CN1622650A - 基于网络无线环境的移动通信定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于网络无线环境的移动通信无线定位方法，可克服目前基于移动通信网络的无线定位方法所无法回避的多径效应问题，从而提高无线定位的精度。包括：将无线网络划分成像元，该像元是网络覆盖范围内按精度确定的最小单元子区域；确定多种特征参数，该特征参数可以标识移动终端在无线网络中的地理位置；在每一个像元现场中，对全部确定的多种特征参数进行测量，获得每一种特征参数值像元对数据，用特征参数组来唯一地标识像元位置，从而建立起特征参数组＠像元对数据库，再以分层配置的方法合成特征参数电子地图；用多个特征参数的测量值在特征参数电子地图上进行映射，映射结果所对应的像元位置即为待定位的移动终端所在的位置。

Description

基于网络无线环境的移动通信定位方法

技术领域

本发明涉及一种无线定位技术，更确切地说是涉及一种基于网络无线环境的移动通信无线定位方法，用于提供商用的无线定位服务业务。

背景技术

随着移动通信事业的发展和移动用户的增加，对诸如智能交通、旅游向导、公共安全、紧急救助等移动通信定位服务的需求，正在与日俱增。为此，美、欧、日等发达国家的运营商都推出了商用无线定位服务业务。在我国，“中国移动”也于2002年推出了商用无线定位服务业务。

商用无线定位服务业务的推出以及需求的增加，极大地推动了无线定位技术的发展，目前已开发出的无线定位技术，大体上可分为三类方法：基于移动通信网络的无线定位方法、基于全球定位系统(GPS)的无线定位方法、以及基于移动通信网络与全球定位系统混合的无线定位方法。

其中，第一类基于移动通信网络的无线定位方法，是通过对接收到的无线电波的某些参数进行测量，再使用特定的算法判断出被测物体的位置，其测量参数一般包括传输时间、信号幅度、信号相位、和到达角等等。定位精度主要取决于测量方法。到目前为止，基于移动通信网络的无线定位方法主要有以下五种：

第一种是利用移动用户所在的小区或扇区的身份号(Cell-ID)来大体确定用户所在地理位置的基于Cell ID的定位方法。这种方法的优点是实现简单，终端侧不需要作任何软件或硬件的修改，网络侧不需要增加新的网络定位实体。缺点是定位精度不高，特别是由于多径效应的存在，其定位精度有时甚至达不到小区或扇区级。

第二种是由两个或更多基站通过测量来自终端的信号的到达角来估计移动用户位置的基于来波到达角AOA(Angle of arrival)的无线定位方法。接收机通过天线阵列测出电波的入射角，从而构成一条从发射机到接收机的径向连线，称为测位线，移动台的二维位置坐标可通过两条测位线的交点获得。在障碍物较多的环境中使用该方法时，由于无线传输存在多径效应，导致测量误差增大，定位精度较低，尤其是当移动台距离基站较远时，基站定位角度的微小偏差会导致测位线距离的较大误差。

第三种是一种基于反向链路的定位方法，通过测量移动台信号到达多个基站的传播时间来确定移动用户位置的基于来波到达时间TOA(Time of Arrival)的无线定位方法。该方法需要有三个以上的基站能接收到移动台的信号，然后利用三角定位算法计算出移动台的位置。该方法的优点是无需修改现有终端，但需要在基站附加硬件(LMU)，以达到精确计算突发信号到达时间的目的。由于整个无线定位网络需要建立大量的LMU，故大大提高了网络的建设成本。

第四种是基于来波到达时间差TDOA(Time Different of Arrival)的无线定位方法，该方法也是一种基于反向链路的定位方法，通过检测移动台信号到达两个基站的时间差来确定移动台的位置，此时的移动台，必定位于以两个基站为焦点的双曲线上，确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，也就是说需要至少三个以上的基站接收到移动台信号，而两个双曲线的交点即为移动台的二维位置坐标。

第五种方法是一种基于前向链路AFLT(Advanced Forward LinkTrilateration)的定位方法，是在定位操作时，手机同时监听多个基站(至少三个基站)的导频信息，利用码片时延来确定手机到附近基站的距离，最后用三角定位法算出用户的位置。该方法需要在网络中增加新的实体，新的实体需要获得导频信息，再利用导频信息算出移动台的位置。增加的实体包括PDE(Position Deltermining Entity)和MPC(Mobile Positioning Center)。其中PDE获得导频信息的方式主要有两种：一种是按照IS-801协议定义的传送方式将导频信息传送给移动交换中心(MSC)，再由MSC传送给PDE，实施这种方式时需要移动台新增支持IS-801协议的功能。第二种是利用A接口上的消息，将其中用于定位的参数传送给MSC，再由MSC传送给PDE。

