CN1276956A - 用于确定移动无线终端位置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明内容描述了用于基于到达时间(TOA)测量值确定在相关的移动无线系统(100,600和700)内的第一移动无线终端(108)的位置的新颖的到达时间差值(TDOA)方法(500)和系统(100,600和700),该系统包括多个无线基站(BS1,BS2,BS3)、测量装置(130)、网络控制器(110)、和服务节点(103)。在其它非同步的无线基站(BS1,BS2,BS3)中,测量装置是同步的。测量装置(130)在一个或多个无线基站(BS1,BS2和BS3)中在数字上行键路时隙(301和302)或在模拟上行键路业务信道上在数字信息上按要求测量TOA以及(可任选地)到达方向(DOA)。TOA与DOA信息和业务信道号码被报告给移动业务交换中心(102),后者从业务信道号码得出第一移动终端(108)的识别号,并发送终端识别号和TOA与DOA测量信息给服务节点(103)。服务节点通过使用TOA信息(当可提供时,由DOA信息补充)计算第一移动终端(108)的位置。第二移动终端(601)与带有无线基站(BS1,BS2或BS3)之一的移动平台(汽车,急救车等等)位于一起,它可移动到离第一移动终端(103)相对较接近的地方。因此,通过移动无线基站(BS1,BS2或BS3)之一接近到感兴趣的区域(接近第一移动无线终端(108)),从而位置确定精度大大地得以改进。

Description

用于确定移动无线终端位置的方法和系统
发明背景
发明技术领域
本发明总的涉及移动无线通信领域，具体地，涉及用于确定移动无线终端的地理位置的方法和系统。
相关技术描述
移动无线位置确定是近来正在呈现很大兴趣的领域，因此，现在希望把位置确定能力包括在将来的蜂窝移动无线系统中。到达时间差(TDOA)位置确定方法(这是从军事应用中获知的)已经被成功地使用来确定移动无线终端的位置。典型的TDOA位置确定系统可以是基于终端的(其中在移动台(MS)对“下行链路”进行到达时间(TOA)测量)，或者是基于网络的(其中网络在无线基站(BS)对“上行链路”执行TOA测量)。这些TOA测量值然后被用来计算TDOA参量，并估计MS的位置。
一个用于蜂窝移动无线位置确定的位置确定系统已经以TruePositionTM商标在市场上销售。这个系统已被用来确定按照IS-54标准运行的标准模拟移动无线终端的位置。当前，这些终端构成正在美国使用的移动无线终端的极大多数。带有它自己的侦听无线基站的TruePosition系统是独立于蜂窝系统运行的，它可服务于在相同的地理区域内的有线(“A”频段)和非-有线(“B”频段)操作者。这样，这些操作者可共享同一个TruePosition位置确定系统。在请求后，TruePosition系统提供单独的蜂窝移动无线终端的位置信息。否则，位置确定系统通常不与蜂窝移动无线系统通信。
如上所述，TruePosition系统所使用的TDOA位置确定方法是基于已知的军事应用。实际上，通过TDOA方法，由移动无线终端发送的上行链路消息的绝对的TOA在至少三个固定的无线BS中被登录。这个信息在位于中心的处理器中处理，该处理器计算终端的位置。在TruePosition系统中的上行链路消息的登录主要针对(模拟)接入信道(即，在IS-54标准下的“反向控制信道”)上的上行链路控制消息。特别是，在IS-54标准下，这些控制消息中的某些消息(例如，登录消息和寻呼响应消息)包含以非加密的代码的终端识别号，它使得TruePosition系统能确定特定终端的位置，而不必从负责所涉及的终端的蜂窝网操作者处得到任何信息。IS-54标准通过使所有的接入信道被分配以几个很窄的频带，而不是把它们分布在业务信道中间的很宽的频带(例如，正如对于IS-136标准的情况)，从而使得定位任务易于完成。
然而，主要使用接入信道是指：移动无线终端在空闲模式下更容易实行位置确定，因为接入信道只被空闲的终端使用(例如，当登录时，或在被寻呼后)。如果移动终端的位置要被确定而同时它处在对话模式，则TruePosition系统可任选地利用几个业务信道来用于话音信道跟踪。因此，例如，如果在行动期间而同时在手提无线电话上谈话时，要确定一个警察的位置，则需要网络切换到由TruePosition系统监视的业务信道，或原来就为无线电话分配由TruePosition系统监视的业务信道。
授权给Stilp等的美国专利NO.5,327,144揭示了TDOA蜂窝电话定位系统(显然与TruePosition系统有关)。按照这个专利，由移动无线终端在反向(模拟)控制信道上周期地发送的上行链路信号(例如，可在IS54协议下的每15分钟发生的蜂窝登录消息)被至少三个无线基站接收和记录。每个信号的TOA在各个无线基站处连同发射终端的识别号(被包含在上行链路消息中)一起被记录。这个信息被转移到处理器，它使用由三个TOA造成的TDOA以及无线基站的已知位置来计算这样辨认的移动无线终端的位置。
授权给Stilp等的PCT专利NO.WO 94/27161揭示了用于确定移动发射机的位置的TDOA系统(也显然与TruePosition系统有关)。由移动无线终端应答地而不是周期地发射的上行链路信号(例如，蜂窝寻呼应答消息)连同发射终端的识别号一起(被包含在上行链路消息)被多个BS接收，用TOA来对其加上时间印记，以及进行记录。这个信息被传送到处理器，后者使用TOA和无线BS的已知的位置来计算这样辨认的移动无线终端的位置。
虽然上述的文件显示了在蜂窝位置确定领域中的很大进步，但仍旧有许多问题留待解决。例如，上述的TDOA方法通常不能应用于IS54系统中的模拟话音信道，因为话音信道频率按照频率规划被分配给无线基站。如果要把预定的话音信道(频率)使用于位置确定测量，而不是预定的接入信道，则某些无线基站将不能把话音信道分配在这些预定的频率，因为BS的组合器被调谐到不一定包括有预定频率的基站-特定的频率。因此，当与这些无线BS通信的终端运行在谈话模式时，那些终端的位置不能用上述的方法来确定。
