一种基于小区标识和环回时间的移动定位方法
技术领域
本发明涉及电通信技术,尤其涉及一种移动通信系统中的基于小区标识和环回时间的移动定位方法。
背景技术
无线网络系统中的移动定位业务日益受到广泛关注,它的主要应用有: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)等。
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,即基于用户设备UE的情况,一类是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,即用户设备UE辅助的情况。
第三代移动通信项目组织3GPP对宽带码分多址WCDMA规定了三种定位方法:基于小区标识Cell Id,即Cell Identification的定位方法;可能包含网络辅助配置空闲周期IPDL,即Idle Periods DownLink的观测到的到达时间差OTDOA,即Observed Time Difference of Arrival定位方法;网络辅助的全球定位系统A-GPS定位方法。
上述三种方法中基于小区标识Cell Id的定位方法既可以是按照小区标识Cell Id来确定用户位置,也可以是利用小区标识Cell Id和环回时间RTT等测量值一起通过Cell_Id+RTT确定移动用户的位置。基于Cell Id的定位方法是用小区的覆盖范围来描述用户设备UE的地理位置,所以精度很低,按照小区覆盖范围的不同所能确定用户设备UE的地理位置范围也不同。
利用Cell_Id+RTT的方法所能确定的用户设备UE的位置范围对于全相天线是如图1所示,通过这种定位方法所能确定的UE位置范围是以发射天线的中心为圆心,半径为d+35m和d-35m之间的一个圆环;对于定向天线,如图2所示,所能确定的用户设备UE的位置范围是以发射天线的中心为圆心,半径为d+35m和d-35m之间的圆环的一部分。虽然结合了环回时间RTT测量之后用户设备UE的定位精度和无环回时间RTT时相比得到了提高,但是定位结果还是较差,一般采用该类定位方法定位精度范围为100m~20km。
观测到的到达时间差OTDOA的定位方法需要用户设备UE测量系统帧号-系统帧号观测时间差类型2,即SFN-SFN observed timedifference type 2和UE接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx timedifference type 2,需要定位测量单元LMU在无线接口测量小区的帧观测时间差或者全球陆地无线接入网UTRAN的小区GPS帧定时。这些测量值和各个小区的发射天线位置结合在一起,可以由用户设备UE或者网络计算得到用户设备UE的地理位置范围。观测到的到达时间差OTDOA的定位精度可以达到50m~500m,但是采用这种定位方法需要增加定位测量单元LMU设备,而且需要至少三个小区参与测量过程,所以这种方法比较基于小区标识的定位方法而言,精度虽有提高但却是以增加功能模块和复杂的计算为前提的。
现有专利中对无线资源可用时通过测量RTT来快速定位的方法没有描述。美国专利《在CDMA网络系统中确定用户设备位置的基于网络的方法和系统》(Network-based method and system for determining alocation of user equipment in CDMA networks,专利申请号:20020094820)中描述了通过RTT测量进行定位的一种方法,该专利中对RTT的测量是在和用户设备有连接存在的节点上以及和用户设备无连接存在的节点上进行的。对于有连接存在的节点,是通过在DPCH上两个方向上的传播时间和UE上的延迟时间所构成的环回时间的测量来最终确定UE到节点的发射天线的距离的。对于没有连接存在的节点,利用连接的节点发送消息到UE,然后UE在上行随机接入信道RACH发送信号给无连接存在的节点,利用实时传输延迟RTD和测量到的UE的传播延迟以及环回时间RTT最终确定UE到无连接的节点的发射天线的距离。该专利的测量过程中要用到和用户之间的一些非协议规定的约定消息,而且在实现过程中要结合其它的一些定位方法,例如观测到的到达时间差OTDOA定位方法或者到达角度AOA定位方法。
网络辅助的GPS定位方法利用空间的卫星信号测量,需要在地面附加接收设备并且在移动设备上增加接收器,需要无线接口上的高层信令参与传输辅助数据,网络辅助的GPS定位精度可以达到5m~50m,是目前定位精度最高的定位方法,但是由于需要附加卫星接收器和无线接口的信息传输,所以对现有设备的兼容性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度高、运算简单且兼容性强的基于小区标识和环回时间的移动定位方法。
本发明所采用的基于小区标识和环回时间的移动定位方法为:在宽带码分多址WCDMA系统中,当全球陆地无线接入网UTRAN收到了用户设备UE的定位请求时,无线网络控制器RNC建立指定的节点B,即NODEB和用户设备UE之间的无线连接,进入连接状态,此时和用户设备UE建立连接的小区即参考小区,选择另外至少一个小区用来和用户设备UE建立连接,在各个小区上同时分别测量环回时间RTT和用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx time difference type 2的值,获得用户设备UE与各个小区的发射天线中心的距离,同时根据已知的各个小区的发射天线中心之间的距离对用户设备UE定位;
所述的用户设备UE相对于各个小区处于以各个小区的发射天线中心为圆心,以用户设备UE与各个小区的发射天线中心的相应距离为半径的圆环内,所述的用户设备UE定位于所述的各个圆环的交汇区域;
所述的各个圆环的交汇区域构成封闭的多边形区域时,该多边形区域为用户设备UE的定位位置;
所述的用户设备UE与各个小区的发射天线中心的距离d根据环回时间RTT和用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx timedifference type 2的值确定为:
d=c×(RTT-UE Rx_Tx)/2,其中,c为光速。
