CN1332215C - 一种移动定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动定位方法，包括以下步骤：服务移动定位中心从外部GPS网络获取定位所需信息，无线网络控制器将接收到的定位请求消息发送给服务移动定位中心，服务移动定位中心根据其保存的历史定位信息确定移动台估计位置，如果历史定位信息不符合定位要求则按照移动台所在的小区确定估计位置，根据服务移动定位中心保存的信息和移动台估计位置计算移动台精确位置。本发明方法采用外部GPS网络信息辅助的GPS进行定位以满足高精度快速响应的定位要求，并且可以提高AGPS定位方法的定位精度。

Description

一种移动定位方法

技术领域

本发明涉及一种移动定位方法，尤其是在宽带码分多址(WCDMA，WidebandCode Division Multiple Access)系统中用于提高移动用户的定位精度的一种方法。

背景技术

无线网络系统中的移动定位业务越来越受到广泛的关注。移动定位业务主要的应用包括有：用于用户安全的紧急呼叫定位业务；相关犯罪活动的定位跟踪；个人定位服务(例如交通、住宿等服务行业信息的查询)；智能交通运输定位；无线网络系统的设计和资源管理；用于无线网络系统的计费(根据呼叫率确定某些位置的通信费用)。

现在无线网络系统中的定位实现通常有两类：一类是移动用户通过无线信号的测量和周围小区基站的信息自主确定地理位置(即基于UE的情况)，一类是由无线网络的网络侧通过无线信号的测量和周围小区的基站信息来最终确定移动用户的地理位置(即UE辅助的情况)。

第三代移动通信项目组织(3GPP，The 3rd Generation Partnership Project)对WCDMA的定位方法描述中沿袭了全球移动通信系统(GSM，Global System forMobile Communications)的定位方法部分内容，并做了一定的改进。3GPP中对WCDMA规定的定位方法有三种：基于小区标识(Cell Id)的定位方法；可能包含网络辅助配置空闲周期(IPDL，Idle Period of Down Link)的观测到的到达时间差(OTDOA，Observed Time Differrence Of Arrived)定位方法；网络辅助的全球定位系统(AGPS，Assisted Global Positioning System)方法。

网络辅助的GPS定位方法利用对空间卫星信号的测量，需要在地面附加接收设备并且在移动设备上增加接收器来实现，根据位置的计算是在UE侧或是网络侧的不同需要高层信令参与在无线接口上传输辅助数据来帮助UE接收卫星信号。网络辅助的GPS定位精度可以达到5m～50m，定位精度较其它定位方法有很大提高，是目前定位效果最好的定位方法，但是需要移动台附加GPS接收器和无线接口的信息传输。

3GPP协议25.305中定义了AGPS定位方法的基本原理。

现有协议标准对AGPS定位方法中的网络侧GPS辅助信息是通过NodeB(节点B)上的GPS接收设备来获得的，如果NodeB上没有GPS接收设备则无法实现高精度的网络辅助GPS定位。而单独采用移动台上GPS接收设备的定位首次定位时间长，精度也较网络辅助方法的定位精度低，在某些条件下，例如定位精度要求高：50米以内，定位响应时间要求短，现有标准提供的定位方法就不能满足定位要求而使定位失败。在目前的现有技术中尚无针对WCDMA网络中NodeB侧没有GPS接收器时采用网络辅助GPS完成高精度快速响应的定位方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是提出一种移动定位方法，实现高精度的网络辅助GPS定位，避免现有技术在移动台所属的NodeB上没有GPS接收设备时，无法快速精确进行定位的缺陷。

本发明方法包括以下步骤：

1)服务移动定位中心从外部GPS网络获取定位所需信息；

2)无线网络控制器将接收到的定位请求消息发送给服务移动定位中心，服务移动定位中心根据其保存的历史定位信息确定移动台估计位置，如果历史定位信息不符合定位要求则按照移动台所在的小区确定估计位置；

3)根据服务移动定位中心保存的信息和移动台估计位置计算移动台精确位置。

本发明的有益效果是提出了一种移动定位方法，采用外部GPS网络信息辅助的GPS进行定位以满足高精度快速响应的定位要求，并且本发明方法针对现有AGPS定位方法提出的位置估计方法可以提高AGPS定位方法的定位精度，有效克服了现有技术在移动台所属的NodeB上没有GPS接收设备时，无法快速精确进行定位的缺陷。

