CN1897748A - 基于td－scdma系统的rtk定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种基于TD－SCDMA的高精度实时定位方法，涉及移动通信技术领域。目前在位置服务领域尚未有一种服务可以满足用户高精度或高速移动状态下的位置请求。本发明将准RTK和RTK两种定位方法嵌入到TD－SCDMA系统中，设计定位处理流程，定义相关通信接口和消息，根据用户服务质量要求选择不同定位算法，实现不同的定位精度，用以满足用户不同精度级别的定位请求。该定位技术适用于为移动用户在高速移动情况下实时动态提供高精度位置服务。

Description

基于TD-SCDMA系统的RTK定位方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别是涉及TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)定位技术。
背景技术
无线定位业务又称为位置业务(Location Based Services，LBS)，是由移动通信网提供的一种增值业务。现有无线定位技术基于移动终端通信基站，受环境影响较大，特别是在城区由于高大建筑物较多，电波传播环境不好，信号很难直接从基站到达移动台，一般要经过反射、折射和绕射，因此定位精度会受到影响，定位范围为100～200米，一般情况定位响应时间在3～6s之间。只能满足普通用户的定位请求，却无法满足用户的某些特殊请求，包括高精度以及高速移动情况下的位置请求。
3G系统的数据传输能力比2G系统有很大提高，为向用户提供更丰富的信息提供了网络带宽的保证，使一些信息量较大的定位业务通过无线网络实现成为可能，如地图显示、实时导航，甚至3D地图服务等。在TD-SCDMA中设计一个可以满足用户高精度定位要求或在高速移动状态下提供实时动态定位数据的定位方法，将可以弥补现有LBS业务的不足，丰富TD-SCDMA系统的数据服务类型。
发明内容
本发明提出了一种TD-SCDMA系统中采用GPS-RTK技术的定位方法，利用实时动态定位技术RTK(Real Time Kinematic)定位的精确性和实时动态性，同时将准RTK和RTK两种算法嵌入到定位系统流程中，可以根据用户的需求提供不同精度级别的位置服务，满足TD-SCDMA移动用户高精度以及实时动态的定位请求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在TD-SCDMA系统中嵌入RTK和准RTK两种定位算法模块，设计RTK的定位流程，定义接口和消息，根据移动终端发送的定位请求中包含的服务质量要求选择RTK或准RTK定位算法，并启动定位计算单元PCU/QPCU，定位计算单元完成移动终端位置计算后，将位置信息发送至位置服务器中存储，并发送给终端显示。
定义的接口和消息包括：系统定义的Uu和Iu接口、在CN与位置服务器之间自定义的CN-LS接口，定位请求消息、GPS辅助信息请求消息、GPS辅助信息响应消息、定位信息请求消息、定位信息响应消息以及位置信息消息。
移动终端发出的定位请求包括服务质量要求和移动终端所在小区信息，同时向位置服务器发送GPS辅助定位信息请求；位置服务器接收到请求信息后，根据移动终端所在小区信息将存储在位置服务器中的该小区可见卫星的星历信息发送给移动终端，帮助终端迅速搜索到合适卫星，并获取定位所需的载波相位数据。核心网络CN接收到移动终端的定位请求后通过位置归属寄存器HLR(Home Location Register)获取终端所属小区位置，将初步定位后的终端请求消息发送给UTRAN中的RNC模块，RNC根据移动终端服务质量要求选择一个合适的定位算法并向移动终端和基站请求定位所需数据，在接收到二者发来的数据响应后转发给位置计算单元PCU，PCU完成位置计算后，将位置信息计算后发送至位置服务器中存储，并发送给终端显示。
定位信号测量和计算功能可在移动终端上完成，也可以分布到TD-SCDMA系统网络侧完成，以减轻移动终端的负担。
本发明的有益效果是：在系统中同时嵌入两种不同精度的定位算法，可以根据用户服务质量要求选择不同定位算法，实现不同的定位精度，增加了LBS的灵活性。满足TD-SCDMA系统中移动用户的高精度定位和高速移动情况下的定位请求。
附图说明
图1表示适用于TD-SCDMA系统的高精度实时位置服务体系结构；
图2表示基于网络侧的RTK/准RTK定位流程图；
图3表示基于移动终端的RTK/准RTK定位流程图。
具体实施方式
