CN1423134A - 一种确定(个人)移动台和基站之间距离的方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于确定基站(6－8)和移动台(2)之间的距离的方法中,基站(6－8)计算用于到移动台(2)的相关无线链路(3－5)的一个定时超前(TA)值和一个被滤波的到达时间(TOA)值TOA’,其中至少TOA’值有小数位。TOA’值和TA值相加构成一个新的TA值TA’并且根据TA’的值,移动台(2)和基站(6－8)之间的当前距离被确定。这允许一种更准确的对移动台(2)到相关的基站(6－8)的距离的确定,从而允许更准确的位置确定。

Description

一种确定{个人}移动台和基站之间距离的方法

本发明涉及一种确定移动台和基站之间的距离的方法。

无线电移动网络中一个移动台的位置和如此的一个移动台的用户的当前位置，可以通过不同的标准化方法来确定，例如象小区确认，延时时间测试，GPS支持等等。不同的办法基本上可以得到不同的定位准确度。准确度依赖于对计算值的合适的预处理或者后处理和当前无线信道的状况。

为了通知移动台它启动它的突发脉冲的发送的时间，定义了在移动无线电网络中移动台与基站之间的无线连接的所谓的定时超前值。这保证了突发脉冲在准确的时间到达基站，不依赖于移动台和基站之间的距离和基站之间的信号延时。定时超前值于是表征了一个延时补偿。

从定时超前值，可以推算移动台与基站之间的距离。在已有技术中，在现在的用于移动通信的全球系统(GSM)系统中，计算出的定时超前值是一个整数并可以假定是0和63之间的值，在符号间隔为3.7μs和传播速度为300000km/s的情况下，增量对应于大约554米的距离。

如果移动台和基站之间的距离变化，定时超前值必须能适应。为此，基站中的接收机接收来自移动台的信号并为每个接收的突发信号规定一个所谓的到达时间值。这个到达时间值是指示在突发信号内的一个已知的训练序列的位置的一个相对时间值。为此，接收的训练序列(对移动台是已知的一个二进制比特序列)与理想的序列进行比较(例如，通过相关)。这提供了所谓的信道脉冲响应(CIR)。到达时间值被规定为例如信道脉冲响应具有最大值的采样时刻。在GSM系统中，到达时间值可以假定为正和负的整数值，定量对应于一个发送符号的间隔。在一个所谓的测量报告时间内，所有的到达时间值被收集并且之后被滤波。滤波的到达时间值被取整为一个整数。如果这个取整的值偏离一个设定值，例如0，例如由于移动台和基站之间的距离改变，则定时超前值根据偏离增加或减少一个取整的到达时间值。新的定时超前值经由空中接口传达给移动台。移动台之后相应地调整它的发送时间。这导致取整的到达时间值在下一个测量报告时间期间，重新假定希望的设定值，例如0。运用已知的方法，能够被精确执行的距离确定只在大约554米内。从一个为0的定时超前值，可以推断移动台位于距离基站0米到554米之间的一个距离上，从一个为1的定时超前值，可以推断移动台位于距离基站555米到1108米之间的一个距离上。

因此，本发明的目的是建立一种基于延迟时间补偿的方法，运用该方法，可以增加距离确定的准确度。

根据本发明，该目的可以获得，通过一种确定基站和移动台之间的距离的方法，其中，基站计算用于各个到移动台的无线链路的一个定时超前(TA)值和一个滤波的到达时间(TOA)值TOA’，其中至少TOA’值有小数位。计算的TOA’值和TA值相加形成一个新的TA值TA’。之后移动台和基站之间的当前距离根据TA’值被确定。

与已有技术相比，根据本发明的方法使得移动台和各个基站之间的距离以小于554米(GSM)的准确度被确定，并且之后允许一个对移动台的更准确的位置的确定。与已有技术相比，同时产生了不再是整数的定时超前值。移动台和基站之间的距离于是能以更高的分辨度被确定。

提高已知方法的位置确定的准确度是可以想象的，即通过根据本发明的以某种形式使用定时超前值的方法。

根据本发明的方法同时被用来降低用于位置确定的计算费用。这特别是在下面的情况下：当使用一种已知的方法，移动台的可能位置必须被确定并且根据对应于本发明的方法对移动台和基站之间的距离的确定被用来限制可能的位置。在例如小区确认方法中的位置确定的情况下，移动台所位于的小区是已知的。基站的天线的主瓣辐射方向和孔径角也是已知的。这些参数指示移动台位于的方向。在这个方向上移动台距离基站的距离用根据本发明的方法可以准确地确定。

