CN1731893A - 利用分布式天线对移动终端进行定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，属码分多址移动通信技术领域。为解决现有移动终端定位方法成本高，实现复杂且测量精度低所存在的问题和不足。本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法通过网络侧实现对定位参数的测量和对移动终端位置的计算，该方法具体为，基站测量出移动终端上行专用物理信道信号到达所述基站控制的至少3个分布式天线的时间差；通过时间差以及已知的所述基站到各分布式天线的距离，计算出移动终端到所述分布式天线的距离差；由此可在所述每两条分布式天线之间确定一条双曲线；通过至少2条双曲线的交汇区域估计出移动终端的位置。本发明具备成本低，高效，定位精度高，易于实现的优点。

Description

利用分布式天线对移动终端进行定位的方法

技术领域

本发明涉及码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)移动通信技术领域，具体地说涉及一种码分多址通信系统中基于网络侧对移动终端进行定位的方法。

背景技术

随着移动通信技术和网络的不断发展，用户数量的不断增多，信息服务的内容与形式日益增加，人们对于位置信息的需求不断扩大，推动了定位技术的研究及其定位系统的发展使其成为当前的研究热点，特别是利用移动终端与无线网络配合进行地理位置测量是近年来移动通信应用发展的新方向。确定用户的实际地理位置，从而提供用户所需的位置信息，根据位置信息提供一些与位置相关的服务信息，如附近的医院，交通，银行，酒店，学校，购物中心，紧急救援等方面信息的查询服务。这些信息服务，为我们的工作和日常生活带来了很大方便，在高速发展的信息时代，基于位置服务的技术将有更大的应用空间。

移动终端定位技术大致分为四种类型：场强定位法、基于电波入射角的定位法(AOA，Angel of Arrival)、全球定位系统辅助定位法(GPS，Global PositioningSystem)、基于电波传播时间的定位法——波达时差法(TDOA，Time Difference ofArrival)。

场强定位法是通过测量信号的电平来计算距离，但是由于电平的波动较大，测量精度很差，几乎无法使用；基于电波入射角的定位法是在接收机通过天线阵列测出电波的入射角，从而构成一根从接收机到发射机的径向连线，即测位线，待定位发射机的二维位置坐标可由两根测位线的交点获得，但由于多径效应的存在使得入射角度估计不准确，因而利用入射角信息的定位方法很少单独采用；GPS辅助定位法是在移动终端中增加GPS模块，此种方法精确度较高但大大增加了移动终端的成本、体积和重量，且在室内无法使用；TDOA法是采用计算基站信号到达移动终端的时间差或移动终端信号到达基站的时间差获得移动终端的位置信息，由于此种方法只需增加少量的软硬件，实现简便且成本较低，已成为当前的研究热点。

目前，TDOA法主要分为两种：一种为基于移动终端的定位技术，由移动终端接收下行信号并计算其时间差；另一种为基于网络侧的定位技术，由网络侧来实现对定位参数的测量和对移动终端位置的计算。

但由于基于移动终端的定位技术需要改动现有手机基带处理的硬件和软件结构，增加了手机开发的复杂度。而基于网络侧的定位技术只需在网络侧增加测量和定位的软件模块，并不需要改变现有手机的硬件结构，对非接入层(NAS，Non-AccessStratum)软件做较小改动即可实现定位技术，有效降低了具有定位功能手机的开发和生产成本，因此无论在成本还是实现复杂度方面后者均优于前者，使得基于网络侧的定位技术更易于推广应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有移动终端定位方法成本高，实现复杂且测量精度低所存在的问题和不足，提供一种成本低，高效，定位精度较高，易于实现并且适于推广应用的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：该利用分布式天线对移动终端进行定位的方法通过网络侧实现对定位参数的测量和对移动终端位置的计算，该方法包括如下步骤：

(1)基站(Node B)接收到对移动终端的定位测量请求后，测量出移动终端上行专用物理信道信号到达所述基站控制的3个或3个以上分布式天线的时间差；

(2)基站通过步骤(1)中的时间差以及已知的所述基站到各分布式天线的距离，计算出移动终端到所述分布式天线的距离差；

(3)根据步骤(2)中的距离差，可在所述每两条分布式天线之间确定一条双曲线；

(4)通过步骤(3)确定的2条或2条以上双曲线的交汇区域估计出移动终端的位置。

通过本发明上述技术方案对移动终端(UE，User Equipment)进行定位，只需对基站侧增加测量和定位的软件模块，而不需改变UE的硬件结构，从而大大降低由于进行定位功能所产生的UE硬件及软件成本。该方法对UE进行定位耗时短，占用资源少，降低了UE功耗，延长了其待机时间，同时可以兼容没有定位功能的UE并可满足其定位需求，是一种高效的，低成本的定位方案，从而为与位置相关的信息服务提供了精度较高的位置信息。

附图说明

图1是本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法中分布式天线覆盖范围及与UE间的信号链路示意图；

图2是本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法中利用分布式天线对移动终端进行定位的示意图；

图3是本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法中基于网络侧的定位算法示意图；

图4是本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法中UE处于待机状态并主动发起定位测量请求获得位置信息服务的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明的技术特征和功能特色，目的是能够更好地说明本发明，但不是用来限制本发明的保护范围。

