CN1209882C - 蜂窝电话定位的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过与基站(10，12或14)进行信号通信的蜂窝电话(4)来确定地理位置的方法。所述移动站(4)首先尝试探测定位信号。在判断定位信号不足以用于定位计算后，移动站(4)停用接收器的至少一个部分。移动站(4)接收蜂窝通信信号，并测量蜂窝通信信号的信号质量。作为对信号质量提高到预定义的量的响应，移动站(4)重新激活接收器部分，并重新尝试探测定位信号。

Description

蜂窝电话定位的方法和装置
发明领域
本发明一般涉及地理位置的确定。具体地说，本发明涉及通过蜂窝电话确定地理位置。
背景技术
在不远的将来，蜂窝电话将具有确定地理位置的功能。现在已经提出了许多种用于在蜂窝电话中实现定位功能的方法。其中一种方法是将全球定位系统(GPS)接收机集成到蜂窝电话中去。GPS接收机周期性地从GPS卫星接收定时信号，并对定时信号进行处理以确定位置。
在不同的情况下，GPS接收机在接收所需的卫星定时信号的时候会有很大的困难。比如说，如果用户在建筑物中，GPS信号可能不够强，以至于用户的GPS接收机无法探测到信号。当蜂窝电话在建筑物的更深处，并且远离任何窗户的时候，GPS信号可能会变得十分衰弱(例如，更难被探测到)。在这种情况下，蜂窝电话的GPS接收机将持续地探测GPS信号，而这种连续的“探测”过程会显著地消耗蜂窝电话电池的电量。如果使用其它的定位技术(例如，三角测量法)，也会遇到同样的问题。因此，所需要的是一种用于在不用不必要地消耗蜂窝电话的电池的电量的情况下，通过蜂窝电话确定位置的方法和装置。
附图说明
图1是用于定位的，结合了蜂窝通信网络和全球定位系统(GPS)卫星的系统图；
图2是移动站典型实施例的方框图。
具体实施方式
图1所示为结合了全球定位系统(GPS)卫星(在这里由GPS卫星18代表)的，用于定位的蜂窝通信网络2的系统图。蜂窝通信网络2包括多个基站，其中包括第一基站10，第二基站12和第三基站14。正如在本领域公知的，基站控制器16连接到多个基站，通常用于控制蜂窝通信网络2的运行。移动站4通过多个基站中的至少一个站点，与另一个目标之间进行通信。
蜂窝通信网络2可以使用多种通信协议，诸如在本领域公知的码分多址(CDMA)技术，时分多址(TDMA)技术，或频分多址(FDMA)技术中的任何一种来运行。在本说明实施例中，蜂窝通信网络2通过CDMA空中接口标准运行，该标准由名为“用于双模式宽带扩频蜂窝系统移动站-基站兼容性标准”的TIA/EIA临时标准IS-95确定，并将其结合在这里作为参考。此外，蜂窝通信网络2可以包括多种通信技术，诸如CDMA和TDMA。
实施定位技术，从而能够进行移动站4地理位置的计算。此外，移动站的硬件配置取决于部署的定位系统的类型。
在说明实施例中，移动站4使用全球定位系统(GPS)接收机来与GPS卫星18进行通信。移动站4使用第一天线6与蜂窝通信网络2进行通信，并使用第二天线8与GPS卫星18进行通信。选择性地，移动站4可以使用同一个天线来探测定位信号和蜂窝通信信号。
对于通常所指的自给GPS定位来说，移动站4不需要蜂窝通信网络2的帮助就可以获得和测量GPS卫星信号。正如本领域公知的，在可选择的实施例中，蜂窝通信网络2使用网络辅助GPS，其中蜂窝通信网络2向移动站4提供信息，以帮助它获取GPS卫星信号。
在另一个可选择的实施例中，对移动站4进行装备，以从多个基站接收和处理下行频道信号，从而帮助移动站4定位。这就是通常所说的前向链路三角测量法。因此，正如在本领域中公知的，作为定位的一部分，移动站4处理来自多个基站的多个通信信号，并确定每个通信信号的到达时间。
