CN1284251A - 确定移动无线电终端位置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通过上行时间测量确定一台无线电接收机(RX)(143,148)和一台无线电发射机(TX)(152)之间距离的方法和系统,为此,上行消息由发射机(TX)发送(305,405)并主要用于位置确定。在一种实施方案中,如果发射机(TX)(152)是按现有的TDMA标准工作的移动无线电终端(105)的一个部件,则上行消息是小区内转交(305)消息.在第二实施方案中,上行消息是一种新型的消息(405),在未被移动无线电终端(105)使用,最好也未被系统中的其它移动无线电终端使用的时隙中发送,条件是发射机(TX)(152)是一个按新的或刚提出的TDMA标准工作的移动无线电终端(105)的部件。改进的GSM无线电空中接口标准是这样一种TDMA标准的例子。

Description

确定移动无线电终端位置的方法和系统
发明背景
发明的技术领域
本发明一般涉及移动无线电通信领域，尤其是，涉及用于确定移动无线电终端地理位置的一种方法和系统。
相关技术描述
由Hagerman等提出的共同转让的申请号为NO.08/894，466的美国专利申请中，描述了一种用于确定移动无线电终端(在此以后称为移动站或MS)位置的方法，它利用上行到时(TOA)和到时的方向(DOA)测量。在公开内容中稍微提到有关相同上行信号重复若干次的做法，以便改进TOA测量的准确度。然而，公开内容并未提供有关这种改进是如何达到的任何细节。
共同转让的美国专利申请，序号为(代理案件号NO.27946-00354)，已在与本发明相同的日子提交，公开了一种处理重复发送的上行信号来确定MS的位置的方法和系统。本发明在题材方面是与以上描述的专利申请有关的并讲授如何提供以便利的方法从MS发送上行信号，换句话说，本发明讲授如何提供“主要的(Prime)”上行信号。
发明概述
本发明阐述的一个问题是如何在一个移动无线电系统中提供许多相同的“主要的”数字信号，这些信号是在上行链路中从位置待定的MS中的无线电发射机(TX)重复发送的。在至少三个基站(BS)中每一个的无线电接收机(RX)能够接收在该上行链路中重复的“主要”数字信号，并由此确定相对于时间标准的TOA或者相对于不同接收信号的到时差(TDOA)。最低限度，本发明阐述这个问题和用于时分多址(TDMA)与频分多址(FDMA)系统的其它有关问题。
由本发明阐述的另一个问题是如果位置待定的MS是一个通常的按已有的标准工作的MS，是一个新的按新的或刚出现的技术标准工作的MS，一个按本发明为改进位置确定步骤设计的MS，和/或这三种类型MS中至少二种可在相同的系统中共存并工作时，如何提供以上描述的“主要”信号。
因此，本发明的一个目的是在至少一个TDMA或FDMA系统中提供一种方法和装置，用于在位置待定的MS中产生“主要”信号。
本发明的另一个目的是如果MS是按现有的技术标准工作的，提供一种至少在TDMA或FDMA系统中用于在位置待定的MS中产生“主要”信号的方法和装置。
本发明又一个目的是如果MS是按一种新的或刚出现的技术标准工作的，提供一种至少在TDMA或FDMA系统中用于在位置待定的MS中产生“主要”信号的方法和装置。
本发明另外还有一个目的是如果MS是按本发明为改进位置确定程序设计的，提供一种至少在TDMA或FDMA系统中用于在位置待定的MS中产生“主要”信号的方法和装置。
通过至少用于TDMA或FDMA系统中在位置待定的MS中产生“主要”信号的一种方法和装置达到了以上的和其它的目的，包括命令至少一个基站监听来自MS的发送信号并执行与确定MS的位置有关的测量，从服务的基站发送命令到MS，发送至少一个上行信号，其中上行信号主要用于位置测量，该MS在分配给服务基站的频率上发送上行信号，并且基站执行与确定MS的位置有关的测量。
