站之间的距离估计精度得以提高，这使得定位精度提高，因为用于距离计算的定时信息通过涉及用于最短无线电传播路径的定时信息得以校正。该定时信息已经为该通信系统所用，因此本发明的一些实施例不需要对现有移动站作任何改动。另外，本发明的一些实施例并不需要对现有移动站或基站作任何硬件改动，所提供的精度使得只需要一个基站的实施例能提供移动站的地理定位。

附图说明

为更好地理解本发明，现在通过举例参照附图，其中：

图1示出了可实现本发明一个实施例的一种可能的网络环境；

图2示出了利用三个基站来定位移动站的实施例；

图3示出了一种冲激响应；

图4A、4B和4C示出了可能的实施例的方框图；以及

图5为示意本发明一个实施例操作的流程图。

具体实现方式

首先参考图1，图1示意了具有位置业务的一种可能的蜂窝电信系统的一般视图。应指出，即使在下面示意和详述的示例电信网络使用电路交换GSM(全球移动通信系统)公众陆地移动网络(PLMN)的术语，但所提出的解决方案可用于为利用时隙与该系统通信的至少一个站提供某种程度的位置功能的任何通信系统。还应理解，即使图1示出了三个基站的分组，每个分组提供三个全向无线电覆盖区1、2和3，但本发明的实施例可利用任何数量的无线电覆盖区实现。覆盖区1、2和3也可以是该移动通信网络的三个小区覆盖区，而不是基站覆盖区，在此一个小区的覆盖区包括一个以上基站。还可能组合若干小区以便一个覆盖区包括一个以上小区。例如，URA(UMTS地面无线接入网注册区域)在UMTS标准包括一组小区。还指出，无线电覆盖区可由装有一个定向或扇区天线(未示出)的一个基站扇区构成。该扇区基站可使用例如三个120°的定向天线，从而提供三个无线电覆盖区，或使用提供4个无线电覆盖区的4个90°的定向天线，等等，或任何不同无线电覆盖波束宽度的组合。还应理解的是，基站有时可称为节点B(例如，在UMTS标准中)。

在图1中，每个无线电覆盖区1、2和3由相应的基站收发信站(BTS)4、5和6服务。每个基站收发信站BTS用于与该小区中的移动站(MS)7发送和接收信号。同样地，移动站7能与相应的基站收发信站发送和接收信号。移动站7借助与基站的无线或无线电通信实现于此。虽然为清晰起见图1中只示出了一个移动站，但典型地将有多个移动站与每个基站通信。

每个基站连接到一个相应的网络控制器，该控制器在示例的GSM系统形式中包括一个基站控制器8，该基站控制器进一步连接到移动交换中心(MSC)9。然而，图1还示出，在一些装置中，控制该网络控制器和基站之间的一个或几个基站的基站控制器8可以省略。每个网络控制器控制其服务区域，即，或直接或借助基站控制器连接到它的小区和基站。应指出，一个以上基站或基站组可连接到每个网络控制器。典型地在一个网络中还提供两个以上网络控制器。该网络控制器借助一个适当的链接或网关装置连接到该电信网络的其它单元或部分，如网关移动交换中心(GMSC)14。

在移动站和控制器之间实现通信是已知的，因此在此不再详细讨论。注意到在上行链路和下行链路方向上，接口在移动站与相关小区中的给定基站之间可包括多个信道，而且发送给该移动站的信息以及从该移动站发送的数据可以是分组形式(例如在GPRS或UMTS系统中)就足够了。然而，在本发明的可选实施例中并不排除发送信息的其它格式。从移动站发送的消息可包括识别该移动站的信息(例如，分别为MS ID和/或IMSI(移动站识别和/或国际移动用户身份)。

图1还示意了利用分组交换移动电信业务来与数据网络通信的可能性。所示意的GPRS(通用分组无线电业务)基于GSM技术而且可使用现有GSM基站和其它网络单元用于其操作。GPRS包括一个服务GPRS支持节点(SGSN)，其实质上对应GSM网络的MSC，用于控制服务区域和对接该数据网络的网关GPRS支持节点(GGSN)，例如TCP/IP(传输控制协议/网际协议)因特网。在GPRS系统中，网络控制器SGSN用于传递数据分组以通过相应的基站发送到移动站7。该控制器还将从基站接收其已从移动站接收的数据分组。