当上述的定位方法被应用到处在业务信道上的谈话模式的移动无线终端时，上述方法的另一个问题具体地涉及移动无线终端的功率控制。如果移动终端靠近服务的无线基站，则地面系统将发送功率控制命令给请求低的上行链路功率的移动无线终端。如果离移动无线终端的距离使得干扰超过某个极限值，被命令来进行测量TOA的更远的无线基站则将接收不到足够强的信号来进行TOA测量和读出终端识别号。
上述的移动终端定位方法的再一个问题是，它不能应用于IS-54系统中的数字话音信道，以及在可以使用定位方法以前，移动终端必须被切换到多个预定的模拟话音信道中间的一个信道。而且，上述的定位方法很难在纯数字信道下应用，诸如IS-136系统(尤其是如此)，因为控制信道可以是分配的频段中的任何频率，以及不可能在接收到位置确定请求之前提前记录在所有的信道上的所有业务。而且，在某些蜂窝移动无线系统(诸如，数字全球移动通信系统(GSM))中，跳频模式被使用于业务信道，这使得按照上述方法确定移动终端的位置实际上不可能。
总之，需要有在任何的上行链路业务信道或控制信道上以及按照任何现在的和将来的移动通信标准确定任何蜂窝移动无线终端的位置的方法。
发明概要
本发明解决的一个问题是：如何在把上行链路TDOA方法应用到普通的数字和模拟业务信道(例如，话音信道)的同时确定任何的数字或模拟移动无线终端的地理位置，但是要认识到，运行在业务信道上的谈话模式的移动终端通常不在上行链路上发射它们的识别号，以及业务信道可在跳频模式下被利用。
本发明解决的另一个问题是当定向天线(例如，天线阵列)可提供使用于无线BS时如何确定标准的数字和模拟移动无线终端的地理位置，以及从而如何用到达方向(DOA)测量来补充上行链路TDOA方法。
本发明解决的再一个问题是如何确定运行在使用载频中的TDMA时隙的谈话模式的移动无线终端的地理位置，其中该时隙中的“突发”在到达非服务的无线BS时可以与另一个时隙的“突发”相重叠，因为时间对准(TA)系统功能被设计来只在服务的无线基站处避免这样的重叠。
本发明解决的再一个问题是：在需要增强的移动无线终端位置确定的某个地理位置上，如何改进测量精度。例如，对精度的要求可以随需要进行位置确定的移动终端的环境(农村室外，城市室内)而变化。
本发明解决的再一个问题是：就所接收的能量来考虑，如何使得无线基站能够测量从远距离的移动无线基站发射的上行链路信号的TOA。
所以，本发明的一个目的是提供用于确定在移动无线系统的任意的模拟或数字业务信道上直接运行在谈话模式下的移动无线终端的位置的上行链路TDOA方法和设备，其中给出非跳频业务信道以及可能给出跳频的业务信道。
本发明的另一个目的是提供用于确定在移动无线系统的任意的模拟或数字业务信道上直接运行在谈话模式下的移动无线终端的位置的上行链路TDOA方法和设备，其中在系统的固定部分进行方向测量，以便补充TDOA测量。
本发明的又一个目的是提供用于确定在移动无线系统的任意的模拟或数字业务信道上直接运行在谈话模式下的移动无线终端的位置的上行链路TDOA方法和设备，其中可以避免接收的突发的重叠。
本发明的再一个目的是提供用于确定在移动无线系统的任意的模拟或数字业务信道上直接运行在谈话模式下的移动无线终端的位置的上行链路TDOA方法和设备，其中可以按需要地提供本地增强的精度。
本发明的再一个目的是提供用于确定在移动无线系统的任意的模拟或数字业务信道上直接运行在谈话模式下的移动无线终端的位置的上行链路TDOA方法和设备，其中基站(包括其中远距离的无线基站参加位置确定的情况)被提供以足够的接收上行链路信号能量，从而可以确定信号的TOA。
按照本发明，通过综合控制移动无线终端的移动无线系统的地面网的定位功能而满足上述的和其它的目的。具体地，通过使用其中的发射机-接收机(TX-RX)附加了测量设备功能的一种改进的接收机(ModRX)，按照移动无线系统的无线基站的要求来执行对于移动终端位置确定所需要的上行链路TOA(以及可任选地DOA)测量。在优选实施例中，在MOdRX中不使用TX部分，所以，它可以将它排除。由网络控制器(例如，移动业务交换中心(MSC))向一个或多个BS发送测量命令，这些命令可以辨认进行测量的无线信道。完成上述测量，并把测量结果返回报告给网络控制器，并且再从这里(连同着与在该特定时间的无线信道有关的移动终端的识别号一起)报告给用于计算移动无线终端的位置的服务节点(SN)中的处理器。
在本发明的一个实施例中，MSC命令按照IS136标准运行的蜂窝移动无线系统的ModRX模块通过使用用于业务信道识别的信道号(相应于相关的频率和时隙-特定的-填补字)来测量在特定的上行链路业务信道上的信号的TOA。当测量过程完成时，ModRX把它的TOA测量结果连同业务信道号(CHN)发送回网络控制器(MSC)。网络控制器使用查找表来把CHN转换成在该时间运行在业务信道移动终端的识别号(MS-ID)。原先，已经从在蜂窝系统中的可提供的呼叫建立记录中对MS-ID和CHN信息进行了复制，当接到命令要进行测量时将其输入到查找表中。TOA测量结果连同由网络控制器提供的相关的移动终端识别号一起，作为输入参量提供给位置确定计算步骤，该计算步骤在网络中在SN中通过利用在三个不同的无线基站处对同一个终端的至少三个同时测量的结果来进行该位置确定计算。ModRX被同步到在其上进行测量的业务信道上的数字信息，以及相对于精确的时间基准(例如，由基于卫星的全球定位系统、GSP或某些其它已知的绝对时间基准)来进行TOA测量。
在第一实施例的另一种型式中，通过用由至少一个参考移动台提供的相对时间基准来代替由GPS提供的绝对时间基准，可以达到改进的精度和灵活性。
在本发明的第二实施例中，通过由ModRX执行DOA测量以便对上述的移动终端位置确定方法和设备进行补充，该测量结果以与上述的TOA测量相同的方式被报告。DOA测量结果作为输入参量被提供给SN中的位置确定算法。如果TOA和DOA测量在位置确定算法中是可供使用的，则为了得出清晰的位置确定结果(例如，使用TOA的距离圆和表示DOA的直线的相交点)，只需要一个无线BS来报告无线信道的测量结果。