通过分析上述五种基于移动通信网络的无线定位方法，说明了由于该无线定位方法的最大特点是以直线方式描述测量点与信号发射源间的传播路径，因此难以克服电磁波传播的多径效应所带来的影响，而在人口密集的、商业发达的热点地区，无线环境往往十分复杂，多径效应非常明显，因此这种基于直线方式描述测量点与信号发射源间的传播路径的定位方法的精度将大大降低，从而影响该无线定位方法的商用。

第二类是基于全球定位系统(GPS)的无线定位方法。目前比较实用的GPS定位方法是网络辅助的GPS定位，即在定位时，网络通过跟踪GPS卫星信号，解调出GPS导航信号，并将这些信息传送给移动台，移动台利用这些信息可以快速的搜索到有效的GPS卫星，接收到卫星信号后，计算移动台位置的工作可以由网络实体或移动台完成。基于GPS的定位方法的优点是定位精度较高，定位半径可达到几米、十几米，因此利用该种定位技术，可满足对定位精度要求较高业务的需要，如在电子地图上显示用户位置等。其缺点是需要移动台内置GPS天线和GPS芯片等模块，并且需要支持IS-801协议，网络侧需要增加PDE和MPC；定位精度受终端所处环境的影响较大，如用户在室内或在高大建筑物之间时，由于可跟踪到的GPS卫星数量较少，定位精度将降低，甚至无法完成定位。

第三类是混合定位技术，即在一个系统中，综合使用上述两类定位技术中的两种或多种方法，目前码分多址(CDMA)系统采用的主流方法是GPS和AFLT混合定位的方式，可简称为网络辅助混合定位，结合了基于网络的非GPS定位技术的优点与基于GPS的网络辅助定位技术的优点。在野外，可以利用GPS定位提供高精度的位置信息，同时网络侧可以提供辅助信息来缩短定位时间和提高定位精度；在城市，可以利用基站密集的优势，采用基于基站信号的定位方式，或者采用混合利用GPS信号和基站信号的定位方式，实现在复杂环境下(如室内、城市高楼之间)的定位。

基于GPS的无线定位技术的定位精度虽然较高，但需在用户终端引进GPS接收系统，增加了用户终端的实现难度和成本。此外，由于GPS由美国军方控制，安全性将无法保证。

第三类无线定位技术是混合无线定位技术，实际上是前两类方法的组合，只是在不同的环境中使用不同的技术，因此没有从根本上解决前两类技术的缺点。

综上所述，一方面随着商用无线定位服务业务的发展，用户对定位精度的要求日趋增高；另一方面，现有的无线定位技术又存在方方面面的缺点，因此开发一种新的高精度的无线定位方法是十分必要和紧迫的。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于网络无线环境的移动通信定位方法，可克服目前基于移动通信网络的无线定位方法所无法回避的多径效应问题，从而提高无线定位的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于包括以下处理步骤：

A.将无线网络划分成像元，该像元是移动通信网络覆盖范围内按照精度确定的最小单元子区域；

B.确定多种特征参数，该特征参数可以标识移动终端在无线网络中的地理位置；

C.在每一个像元现场中，对全部确定的多种特征参数进行测量，获得每一种特征参数值像元对数据，用特征参数组来唯一地标识像元位置，从而建立起特征参数组@像元对数据库；

D.进行定位时，由待定位的移动终端和网络测量一种以上的特征参数，一种以上特征参数的测量结果与特征参数组@像元对数据库作映射，全匹配时的映射结果所对应的像元位置为待定位的移动终端所在的位置。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

一种基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于包括以下处理步骤：

A.将无线网络划分成像元，该像元是移动通信网络覆盖范围内按照精度确定的最小单元子区域；

B.确定多种特征参数，该特征参数可以标识移动终端在无线网络中的地理位置；

C.在每一个像元现场中，对全部确定的多种特征参数进行测量，获得每一种特征参数值像元对数据，用特征参数组来唯一地标识像元位置，分层配置所获得的与像元对应的特征参数值像元对数据，叠加不同层，形成特征参数组@像元对矢量数据库，进而合成特征参数电子地图；

D.进行定位时，由待定位的移动终端和网络测量一种以上的特征参数，在特征参数电子地图上确定一种以上特征参数的测量结果所映射的像元，该像元位置为待定位的移动终端所在的位置。

上述方法是根据所需要的精度将无线网络划分成若干像元(单元子区域)，利用移动终端或网络对某些特征参数的测量值，以分层映射的方法合成特征参数电子地图，然后利用对多个特征参数的测量值在特征参数电子地图上进行定位。

本发明根据所需要的精度将无线网络划分成若干像元(单元子区域)，并用一组特征参数来唯一地标识像元。选择的特征参数可以是接收信号的场强值、相位或相位差、以及来波到达时间差等，也可以是小区、扇区身份标识(ID)。

