CN1287632C - 适用于td－scdma系统的混合定位方法 - Google Patents
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Abstract
用户对多种多样的基于位置的数据服务需求迫切，而国际上又对于不同服务的位置的精度提出了要求，因此如何在任何地域都能获得高精度移动用户位置称为核心问题。本发明涉及TD-SCDMA系统高精度的混合定位技术。主要为了设计高精度的、适用于TD-SCDMA系统的、适用于各种地域的定位技术，从而为各种基于位置的服务提供准确的数据源。其中主要存在的技术问题是选择先进的定位技术，对定位信号测量和计算功能进行合理的分布，设计定位处理流程，定义相关通信接口和消息。我们选用到达时间差和辅助全球定位系统的混合定位技术，实现对移动用户的高精度定位。该定位技术适用于定位市内、郊区或室内等各种地域的移动用户。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域。尤其涉及TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)系统高精度的混合定位方法。
背景技术
TD-SCDMA标准是惟一事实上的时分双工(TDD)模式标准，在全球拥有专用频段，这意味着对TD-SCDMA的应用将可能是全球性的。随着移动通信网络和技术的不断发展，信息服务的内容和形式也日益丰富，其中具有空间特性的位置信息越来越多地被利用。用户可以通过移动终端(如手机、PDA等)，与无线网络配合，确定用户的实际地理位置，从而提供与用户位置相关的各类服务信息，了解其所处环境及周边的情况。LBS(基于位置服务)技术应用前景广阔，具有巨大的商业价值，尤其是可以应用在交通导航、移动电子商务、紧急救助等方面，成为信息服务业和移动数据应用领域的重要组成部分。
用户对多种多样的LBS服务需求迫切，而国际上又对于不同服务的位置精度做出了要求。总体而言，信息服务要求的精度较低，导航和跟踪监护等专业定位服务所要求的精度较高。因此如何在任何地域环境都能获得高精度移动用户的位置数据成为了相关研究的核心问题。目前，真正商用化并占据国际移动服务市场的定位服务技术是美国高通(Qualcomm)公司的gpsOne技术。正在建设中的TD-SCDMA系统至今还没有选定其定位服务体系及相关定位方法。为了适应LBS应用的巨大市场需求，丰富TD-SCDMA系统的数据服务，研制相应的定位服务体系是非常必要的。
TDOA(到达时间差分)是一种基于网络的定位技术，其基本原理是测量不同基站接收到同一移动站的定位信号的时间差，并由此计算出移动站到不同基站的距离差。移动站到任何两个基站的距离差d可以在两个基站之间给出一条双曲线，移动站一定处于该曲线之上。当同时有3个以上基站参与测距时，由多个双曲线之间的交汇区域就是对用户位置的估计。这种方法计算复杂性低，定位精度较高，一般在50米左右，不需要精确地求得基站和移动站的响应和处理时延。但这种方法不适用于基站稀少的地域。
AGPS(辅助全球定位系统)是一种结合网络基站信息和GPS(全球定位系统)信息对移动台进行定位的技术。其基本原理是建立一GPS参考网络，参考网络中的接收机可以连续很好地接收GPS卫星信号，实时监视各种卫星信息。该参考网络和蜂窝移动通信系统相连，在定位时将监测到的各种卫星信息传送给终端GPS接收机，以加快首次定位时间、减少搜索时间、提高接收灵敏度等。它只要求手机内增加GPS接收机模块，并与特定的应用中心之间建立数据链路，而无需对现有的蜂窝网做任何改动。这种方法定位精度高、速度快，但在市区和建筑物内存在盲区，不适用于城区和室内。
发明内容
本发明提出TDOA/AGPS混合定位方法，以综合TDOA和AGPS两种定位技术的优势，弥补相互的不足，从而能够满足TD-SCDMA系统在城区、郊区、室内等不同地域的不同定位服务精度要求。
