CN1365242A - 特别是终端设备的移动电信设备的定位 - Google Patents

Abstract

在对特别是终端设备的移动电信设备进行定位的方法中,该电信设备通过在来和回的方向上利用同样的频率传输数据来使用被划分成时帧的数据块,以便进行数据传输,总是保留一个或多个数据块没有被其它数据占用,以便至少有时传输至少一个信号来用于定位所述的电信设备。

Description

特别是终端设备的移动电信设备的定位

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的、特别是终端设备的移动电信设备的定位方法和权利要求11的前序部分所述的移动无线网。

背景技术

在按照FDD(频分多址)模式工作的移动无线网中，从发送设备向移动电信设备传输的信号(下行链路)与从移动电信设备向发送设备传输的信号(上行链路)相比是用另外的频率传输的，从发送设备可以不断地发出一个先导信号，这个先导信号可以按照传播时间方法被用作定位的识别信号。

在按TDD(时分多址)模式工作的移动无线网中，取消了这种可能性，因为发送设备接收的信号如同发出的信号一样位于同一个频率上。因此持久的信号发射是不可能的。目前在按照TDD(时分多址)模式工作的移动无线网中主要使用两种方法来定位移动电信设备，该移动电信设备譬如为终端设备或船上、街道车辆上的分配器或其它电信设备：

在第一种方法中，从各个固定的发送设备-如发射塔-发出识别该发送设备所处的各个小区的信号(所谓的小区识别号)，其中，在其发射有效距离内需要测出电信设备的位置。由位于小区中的移动电信设备通过接收这个信号来确定其在小区、即在发送设备的接收区域中的位置。但由于这种小区延伸非常广，故定位的精度是受限制的。

在第二种方法中利用GPS(全球定位系统)进行定位。因此精度可以达到大约20米。然而需要在各个电信设备中装设用于参与GPS的非常昂贵的硬件，这带来了非常大的安装费用和成本费用。此外必要的GPS模块增加了移动电信设备的重量和尺寸，这与微型化和降低重量的趋势是相反的。

在特别应用于东亚地区的、且相对于所谓的码片传输速率为3.84兆码片/秒的TDD模式而将其数据传输速度降为1.28兆码片/秒的模式下，也即在所谓的TD-SCDMA(时分同步码分多址)模式下，可以应用另一种定位方法，该方法利用了定向的信号传输，在同时测出发送方向的情况下，该方法可以通过测量发送设备和移动电信设备之间的信号传播时间来计算出移动电信设备的位置。在此，发送方向是经过可以定向发射和接收数据的所谓的智能天线测出的。然而这种智能天线在技术上是复杂的，因此费用是昂贵的。

发明内容

本发明所基于的问题是在于简化移动电信设备、特别是终端设备在移动无线网中的定位，该移动无线网为数据传输在来和回的方向上使用同一个频率，特别是对于TD-SCDMA网络。

本发明是通过具有权利要求1特征的一种方法以及通过具有权利要求11特征的电信网络来解决这个问题的。优选改进方案参见 2～10和12。

用本发明方法可以实现与技术装备(GPS，智能天线或其它)无关地进行定位。

若优选地在一个有时被其它发送设备的其它数据所使用的数据块中发送位置信号，那么接收数据的帧结构可保持不变。于是来和回的数据的同步是不困难的，而该同步在用一个频率发送时具有重要的意义。

在利用TD-SCDMA模式进行传输时，由发送设备发出的下行链路信号可以有多个子帧，这些子帧均被划分成同样结构的数据块(时隙)。重复的数据块有时可以被释放成间歇(空闲的时隙)以便能接收其它发送设备的数据来定位移动无线终端设备，而且有时是被一个促使位于发送设备的相应小区内的移动无线终端设备产生同步的信号占用。

