CN1864430A - 移动台的位置确定的方法 - Google Patents

Abstract

在蜂窝通信网络(10)中，例如由发射机(7A－G)将包括虚拟基站标识数据的附加控制信号从明确定义的地点分布到无线电网络中。由于在每个虚拟基站标识数据与从中发射该标识数据的地点之间存在联系，因此移动终端(6)可以根据常规过程使用该信息来改进其位置估计。因此不需要修改移动终端(6)。移动终端(6)不能利用虚拟基站标识数据连接到通信系统(10)，因为该数据仅仅打算用于位置估计的目的。这样，可以使得用于提供改进的位置估计所需的附加信息的装置非常简单且廉价。

Description

移动台的位置确定的方法

技术领域

本发明一般而言涉及蜂窝通信系统，并且具体地涉及在这种系统中移动终端的位置的估计。

背景技术

确定移动装置的位置的可能性已经使得应用开发商和无线网络运营商能够提供基于位置和位置感知(aware)的业务。这些的实例是引导系统、购物助理、朋友探寻器和其它给予移动用户关于他们周围环境的信息的信息业务。

除了商业业务以外，一些国家的政府还对网络运营商提出了能够确定紧急呼叫的位置的要求。例如，美国的政府要求(FCC E911)需要网络运营商必须能够确定某个百分比的所有紧急呼叫的位置。就这些要求而言，室内环境与室外环境没有差别。

在室外环境中，可以利用位置确定的外部方法来进行位置估计，例如基于GPS(全球定位系统)的方法，象辅助GPS(A-GPS)。还可以使用无线网络本身进行位置估计。利用无线网络的方法可以分成两个主要组。第一组包括基于移动终端所附属的无线电小区的方法，例如通过使用小区ID。第二组利用对来自一些基站(BS)的无线电信号的测量，并利用例如时间差(TD)确定终端位置。

为了能够连接到移动网络或在连接时执行切换(handover)，移动终端通常持续测量可用信号，这些可用信号不仅来自自身的基站，而且还来自其它基站。这些信号通常是打算测量无线电传输条件的控制信号，该控制信号除了包含数据外，还包含关于如何建立与发射基站的连接的信息。特别是，控制信号包括数据，该数据单独地或者与发射控制信号的载波的频率组合构成基站标识数据。因而移动终端可以获得发射基站的标识和无线电条件的估计。移动终端通常在GSM(全球移动通信系统)的邻居列表中编辑该信息，将其作为消息传送给网络。

位置估计可以基于邻居列表中的测量。然后结合关于基站确切位置的知识来利用距无线电基站的距离与无线电条件之间的关系。基站位置在通信网中是已知的。这意味着邻居列表可容易地用于根据不同算法的位置估计。位置估计的精度通常与小区的大小成比例。

三角测量或时间差(TD)的方法利用了与两个或更多个不同基站相关联的信号。这些信号用来计算位于基站中的移动终端的位置或者相距该基站的距离。该计算基于信号在终端与不同基站之间传播所花费的相对或绝对时间差。TD方法可达到的精度取决于系统体系结构、物理条件和无线电条件。通常，移动电话系统中TD方法的精度为50至150米。TD方法还是比较消耗时间和资源的。

指纹(fingerprinting)方法利用了所有位置或多或少具有已接收无线电信号的唯一特征签名的事实。这是建筑物和障碍物的多径和反射的结果。通过在数据库中存储不同位置的特征无线电签名，有可能通过将接收的信号的签名与数据库中存储的签名进行比较来确定装置的位置。指纹方法需要始终更新的数据库。好的结果通常依赖于能够匹配来自若干不同源或基站的信号。

位于室内的终端通常具有与覆盖周围室外区域的基站的连接，该终端在室内接收的信号质量低于该终端在室外接收的信号质量。为了改善室内覆盖情况，许多较大的建筑物装备有室内移动电话系统。室内系统通常由一个基站和分布式天线系统或漏泄电缆天线组成。对于覆盖大区域的建筑物，通常使用中继器。这导致整个建筑物表现为一个大无线电小区，并且不可能确定终端位于建筑物的什么位置。此外，由于来自位于室外的基站的信号弱，因此利用例如三角测量的更高级的方法通常不能应用。

一种简单的解决方案是利用一个用于定位的附加系统，即一个不基于任何移动电话系统的系统。这可以是室内GPS系统、WLAN(无线局域网)或基于蓝牙的系统、或者某一其它的传感器解决方案。然而，这样的系统需要附加的复杂设备，并且终端还必须装备有特殊的硬件和/或软件，这使得该解决方案昂贵。

另一种简单的解决方案是增加室内基站的数量，由此减少小区的大小。然而，基站是一台昂贵的设备，因此这样的解决方案的成本将非常高。

在公布的美国专利申请US 2003/0008664 A1中，公开了一种用于在具有中继器的无线电系统中估计终端位置的方法和设备。为每个中继器发射一个专用标识码。终端装备有用于接收并解释这些代码的硬件和/或软件。在CDMA系统的优选实施例中，可以利用专门为中继器标识保留的以规定偏移的伪噪声序列来实现该标识码。然后可以利用中继器标识来提供改进的位置估计。这样一种解决方案具有下述缺点，即它通常在终端中需要能够识别专用标识码的附加软件以及不同通信标准的附加物，即使一些特殊的解决方案也许可能存在于这些标准的现有框架之中。

