CN1298188C - 一种基于现有通讯协议的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定位方法。根据基站的要求，移动台向基站上报协议所规定的有效集或候选集中对应的有效基站数；基站控制器要求移动台修改导频强度测量消息上报周期；存储收到的导频强度报告消息；对上报次数计数；判断移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数是否大于或等于三，如果是，则采用基于导频信号的相位差进行定位，否则判断基站是否分扇区；如果基站不分扇区，则以接收导频强度高的基站所在位置作为定位解；如果基站分扇区，则根据移动台方位角和往返延迟进行定位。本方法不需要对移动台做任何的改动，减少了营运商的投资成本，易于在现有的网络中实现。

Description

一种基于现有通讯协议的定位方法
技术领域
本发明涉及终端用户的定位方法，更具体地是应用于无线通信系统中的定位方法。
背景技术
作为移动通信网提供的一种新兴的增值业务，无线定位业务可以通过无线网络的定位技术来获取用户的位置信息，并将其提供给用户本人、通信系统本身或者经过授权的第三方，从而利用用户的位置信息来实现各种业务：包括娱乐、网络规划、公众安全、移动信息服务、跟踪与定位、智能运输、增强蜂窝性能等方面。
在目前的码分多址(CDMA)系统中，存在多种定位方式，其中包括基于小区号(ID)的定位方式、基于全球定位系统(GPS)卫星的定位方式和基于基站导频相位的定位方式。
基于小区ID的定位方式是利用手机登记的小区信息，将用户定位到某个基站(扇区)。该方式无需对现有手机进行任何改动，但其定位精度很难满足现在提出的丰富多彩的定位业务的要求。
在IS-801协议中规定了上述的后两种定位方式，即基于GPS卫星的定位方式和基于基站导频相位的定位方式。其中，基于GPS卫星的定位方式精度更高，但同时手机的软硬件也需要作较大改动。采用IS-801协议中规定的定位方式，都需要对手机侧和网络侧作较大改变。
技术方案
本发明要解决的技术任务是提出一种定位方法，该方法既可以达到较高的定位精度，适应新兴的增值业务发展，同时还可以保持现有协议和网络结构，无需对手机作任何改动。
为了实现本发明的目的，本发明所述的定位方法包括：
(1)根据基站的要求，移动台向基站上报协议所规定的有效集或侯选集中对应的有效基站数；
(2)基站控制器通过协议规定的周期导频测量请求消息要求移动台修改导频强度测量消息上报周期，移动台根据该周期上报导频强度测量报告消息；
(3)存储收到的导频强度测量报告消息；
(4)对上报次数计数；
(5)判断上报次数是否大于设定值，是则开始执行步骤(6)，否则返回执行步骤(3)；
(6)判断移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数是否大于或等于三，如果是，则采用基于导频信号的相位差进行定位，否则判断基站是否分扇区；
(7)如果基站不分扇区，则以接收导频强度高的基站所在位置作为定位解；
(8)如果基站分扇区，则根据移动台方位角和往返延迟进行定位。
本发明提出的基于现有的通讯协议定位方法，通过判断移动台的有效集或侯选集的有效基站数目，进而采用不同的方法进行移动台的定位确认，不需要对移动台做任何的改动，减少了营运商的投资成本，易于在现有的网络中实现。
附图说明
图1是本发明提出的定位方法流程图。
图2是有效基站等于3的CDMA无线通信系统示意图。
图3是基于方位角定位结构图。
图4是对基于方位角定位过程的说明
具体实施方式
本发明的一个实施例具体流程如图1所示；
当基站控制器收到移动台发起的定位请求之后，基站控制器可以通过协议规定的周期导频测量请求消息要求移动台修改导频强度测量消息上报周期，并根据协议规定定期上报导频强度测量消息，同时对上报次数进行计数。这样就可以根据系统的实际需要，在规定的时间内收集足够的测量数据。
如果上报次数达到设定的次数，则依据下列判断标准进行移动台的定位：
如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数不小于三，则采用基于导频信号的相位差进行定位，即根据三角定位得到较高的定位精度。
如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数小于三，且基站不分扇区，则以接收导频强度高的基站所在位置作为定位解。
如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数小于三，且基站分扇区，则根据移动台方位角和往返延迟信息进行定位。
下面结合图2详细介绍有效基站数不小于三的情况下，基于导频信号的相位差定位的过程。图2显示了采用本发明的方案的无线通信系统。该无线通信系统包括一个基站控制器(BSC)204；三个基站收发信机(BTS)201、202、203；和一个移动台(MS)205。根据协议规定，如IS-95和IS-2000，移动台测量每个基站的导频信号的到达相位(PILOT_ARRIVAL)，经过计算之后，通过导频强度测量消息将各基站的导频信号相位(PILOT_PN_PHASE)上报给基站。PILOT_ARRIVAL是每个基站的导频信号最早到达移动台的有效多径信号的相位，根据所有导频信号所共有的伪随机序列零偏置相位为基准进行测量。基站根据移动台最早到达基站的多径信号相位(EarlistPN)计算往返延迟(RTD)，其中RTD等效为基站与移动台间距离的两倍。
对CDMA系统而言，每个基站的系统时间是通过GPS卫星同步的，因此可以根据移动台205测量的基站201、基站202和基站203的导频相位得到相应的基站与移动台之间的距离R1、R2和R3。假设基站203是移动台205的参考基站(即该基站与移动台间距离最短)，则R3＝C*T，其中C表示光速，T表示基站203到移动台205的传播时间，其他基站的距离就是在R3的基础上加上光速与PILOT_ARRIVAL的乘积。对移动台201进行定位计算实际上就是根据基站201、基站202和基站203的位置(X1，Y1)、(X2，Y2)和(X3，Y3)，以及基站与移动台的距离R1、R2和R3，进行方程组求解的过程。因为存在移动台位置(X0，Y0)和传播时间T三个未知数，所以至少需要获得三个基站的导频相位联立解方程组。
R i 2 = ( X i - X 0 ) 2 + ( Y i - Y 0 ) 2 , i = 1 ~ N N ≥ 3
因为是非线性方程组，如果是三个基站，则解三个这样的方程组时存在两个传播时间解，这就需要其他的辅助信息消除解模糊。在两个解相同，或者一个解为正，一个解为负时，可以直接得到正确解。如果存在两个正解，选择使参考基站203与移动台205之间的计算距离C*T，更接近于由RTD得到的实测距离的解T作为正确解。
如果有效基站数大于三，可以用解方程组和迭代求解的方式得到最小二乘解。
一种获得RTD的方法是通过比较捕获移动台205发出的PN序列相位与参考基站203发出的PN序列相位之间的差值得到。因为移动台205是利用参考基站203的系统时间作为它的基准时间，并作为接入信道和反向业务信道的发射时间。因此，移动台105发出的PN序列相位与参考基站203发出的PN序列相位之间的差值实际上就是基站与移动台之间一次往返的时间。假设前向与反向传播时间相同，就可以用往返延迟RTD的一半和光速的乘积作为参考基站203与移动台205之间的距离。
当获得足够的定位测量信息后，服务器对每次测量数据进行定位计算，最后求全部定位结果的平均值，得到平滑后的最终解(X0，Y0)。
通过上述过程，就可以得到当移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数不小于三的情况下移动台的方位。
如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数小于三，则不能应用基于导频信号相位差进行定位计算。如果基站没有分扇区，则以接收导频强度高的基站所在位置作为定位解。
基站分扇区可以有效提高系统容量，因此对基站分扇区是常见的情况。下面提出在有效基站数小于三，基站分扇区的情况下，基于移动台方位角和RTD的定位方法。
图3示出了基于移动台方位角和往返延迟(RTD)的定位结构图。其中，301、302、303分别表示三个扇区；311、312、313分别表示三个扇区的中心点；320表示移动台；321表示基站。由图中可以看到，移动台的位置可以通过移动台到扇区天线的距离所确定的圆弧，和移动台到扇区天线的方位角的交点得到。
如图4所示，如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效扇区总数大于1，则移动台到扇区天线的方位角根据移动台中的有效集或候选集中的导频信号强度确定，方位角与导频信号的关系可以通过固定线性关系结合具体环境修正因子的方式表示，也可以存在于非线性模型中。方位角与导频信号间关系的基本趋势是扇区导频强度越高，移动台方位角越靠近于该扇区中心点所对应的方位角。移动台到扇区天线的距离根据导频强度最高的扇区对应的往返延迟RTD决定。这样可以在无法进行三角定位的情况下，得到相对较高的定位精度。
如果移动台的有效集或候选集中所对应的有效扇区总数等于1，往返延迟RTD是根据该扇区移动台最早到达基站的多径信号相位EarlistPN计算得到的，移动台到扇区天线的方位角由预先确定的扇区中心点301确定。