本发明其它特征和优点是从附图表示的和后面叙述的本发明对象的实施例中得出的。

附图说明

图1示出了分配给数据传输的且包括子帧的帧结构和在TD-SCDMA模式下将其划分为单个数据块(时隙)的简图，

图2示出了在TD-SCDMA模式下包含有数据的块的占用结构简图(标准脉冲串)，

图3示出了包含有同步信号的数据块的占用结构简图(下行链路同步脉冲串)，所述同步信号用于把数据发送给移动电信设备，

图4示出了包含有同步信号的数据块的占用结构简图(上行链路同步脉冲串)，所述同步信号用于从移动电信设备发送数据，

图5示出了用多个固定发送设备和移动无线终端设备的上视图所表示的定位原理图。

具体实施方式

该实施例示出了在UMTS(通用移动电信系统)标准中把本发明应用到某个数据传输模式的数据传输图1(图1)上，所述的模式即所谓的TD-SCDMA(时分同步码分多址)模式。可以理解，本发明也可以用到另外的模式和标准中。

在UMTS标准中不仅将FDD传输模式的使用(在来和回方向的数据传输用不同的频率)而且将TDD传输模式的使用(在来和回方向的数据传输用同样的频率)实施为用乒乓方法交替地传输数据。

在东南亚区域，特别是在中国建立了移动电话的TD-SCDMA模式。只要在UMTS标准中除了上述FDD和TDD模式之外还应将该模式标准化为第三种传输模式，也即在UMTS内应该可以使用，则这种模式是特别重要的。下面借助于这种模式来叙述本发明。

与UMTS-TDD模式一样，TD-SCDMA模式针对从固定的发送设备S1、S2、S3到移动电信设备M1(下行链路)和相反方向(上行链路)的传输使用同样的频率。为了在传输方向之间进行转换而使用一个多路复用器。

然而TD-SCDMA模式相对于TDD模式的不同特征在于，TD-SCDMA模式有减小的码片速率。

这个码片速率是用兆码片/秒测量的。其中一个“码片”代表了与数据比特的信息内容相对应的代码序列的一个成员，然而是用扩展因子Q扩展的。譬如数据比特“1”可以通过序列0-1-1-0-1-1-0-1-1-0进行传输，即通过10个符号的序列。在这个例子中扩展因子Q为10。一般来说，在UMTS模式下扩展因子譬如为1，2，4，8，16。将序列的各个(这里是10)成员称为码片。目前的UMTS-TDD模式的码片速率为3.84兆码片/秒，相反，TD-SCDMA模式为1.28兆码片/秒，也即只是目前TDD速率的三分之一。

作为其它不同的特征，TD-SCDMA模式包括一个变化的帧结构，如同它在图1至4上表示的。在此，帧结构是指各个数据传输结构中的数据时间序列或同歇的排列网格：

将数据D再分为单个的帧f，其中每个帧f在所示的模式中有一个时间长度，即传输时间为10毫秒。将每个帧f分成为两个子帧sf，它们对应于一半的时延，即5毫秒。子帧sf在又各自分成十个单个的数据块，这些数据块被称为时隙ts，并被不同地占用。除了被称为保护时间GP的时隙ts之外，可以区分为三种基本类型：

在图1上表示的名称为TsO以及Ts1至Ts6的时隙ts譬如可以传输任何类型的数据，如文本数据或者具有声音或者没有声音的图像数据，并表现为图2所示的占用结构、即所谓的标准脉冲串。它首先包括长度为352码片的第一数据段da1，在其后跟随着长度为144码片且被称为中间序列的数据段ma，然后是长度为352码片的第二数据段da2，最后是长度为16码片的保护时间GP。

时隙的第二种类型是名称为DwPTS(下行链路引导时隙)的时隙ts。它可以包括用于下行链路同步的一个或多个信号。在该实施例中，在时隙DwPTS中从发送设备S1(或者S2，S3…)发送一个小区专用信号以用于下行链路同步，使得进入固定发送设备S1的接收区域E1内的移动电信设备M1被迫借助于这个时隙DwPTS与发送设备S1同步，以便在接收通信之前确保将移动电信设备M1调整成各个发送设备S1(或者S2，S3…)的时隙结构，这在两个方向用同样频率发送时是绝对必要的。在图3上表示了DwPTS的占用结构(脉冲串)，且表示了长度为32码片的间歇GP以及跟随在后面的阶段Sync，在该阶段Sync内是传输同步信号且其长度为64码片。在数据传输速率为1.28兆码片/秒时，码片要求的传输时间为1秒/1.28兆，即0.78125μs。整个时隙DwPTS的96码片相当于传输时间为75μs。