移动站7能在一个无线电覆盖区内移动，而且也能从一个无线电覆盖区移动到另一个覆盖区，例如从小区1到小区2。移动站7的位置因此可随时改变。为确保该系统的正确运作以及避免断开一个可能的正进行呼叫，提供已知的切换过程以便对所涉及各方(例如，对前一和新网络控制器)将能得到所有必要信息。移动站还可与一个以上基站通信，例如在一个所谓的软切换过程期间。与该通信系统的不同基站通信的漫游移动站7可注册到一个归属位置寄存器(HLR)13以及到一个来访位置寄存器(VLR)11。应指出，一个移动电信网络可包括若干归属位置寄存器，而且归属位置寄存器可包含在一个或若干网络控制器中。

图1还示出了为不同应用或授权接收涉及一个移动站的地理位置(或位置历史)的至少某一程度信息的客户18提供位置服务的位置服务(LCS)节点16。这些客户可以是外部的，即，来自该通信系统外部的客户。这些客户也可以是内部的，即，该通信系统本身的功能或单元可使用LCS节点16提供的地理位置信息用于该系统的运作(例如，资源分配、位置辅助切换、快速管理或位置相关计费)。从ETSI(欧洲电信标准协会)技术规范GSM 03.71可找到用于位置服务功能的一种更详细建议。一般来说，LCS功能可定义为一种能提供涉及一个特定移动站的地理位置信息的特征。该移动站的地理位置可基于该移动站相对于该移动电信系统的基站的位置确定。该LCS节点16用于接收涉及移动站7的地理位置的预定数据，以及处理这个数据和/或其它一些预定参数，和/或计算适当估计，以确定和输出该给定移动站的地理位置。LCS节点16也可用于检查客户18从其接收任何信息的权力。

LCS节点16与该通信系统的一个或若干单元有通信连接，如归属位置寄存器13、来访位置寄存器11、12，MSC 9和10或BSC 8。该通信连接可例如借助MAP(移动应用部分)连接实现。应指出，虽然在图1中所示的LCS节点16为一个独立单元，但它也可综合到一个适当的网络单元中，例如，成为该通信系统的任何控制器8、9、10或网关的一个内部组件或功能。

该位置信息可从该通信网络发送到LCS节点16以响应该位置服务器的请求。LCS节点16也可从该通信网络周期性地接收位置信息更新。如果该移动站的位置改变，该网络也可自动提供该位置服务器更新的位置信息。该位置信息可以有一个时间戳。该时间戳例如通过来访位置寄存器或归属位置寄存器附在数据中，并指示提供位置数据的时间。

确定一个移动站的位置可基于测量一个无线电信号的分量的至少一个特征，由此就能确定发射站和接收站之间的距离。在TDMA系统中，可用于此目的的特征为在一个时隙的分量定时，后面将在这个规范中详述这一特征。

应指出，该距离测量可以在上行链路和/或下行链路实现，即，在基站端或移动站端或两者实现。如果移动站用于确定用于位置估计目的的至少一部分该信息，则可利用该无线电网络通知一个适当的网络单元该结果。基于各种采集/定义的数据的必要位置计算和确定可在基站和/或移动站实现，或接着在有权使用所有所需数据的一个适当网络单元中实现。

图2示意了通过利用三个基站5、6和7估计移动站7的地理位置的情形。移动站(MS)7和三个基站的每个之间的距离可利用定时超前(TA)信息估计。在理论上，这提供了三个圆，它们在大部分情况下足以找到一个用于定位MS 7的足够精确的估计，该地理位置为三个圆的交叉点。在没有任何测量误差时，这三个圆在图2的交叉点将明确确定移动站7的精确位置。

然而，从图2可看出，实际上，由于各种测量误差，如已经提及的用于测距目的的定时超前信息不够精确和/或无线电传播路径上的阻塞元件或障碍(非视线(NLOS)条件)，该情形将不会这样直截了当。这些障碍可能是例如，建筑物和其它大型建筑、柱子、雕像、树木、岩石、车辆或基站和移动站之间的类似物体。测量误差量还取决于发射站和接收站之间的实际距离。在多路径连接中，确定误差的可能性还要增大。