在本发明的第三实施例中，在必须使用远距离的BS来进行位置确定测量的那些环境下，在ModTX中完成的TOA测量在第一次执行切换以后执行，这样，在同一个载波中与被测量的业务信道时隙相邻的那些时隙没有被其它的移动连接所使用。如上所述，这使得在附近没有另一个BS可供使用的情况下能使用远距离的BS进行定位，以及在不进行第一次切换的情况下使用远距离BS会造成突发重叠干扰。
在本发明的第四实施例中，由一个远离(但仍旧连接到的)它的无线BS的ModRX来进行TOA测量。按照这个实施例，本地位置确定精度可以用所需要的低的附加花费的代价来得到改进。
在第四实施例的一种型式中，借助于通过固定连接(例如，同轴电缆、玻璃纤维光缆、或铜线)而连接到附近的基站的固定的ModRX设备，可得到改进的测量精度。在这个实施例的第二种型式中(此后称为“级联的位置确定”)，改进的测量精度可以通过把移动ModRX设备安排在汽车中(例如，救护车、警察巡逻车、军车等)来达到。按照本发明的教导，确定汽车的位置的方法可以通过在固定基站对于位于汽车中的移动台执行TOA/DOA测量来完成。这同一个移动台优选地用硬线连接到也位于汽车中的(ModRX)基站。这个移动台通过蜂窝移动无线系统报告由位于汽车中的基站的ModRX执行的TOA/DOA测量结果。ModRX可包括一个GPS接收机，它允许或者通过蜂窝系统本身(或者在想要更好的精度情况下通过GPS)来确定汽车的位置。然而，测量结果报告是通过蜂窝系统完成的。一个附加的可能性是把汽车停在多个具有已知位置的预定停车场中的一个停车场，以及人工地报告该位置。
在本发明的第五实施例中，服务的无线基站非常靠近移动无线终端(MS)。在命令由远距离的BS中的ModRX来进行TOA测量以前，迫使移动无线终端(MS)增加其发射功率。这种增加可以通过使得网络控制器命令MS在测量期间用高的功率发射、或通过操纵MS断开与更远距离的服务BS的联系(这也会导致MS的更高的发射功率)来完成。
在本发明的第六实施例中，测量TOA的无线BS的ModRX没有接收到足以进行可靠的测量的信号能量。然而，由于在业务信道上不读出可变的信息是与按照本发明进行的TOA测量有关联的，所以接收一个以上的消息，这样，就在比起一个消息更长的积分时间上积累了非可变的信息(例如，同步字，CDMA码图形等)的接收能量，这就改进了要对其进行TOA测量的信号的信噪比。
在本发明的第七实施例中，测量TOA的无线BS的ModRX没有接收足以进行可靠的测量的超过干扰电平的信号能量。在命令由在该远距离的BS中的ModRX进行测量以前，移动无线终端(MS)被切换到同一个服务的BS中的另一个业务信道(BS内切换)，其中新的业务信道被选择为能较少地受执行TOA测量的远距离BS的干扰。
本发明的一个重要的技术优点是，位置确定方法可被使用于任何的模拟和数字系统以及电路交换的和分组交换的业务与控制信道，只要所涉及的移动无线终端可输送、或可被导致输送任何上行链路数字(或数字化的)信息，因为，ModRX提前在任何特定的上行链路无线信道上监听已知的数字信息(例如，同步字)，而不需要读取任何终端识别信息或信道上的其它可变的信息。
本发明的另一个重要的技术优点是，多种通用的移动通信系统(例如，Ericsson(爱立信)CMS88系统)具有用于在切换前进行“校验”(即，检验目标BS中的上行链路信号强度)时测量上行链路信号强度的模块，因此，本发明的测量模块可通过修改这样的模块而得到，由此，对于位置确定所必须的程序和信号协议可容易地从切换功能中得到提供。
本发明的又一个重要的技术优点是，本位置确定方法在移动终端处在空闲模式时与在呼叫期间同样地适用，因为(如上所述)所需要的是所涉及的移动终端能发送数字信息上行链路，以及在进行测量时不读取可变的信息。这个总的能力对于某些紧急情形，例如在警察行动期间，可能是重要的。
本发明的再一个重要的技术优点是，有可能把测量模块ModRX安装在远离无线BS的地方，由此，只需要通过使测量模块在多个不同的位置提供使用来改进位置确定测量的本地精确度，而不需要多个完整的无线BS。当有移动测量模块ModRX位于参加救援、警察或军事行动的汽车中时，这个技术优点甚至更为明显，因为在最需要测量精度的时间期间，刚好局部地改进了测量精度。
本发明的另一个重要的技术优点是，有可能在跳频信道上进行测量，因为有关跳频序列的信息在移动无线地面网络中是容易提供使用的。
本发明的再一个重要的技术优点是，当需要时，通过综合在一个以上的消息上的接收机中的能量(因为消息的内容没有关系使之成为可能)、通过增加MS中的发射功率(通过把位置确定功能归并到蜂窝系统中使之成为可能)、或通过由BS内切换把MS切换到较少受执行TOA测量的BS中的干扰打扰的业务信道(通过把位置确定功能归并到蜂窝系统中再次使之成为可能)，则使得能在无线BS中增加接收信号能量。
本发明的另一个重要的技术优点是，在确定移动台的位置时，有可能使用至少一个参考移动台而不使用诸如GPS和国家无线发射机的绝对时间基准。使用参考移动台而不使用GPS国家无线发射机的更明显的技术优点在于，在参考移动台与要被定位的移动无线终端的频率是相同的或类似的，而与GPS国内无线发射机有关的频率与移动台是明显地不同的。
附图简述
当结合附图参照以下的详细说明可以更全面地了解本发明的方法和设备，其中：
图1是显示按照本发明的优选实施例的带有综合的位置确定功能的蜂窝移动无线系统的示意方框图；
图2是显示图1所示的修改的接收机(ModRX)130的细节的示意方框图；
图3是显示按照本发明的用于在其上进行TOA测量的根据IS-136标准的反向(上行链路)时隙的格式的图；
图4是显示按照本发明的用于在其上进行TOA测量的根据IS-54标准的反向(上行链路)话音信道消息流的格式的图；
图5是显示按照本发明的可结合图1所示的系统使用的位置确定方法的流程图；以及