在优选的方法变更中，TOA值被定义为具有小数位。以示例的方式而不是限制的方式，在为信道的脉冲响应规定一个包络曲线时这会发生。通过这个包络曲线、信道脉冲响应的两个采样值和采样值之间的已知间隔T，计算采样值的位置和信道脉冲响应的最大值是可能的。如果选择例如函数sin²(x)作为包络曲线，这导出：

y₁＝A*sin²(x₁)

y₂＝A*sin²(x₂)＝A*sin²(x₁-T)

其中，y₁是采样的信道脉冲响应的最大值(CIR_max)，y₂对应于CIR_max左边的信道脉冲响应，x₁，x₂是采样时间。T是采样时间之间的间隔。从上面的等式，例如采样时间x₂可以计算为： $x_2=\arctan \left(\frac{\sin \left(T\right)}{{\left(\frac{y_1}{y_2}\right)}^{1/2}-\cos \left(T\right)}\right)$

可以计算出采样时间x₂和信道脉冲响应的包络曲线的最大值之间的间隔。这个间隔可以作为小数部分加到与CIR_max(x₁)相关联的整数TOA值，从而产生具有小数位的TOA值。通过这个测量，移动台和基站之间的距离的改变能够被快速地检测。

在例如可能长度为480ms的一次测量报告时间内，距离确定的准确度被有利地提高，所有的测量或计算的到达时间值被收集并且之后被滤波，例如平均，目的是为了获得一个滤波的TOA’值。

在加到TA值或舍去小数位之前，对滤波的TOA’值取整也是可能的。这种取整可以对一个整数值或一个规定的小数位作用。这同样应用到舍去小数位。这样，例如只有以0.5或0.25增加的TOA’值被允许。具有0.5的增量的结果，产生了0；0.5；1.0；1.5等等TA’值。在这种条件下，在GSM的情况下，从一个为0的TA’值，可以推断出移动台位于距离基站0米到277米之间的一个距离上，而从一个为0.5的TA’值，可以推断出移动台位于距离基站278米到554米之间的一个距离上。

类似地，同时假定TA’值被取整或小数位被截短到一个特定的位。

在方法的变化中，至少3个基站计算用于各自的无线链路的一个TOA’值和一个TA’值并至少发送TA’值给位置中心，在位置中心移动台的位置的确定通过三边测量来起作用。根据发送到位置中心的TA’值，使用合适的算法来计算移动台到每个基站的距离。理想地，即具有更精确的距离测量，移动台的位置由基站周围的具有相关的计算的间隔的圆弧的相交来获得。在这种情况下，首先执行用于一个基站的距离确定，之后切换移动台到第二个基站，之后执行用于该基站的距离确定，在移动台切换到第三个基站的另一个切换之后，执行另一个的距离确定是可能的。如果多于三个基站被用于位置确定，那就对每个更多的基站进行重复。

在本方法的一种改进中，由至少三个基站计算的值首先在移动台中被收集。被收集的值例如通过SMS(短信服务)之后被发送到用于移动台的位置中心。

在本方法的另一种改进中，由至少三个基站计算的值首先被发送到一个基站控制单元。基站经由一个接口，例如Abis接口与基站控制单元通信。这种现有的接口可以很好地用于TA’值的发送。

本发明的范围同时包括具有用于计算一个滤波的到达时间值TOA’和用于到移动台的无线链路的TA’值的装置的基站。根据本发明，基站控制单元被分配给一个或多个基站，基站控制单元包含用于接收从基站发送的值的装置和用于把这些值转发到用于移动台的位置中心的装置。这确保了基站和位置中心之间的一种有效的通信。

本发明的范围同时包括一个移动位置中心，它包含基于在用于移动台和至少三个基站之间的无线链路的发送的TA’值，确定移动台的当前位置的装置。以这种方式设计的位置中心，可以更准确地确定移动台和基站之间的距离，从而可以更准确地计算移动台的位置。同时假定除了TA’值外，TOA’值也被发送。另外，假定TOA’值和TA值被发送并且在位置中心提供了用于计算TA’值的装置。