本发明所要解决的技术问题是：为TD-SCDMA系统提供满足不同地域要求和不同定位服务要求的高精度混合定位方法。
本发明的技术方案是：设计TDOA/AGPS混合定位方法的测量和计算功能分布，设计定位处理流程，定义相关接口和消息，并将高精度的定位数据存储到位置服务器中。选择TDOA和AGPS混合定位技术，如果TD-SCDMA系统尚未设置定位服务体系，而且手机没有集成GPS芯片时，将LBS应用程序、定位信号测量和计算功能全部分布在集成了GPS部件的PDA上完成；当手机集成了GPS芯片时，将LBS应用程序、定位信号测量和计算功能全部分布在手机上完成；当系统定位服务体系已经建好，将定位信号测量和计算功能移植到TD-SCDMA系统网络侧的LMU和PDE上完成。并根据应用类型和所在地域类型将相应的位置信息进行混合计算后发至位置服务器存储。
本发明的有益效果是：实现TD-SCDMA移动通信系统中位于各种不同区域的用户终端的精确定位，从而为各种基于位置的服务提供准确的数据源。
附图说明
图1表示适用于TD-SCDMA系统的定位服务体系结构
图2表示手机上未集成GPS时的混合定位流程图
图3表示手机上集成了GPS时的混合定位流程图
图4表示当信号测量和定位计算在网络侧完成时的混合定位流程图
具体实施方式
如图1所示，描述了TD-SCDMA系统的定位服务体系结构。理想情况下，LBS应用程序运行在集成了GPS芯片的手机上。但如果手机尚未集成GPS芯片且手机处理能力有限，LBS应用程序也可以运行在处理能力较强的、与GPS部件有接口的PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理)上，PDA与手机之间的数据通过RS-232进行通信，格式遵循下文中PDA-UE接口的定义。
位置测量和计算过程是所有定位技术必须具备的两个过程，它们可以在移动终端侧实施，也可以在网络侧实施。在TD-SCDMA系统建设初期，手机尚未集成GPS芯片，而且位置服务体系还没有建成时，TDOA和AGPS技术的位置测量和计算过程都可以放在终端侧完成。在具体实现中可以使用计算能力比较高、且能连接GPS的PDA，PDA与移动手机通过RS-232串口相连，通过端口实时监控，对接收到的数据进行分析处理。当手机集成了GPS芯片且计算能力增强后，可以不再使用PDA，而是将两种技术的位置测量和计算过程都移植到手机上完成。待网络成熟时，在TD-SCDMA系统中设置位置测量单元LMU(Location Measurement Unit)和位置决定实体PDE(PositionDetermination Entity)，分别完成位置测量和计算功能。从而实现计算负荷的均衡分布。每一个基站设置一个LMU，若干个基站可以共享一个PDE。LMU和PDE可以同时实现多种定位技术的测量和计算功能。
手机与基站之间的信息遵循TD-SCDMA无线接口(Uu)标准进行通信。与定位服务相关的数据格式及内容需要与TD-SCDMA系统服务提供尚协商，使之能够在网络传输过程中被识别。
GPS参考网络中的GPS接收机与位置服务器连接用于跟踪和收集所有卫星星历等辅助信息，同时遵循TCP/IP协议从TD-SCDMA系统中的移动位置中心(MPC)处提取位置数据，格式遵循下文中MPC-TS接口的定义。
如图2所示，表示LBS应用程序、信号测量和定位计算都在PDA上完成时，TD-SCDMA系统中的TDOA和AGPS混合定位处理流程图。