应指出，图2的三个基站仅仅是例子，而且在实现本发明的实施例时基站的数量可不同于这个例子。根据下面的实施例通过利用定时信息带来的精度提高使得甚至能使用一个基站用于定位目的。定时超前(TA)测量也可与仅出自一个BTS站点的到达角(AOA)测量一起使用。既然这样，就可定位到AOA线和定时超前(TA)圆的交叉点。一种可能性是使用定时超前信息与上面提及的扇区天线。其它已知方法，如观测时差(OTD)和到达时差(TDOA)也可与定时超前信息一起使用。

之前在这个规范中讨论过，定时超前信息参数或值用于时分多址(TDMA)网络，如GSM，以便能将一个帧中的时隙彼此分离。需要定时超前信息是因为在发射和接收站之间的无线电波传播使得这些站之间的传输出现延迟。简要地说，定时超前(TA)信息指示MS应提早多长时间发送到BTS，以便根据所述接收BTS使用的帧结构由BTS接收该发射。在一个专用连接期间，BTS连续确定适当的TA值，并向MS告知该TA值。为解决该延迟，更准确地说，为避免任何时隙重叠，因此必须确定该移动站和服务基站收发信站(BTS)之间的时延，以便能生成定时超前(TA)信息，描述相应站所使用的定时之间的偏置。通过定义一个接收信号突发的分量的定时，并比较该分量的定时与在一个训练序列中同一分量的定时，可实现该TA参数。

图3示出了一个接收的信号突发的冲激响应图，其涉及基于冲激响应确定定时的一种可能性。通过使一个突发(训练序列)中的已知位组合模式与该接收信号相关可获得该冲激响应。图3所示的冲激响应为一条曲线，其时间在X-轴(分量分支)而信号强度在Y-轴。头4个或5个分量(左边的分支)示出了与该训练序列基本上很低或几乎不存在的响应或相关。之后该响应开始增大，而且两个最高分量指示一个几乎全响应。

图3示出的箭头指向该响应的三种不同类型的分量(分支)：第一分量，重心分量以及反射分量。在通信系统正常运作时，调节发射站和接收站的定时以便在接收站接收的能量最大很重要。尽管用于发射和/或接收目的的定时调节也可基于其他一些方案，如接收信号的幅度或功率，但实际发射的定时通常由该冲激响应的重心确定，因为这样能提供适当的能量级别。

然而，提供最佳能量的定时可能不是用于距离估计过程的最佳定时。从图3可看出，重心可位于X轴右侧的相对较远位置，因为这是还考虑所有反射分量来考虑整个突发的加权值。如果发生多路径传播，该冲激响应曲线变得更宽，因为发射信号通过移动强度到图3右侧使冲激响应不对称。换言之，重心分量并不考虑LOS和NLOS条件。然而为定位目的，使用指示移动站和基站之间的最短路径的分量更有利。这个分量在下文中将称为第一分量。

简要地说，第一分量为满足一个预定条件或几个条件的到达信号的第一分量。根据一种可能性，第一分量可定义为在该冲激响应曲线的上升沿的第一到达分量。第一分量也可以是在第一峰值的重心的第一分量。该预定条件最好设置使得接收信号突发的第一分量为能以足够可靠的方式检测到的第一到达分量。第一可靠检测分量到达作为该发射的第一可识别分量，因此它必定从发射机传输了最短路径。在理想情形中，第一分量代表没有被任何反射失真的视线(LOS)情形。

在图3中，第一分量的条件由门限电平Th定义。该门限电平的定义使得超过该电平的第一分量为对定位目的的定时测量提供足够可靠结果的第一分量。还有可能使用其他一些条件来定义接收信号突发的第一分量。这些包括但不限制为，在第一峰值具有最大高度的分支(如果该响应包括几个峰)，高度超过最高分支高度的一个预定部分(例如40％)的第一分支，在第一峰的高度超过第一峰高度的一个预定部分(例如40％)的第一分支，对应第一(主)上升斜率(上升最快)的最大导数的分支，高度超过信噪比一个预定量(例如，1.5倍S/N)的第一分支，等等。如果一个冲激响应有不止一个峰值，例如通过经分支滑动一个适当的窗口并监视这些分支的高度总和可找到第一峰值。当这个和具有第一最大值时，找到第一分量(分支)。另一方式是跟踪分支高度的导数。第一过零点指示第一峰值。