发明内容

在现有技术的解决方案中，位置估计的改进的精度与昂贵的附加设备的大的投资相关联。此外，一些解决方案需要把特殊的硬件或软件添加到移动终端中，这意味着已经出售的所有终端或者将不可能定位，或者它们必须被升级。而且，优选的是解决方案可工作于目前或近期的标准。

因此，本发明的一个目的是提供具有改进的精度的移动终端的位置估计，其涉及附加设备的有限的投资。本发明另一个目的是提供在现有蜂窝标准不需要任何改变并且不需要新的或更新的移动终端的方法和装置。本发明的又一个目的是提供适于被包含在涉及分布式天线系统、漏泄电缆天线的系统中和/或在包括中继器的系统中的改进的位置估计。本发明的又一个目的是提供室内系统的改进的位置估计。本发明的再一个目的是提供给予快速响应的位置估计。

上述目的是由根据所附的专利权利要求书的装置和方法实现的。一般而言，在无线电系统中，从明确定义的地点来分布包括虚拟基站标识数据的附加控制信号。在每个虚拟基站标识数据与从其中发射该标识数据的地点之间存在着联系，并且移动终端可以利用该信息来改善根据常规过程的它的位置估计。由于虚拟基站标识数据是以与常规基站标识数据相同的格式提供的，因此根本不需要对移动终端进行修改。然而，移动终端不能利用与虚拟基站标识符相关联的小区来连接到通信系统，因为该数据仅仅打算用于位置估计的目的。这样，可以使得用于提供改进的位置估计所需的附加信息的装置非常简单且廉价。

移动终端不能先验地区分虚拟基站标识数据与真实基站标识数据。因此在本发明的优选实施例中，甚至禁止移动终端尝试利用与虚拟基站标识数据相关联的小区来连接到通信系统，或者至少减少移动终端打算连接的概率。明确地表示这种禁止的数据可以与虚拟基站标识数据一起被传送。减少连接尝试概率的另一种可能是以这样的方式来控制携带虚拟基站标识数据的控制信号的功率和/或质量，即移动终端仅仅不选择虚拟基站标识数据来用于连接的目的。

本发明可应用于任何蜂窝通信系统，但是尤其非常适于在室内系统中实施，特别是使用分布式天线系统、漏泄电缆天线和/或中继器的这样的系统。

与现有技术解决方案相比，本发明具有许多优点。因为本发明以一种新方式来利用已经存在的广播数据的类型，所以所提出的实施例可以容易和廉价地引入已经存在的系统中，因为附加功能或装置的复杂性低。此外，已经出售的移动终端可以与所提出的系统一起使用而根本不用任何修改。在作出位置估计的请求与从中得到结果之间的延迟也是非常低的，因为该终端在一些实施例中可以确定它自己的位置而不用向系统发送请求。

附图说明

通过参考以下描述与附图可以最好地理解本发明及其本发明的更多的目的和优点，其中：

图1是蜂窝通信系统的示意图；

图2是邻居列表的典型内容的图示；

图3是根据现有技术的分布式天线系统的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的分布式天线系统的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的一般蜂窝通信系统的示意图；

图6是根据本发明一个实施例的漏泄电缆天线系统的示意图；

图7是根据本发明另一实施例的分布式天线系统的示意图；

图8是根据本发明另一实施例的漏泄电缆天线系统的示意图；

图9是根据本发明一个实施例的使用中继器的通信系统的示意图；

图10是根据本发明再一实施例的分布式天线系统的示意图；

图11是根据本发明再一实施例的漏泄电缆天线系统的示意图；

图12A和图12B是有益于本发明的移动终端的实施例的框图；

图13是有益于本发明的基站的实施例的框图；以及

图14是说明根据本发明的方法的实施例的主要步骤的流程图。

具体实施方式

为了充分理解本发明的操作，首先简要回顾一下蜂窝网络中的一般位置估计。

图1中示意性示出的蜂窝网络10的基本思想是把网络构建为小区4A-J的网格，其中每个小区4A-J是由一个无线电基站2A-J覆盖的区域。通信经由不同的无线电资源来进行。为了避免移动电话6与邻居小区中的无线电基站2A-J之间的干扰，移动电话6与基站2A-J之间的通信使用不同资源，即例如频率或代码的略微不同的配置或设置。这些资源或“配置”的数量是有限的。在GSM系统中，资源是由有限数量的容许载频构成的，并且它们用来分离不同小区的通信。在WCDMA(宽带码分多址)系统中，资源的特征是有限数量的不同代码。有限数量的无线电资源的结果意味着，精心地规划网络10是重要的。

移动台(MS)、移动电话、移动终端和手机都涉及要被定位的装置。这些术语在本公开中将用作等同表达。该装置通常是移动电话、手持计算机(即所谓的个人数字助理(PDA))或者装备有蜂窝或移动网络的无线电接收机的其它装置或设备。