本发明的一个重要的技术优点是在现有的TDMA标准的情况下为时间测量所用的上行信号是在小区内转交期间发送的接入脉冲串。例如，在GSM标准下，这种接入脉冲串是用于时间测量目的最好上行脉冲串，因为这种接入脉冲串可以最大功率发送，并始终是连续的，只包含扩展训练序列的参考信息，并不需要使用任何以前未分配的频率。
本发明另一个重要的技术优点是在新的或刚出现的TDMA标准(例如一种GSM的修改版)的情况下，用于时间测量的上行信号是一种在呼叫或者任何分配给服务MS的载频期间可以从一个未用时隙(TS)中的MS发送的脉冲串。因此，这种上行信号并不中断来自所包含的MS的上行通信业务，也不干扰系统中的其它MS。附图简述
通过随同附图参考以下的详述可更充分地理解本发明的方法和装置，其中
图1是依据本发明的一种最佳实施方案，可确定移动无线电终端位置的一种移动无线电系统简要方框图；
图2是依据本发明的一种最佳实施方案，用作说明在位置待定的MS中的帧定时；
图3是用于实现本发明的一种示范性实施方案的流程图；和
图4可用于实现本发明的第二种示范性实施方案的流程图。
附图详述
通过参考附图的图1-4可最充分的理解本发明的最佳实施方案及其优点，同样的标号用于各图中相同的和相应的部件。
从本质上讲，本发明提供一种可用于确定移动无线电终端的地理位置的时间测量方法。照此，所包含的时间测量可以是TOA测量或TDOA测量。以下的描述公开了本发明的一种实施方案，其中最好使用TOA测量。
具体地是，图1是依据本发明的一种最佳实施方案，确定移动无线电终端(MS)位置的一种移动无线电系统的简要方框图。该示范性系统100包括多个无线电基站(例如，BS1，BS2，BS3)130，135和136。虽然只示出三个BS，系统100可包括多于三个这样的BS。系统100也包括连到BS的一个移动服务交换中心(MSC)104，并且至少一个地理位置待定的MS105。图1也示出一个示范性的卫星120，可以发送绝对时间参考信号，例如已知全球定位系统(GPS)中的一个卫星。
对于这个实施方案，无线电基站BS1(130)最好作为MS 105的服务BS。换句话说，服务基站BS1在无线电链路131上通过通信业务信道(TCH)与MS 105通信。依据本发明，非服务基站BS2和BS3(135，136)可通过“监听”为位置确定目的从MS105发送的预先告知的专用脉冲串参与位置确定过程。这种“监听”功能是由单向箭头132和133表示的。
每个无线电BS130，135和136最好包括通过分离器144连到各自的接收机部分143的各自的接收天线(141a-c)组，和通过组合器146连到各自的发射机部分145的发射天线(142a-c)。每个BS还包括一个连到MSC104的控制器部分147，发射机部分145，接收机部分143，和修改的接收机(ModRX)148，实现与正在做的位置确定有关的测量(例如，TOA)。ModRX 148连到时间参考单元149，通过天线(121a)接收来自卫星120的定时信号。在以上提到的由Hagerman等提出的序号为NO.08/894，466的美国专利申请中，描述了ModRX148的功能与操作，其功能是测量从MS105接收到的信号的TOA(或TDOA)，并通过与控制器部分147的连接将这些测量的结果报告MSC104。
MS105包括接收机部分151和发射机部分152，它们被连到第一处理器153。最好，处理器153执行MS105中的语言处理功能。处理器153被连到声频部分154，它可以包括一个话筒和扬声器。处理器153也被连到第二处理器155，可执行一种应用程序(例如，软件程序)156，用于实现本发明的至少一种实施方案(例如，对于一种修改的MS)。用于MS的一种键盘和显示器157被连到输入/输出(I/O)部分158，作为一种用于MS105的用户接口，最好通过处理器155。
