CN1304493A - 采用蜂窝通信的测位装置 - Google Patents
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Abstract
在终端接收采用蜂窝方式的基站发送的特定信号,根据存储在终端的基站信息,进行位置测定。具体地说,在终端(1)设置存储器(6),用来存储基站的位置及特定信号的发送时刻信息。检测最少3个站的接收信号,根据与基站的发送时刻信息的偏移,推断自身位置。能抑制终端电力消耗大的发送,防止终端电池寿命的降低。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝通信中检测终端位置的装置。
背景技术
在美FCC中报道称能在无线通信中进行位置检测。在日本也发表了使用PHS的位置检测方法。
关于导航或导向服务等精度更高的位置检测,例如USP5841396公开了使用蜂窝通信发送GPS接接收息的DGPS技术。
作为另一测位技术,有这样的方法:在基站根据从终端发送的信号的电场强度、发送方向或延迟时间,推算终端位置。
此外,还有这样的方法:取出测定终端的信号的特征后,发送给定位服务器,服务器确定终端位置。
发明的公开
利用上述DGPS的测位方法还需要在通信终端附加GPS接收机和信号处理装置。另外由于GPS的接接收号微弱,可测位的区域受限,在室内或车内等电场强度弱的区域,难以进行蜂窝通信终端的测位。
其次,在基站接收来自终端的发送信号的上述方法在进行连续测定时,终端的消耗电力大,终端的电池寿命成为课题。另外为了提高测定精度,需要在多个基站中观测终端。可是,在此情况下必须同时使用多个基站资源,存在运行成本增加、不能简单地用于现行的系统中等课题。
因此,研究了这样一种采用蜂窝方式的测位方法:各基站每隔同一一定时间间隔发送脉冲信号,用各通知信道发送表示与确定该基站的信息或与来自周边基站的脉冲信号的相位关系的信号。
结果发现终端具有下述装置能解决上述课题,即终端具有:存储从多个基站发送的信号码串或发送时刻及这些基站的纬度和经度的存储装置;对来自被测定的多个基站的信号的接收时刻和该存储装置中存储的多个基站的信号发送时刻进行对照,或者通过码串的对照,推断所接收的信号的发送源基站,同时根据所推断的基站的发送时刻和接收时刻的差,推断传送延迟量的延迟量推断装置;以及根据对至少3个以上的基站推断的传送延迟量,推断终端位置的位置推断装置。
附图的简单说明
图1是表示本发明的第一实施例的结构图。
图2是说明发送时刻和接收时刻的时间偏移的发生情况的图。
图3是表示本发明的第二实施例的结构图。
图4是表示本发明的第三实施例的结构图。
图5是表示本发明的第四实施例的结构图。
图6是表示本发明的第五实施例的结构图。
实施发明用的最佳形态
以下,用附图详细说明本发明的具体实施形态。
附图中的符号如下:
1…终端、2…RF部、3…IF部、4…逆扩散部、
5…信号处理部、6…基站信息蓄积用存储器、
11、12、13…蜂窝基站、
21…在基站天线下接收时的逆扩散部输出、
22…在远离基站天线处接收时的逆扩散部输出、
30…服务器、30…服务器内的存储器、
32…基站装置内的存储器、40…测定站、
40…测定站RF部、42…测定站IF部、
43…测定站逆扩散部、44…测定站信号处理部
图1表示本发明的第一实施例。图2是表示第一实施例中由于终端-基站之间的距离,使得所接收的信号的绝对时间产生偏移的示意图。以下举例说明利用扩散码进行频带扩散的信号。
在图1中,从有3个站即基站(11、12、13)分别发送确定的信号。从基站指来的箭头表示在终端接收电波。在终端1由天线接收的信号被RF部2放大后,由IF部3进行向下变频、并变换成数字基带信号。此后在逆扩散部4中根据与确定码串的相关检波,进行路径检测,数字信号处理器(DSP)5检测信号的接收时刻。这时,在终端1基本上从最近的基站发送判断该基站的信息。从各基站发送的码串和发送时刻及发送基站的纬度、经度信息预先被存入存储器6中。DSP5根据这些信息,进行接收时刻的路径检索。使用这些信息有助于缩短接接收号的路径检测时间。在图2中,上图是表示使终端在基站天线的正下方时逆扩散部4的输出信号的图,能在一点观测到峰值21。下图表示基站-终端之间相距某一距离时,逆扩散部4的输出信号,在偏离峰值21的位置检测到峰值22。这里为了简单起见,假定不是多路径的。根据峰值21和22之间的相位偏移量能逆算出两者的传输距离差。如果知道了位置为已知的两个基站的距离,则能推断终端的位置。