参见图1、图2和图3，本发明利用分布式天线对移动终端进行定位的方法通过网络侧实现对定位参数的测量和对移动终端位置的计算，该方法包括如下步骤：

(1)基站接收到对移动终端的定位测量请求后，测量出移动终端上行专用物理信道信号到达该基站控制的3个或3个以上分布式天线的时间差即测量天线1与天线2之间的时间差Δτ_1，2，天线1与天线3之间的时间差Δτ_1，3，……，天线1与天线n的时间差Δτ_1，n-1，参见图3，实线表示UE到分布式天线的上行专用物理信道信号，虚线表示与该基站相关联的分布式天线，该步骤(1)具体为，利用下式基站将所述分布式天线的接收信号与移动终端扩频码进行相关处理，

$c_i\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{T}{\∫}_1^T{e}_i\left(t\right){\mathrm{gg}}_k(t+\mathrm{\τ})\mathrm{gdt},i=1,...,n---\left(1\right)$

其中g_k(t)表示需要定位的移动终端k的扩频码，e_i(t)表示第i根分布式天线上的接收信号，c_i表示通过门限判决得到该信号峰值的信号延时，再将各峰值的信号延时作减法处理得到TDOA法中上行专用物理信道信号到达所述分布式天线的时间差估计值Δτ_1，2，Δτ_1，3，……Δτ_1，n-1；

(2)基站通过步骤(1)中的时间差以及已知的基站到各分布式天线的距离，利用TDOA法计算出移动终端到所述分布式天线的距离差；

采用TDOA法进行定位的算法具体如下：

分布式天线的地理位置是已知的，设它们的坐标分别是：天线(Antenna)1(x₁，y₁)，天线2(x₂，y₂)，……，天线n(x_n，y_n)，UE的地理位置坐标是(x，y)，v是电波传输的速度。那么

UE与天线1的距离L₁为

$L_1=\sqrt{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2}$

UE与天线2的距离L₂为

$L_2=\sqrt{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2}$

_

UE与天线n的距离L_n为

$L_n=\sqrt{{(x-x_n)}^2+{(y-y_n)}^2}$

Node B与各个天线间的电信号传播时延差也将影响定位的精度，因此需考虑此方面因素。Node B与天线1，天线2，……，天线n间的距离分别是d₁，d₂，…，d_n，电信号从天线经过传播介质如光缆或同轴电缆等，传送到Node B的时间是与电信号在介质中的传播速度相关的，所需时间分别设置为t₁，t₂，…，t_n，其中

t₁＝d₁/v_介质

t₂＝d₂/v_介质

_

t_n＝d_n/v_介质

因此，移动终端到所述分布式天线的距离差可以表示为

上式中，只要网络布好后，d₁，d₂，…，d_n以及v_介质便是已知的，由此计算出电信号从各分布式天线到Node B的时间，再将通过公式(1)计算出的各峰值的信号延时作减法处理得到的Δτ_1，2，Δτ_1，3，……Δτ_1，n-1代入公式(2)，计算出移动终端到所述分布式天线的距离差。

(3)根据步骤(2)中的距离差，在所述每两条分布式天线之间确定一条双曲线；

(4)通过步骤(3)确定的2条或2条以上双曲线的交汇区域估计出移动终端的位置。所述移动终端的位置精度可通过增加分布式天线的个数来提高，即增加双曲线的条数来提高位置测量精度。

在上述步骤完成后，Node B将位置测量的结果发送至无线网络控制器(RNC，Radio Network Controller)，并由该RNC将测量结果发送至位置测量请求方；若请求方为UE，则在接收到RNC发送的位置测量结果后，将包含有位置测量结果的位置相关服务请求发送至核心网(CN，Core Network)，CN利用该位置信息到位置服务器进行匹配，并将匹配到的位置服务信息发送至所述UE；若请求方为网络侧，则由CN直接进行位置匹配，并直接输出或转发匹配结果。

该移动终端的定位测量请求可以由网络侧发起也可以由UE发起，但不管哪种情况在使用网络侧测量UE位置时，Node B都需要接收UE的上行专用物理信道信号，因此要求在进行定位测量前UE处于小区专用信道(Cell_DCH)状态下。下面分别讨论UE处于各种状态下的情况：

对于UE已处于Cell_DCH状态下，不论是UE还是网络侧主动发起定位测量请求，只需要通过专用控制信道(DCCH，Dedicated Control Channel)传递该信令即可启动Node B完成位置测量。

对于UE处于小区前向接入信道(Cell_FACH)状态下，如果UE主动发起定位测量请求，则通过向网络侧发请求信令，再由网络侧发送传输信道重配置信令，使UE建立专用信道，即进入Cell_DCH状态；如果网络侧主动发起定位测量请求，则先通过下行DCCH发送传输信道重配置信令给UE，使UE建立专用信道，即进入Cell_DCH状态；

