CN1286586A - 数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法,其中,基站在收到移动终端首次发来的信息后,利用此信息估算出移动终端的初始距离,然后通知移动终端下一次发送信息提前相应的时间;以后则每隔一段时间再计算一次时间偏移,补偿因移动终端的移动造成的时间提前量应做的相应改变,同时根据时间偏移可以得到移动终端的距离偏移,进而可以实时得知移动终端与基站间的距离。利用这种方式进行距离估算可使搜索时间明显缩短,并且估计精度高。

Description

数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种估计数字移动通信系统中移动终端距离的方法。

在移动通信系统中，数字信息一般是分帧传输，由于移动终端的移动特性将使得其到达基站信息的空中时延每次都可能不一样，这样为计算基站到移动终端的距离，则必须在每次解调之前进行一次搜索，才能解调出数字信息，进而推算出移动终端的距离，程序复杂。所以传统的做法并没有实时计算移动终端的距离，而只是实时确定该移动终端从属于哪一个小区，具体是在哪个小区的哪一个位置是不可知的。

本发明的目的就是为了克服现有对移动终端距离估计的不足，而提供的一种搜索程序快速简单、估算移动终端距离精度高的数字移动通信系统中移动终端距离估计的方法。

实现本发明的技术方案是：一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，基站在收到移动终端首次发来的信息后，利用此信息估算出移动终端的初始距离，然后通知移动终端下一次发送信息提前相应的时间；以后则每隔一段时间再计算一次时间偏移，补偿因移动终端的移动造成的时间提前量应做的相应改变，同时跟据时间偏移可以得到移动终端的距离偏移，进而可以实时得知移动终端与基站间的距离。

包括以下步骤：①确定移动终端的初始距离；②计算移动终端发送信息的时间偏移量；③根据时间偏移量计算移动终端与基站的距离偏移，进而得出移动终端与基站的实时距离；④不断重复步骤②和③，可得到任何时刻的移动终端与基站间的实时距离。

上述具体的步骤是：①基站对移动终端的初始距离的计算，其包括：a．判断是否随机接入接收信号；b．若是随机接入，则利用训练序列相关性的特点计算移动终端的初始距离；②基站将步骤①所得到的初始时间提前量发送给移动终端，并通知移动终端下一帧提前相应的时间发送；③基站在下一次收到移动终端的上发数据时，计算出相应的时间偏移量；④将步骤③得到的时间偏移量与初始时间提前量相加，得到基站下次将要通知移动终端的时间提前量。同时利用步骤③得到的时间偏移量可得出移动终端相对于基站的距离偏移量；进而计算出移动终端相对于基站的距离。⑤不断重复步骤③和④，可以定时地得知移动终端相对于基站的距离。

由于本发明采用了以上的技术方案，用到GSM在数字移动通信系统中的时间提前量的概念，当基站收到移动终端首次发上来的信息后，利用此信息估算出移动终端的初始距离，然后通知移动终端下一次发送提前相应的时间；以后则每隔一段时间再计算一次时间偏移，补偿因移动终端的移动造成的时间提前量应做的相应改变，同时通过计算出距离偏移，计算出任何时刻的移动终端所处的位置，并使搜索时间缩短、程序简化、估计精度提高。

现结合以下实施例和附图，进一步说明本发明的具体特征、性能。

图1为常规突发序列的包络图；

图2为随机接入突发序列的包络图；

图3为噪声的包络图。

本发明是一种数字移动通信系统中移动终端距离估计的方法，其核心内容就是在基站在收到移动终端首次发上来的信息后，利用此信息估算出移动终端的初始距离，然后通知移动终端下一次发送提前相应的时间；以后则每隔一段时间再计算一次时间偏移，补偿因移动终端的移动造成的时间提前量应做的相应改变。

本发明提出的距离估算方法适用于所有的数字移动通信系统。现以GSM数字蜂窝移动通信系统为例加以详细说明。

GSM系统中，基站需要解调的第一个上行序列是移动终端上发的随机接入序列，基站对移动终端的距离估算也是基于此接收序列。所以实际上初始距离估算过程是分两步进行的：第一步，判断该接收信号是否为随机接入；第二步，若是随机接入，利用训练序列相关性的特点估算移动终端的初始距离。

首先，判断该接收信号是否为随机接入，本发明提出一种包络能量的比较方法，该方法为：设定一个比较门限m，如果满足条件：

则认为是随机接入的接收信号。

在GSM系统中，当基站在相应的时隙处理随机接入信息时，收到的信息有可能是随机接入、也有可能是干扰或者是常规突发序列，假如我们在解调搜索之前就已经区分出来的话，将能为解调过程节省大量的时间。

图1～图3所示为常规突发、随机接入突发及噪声的包络图。从图中可看出，随机接入突发得到的主要比特的能量之和(87比特的能量之和)占据整段突发所有比特能量之和(156比特之和)的绝大部分，而常规突发序列和噪声则无此特点，它们156比特的能量分布比较平均。因此可依靠本发明提出的上述计算能量比较的方法，即利用接入突发序列的特点(即与其它突发序列和噪声信号的不同之处)，也就是利用接入突发的总共156比特中主要能量集中的中间87比特上的特点，来区分出接收信号是否为随机接入：设定一个比较门限m，如果满足以下条件：