在大多数蜂窝网络10中，移动终端6连续测量无线电信号的接收条件。其原因有几个。一个是能够修改传输功率，以便避免以不必要的高传输功率发送。一般而言但不是必需的，具有最佳无线电条件的无线电基站是用来连接到蜂窝网络的基站。具有最佳无线电条件的基站在大多数情况下还是其位置最接近移动电话6的基站。在图1中，移动电话6经由基站2F连接。因此移动电话6位于该特定基站2F的小区4F内。无线电小区被定义为基站周围的区域，在该区域中，所述基站是具有对移动电话最佳无线电连接的基站。由于蜂窝网络知道与基站相关联的传输点的位置，因此具有最佳无线电条件的基站的标识还给出移动电话的近似的位置估计。小区的大小与基站的密度成比例。因此在图1中可以推断出移动电话6存在于小区4F中。

为了知道与哪个基站连接，移动电话持续测量从其它基站发送的信号。这些信号是打算测量移动电话与基站之间的无线电条件的特定控制信号。除了其它数据外，该信号还包含关于如何建立与发送信号的基站的连接的信息。如上所述，邻居小区中的通信是通过具有略微不同配置的链路进行的，以便避免干扰。控制信号通常通过使用这些不同配置来进行发射。作为一个实例，在GSM中，来自一个基站的控制信号是在与从邻居基站发送的控制信号不同的频率上发送的。然而，相距很远的基站可以以重用的方式使用相同的频率。为了能够使与不同小区相关联但在相同频率上发送控制信号的多个基站彼此分离，控制信号还包含使得有可能区分来自一个基站的控制信号与来自另一基站的控制信号的其它信息。该信息单独地或者与控制信号的频率组合来提供识别特定基站的可能性。换言之，控制信号包括基站标识数据。在GSM中，所谓的色码(colour code)用来将不同的基站彼此分离。

网络通常通知移动终端在附近存在哪些基站。移动电话于是得知所要寻找的控制信号。如果待测量的信息是不可访问的，则移动电话还可以测量来自所有其它基站的信号。这可以是这样一种情况，即例如用户的运营商没有覆盖该区域，但是其它运营商覆盖了该区域。从基站发送的控制信号的测量结果通常以编辑方式存储在移动终端中。这样的邻居基站的列表或者至少对应于这种列表的数据在移动终端中保持更新，并且通常被称为邻居列表。

图2中示出用于图1的情形的这样的邻居列表的实例。该列表是基于无线电条件的质量来分类的，其中具有最佳无线电条件的基站在列表的顶部。列表的每行100指的是一个特定基站。在该实例中，第一列102包括基站的标识。第二部分104包括附加信息。在本实施例中，第二列105包括一般信息。第三至第五列106-108包括与例如与每个基站的无线电条件的质量测量相关联的数据、信号质量、禁止标记或对于切换判定重要的类似数据。

这种列表的测量被连续传送给基站，以使网络关于无线电条件保持更新。基站或者连接到基站的任何网络服务器由此可以检索任何连接的移动终端的邻居列表的内容。

在本公开中，措辞“位置”和“地点”将被使用。位置打算指作为坐标或度(例如WGS-84基准)给出的地理位置。它还可以包含方向和/或航向、速度、加速度等。位置还可以作为相对测量被给出。地点是由设施或地方(或与其有关)的类型定义的更主观的位置。地点的实例是：“军事区/设施”、“医院”、“办公室”、“剧院”、“在紧急出口附近”。措辞“地点”被假定为还包括由“位置”所包括的地点。

最普通的位置估计是把近似位置确定为在具有与移动终端的最佳无线电连接的基站的小区之内，即在邻居列表的顶部的基站。在图1中，这意味着有可能以某一概率推断出移动电话6位于小区4F中。对于不同的算法来使用邻居列表中的若干项意味着可以计算出比移动电话所在小区更好的精度。在图2中看到，基站2G在邻居列表中具有第二位置。于是移动电话很有可能位于图1中用虚线标注的面向小区4G的60°扇区中。此外，由于基站2I是邻居列表中的第三项，因此移动终端6还有可能位于最接近小区4I的扇区的一半位置处。此外，通过考虑例如信号强度比等来实现附加的精度。

把邻居列表转换到位置和/或地点估计的转换或计算可以在蜂窝系统中或在终端中进行。如果位置估计在系统中(例如在网络服务器中)进行，那么移动终端必须把邻居列表或者与其对应的测量发射给无线电基站。如果移动终端自身执行估计，则估计可以在基本概念上例如包括以例如小区ID形式的最接近基站的确定。这样的位置信息在某些情况下可以足以支持基于位置确定的许多业务。然而，如果要估计实际的地理位置，则移动终端首先需要关于特定的周围环境的信息。这种信息应当至少包含不同基站的已知位置，并且可以例如从涉及待测量基站的指令中推断出。可以特定于地点、建筑物或周围环境的其它信息也会是有用的。有关例如特定建筑物的这种特定信息可以包括地图信息，据此有可能从位置确定中排除移动终端不可能在的某些区域。例如显然最可能的是，移动终端不在建筑物的墙内或悬浮在离地面10米高的空中。

蜂窝系统中的室内覆盖质量通常低于室外。因此，许多大建筑物具有它们自己的本地小区。图3示出典型的现有技术的系统。一个单基站8服务包括多个分布在室内区域的天线14的分布式天线系统。可以存在中继器12以便在分布期间增强信号。由于所有天线都提供相同的信息，因此移动终端6经历了所有天线14，这些天线一起作为一个与一个单个小区4相关联的发射系统。此外，由于移动终端6不知道它正在与哪个天线通信，因此如上所述的精确的位置估计不太可能良好运行。改进位置估计精度的一个方式是提供更小的小区。