图2用作说明依据本发明的一种最佳实施方案的位置待定的MS105中的帧定时。示于图1的示范性系统100可按GSM标准工作，其中一个帧包括8个时隙。位置待定的MS 105最好位于(为描述图2的定时的目的)靠近其服务BS(130)，使得所用的定时提前量(TA)等于零。在这些情况下，MS 105在下行链路上接收其TCH的时隙，可假定是图2中的时隙号2，或者是执行上行传输以前的三个时隙。在图2所示的时间轴上，时隙被指明在哪些时间内MS105忙于接收或发送。换句话说，这些指示表明，如果一个正在进行的呼叫未被干扰，哪些时隙在上行链路上不能用于位置确定传输。
图3是可用于实现本发明的一种示范性实施方案的流程图。图3描述一种利用现有的空中接口标准(例如，现有的GSM标准)为TOA(或TDOA)测量目的方便地使用“主要”上行信号的方法。因此，对于这个实施方案，位置确定功能最好应用由现有的GSM标准规定的基于上行信号的TOA测量，也就是由MS105发送的上行接入脉冲串来确认小区内转交命令(order)。照此，在图3中所示的方法可依据现有的空中接口标准和示于图1的系统100用于实现本发明。
在步骤301，系统100(例如，网的部分)接收确定一个特定的(现有标准)MS(本例中为MS 105)位置的请求。如果MS 105并没有已经工作在“会话”模式中，网络建立对MS的呼叫，识别服务BS(130)，并确定其它BS(例如，135，136)中哪些参与TOA测量。在步骤304，服务BS(130)通过MSC104发送一个命令消息，到在位置确定中要包含的其它BS(例如，BS2-135，BS3-136)，命令BS2和BS3“监听”从MS105发送的接入脉冲串。这个命令消息也指明TCH(载波频率和时隙)，这些BS可据此指望“听到”来自MS105的这些接入脉冲串。
在步骤305，服务BS(130)发送蜂窝内转交命令消息到MS 105以识别要用的一个新的TCH。这个新的TCH可以是分配给服务BS(130)的若干信道之一，或者它甚至可以是已经在使用的“老的”TCH。换句话说，任何可用的信道可用作新的TCH。在步骤306，依据现有的空中接口技术指标(例如，对于GSM，在最大功率下最多70个专用的脉冲串)，发送接入脉冲串(“主要的”上行信号)以对蜂窝内转交命令作出响应。根据接收到这些接入脉冲串，在BS130，135和136的每一个中的Mod RX依据以上提到的，Hagerman等的共同转让的美国专利申请，NO.08/894，466，描述的方法和装置执行它们各自的TOA测量，该文全部引入于此作为参考。
在步骤307，在步骤306中执行的TOA测量依据在共同转让，共同未决的美国专利申请(代理案件号no．27946-00354)中描述的方法和装置进行处理，以便确定MS105的位置，该文全部引入于此作为参考。
图4是可用于实现本发明的第二种示范性实施方案的流程图。图4描述一种可利用刚提出的或还有待详细说明的空中接口标准(例如，一种新的GSM标准，当本申请已经提交时尚有待详细说明)为TOA(或TDOA)测量的目的方便地使用“优良的”上行信号的方法。照此，在图4中所示的方法比起图3中所示的方法有着另外的优点，因为图4的方法能够确定MS的位置而没有招致可能由小区内转交引起的中断。
参考图1和4，在步骤401，系统100(例如，网的部分)接收确定一个特定的MS位置的请求(在本例中是MS105)。一种规定的位置确定准确度可伴随着位置确定的请求。对于这个实施方案，所指定的MS最好是一个具有扩展功能和容量的新颖的MS，与刚提出的或还有待详细说明的空中接口标准兼容(例如，一种新的或修改的GSM标准)。如果MS105还未已经工作在“会话”模式，网络对MS105建立呼叫，识别服务BS(130)，并确定其它BS中哪些(例如，135，136)参与TOA测量。