图2所示为移动站4的典型实施例的方框图。对移动站4进行配置，以接收和发射扩频通信信号，从而与多个基站进行通信。基站(如图1所示)向移动站4发射各种扩频信号，诸如在话务信道中的信息信号。在话务信道之外，基站还广播其它通信信号，诸如在导频信道上的扩频导频信号，在同步信道上的同步信号，以及在寻呼信道上的寻呼信号。导频信号通常由通信范围内的所有移动站接收，移动站4使用它来识别CDMA系统的存在，初始化系统获取，休眠模式挂机，识别通信和干扰基站的初始和延迟射线，并用于相关的同步、寻呼和业务信道的解调。同步信道用于同步移动站与基站的计时。寻呼信道用于从第一基站10向包括移动站4的移动站发送寻呼信息。正如在本领域中公知的，基站发射的信号通过使用伪随机噪声(PN)序列传播。
在可选择的实施例中，导频信号包括在多个信道上发射的多个导频信号。一些导频信号可以用于，如初始化获取和信号强度测量。其它导频信号可以用于存储组信息，诸如基站身份的组。
移动站4包括第一天线6，常规发射机30，蜂窝接收机31，合成器38，和控制器40。正如在该领域中公知的，常规天线双工器7允许同时进行发射和接收。控制器40包括用于控制移动站4的操作的微处理器。正如在本领域中公知的，控制器可选择地，或附加地，包括逻辑电路，定时和时钟电路，数字信号处理器，以及微处理器。这个附加的电路就像用户界面(话筒，扬声器，等等)一样，与移动站4中的其它模块互连，为了不使图面过分复杂，这些没有在图2中表示出来。
蜂窝接收机31包括模拟前端32，搜索接收机34，瑞克(RAKE)接收机36。天线6探测来自第一基站10和其它邻近基站的RF信号。一些接收到的RF信号是由基站发射的可见光直达线路。其它接收到的RF信号被反射回来或是多路射线，并相对于可见光线延迟了。接收到的RF信号被天线6转换成电信号，并被送给模拟前端32。正如在本领域中公知的，模拟前端32执行诸如滤波、自动增益控制、将信号转换成基带信号等的功能。模拟基带信号被转换成数字数据流，以备进一步的处理。
一般来说，搜索接收机34从数字数据流中探测导频信号。正如本领域公知的，搜索接收机34用相关器和在移动站4中生成的PN代码解扩导频信号。在解扩频之后，每个周期片段的信号值在预选时间间隔上进行累加，并将相关能量与阈值进行比较。超过该阈值的相关能量通常表示导频信号射线是适合于导频信号定时同步的。
一旦鉴别出合适的射线，并完成定时同步，就将RAKE接收机36的解调分支分配给信号通路。正如本领域公知的，接下来，移动站4就可以解调信息信号了。
在本说明实施例中，移动站4利用GPS信号来进行当前地理位置分析，并因此使用一个常规的GPS接收机42。第二天线8探测来自GPS卫星18(见图1)的当前位置信息信号，并且，正如本领域公知的，常规GPS接收机42处理GPS信号，并将其转发给控制器40。GPS接收机42和蜂窝接收机31可以交替地共享至少部分电路，从而减少移动站4的体积和成本。通常称合并的GPS接收机和蜂窝接收机为移动站接收机。
在操作中，控制器40周期性地激活GPS接收机42，以探测和处理由GPS卫星18(见图1)发射的位置信号。例如，GPS接收机可以按照大体上以每五秒、三十秒或一分钟一次的频率周期性地激活。这个周期性的激活频率称为第一频率，也可以根据需要选择其它的激活频率作为第一频率。激活频率越频繁，定位信息将越新。用较高频率的激活作为第一频率的代价是电池消耗比较大。
在探测定位信号之后，GPS接收机通过执行常规的GPS接收机功能，如频率转换、滤波、和解调来处理信号。GPS接收机参与的一个特别的分析是判断定位信号是否足以用于定位计算。例如，GPS接收机42将判断接收到的定位信号的信号强度，如果信号低于预定义的初始值，那么定位信号就过于衰弱，以至于无法处理。在本说明实施例中，GPS接收机42的灵敏度是-155dBM。GPS接收机42可以执行接收信号强度的测量，或者作为变通，GPS接收机42可以将信号转发给移动站4的另一个部分(诸如蜂窝接收机31，和/或控制器40)以进行信号强度测量。
此外，可以使用任意数量的常规方法测量定位信号的信号强度。例如，可以利用中间模拟信号来计算，或者可以利用数字版的基带信号。可以可选择地使用其它方法判断GPS接收机42和GPS卫星18(见图1)之间的连接质量。例如，从处理定位信号中得到的误码率或帧擦除率可以作为测量接收到的定位信号是否适于处理的标准。