在本发明中，分布式天线系统以及漏泄电缆系统和由中继器或任何有源部件馈给的子系统被认为尤其非常适于实施本发明。术语“天线”通常用于分布式天线系统中的天线，但是还用于漏泄电缆天线上的漏泄电缆的一部分。

用于室外覆盖的典型的与基站的不良连接使得难于或甚至不可能使用位于室外的基站以用于三角测量的目的。由于经常只有一个基站用于室内覆盖，因此不可能使用用于位置确定的内部室内三角测量。在遍布在大区域(例如机场)的一些建筑物中使用了中继器。于是小区甚至变得更大，从而导致移动电话在连接到该小区时的区域非常大，即位置估计精度变低。

基于邻居列表的位置估计的精度基本上与小区大小成比例。较小的小区通常将提供更好的位置估计。然而，小区由基站控制，而基站通常非常昂贵。然而，用于位置估计的基站的功能是非常有限的。实际上，只要包括基站标识数据的控制信号从明确定义的位置发射，就足以执行定位例程。本发明基于该理解，并因此引入“虚拟”基站或者至少提供发射“虚拟”基站标识数据。

本发明可应用于大多数蜂窝通信网络。然而，目前认为特别有利的是本发明应用于位于分布式天线系统、漏泄电缆系统或由中继器馈给的子系统中的移动终端的位置估计。根据本发明的位置确定方法的精度取决于例如实施本发明的建筑物或环境和其它先决条件以及各种客户要求。然而，20-50米的位置精度被认为是现实的。本发明可以有利地用来定位位于室内系统、地下铁路系统(地铁)和连接到蜂窝宏系统的子系统(例如使用中继器连接到宏无线电小区的隧道)中的移动终端。

根据本发明的定位方法的目标主要是在蜂窝移动无线电系统中定位。GSM是在本公开中给出的示例性实施例中使用的移动无线电话标准。然而，本发明还可应用于其它蜂窝移动无线电系统以及它们的相关标准，比如基于TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、宽带CDMA(WCDMA)和TDD(时分双工)技术的其它无线电标准。

本发明的基本构思是把一个较大的小区分成若干较小的虚拟小区，在每个所述特定虚拟小区不受某个无线电基站管理和控制的意义上，该虚拟小区不是真实的无线电小区。虚拟小区而是被定义为与某个虚拟基站标识数据相关联，该虚拟基站标识数据又与某个位置相关联。通过从相关联的位置发射的不同控制信号来把虚拟基站标识数据提供到无线电接口中。虚拟小区由此作为附加控制信号的结果而出现，但是属于已经存在的类型，发射该附加控制信号的唯一目的是用于位置估计。

一般而言，“虚拟”用来描述信号或装置仅仅在某些方面看来是真的信号或装置。在本公开中，这样的方面是确定移动终端的位置的目的。在其它方面，“虚拟”装置或信号不作为那种类型的真实的信号或装置来操作。作为一个实例，“虚拟”控制信号不是对应于真实小区和基站的信号，而是仅仅发出用来位置估计的信号。以类似的方式，“虚拟”基站可以是发送“虚拟”控制信号的基站，它可以例如是发送控制数据而不能用来把移动终端连接到通信网络的简单发射机。然而，虚拟基站标识数据同样不可能与真实基站标识数据区别开来。

在装备有本公开的示例性实施例中所述的设备和配置的建筑物或其它区域中，利用标准功能执行位置估计。特别是，通常在移动终端连接到无线电网络时用来设置和配置的移动终端的测量功能可以被使用。然而可以注意到，虚拟基站通常位于邻居列表的较低部分，因此位置确定算法可能必须稍微修改，以便更加关注由虚拟控制信令带来的信息。

图4示出根据本发明的分布式天线系统的一个实施例。除了在现有技术的系统中存在的部分和装置以外，图4的系统另外还包括多个发射机7A-G，其散布于与分布式天线14所覆盖的区域相同的区域上。从每个发射机7A-G中发射专用于每个发射机7A-G的虚拟基站标识数据。因此，存在于小区4中的移动终端6还将经历包括虚拟基站标识数据的控制信号。由于没有关于基站标识数据是否是虚拟类型的先验知识，因此移动终端6把发射机7A-G理解为常规基站的天线，并且由此具有存在7个附加宏小区5A-G的印象。包括位置确定装置的网络服务器经由基站8被提供有关于这些附加发射机7A-G的每个的位置的信息，并且可以根据正常例程来执行位置确定。图4所示的移动终端6将基于测量来创建邻居列表，在该邻居列表中，发射机7A位于所有发射机7A-G中的最高位置。移动终端6因而可能被定位在虚拟小区5A内。位置精度的进一步改进还可以通过来自其它发射机7A-G的过程信息来实现。

本实施例中的发射机7A-G优选是在建筑物的天花板或墙壁中的小无线电发射机，它不必作为常规通信节点直接连接到移动电话网。发射机7A-G不能够处理来自打算进一步经由通信网络进行通信的移动终端的任何上行链路数据。发射机7A-G可以具有接收机装置，但是这些装置仅仅用来在网络与发射机7A-G之间通信，例如控制发射频率或功率。在这个意义上，发射机7A-G操作更像用户设备。所述精度取决于发射机的密度和分布模式，因此非常适于特定的地域需要。电话系统本身的实际布局不限制发射机的配置。密度还可以在建筑物的不同地点之间变化。然而要注意，对于WCDMA，必需考虑远近干扰问题。位于相距真实天线远的分离发射机可能造成靠近虚拟发射机的用户的通信问题。