RTK是一种基于GPS卫星发送的载波相位观测值的实时动态定位技术，在RTK工作模式下，基准站通过数据链将其观测值和观测站坐标信息一起传送给流动站，流动站不仅通过数据链接受来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出定位结果。RTK分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。后者将基准站采集的载波相位发送给流动站进行求差，解算坐标。前者为准RTK技术，其精度可以达到分米级；后者为真正的RTK技术，可实现厘米级精度。
如图1所示，描述了TD-SCDMA系统的高精度实时位置服务体系结构。
位置测量和计算过程可以在移动终端侧实施，也可以在网络侧实施。在TD-SCDMA系统建设初期，在移动终端中集成GPS芯片，RTK/准RTK定位的位置测量和计算过程都可以放在终端侧完成。待网络成熟时，在TD-SCDMA系统中的UTRAN单元中设置位置测量单元LMU(Location Measurement Unit)和两个位置计算单元，分别为准RTK位置计算单元QPCU和RTK位置计算单元PCU(Position Calculation Unit)，完成位置测量和计算功能。从而实现计算负荷的均衡分布。
UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)是由一个或多个无线网络子系统RNS组成。一个RNS由一个无线网络控制器RNC和一个或多个Node B组成。移动终端与UTRAN之间的信息遵循TD-SCDMA无线接口(Uu)标准进行通信。使之能够在网络传输过程中被识别。
TD-SCDMA系统核心网络CN中，网关移动位置中心GMLC(GatewayMobile Location Centre)负责接收移动用户发出的定位请求，定位请求中包含小区信息和服务质量要求QoS，请求消息通过移动交换中心MSC发送给UTRAN，UTRAN模块包括带LMU的基站和无线网络控制器RNC，RNC负责向基站转发定位请求信息，根据定位请求中包含的小区信息和服务质量要求QoS选择定位算法，并将基站响应的定位信息发送给RTK/准RTK位置计算单元。
CN与UTRAN之间遵循TD-SCDMA标准中定义的Iu接口标准进行通信，若定位在网络中完成，则定位计算在UTRAN中的定位计算单元PCU/QPCU中进行，否则将定位所需数据发送给移动终端，在终端上完成定位计算，最后将位置数据通过CN发送给位置服务器进行存储。
位置服务器基于空间数据库并支持时空索引以便进行范围、历史、轨迹等查询。GPS参考网络中的GPS接收机与位置服务器连接用于跟踪和收集所有卫星(卫星1……卫星24)星历等辅助信息，同时遵循TCP/IP协议从TD-SCDMA系统中的核心网络CN提取位置数据进行保存，格式遵循下文中CN-LS接口的定义。
如图2所示，表示在网络侧实施定位计算功能的RTK/准RTK定位流程图。即信号测量和定位计算分布在TD-SCDMA网络的UTRAN中完成时的定位流程图。
由移动终端向TD-SCDMA网络发送定位请求，请求信息包括服务质量要求和小区信息，终端通过TD-SCDMA网络将自身的小区信息和GPS辅助信息发送给位置服务器，以便获取该小区内可见卫星的星历信息。位置服务器接收到请求后，根据终端发来的小区信息将小区内可见卫星的星历信息返回，终端利用此信息对卫星进行搜索并收集所需的载波相位数据，并将数据发送给UTRAN中的位置计算单元。RNC接收到CN发来的定位请求后根据QoS要求判断，选择准RTK或RTK定位算法，以此来向基站请求不同的定位信息，基站接收到请求后将自身精确坐标、差分数据或载波相位数据等一系列信息通过RNC发送给相应的位置计算单元。启动位置计算单元，位置计算单元(PCU/QPCU)利用终端观测的载波相位数据和接收到基站发来的数据，包括基站自身位置坐标、基站载波相位观测值或基站载波相位修正值，调用相应定位算法，计算移动终端位置，并将计算结果通过CN发送给位置服务器存储。
如图3所示，表示基于移动终端的RTK/准RTK定位流程图。即信号测量和定位计算都在终端上完成时的定位流程图。在移动终端中嵌入了RTK及准RTK定位算法模块，信号测量和定位计算都在终端上完成。终端发送定位请求，获得位置服务器发来的辅助信息，包括GPS可见卫星号、卫星星历等信息，终端利用辅助信息进行移动终端所在小区可见卫星搜索以获取所需的载波相位数据，并将搜索结果保存在终端上。另一方面，基站在接到移动终端通过CN发送来的定位请求信息后将此定位请求信息通过Uu接口发送给终端，移动终端中位置计算单元根据定位请求信息中的服务质量请求，启动RTK或准RTK算法模块，利用终端观测的载波相位数据和接收到基站发来的数据，包括基站自身位置坐标、基站载波相位观测值或基站载波相位修正值，进行移动终端位置计算，并将计算结果发送至位置服务器存储。