附图说明

图1是移动网络中包括服务移动定位中心与外部GPS网络之间的接口的定位系统结构图；

图2是本发明方法的移动台存在历史定位信息时的定位原理图；

图3是本发明方法服务移动定位中心从外部GPS网络获得辅助信息的流程图；

图4是本发明方法移动台位置估计的确定方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法进一步详细说明。

本发明所述的定位方法是在无线网络控制器(RNC，Radio NetworkController)中控制实现的。通过获得定位相关的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信息，以及移动用户设备(UE，User Equipment)的估计位置，确定移动用户设备的精确位置。

本发明中的SMLC(Service Mobile Locatiom Center，服务移动定位中心)作为一个独立的设备用于定位控制管理计算、保存GPS信息(包括GPS星历信息和接收机位置信息)和移动台的历史定位信息、并且对于UE辅助的定位方法作为定位计算中心。一个SMLC可以是一个RNC的内置设备，也可以被多个RNC所共用，或者是和GSM中的SMLC相兼容共用。SMLC和各个RNC(或者其它无线接入技术的基站控制器)相连接来进行辅助定位。本发明中利用到了3GPP标准中规定的基于小区的定位方法(包括了Cell ID和Cell ID+RTT(环回时间，Round Trip Time))。

如图1描述移动网络中包括SMLC与外部GPS网络之间的接口的定位系统结构。图中UE、外部GPS接收网络都可以用来接收空中卫星的星历信息。现有3GPP协议中没有SMLC的概念，SMLC功能在RNC内部来实现。本发明考虑到和GSM的兼容以及将来3G定位业务的发展趋势可以把SMLC设备从RNC中独立出来。

如图所示，SMLC和外部GPS网络以及各个RNC之间的连接是110、120和130，根据SMLC的能力和RNC的能力以及定位业务量来确定一个SMLC和多少个RNC之间存在连接。移动网络原有的用于Iu接口、Iub接口和Uu接口的连接有210、220、230、240和250。

SMLC利用协商好的110物理连接，通过高层信令交互来获得外部GPS网络中GPS位置和其接收到的星历信息并保存，通过120和130与RNC设备交互向移动台提供辅助数据帮助移动台进行定位或者测量，最终获得定位结果。

如图2所示是要定位移动台所处小区所在的NodeB上没有GPS接收设备的情况。图中GPS R1、GPS R2和GPS R3是外部GPS网络上的GPS接收器。根据移动台的历史定位位置(Loc120)和小区的覆盖范围信息(以发射台为中心，d320为半径的圆)，确定一个不仅在小区覆盖之内或最靠近小区，且离移动台历史位置最近(d210是指各个GPS接收器位置到UE最近一次定位位置之间距离的最小值)的GPS接收器。SMLC把该GPS接收器的位置信息和接收到的GPS星历信息作为定位的辅助数据。

UE上一次定位的结果是处于位置Loc120，SMLC上保存有该历史定位信息和定位时间戳信息。UE当前待要确定的位置为Loc110，Loc110和Loc120之间的距离为d220。UE当前位置到其所处小区发射台的距离为d310。当Loc120处于以发射台为中心，d310为半径的圆内时，我们把上一次定位结果Loc120作为本次定位过程中的位置估计值用于本次定位过程的辅助数据信息。

SMLC和外部GPS网络之间的物理层接口在应用中可以和外部GPS网络协商确定。高层协议接口如下表定义：

表一SMLC和外部GPS网络之间的消息

SMLC到外部GPS网络的消息	外部GPS网络到SMLC的消息
		EXT INFORMATION EXCHANGE INITIATIONREQUEST(外部信息交换发起请求)	EXT INFORMATION EXCHANGEINITIATION RESPONSE(外部信息交换发起响应)
EXT INFORMATION EXCHANGEINITIATION FAILURE(外部信息交换发起失败)
	EXT INFORMATION REPORT(外部信息交换发起失败)
EXT Information Exchange Termination(外部信息交换终止)			EXT Information Exchange Failure(外部信息交换失败)