正如本领域公知的，如果定位信号适于进行处理，将继续进行通常的操作，并使用定位信号来确定当前地理位置。GPS接收机42继续按照第一预定义的频率，周期性地激活，并处理新的定位信号。
如果定位信号不适于进行处理(例如，过于衰弱)，控制器40将降低频率，GPS接收机42按这个频率周期性地激活，以探测定位信号。这样做是为了节省电池能量。根据移动站的位置不同，定位信号可能会过于衰弱。例如，如果用户处于建筑物中，卫星信号可能不能很好地穿透建筑物而被探测到。如果用户位于建筑物的更深处，并且远离窗户，卫星信号可能就更为衰弱了。
因此，控制器40将降低GPS接收机42的激活频率到第二预定义的频率。第二预定义的频率可以依次为每五分钟、十分钟，或更长时间激活一次。在本说明实施例中，激活频率被降低到每二十分钟一次。同样，激活频率根据地理位置信息的新旧程度和电池节能来设计。
在每个二十分钟的周期中，接收机，这里是GPS接收机42的至少一个部分不被激活，以节省能量。然而，移动站4和蜂窝基站(见图1)之间的通讯连接的质量一直处于监视之中。当蜂窝通信链路的质量提高到预定义的量之上的时候，控制器40就重新激活GPS接收机42，然后，GPS接收机就尝试探测定位信号。
移动站可以使用接收到的蜂窝信号的接收信号强度，来确定通信链路的质量是否提高到预定义的量之上，作为变通，移动站可以使用误码率或帧擦除率来作为标准。
例如，在确定通信链路的质量的时候，移动站进行若干个信号测量。如果接收到的信号强度作为确定要素的话，移动站4就在第一预定义时间周期内，对蜂窝通信信号进行第一接收信号强度测量，以生成长期信号强度。在本说明实施例中，第一预定义时间周期是一分钟。长期信号强度测量是在控制器40降低GPS接收机42的激活频率之后执行的。长期信号强度实际是由在第一预定义时间周期中二十个信号强度测量的平均值构成的。二十个信号强度测量中的每一个的时间周期是一百毫秒。
在移动站4为长期信号强度作出前十九个信号强度测量之后，进行最后一百毫秒的测量，长期信号强度由这二十个测量的平均值构成。此外，移动站在第二预定义时间周期进行第二接收信号强度测量，以确定短期信号强度。第二预定义时间周期比第一预定义时间周期要短。在本说明实施例中，短期信号强度由生成长期信号强度的第二十个信号长度测量构成。然后，短期信号强度与长期信号强度进行比较。因此，如果GPS接收机42的激活频率降低到每二十分钟一次，可以每分钟计算一次短期信号强度，并将其与长期信号强度进行比较。很明显，在这项成熟的技术中，可以选择其它的时间周期进行短期和长期信号强度测量，并使用其它的方法来计算短期和长期信号强度，而不违反本发明的精神。
如果与长期信号强度比较时，短期信号强度的提高达到了预定义的量(例如20dB)，控制器40就激活GPS接收机42，以尝试探测定位信号。如果定位信号足够强，控制器40就增加GPS接收机42的激活频率，以将其恢复到第一预定义速率，并继续进行正常的操作。如果短期信号强度仍然过于衰弱，以至于无法进行处理，GPS接收机就停用，并继续按低能耗模式工作-控制器继续按降低的频率激活GPS接收机42。
控制器可以按不同的方式更新长期信号强度测量以标明新的基线值。例如，为每一分钟的周期计算新的长期信号强度。变通地，长期信号强度值可以是长期移动平均值。其中可以考虑对不同的一分钟周期(或者其它时间周期)进行测量。
正如本领域中公知的，长期和短期信号强度的测量是基于由接收机的端口模拟前端产生的接收信号模拟版。作为变通，可以用出现在端口44的数字版基带信号进行信号强度测量。此外，可以在解扩频接收到的信号之后进行信号强度测量。因此，正如本领域中公知的，搜索接收机34可以解扩频接收到的导频信号，然后就可以确定信号强度。
在可选择的实施例中，使用了其它方法来确定移动站4和蜂窝基站(见图1)之间的通信链路质量。例如，在搜索接收机34解扩频接收的导频信号后，就可以生成长期误码率和帧解扩频率，以作为基线。然后，就按照前面讨论的频率，周期性地测量短期误码率(或帧解扩频率)，以确定蜂窝通信链路的质量是否得到了足够的提高，从而可以在下一个预定的唤醒时间之前激活GPS接收机42。