一般说来,在移动通信中利用多路径检测各种路径。可是,其中接收时刻最早的(在时间轴上最早的)能断定为能进行最短距离传输的路径。因此,将它作为最短接收时刻。应发送信号的时刻被存储在存储器6中,所以根据测定结果和发送的时间差,能知道来自各基站的相对延迟量、或相对传输距离。另外,在终端由于不知道基站系统的绝对时间,所以各自的测定结果是相对的。在终端在不知道基站系统的绝对时间的情况下,至少知道来自两个基站的“绝对传输距离”。因此,根据已经知道的基站的纬度、经度信息和绝对传输距离,能推断终端的二维位置(纬度、经度)的两个候选。在这两个候选中能推定接近前次测位位置的那一个是现在的自身位置。另外,即使在不知道绝对时间的情况下,根据至少与3个基站的“相对传输距离”,能推断二维位置和绝对时间。即,如果知道3个基站的位置、发送时刻差、以及接收时刻差,就能单值地确定自身位置。在数学上已经证明了这一点,同时该方法与GPS中使用的方法相同,详细说明从略。
在本发明中,将测定所需要的基站信息存储在终端1的存储器6中,所以终端能独自地测定。因此,与必须将测定结果发送给基站的现有的方法不同,能减少信号的发送次数。另外,由于发送次数的减少伴随着电力的减少,所以能延长终端的电池寿命。另外进行连续测定时也不需要连续访问服务器等。另外在本发明中不需要GPS等其他系统。因此,也就不需要该其他系统中所需要的硬件,有能使终端小型化、减少消耗电力、降低终端价格的效果。
在第一实施例中,举例说明了由扩散码构成的频谱扩散信号。可是,如果根据发送的码串和预先存储在存储器6中的码串的相关处理结果,能实现测定码的接收时刻的原理,则称为TDMA或CDMA、或者QPSK或BPSK的多元接收方式或码方式都可以。但是在CDMA方式中,一般说来基带信号的频带较宽,所以路径分辨率高,能进行高精度的推断。另外多路径的分离能力也高。
在以IS-95为代表的CDMA方式中,为了用下行线路实施同步检波,从基站发送导频信号。这种导频信号的短码不调制、而且也不传送信息,适合于测位。
另外,在此情况下,与个别频道相比,由于发送输出功率大,所以信号检测也容易。因此,容易同时捕获来自多个基站的信号。为了识别接收的导频符号是来自哪个基站的信号,利用长码的相位能加以识别。周边基站的发送时刻被存入终端1的存储器6中。根据所接收的信号的逆扩散结果和所存储的时刻的比较,能推断对应于该信号的基站。例如可以考虑这样一些方法:探索所接收的信号的相对位置与存储器中预先具有的图形一致的方法;考虑了终端预先具有的时钟的精度后缩小推断范围,探索其中先与图形一致的基站的方法;或者根据从基站通知的信息,推断最近的基站的方法。在本实施例中,虽然以导频信号为例进行了说明,但在公用控制信道中,而且如果其发送的信号内容已知,也可以使用该发送信号。
本发明能使用来自3个以上的基站的信号。例如在观测6个基站的情况下,使用两组独立的三站,能推断各组获得的终端位置。在此情况下,由于在各组能获得一点的推断位置,合计能推断两点。独立的意思是表示各组获得的终端位置的两点的误差在概率上互相独立。因此,通过将获得的两点平均,能减少统计上的误差,提高测定精度。同样,在能观测3N个基站的情况下,由于能获得N点独立的推断结果,所以统计精度能与N的平方根成正比地提高。在以IS-95为代表的CDMA方式中,有需要用比其他个别信道更高的电力输出导频信号的方式。因此,终端能观测3个以上的基站。因此利用以上说明的空间平均方法,能有效地提高测位精度。
在本实施例中,测定传输路径的脉冲响应,能以其接收时刻最早的路径推断最短路径。这时发生移动通信的传输路径消失。该情况表示每隔一定的时间间隔进行测定时,其误差因素是独立的。因此,与上述的空间平均操作一样,通过平均操作能减少测位误差。因此,进行数次测定后,如果将它们作为独立的测定结果处理,则能提高测位精度。
根据3N个接收结果推断的测定结果的一个点,采用选择N点中的均方差为最小的点的方法即可。该方法虽然增大了运算量,但能提高测定精度,从而解决了课题。
用图3说明第二实施例。
在第一实施例中,周围基站的码串和发送时刻及纬度、经度信息被存储在终端的存储器中。可是,使用时这些参数有时被变更。如果存储全国的基站信息,则存储器容量增大。因此,可以使用蜂窝定期地、或根据需要更新信息。通过这样处理,使用者不需要替换终端。另外只需要存储限于终端周边的基站的信息即可,所以能减小存储器容量。