时隙ts的第三种类型被称为UpPTS(下行链路引导时隙)，由它保证上行链路方向的同步，即从移动电信设备M1到固定发送设备S1(或者S2，S3…)的传输。在图4所示的脉冲串结构中，它是用一个被称为Sync1且长度为128码片的同步阶段和跟随在其后面且长度为32码片的保护阶段GP来表示的。因此时隙UpPTS包括的总长度为160码片。

从图1所表示的子帧sf图中可以看出，时隙DwPTS和UpPTS在时间上是通过保护时间GP相互分开的，以避免相互干扰。

对于移动电话或另外的移动电信设备M1，譬如普通的手机或具有附加输入功能或显示功能的设备，譬如进入发送设备S1的一个区域E1内的膝上型电脑，它们只需要得到一次包括在时隙DwPTS中的同步信号，以便针对稍后经过该发送设备S1的呼叫而在时间上同步和由此准备接收。然而时隙DwPTS在每个子帧sf内只被包含一次，也即是每5毫秒发出的，这对于所出现的一次同步的移动电信设备M1没有附加影响。就此而言，只要移动电信设备继续位于接收区域E1内，则从发送设备S1向移动电信设备M1继续发送同步信号是多余的。另一方面，如果新的移动电信设备连续地出现在发送设备S1的接收区域E1内，则还需要针对它们进行同步。当然此时也不需要用上述密集的脉冲重复频率来发射同步信号。因此按照本发明，在每个子帧sf内，需在时隙DwPTS内提供使用的阶段Sync不是用同步信号占用，而只是有时、也即以预定的规律性一时用同步信号占用该数据块DwPTS，一时以窗口形式保留为空闲，其中，该顺序无须是均匀交替的，而是譬如也可以以比例3∶1，5∶1或其它的规律进行。

在没有被数据块DwPTS占用的子帧sf内，子帧保持空闲，因此构成一个间歇(空闲时隙)。在其内移动电信设备M1不需要从发送设备S1接收信号。因此该间歇可以被移动电信设备M1用来接收另外发送设备S2、S3的信号。因此移动电信设备M1可以在这个间歇内接收另外的发送设备S2、S3的位置信息P2、P3，并因此利用多个信号序列的经过而最终几乎同时地由多个发送设备S1、S2、S3进行定位。

其它发送设备S2、S3与发送设备S1发出同样的信号序列。因此发送设备S2或S3的时隙DwPTS和发送设备S1所发出的信号的时隙是同时开始的。如果在S1发出的信号序列中在时隙DwPTS内保留了一个窗口，于是可以相应地接收包括在发送设备S2或S3的时隙DwPTS中的信号。这些发送设备在每次发射时也不用信号占用该时隙DwPTS，而是以有规律或没有规律的、但相互不同的顺序使其成为空闲时隙，以便可以接收另外发送设备的信号。

由移动电信设备M1分析在发送设备(譬如S1)的各个开放时隙DwPTS内对其它发送设备(譬如S2，S3)的各个时隙DwPTS的信号进行接收的接收时间点。因此由移动电信设备M1确定位于时隙DwPTS的开始和发送设备S1在该时隙内的信号的接收时间点之间的时间差Δt1。将这个数值通知给发送设备S1。用同样的方法确定位于时隙DwPTS的开始和在发送设备S1的间歇内接收发送设备S2的所属信息之间的时间差Δt2，并将其通知给该发送设备。相应地也确定位于时隙DwPTS的开始和接收发送设备S3的相应信号之间的时间差Δt3，并将其通知给发送设备S1。

由发送设备S1将这样测出的信号延迟数值用于计算移动电信设备M1的准确位置。为此各自构成差值Δt12＝Δt1-Δt2和Δt13＝Δt1-Δt3。从中可以将移动电信设备M1的位置作为双曲线A2和A3的交点(图5)进行确定。其曲线是由发送设备S2和S3的已知位置以及由时间差Δt12和Δt13得出的。

当已知信号传播速度时，从信号传播时间Δt1中得出移动电信设备M1到发送设备S1的距离。因此移动电信设备的位置可以从围绕发送设备S1的等距圆A1以及时间差双曲线A2和A3的交集SM中测出(图5)。交集SM说明了移动电信设备M1的位置。