使用分离的GPS接收机，使得移动站可以被称为自给GPS，其中，移动站有规律地与GPS卫星(见图1)进行交互作用，以确定位置。正如本领域公知的，作为变通，蜂窝通信网络2(见图1)的基站可能参与到移动站使用GPS进行定位的过程中来，这被称为网络辅助GPS。此外，正如本领域公知的，可以采用前向链路三角测量法来确定移动站的经度和纬度信息。然后，将周期性地激活定位接收机部分。以探测基站的三角测量信号。蜂窝基站可能以不同于发射常规通信信号的方式发射三角测量信号，这样，仍然保持了本发明的精神。例如，可能以高于蜂窝通信信号的功率发射三角测量信号。对于是否降低GPS接收机的激活频率的最初的决定，是基于对三角测量信号质量的分析做出的。然后，对长期和短期信号质量的测量是基于蜂窝通信信号的。
根据定位信号不足以用于定位计算的判断来降低GPS接收机的激活频率，节省了移动站电池的能量。此外，作为更可靠的判断标准，是基于实际的定位信号，而不是蜂窝通讯信号来改变GPS接收机的激活频率的。这是因为蜂窝通信信号与GPS卫星发射的GPS信号没有什么大的相关性。因此，用户可以在建筑物的深处，并且远离窗户，这样GPS信号非常衰弱或实际上无法被探测到。然而，在建筑物的深处，可能有一个微微蜂窝小区蜂窝基站发射器。基于蜂窝通信链路的质量的，关于是否降低GPS接收机的激活频率的最初的判断，可能会导致错误的决定。
前面描述的本优选实施例使得任何熟练掌握这项技术的人能够实现这个优选的实施例。对于这个实施例的不同的修改可以容易地被本领域熟练人员中所应用，并且在没有错误地使用本发明的情况下，这里定义的通用的规则可以应用于其它的实施例中。

Claims (22)

1.一种用于通过与基站进行信号通信的蜂窝电话来确定地理位置的方法，其特征在于：
尝试探测定位信号；
判断所述定位信号的信号强度过于衰弱，以至于无法用于定位计算；
作为对判断的响应，停用全球定位系统(GPS)接收机的至少一个部分；
接收蜂窝通信信号；
测量蜂窝通信信号的信号强度；
作为对所述蜂窝通信信号的信号强度的提高了预定义的量的响应，重新激活所述GPS接收机的所述至少一个部分；并且
作为对所述重新激活的响应，重新尝试探测所述定位信号。
2.根据权利要求1中所述方法，其中，所述测量步骤特征在于：
在第一预定义的时间周期上对所述蜂窝通信信号进行第一接收信号强度测量，以生成长期信号强度；和
在第二预定义的时间周期上进行第二接收信号强度测量，以生成短期信号强度，所述第二预定义时间周期比所述第一预定义时间周期短。
3.根据权利要求2中所述方法，其中，所述的提高预定义的量的信号强度包括大于所述长期信号强度一预定义的量的所述短期信号强度。
4.根据权利要求3中所述方法，进一步具有使用所述定位信号来计算所述蜂窝电话的所述地理位置的特征。
5.一种用于通过蜂窝电话初始化位置确定的装置，所述装置特征在于：
用于处理蜂窝通信信号和全球定位系统(GPS)信号的接收机；和
连接到所述接收机的控制器，所述控制器用于根据接收到的GPS信号过于衰弱，以至于无法处理的判断，停用所述接收机的至少一个部分，所述控制器用于根据接收到的所述蜂窝通信信号的提高预定义的量的判断，重新激活所述接收机的所述至少一个部分，并重新尝试接收GPS信号。
6.根据权利要求5中所述的装置，其中：
所述接收机在第一预定义时间周期上，使用所述蜂窝通信信号进行第一接收信号强度测量，以确定长期信号强度，和
作为对停用所述的接收机的所述至少一个部分的响应，所述接收机在第二预定义的时间周期上，根据所述蜂窝通信信号，周期地进行第二接收信号强度的测量，从而为每一个所述第二接收信号强度测量确定短期信号强度，所述第二预定义时间周期比所述第一预定义时间周期短，在所述短期信号强度强于所述长期信号强度达到预定义的量的时候，所述控制器使所述接收机的所述至少一个部分重新激活，并尝试接收GPS信号。