在图3中各基站的信息被存储在信息服务器30内的存储器31中。各终端通过蜂窝基站11访问服务器,取出存储器31中的信息。取出的信息通过蜂窝基站11传送给无线连接终端。终端将该信号再生后,将信息存入自身的存储器6中,测位时灵活使用该信息。各终端通过以上的程序定期地、或以必要的最小限度更新信息,所以能减少终端消耗的电力。另外由于能以存储器内的最新信息进行测位,所以测位精度不会劣化。
用图4说明第三实施例。
在第二实施例中,终端发出信息请求,进行信息更新。可是在第三实施例中,将最新信息存储在基站11内,用通知信道进行通知。这时,由于可以不从终端发送信息请求,所以能减少终端消耗的电力。终端观测通知信道,定期地或根据需要更新自身的存储器6的内容。
在图4中,基站11具有存储测位所需要的信息的存储器32。测位所需要的信息是基站的码信息(码、时刻)、位置信息(纬度、经度)。用通知信道发送这些信息。终端如果知道了信息被更新、或移动到了另一单元、或接通电源后开始测位之前,将测位所必需的上述信息存入存储器6中。在信息收费化的情况下,可以采用将扰频加在信息上,有偿提供解除扰频方法等方法。
在终端,作为测定结果获得的信息如果只是纬度、经度信息,对使用者来说用起来不方便。因此,还用通知信道通知该基站周边的地图信息。在该地图信息上显示从测定结果的纬度及经度信息获得的地点。因此终端只需要有必要的最小限度的地图存储装置就可以了,能使终端小型轻量化。
用图5说明第四实施例。
在第三实施例中,各基站内的信息的更新很麻烦。因此设置多个基站共有的服务器30,将信息存储在其内部的存储器31中。能在服务器30中一并更新信息。基站11定期地访问服务器,更新该存储器32内的信息。
用图6说明第五实施例。
基站的位置是固定的,其发送时刻相对于基准时间几乎不偏移。可是由于电缆或滤波器产生的延迟,实际上信号从天线发送的时刻多少有些偏移。为了提高测定精度,需要检测应发送的时刻和实际发送的时刻的差,并进行修正。
在图6中,与基站一样,在大厦顶上等无遮挡的场所设置测定站40。能精确地测定固定的测定站的纬度、经度。测定站观测周围基站的信号。与终端一样,在测定站40中有RF部41、IF部42、逆扩散部43、信号处理部44。而且,测定站40根据逆扩散结果,推断各基站的接收时刻,根据已知的基站-测定站之间的距离,计算从天线实际发送信号的时刻。所获得的发送时刻的结果被传送给服务器30。服务器30将修正后的数据存入存储器31。终端1适时经由蜂窝访问服务器30,能使用所获得的修正过的数据进行测位。
在图5的情况下也能应用本实施例。
说明第六实施例。在城市的楼群街道等处有各种各样的多路径,所以测定精度劣化。另一方面由于具有特征的人造物增加,所以通过简单的质问确定人造物,能提高位置推算精度。通常在终端备有液晶等显示系统和键盘。用显示系统显示该地区特有的结构、形状,通过终端使用者对其进行回答,能提高位置推算精度。显示系统进行“前方是否能看见具有特征的建筑物甲?”、“右侧能否看到饭店乙”等视觉性的质问,根据其回答结果,提高测位精度。另外,在不能测位等情况下,终端进行“请沿道路移动20米”等显示,在电波盲区能提高测定精度。质问是在地图上划路线的信息,终端将地图信息卸载时,同时将其卸载。
在上述例举的实施例中,用不使终端的天线分散的例子进行了说明。在分散接收的情况下,各个天线的接收信号独立,所以在越过分支框的全部路径中,使用最初接收的路径,进行基站-终端之间的距离的推断即可。多路径消失的影响对每个天线来说是独立的,所以接收最短路径的几率增大,提高了推断精度。
在蜂窝通信环境中,随着终端的移动或周围环境的变化会发生消失现象。因此随着地域、测定时间的不同,往往难以捕获3个以上的基站。在连续进行多次测定的情况下,在终端能在前次测定中推断绝对时间。即使在终端的时钟精度低的情况下,如果前次测定和新的测定时间间隔足够短,则能用前次测定时推断的时间校正终端的时钟,在终端能推断绝对时间的近似值。因此如果至少能捕获两个基站的话,就能进行位置测定。因此终端具有时间测量装置,在前次测定中能捕获3个以上的基站的情况下,推断终端位置和绝对时间,根据推断的绝对时间,校正时间测定装置。而且在下一次测定中,只能捕获两个基站,而且在该时间测定装置的精度和前次与新的测定时间间隔的积比必要的位置的测定精度和光速的积小的情况下,终端内的时间测定装置的精度是足够的,在位置测定中利用该时间测定装置。
如果采用本发明,则即使不使用需要GPS这样的附加电路的另一系统,也能根据蜂窝基站的发送信号,高精度地推断终端位置。另外来自终端的电波发送少,即使在连续测定时也能减少消耗电力。由于消耗电力少,所以能应用于导航或导向。由于用终端进行测定,所以不使用基站资源,能简单地应用于现行系统中。