在步骤402，网络(例如，MSC104)分析此请求和运行条件，并确定为以所要求的精确度执行位置确定所需的若干接入脉冲串和BS。为了保存系统的负荷量，系统优先实施这种分析。然而，这个步骤并不指望限制本发明的范围，这个步骤可以除去或修改，例如，可以包括或者是最小数量的接入脉冲串或者是所需的最小数量BS中的一项(例如，一种运行考虑)。
在步骤403，网络(例如，MSC104)选择未被MS105使用的时隙(TS)，也从分配给服务BS130的载频中选择一个载频。最好，所选的TS在所选的载频上是休闲的。很明显，为了执行这个步骤，MS105可以中断移动帮助转交(MAHO)的测量，如果它正在被执行的话。据此，这些MAHO测量并不认为是一种对于发送上行接入脉冲串供TOA(TDOA)测量的本发明方法的障碍。
在步骤404，服务BS(130)通过MSC104(它促成此命令)，发送命令消息到在位置确定中要包含在内的其它BS(例如，BS2-135，BS3-136)，命令BS2和BS3“监听”从MS105发送的接入脉冲串。这种命令消息最好也指明TCH(载频和时隙)，据此这些BS可预期“听到”这些来自MS 105的接入脉冲串，帧数包括这样一些接入脉冲串中的第一个，和预期的/要测量的接入脉冲串的数目。
在步骤405，服务BS(130)发送一个(新的)定位命令消息到MS105，最好识别上行TCH(时隙和载频)，据此传送规定数量的接入脉冲串(参考步骤402)。这种命令消息包括与传送脉冲串开始时间有关的帧数。替代方案是，对于这些位置确定目的最佳的多个脉冲串可由MS按次序发送，而不是以上描述的接入脉冲串。
在步骤406，MS105在被命令的时间(帧数)开始发送脉冲串(依据命令的类型和数量)。根据接收到这些脉冲串，在BS130，135和136的每一个中的ModBX依据在以上提到的，共同转让的美国专利申请08/894，466，Hagerman等，中描述的方法和装置执行它们各自的TOA测量。
在步骤407，依据在共同转让，共同未决的美国专利申请(代理案件号no.27946-00354)中描述的方法和装置，处理在步骤406中执行的测量以便确定MS 105的位置。
虽然本发明的方法和装置的一种最佳实施方案已在附图中作说明并在以上的详述中作了描述，应该理解，本发明并不限于所公开的实施方案，能够进行大量的重新安排，修改和替换而不偏离由以下的权利要求提出并规定的本发明的精神。

Claims (28)

1．一种至少在TDMA或FDMA移动无线电系统中用于确定移动终端地理位置的方法，包括以下步骤：
在所述的移动无线电系统中接收确定所述的地理位置的请求；
命令至少一个基站监听来自所述的移动终端的传输信号并执行与所述的确定所述的地理位置有关的测量；
从一个服务基站发送命令到所述的移动终端以发送至少一个上行信号，所述的至少一个上行信号主要用于与所述的确定所述的地理位置有关的测量；
所述的移动终端在分配给所述的服务基站的频率上发送所述的至少一个上行信号；和
所述的至少一个基站执行与确定所述的地理位置有关的测量。
2．如权利要求1的方法，其中所述的发命令步骤包括向至少三个基站发命令监听来自所述的移动终端的传输信号并每个基站执行与所述的确定所述的地理位置有关的测量。
3．如权利要求1的方法，其中所述的测量包括时间测量。
4．如权利要求1的方法，其中所述的至少一个上行信号仅仅用于与所述的确定所述的地理位置有关的测量。
5．如权利要求1的方法，其中所述的至少一个上行信号包括小区内转交接入消息。
