CN202475754U - 混合定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合定位系统，所述混合定位系统包括：移动台(MS)、基站收发台(BTS)、基站控制器(BSC)、分组数据服务节点(PDSN)、位置定位实体(PDE)、应用服务器(AS)和移动定位中心(MPC)。所述MS通过BTS和BSC、PDE进行通信，所述PDE与PDSN互连，且所述PDE与AS、MPC和BSC进行通信。本实用新型的混合定位系统基于TCP/IP网络，提供了一种在移动台(MS)和位置定位实体(PDE)之间进行信令交互，从而达到定位目的的一种方案，该方案根据移动台(MS)所处环境本身，采用不同的定位方法，从而快速、准确地获取移动台(MS)的位置信息。

Description

混合定位系统

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种混合定位系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。无论在室内还是室外(进一步包括市区、郊区和农村)环境下，快速准确地获得移动终端的位置信息和提供位置服务的需求变得日益迫切。通信和定位两大系统正在相互融合、相互促进。利用无线通信和参数测量确定移动终端位置，而定位信息又可以用来支持位置业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络性能。

目前的定位技术主要可以分为三类：

(1)基于基于网络的定位技术，如基于Cell-ID和时间提前量(TA)的方法、上行链路信号到达时间(TOA)方法、上行链路信号到达时间差(TDOA)方法以及上行链路信号到达角度(AOA)方法，这些解决方案需要对现有网络做部分改进，但却可以兼容现有移动终端；

(2)基于移动台的定位方法，用于GSM中的下行链路增强观测时差定位方法(E-OTD)、用于WCDMA下行链路空闲周期观测到达时间差方法(OTDOA-IPDL)等；

(3)卫星定位系统，以GPS、GLONASS、GALILEO、BEIDOU、QZSS等为代表，移动台和网络侧集成了卫星定位的辅助设备。

下面分别介绍几种目前常用的定位技术：

(1)基于CELL ID的定位技术

CELL ID由位置识别码LAI和小区识别码CI构成，是一种只有一个基站信号的情况下对MS进行定位的方法。在网络中，BSC会在MS的位置更新、呼叫处理、短消息传送以及切换等过程中将用户所在基站扇区的CELL ID传送给MSC，根据当前移动台所连接的蜂窝基站的位置来确定MS的位置。

这种方法实现简单，终端侧不需要做任何硬件和软件的修改，网络侧也不需要增加新的网络设备，就可以对MS进行定位。但定位精度不高，取决于蜂窝小区的半径，在基站密集的城市区域，定位精度可达400m，但在基站密度较低的郊区，定位精度非常低，因此此定位技术只能提供对定位精度要求不高的定位业务。

(2)基于AOA的定位技术

基于信号入射角度的定位方法。由两个或更多基站通过测量接收信号的到达角度来估计移动台的位置。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，即侧位线，移动台的坐标可通过两根侧位线的交点获得。

这种方法为了测量电波的入射角度，接收机必须配备方向性强的天线阵列，或者安装智能天线。在障碍物较多的环境中，由于存在多径效应，误差增大，定位精度较低，尤其当MS离基站较远时，基站定位角度的微小偏差都会导致侧位线距离的较大误差。还有当移动台位于两个基站连接的直线上时，将无法锁定移动台的位置。

(3)基于TOA的定位技术

基于电波传播时间的定位方法，同时也是三基站定位方法，需要同时有三个位置已知的基站合作才能进行定位。移动台测量基站的下行导频信号的到达时间，然后乘以电磁波传播的速度(一般以光速计算)，即得到MS到基站的距离，建立方程组得到移动台的位置。

此方法距离的计算完全依赖于时间，所以对系统的时间同步要求很高，一般很小的时间误差都会放大很多倍，因此单纯的TOA实际应用中很少。

(4)基于TDOA的定位技术

通过检测移动台信号到达两个基站的时间差来确定移动台的位置，移动台必定位于两个基站为焦点的双曲线方程上，确定移动台的位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，也就是说至少需要三个以上的基站接收到移动台信号，而两个双曲线的焦点即为移动台的位置坐标。