引入用于定位目的的虚拟小区的一般概念还可以用于通用蜂窝系统。在图5中示出通用蜂窝无线通信系统的小区。基站2发射包括与基站2相关联的基站标识数据的控制信号，以及小区4与基站2相关联。通过在小区4中的不同位置处引入附加发射机7A-G，定义了虚拟小区5A-G。发射机7G与基站2协作定位。从移动终端6的观点看，该系统好像宏-微小区系统，其中真实小区4是宏小区，而虚拟小区5A-G对应于微小区。通过添加相对较廉价的发射机装置，大大增加了位置确定的精度。

图6示出与图4类似的实施例，但是系统使用了漏泄电缆天线13。然而所有原理与图4相同。

图7示出本发明的另一个示例性实施例。该实施例与图4的实施例的不同之处在于，这里的发射机7与通信系统本身例如与天线14集成在一起。发射机7然后可以容易地利用相同的天线电缆来进行与例如控制单元的任何必需的通信。发射机7可以具有它们自己的天线(未示出)或者可以共享由通信系统使用的天线14。这将导致天花板中更少的器件以及控制发射机7的可能性，并且利用天线电缆向它馈电。

具有分布式天线和漏泄电缆的许多系统还使用不同的有源部件来增加性能和/或覆盖。最普遍使用的有源部件之一是中继器。图8示出本发明的又一个示例性实施例。控制信号发射机7在此被集成在漏泄电缆系统中的中继器12中。包括虚拟基站标识数据的控制信号仅仅从位于中继器之后的漏泄电缆系统的部分13B中进行发射。因此虚拟小区5表征部分13B周围的区域。来自部分13A的信号不包括该虚拟数据。甚至只要具有“虚拟”信号的区域的部分被显示为虚拟小区，当然就有可能基于未收到“虚拟”信号或者已接收信号强度低于预定阈值的事实，确定移动电话6是否位于真实小区4的其它部分。这是图8中的移动终端的情形。

在使用具有中继器的室内系统并且位置精度要求不是非常高的建筑物中，利用集成在例如中继器中的控制信号发射机的解决方案也许是足够好的。这是优化基站使用的好的方式。同时，当它覆盖大的地理区域时，它还能够确定移动终端是否在特定子区域中被定位。

应用的一个实例是在对移动电话使用具有限制的设施中。用户应当例如不能在大的设施的某些部分处(例如在医院的建筑物的某些层或内部)使用电话。另一应用是在地下铁路系统(地铁)中，其中也许有可能确定移动电话目前位于哪些站之间。

中继器还普遍用来连接到室外宏小区，该宏小区具有不良无线电覆盖的区域，例如隧道、建筑物或车辆。图9示出了这样的情形。基站8具有用于室外宏小区4的天线16。基于中继器的实施在这里是合适的，因为它使得有可能确定使用宏小区基站的移动电话是否位于建筑物的内部。接收机18接收信号，并且中继器12馈给例如分布天线14的室内系统。用于添加包括虚拟基站标识数据的控制信号的装置7与中继器集成在一起，于是创建了虚拟微小区5。

如上所述，如果基站的密度增加，则蜂窝网络中定位的精度就增加。通过引入虚拟无线电基站，网络中的移动电话将经历这种情况为具有小的小区的网络。然而，网络本身将根本不考虑虚拟无线电基站。虚拟小区通常被规划和安排为蜂窝网络中的常规小区，这意味着邻居小区使用略微分离的配置。通过部署额外的控制信号，从移动终端看，虚拟小区被引入网络中。在例如GSM和WCDMA中，BCCH(广播控制信道)用于这些额外的控制信号，除了从无线电基站发送常规控制信号外，还发射这些额外的控制信号。不同控制信号与不同发射位置相关联。在移动电话中，控制信号将被接收，并且被理解为来自普通基站的控制信号。

由于虚拟基站标识数据的发射机不是可以接收从移动电话发送的任何信号的真实基站，因此移动电话不能够通过利用与虚拟基站标识数据相关联的小区来连接到蜂窝网络。不需要任何进一步安排，虚拟基站就可以位于邻居列表的顶部，并且因此移动电话可以试着连接到虚拟基站，因为相信它是真的基站。然而，不能建立通信，并且移动电话最终将放弃它的试验，并移到邻居列表中的下一项。这种连接试验将消耗许多电池功率以及用于连接和切换的长的时间。因此，优选的是应用一种减少移动电话尝试连接的概率或者甚至避免它的功能。

避免或禁止移动电话尝试连接到虚拟基站的第一方法是把附加信息结合在虚拟控制信号中，从而指示利用该基站标识数据不可能连接。这可以通过使用数据或标记来告诉基站(“真实”或“虚拟”)将不能够接收任何业务来完成。在GSM和WCDMA系统中，这可以使用“小区禁止”来实现。在GSM中，可以把信息元素RACH控制参数中的Cell_Bar_Access比特设置为等于1。RACH控制参数可以被包含在系统信息类型1、2、2bis、2ter、3、4和9消息中，该消息在BCCH上广播给小区内的所有移动终端。在WCDMA中，相应参数“CellBarred(小区禁止)”被包含在系统信息块类型15.3和15.4中所包含的信息元素Cell Access Restriction(小区接入限制)中，并且也在BCCH上广播。