Claims (5)

1、一种基于现有协议的定位方法，其特征在于包括：
(1)根据基站的要求，移动台向基站上报协议所规定的有效集或侯选集中对应的有效基站数；
(2)基站控制器通过协议规定的周期导频测量请求消息要求移动台修改导频强度测量消息上报周期，移动台根据该周期上报导频强度测量报告消息；
(3)存储收到的导频强度测量报告消息；
(4)对上报次数计数；
(5)判断上报次数是否大于设定值，是则开始执行步骤(6)，否则返回执行步骤(3)；
(6)判断移动台的有效集或候选集中所对应的有效基站总数是否大于或等于三，如果是，则采用基于导频信号的相位差进行定位，否则判断基站是否分扇区；
(7)如果基站不分扇区，则以接收导频强度高的基站所在位置作为定位解；
(8)如果基站分扇区，则根据移动台方位角和往返延迟RTD进行定位。
2、根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述步骤(6)中基于导频信号的相位差进行定位进一步包括：根据移动台最早到达基站的多径信号相位EarlistPN计算往返延迟RTD；根据导频相位和往返延迟RTD求解定位结果；平滑定位解。
3、根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于：所述往返延迟RTD是通过比较捕获移动台(205)发出的PN序列相位与参考基站(203)发出的PN序列相位之间的差值得到。
4、根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述步骤(8)进一步包括：在扇区数大于1的情况下，所述往返延迟RTD是根据最强导频对应扇区的移动台最早到达基站的多径信号相位EarlistPN计算得到的，所述方位角是根据各扇区导频强度得到的；在扇区数等于1的情况下，所述往返延迟RTD是根据该扇区移动台最早到达基站的多径信号相位EarlistPN计算得到的，所述方位角是根据扇区中心点求得的。
5、根据权利要求1-4之一所述的定位方法，其特征在于：所述的往返延迟RTD等效于基站与移动台的距离的两倍。
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