CN1663299A - 决定行动单元速度与距离的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种方法及系统，其中，共享信道(例如信标信道)是扫过扇区小区的指定覆盖区域。闲置的无线传输及接收单元(WTRU)是保留永久信息，例如接收功率，及最后几个共享信道读数的接收时间。当无线传输及接收单元(WTRU)下一次存取时，这些信息会传送至网络，藉以决定无线传输及接收单元(WTRU)的位置、行进方向、及应用于无线资源管理的速度预估。

Description

决定行动单元速度与距离的方法及系统
技术领域
本发明是有关于无线通信系统。特别是，本发明是有关于利用数个智能型天线的移动电话系统，藉以决定无线传输及接收单元(WTRU)的速度及距离。
背景技术
在现有的无线系统部署中，无线传输及接收单元(WTRU)的速度及位置是利用各种不同方式决定。举例来说，全球定位系统(GPS)是可以应用于具备全球定位系统(GPS)功能的无线传输及接收单元(WTRU)。或者，无线通信网络亦可以应用三角量测技术，藉以决定无线传输及接收单元(WTRU)的速度及位置。各种技术通常都会具有无法避免的缺点。举例来说，全球定位系统(GPS)会大幅增加无线传输及接收单元(WTRU)的费用及复杂度。基本上，配备全球定位系统(GPS)的无线传输及接收单元(WTRU)是具有两个接收器的装置，其中，一个接收器乃是用来接入移动电话系统，而另一个接收器则是用来接收定位卫星的信息。额外接收器会增加电池消耗、并占用无线传输及接收单元(WTRU)的资源。
决定无线传输及接收单元(WTRU)位置的另一种方法则是应用三角量测技术，其将会需要额外的主要站台及/或各主要站台的额外硬件，藉以支持三角量测。
有鉴于此，本发明的主要目的便是提供一种改良式无线传输及接收单元(WTRU)追踪机制，藉以在与主要站台进行通信时，有效决定无线传输及接收单元(WTRU)的位置。
发明内容
本发明揭露一种方法及系统，其中，共享信道(例如信标信道)是扫过扇区化小区的指定覆盖区域。闲置的无线传输及接收单元(WTRU)是保留永久信息，例如接收功率，及最后几个共享信道读数的接收时间。当无线传输及接收单元(WTRU)下一次存取时，这些信息会传送至网络，藉以决定无线传输及接收单元(WTRU)的位置、行进方向、及应用于无线资源管理的速度预估。
附图说明
图1A是表示根据本发明原理的一种无线通信系统的简单示意图。
图1B是表示图1A无线通信系统的主要站台的覆盖区域的简单示意图。
图2是表示根据本发明原理的一种决定无线传输及接收单元(WTRU)速度及距离的方法的简单流程图。
图3是表示图1B覆盖区域的无线传输及接收单元(WTRU)的笛卡儿坐标表示法的范例。
具体实施方式
本发明将配合所附图式，详细说明如下。在本发明说明中，相同的图式符号是表示相同的组件。请参考图1A，其是表示一无线通信系统10，其中，这个无线通信系统10具有单一或数个主要站台14，且各个主要站台14均能够与数个无线传输及接收单元(WTRU)16进行通信。各个无线传输及接收单元(WTRU)16是与最接近的主要站台14、或具有最强通信信号的主要站台14进行通信。无线传输及接收单元(WTRU)16通常为已知的无线传输及接收单元(WTRU)，并且，可以是汽车电话或手持移动电话。通常，这类无线传输及接收单元(WTRU)亦可以称为移动电话单元。另外，主要站台则可以称为基站(BS)。
各个主要站台14是透过主要站台的天线21，经由覆盖区域100以广播及接收信号。这个天线21，经由其天线数组，是将这个天线的无线电发射图案调整为一光束24。这个光束24会扫过一覆盖区域100，如图1B所示。这个覆盖区域100是具有数个扇区S1、...、SN。利用固定网络或无线网络连结的网络路径26，基站控制器网络20是协调数个主要站台14的通信。这个无线通信系统10可以经由公用交换电话网络(PSTN)网络路径28，选择性地连接至公用交换电话网络(PSTN)22。虽然图1A的无线通信系统10是应用独立单元以实施网络路径26及主要站台14，但是，这些功能亦可以实体组合基站14，藉以形成一个”主控主要站台”。