避免移动终端尝试连接到“虚拟”基站的另一方式是确保移动电话从不或不太可能想要连接到该“虚拟”基站。移动终端不想连接到该基站的原因是，到“虚拟”基站的无线电连接从不允许作为最佳选择出现，或者甚至对于使用来说不够好。减少移动终端尝试连接的概率的一种方式是，故意以移动终端不太可能尝试连接的方式来配置移动终端。这种配置通常作为小区选择或小区重新选择数据来广播。

这可以通过下述来实现，即精心控制从虚拟发射机发送的控制信号的传输功率，以使它在邻居列表中从不得到高的排序。

这实际上有可能在WCDMA系统中实现。首先，虚拟控制信号可以在与真实控制信号相同的频率上但以不同的扰码来进行发送。在此情况下，如果虚拟和真实信号共享相同的天线(如图7)，则可以控制相对功率。由于天线与用户之间的传播信道当时对于真实和虚拟控制信号将是相同的，并且没有频率选择衰落的问题，因此天线上的功率差将以与接收移动终端上的相同的功率差结束。然而对于GSM，不可能直接控制在用户地点处的相对功率电平。这是因为虚拟控制信号是在与真实控制信号不同的频率上发送的。这意味着频率选择衰落可以造成真实控制信号弱于虚拟信号。为了确保虚拟信号将不在邻居列表的顶部位置上结束，必须使用非常大的功率裕度。

还有可能对虚拟控制信号施加某种失真，以使移动电话相信连接是不良的。这也有可能在WCDMA的框架内执行，因为WCDMA还把信号质量(表示为估计的Ec/NO)用作小区选择标准之一。然而，在GSM中，只有信号强度被用作小区选择的标准，而不使用信号质量，这意味着失真将没有效果。

在本发明目前的优选实施例中，虚拟发射机被集成在蜂窝系统中。图10示出根据这种实施例配置的分布式天线系统。在网络的某个点例如在基站8处，由控制信号注入器21注入一些控制信号。利用例如频移、码分或任何其它扩展信号的方法来分离信号。信号经由天线电缆与真实信号一起传送。在将要使用信号的位置处，信号选择器22选择相应的控制信号，并把它变换成由移动终端6可以接收的信号。

控制信号注入器21是创建下行链路控制信号(例如GSM的BCCH)并将其注入到系统中的设备。控制信号注入器21生成多个(与系统中虚拟小区的数量一样多)“虚拟”控制信号，每个控制信号具有独特的内容，即虚拟基站标识数据，该标识数据将用来确定移动电话在什么区域中。虚拟基站标识数据通常包括不同的小区ID、不同的基站标识码(BSIC)或者使得一个控制信号不同于其它控制信号的其它信息。控制信号注入器21还以有可能使一个信号与另一个信号分离的方法来变换和发送信号。这通常使用例如如下讨论的频分、码分和时分来进行。在信号选择器22上，信号被变换回为原始信号格式。

信号选择器22具有两个主要功能。第一个功能是分离出待使用的正确的控制信号，以及第二个功能是把分离的信号变换回到由移动电话6将要接收的正确的原始信号格式。信号选择器22的确只影响用来确定移动电话6的地点的控制信号。所有其它信号例如业务数据都不受影响。

WCDMA系统的信号选择器22是相当复杂的装置。在这里，代码用来分离不同的控制信号。用于WCDMA的信号选择器22作为一个干扰消除器来工作，它必须知道让哪些代码通过以及消除哪些代码。更容易的解决方案是带宽消耗更多的方案，它是利用频移来扩展用于不同天线的不同控制信号，正如对于GSM所提出的。

还有可能的是，在天线电缆上的真实控制信号、真实数据业务和虚拟控制信号之间利用一个多路复用技术，以及在无线电接口中使用另一个多路复用技术。例如，如果在空中接口中使用WCDMA，则天线电缆的信号中至少可以频率多路复用虚拟控制信号。信号选择器22将在这样一种情况下负责变换。

类似的实施也有可能在漏泄电缆系统中。图11示出这样的系统。控制信号注入器21基本上如前所述地进行操作。然而，不过信号选择器22的复杂性略微更高。在漏泄电缆系统中，信号选择器必须不仅选择作为控制信号来发送的信号，而且它还必须让所有控制信号在稍后的时刻在系统通路中使用。在天线电缆的第一部分中存在真实控制信号、数据业务和所有虚拟控制信号。在漏泄电缆部分13A中，虚拟控制信号之一被过滤掉。在漏泄电缆部分13B中，另一个虚拟控制信号被过滤掉。在漏泄电缆部分13C中，只留下真实的控制信号。位置的识别必须基于有可能检测到的控制信号的组合。图11中的移动终端6经历了对应于真实小区4的真实控制信号，但是它只是一个单个虚拟控制信号。因此可能的位置在仅仅由一个虚拟小区覆盖的区域中。