上面所有消息的消息体采用3GPP协议25.433中Iub接口上的信息交换消息对应的消息体结构。

SMLC上电后，首先和外部GPS网络有物理连接的GPS接收设备建立底层连接。当底层连接建立之后SMLC发送消息EXT INFORMATION EXCHANGEINITIATION REQUEST给外部GPS网络中的GPS接收设备，如果外部GPS网络可以开始提供请求的信息，则发送EXT INFORMATION EXCHANGEINITIATION RESPONSE消息给SMLC，否则发送EXT INFORMATIONEXCHANGE INITIATION FAILURE消息给SMLC。如果外部GPS网络发送了EXT INFORMATION EXCHANGE INITIATION RESPONSE消息给SMLC，之后会按照SMLC的请求消息中要求发送EXT INFORMATION REPORT消息给SMLC。SMLC保存这些报告消息的内容。如果RNC要终止和外部GPS网络的信息交互，SMLC发送EXT Information Exchange Termination消息给SMLC，外部GPS网络收到该终止请求消息之后，不再发送信息报告消息给SMLC。如果外部GPS网络由于自身的异常不能提供信息报告消息给SMLC，它会发送EXTInformation Exchange Failure消息给SMLC终止向SMLC提供信息报告消息。

如图3所示SMLC接收外部GPS信息(包括GPS星历信息和接收机位置信息)流程具体包括以下步骤：

1.1)服务移动定位中心建立和指定的外部GPS网络中GPS设备之间的连接；

1.2)连接建立成功之后，服务移动定位中心向指定外部GPS设备发送消息‘信息交换发起请求’；

1.3)服务移动定位中心接收来自外部GPS设备的应答消息‘信息交换发起请求’的响应消息；

1.4)如果服务移动定位中心接收到的来自外部GPS网络的应答消息是‘信息交换发起失败’，进行故障处理，不能从外部GPS网络中获取GPS信息，流程结束；如果服务移动定位中心接收到的是成功的应答消息‘信息交换发起响应’，那么外部GPS设备可以提供GPS信息，且随后会有GPS信息发送回服务移动定位中心，转1.5)步；

1.5)服务移动定位中心等待外部GPS设备发送GPS信息；

1.6)如果服务移动定位中心接收到外部GPS设备的‘信息报告’消息，服务移动定位中心存储并更新信息报告消息中的内容，继续等待下一次的‘信息报告’消息；

1.7)如果服务移动定位中心接收到外部GPS设备的‘信息交换失败’消息，服务移动定位中心进行故障处理，之后外部GPS网络不会发送信息报告消息给服务移动定位中心，流程结束。

SMLC从外部GPS网络获得的信息有：外部GPS网络中GPS接收器的三维位置信息、外部GPS网络中GPS接收器接收到的星历信息。

当RNC接收到来自核心网的高精度快速响应的定位请求消息时，RNC发送该定位请求消息给SMLC。SMLC利用其上保存的从外部GPS网络上获得的GPS星历信息和位置信息作为对UE进行码相位测量时的辅助数据。

移动台位置估计精度的提高可以提高最终的定位精度。本发明中考虑到对于非第一次定位的移动台会在SMLC上保存有历史定位信息，结合现有的基于小区的定位方法，如果历史定位信息包含在基于小区的定位方法之内，且历史定位时间距离当前定位时间的间隔在一定时差(视实现可以动态设定)范围之内，用历史定位结果作为移动台的估计位置。

如图4所示，UE位置估计是按照以下原则：如果

a)移动台没有历史定位信息保存于SMLC；

b)移动台有历史定位信息但是该历史定位信息时间戳和当前时刻的差值大于某一门限(可以视实现而设定具体值)；

c)或者历史定位信息不在移动台当前小区的覆盖范围之内。

那么把移动台所在小区覆盖范围或Cell ID+RTT定位结果作为移动台估计的位置信息。否则，把移动台历史定位结果作为其位置估计值。

根据上述描述可以在NodeB没有GPS接收设备的情况下，利用外部已有的GPS网络的信息，来辅助移动台进行定位。利用移动台的历史信息和现有的定位方法结合来获得移动台的更为精确的位置估计值用于定位计算。按照经典GPS计算方法，可以计算得到移动台的精确位置信息。对于计算在移动台上进行的定位，移动台根据SMLC提供的GPS辅助数据和移动台的位置估计信息，以及移动台自身GPS接收器接收到的信息，利用经典GPS计算方法可以计算得到移动台的位置。如果计算在网络侧进行，移动台利用SMLC提供的GPS辅助数据进行码相位测量，然后发送码相位测量结果给SMLC，SMLC综合码相位测量结果和保存的GPS信息以及移动台估计位置信息，利用经典GPS计算方法可以计算得到移动台的位置。