7.根据权利要求6中所述装置，其中，如果经过预定义的时间，并且所述短期信号强度不如所述长期信号强度强，所述控制器将重新激活所述接收机的所述至少一部分电路，并尝试接收GPS信号。
8.根据权利要求5中所述装置，其中，所述接收机的所述至少一部分包括GPS接收机电路。
9.根据权利要求5中所述装置，其中，所述接收机包括GPS接收机和蜂窝通信接收机。
10.根据权利要求9中所述装置，其中，所述GPS接收机共享所述蜂窝通信接收机的至少一个部分。
11.一种用于确定何时激活蜂窝电话中的接收机，以尝试接收用于确定地理位置的信号的方法，所述方法具有以下特征：
在第一时间周期和第二时间周期监视所述蜂窝电话和至少一个基站之间的通信链路的质量，所述第一时间周期比所述第二时间周期长；和
当在所述第二时间周期中的通信链路的质量提高到高于所述第一时间周期中的通信链路的质量预定义的量的时候，尝试接收定位信号。
12.根据权利要求11中所述方法，其中，所述通信链路的质量指误码率、帧擦除率、和接收信号强度中的任何一项。
13.一种用于在与至少一个基站进行信号通信的码分多址(CDMA)蜂窝电话中分析地理位置的装置，所述装置特征在于：
用于测量接收到的导频信号的信号强度的搜索接收机；
用于周期性地按第一预定义速率激活，以尝试接收定位信号的全球定位(GPS)接收机；和
连接到所述搜索接收机和所述GPS接收机的控制器，所述控制器用于在所述GPS接收机尝试接收定位信号失败的响应中，将所述第一预定义速率的频率降低到第二预定义速率，
其中，所述控制器控制所述搜索接收机在第一预定义时间周期上和第二预定义时间周期上，测量所述CDMA蜂窝电话和所述至少一个基站之间的通信链路的质量，所述第一预定义时间周期比所述第二预定义时间周期要长，所述控制器用于当在所述第二预定义时间周期中的通信链路的质量比所述第一预定义时间周期的通信链路的质量提高到预定义的量的时候，控制所述GPS接收机尝试接收所述定位信号。
14.根据权利要求13中所述装置，其中，所述通信链路的质量包括所述接收到的导频信号的信号强度。
15.根据权利要求14中所述装置，其中，所述控制器在响应于GPS接收机接收有足够信号强度的定位信号，控制所述GPS接收机从第二预定义速率切换到第一预定义速率。
16.一种用于通过与基站进行信号通信的蜂窝电话来确定地理位置的方法，所述方法特征在于；
尝试探测定位信号；
判断所述定位信号的信号强度不足以用于定位计算；
作为对所述判断的响应，停用全球定位系统(GPS)接收机的至少一个部分；
接收蜂窝通信信号；
测量所述蜂窝通信信号的信号强度；
作为对所述蜂窝通信信号的信号强度的提高预定义的量的响应，重新激活所述GPS接收机的所述至少一个部分；
作为对所述重新激活的响应，重新尝试探测所述定位信号。
17.根据权利要求16中所述方法，其中，所述判断步骤指误码率超过预定义的等级、帧擦除率超过预定义的等级和信号强度低于预定义的等级中的任意一种。
18.一种用于通过与基站进行信号通信的蜂窝电话来确定地理位置的方法，所述方法特征在于；
尝试探测定位信号；
判断所述定位信号的信号强度不足以用于定位计算；
作为对判断的响应，中止尝试步骤；
接收蜂窝通信信号；
测量所述蜂窝通信信号的信号质量；
作为对测量的响应，标记作为所述信号质量的提高了预定义的量；和
作为对所述提高标记的响应，重新尝试探测所述定位信号。
19.根据权利要求18中所述方法，其中，所述标记步骤指误码率超过预定义的等级、帧擦除率超过预定义的等级和信号强度低于预定义的等级中的任意一种。
20.根据权利要求18中所述方法，其中，所述标记步骤描出误码率提高预定义的量、帧擦除率提高预定义的量和信号强度提高预定义的量中的任意一种。
21.根据权利要求18中所述方法，其中，所述定位信号包括前向链路三角测量信号。
22.根据权利要求18中所述方法，其中，所述定位信号包括卫星信号。
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