图6是显示按照图1所示的优选实施例带有综合的位置确定功能、但被修改成实现“级联的位置确定”的新颖概念的蜂窝移动无线系统的示意方框图；
图7是显示按照图1所示的优选实施例但被修改成使用参考移动台而不是使用GMS和时间基准单元的蜂窝移动无线系统的示意方框图。
附图详细说明
通过参照附图的图1-7可最好地了解本发明的优选实施例及其优点，相同的数字被使用于各个附图上的相同的和相应的部件。
实际上，本发明提供了用于确定移动无线终端位置的上行链路TDOA方法，在优选实施例中，它是基于适用于按照IS-54、IS-136、和太平洋数字蜂窝(PDC)标准运行的Ericsson系统中切换的校验程序进一步的开发。当把切换请求发送到MSC时，MSC命令在目标小区中的特定的基站模块进行校验。在Ericsson系统中，这样的模块被称为按照IS136标准的定位与校验模块(LVM)，以及按照PDC标准的校验接收机(VRX)。这个功能的目的是验证目标小区中移动终端的存在。校验模块调谐到老的信道，以及校验在老的信道上移动终端的存在。校验结果被发送到MSC。
按照本发明，由BS实行的位置确定上行链路测量可包括时间的(例如，TOA)和角度的测量。TOA测量构成一个优选的测量方法。然而，角测量可被用来补充TOA测量，特别是如果BS配备有自适应天线(天线阵列)，它使得能够容易地估值来自移动终端的信号的DOA。可以从一个BS所执行的TOA和或DOA测量来估值移动终端的位置。替换地，多个BS的TOA和DOA测量可被组合来估计移动终端的位置。
图1是显示按照本发明的优选实施例的带有综合的位置确定功能的蜂窝移动无线系统100的示意方框图。系统100包括多个无线BS(显示了三个基站为BS1，BS2，BS3)。无线基站位于不同的站址，并通过通信链路101连接到有线网络。有线网络可以包括例如MSC 102，它又通过公共交换电话网或PSTN(未明显地示出)连接到SN 103。连接104优选地包括干线连接。MSC 102包括查找表109，用于把信道号码(CHN)与移动终端识别号(MS-ID)相联系。
SN 103包括处理器103a，该处理器又包括接收单元103b、存储单元103c、发送单元103d、以及各自的第一和第二计算单元(103e，103f)。第一计算单元103e计算由无线基站在上行链路上接收的信号的TDOA，其中第一计算单元103e使用报告的TOA。第二计算单元103f通过使用TDOA信息和(可任选地)任何可供使用的报告的DOA信息来计算移动无线终端的位置。存储单元103c保持无线基站的已知的地理位置。接收单元103b和发送单元103d提供与请求/接收位置确定信息的客户的双向通信(例如，使用短文本消息，诸如已知的“短消息业务”消息)。
图1也显示了其位置是要被确定的移动无线终端(MS)108。无线基站BS1、BS2和BS3通过上行链路无线连接105“侦听”由每个这样的BS的两个接收天线接收的MS 108的业务信道。这个两个天线能力提供了用于无线业务的空间分集，也提供了用于按照本发明进行的位置确定测量的空间分集。每个无线基站(BS1，BS2，BS3)包括控制部分110，和多个TXRX 111，它通过分路器112被连接到接收天线106，和通过合成器113被连接到发射天线107。而且，每个这样的BS包括时间基准单元114，它优选地从精确的时间基准(例如，基于空间的GPS 120)接收信号。时间基准信号被不断地从时间基准单元114耦合到ModRX模块130。
本发明的BS(例如，BS1)包括时间基准单元114和控制部分110，它能够服务于BS中的除ModRX之外的更多的单元。优选地，ModRX 130位于BS中，但这样的ModRX也可以是位于远离于BS的、但被连接到BS的控制部分110和时间基准单元114的独立的单元。如果ModRX位于BS中，则ModRX可以共用BS的接收天线。然而，如果ModRX位于远离于BS的地方，则ModRX可包括它自己的接收天线106。
图2是显示图1所示的ModRX 130的细节的示意性方框图。在优选实施例中，ModRX执行无线BS中的TOA测量。在某些BS中，ModRX也可包括已知的DOA测量设备207，以便补充TOA测量。
ModRX 130包括计量部分201和射频接收机部分202。计量部分201可以是三重的(图2上没有明显地示出)，供IS-54和IS-136系统使用，以便于处理一帧的三个全速率时隙，相反地，射频接收机部分202可被三重的计量部分201共用。如果ModRX包括在跳频系统(例如，GSM)中使用的型式，则控制部分110优选地把跳频序列输入到接收频率综合器211，后者使得能在跳频的业务信道上进行位置确定。射频接收机部分202也包括被耦合到两个接收天线106的接收机212、RF解调器213、和IF解调器214。在由欧洲电信标准局(ETSI)进行标准化的GSM技术规范条件中和在Michel Mouly和Marie Bernadette Pautet的题为“The GSMSystem for Mobile Communication(用于移动通信的GSM系统)”的书(国际标准图书号2-9507190-0-7)中，提供了有关GSM的更多的细节。
在图2上，计量部分201包括TOA-计量装置203，它从时间基准单元114接收时间基准信号和上行链路信号，在其上由符号检测器204进行TOA测量。符号检测器204从均衡器205(或相关器，用于模拟信号)接收输入信号。同步字和DVCC(数字校验彩色码)部分206从控制部分110接收标识在其上进行TOA测量的无线信道的号码。例如，在IS-54或IS-136系统中，一组BS中的每个BS基于特定的DVCC和七个不同的同步字允许它同步在载频的特定时隙。这个信息从控制部分110输入到同步字和DVCC部分，控制部分又从MSC(102)接收信息。同步字和DVCC部分206把这个信息耦合到均衡器205，以使得均衡器能找到该时隙(优选地使用已知的相关方法)。可任选地，如果相关的无线BS包括阵列天线系统(相应于两个以上的天线106)，则计量部分201可包括只被连接到控制部分110的DOA计量装置207。DOA计量装置207从控制部分110请求和接收这样的无线BS中的已知波束形成功能中可提供的方向信息。因此，DOA计量装置207仅取决于有关被规定的用于位置确定的信道的可提供的信息。当可提供时，DOA信息可在SN中被利用于位置确定算法，以便改进位置确定精度，或使得能够用少于所涉及的三个BS来进行位置确定。例如，当只有TOA和DOA是从单个无线基站可提供的时，则移动终端的位置才可被确定为DOA所给出的直线与由TOA测量才所给出的圆(半径等于光速乘以信号从移动终端到BS的传播时间)的相交点。