由PDA上的应用程序首先发出定位请求到手机，手机从自身内存中取得当前所在的邻近小区号信息，同时根据小区号信息与邻近的3个以上的基站进行通信后测得信号传输时间差，手机将小区信息和时间差信息一起返回PDA应用程序以便进行TDOA位置计算。而另一方面，PDA的应用程序根据所获得的小区信息，通过TD-SCDMA系统向位置服务器发出GPS辅助信息请求，以便获取这些小区可见的卫星的星历信息。位置服务器收到请求后，将返回相关的星历信息。PDA上的应用程序获得GPS辅助信息后，进行卫星伪距测量并计算GPS位置数据。TDOA与AGPS的测量和计算过程可以部分并行。最终PDA上具有了TDOA和AGPS两种位置数据，并根据应用类型和所在地域类型将相应的位置信息进行混合计算后发至位置服务器存储。
如图3所示，表示LBS应用程序、信号测量和定位计算都在手机上完成时，TD-SCDMA系统中的TDOA和AGPS混合定位处理流程图。
与图2所示相比，将PDA完成的所有功能全部移植到手机上即可。即由手机上的应用程序发出定位请求，并从自身内存中取得当前所在的邻近小区号信息，并根据小区号信息与邻近的3个以上的基站进行信号时间差测量，并进行TDOA位置计算。而同时，应用程序根据所获得的小区信息，通过TD-SCDMA系统向位置服务器发出GPS辅助信息请求，以便获取这些小区可见的卫星的星历信息。位置服务器收到请求后，将返回相关的星历信息。手机上的应用程序获得GPS辅助信息后，进行卫星伪距测量并计算GPS位置数据。最终手机上具有了TDOA和AGPS两种位置数据，并根据应用类型和所在地域类型将相应的位置信息进行混合计算后发至位置服务器进行存储。
如图4所示，表示LBS应用程序运行在手机上、信号测量和定位计算分布在LMU和PDE上时，TD-SCDMA系统中的TDOA和AGPS混合定位处理流程图。
与前面两种方式相比，其中的TDOA信号测量功能由LMU完成，TDOA和AGPS的位置计算和最终的混合计算都在PDE上完成。这时手机负担较轻，但网络通信负荷增加。
本发明中混合运算的含义是指两种定位技术当某一种定位结果无效时可以互补，当两个结果都有效时通过用户所处地域类型选择其一。用户所处的区域类型取决于用户终端提供的其驻留小区的信息。对于在城区内且基站信号较好的用户一般采用TDOA的定位结果，对于在郊区的用户一般采用AGPS的定位结果。另外，为保证位置数据的实时性，采用定时器自动发起方式，由移动终端周期性地(如5秒)进行位置测量和报送。
根据标准，移动位置中心(Mobile Position Center，MPC)是位置信息提取的位置，可以通过TCP/IP协议提取混合定位所得的精确位置数据，并将其放入位置服务器中。位置服务器基于空间数据库并支持时空索引以便进行范围、历史、轨迹等查询。另外，位置服务器还要连接一个GPS站以便收集和存储有关卫星星历等GPS辅助信息。由于数据量大，查询响应要求快速，因此位置服务器的数据库管理和索引结构是一个关键的问题。但本发明中不涉及这些内容。
定位过程涉及多个功能处理部件，需要定义相关的通信接口和消息。通信接口包括3类，即PDA-UE接口，Uu接口和MPC-TS接口。具体说明如表1所示。消息类型有8种，相关定义如表2所示。
表1.通信接口说明
| 接口编号 | 接口名称 | 所处位置 | 传输方式或协议 | 消息格式 |
| 1 | PDA-UE接口(部分处理功能分布在PDA时采用) | PDA与手机之间 | RS-232 | 消息类型消息长度消息内容 |
| 2 | Uu接口 | 手机与基站 | TD-SCDMA空 | 参考标准或由 |
| 之间 | 中接口标准 | TD-SCDMA系统开发者提供支持。 | ||
| 3 | MPC-TS接口 | 移动位置中心与位置服务器之间 | TCP/IP | 消息类型消息长度消息内容 |
表2.消息的含义和参数定义
| 消息编号 | 消息名称 | 参数 | 所属接口 |
| 1 | 定位请求 | 服务质量要求，如响应时间、误差范围等 | PDA-UE接口 |
| 2 | 定位请求回复 | 手机进驻和邻近的32个小区号，以及相应基站的经纬度等 | PDA-UE接口 |