对于UE处于小区寻呼信道(Cell_PCH)和注册寻呼信道(URA_PCH)状态下，如果UE主动发起定位测量请求，则通过小区更新(Cell Update)过程进入Cell_DCH状态；如果网络侧主动发起定位测量请求，则先通过寻呼过程使UE发起Cell_Update过程进入Cell_DCH状态；

对于UE处于待机(IDLE)状态下，如果UE主动发起定位测量请求，则通过无线资源控制(RRC，Radio Resource Control)连接建立(Connection Establishment)过程进入Cell_DCH状态；如果网络侧主动发起定位测量请求，则先寻呼UE，由UE通过RRC Connection Establishment过程进入Cell_DCH状态。

参见图4，下面就UE处于IDLE状态由于需要位置信息服务而主动发起定位测量请求并获得位置信息服务的过程说明如下：

当用户需要获得周围环境信息服务时，处于IDLE状态的UE发起随机接入过程；

首先，UE通过与网络侧的信令交互，建立上下行专用信道，使UE进入CELL_DCH状态并向RNC发送定位测量请求；RNC在收到该信令后，向UE发送定位测量请求确认信令并向Node B发送启动定位测量信令。

Node B在收到启动定位测量信令后，测量UE上行专用物理信道(DPCH，Dedicated Physical Channel)到达该Node B控制的3个或3个以上的分布式天线测量的时间差，该步骤具体为，通过公式(1)基站将所述分布式天线的接收信号与移动终端扩频码进行相关处理，并得到该信号峰值的信号延时，并将各峰值的信号延时作减法处理得到Δτ_1，2，Δτ_1，3，……Δτ_1，n-1；Node B将Δτ_1，2，Δτ_1，3，……Δτ_1，n-1和已知的各个天线的地理位置代入公式(2)，得到UE到所述分布式天线的距离差并由此在所述每两条分布式天线之间确定一条双曲线，根据2条或2条以上双曲线的交汇区域估计出UE的位置。

在完成上述步骤后，Node B将UE的位置测量结果发送至RNC，并由该RNC将该结果发送至UE；UE将位置测量结果设置在NAS的位置相关服务请求中并发送至CN；CN利用该位置测量结果到位置服务器进行匹配，并将匹配到的位置服务信息发送至UE。

上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，该方法通过网络侧实现对定位参数的测量和对移动终端位置的计算，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)基站接收到对移动终端的定位测量请求后，测量出移动终端上行专用物理信道信号到达所述基站控制的3个或3个以上分布式天线的时间差；

(2)基站通过步骤(1)中的时间差以及已知的所述基站到各分布式天线的距离，计算出移动终端到所述分布式天线的距离差；

(3)根据步骤(2)中的距离差，可在所述每两条分布式天线之间确定一条双曲线；

(4)通过步骤(3)确定的2条或2条以上双曲线的交汇区域估计出移动终端的位置。

2.如权利要求1所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述定位测量请求方为所述移动终端或网络侧。

3.如权利要求2所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，在上述步骤完成后，该方法还包括：

基站将位置测量的结果发送至无线网络控制器，并由该无线网络控制器将测量结果发送至位置测量请求方；若请求方为移动终端，则在接收到无线网络控制器发送的位置测量结果后，将包含有位置测量结果的位置相关服务请求发送至核心网，核心网利用该位置信息到位置服务器进行匹配，并将匹配到的位置服务信息发送至所述移动终端；若请求方为网络侧，则由核心网直接进行位置匹配，并直接输出或转发匹配结果。

4.如权利要求1或2所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述步骤(1)中基站测量移动终端上行专用物理信道信号到达所述分布式天线的时间差，具体包括如下步骤：

(a)基站对所述分布式天线的接收信号与所述移动终端扩频码进行相关处理，得到该峰值的信号延时；

(b)再将各峰值的信号延时作减法处理得到移动终端上行专用物理信道信号到各分布式天线的时间差。

5.如权利要求4所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述步骤(a)基站对所述分布式天线的接收信号与所述移动终端扩频码进行相关处理具体为，利用 $c_i\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{T}{{\∫}_1^{T}e}_i\left(t\right)g{g}_k(t+\mathrm{\τ})\mathrm{gdt},i=1,...,n$ 对所述分布式天线的接收信号与所述移动终端扩频码进行运算，由此得到所述信号峰值的信号延时；其中g_k(t)表示所述移动终端k的扩频码，e_i(t)表示第i根分布式天线上的接收信号，c_i表示通过门限判决得到的所述信号峰值的信号延时。

6.如权利要求1或2所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述步骤(2)中基站计算移动终端到所述分布式天线的距离差的计算方法具体为波达时差法。

7.如权利要求1或2所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述步骤(1)中基站接收移动终端的信号为上行专用物理信道信号，即移动终端须处于小区专用信道状态；若移动终端处于小区前向接入信道、小区寻呼信道、注册寻呼信道或待机状态时，则通过信道类型切换使移动终端进入小区专用信道状态。

8.如权利要求1或2所述的利用分布式天线对移动终端进行定位的方法，其特征在于，所述移动终端的位置精度可通过增加分布式天线的个数来提高，即可通过增加测量用的双曲线的条数来提高位置测量精度。

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