请参考图1A及图2，无线传输及接收单元(WTRU)16是利用光束24扫过，藉以跨越主要站台14的覆盖区域100的单一或数个扇区(如步骤301所示)。无线传输及接收单元(WTRU)16是进行配置，藉以在闲置状态时监控单一或数个共享信道(如步骤310所示)，举例来说，利用主要站台14广播至整个覆盖区域100的信标信道。共享信道是进行设计，藉以在覆盖区域内提供各个无线传输及接收单元(WTRU)接收。当闲置(亦即：开启、但却未进行用户信息交换)的无线传输及接收单元(WTRU)16维持固定或在覆盖区域四处走动时，这个无线传输及接收单元(WTRU)16将会储存信标信道的相关信息(如步骤320所示)。这个储存信息可以包括：时间、信号路径损失、扇区识别码、信标传输功率、接收功率、及接收干扰位准。随后，这个无线传输及接收单元(WTRU)16便会将其自共享信道收集到的信息，上行连结传输至主要站台14(如步骤330所示)。随后，这个储存信息便可以提供基站控制器网络20利用，藉以决定移动电话的速度、距离、及方向(如步骤340所示)。
当这个无线传输及接收单元(WTRU)16取得一共享信道时，这个共享信道通常亦会具有这个主要站台14的信息，其亦可以协助这个基站控制器网络20，进而决定这个无线传输及接收单元(WTRU)16的位置。举例来说，这个基站控制器网络20会指示这个主要站台14，利用决定性方式，将光束24系统性地扫过整个覆盖区域100以涵盖全部扇区(如图1B所示)。另外，这个基站控制器网络20亦可以在共享信道后面附加一个扇区识别码或光束号码，藉以表示光束传输的扇区。随后，无线传输及接收单元(WTRU)16便可以将这个时间标记信息上行连结传输至基站控制器网络20。并且，这个基站控制器网器20亦可以利用这个无线传输及接收单元(WTRU)16的这个扇区识别码或光束号码及计算得到的路径损失，藉以计算这个无线传输及接收单元(WTRU)16相对于这个主要站台14的位置。这个路径损失是基于这个主要站台14的传输功率、及这个无线传输及接收单元(WTRU)的接收功率。随后，本发明便可以应用一适当环境模型，藉以补偿各种地区的效应。举例来说，若环境为农村，则这个基站控制器网络20便可以应用一农村环境模型以进行计算。
这个主要站台的位置是已知，且这个基站控制器网络20是可以将这个相对位置转换成一个绝对位置。应该注意的是，这个主要站台的位置并不是一个绝对位置，而是相对于某个已知参考点的相对位置(利用X、Y网格或笛卡儿坐标系统表示)。其中，X轴是表示东西方向、而Y轴是表示南北方向。通常，网格数值的单位是公尺或公里。请参考图3，其是表示一覆盖区域的无线传输及接收单元(WTRU)笛卡儿坐标表示法的范例。
为决定一个无线传输及接收单元(WTRU)的位置(WTRU_X，WTRU_Y)，本发明首先必须要计算这个主要站台的X坐标及Y坐标与这个无线传输及接收单元(WTRU)的X坐标及Y坐标间的ΔX距离及ΔY距离。这个无线传输及接收单元(WTRU)的X坐标WTRU_X可以利用等式(1)计算出来：
WTRU_X＝ΔX+PS_position_X                  (1)
其中，ΔX是这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的X距离，且PS_position_X是这个主要站台(PS)的X坐标。另外，这个无线传输及接收单元(WTRU)的Y坐标WTRU_Y可以利用等式(2)计算出来：
WTRU_Y＝ΔY+PS_position_Y                  (2)
其中，ΔY是这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的X距离，且PS_position_Y是这个主要站台(PS)的Y坐标。
接着，这个主要站台(PS)及这个无线传输及接收单元(WTRU)间的距离可以利用等式(3)计算出来：
Dis tan ce _ TO _ WTRU = ( ΔX 2 ) + ( ΔY 2 ) ; - - - ( 3 )
其中，ΔX是这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的X距离，且ΔY是这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的X距离。这个主要站台(PS)及这个无线传输及接收单元(WTRU)的方位角度可以利用等式(4)计算出来：
Azimuth(WTRU)＝tan-1(ΔY/ΔX)                      (4)
其中，Azimuth是以“度”为单位的方位角度。