下面的实施例详细讨论了基于定时信息提高距离估计精度的可能性。在下面的例子中，假设定时利用冲激响应来确定。然而应理解的是，在实现本发明时也可使用用于定义一个信号的分量定时的其他解决方案。这些方案的例子包括监视信号幅度或功率电平。

图4A到4C的方框图示意了基站和移动站对实施例的一些可能性。在这些实施例中，假设该操作是由基站4启动的。应指出，根据这些实施例在一个操作周期中的首次发射也可由移动站7发射。

在图4A所公开的第一个实施例中，基站BTS 4以一种已知方式通过其内部定时结构发射信号突发。该信号可包括一个定位目的所需定时信息的指示。移动站7用于从BTS接收这些信号突发以及根据接收的突发，以一种常规方式调节其内部接收定时21，以便优化该通信的定时。该调节是通过处理器20实现的。在我们的例子中，这可利用图3的冲激响应的重心实现。

除了确定重心和该重心的定时，在接收移动站7检测满足一个预定条件的该信号的第一分量。检测后，第一到达信号分量的定时22由处理器20确定，以用于确定这些站之间的距离。在该冲激响应中，第一到达信号分量可以是，例如，在上升(左)沿超过图3的门限电平Th的第一个分支。如果能分离第一峰的话，它也可以是第一峰的重心。在大多数情况下，对于定位目的第一分量比重心或任何之后的分量更恰当，因为其代表在视线(LOS)条件下尽可能直接地从BTS 4到达MS 7(最短路径)的信号，或至少是在非视线(NLOS)条件下传输最短反射路径的信号。

根据一个实施例，移动站7通过利用一个不同于内部(接收)定时21的定时，发送一个响应返回BTS 4来响应该接收信号突发。换言之，用于响应的定时22不同于MS 7将在常规操作模式下用于接收和发送的单个定时21。对此必要的处理可以在图4A的MS 7的处理器20实现。该响应发射的定时基于在该冲激响应的第一信号分量的定时22，而不是重心分量21的定时。BTS 4从MS接收这些信号并确定该冲激响应。基站4使用对应第一分量的训练序列的分支而不是重心的分支来为该连接确定定时超前(TA)。因此，例如通过图1的位置服务器16生成的用于定位的定时超前(即，传播时延)信息，将对应地基于该发射的第一分量。我们认为第一分量能比重心分量提供更精确的距离估计结果，因为重心分量受反射信号的影响。该定位过程结束后，最好该系统返回到正常操作模式，并使用正常定时参数用于基站和移动站之间的进一步通信。然而，这不是在所有情况下都是必要的。

有可能移动站7无法使用图4A的不同接收和发射时基21和22。然而，可能MS 7例如利用该重心如常调节其内部时基21，而且只测量第一分量和重心之差。这个差值可以是这些分量之间的时差，这些分量的级数或该突发的比特之差。所确定的差值接着报告给该通信网络以用作在后续基于定时的距离确定中的校正值。用于距离估计的定时超前的校正计算接着可在基站4或在任何其他适当的网络单元实现。这个实施例的优点在于，所有发射将利用优化的定时，例如重心发送，而不是利用基于第一分量的定时用于例如接入的突发。

图4B示出了移动站7和基站4均具有内部和位置定时功能21和22的实施例。这使得能确定在发射基站4和接收/发射移动站7首先到达分量的定时，由此可基于该定时信息由该基站或移动站或两者确定这些站之间的距离。

上述实施例要求对现有移动站的硬件和/或软件做一些修正。由于许多“原”移动站无法执行上述功能的所有部分，在一些情况下优选能执行上述过程的移动站指示网络其已经使用了不同接收和发射时基21和22。借此网络能判断是否对定时超前值作任何校正。另外，借助这个信息，网络可启动一个路由过程以便发送该定时信息到该位置服务，以用于距离估计计算。