本发明方法也适应于GSM网络中没有GPS接收器时的快速高精度定位。

采用本发明所述的定位方法让SMLC从现有的GPS网络获得信息，在利用成熟的GPS网络设施和移动设备的基础上结合移动台的历史定位结果信息来进行网络辅助的GPS移动台定位，进而实现移动台的精确定位。也有益于多网融合(GPS网，移动网络如WCDMA、GSM)，资源共用。

Claims (6)

1.一种移动定位方法，包括以下步骤：

1)服务移动定位中心从外部GPS网络获取定位所需信息；

2)无线网络控制器将接收到的定位请求消息发送给服务移动定位中心，服务移动定位中心根据其保存的历史定位信息确定移动台估计位置，如果历史定位信息不符合定位要求则按照移动台所在的小区确定估计位置；

3)根据服务移动定位中心保存的信息和移动台估计位置计算移动台精确位置。

2.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于所述步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)服务移动定位中心建立和指定的外部GPS网络中GPS设备之间的连接；

1.2)连接建立成功之后，服务移动定位中心向指定外部GPS设备发送消息‘信息交换发起请求’；

1.3)服务移动定位中心接收来自外部GPS设备的所述消息‘信息交换发起请求’的响应消息；

1.4)如果服务移动定位中心接收到的来自外部GPS网络的应答消息是‘信息交换发起失败’，进行故障处理，不能从外部GPS网络中获取GPS信息，流程结束；如果服务移动定位中心接收到的是成功的应答消息‘信息交换发起响应’，那么外部GPS设备可以提供GPS信息，且随后会有GPS信息发送回服务移动定位中心，转1.5)步；

1.5)服务移动定位中心等待外部GPS设备发送GPS信息；

1.6)如果服务移动定位中心接收到外部GPS设备的‘信息报告’消息，服务移动定位中心存储并更新信息报告消息中的内容，继续等待下一次的‘信息报告’消息；

1.7)如果服务移动定位中心接收到外部GPS设备的‘信息交换失败’消息，服务移动定位中心进行故障处理，之后外部GPS网络不会发送信息报告消息给服务移动定位中心，流程结束。

3.如权利要求1或2所述的移动定位方法，其特征在于，所述步骤1)服务移动定位中心从外部GPS网络获取定位所需的信息包括：外部GPS网络中GPS接收器的三维位置信息、外部GPS网络中GPS接收器接收到的星历信息。

4.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，步骤2)所述的确定移动台估计位置是按照如下原则确定：如果a)移动台没有历史定位信息保存于服务移动定位中心；或者b)移动台有历史定位信息但是该历史定位信息时间戳和当前时刻的差值大于某一门限；或者c)历史定位信息不在移动台当前小区的覆盖范围之内，那么把移动台所在小区覆盖范围或基于小区的定位结果作为移动台估计的位置信息，否则，把移动台历史定位结果作为其位置估计值。

5.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述步骤3)根据服务移动定位中心保存的信息和移动台估计位置计算移动台精确位置是在移动台上进行的，移动台根据服务移动定位中心提供的GPS辅助数据和移动台的位置估计信息，以及移动台自身GPS接收器接收到的信息，利用经典GPS计算方法计算得到移动台的位置。

6.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述步骤3)根据服务移动定位中心保存的信息和移动台估计位置计算移动台精确位置是在网络侧进行，移动台利用服务移动定位中心提供的GPS辅助数据进行码相位测量，然后发送码相位测量结果给服务移动定位中心，服务移动定位中心综合码相位测量结果和保存的GPS信息以及移动台估计位置信息，利用经典GPS计算方法计算得到移动台的位置。

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