Claims (18)
1.一种测位装置,其特征在于具有:存储采用蜂窝方式的多个基站发送的信号码串、发送时刻、以及这些基站的纬度和经度的存储装置;对上述多个基站发送的信号的接收时刻或码串和该存储装置中存储的多个基站的信号发送时刻或码串进行对照,推断所接收的信号的发送源基站,并根据所推断的发送源基站的发送时刻和接收时刻的差,推断传送延迟量的延迟量推断装置;以及根据由该延迟量推断装置对至少3个以上的基站推断而获得的相对延迟量,推断自身位置的位置推断装置。
2.根据权利要求1所述的测位装置,其特征在于:该蜂窝方式采用CDMA通信。
3.根据权利要求1或2所述的测位装置,其特征在于:上述延迟量推断装置利用上述多个基站的公用控制信道或公用导频信号的接收时刻或码串。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:上述位置推断装置求出多个使用上述多个基站中的任意3个基站获得的位置推断点,以其平均值作为推断结果。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:上述位置推断装置每隔一定的时间间隔,多次接收上述多个基站发送的信号而获得多个位置推断点,并以其平均值作为推断结果。
6.根据权利要求4或5所述的测位装置,其特征在于:上述位置推断装置将所获得的多个中的相对延迟量的均方差为最小的位置作为推断结果。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:通过蜂窝通信,从服务的存储装置中获得存储在所述存储装置中的多个基站的发送信号及其时刻、以及这些基站的经度和纬度信息或该基站周边的地图信息。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:上述存储装置存储从上述多个基站中的至少一个基站的公用控制信道发送的本站及其周边站的纬度、经度信息、发送信号的码串信息、以及其发送时刻。
9.根据权利要求8所述的测位装置,其特征在于:上述存储装置存储从上述多个基站中的至少一个基站的公用控制信道的通知信道发送的本站及其周边站的地图信息。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的测位装置,其特征在于还具有:显示上述存储装置中存储的地图信息和由上述位置推断装置获得的推断位置的显示装置。
11.根据权利要求10所述的测位装置,其特征在于:还备有键盘,根据通过该盘座或上述显示装置从使用者获得的信息,推断自身的位置。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:具有多个天线,使用该多个天线进行分散接收,使用多个分支中推断的全部路径内最初接收的路径,推断基站-终端之间的距离。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的测位装置,其特征在于:还具有时间测量装置,在前次测位时推断绝对时间,以该绝对时间为基准,推断与两个基站的距离,并推断自身位置。
14.一种误差测定装置,其特征在于备有:接收采用蜂窝方式的多个基站的发送信号,根据其接收时刻、基站的纬度、经度、以及测定站的纬度、经度信息,测定所接收的信号的时刻偏移,计算与实际应发送的预定时刻的差值的时刻误差测定装置;以及根据该时刻误差测定装置的计算结果,存储修正信息的服务存储装置。
15.根据权利要求14所述的误差测定装置,其特征在于:定期地将上述修正信息发送给上述多个基站中的至少一个基站。
16.一种测位方法,其特征在于:接收从3个基站互相每隔同一一定时间间隔发送的确定的3个信号,判断与该3个信号对应的基站,用所判断的3个基站的位置信息、上述3个信号的发送时刻、以及实际接收的上述3个信号的接收时刻信息,推断自身位置。
17.根据权利要求16所述的测位方法,其特征在于:通过与上述3个信号中的一个信号同步,获得有关从与该一个信号对应的基站发送的确定该基站及其他两个基站的信息、以及上述3个信号的发送时刻的信息。
18.根据权利要求16或17所述的测位方法,其特征在于:将上述3个基站的位置信息预先存储在终端。
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