与现有系统相比，上述过程消除了由无线电传播路径上的反射引起的双重误差(在MS和BTS两处)。这个误差能有几百米。

下面将描述不必要求对现有移动站进行任何改动的实施例。图4C的BTS 4以正常方式通过其内部定时21发送信号到MS 7。MS 7从BTS 4接收第一信号突发并根据接收的突发如常在处理器20调节其内部定时，例如，利用接收信号和一个已知位组合模式之间的冲激响应的重心。移动站7接着利用该内部定时基于该确定的冲激响应重心发送一个响应返回基站4。

BTS 4从MS 7接收响应信号并确定冲激响应。BTS的处理器14确定两个独立定时21和22：基于重心的当前使用的定时和基于第一分量的定时。之后，BTS 4确定这两个定时之间的时差。BTS还基于第一分量测量定时超前(TA)。为补偿MS导致的误差，BTS从测量的定时超前(TA)中减去所确定的第一分量和重心之间的时差(基于其自己的测量)。这是基于假设：无线电信道在上行链路和下行链路突发之间没有改变而且对称。另外，假设MS以类似于基站的方式使用一个类似分量的重心。实际上，这表示在冲激响应上的多路径效应，因此重心和第一分量之差在BTS和在MS都类似。

图4C的定时超前(TA)定位方法的最大好处是还能定位原(未经修正的)移动站。通常认为，使用原移动站导致精度差，但上述实施例使得原移动站也能有高精度。

该通信系统提供的位置信息也可用于呼叫处理外的其他目的，如用于路由、计费、资源分配等等。有几种可能的商业和非商业应用可使用这些位置信息。这些可能的应用包括但不限制为：不同本地公告和信息分布方案，例如，信息只发送给当前处于一定区域内的移动用户；相关地区的WWW页面，如时间表、本地饭店、商店或旅馆指南，地图、本地公告等等；已呼叫一个紧急号码的用户位置；以及由希望接收这个信息而且依法授权得到这个信息的任何人跟踪移动用户。要求移动站移动的精确和实时位置信息的应用为，例如在动态网络资源分配时可使用的移动站移动预测特征。存在各种其他可能的位置信息用途和应用，可使用位置信息。一般来说，需要移动站地理位置信息的所有应用可找到借助一个有用的电信系统提供和/或处理的位置信息。通过提高由上述实施例的电信系统提供的位置信息精度可增大这个位置信息的可用性。

应理解的是，虽然本发明的实施例是就移动站描述的，但本发明的实施例也可应用于任何其他适当类型的用户设备。

在此还注意，虽然上面描述了本发明的示例实施例，但可对所公开的解决方案进行多种变化和改进，而不偏离所附权利要求书定义的本发明的范围。

Claims (28)

1.一种用于估计在通信系统中通过无线电接口通信的台站之间距离的方法，其中至少一个台站根据定时结构在时隙中发送信号突发，而且至少一个台站接收这些信号突发，所述方法包括步骤：

