CN1929675A - 一种scdma系统中定位终端的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种SCDMA系统中定位终端的方法，包括以下步骤：(1)在终端与基站通信的时候，该终端通过接收与发射转换的保护时隙长度计算与当前服务基站的直线距离；(2)利用全网同步的原理，通过终端检测相邻基站的信号，并根据与服务基站之间距离测算和相邻基站的距离；(3)终端将上述信息提供给网络，网络利用几何关系，根据三个相邻基站所在的经纬度信息和终端测算的数据可以精确定位终端。应用本发明，不需要增加新的硬件设备，成本低，能完成较为精确的定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种在蜂窝移动通信中定位终端的方法，尤其涉及一种在同步码分多址(SCDMA)系统中定位SCDMA终端的方法。
背景技术
在移动通信系统中，主要有以下几种定位的方法：
第一类：网络独立定位
a.起源蜂窝小区COO(Cell Of Origin)定位技术
b.抵达时间TOA(Time Of Arrival)定位技术
c.角度到达AOA(Arrival Of Angle)定位技术
d.抵达时间差异TDOA(Time Difference Of Arrival)定位技术
e.增强型观测时间差E-OTD(Enhanced-Observed Time Difference)
定位技术
第二类：手机独立定位，手机内加GPS模块定位
第三类：联合定位，即利用手机定位功能与网络定位功能的结合
在现有的SCDMA系统中，尚未采用任何的定位技术。本发明定位技术做适当的调整就可以应用于其他系统中。相对于以前的定位技术，主要的优点在于它不需要增加新的硬件设备，成本低，能完成较为精确的定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种在同步码分多址(SCDMA)系统中定位SCDMA终端的方法。
本发明主要的实现方法就是在终端增加了距离计算模块，在BSC增加了位置计算模块。
这样的修改使得本发明终端与普通终端相比，可以提供终端与服务基站的距离，网络可以提供终端在网络中的位置。
本发明在SCDMA系统中实现定位SCDMA终端的方法包括以下步骤：
(1)在终端与基站通信的时候，该终端通过接收与发射转换的保护时隙长度计算与当前服务基站的直线距离；
(2)利用全网同步的原理，通过终端检测相邻基站的信号，并根据与服务基站之间距离测算和相邻基站的距离；
(3)终端将上述信息提供给网络，利用几何关系，网络根据三个相邻基站所在的经纬度信息和终端测算的数据可以精确定位终端。
应用本发明的方法，成本低，在不需要增加新的硬件设备的条件下，能完成较为精确的定位。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图中：
图1为终端通过保护时隙长度计算与当前服务基站的直线距离示意图；
图2为三个圆交点确定二维坐标位置示意图；
图3为逐点逼进方法示意图。
具体实施方式
在终端与基站通信的时候，该终端通过接收与发射转换的保护时隙长度计算与当前服务基站的直线距离，计算的依据和方法如图1所示。
终端在进行建链成功后，与基站保持接收和发射信号双向的同步。此时，终端维护的一个物理量Pre_Tx，代表终端接收完基站发射的最后一个样值到终端发射第一个样值之间的时间长度。如图所示，由于双向同步都严格保持，终端的Pre_Tx代表基站发射结束到开始接收的理想保护时隙长度与空中信号时延的差。另外，由于成型滤波器，终端发射的最初x个chips的长度，实际上到达基站是在理想点前，所以精确地表达：
Pre_Tx＝理想保护时隙长度-2×空中无线信号单程时延-成型滤波器一半时间长度
终端与基站直线距离＝3×108m/s×空中无线信号单程时延
因为信号走到成型滤波一半时，应该是能量最大点，所以上式只减掉“成型滤波器一半时间长度”。假设终端的速度到达100km/h，即每10ms移动距离不超过0.3m，则可以将每帧计算的距离按照下式做一个平滑，确保每帧的差距不超出1m。
终端与基站绝对距离＝0.9×终端与基站绝对距离+0.1×当前帧算得的距离
利用全网同步的原理，通过终端检测相邻基站的信号，并根据与服务基站之间距离测算和相邻基站的距离信息。主要的依据是所有的基站都同步工作和伪随机序列的自相关特性。在前一步骤基础上，通过邻频监视时获得的同步头位置可以算出邻频基站和终端的绝对距离。在进行邻频监视的时候，同时获得了邻频基站下行信号的同步头位置。此位置的精度是一个采样点，1/4个chip的时间长度，即610ns。在610ns内无线信号传输的距离约180米。邻频监视获得的邻频基站的同步头位置相对于理想接收同步头位置(即当前基站的同步头位置)正偏N个采样点，则可以换算得到邻频基站比当前基站距离终端远N*180米；邻频基站的同步头位置相对于理想接收同步头位置反偏N个采样点，则可以换算得到邻频基站比当前基站距离终端近N*180米。将多帧邻频的结果做一个平均，获得误差在200m左右的一个邻频基站何终端的绝对距离参考值。
终端可将上述信息提供给网络，利用几何关系，网络根据三个相邻基站所在的经纬度信息和终端测算的数据可以精确定位终端。
图3示出了三个圆交点确定二维坐标位置的算法。终端测试与当前基站的距离1，可以确定终端位置在以基站a为圆心，半径为ra及Ra的两个同心圆环上。同理，根据终端测试到的与邻近基站b、c的距离2和距离3，可以确定终端在以基站b、c为圆心的两个同心圆环上。如上图所示，终端位置只能在半径为ra、rb、rc的三个园环外，在半径为Ra、Rb、Rc的三个园环内。用几何的算法，可以快速定位上图阴影部分就是终端所在位置。
具体搜索的方法如下：
(1′)已知距离1，距离2，距离3，基站a、b、c的经纬度；
(2′)假设终端位置坐标在与基站a同纬度，东偏离距离1的经度位置position1。计算该点与基站b和c的距离得到距离d1，d2；
(3′)终端位置坐标在与基站a同纬度，西偏离距离1的经度位置position2。计算该点与基站b和c的距离得到距离d3，d4；