图3是显示按照本发明的用于在其上进行TOA测量的反向(上行链路)时隙的格式301(根据IS-136标准)的图。图上也显示了前向(下行链路)时隙格式302，以便显示出28比特同步字的不同放置法。对于上行链路，供接收相关器电路(未明显地示出)用来找到时隙的同步字被放置在远离时隙的开始或结尾端。这种放置的理由是，载频上的接连的时隙的上行链路定时是由不同的移动终端通过使用相同的载频上的不同的时隙提供的。因此，当上行链路时隙从不同的移动无线终端到达无线基站时，就存在有上行链路时隙互相重叠的风险。同步字的或多或少集中的放置法减小了这种重叠的机会。这个问题对于下行链路并不存在。无论如何，假如在上行链路上发生这样的重叠，至少保护同步字不被干扰是很重要的。
图4是显示按照本发明的用于在其上进行TOA测量的反向(上行链路)话音信道的消息流的格式401(在IS-136标准下)的图。绝对的TOA可以是指消息中任何一致的点(例如，第一同步字402的结尾端)。通过时间分集可以有助于均衡器205借助于查看消息中的几个同步字和在时间上用标称的延时403进行校正来找到消息中的一致的点。例如，当消息中的一致的点402被衰落干扰时，这种能力是有价值的。模拟话音信道不包含数字时间基准，所有必须使得移动终端在话音信道上发送上行链路消息(例如，根据下行链路上的审查命令(audit order)。)。
图5是显示按照本发明的可结合图1所示的系统100使用的位置确定方法500的流程图。参照图1和5，当位置确定请求进入SN 103时(步骤501)，在步骤503，通过经干线104请求MSC 102建立到移动终端的呼叫，作出要被定位的移动终端108是否处在对话模式的确定。如果移动终端108是空闲的，则在步骤507建立呼叫。如果在步骤503，移动终端已经处在对话模式，则在步骤505作出正在被使用的业务信道是否为数字业务信道的确定。如果不是(即，业务信道是模拟的)，则从MSC 102发送审查消息到移动终端108，以便于移动终端接收数字形式的上行链路应答(例如，根据图4所示的格式)。否则，在步骤505，如果业务信道是数字的，则不需要审查消息。在步骤509，MSC 102确定哪些(例如哪三个)BS要参加位置确定处理过程，并且通过连接101和指示所涉及的业务信道号码来请求由至少三个特定的基站(例如BS1，BS2，和BS3)进行TOA测量。在三个BS的每个BS中的控制部分110请求ModRX 130在规定的信道上确定移动无线终端的位置。在步骤511，这三个BS按照已知的TOA测量方法进行测量，并且把结果的测量消息连同相关的信道号码(CHN)一起报告给MSC 102。在步骤513，MSC 102利用MSC中的查找表109把CHN转换成移动无线终端识别号(MS-ID)。在步骤515，MSC把来自无线基站BS1，BS2，和BS3的测量结果连同MS-ID一起发送到SN 103。在步骤517，SN 103按照已知的三角形算法计算移动终端的位置108。结果的位置信息被输送到需要请求所涉及的移动终端的位置的位置确定系统客户。
在本发明的不同的实施例中，图5的流程图中的稍许修改可包括在步骤509执行TOA测量以前的切换步骤，以使得当远距离的BS参加位置确定时可以避免相邻时隙的重叠和TOA测量的干扰。
在本发明的又一个实施例中，图5的流程图中另一个稍许修改可包括当一个无线基站具有多个(例如，几个)被连接到其上的ModRX、但这些ModRX被安装在不同的远端位置时命令从该无线基站进行的一个以上的TOA测量的步骤。
在本发明的再一个实施例中，图5的流程图中另一个稍许修改方案可包括：当在MS的无线覆盖区域内存在着能够确定DOA的BS时，在步骤509，用“从多于或等于一个BS，在一个信道上测量TOA和DOA”的方法来代替如所示的“从3个或3个以上的BS，在一个信道上测量TOA”。在这种情况下，步骤511-517也将包括处理DOA测量。
在本发明的再一个实施例中，图5的流程图中另一个稍许修改方案可包括：如果在步骤509确定了在指定的业务信道上的上行链路信号太弱而不能在某些BS中进行TOA测量，则重复位置确定步骤503-509。在这种情况下，在步骤503被重复以前可以加上一个步骤，由此，通过执行在BS之间切换到更远的服务的BS、或通过执行BS内切换到较少受测量的BS中的干扰影响的业务信道上、或优选地通过直接命令MS增加其发射功率来增加MS的发射功率(或改进信噪比)。
图6是显示带有按照图1所示的优选实施例、但被修改为实现“级联的位置确定”的新颖概念的综合的位置确定功能的蜂窝移动无线系统600的示意性方框图。参照图1和6，除了对于图1的所示的和上述的单元以外，系统600包括至少一个标准MS 601。MS 601优选地通过附属单元602被连接到BS1。MS(终端)601通过无线基站BS4(603)在无线空中接口604上与MSC 102通信。在图6所示的实施例中，无线基站BS4(603)和无线空中接口604(移动连接)替代了在BS1与MS 102之间的固定连接101(图1所示)。因此，诸如图6所示的示例的移动连接的移动连接(例如，BS4和空中接口604)的使用，使得有可能定位在行驶的汽车(例如，救护车、警察巡逻车、军事汽车等等)中的BS1(或BS2，或BS3)，以及通过把一个或多个BS(例如，BS1，BS2，BS3等等)移动到相当接近于感兴趣的区域(例如，相当接近于携带MS 108的求救的个人)从而动态地改善位置确定精度。如果在感兴趣的区域中只有一个固定的BS，则很难于确定汽车以及MS 108的位置。如按照本发明的图6所示，汽车可在时间基准单元114中包括除了由GPS控制的“时间基准”以外的“GPS接收机”。因此，在使用内部的GPS接收机很有利的这种情况下，汽车可通过MS 601报告它的位置。