本发明的原理同时包括具有至少一个移动台和至少一个用于执行所描述的确定基站距移动台的距离的方法的基站的移动无线网络。在这类移动无线网络中，在已有技术中已知的用来确定移动台的位置的方法可被用来大致确定位置。根据本发明的移动无线网络同时包括用于遵照根据本发明描述的方法，实施一种对移动台的位置更好的确定的装置。

优选地，移动无线网络包含至少一个基站控制单元和/或一个位置中心。这种测量易于根据本发明方法的有效的执行。

本发明的进一步的优点从描述和附图中显而易见。根据本发明，参照前面的特征和参照下面的特征可以单独使用或以任何组合联合使用。示意和描述的实施例不应被考虑为决定性的，而是对本发明的描述的示例的性质。

本发明在图中被示意并以示例性的实施例的形式作了详细解释。

这个唯一的附图示意了一个移动无线网络的原理性配置。

移动无线网络1的一部分被在图1中作了原理性示意。一个移动台2同时或连续地维持到基站6-8的无线链路3-5。在每个基站6-8中计算用于相应的无线链路3-5的定时超前(TA)值。移动台2的距离到大约554米可以从计算的TA值准确地确定。基站6-8包含一个接收机(未示出)，通过该接收机基站6-8接收移动台的信号。对于每个接收的突发信号，基站6-8计算到达时间(TOA)值。TOA值在一个测量报告时间内被滤波。从每个基站6-8的被滤波的TOA值TOA’，具有小数位的一个值TA’在每个基站6-8中被计算。这些值被以一种合适的方式送到用于移动台10的位置中心，可选的具有一个插入的基站控制单元9。根据TA’的值，在位置中心10中，执行移动台2距基站6-8的准确的距离计算。

移动台2的位置由一个三边距离来确定。在示意的例子中，在每个基站6-8周围，确定半径对应于在位置中心计算的移动台2到各个基站6-8的距离的圆弧11-13的位置。理想地，移动台2的位置由这些圆弧11-13相交来确定。实际上，圆弧11-13不是准确地相交在一个点。然而，圆弧11-13覆盖了移动台2位于的区域。

Claims (12)

1、一种用于确定基站(6-8)和移动台(2)之间的距离的方法，包含以下的步骤：

a)基站(6-8)计算用于到移动台(2)的相关无线链路(3-5)的一个定时超前(TA)值和一个被滤波的到达时间(TOA)值TOA’，其中至少TOA’值有小数位；

b)把TOA’值和TA值相加构成一个新的TA值TA’；

c)根据TA’的值，确定移动台(2)和基站(6-8)之间的当前距离。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，TOA值被限定为具有小数位。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于，为了获得一个滤波的TOA’值，在一个测量报告时间内，所有TOA值被收集并且之后被滤波，特别地被平均。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(b)之前，滤波的TOA’值被取整或小数位被截短。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(b)之后TA’值被取整或小数位被截短。

6、根据权利要求1的方法，其特征在于，至少TA’值被发送到用于移动台的位置中心(移动位置中心)(10)，在那里移动台(2)的位置根据这个值被确定。

7、根据权利要求1的方法，其特征在于，至少三个基站(6-8)计算用于相关无线链路(3-5)的一个TOA’值和一个TA’值，并发送至少一个TA’值到位置中心(10)，对移动台(2)的位置确定在那里通过三边距离来进行。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，由至少三个基站(6-8)计算的值首先被发送到基站控制单元(9)。

9、基站(6-8)具有用于计算用于到移动台(2)的无线链路(3-5)的具有小数位的滤波的TOA值TOA’和一个TA’值的装置。

10、根据权利要求9的被分配一个或多个基站(6-8)的基站控制单元(9)，包含用于接收由基站(6-8)发送的值的装置和转发这些值给移动台的位置中心(10)的装置。

11、移动位置中心(10)具有根据用于移动台(2)和至少三个基站(6-8)之间的无线链路(3-5)的发送的TA’值，确定移动台(2)的当前位置的装置。

12、一个移动无线网络(1)具有至少一个移动台(2)和用于执行根据权利要求1的方法的至少1个基站(6-8)。