| 3 | GPS辅助信息请求 | 最多32个邻近小区号 | PDA-UE接口Uu接口MPC-TS接口 |
| 4 | GPS辅助信息回复 | 手机进驻小区或邻近小区可见的所有卫星的星历 | PDA-UE接口Uu接口MPC-TS接口 |
| 5 | 位置数据发送请求 | 最终的位置数据，包括小区号，用户号，经度，纬度，时间等 | PDA-UE接口Uu接口 |
Claims (6)
1、一种适用于TD-SCDMA系统的混合定位方法，其特征在于：选择TDOA和AGPS混合定位技术，如果TD-SCDMA系统尚未设置定位服务体系，而且手机没有集成GPS芯片时，将LBS应用程序、定位信号测量和计算功能全部分布在能够连接GPS的个人数字助理PDA上完成，该PDA与手机之间通信连接；当手机集成了GPS芯片时，将LBS应用程序、定位信号测量和计算功能全部分布在手机上完成；当系统定位服务体系已经建好，手机端运行LBS应用程序，将定位信号测量和计算功能移植到TD-SCDMA系统网络侧的位置测量单元LMU和位置决定实体PDE上完成。
2、根据权利要求1所述的混合定位方法，其特征在于，当手机上没有集成GPS芯片时，定位过程包括以下步骤：由PDA发出定位请求到手机，手机从自身内存中取得当前所在的邻近小区号信息，同时根据小区号信息与邻近的3个以上的基站进行信号时间差测量，手机将小区号信息和时间差信息一起返回PDA进行TDOA位置计算；PDA通过TD-SCDMA系统向位置服务器发出GPS辅助信息请求；位置服务器收到GPS辅助信息请求后，获取所在小区可见卫星的星历信息，并向PDA返回该星历信息；PDA根据收到的星历信息进行卫星伪距测量并计算GPS位置数据；并根据应用类型和所在地域类型将TDOA和GPS两种位置数据进行混合计算后，得到手机位置数据发送至移动位置中心MPC，位置服务器从MPC处提取位置数据。
3、根据权利要求1所述的混合定位方法，其特征在于，当手机上集成了GPS芯片时，定位过程包括以下步骤：手机发出定位请求，并根据其内存中当前所在邻近小区号信息与邻近的3个以上的基站进行信号时间差测量，并进行TDOA位置计算；同时，手机根据小区号信息，通过TD-SCDMA系统向位置服务器发出GPS辅助信息请求；位置服务器收到GPS辅助信息请求后，获取所在小区可见卫星的星历信息，并向手机返回该星历信息；手机根据收到的星历信息，进行卫星伪距测量并计算GPS位置数据；根据应用类型和地域类型将TDOA和GPS两种位置数据进行混合计算，得到手机位置数据发送至移动位置中心MPC，位置服务器从MPC处提取位置数据。
4、根据权利要求1所述的混合定位方法，其特征在于，当定位信号测量和计算功能移植到TD-SCDMA系统网络侧时，定位过程包括以下步骤：在TD-SCDMA系统基站中设置LMU和PDE；手机发出定位请求，取相邻基站信息并进行时间差测量，由LMU完成TDOA信号的测量；同时手机通过TD-SCDMA系统向位置服务器发出GPS辅助信息请求；位置服务器收到GPS辅助信息请求后，获取小区可见卫星的星历信息，返回该星历信息，LMU根据收到的星历信息，进行卫星伪距测量LMU将TDOA参数和卫星伪距测量值送入PDE，由PDE完成TDOA、GPS位置计算并进行混合计算；得到手机位置数据发送至MPC，位置服务器从MPC处提取位置数据。
5、根据权利要求2所述的混合定位方法，其特征在于，PDA与手机之间通过RS-232接口通信，通信内容包括定位请求、定位请求回复、GPS辅助信息请求、GPS辅助信息回复和位置数据发送请求。
6、根据权利要求2-5其中之一所述的混合定位方法，其特征在于，手机与基站间采用TD-SCDMA空间接口标准通信，位置服务器与MPC间采用TCP/IP协议进行通信，遵循MPC-TS接口标准获取定位数据。
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