所述的用户设备UE处于软切换状态时:激活集中的所有小区都可以作为测量小区,则测量其中至少两个小区的环回时间RTT和UE Rx_Txtime difference type 2的值;
所述的用户设备UE处于非软切换状态时,只有参考小区和用户设备UE之间有连接存在,需要在邻近小区列表上选择至少一个小区,在新选择的小区上分别建立和用户设备UE的连接,测量参考小区与新选择的小区的环回时间RTT和UE Rx_Tx time difference type 2的值;
所述的用户设备UE处于非软切换状态时,首先判断无线资源的可用性,若资源可用,则选择新的小区,否则,定位失败。
本发明的有益效果为:在本发明中,通过对移动用户设备所属的参考小区及其邻近小区的环回时间RTT及用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx time difference type 2进行测量,通过简单的运算,利用数学基本原理,实现移动用户设备UE的定位,从而在原理上保证了本发明的定位精度,而且本发明是在现有设备上实现,无须复杂的消息流转和非标准协议的消息约定,在现有的定位条件下即可进行,对用户设备没有任何额外要求,无须添加其它设备,不需要其它的定位方法的辅助,就可以达到较好的定位结果,因此,本发明精度高、运算简单而且兼容性强;本发明在无线资源可利用时,采用更多个小区环回时间RTT测量定位,可以方便地缩小定位范围,从而进一步提高定位精度,尤其在软切换状态下,采用本发明的定位方法不需要增加资源消耗就可以提高定位精度。
附图说明
图1为现有技术中基于小区标识结合环回时间的定位方法中采用全相天线的定位示意图;
图2为现有技术中基于小区标识结合环回时间的定位方法中采用定向天线的定位示意图;
图3为本发明提出的定位方法的流程示意图;
图4为本发明定位方法的示意图;
图5为采用3个小区测量定位的示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
根据图3、图4和图5,本发明结合基于小区标识的定位方法完成移动用户的定位,在宽带码分多址系统中,当全球陆地无线接入网UTRAN在用户设备UE的空闲方式下收到了用户设备UE的定位请求时,无线网络控制器RNC建立指定的节点B,即NODE B和用户设备UE之间的无线连接,进入连接状态,此时和用户设备UE建立连接的小区即参考小区,选择另外至少一个小区用来和用户设备UE建立连接,在各个小区上同时分别测量环回时间RTT和用户设备接收-传输时间差类型2,即UERx_Tx time difference type 2的值,获得用户设备UE与各个小区的发射天线中心的距离,同时根据已知的各个小区的发射天线中心之间的距离对用户设备UE定位,其中,环回时间RTT是在专用物理信道DPCH上开始从网络侧发送帧出去直到在网络侧第一次接收到回应帧的时间。
用户设备UE相对于各个小区处于以各个小区的发射天线中心为圆心,以用户设备UE与各个小区的发射天线中心的相应距离为半径的圆环内,所述的用户设备UE定位于所述的各个圆环的交汇区域,如图4所示,小区a是参考小区,通过环回时间RTT测量结果确定移动用户和发射天线中心之间的距离,可由下式确定:
d=c×(RTT-UE Rx_Tx)/2,其中,c为光速。
根据测量结果利用上述计算用户设备UE到各个小区的发射天线中心的距离d1和d2,由于发射天线中心的位置在无线网络控制器RNC中是已知的,所以据此可以确定用户设备UE在该小区内的位置是如图1所示的一个圆环,如果是定向天线,则是圆环的一部分;同样,对于另外的一个小区根据测量结果同样可以确定相应的圆环,两个圆环的交汇区域是P1、P1’两点和圆弧所确定的封闭的多边形区域,该多边形区域就是移动用户的定位位置。
在本发明中,需要在RNC数据库中保存的邻近小区列表中,选择另外一个小区用来和UE建立连接。然后在这两个与UE有连接存在的小区上分别测量RTT和UE Rx_Tx time difference type 2,来最终确定UE到这两个小区发射天线的距离值。
邻近小区的选择方法是:通过参考小区对UE发起测量,UE收到测量消息后对于满足要求的邻近小区上报测量结果给RNC,然后RNC根据测量结果中各个邻近小区排序的结果选择测量结果为最好的一个为邻近小区,在该邻近小区上建立和UE的连接。
如图3所示,用户设备UE处于软切换状态时:
激活集中的小区可以有多个,基于小区标识的定位方法会按照3gpp协议25.305的规定选定其中的一个小区作为用户设备UE当前的位置区来上报,作为参考小区。
激活集中的所有小区都可以作为测量小区,则测量其中至少两个小区的环回时间RTT和用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx timedifference type 2的值,当激活集中的小区超过两个时,可以用于测量的小区数目超过两个,如图5所示的采用3个小区测量定位示意图,当有第3个被测小区存在时,可以确定第三个圆环,该圆环和原来的两个圆环相交,进而得到用户设备UE的位置范围是:P1、P2、P3以及各段圆环包围的封闭的多边形区域,这和图4中所显示的P1、P1’以及各段圆环所构成的封闭的多边形区域所确定的区域相比,缩小了定位范围,进一步提高了定位精度,毫无疑问,参与测量的小区数目越多,其定位的精度就会越高。
如图3所示,当用户设备UE处于非软切换状态时,只有参考小区和用户设备UE之间有连接存在,首先判断无线资源的可用性,若资源可用,则选择新的小区,否则,定位失败;需要在邻近小区列表上新选择至少两个小区,在新选择的小区上分别建立和用户设备UE的连接,测量参考小区与新选择的小区的环回时间RTT和用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx time difference type 2的值。
在确定了所有参与测量的小区并激活所有的小区之后,如图3所示,在各个小区上同时分别测量环回时间RTT,以及测量用户设备接收-传输时间差类型2,即UE Rx_Tx time difference type 2的值,计算用户设备UE与各个小区的发射天线中心的距离,最后,根据计算结果对用户设备UE进行定位。