在运行时，对于图5的所示的和描述的方法也可被用来确定和报告移动台601以及载有BS(例如，BS1，BS2，或BS3)的汽车的位置。优选地，为了减小对于图6所示的实施例的信号干扰，由移动的无线BS(例如，BS1，BS2或BS3)所进行的TOA/DOA测量在时间上既不与固定的无线基站BS4(603)进行的TOA/DOA测量重叠，也不与通过移动连接(空中接口604和BS4(603))发送的报告重叠。
图7是显示按照图1所示的优选实施例、但被修改为使用至少一个参考移动台(MSR)709而不使用GPS 120和时间基准114(图1)的蜂窝移动无线系统700的示意性方框图。参照图1和7，除了对于图1的所示的和上述的单元以外，系统700包括一个相对于无线基站BS1、BS2和BS3具有已知位置的MSR 709。基站BS1，BS2和BS3用来接收由MSR 709发送的上行链路无线连接705。更具体地，MSR 709发送相对时间基准或“时间尖头脉冲”给每个基站BS1，BS2和BS3，其中“时间尖头脉冲”例如可包含特定的帧的起始点。
响应于接收到有关的时间基准或“时间尖头脉冲”，于是基站BS1，BS2和BS3中的每个ModRX 130就确定“时间尖头脉冲”的相应的TOA。然后，根据MSR 709与各个基站BS1、BS2和BS3之间的已知距离，对于每个TOA进行校正。
此后，每个ModRX 130确定与MS 108有关的TOA，其中该TOA是相对于相应的“时间尖头脉冲”而被测量的。然后，所测量的TOA(例如，MSR和MS)被发送到服务节点103，在这里实施已知的双曲线位置确定算法来确定MS 108的地理位置。
此外，MSR 709也可位于基站之一(例如，BS2)内，这时MSR709的位置是已知的。在这种情况下，在系统700中需要第二个MSR(未示出)，以便得到对于确定MS 108的位置所需要的、必要的数目的TOA测量，这是因为每个基站BS1、BS2和BS3应当从MSR 709接收至少一个“时间尖头脉冲”以便确定必要的TOA。有可能在另一个基站处(例如，BS1或BS3)定位第二个MSR(未示出)，这样，可以测量必要的TOA以便能够确定MS 108的位置。
虽然在附图中显示和在上述的详细说明中描述了本发明的方法和设备的优选实施例，但将会看到，本发明并不限于所揭示的实施例，但能够作出多种重新安排、修改、和替换，而不背离如以下的权利要求所阐述和规定的本发明的精神。

Claims (44)

1.用于确定移动无线系统中移动无线终端的地理位置的方法，所述移动无线系统包括网络控制器和至少三个无线基站，所述至少三个无线基站的每个基站包括用来与所述网络控制器通信的上行链路TOA测量单元、控制单元、和用来提供时间基准信号给所述上行链路测量单元的时间基准单元，以及一个服务节点被用来存储所述至少三个无线基站的已知的位置，该方法包括以下步骤：
接收在所述移动无线系统中的确定所述移动无线终端的位置的请求；
如果所述移动无线终端或者正在发送模拟信号或者不发送信号，则引导所述移动无线终端在业务信道上发送数字信号上行链路；
在所述上行链路TOA测量单元中在所述业务信道上为所述至少三个无线基站测量所述上行链路TOA；
在所述网络控制器中从所述至少三个无线基站接收所述上行链路TOA测量结果以及所述业务信道的参考号；
把所述业务信道的所述参考号转换成所述移动无线终端的识别号；
把所述上行链路TOA测量结果和所述移动无线终端识别号输送到所述服务节点；以及
在所述服务节点中通过使用所述至少三个无线基站的所述已知位置和所述上行链路TOA测量结果来计算所述移动无线终端的位置。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，还包括在所述上行链路TOA测量期间所述网络控制器引导所述移动无线终端增加发射功率的步骤。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，还包括把所述移动无线终端进行基站间切换到更远的服务的基站的步骤。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，还包括以下步骤：如果在执行TOA测量的远距离的基站中，所述业务信道的信噪比小于预定值，所述第二业务信道具有的信噪比大于所述预定值，则把所述移动无线终端进行基站内切换到第二业务信道。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中所述上行链路TOA测量单元包括ModRX。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括建立到所述移动无线终端的呼叫。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述引导步骤包括：其中如果所述移动无线终端是间断的发射类型和未激活的，则激发所述移动无线终端进行发射。
8.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括输送信息给模拟移动无线终端，所述信息引导所述模拟移动无线终端用数字信息来应答上行链路。
9.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括输送信息给分组终端，所述信息引导所述分组终端来应答上行链路。
10.在包括用于位置确定测量的设备的移动无线系统中所使用的测量设备，所述测量设备被连接到网络控制器、时间基准单元、和至少一个接收天线，包括：
第一装置，用于测量TOA，所述第一装置被耦合到所述时间基准；
第二装置，用于把来自要被测量的信道的数字上行链路信息输送到所述第一装置，和使用与事先已知的信息的相关性来确定TOA；