根据以上结合图10所述的本发明优选的注入器相关的实施例，以下部分更详细地描述在GSM中的邻居列表和虚拟小区ID位置估计。

控制信号注入器21包括GSM发射机，该发射机生成N个网络可配置BCCH载波(f_1，...，f_N)，其包含频率校正脉冲串和同步脉冲串(包括网络可配置的BSIC_1，...，BSIC_N)，但是在其它方面却只包含随机GMSK(高斯最小频移键控)调制数据。控制信号注入器21的输出被添加(组合)到BTS(基站收发信机台)信号输出(其包含BCCH载波f_0和业务信道f_TCH1，...，f_TCHn)上，并在分布式天线系统上发射。BCCH载波f_0上的切换邻居列表包含频率f_1，...，f_N，所以指示移动终端6测量这些频率的信号强度。

在编号为k的天线上，存在一个信号选择器22，它包括带通滤波器，其带通覆盖了由BTS使用的频率f_0，f_TCH1，...，f_TCHn以及由控制信号注入器21使用的频率f_k，其中f_k是f_1，...，f_N的集合中的一个频率。靠近编号为k的天线的移动终端6通常于是将接收常规的BTS频率f_0，f_TCH1，...，f_TCHn和f_k。

存在两种优选的方式把信号强度测量传送给执行位置估计的服务器。

1、BSC知道f_1，...，f_N不是真实的切换候选，并丢弃用于该目的的任何测量。然后它可以把测量的信号强度转发给定位服务器。

2、BSC不知道f_1，...，f_N是虚拟载波，但仍然通过OSS使f_1，...，f_N成为邻居列表的一部分。为了避免切换尝试这些虚拟频率，BSC可以存储用于f_k的BSIC_k2，其中BSIC_k≠BSCI_k2。当收到测量报告时，BSC可以推断出错误小区已经被测量。在该实施中，移动终端必须具有例如经由SIM应用工具包来传送测量报告的其它装置。

可以按照移动终端自己或者分布式的方式，在主通信网的节点(例如基站)上执行实际的位置估计。通常希望在请求定位与获得最终位置估计之间的延迟应当尽可能低。在这种情况下，终端可以确定其自身位置而又不向系统发送请求的解决方案是有利的。

在图12A中，示出了移动终端6的一个实施例的框图。移动终端6包括负责接收控制信号和数据业务的接收机40。位置估计器42连接到接收机40以用来传送涉及已接收控制信号的信息。位置估计器包括邻居列表44，在该邻居列表中编辑关于周围基站(真实基站或虚拟基站)的条件。位置估计器还包括数据库46，该数据库具有基站标识数据与相关联的位置之间的关系。这样的数据库优选是在最初连接到网络时从蜂窝网络中下载。利用邻居列表44和数据库46，位置估计器42可以根据常规原理来执行移动终端6的可能位置的确定。

在图12B中，示出了移动终端6的另一实施例的框图。在此情况中，在基站执行实际的位置估计。这里，移动终端6包括接收机40和邻居列表44。邻居列表44的内容不在移动终端6中进行本地的评价，而是经由发射机46把邻居列表44的内容传送到基站。

在图13中，示出了相应基站的框图。基站8包括连接到位置估计器42的接收机40。位置估计器42包括一个存储小区ID与位置之间的关系的数据库46，或者至少可以访问该数据库46。还可以在位置估计器中得到移动终端的邻居列表的副本44’。利用邻居列表副本44’和数据库46，位置估计器42可以根据常规原理来执行移动终端的可能位置的确定。

图14显示了根据本发明的方法的一个实施例的主要步骤的流程图。该过程开始于步骤200。在步骤202中，用于基站和虚拟基站的BSIC或其它基站标识数据在控制信号中发射。在步骤204中，由移动终端接收已发射的控制信号。在步骤206中，装置被用来禁止或避免移动终端连接到虚拟基站。最后，在步骤208中，根据用于基站以及虚拟基站的已接收控制信号来确定移动终端的位置。该过程在步骤210结束。

至此，仅仅讨论了基于小区ID的位置估计方法。为了增强位置确定的精度，还可能将本发明与更先进的定位方法(比如时间差方法或指纹方法)相结合。

本公开中的示例性实施例主要是针对装备有分布式天线、漏泄电缆系统和/或包括由中继器馈给的天线的系统的区域。然而本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应当被解释为局限于这里所述的实施例；而是提供这些实施例以使本公开全面而完整，并且将向本领域熟练技术人员充分传达本发明的范围。

本领域熟练技术人员将会理解，可以对本发明作出各种修改和变化而不背离其范围，本发明范围仅仅由所附权利要求书来限定。特别是，只要在技术上可能，不同实施例的部分系统就被理解为可能以任何组合方式来组合。

Claims (23)

1、用于移动通信网络(10)中的移动台(6)的位置确定的方法，包括以下步骤：

-在移动通信网络中发射控制信号，

该控制信号包括基站标识数据，

该基站标识数据与包括该基站标识数据的控制信号的发射地点(2；2A-J；7；7A-G；13，13A-C；14；16；22)相关联；

-在移动台(6)中接收所发射的控制信号；以及

-基于所接收的控制信号的特征与基站标识数据来确定移动台(6)的位置的估计，

其特征在于，

至少一个控制信号包括虚拟基站标识数据；

移动台(6)不能利用与虚拟基站标识数据相关联的虚拟小区来连接到移动通信网络(10)；以及

由此至少基于与虚拟基站标识数据相关联的发射地点(7；7A-G；22)来执行确定的步骤。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征进一步在于以下步骤：