请参考图3，其是利用笛卡儿坐标系统，表示相对于位于原点(0，0)的参考点(RP)32的覆盖区域范例。如图中所示，一个主要站台(PS)14是位于坐标(-5，2)，并且，一个无线传输及接收单元(WTRU)16是位于坐标(-1，5)。方位角度φ38是表示由这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的角度。为计算这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离，本发明首先要分别计算ΔX数值及ΔY数值。ΔX数值及ΔY数值分别是这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的X距离，及这个无线传输及接收单元(WTRU)至这个主要站台(PS)的Y距离，其可以利用路径损失、及已知主要站台(PS)传输功率及已知无线传输及接收单元(WTRU)接收功率计算得到。在这个例子中，ΔX数值等于4，且ΔY数值等于3。接着，等式(3)便可以用来计算这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离，亦即：5公尺。另外，这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的方位角度φ38则可以根据等式(4)计算得到，其大约等于39度。
这个距离的计算是取决于路径损失的计算及环境变量，诸如：大气条件。等式(5)是表示一种自由空间模型的典型传递，其是基于路径损失及环境因子以决定这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离。
Distance＝10〔Pathloss-32.4-20log(f)〕/20           (5)
其中，f是以百万赫(MHz)为单位的中心载频；Distance是以公里(KM)为单位的距离；pathloss是以分贝(dB)为单位的路径损失。另外，等式(6)是表示另一种平面地表传递模型，藉以计算这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离。
Distance＝10〔pathloss+20log(HbHm)〕/40             (6)
其中，Hb是基站天线的高度(公尺)；Hm是移动站天线的高度(公尺)；且Distance是以公尺(m)为单位的距离。再者，在另一种计算距离的方法中，等式(7)是表示一种路径损失计算的cost-231哈达模型(Hata model)。
Pathloss＝46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)-a(Hm)+(44.9-(6.55log(Hb)))*log(Distance)+Cm         (7)
等式(8)则是用以计算这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离：
Distance＝10(pathloss-46.3-33.9log(f)+13.82log(Hb)-a(Hm)-Cm)/(44.9-(6.55log(Hb)))
                                               (8)
其中，Hb是基站天线的高度(公尺)；Hm是移动站天线的高度(公尺)；f是以百万赫(MHz)为单位的中心频率；Distance是以公里(KM)为单位的距离；a是以分贝(Db)为单位的校正因子，用以表示小郊区移动站的天线高度，其可以利用等式(9)表示。
(Hm)＝(1.1logf-0.7)Hm-1.56logf+0.8             (9)
其中，Cm数值是随着郊区域农村环境而改变。在郊区环境模型中，Cm数值为0dB。在都市环境模型中，Cm数值为3dB。
当这个无线传输及接收单元(WTRU)在覆盖区域内四处走动时，这个基站控制器网络20便可以比较这个无线传输及接收单元(WTRU)16的光束24取得量测，藉以计算这个无线传输及接收单元(WTRU)16的速度及方向。举例来说，为得到近似的速度计算，等式(10)即是一个简单等式(诸如：位置变化附以时间变化)，藉以决定这个无线传输及接收单元(WTRU)16的速度。
Speed＝Δposition/Δtime                       (10)
其中，Δposition是表示位置变化，而Δtime则是表示时间变化。
另外，等式(10)亦可以展开为等式(11)。
Speed＝(Pn-Pn-1)/(Tn-Tn-1)                     (11)
其中，Pn及Tn是这个无线传输及接收单元(WTRU)16的目前位置及目前时间，而Pn-1及Tn-1则是这个无线传输及接收单元(WTRU)16的前一个位置及其关连时间。