至少一个射频接收机，所述至少一个射频接收机包括至少一个解调器；以及
接收频率综合器，用来把能够在特定的业务信道上进行位置确定测量的一个频率耦合到所述至少一个解调器。
11.按照权利要求10的测量设备，其特征在于，还包括用于接收和存储跳频序列的装置，使得能在跳频的业务信道上进行TOA测量。
12.按照权利要求10和11的测量设备，其特征在于，它被综合到无线基站中。
13.按照权利要求10和11的测量设备，其特征在于，它相对于所述测量设备与无线基站是独立的并且该测试设备位于远离于该无线基站的地方。
14.按照权利要求10的测量设备，其特征在于，还包括配备有用于在业务信道上测量TOA的至少一个TOA计量装置的第一无线基站，所述至少一个TOA计量装置用来与所述无线基站的网络控制器通信以及与至少一个第二基站的TOA计量装置同步，以及其中所述第一无线基站的多个发射机-接收机不与所述至少一个第二无线基站的多个发射机-接收机同步。
15.用于确定移动无线终端的位置的网络控制器，包括：
引导装置，用于引导至少三个无线基站在特定的业务信道上执行TOA测量；
转换装置，用于把信道识别号转换成所述移动无线终端的识别号；以及
输送装置，用于把所述TOA测量结果和所述移动无线终端的所述识别号输送到用来计算所述移动无线终端的所述位置的服务节点。
16.在蜂窝移动无线网中用来计算移动无线终端位置信息的服务节点，包括：
接收装置，用于接收位置信息请求；
存储装置，用于存储在所述计算所述移动无线终端位置信息时使用的已知的无线基站位置信息；以及
计算装置，用于通过使用与所述移动终端相关的TOA信息和DOA信息以及所述已知的无线基站位置信息来计算所述移动终端位置信息。
17.能够确定位于所述移动无线系统中的移动无线终端的地理位置的移动无线系统，包括：
网络控制器；
至少三个无线基站，所述至少三个无线基站的每个基站包括用来与所述网络控制器通信的上行链路TOA测量设备、和用来提供时间基准信号给所述上行链路测量设备的时间基准单元；以及
服务节点，用来存储有关所述至少三个无线基站的已知位置信息，所述移动无线系统用来通过以下步骤确定所述移动无线终端的所述地理位置：
接收确定所述移动无线终端的所述地理位置的请求，如果所述移动无线终端正在发送模拟信号或者不发送信号，则引导所述移动无线终端在业务信道上发送数字信号上行链路，在至少三个无线基站的上行链路TOA测量设备中在所述业务信道上测量TOA，在所述网络控制器中从所述至少三个无线基站接收所述TOA测量信息以及所述业务信道的参考号，把所述业务信道的识别号转换成所述移动无线终端的识别号，把所述上行链路TOA测量结果和识别号输送到所述服务节点，以及在所述服务节点中通过使用所述至少三个无线基站的所述已知位置信息和所述上行链路TOA测量信息来计算所述移动无线终端的地理位置。
18.按照权利要求17的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导运行包括建立到所述移动无线终端的呼叫。
19.按照权利要求17的移动无线系统，其特征在于，其中如果所述移动无线终端是间断的发射类型和未激活的，则所述引导运行包括激发所述移动无线终端发射。
20.按照权利要求17的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导操作包括输送信息给模拟移动无线终端，所述信息引导所述模拟移动无线终端用数字信息来应答上行链路。
21.按照权利要求17的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导操作包括输送信息给分组终端，所述信息引导所述分组终端来应答上行链路。
22.按照权利要求17的移动无线系统，其特征在于，其中所述上行链路TOA测量设备包括DOA计量装置。
23.用于通过使用级联的位置确定方法来确定移动无线系统中第一移动无线终端的地理位置的方法，所述移动无线系统包括网络控制器和至少三个无线基站，所述至少三个无线基站的每个基站包括用来与所述网络控制器通信的上行链路TOA测量单元、控制单元、和用来提供时间基准信号给所述上行链路测量单元的时间基准单元，所述至少三个无线基站的至少一个基站是与第二移动无线终端同在一起的和被连接到第二移动终端，所述第二移动终端通过移动连接被耦合到所述网络控制器，以及服务节点用来存储所述至少三个无线基站的已知的位置，该方法包括以下步骤：
接收在所述移动无线系统中的确定所述第一移动无线终端的位置的请求；
把所述第二移动无线终端移到与所述第一移动无线终端接近的地方；
确定和报告所述第二移动无线终端的位置给所述服务节点；
如果所述第一移动无线终端或者正在发送模拟信号或者不发送信号，则引导所述第一移动无线终端在业务信道上发送数字信号上行链路；
在所述上行链路TOA测量单元中在所述业务信道上为所述至少三个无线基站测量所述上行链路TOA；
在所述网络控制器中从所述至少三个无线基站接收所述上行链路TOA测量以及所述业务信道的参考号；
把所述业务信道的所述参考号转换成所述移动无线终端的识别号；
把所述上行链路TOA测量结果和所述第一移动无线终端识别号输送到所述服务节点；以及
在所述服务节点中通过使用所述至少三个无线基站的所述已知位置和所述上行链路TOA测量结果来计算所述第一移动无线终端的位置。
24.按照权利要求23的方法，其特征在于，还包括在所述上行链路TOA测量期间所述网络控制器引导所述第一移动无线终端增加发射功率的步骤。
25.按照权利要求23的方法，其特征在于，还包括把所述第一移动无线终端进行基站间切换到更远的服务的基站的步骤。
26.按照权利要求23的方法，其特征在于，还包括如果在执行TOA测量的远离的基站中，所述业务信道的信噪比小于预定值，所述第二业务信道具有的信噪比大于所述预定值，则把所述第一移动无线终端进行基站内切换到第二业务信道的步骤。