在划分的所有像元现场环境中，对所需测量的全部特征参数进行测量，并对每一种特征参数的测量结果进行统计平均处理，最终形成特征参数组@像元对数据库。

将特征参数@像元对数据按照一定准则(如每一种参数为一层等)分层配置，然后将不同层叠加，形成特征参数组@像元矢量数据库，进而合成移动通信网络特征参数电子地图。

可将需要进行定位的目标对多种特征参数的测量值，按预定准则映射到特征参数电子地图上，确定终端所在像元(单元子区域)，从而进行无线定位。

本发明的方法，充分考虑了电磁波传播的多径效应对无线定位精度造成的影响，通过将网络无线环境的特征参数映射到地理位置上，再通过多种特征参数唯一地标识地理位置，从而最大程度地克服了多径效应的影响，提高定位精度。

本发明的有益效果是：通过特征参数唯一地标示地理位置信息，从而最大程度地避免了多径效应对无线定位所带来的影响；充分利用现有的网络规划和测量信息来进行无线定位，对终端软硬件实现的影响不大；可以根据网络变化和实际需要，随时调整像元(单元子区域)大小和特征参数种类的多少，对特征参数电子地图进化升级，从而灵活地提高定位精度；由于不利用GPS等辅助网络，安全性有保证。

附图说明

图1是由移动终端发起的无线定位过程流程框图；

图2是由网络发起的无线定位过程流程框图。

具体实施方式

本发明方法在具体实现时需要处理下述主要步骤：

步骤1，首先确定区域定位所需要的精度，根据此精度将无线网络划分成若干像元，即在移动通信网络覆盖范围内的最小单元子区域，需要的精度越高，则划分的像元越多，最小单元子区域越小。像元区域可大可小，由定位精度决定，所划分的各像元区域的大小可以相同也可以不同，可随现场环境而定，如划分的建筑物密集的热点区域的像元可小于划分的平坦区域的像元，

步骤2，然后确定无线定位所使用的特征参数，即能够标识移动终端位置的参数。这些特征参数可以是接收信号的场强值、相位或相位差、以及来波到达时间差等，也可以是小区、扇区身份标识(ID)。

步骤3，在网络现场的每一个像元位置，对确定的所有特征参数进行测量(用移动终端或用特征参数测量设备如场强计等进行测量)，并对每一种特征参数的测量结果进行统计平均处理，形成每一种特征参数的像元对数据，最后形成特征参数组@像元对数据库(即所有像元位置上的所有特征参数测量数据)。

步骤4，将特征参数值@像元对数据按照一定准则分层配置，如每一种参数设置为一层，或若干个参数配置为一层等，然后将不同层叠加，形成特征参数组@像元矢量数据库，进而就可合成特征参数电子地图。

步骤5，在进行定位时，移动终端和网络间通过交互过程，分别由移动终端在其位置上(所在的像元位置上)和由网络，根据网络要求对特征参数组的全部或部分参数进行测量(测量条件同步骤3，特征参数种类由网络决定)，并将测量结果报告、汇总给网络。

步骤6，网络将对特征参数测量值映射到特征参数电子地图上(全匹配的关系)，从而确定移动终端所在的像元(单元子区域)，也即完成定位。

本发明中所称的网络应该包括基站、基站控制器、无线网络控制器和移动交换中心等移动通信系统实体。

下面结合附图1、2，分别以终端发起的定位请求和网络发起的定位请求为实施例，具体描述该定位方法的实现流程。

参见图1，当移动终端需要知道自己的地理位置时，主动向网络发起的无线定位请求过程。

步骤101，移动终端发出无线定位请求；

步骤102，网络接收到由该移动终端发来的定位请求；

步骤103，网络决定所需测量的特征参数，包括特征参数的数量和具体是哪几种特征参数，决定的准则主要考虑避免多径，如在平坦的比较简单的无线网络环境下和在楼群密集比较复杂的环境下，选择的特征参数及特征参数的数量应该有所区别；

步骤104，网络将需要该移动终端测量的特征参数的指示发送给该移动终端；

步骤105，移动终端接收到指示后，对相应的特征参数进行测量，并将测量结果上报给网络，如果有的特征参数需要网络侧测量，则网络侧同时测量这些特征参数，如到达角、来波方向等；

步骤106，网络汇总所有的测量结果；

步骤107，网络将汇总后的测量结果与特征参数组@像元对数据库进行映射，确定这些测量结果所映射的像元(单元子区域)在特征参数电子地图上的编号，进行映射时可以按预定准则进行，如是否一个个特征参数地映射，是否先映射敏感的特征参数，误差要求等；