应该注意的是，速度预测是取决于位置预测的精确度。若这个覆盖区域100过大、或这个无线传输及接收单元(WTRU)16靠近小区周围，则这些位置预测便可能会不够精确。然而，若覆盖区域100相对较小、或这个无线传输及接收单元(WTRU)16靠近小区中央，则这些位置预测便可能会高度精确。另外，扇区大小亦可能会影响到这些位置预测。另外，当扇区数目愈大，则覆盖区域亦可以切分为愈易定位的位置。
另外，为取得这个无线传输及接收单元(WTRU)16的方向，这个无线通信系统仅需要使用这个无线传输及接收单元(WTRU)16的目前位置及前一个位置。首先，这个主要站台(PS)14至这个无线传输及接收单元(WTRU)16的距离可以利用上列等式计算，如图3所示。
为达成最有效的资源指派，本发明会在这个无线传输及接收单元(WTRU)16首先进入覆盖区域100时，产生这个无线传输及接收单元(WTRU)16的位置预测及速度预测。这可以让这个基站控制器网络20能够利用同意算法、并且有效指派通信资源。
在另一个较佳实施例中，这个无线通信网络可以利用邻近的主要站台及邻近的小区，藉以更精确地预测这个无线传输及接收单元(WTRU)16的位置。当这个无线传输及接收单元(WTRU)16存取一个主要站台14时，这些通信可能会利用邻近的主要站台14监控，其亦可能会使用适应性的天线接收器。随后，这些连结的接收主要站台便可以利用简单的三角量测技术，藉以更精确地计算这个无线传输及接收单元(WTRU)16的位置。
在另一个较佳实施例中，这个无线传输及接收单元(WTRU)16可以采用三个或更多个无线传输及接收单元(WTRU)信标量测，并将这些量测回报给这个无线通信系统。如此，这个无线传输及接收单元(WTRU)16的速度及方向便可以得到更精确的计算。
虽然本发明已利用较佳实施例详细说明如上，但是，熟习此技术人士亦可以在不违背本发明精神及范围的前提下，对本发明的较佳实施例进行各种变动。因此，本发明的保护范围将以权利要求的范围为准。

Claims (11)

1.一种通信系统，具有数个无线传输及接收单元(WTRU)，该通信系统是包括：
一接收器，其是配置以在一闲置状态时监控一选定信道；
一内存，用以储存该选定信道的相关信息；
一传输器，用以在一适当时间，传送该无线传输及接收单元(WTRU)的该储存信息；以及
利用该储存信息以计算各该等无线传输及接收单元(WTRU)的一速度及距离的装置。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该传送步骤更包括传送前三个无线传输及接收单元(WTRU)存取的信息。
3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该信息至少是包括下列信息之一：路径损失、扇区识别码、取得功率及时间。
4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该共享信道是包括一独有的扇区识别码。
5.如权利要求3所述的通信系统，其特征在于，该路径损失是由一农村或一郊区环境因子决定。
6.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该距离是根据一cost-231哈达模型(Hata model)计算。
7.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该距离是根据一平面地表传递模型计算。
8.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该距离是根据一自由空间模型计算。
9.一种决定一无线传输及接收单元(WTRU)速度、方向、及距离的方法，其是跨越单一或数个扇区，其中，各个扇区是具有至少一共享信道，该方法是包括下列步骤：
在一闲置状态时监控各跨越扇区的该至少一信道；
储存各信标信道的相关信息；
在一适当时间，传送该无线传输及接收单元(WTRU)的该储存信息；以及
利用三角量测技术及该储存信息，计算该无线传输及接收单元(WTRU)的速度及距离。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该传送步骤更包括传送至少前三个无线传输及接收单元(WTRU)存取的信息。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该信息至少是包括下列信息之一：路径损失、扇区识别码、取得功率及时间。
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