(4′)假设终端位置坐标在与基站a同经度，南偏离距离1的经度位置position3。计算该点与基站b和c的距离得到距离d5，d6；
(5′)假设终端位置坐标在与基站a同经度，北偏离距离1的经度位置position4；计算该点与基站b和c的距离得到距离d7，d8；
(6′)根据距离2，距离3与d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8的误差比较，选择两点误差小的作为下一步二分的边界点；其中误差的计算公式如下：
误差1＝(距离2-d1)2+(距离3-d2)2
误差2＝(距离2-d3)2+(距离3-d4)2
误差3＝(距离2-d5)2+(距离3-d6)2
误差4＝(距离2-d7)2+(距离3-d8)2
(7′)假设上一步选定position1，position3为误差较小点；再假设终端位置处于这两个之间的位置，即偏离45度的位置，postion5；计算该点与基站b和c的距离得到距离d9，d10；然后，再根据下式计算误差5：误差5＝(距离2-d9)2+(距离3-d10)2；
(8′)复上一步，逐点逼进，直到选择到距离误差范围满足要求。
图3示出了所述的“逐点逼进”过程，该过程总是根据前一次计算的误差最小的两个点来确定下一轮计算选择的点的范围；这样由最初的position1，2，3，4确定position1，3范围，再确定position1，5范围，再确定position1，7范围，再确定position1，8范围，直到距离的误差小于一个规定的门限停止。
应用本发明的方法，成本低，在不需要增加新的硬件设备的条件下，能完成较为精确的定位。
Claims (6)
1.一种SCDMA系统中定位终端的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在终端与基站通信的时候，该终端通过接收与发射转换的保护时隙长度计算与当前服务基站的直线距离；
(2)利用全网同步的原理，通过终端检测相邻基站的信号，并根据与服务基站之间距离测算和相邻基站的距离；
(3)终端将上述信息提供给网络，网络利用几何关系，根据三个相邻基站所在的经纬度信息和终端测算的数据可以精确定位终端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中通过下式计算终端与当前服务基站的直线距离：
终端与当前服务基站的直线距离＝3×108m/s×空中无线信号单程时延
其中，空中无线信号单程时延＝(理想保护时隙长度-Pre-Tx+成型滤波器一半时间长度)/2；Pre-Tx为终端接收完基站发射的最后一个样值到终端发射第一个样值之间的时间长度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，终端与当前服务基站的直线距离可以用当前帧算得的距离根据下式平滑：
终端与当前服务基站的直线距离＝0.9×终端与当前服务基站的直线距离+0.1×当前帧算得的距离。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)可以具体包括：
首先，终端检测相邻基站的信号，获得临频基站下行信号的同步头位置；
其次，如果相对于理想接收同步头位置，即当前服务基站的同步头位置，正偏N个采样点，则可以换算得到邻频基站比当前基站距离终端远N*180米；邻频基站的同步头位置相对于理想接收同步头位置反偏N个采样点，则可以换算得到邻频基站比当前基站距离终端近N*180米；其中N为正整数；
最后，将多帧邻频的结果做一个平均，获得误差在200m左右的一个邻频基站和终端的绝对距离参考值。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)的定位终端包括以下步骤：
(1′)由以前步骤获得当前服务基站a和终端的距离1、相邻基站b和终端的距离2、相邻基站c和终端的距离3；同时获得基站a、b、c的经纬度；
(2′)假设终端位置坐标在与基站a同纬度，东偏离距离1的经度位置position1。计算该点与基站b和c的距离得到距离d1，d2；
(3′)假设终端位置坐标在与基站a同纬度，西偏离距离1的经度位置position2。计算该点与基站b和c的距离得到距离d3，d4；
(4′)假设终端位置坐标在与基站a同经度，南偏离距离1的经度位置position3。计算该点与基站b和c的距离得到距离d5，d6；
(5′)假设终端位置坐标在与基站a同经度，北偏离距离1的经度位置position4。计算该点与基站b和c的距离得到距离d7，d8；
(6′)根据距离2，距离3与d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8的误差比较，选择两点误差小的作为下一步二分的边界点；其中误差的计算公式如下：
误差1＝(距离2-d1)2+(距离3-d2)2
误差2＝(距离2-d3)2+(距离3-d4)2
误差3＝(距离2-d5)2+(距离3-d6)2
误差4＝(距离2-d7)2+(距离3-d8)2
(7′)假设上一步选定position1，position3为误差较小点。再假设终端位置处于这两个之间的位置，即偏离45度的位置，postion5；计算该点与基站b和c的距离得到距离d9，d10，再根据下式计算误差5：误差5＝(距离2-d9)2+(距离3-d10)2；
(8’)重复上一步，逐点逼进，直到选择到距离误差范围满足要求。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(8’)所述的“逐点逼进”是指总是根据前一次计算的误差最小的两个点来确定下一轮计算选择的点的范围；这样由最初的position1，2，3，4确定position1，3范围，再确定position1，5范围，再确定position1，7范围，再确定position1，8范围，直到距离的误差小于一个规定的门限停止。
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