此方法不但不要求知道信号传播的具体时间，还可以消除或减少在接收机上由于信道产生的共同误差，在通常情况下，定位精度高于TOA。但由于功率控制造成离服务基站近的移动台发射功率小，使得相邻基站接收到的功率非常小，造成比较大的测量误差，即相邻基站的SNR太小带来的测量误差。目前针对这种情况已有了一些解决办法，例如在特定呼叫时将移动台的发射功率瞬间调到最大，可以提供定位精度，但会对网络容量有一定程度的影响。

(5)基于E-OTD的定位技术

是从测量时间差发展而来的，OTD指测量所得的时间量，E-OTD指测量的方式。对于同步网，手机测量几个BTS信号的相对到达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的LMU接收。确定了BTS到手机的信号传输时间，则可确定BTS与手机之间的几何距离，然后根据此距离进行计算，最终确定手机的位置。

需要测量的三个时间量有：OTD即手机得到网络上不同BTS发来脉冲的时间间隔；RTD即网络中两个BTS的相对同步时间差；GTD几何时间差，即几何距离不等，导致手机接收到两个不同BTS发来的脉冲存在时间差。上述参数之间的关系为OTD＝RTD+GTD。当网络同步，则BTS在同一时刻发送，RTD不需要计算，此时RTD＝0。

(6)基于AFLT的定位技术

是一种基于前向链路的定位方法，在定位操作时，手机同时监听多个基站(至少三个)的导频信息，利用码片时延来确定手机到附近基站的距离，最后用三角定位法算出用户的位置。

此种定位技术只适用于CDMA网络，需要在网络中增加新的实体，包括PDE(位置定位实体)和MPC(移动定位中心)。PDE获得导频信息的方式主要有两种：(1)按照IS-801协议定义的方式传送给MSC，再由MSC传送给PDE，这种方式需要移动台新增支持此协议的功能。(2)利用CDMA接口的消息，将用于定位的参数传送给MSC，再由MSC传送给PDE，这种方式不需要移动台支持IS-801协议，但需要在CDMA接口上支持这些参数的传输。定位算法可以放在移动台端或者网络侧，在城市基站密集区域，定位精度相对高。

(7)基于AGPS的定位技术

目前比较实用的GPS定位技术是网络辅助的GPS定位。即定位时，网络通过跟踪GPS卫星信号，解调出GPS导航信号，并将这些信息传送给移动台，移动台利用这些信息可以快速的搜索到有效的卫星，接收到卫星信号后，计算移动台位置的工作可以由移动台或者网络实体完成。

此定位技术，优点是定位精度比较高，可以提供定位精度要求较高的业务。其缺点是需要移动台内置GPS天线和GPS芯片等模块，并且需要支持IS-801协议，网络侧需要增加PDE和MPC，定位精度受所处环境的影响比较大，在可见GPS卫星数量较少时，定位精度将降低，甚至无法完成定位。

由上面介绍可知，现有的定位技术在具体实施过程中，都存在一定的利弊。有鉴于此，在一个系统综合了上述定位技术中的两种或者多种，从而快速、准确地获取移动位置信息的定位技术及其定位系统已经成为当前的研究热点。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种混合定位系统，以解决现有技术的定位系统只能采用一种定位技术，定位方式单一、不能兼容所有环境的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种混合定位系统，所述混合定位系统包括：移动台(MS)、基站收发台(BTS)、基站控制器(BSC)、分组数据服务节点(PDSN)、位置定位实体(PDE)、应用服务器(AS)和移动定位中心(MPC)。所述MS通过BTS和BSC、PDE进行通信，所述PDE与PDSN互连，且所述PDE与AS、MPC和BSC进行通信。