27.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述上行链路TOA测量单元包括ModRX。
28.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括建立到所述第一移动无线终端的呼叫。
29.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中如果所述第一移动无线终端是间断的发射类型和未激活的，则所述引导步骤包括激发所述第一移动无线终端进行发射。
30.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括输送信息给第一模拟移动无线终端，所述信息引导所述第一模拟移动无线终端用数字信息来应答上行链路。
31.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述引导步骤包括输送信息给第一分组终端，所述信息引导所述第一分组终端来应答上行链路。
32.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述确定和报告步骤包括通过使用GPS位置信息确定所述第二移动无线终端的位置，以及把所述第二移动无线终端的位置报告给所述服务节点。
33.按照权利要求23的方法，其特征在于，其中所述确定和报告步骤包括通过使用预定的位置信息确定所述第二移动无线终端的位置，以及把所述第二移动无线终端的位置报告给所述服务节点。
34.能够通过使用级联的位置确定方法来确定位于所述移动无线系统中的第一移动无线终端的地理位置的移动无线系统，包括：
网络控制器；
至少四个无线基站，所述至少四个无线基站的每个基站包括用来与所述网络控制器通信的上行链路TOA测量设备，和用来提供时间基准信号给所述上行链路测量单元的时间基准单元，所述至少四个无线基站的至少一个基站是与第二移动无线终端同在一起的和被连接到第二移动终端，所述第二移动终端通过移动连接和所述至少四个无线基站的一个基站被耦合到所述网络控制器；以及
服务节点，用来存储有关所述至少四个无线基站的至少三个无线基站的已知位置信息，所述移动无线系统用来通过以下步骤确定所述第一移动无线终端的所述地理位置：接收确定所述第一移动无线终端的所述地理位置的请求，引导所述第一和第二移动无线终端在业务信道上发送数字信号上行链路，在至少四个无线基站的上行链路TOA测量设备中在所述业务信道上测量TOA，在所述网络控制器中从所述至少四个无线基站接收所述TOA测量信息以及所述业务信道的参考号，把所述业务信道的识别号转换成所述移动无线终端的识别号，把所述上行链路TOA测量和识别号输送到所述服务节点，以及在所述服务节点中通过使用所述至少三个无线基站的所述已知位置信息和所述上行链路TOA测量信息来计算所述第一和第二移动无线终端的地理位置。
35.按照权利要求34的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导操作包括建立到所述第一和第二移动无线终端的呼叫。
36.按照权利要求34的移动无线系统，其特征在于，其中如果所述移动无线终端是未激活的和间断的发射类型，则所述引导操作包括激发所述第一和第二移动无线终端发射。
37.按照权利要求34的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导操作包括输送信息给第一模拟移动无线终端，所述信息引导所述第一模拟移动无线终端用数字信息来应答上行链路。
38.按照权利要求34的移动无线系统，其特征在于，其中所述引导运行包括输送信息给第一分组终端，所述信息引导所述第一分组终端在所述上行链路上应答。
39.按照权利要求34的移动无线系统，其特征在于，其中所述上行链路TOA测量设备包括DOA计量装置。
40.使用来确定第二移动无线终端的位置的移动单元，包括：
被连接到第一移动无线终端的无线基站；
接收装置，用于接收由所述第二移动无线终端在特定的业务信道上发送的测量信号的上行链路到达时间的命令；
确定和报告装置，用于确定和报告所述第一移动无线终端的位置；以及
测量和报告装置，用于测量和报告由所述第二移动无线终端发送的所述信号的所述上行链路到达时间。
41.按照权利要求40的移动单元，其特征在于，其中所述确定装置包括GPS接收机。
42.按照权利要求40的移动单元，其特征在于，其中所述确定装置包括预先知道所述第一移动无线终端的位置以及人工报告所述位置。
43.用于确定移动无线系统中移动无线终端的地理位置的方法，所述移动无线系统包括网络控制器和至少三个无线基站，所述至少三个无线基站的每个基站包括用来与所述网络控制器通信的上行链路TOA测量单元、控制单元、和用来提供时间基准信号给所述上行链路测量单元的参考移动台，以及一个服务节点被用来存储所述至少三个无线基站和参考移动台的已知的位置，该方法包括以下步骤：
接收在所述移动无线系统中的确定所述移动无线终端的位置的请求；
如果所述第一移动无线终端正在发送模拟信号或者不发送信号，则引导所述第一移动无线终端在业务信道上发送数字信号上行链路；
在所述至少三个无线基站的上行链路TOA测量单元中对于每个相对时间基准信号测量所述上行链路TOA；
根据参考移动台与所述至少三个无线基站之间的已知距离分别校正每个测量的上行链路TOA；
在所述至少三个无线基站的上行链路TOA测量单元从所述移动无线终端，相关于相对时间基准信号接收和测量上行链路TOA以及所述业务信道的参考号；
把所述业务信道的所述参考号转换成所述移动无线终端的识别号；
把所述上行链路TOA测量结果和所述第一移动无线终端识别号输送到所述服务节点；以及
在所述服务节点中通过使用参考移动台和所述至少三个无线基站的所述已知位置和所述上行链路TOA测量结果来计算所述移动无线终端的位置。
44.按照权利要求43的方法，其特征在于，其中移动无线终端和参考移动台以相同的频率运行。
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