确定在接收站接收的、来自发射站的信号突发的第一定时，该第一定时与满足一个预定条件的该接收信号突发的第一分量相关；

确定该接收信号突发的第二定时，所述第二定时用于调节所述接收站的内部定时，用以与所述发射站传送其他信号突发；

确定所述发射站和所述接收站之间的定时时延信息；以及

基于所述定时时延信息以及关于所接收信号突发的第一定时的信息，估计所述发射站与所述接收站之间的距离。

2.根据权利要求1的方法，其中所述估计距离的步骤包括：

确定第一定时和第二定时之差，以及

基于该确定的差值校正这些台站之间的距离估计。

3.根据权利要求1的方法，其中所述估计距离的步骤包括：

基于所述定时时延信息来确定一个定时超前值；

确定第一定时和第二定时之差；以及

从该定时超前值中减去第一定时和第二定时之差。

4.根据前述任何一个权利要求的方法，其中借助该接收信号突发的冲激响应来确定相应的定时。

5.根据权利要求4的方法，其中基于该冲激响应的重心来确定第二定时。

6.根据权利要求2或3的方法，其中接收站确定第一定时和第二定时之差。

7.根据权利要求6的方法，其中所述接收站发送经确定的第一定时和第二定时之差到所述发射站用于处理。

8.根据权利要求1的方法，包括：

在接收站使用不同接收和发射定时，其中所述接收站的接收定时根据所确定的第二定时来调节，而用于从接收站发送响应信号到所述发射站的发射定时根据所确定的第一定时来调节；

在发射站接收该响应信号；

在发射站确定接收的响应信号的定时，以便该定时基于对应所述第一分量的接收响应信号的一个分量；以及

确定发射定时和所接收响应信号定时之差。

9.根据权利要求8的方法，其中所述接收站通知该通信系统其使用不同接收和发射定时。

10.根据权利要求1的方法，其中所述接收站包括蜂窝通信系统的一个移动站，而所述发射站包括该蜂窝通信系统的一个基站。

11.根据权利要求1的方法，其中所述接收站包括蜂窝通信系统的一个基站，而所述发射站包括该蜂窝通信系统的一个移动站。

12.根据权利要求3的方法，其中由基站从定时超前中减去所述定时之差。

13.根据权利要求1的方法，其中所述预定条件由信号突发的信号分量满足，该分量以该发射的第一个可检测分量的形式到达。

14.根据权利要求1的方法，其中所述预定条件包括对于所述第一分量的门限电平。

15.根据权利要求1的方法，其中一个台站是蜂窝通信系统的移动站，而且至少一个台站是位置固定的基站，该方法还包括借助移动站和基站之间的距离来确定移动站的当前地理位置的步骤。

16.根据权利要求15的方法，其中借助移动站和基站之间的距离来确定移动站的当前地理位置的步骤还包括步骤：

确定该移动站和其中一个基站之间的距离；

确定该移动站和另外一个基站之间的另外距离；以及

组合这两个确定的结果，用于估计该移动站的当前地理位置。

17.根据权利要求1的方法，其中一个站为移动站，该方法包括，组合该移动站和另一站之间的距离估计结果和从另一有关移动站位置的确定得到的至少另外一个结果的步骤。

18.根据权利要求1的方法，包括传递至少一个实现的确定信息到该通信系统的一个位置服务节点。

19.一种通信系统，包括：

用于根据该通信系统的定时结构，通过时隙发送信号突发的发射站；

用于接收这些信号突发的接收站；

用于确定在该接收站接收的信号突发的第一定时的第一控制装置，该第一定时与满足一个预定条件的接收信号的第一分量相关；

用于确定所述接收信号突发的第二定时的第二控制装置，所述第二定时用于调节所述接收站，用以与所述发射站传送其他信号突发；

确定所述发射站和所述接收站之间的定时时延信息的第三控制装置；以及

基于所述定时时延信息以及关于所接收信号突发的第一定时的信息，估计所述发射站与所述接收站之间的距离的第四控制装置。

20.根据权利要求19的通信系统，其中用于估计距离的第四控制装置还用于确定第一定时和第二定时之差，以及基于所确定的差值校正这些站之间的初始距离估计。

21.根据权利要求19的通信系统，其中用于估计距离的第四控制装置基于从定时时延信息推导的一个定时超前值来实现距离估计，以确定第一定时和第二定时之差，并且从该定时超前值中减去第一定时和第二定时之差。

22.根据权利要求19到21任何一个的通信系统，其中用于确定定时的第一、第二控制装置被设置成使用接收信号突发的冲激响应。

23.根据权利要求22的通信系统，其中确定第二定时基于该冲激响应的重心，而确定第一定时基于到达信号的第一分量。

24.根据权利要求19的通信系统，其中接收站被设置成使用不同接收和发射定时。

25.根据权利要求19的通信系统，其中接收站包括蜂窝通信系统的一个移动站，而发射站包括该蜂窝通信系统的一个基站。

26.根据权利要求19的通信系统，其中接收站包括蜂窝通信系统的一个基站，而发射站包括该蜂窝通信系统的一个移动站。

27.根据权利要求19的通信系统，其中一个台站是蜂窝通信系统的一个移动站，而至少另一个站是一个位置固定的基站，该系统还包括用于借助该移动站和所述至少一个基站之间的距离确定该移动站的当前地理位置的装置。

28.根据权利要求19的通信系统，还包括一个提供地理位置信息的位置服务节点。

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