所述的混合定位系统，其中，BSC与PDE之间的通信遵循ss7指令集，PDE与MS之间的通信遵循IS-801数据突发序列规范。

所述的混合定位系统，其中，所述移动台(MS)进一步包括：

GPS接收模块，用于通过网络辅助GPS定位；

基站辅助定位模块，用于当MS处于没有卫星信号的区域时，基站辅助定位模块结合当前基站信号实现定位功能，

所述GPS接收模块与基站辅助定位模块相连。

本实用新型提供的混合定位系统包括：移动台(MS)、基站收发台(BTS)、基站控制器(BSC)、分组数据服务节点(PDSN)、位置定位实体(PDE)、应用服务器(AS)和移动定位中心(MPC)。所述MS通过BTS和BSC、PDE进行通信，所述PDE与PDSN互连，且所述PDE与AS、MPC和BSC进行通信。本实用新型的混合定位系统基于TCP/IP网络，提供了一种在移动台(MS)和位置定位实体(PDE)之间进行信令交互，从而达到定位目的的一种方案，该方案根据移动台(MS)所处环境本身，采用不同的定位方法，从而快速、准确地获取移动台(MS)的位置信息。

附图说明

图1是本实用新型的混合定位方法的用户终端发起的定位过程的流程图。

图2是本实用新型的混合定位方法的网络侧发起的定位过程的流程图

图3是本实用新型的PDE包括的7种不同的位置计算方法的示意图。

图4是本实用新型的混合定位系统的结构框图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种混合定位系统。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种混合定位方法，其是综合了现有定位技术中的两种或者多种方法在一个系统中，比如在TD-SCDMA网络中，根据网络本身具体的技术优势，可以用AOA和TOA进行单基站定位。目前比较主流的混合定位技术就是CDMA系统采用的GPS和AFLT混合定位方式，可简称为网络辅助混合定位。它结合了基于网络的非GPS定位技术和基于GPS的网络辅助定位技术的优点，在野外，可以利用GPS定位提供高精度的位置信息，同时网络侧可以提供辅助信息来缩短定位时间和提高定位精度。在城市，可以利用基站密集的优势，提供基于基站的信号，或者GPS和基站信号混合的定位方式，实现在复杂环境下的精确定位。如果同时利用智能化算法可以获取更佳的定位效果。例如，当移动台只能接收到两个基站的信号时，通常无法定位移动台，但是网络可以根据过去移动台的方向和速度，结合基站信号来唯一确定移动台的位置，而且还可以利用来自无线网络的一些重要信息加快处理进程，缩短卫星数据采集的时间。

所述的方法包括用户终端发起的定位和网络侧发起的定位过程。请参阅图1，图1是本实用新型的混合定位方法的用户终端发起的定位过程的流程图。如图所示，所述用户终端发起的定位过程以下步骤：

S1、用户终端发起定位请求，通过TCP/IP与PDE建立连接，并上报用户终端当前接收到的无线网络信息；

S2、PDE根据所述用户终端上报的信息，确定相应的预定定位方法，完成用户终端位置的初步运算，得到预定位置信息；

S3、PDE启用AGPS方式，通过网络把GPS星历信息和预定位置信息发送给用户终端，辅助用户终端进行GPS定位计算；

S4、用户终端根据PDE下发的AGPS辅助信息进行测量，并把测量结果和无线网络信息返回给PDE；

S5、PDE根据终端上报的测量结果和无线网络信息，再次确定二次定位方法，完成用户终端位置的再次运算，得到二次位置信息；

S6、PDE比较预定位置信息和二次位置信息，选择水平误差最小的定位结果，确定为最终位置信息，并返回给用户终端和MPC，完成对用户终端的定位。

下面分别针对上述步骤进行具体说明：

关于步骤S1、用户终端发起定位请求，通过TCP/IP与PDE建立连接，并上报用户终端当前接收到的无线网络信息。其中，用户终端为用户使用的移动终端MS(Mobile Station)，与固定通信终端最大的区别是：移动终端MS具有不确定性。因此，对移动用户来说，最需要的信息就是位置信息，特别是出现紧急情况时更需要知道用户确切的位置。在本实用新型实施例中，用户请求确定所使用的MS的位置，则所述MS通过TCP/IP网络与PDE建立连接，PDE(Position Deltermining Entity)为位置定位实体。