6．如权利要求5的方法，其中所述的小区内转交消息规定对一个已经使用信道的转交。
7．如权利要求5或6的方法，其中所述的上行信号包括至少两个小区内转交的接入消息，作为从所述的服务基站到所述的移动终端的所述的上行信号的有目的地延时的确认的响应，所述的确认有目的地延时，以便为所述的至少一个基站接收另外的上行信号用于执行与所述的确定所述的地理位置有关的测量。
8．如权利要求7的方法，其中有目的的延时对于所述的移动站发送规定数量的上行信号是足够长的，在暂停周期以后，所述的移动终端回复到在所述的转交以前所用的通信业务信道。
9．如权利要求8的方法，其中所述的规定数量的上行信号是由GSM无线电空中接口技术指标规定的，作为上行信号的最大数量。
10．如权利要求1的方法，其中所述的移动无线电系统包括一个TDMA系统，所述的至少一个上行信号在未被所述的移动终端用于通信业务的时隙期间发送。
11．如权利要求10的方法，其中所述的至少一个上行信号在未被第二移动终端占用的时隙期间发送。
12．如权利要求11的方法，其中所述的至少一个上行信号在分配给所述的服务基站的任何频率上发送。
13．如权利要求1的方法，其中所述的至少一个上行信号与相应的测量的开始时间和停止时间被预先确定以便使系统负荷为最小。
14．如权利要求13的方法，其中所述的开始时间和所述的停止时间由有关的帧数来规定。
15．一种在移动无线电系统中用于确定移动终端地理位置的系统，包括：
用于接收确定所述的地理位置的请求并命令至少一个基站监听来自所述的移动终端的传输信号的装置；
一个修改的接收机，连到所述的至少一个基站，用于执行与所述的确定所述的地理位置有关的测量；
一个服务基站，能发送一个命令到所述的移动终端发送至少一个上行信号，所述的至少一个上行信号主要用于与所述的确定所述的地理位置有关的测量；和
所述的移动终端，能够在分配给所述的服务基站的一个频率上发送所述的至少一个上行信号。
16．如权利要求15的系统，其中所述的至少一个基站包括至少三个基站。
17．如权利要求15的系统，其中所述的测量包括时间测量。
18．如权利要求15的系统，其中所述的至少一个上行信号仅仅用于与所述的确定所述的地理位置有关的测量。
19．如权利要求15的系统，其中所述的至少一个上行信号包括小区内转交接入消息。
20．如权利要求19的系统，其中所述的小区内转交消息规定对一个已经使用信道的转交。
21．如权利要求19或20的系统，其中所述的上行信号包括至少两个小区转交接入消息，对从所述的服务基站到所述的移动终端的所述的上行信号的有目的地延时确认作出响应，所述的确认有目的地延时，以便为所述的至少一个基站接收另外的上行信号用于执行与所述的确定所述的地理位置有关的测量。
22．如权利要求21的系统，其中有目的地延时对于所述的移动终端发送规定数量的上行信号是足够长的，在暂停周期以后，所述的移动终端能回复到在所述的转交以前所用的通信业务信道。
23．如权利要求22的系统，其中所述的规定数量的上行信号由GSM无线电空中接口技术指标规定为最大数量的上行信号。
24．如权利要求15的系统，其中所述的移动无线电系统包括一个TDMA系统，所述的至少一个上行信号在未被所述的移动终端为通信业务使用的时隙期间发送。
25．如权利要求24的系统，其中所述的至少一个上行信号在未被第二移动终端占用的时隙期间发送。
26．如权利要求25的系统，其中所述的至少一个上行信号在分配给所述的服务基站的任何频率上发送。
27．如权利要求1的系统，其中所述的至少一个上行信号和相应测量的开始时间和停止时间被预先确定，以便使系统负荷为最小。
28．如权利要求27的系统，其中所述的开始时间和所述的停止时间由有关的帧数规定。
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