定位过程中除TC-SCDMA系统已定义的部件和接口标准外，还涉及到了自定义的多个功能部件和通信接口及消息，主要用到了三个接口，包括TD-SCDMA系统定义的Uu和Iu接口，分别用在移动终端和UTRAN之间，以及URTAN和CN之间进行消息通信；在CN与位置服务器之间使用了自定义的CN-LS接口；定义过程中使用到的消息主要包括：定位请求消息、GPS辅助信息请求消息、GPS辅助信息响应消息、定位信息请求消息、定位信息响应消息以及位置信息消息。具体含义及功能如下表所示。
                  表1.功能部件名称及功能
  部件编号   部件名称   所处位置  主要功能
  1   QPCU   UTRAN模块中的RNC部件  进行准RTK位置计算
  2   PCU   UTRAN模块中的RNC部件  进行RTK位置计算
                         表2.通信接口说明
  接口编号   接口名称   所处位置   传输方式   消息格式
  1   Uu接口   移动终端与UTRAN之间   TD-SCDMA空中接口标准   参考标准或由系统开发商提供
  2   Iu接口   UTRAN与CN之间   TD-SCDMA空中接口标准   参考标准或由系统开发商提供
  3   CN-LS接口   CN与位置服务器之间   TCP/IP   消息长度消息内容
                                 表3.消息含义定义
  消息编号   消息名称   消息内容  所属接口
  1   定位请求   服务质量要求，移动终端小区信息  Uu接口Iu接口
  2   GPS辅助信息请求   移动终端小区信息  Uu接口Iu接口CN-LS接口
  3   GPS辅助信息响应   移动终端所在小区可见的卫星星历  Uu接口Iu接口CN-LS接口
  4   定位信息请求   选定的定位算法  Uu接口RNC-基站
  5   定位信息响应   移动终端观测的载波相位信息，准RTK算法基站发送卫星星历信息、差分信息及自身精确坐标；RTK算法基站发送卫星星历信息、载波相位信息及其自身精确坐标  Uu接口基站-RNC
  6   位置信息   对终端的最终定位结果  Uu接口Iu接口CN-LS接口
本发明根据用户服务质量要求选择不同定位算法，实现不同的定位精度，增加了LBS的灵活性。满足TD-SCDMA系统中移动用户的高精度定位和高速移动情况下的定位请求。

Claims (6)

1、一种基于TD-SCDMA系统的定位方法，其特征在于：在系统中嵌入RTK和准RTK定位算法模块，定义接口和消息，根据移动终端发送的定位请求选择RTK或准RTK定位算法，并启动定位计算单元进行移动终端位置计算，定位计算单元完成移动终端位置计算后，将位置信息发送至位置服务器中存储，并发送给终端显示。
2、根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：定位算法模块嵌入在移动终端侧或网络侧。
3、根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：移动终端发送的定位请求包含服务质量要求和移动终端所在小区信息。
4、根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述接口和消息包括：系统定义的Uu和Iu接口、在CN与位置服务器之间自定义的CN-LS接口，定位请求消息、GPS辅助信息请求消息、GPS辅助信息响应消息、定位信息请求消息、定位信息响应消息以及位置信息消息。
5、根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于：当定位算法模块嵌入在网络侧，定位流程具体包括：移动终端发出定位请求及GPS辅助定位请求；位置服务器接收到请求信息后，将移动终端所在小区可见卫星的星历信息发送给移动终端；移动终端搜索所在小区可见卫星，并获取载波相位数据；根据移动终端发送的定位请求中包含的服务质量要求，无线网络控制器RNC选择定位算法；启动位于网络侧的定位计算单元，计算移动终端位置并将计算结果发送至位置服务器。
6、根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于：当定位算法模块嵌入在移动终端侧，定位流程具体包括：移动终端向网络发送定位请求，位置服务器向移动终端返回GPS辅助信息；移动终端根据上述辅助信息搜索所在小区可见卫星，以获取载波相位数据；无线网络控制器根据定位请求中包含的用户服务质量要求，选择定位算法，并通过基站向移动终端转发定位控制信息；启动位于终端侧的定位计算单元，计算移动终端位置并将计算结果发送至位置服务器。
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