可以理解，除了包括信号DwPTS的数据块之外，也可以补充或替换地有时采用非用于定位的信号来占用其它的数据块，或只是有时使其保持空闲，然后在该间歇内由处于发送设备S1的接收区域E1内的移动电信设备M1接收用于定位的、其它发送设备S2、S3的信号。

数据块也可以只部分地被信号占用，且部分地保持空闲，以便在数据传输期间不仅能实现定位，而且还能传输包括在这个数据块中的其它信息。

然而，使用数据块(时隙)DwPTS或UpPTS中的阶段Sync或Sync1是非常适合于TD-SCDMA模式的，因为上述时隙只包括在这里。

为了实现这种数据传输，即利用上述时隙ts作为有时被占用的数据块和有时至少部分空闲的窗口，设置了一种电信网络TN，它有一个或多个固定的发送设备S1、S2、S3，其接收区域E1、E2、E3可以部分地重叠。发送设备S1、S2、S3均用同一个频率发送和接收。在网络TN内传输的数据D被分成具有帧f和子帧sf的结构，其中，所述的子帧包括一种时隙结构，其中一个或多个有时可以被定位信号占用，且有时可以被譬如用于同步信号传输的其它信号占用。

对于何时譬如用同步信号占用各个数据块(时隙ts)和何时将它保持空闲并由此用其它发送设备的定位信号占用它，这可以譬如借助多路复用器用硬件来实现，或者采用软件方法来实现。因此本发明的组成部分也是一个软件，该软件这样地发出占用时隙ts的节拍，使得并不是在发出这个时隙ts的每个节拍上它都被数据占用，而是在有规律的间隔上以窗口的形式保留了空闲。

Claims (12)

1.特别是终端设备的移动电信设备的定位方法，该电信设备通过在来和回的方向上利用同样的频率传输数据来使用被划分成时帧的数据块，以便进行数据传输，

其特征在于，

总是保留一个或多个数据块没有被其它数据占用，以便至少有时传输至少一个信号来用于定位所述的电信设备。

2.按照权利要求1的方法，

其特征在于，

当数据块没有被其它数据占用时，在该数据块的传输时间内接收一个或多个来自一个或多个其它发送设备的信号。

3.按照权利要求2的方法，

其特征在于，

在需要被定位的所述移动电信设备上记下包含在所述数据块中的信号的接收时间。

4.按照上述权利要求1至3之一的方法，

其特征在于，

将一个数据块用作所述传输定位信号的数据块，该数据块有时、但并不是在每次信号传输中被非用于定位的信号占用。

5.按照权利要求4的方法，

其特征在于，

所述被非用于定位的信号占用的数据块包括一个或多个信号，用于使所述移动电信设备与相应发送设备的时钟同步。

6.按照权利要求5的方法，

其特征在于，

所述被非用于定位的信号占用的数据块包括下行链路同步信号DwPTS，该同步信号包含在一个帧内的多个子帧中。

7.按照上述权利要求1至6之一的方法，

数据传输是按UMTS(通用移动电信系统)模式进行的。

8.按照权利要求7的方法，

其特征在于，

数据传输是在TDMA(时分多址)模式下通过为数据分别提供经一个或多个多路复用器控制的时帧(时隙)来进行的。

9.按照权利要求1至7之一的方法，

其特征在于，

数据传输是在CDMA(码分多址)模式下通过将二进制数据分别扩展成二进制数据序列来进行的。

10.按照权利要求1至9之一的方法，

其特征在于，

数据传输是通过利用TDMA和/或CDMA模式而用TD-SCDMA(时分同步CDMA)方法进行的。

11.移动电信网络(TN)，特别被用来执行如权利要求1至10之一所述的方法，

其特征在于，

所述的电信网络(TN)具有固定的发送设备(S1)，该发送设备用同一个频率发出和接收信号，并将数据(D)划分成帧(f)，所述的帧具有子帧(sf)，其中一个或多个数据块(ts)有时保持空闲，并随后可以被其它发送设备(S2；S3)的一个或多个用于定位的信号来占用。

12.按照权利要求11的电信网络，

其特征在于，

所述的数据块(ts)只是有时可以被用于定位的信号占用。

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