步骤S2、PDE根据所述用户终端上报的信息，确定相应的预定定位方法，完成用户终端位置的初步运算，得到预定位置信息。在本实用新型实施例中，PDE根据用户终端上报的信息进行BS寻找，找到当前服务基站，再对上报的邻区PN序列表进行PN寻找，根据PN查找结果，决定选择计算方法(从AFLT、混合cell ID、cell ID、BS region中选择)，完成用户位置的初步运算，确定用户所在区域的范围。

步骤S3、PDE启用AGPS方式，通过网络把GPS星历信息和预定位置信息发送给用户终端，辅助用户终端进行GPS定位计算。所述AGPS为辅助全球卫星定位系统，普通的GPS系统是由GPS卫星和GPS接受器组成.与普通的GPS不同，A-GPS在系统中还有一个辅助服务器.在A-GPS网络中，由于受到接收器工作功率和地理位置的影响而不能获得理想的定位效果，接受器往往与有着较高功率的辅助服务器通信并接入网络。虽然与蜂窝系统的覆盖范围有关，但由于A-GPS接收器与辅助服务器间的任务共享，所以A-GPS往往比普通的GPS系统处理速度更快，有更高的效率。

接着来说，步骤S4和S5，用户终端根据PDE下发的AGPS辅助信息进行测量，并把测量结果和无线网络信息返回给PDE；然后，PDE根据终端上报的测量结果和无线网络信息，再次确定二次定位方法，完成用户终端位置的再次运算，得到二次位置信息。其中，二次定位方法是由PDE终端根据测量结果和无线网络信息等确定的，其包括：AGPS定位方法、AGPS+AFLT混合定位方法、AFLT定位方法、Cell-ID定位方法等等举例来说，可以采用如下规则：如果可见卫星数等于或者多于3颗，采用AGPS定位技术；如果可见卫星数少于3颗，同时有多个地面基站信号覆盖时，采用AGPS与AFLT混合定位；如果无可见卫星信号，只有数个无线网络基站信号覆盖时，仅采用AFLT定位技术；如果仅有1个无线网络基站信号覆盖时，采用cell ID定位。当然了，在具体操作过程中，随着技术的发展，也可以采用其他制定方式，在这里就保证一一描述了。

所述步骤S6、PDE比较预定位置信息和二次位置信息，选择水平误差最小的定位结果，确定为最终位置信息，并返回给用户终端和MPC，完成对用户终端的定位。因为在实际操作过程中，可能二次位置信息和预定位置信息相比，其定位的准确程度存在一定误差，故PDE比较两次定位结果，选择其中水平误差最小的定位结果，确定为最终位置信息，然后返回给用户终端和MPC，完成定位。

从用户终端发起的定位来看，本实用新型的混合定位方法主要包括3种定位模式：MS-based、MS-assisted和MS stand-alone。

其中，所述MS-based方式下的定位终端采用AGPS定位方式，即由位置定位实体PDE根据终端上报的无线网络信息，先进行预定位，得到终端当前的位置范围，再根据广域参考网WARN收集到的卫星信息发给终端，加快终端搜索速度，由终端侧对搜索结果进行计算。其影响因素包括预定位的计算结果、广域参考网搜集的信息、终端定位芯片的质量和手机天线的加工质量。

所述MS-assisted方式下的定位终端采用AGPS定位方式，与MS-based方式基本一样，但由于MS-assisted方式下的GPS定位计算由位置定位实体PDE完成，所以PDE根据预定位结果，给终端返回的信息是卫星编码和多普勒频移数据，终端根据PDE提供的数据进行测量后返回给平台进行GPS位置计算。其影响因素包括预定位的计算结果、广域参考网收集的信息和无线环境，由于卫星搜索和位置计算均由平台侧根据终端的预定位结果计算完成，精度不如MS-based方式和移动台独立定位模式，但终端侧的芯片要求较低。其基本流程：移动终端(以手机为例说明)发起定位任务，向PDE请求获得辅助定位信息(低精度搜索)，同时向PDE发送手机基本信息以及导频参数信息；PDE向手机反馈请求的辅助定位信息；然后手机又向PDE请求灵敏度辅助定位信息(高精度搜索)；PDE向手机反馈灵敏度辅助定位信息；手机向PDE发送GPS伪距信息，导频信息，时间差等信息，同时向PDE请求定位结果；PDE向手机反馈定位结果；手机再一次向PDE发送手机信息(同时置上任务结束标记)。