那么，则认为接收信号是随机接入，这个m值可以通过理论和实验的方法共同获得，比如当设门限m为90％时，即能很好地从接收信号中区分出接入突发了。然后，利用训练序列的相关性来估算移动终端的初始距离，本发明给出估算距离的公式，该公式为：

其中n为信息序列的解调过程中通过计算序列的相关性算得的本次基站接收序列与基站基准序列位置的比特偏移，为已知条件。所述的基站基准序列位置为移动终端相对于基站无位移时基站接收到的上行序列应处于的位置。

例如，在GSM系统中，信息是分时传输的，每个时隙有156．25个比特，每时隙持续时间0．577ms，每比特持续时间3．69us。但此时基站并不知道移动终端与自己的距离，因而事先并不知道此上行序列在空中到底延迟了多长时间。此时基站将对所有可能的距离取值情况(也就是空中时延情况)做一遍搜索，以得到目前收到的此上行序列相比无空中时延时的情况到底错开了多少比特，进而才能通知移动终端下一帧数据提前多少比特时间发送。以此比特数可以估算出移动终端的初始距离，方法如下：

假定时延比特数量为n，移动终端与基站之间的距离为d，考虑到时延是双向的，且电磁波以光速传播，代入以上计算公式，即为： $d=\frac{n\×3.69\×{10}^{-6}\×3\×{10}^8}{2}$

GSM规定其通信距离为0～35公里，从以上计算得知，当距离d为35公里时，计算出延时为63．2比特，我们近似认为是63比特。也就是说，假如我们把0～63这可能的64种延时情况全部搜索一遍，那么我们一定可以搜寻到能正确解调出有用信息的位置。根据上面的计算公式，我们即可得知移动终端距离基站的初始距离；而此位置对应的这种延时正是我们所要寻找的初始时间提前量，基站将在随路控制信息里面将此信息下发给移动终端，通知移动终端下一帧提前相应的时间发送。

基站在下一次收到上行数据时，可用同样的计算方法计算出相应的时间偏移量，计算时间偏移量的方法是：计算本次基站接收序列的位置与基站基准序列位置间的比特偏移。此时间偏移量与上次时间提前量相加得到的结果就是基站下次将要通知移动终端的时间提前量。将时间偏移量代入下面的计算公式，我们就可以实时地计算出移动终端相对于基站的距离了。所述的移动终端的实时距离的计算公式是：移动终端的实时距离=移动终端上一次与基站的距离+时间偏移量×单位时间偏移量对应的距离偏移。其中单位时间偏移量对应的距离偏移可利用前面的初始距离计算公式得到，由如下所式，时间偏移量对应的距离偏移为：

本发明提供的这种方案是一种经过理论实践证明的行之有效的估算手段，这种估算既可以对某一个移动终端进行实时定位，也可测量某地区网络有效覆盖的范围，估计当地网络的质量，同时，还可对某个特定的移动用户位置进行跟踪，应用范围很广。

Claims (9)

1．一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于，基站在收到移动终端首次发来的信息后，利用此信息估算出移动终端的初始距离，然后通知移动终端下一次发送信息提前相应的时间；以后则每隔一段时间再计算一次时间偏移，补偿因移动终端的移动造成的时间提前量应做的相应改变，同时跟据时间偏移可以得到移动终端的距离偏移，进而可以实时得知移动终端与基站间的距离。

2．一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：

①确定移动终端的初始距离；

②计算移动终端发送信息的时间偏移量；

③根据时间偏移量计算移动终端与基站的距离偏移，进而得出移动终端与基站的实时距离；

④不断重复步骤②和③，可得到任何时刻的移动终端与基站间的实时距离。

3．根据权利要求2所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的步骤是：

①基站对移动终端的初始距离的计算，其包括：a．判断是否随机接入接收信号；b．若是随机接入，则利用训练序列相关性的特点计算移动终端的初始距离；

②基站将步骤①所得到的初始时间提前量发送给移动终端，并通知移动终端下一帧提前相应的时间发送；

③基站在下一次收到移动终端的上发数据时，计算出相应的时间偏移量；

④将步骤③得到的时间偏移量与初始时间提前量相加，得到基站下次将要通知移动终端的时间提前量。同时利用步骤③得到的时间偏移量可得出移动终端相对于基站的距离偏移量；进而计算出移动终端相对于基站的距离。

⑤不断重复步骤③和④，可以定时地得知移动终端相对于基站的距离。

4．根据权利要求3所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的判断是否随机接入接收信号的方法是指依靠能量比较的方法，该方法为：设定一个比较门限m，如果满足条件：则认为是随机接入的接收信号。

5．根据权利要求1或2所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的利用训练序列的相关性来估算移动终端的初始距离的计算公式是：

6．根据权利要求5所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的n为信息序列的解调过程中通过计算序列的相关性算得的本次基站接收序列与基站基准序列位置间的比特偏移。

7．根据权利要求6所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的基站基准序列位置为移动终端相对于基站无位移时基站接收到的上行序列应处于的位置。

8．根据权利要求1或2所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的时间偏移量是指：本次基站接收序列的位置与基站基准序列位置间的比特偏移。

9．根据权利要求1或2所述的一种数字移动通信系统中估计移动终端距离的方法，其特征在于：所述的移动终端的实时距离的计算公式是：

移动终端的实时距离=移动终端上一次与基站的距离+时间偏移量×单位时间偏移量对应的距离偏移。

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