步骤108，网络侧将该移动终端的像元(单元子区域)的地理位置信息发给该移动终端，完成一次基于网络无线环境的移动通信定位过程。

参见图2，当某一移动终端需要知道另一移动终端的地理位置，或者进行移动通信定位服务业务时，由网络向某一移动终端发出无线定位请求过程。

步骤201，网络发出无线定位请求；

步骤202，网络决定所需测量的特征参数，包括特征参数的数量和具体是哪几种特征参数，决定的准则主要考虑避免多径，如在平坦的比较简单的无线网络环境下和在楼群密集比较复杂的环境下，选择的特征参数及特征参数的数量应该有所区别；

步骤203，网络将需要某移动终端测量的特征参数的指示发送给该移动终端；

步骤204，移动终端接收到指示后，对相应的特征参数进行测量，并将测量结果上报给网络，如果有的特征参数是由网络侧测量的，则网络侧同时测量这些特征参数，如到达角、来波方向等；

步骤205，网络汇总所有的测量结果；

步骤206，网络将汇总后的测量结果与特征参数组@像元对数据库进行映射，确定这些测量结果所映射的像元(单元子区域)在特征参数电子地图上的编号，进行映射时可以按预定准则进行，如是否一个个特征参数地映射，是否先映射敏感的特征参数，误差要求等；

步骤207，网络侧将映射获得的移动终端的像元(单元子区域)的地理位置信息发给该移动终端，完成一次基于网络无线环境的移动通信定位过程。

通过图1、图2的步骤，说明了本发明基于网络无线环境的移动通信定位方法，其过程与定位发起无关。

本发明的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其实质上是一种区域定位方法：先根据所需要的精度将无线网络划分成若干像元(单元子区域)，也即在移动通信网络覆盖范围内、在预设精度下最小的单元子区域；再利用移动终端和网络对某些特征参数的测量值，以分层映射的方法合成特征参数电子地图；最后利用对多个特征参数的测量，在特征参数电子地图上进行定位。

本发明的方法，充分利用了已规划的网络和所能测量的信息，由于测量的是多个特征参数，在很大程度上克服了基于移动通信网络的无线定位方法所无法回避的多径效应问题，从而提高了移动通信无线定位的精度，并解决了采用GPS定位系统所带来的终端实现难度、成本高以及安全性等问题。

Claims (10)

1.一种基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于包括以下处理步骤：

A.将无线网络划分成像元，该像元是移动通信网络覆盖范围内按照精度确定的最小单元子区域；

B.确定多种特征参数，该特征参数可以标识移动终端在无线网络中的地理位置；

C.在每一个像元现场中，对全部确定的多种特征参数进行测量，获得每一种特征参数值像元对数据，用特征参数组来唯一地标识像元位置，从而建立起特征参数组@像元对数据库；

D.进行定位时，由待定位的移动终端和网络测量一种以上的特征参数，一种以上特征参数的测量结果与特征参数组@像元对数据库作映射，全匹配时的映射结果所对应的像元位置为待定位的移动终端所在的位置。

2.根据权利要求1所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于所述步骤C进一步包括：

分层配置所获得的与像元对应的特征参数值像元对数据；叠加不同层，形成特征参数组@像元对矢量数据库，进而合成特征参数电子地图；所述步骤D中，是将一种以上特征参数的测量结果映射到该特征参数电子地图上。

3.根据权利要求2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于：所述的分层配置是按一种特征参数配置为一层，或者按一种以上的特征参数配置为一层的方法进行分层配置。

4.根据权利要求2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于所述步骤D中，所述的将一种以上特征参数的测量结果映射到特征参数电子地图上，是由网络侧汇总分别由待定位移动终端和网络测量的一种以上特征参数的测量结果，并按预定准则在特征参数电子地图上确定一种以上特征参数的测量结果所映射的像元编号。

5.根据权利要求1或2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于：所述的步骤A中，所划分的像元的区域大小可以相同或不相同。

6.根据权利要求1或2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于：所述步骤B中的多种特征参数，包括接收信号的场强值、接收信号的相位或相位差、来波到达时间差、小区或扇区的身份标识ID。

7.根据权利要求1或2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于：所述步骤C中，是对每一种特征参数的多个测量结果进行统计平均处理后，获得所述的每一种特征参数值像元对数据。

8.根据权利要求1或2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于：所述步骤D中，待定位的移动终端所测量的一种以上的特征参数，是由网络按避免多径效应的预定准则向移动终端发出的指示决定的。

9.根据权利要求1或2所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于所述步骤D中，在待定位的移动终端测量特征参数前进一步包括：

由移动终端或网络发出定位请求；

由网络向待定位的移动终端发出要求其测量一种以上特征参数的指示，该一种以上的特征参数包含在步骤B所确定的多种特征参数之内。

10.根据权利要求1所述的基于网络无线环境的移动通信定位方法，其特征在于所述步骤D中，所述的将测量结果与特征参数组@像元对数据库作映射，是由网络侧汇总分别由待定位移动终端和网络测量的一种以上特征参数的测量结果，并按预定准则进行映射。