所述MS stand-alone这种定位方式与上述两种定位模式均不相同，处于此模式下的手机在定位流程中无需从服务器端获取任何服务信息，手机主动搜索当前天空中可见的卫星，根据时间戳分别计算到可见卫星的距离，综合计算得到当前的经纬度和高度数据。其影响因素包括终端定位芯片的质量和手机天线的加工质量。此时的手机设备与传统GPS定位接收器相同，其不利点也同样在于受卫星信号限制明显及首次启动时间过长等。一般来说MS stand-alone模式只配置与中高端市场产品，其中最重要的原因是MSstand-alone模式需要手机设备可以支持GPS与CDMA同步工作，而这个功能需要手机从硬件设计上的支持，必须为GPSS和CDMA预留两条独立的射频信号通道。

综上所述，MS-based和MS-assisted属于辅助全球卫星定位系统AGPS的定位方式，及由网络侧提供卫星的星历数据或者卫星信息，简化终端搜索卫星的过程，提供终端进行GPS定位的速度。

另外，如图2所示，其为网络侧发起的定位过程的流程图。如图所示，所述定位过程包括以下步骤：

Y1、网络侧向MPC(Mobile Position Center移动定位中心)发送对MS的定位请求；

Y2、MPC收到定位请求后，判定MS是否为本地用户，如果是则执行Y3，否则将该定位请求转发给被叫MS归属的MPC；

Y3、MPC向HLR确认MS是否为授权允许其位置信息可以被查询，如果是，则执行Y4，否则终止定位请求；

Y4、HLR向MPC发送一个定位响应的回应信息，所述回应信息包括了所述MS所在基站的网络号，MPC地址信息；

Y5、MPC收到定位回应信息后，确认该请求的优先级处于被处理级别，向所述MS所在基站发送一个定位请求ISPOSREQ信号，获取该基站的网络射频信息以及小区信号编号；

Y6、当所述基站收到携带正确响应码的ISPOSREQ信号后，会为目标的MS分配一个载波信道，用于定位；

Y7、MPC获取目标MS的协作定位能力和载波信道，并发送到PDE；

Y8、PDE完成位置计算、然后向目标MS发送一个定位完成的回复，并通知所述基站定位已经完成；

Y9、PDE将计算所得的目标MS的定位信息发送给MPC；

Y10、MPC向发起请求的网络侧返回目标MS的位置信息。

其中，在步骤Y8中，当完成位置计算后，服务基站将释放请求的载波信道，PDE也同时释放所有的资源。另外，PDE的位置计算方法包括7种不同的位置计算方法，每种方法得出的精度不同，要求的环境和条件也不同，在定位过程中，PDE根据终端能搜索到的卫星信号和无线网络信号质量综合选取合适的计算方式。所述7种定位方法及其简要说明、适用场景分别如图3的表格所示。

综上所述，本实用新型的混合定位方法包括了多种定位方法，在室内和室外不同的场景下，采用的定位方法不同，定位精度会有所区别。要提高混合定位方法的定位精度，重点在于维护定位平台基站历书BSA数据的完整性和准确性，确保现有网络中在用的扇区信息都按照格式要求录入到系统中，并定期优化基站数据库中的关键字段。