-减少移动台(6)试图利用与虚拟基站标识数据相关联的虚拟小区来连接到移动通信网络(10)的概率。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征进一步在于以下步骤：

-禁止移动台(6)试图利用与虚拟基站标识数据相关联的虚拟小区来连接到移动通信网络(10)。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，禁止步骤包括把指示虚拟基站标识数据的不可用性的信息并入至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号中。

5、根据权利要求4所述方法，其特征在于，指示不可用性的信息是控制信号中的标记。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，减少概率的步骤包括控制至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号的发射功率的步骤。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号的发射功率，以给出定位于移动通信网络(10)的覆盖区域内任何地方的移动台(6)上的已接收功率，该已接收功率明显低于至少一个包括真实基站标识数据的控制信号的已接收功率。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从与发射至少一个包括真实基站标识数据的控制信号相同的位置发射至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号，由此控制至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号的发射功率，以使其低于从相同位置发射的至少一个包括真实基站标识数据的控制信号的发射功率。

9、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，减少概率的步骤包括控制至少一个包括虚拟基站标识数据的控制信号的信噪比的步骤。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，控制信噪比的步骤包括把噪声添加到包括虚拟基站标识数据的控制信号中。

11、根据权利要求1至10中任何一项所述的方法，其特征在于，确定移动台(6)的位置估计的步骤基于移动台(6)的邻居列表(44，44’)。

12、根据权利要求1至11中任何一项所述的方法，其特征在于，与虚拟基站标识数据相关联的装置(7；7A-G；22)位于由天线系统覆盖的区域内，该天线系统选自于以下列表：

分布式天线系统，

漏泄电缆系统，以及

它们的组合。

13、根据权利要求1至12中任何一项所述的方法，其特征在于，与虚拟基站标识数据相关联的装置(7；7A-G；22)位于由一个装备中继器的系统所覆盖的区域内。

14、根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于以下步骤：

-在用于天线系统的基站(8)中提供包括虚拟基站标识数据的控制信号；

-在公共天线连线上分布包括虚拟基站标识数据的控制信号；以及

-在天线系统的不同位置处选择包括虚拟基站标识数据的多个控制信号中相应的控制信号，以用于在无线电接口上发射选择的控制信号。

15、移动通信网络(10)的无线电网络，包括：

-发射机(2；2A-J；7；7A-G；13，13A-C；14；16)，其被安排成用于向移动台(6)发射控制信号，

该控制信号包括基站标识数据，

该基站标识数据与发射基站标识数据的发射机的地点(2；2A-J；7；7A-G；13，13A-C；14；16；22)相关联；

-接收机装置(40)，其被安排成用于在移动台(6)处接收控制信号时收集与控制信号的特征相关联的信息，并且用于提取基站标识数据；以及

-定位装置(42)，其被安排成用于基于所接收的控制信号的特征和基站标识数据来确定移动台(6)的位置估计，

其特征在于，

至少一个控制信号包括虚拟基站标识数据；

移动台(6)不能利用与虚拟基站标识数据相关联的虚拟小区来连接到移动通信网络(10)；以及

定位装置被安排成至少基于与虚拟基站标识数据相关联的发射机地点(7；7A-G；22)来确定位置估计。

16、根据权利要求15所述的无线电网络，其特征在于，

至少一个装置(7；7A-G；22)与每个虚拟基站标识数据相关联，

由此移动台(6)不能经由至少一个装置(7；7A-G；22)连接到移动通信网络(10)。

17、根据权利要求15或16所述的无线电网络，其特征在于基站(8)和天线系统，该天线系统选自于以下列表：

分布式天线系统，

漏泄电缆系统，以及

它们的组合。

18、根据权利要求15至17中任何一项所述的无线电网络，其特征在于在天线系统中的中继器。

19、根据权利要求16至18中任何一项所述的无线电网络，其特征在于，所述至少一个装置中的至少一个是发射机(7；7A-G)。

20、根据权利要求16所述的无线电网络，其特征在于，所述至少一个装置中的至少一个是选择器装置(22)，其被连接到发射机(13；13A-C；14)以用于包括真实基站标识数据的控制信号。

21、根据权利要求20所述的无线电网络，其特征在于，选择器装置(22)被安排成抑制包括虚拟基站标识数据的除了一个控制信号以外的所有控制信号。

22、根据权利要求20或21所述的无线电网络，其特征在于，基站(8)包括用于提供包括虚拟基站标识数据的控制信号的装置(21)。

23、移动通信网络(10)，包括：

-发射机(2；2A-J；7；7A-G；13，13A-C；14；16)，其被安排成用于向移动台(6)发射控制信号，

该控制信号包括基站标识数据，

该基站标识数据与发射基站标识数据的发射机的地点(2；2A-J；7；7A-G；13；13A-C；14；16；22)相关联；

-接收机装置(40)，其被安排成用于在移动台(6)处接收信号时收集与控制信号的特征相关联的信息，并且用于提取基站标识数据；以及

-定位装置(42)，其被安排成用于基于所接收的控制信号的特征和基站标识数据来确定移动台(6)的位置估计；

其特征在于，

至少一个控制信号包括虚拟基站标识数据；

移动台(6)不能利用与虚拟基站标识数据关联的虚拟小区来连接到移动通信网络(10)；以及

定位装置(42)被安排成至少基于与虚拟基站标识数据相关联的发射机地点(7；7A-G；22)来确定位置估计。

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