本实用新型还提供了一种混合定位系统，如图4所示，其包括：移动台(MS)100、基站收发台(BTS)200、基站控制器(BSC)300、分组数据服务节点(PDSN)400、位置定位实体(PDE)500、应用服务器(AS)600和移动定位中心(MPC)700。所述MS100通过BTS200和BSC300、PDE500进行通信，所述PDE500与PDSN400互连，且所述PDE500与AS600、MPC700和BSC300进行通信。

具体说来，移动通信系统主要由移动台MS、基站子系统和网络子系统组成，基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)构成了基站子系统。一个完整的BTS包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。BTS可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收和发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收，来达到移动通信信号的传送。这一系统架构使用网络数据突发消息(data brust messaging)作为IS-801和J-STD-036消息的传输机制。BSC与PDE之间的通信遵循ss7指令集，PDE与MS之间的通信遵循IS-801数据突发序列规范。

该体系的设计重点放在了上层应用程序，由于各个运营商的网络布局和特性上存在差异性，兼容这些网络个体间的差异成为用户平面的设计目标，有了这套架构的支持，同样的应用程序就有可能在各个网络上实现运行。既然要把应用和无线网络剥离开来，那么选择TCP/IP代替数据突发消息(data brust messaging)作为定位信息的载体，目前所有的应用程序除了E911服务簇外基本上所有的用户平面架构上的LBS应用程序都是基于TCP/IP封装IS-801消息的。LBS应用程序包括了WAP、JAVA、BREW等支持AGPS的解决方案，这主要取决于MS本身的操作系统支持什么平台，通常他们之间并不互斥。

进一步地，所述移动定位中心(MPC)之间基于TCP/IP协议连接，所述MPC与位置业务提供商(CP)设备之间通过TCP/IP协议相连，所述PDE通过TCP/IP协议与MPC相连。另外，所述MS配置有GPS接收机，可以先通过网络辅助GPS定位，在MS无法接收到GPS卫星信号的地方可以采用AFLT等技术进行定位，从而提高定位精度，扩大定位范围，并缩短定位时间。

另外，本实用新型的移动台(MS)，其进一步包括：

GPS接收模块，用于通过网络辅助GPS定位；

基站辅助定位模块，用于当MS处于没有卫星信号的区域时，基站辅助定位模块结合当前基站信号实现定位功能。所述GPS接收模块与基站辅助定位模块相连。

本实用新型提供的混合定位系统，所述混合定位系统包括：移动台(MS)、基站收发台(BTS)、基站控制器(BSC)、分组数据服务节点(PDSN)、位置定位实体(PDE)、应用服务器(AS)和移动定位中心(MPC)。所述MS通过BTS和BSC、PDE进行通信，所述PDE与PDSN互连，且所述PDE与AS、MPC和BSC进行通信。本实用新型的混合定位系统基于TCP/IP网络，提供了一种在移动台(MS)和位置定位实体(PDE)之间进行信令交互，从而达到定位目的的一种方案，该方案根据移动台(MS)所处环境本身，采用不同的定位方法，从而快速、准确地获取移动台(MS)的位置信息。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种混合定位系统，基于TCP/IP网络，其特征在于，所述混合定位系统包括：移动台、基站收发台、基站控制器、分组数据服务节点、位置定位实体、应用服务器和移动定位中心。所述移动台通过基站收发台和基站控制器、位置定位实体进行通信，所述位置定位实体与分组数据服务节点互连，且所述位置定位实体与应用服务器、移动定位中心和基站控制器进行通信。

2.根据权利要求1所述的混合定位系统，其特征在于，基站控制器与位置定位实体之间的通信遵循ss7指令集，位置定位实体与移动台之间的通信遵循IS-801数据突发序列规范。

3.根据权利要求1所述的混合定位系统，其特征在于，所述移动台进一步包括：

GPS接收模块，用于通过网络辅助GPS定位；

基站辅助定位模块，用于当移动台处于没有卫星信号的区域时，基站辅助定位模块结合当前基站信号实现定位功能，

所述GPS接收模块与基站辅助定位模块相连。

4.根据权利要求1所述的混合定位系统，其特征在于，所述移动台设置有GPS接收机。 

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