專利名稱：一種基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電通信技術(shù)，尤其涉及一種移動通信系統(tǒng)中的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的移動定位業(yè)務(wù)日益受到廣泛關(guān)注，它的主要應(yīng)用有用于用戶安全的緊急呼叫定位業(yè)務(wù)；相關(guān)犯罪活動的定位跟蹤；個人定位服務(wù)，例如交通、住宿等服務(wù)行業(yè)信息的查詢；智能交通運輸定位；無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計和資源管理；用于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的計費(根據(jù)呼叫率確定某些位置的通信費用)等。
現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的定位實現(xiàn)通常有兩類一類是移動用戶通過無線信號的測量和周圍小區(qū)基站的信息自主確定地理位置，即基于用戶設(shè)備UE的情況，一類是無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過無線信號的測量和周圍小區(qū)的基站信息來最終確定移動用戶的地理位置，即用戶設(shè)備UE輔助的情況。
第三代移動通信項目組織3GPP對寬帶碼分多址WCDMA規(guī)定了三種定位方法基于小區(qū)標(biāo)識Cell Id，即Cell Identification的定位方法；可能包含網(wǎng)絡(luò)輔助配置空閑周期IPDL，即Idle Periods DownLink的觀測到的到達(dá)時間差OTDOA，即Observed Time Difference of Arrival定位方法；網(wǎng)絡(luò)輔助的全球定位系統(tǒng)A-GPS定位方法。
上述三種方法中基于小區(qū)標(biāo)識Cell Id的定位方法既可以是按照小區(qū)標(biāo)識Cell Id來確定用戶位置，也可以是利用小區(qū)標(biāo)識Cell Id和環(huán)回時間RTT等測量值一起通過Cell_Id+RTT確定移動用戶的位置?；贑ell Id的定位方法是用小區(qū)的覆蓋范圍來描述用戶設(shè)備UE的地理位置，所以精度很低，按照小區(qū)覆蓋范圍的不同所能確定用戶設(shè)備UE的地理位置范圍也不同。
利用Cell_Id+RTT的方法所能確定的用戶設(shè)備UE的位置范圍對于全相天線是如圖1所示，通過這種定位方法所能確定的UE位置范圍是以發(fā)射天線的中心為圓心，半徑為d+35m和d-35m之間的一個圓環(huán)；對于定向天線，如圖2所示，所能確定的用戶設(shè)備UE的位置范圍是以發(fā)射天線的中心為圓心，半徑為d+35m和d-35m之間的圓環(huán)的一部分。雖然結(jié)合了環(huán)回時間RTT測量之后用戶設(shè)備UE的定位精度和無環(huán)回時間RTT時相比得到了提高，但是定位結(jié)果還是較差，一般采用該類定位方法定位精度范圍為100m～20km。
觀測到的到達(dá)時間差OTDOA的定位方法需要用戶設(shè)備UE測量系統(tǒng)幀號-系統(tǒng)幀號觀測時間差類型2，即SFN-SFN observed timedifference type 2和UE接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx timedifference type 2，需要定位測量單元LMU在無線接口測量小區(qū)的幀觀測時間差或者全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)UTRAN的小區(qū)GPS幀定時。這些測量值和各個小區(qū)的發(fā)射天線位置結(jié)合在一起，可以由用戶設(shè)備UE或者網(wǎng)絡(luò)計算得到用戶設(shè)備UE的地理位置范圍。觀測到的到達(dá)時間差OTDOA的定位精度可以達(dá)到50m～500m，但是采用這種定位方法需要增加定位測量單元LMU設(shè)備，而且需要至少三個小區(qū)參與測量過程，所以這種方法比較基于小區(qū)標(biāo)識的定位方法而言，精度雖有提高但卻是以增加功能模塊和復(fù)雜的計算為前提的。
現(xiàn)有專利中對無線資源可用時通過測量RTT來快速定位的方法沒有描述。美國專利《在CDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中確定用戶設(shè)備位置的基于網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng)》(Network-based method and system for determining alocation of user equipment in CDMA networks，專利申請?zhí)?0020094820)中描述了通過RTT測量進(jìn)行定位的一種方法，該專利中對RTT的測量是在和用戶設(shè)備有連接存在的節(jié)點上以及和用戶設(shè)備無連接存在的節(jié)點上進(jìn)行的。對于有連接存在的節(jié)點，是通過在DPCH上兩個方向上的傳播時間和UE上的延遲時間所構(gòu)成的環(huán)回時間的測量來最終確定UE到節(jié)點的發(fā)射天線的距離的。對于沒有連接存在的節(jié)點，利用連接的節(jié)點發(fā)送消息到UE，然后UE在上行隨機(jī)接入信道RACH發(fā)送信號給無連接存在的節(jié)點，利用實時傳輸延遲RTD和測量到的UE的傳播延遲以及環(huán)回時間RTT最終確定UE到無連接的節(jié)點的發(fā)射天線的距離。該專利的測量過程中要用到和用戶之間的一些非協(xié)議規(guī)定的約定消息，而且在實現(xiàn)過程中要結(jié)合其它的一些定位方法，例如觀測到的到達(dá)時間差OTDOA定位方法或者到達(dá)角度AOA定位方法。
網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位方法利用空間的衛(wèi)星信號測量，需要在地面附加接收設(shè)備并且在移動設(shè)備上增加接收器，需要無線接口上的高層信令參與傳輸輔助數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位精度可以達(dá)到5m～50m，是目前定位精度最高的定位方法，但是由于需要附加衛(wèi)星接收器和無線接口的信息傳輸，所以對現(xiàn)有設(shè)備的兼容性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精度高、運算簡單且兼容性強(qiáng)的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法。
本發(fā)明所采用的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法為在寬帶碼分多址WCDMA系統(tǒng)中，當(dāng)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)UTRAN收到了用戶設(shè)備UE的定位請求時，無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC建立指定的節(jié)點B，即NODEB和用戶設(shè)備UE之間的無線連接，進(jìn)入連接狀態(tài)，此時和用戶設(shè)備UE建立連接的小區(qū)即參考小區(qū)，選擇另外至少一個小區(qū)用來和用戶設(shè)備UE建立連接，在各個小區(qū)上同時分別測量環(huán)回時間RTT和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx time difference type 2的值，獲得用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離，同時根據(jù)已知的各個小區(qū)的發(fā)射天線中心之間的距離對用戶設(shè)備UE定位；所述的用戶設(shè)備UE相對于各個小區(qū)處于以各個小區(qū)的發(fā)射天線中心為圓心，以用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的相應(yīng)距離為半徑的圓環(huán)內(nèi)，所述的用戶設(shè)備UE定位于所述的各個圓環(huán)的交匯區(qū)域；所述的各個圓環(huán)的交匯區(qū)域構(gòu)成封閉的多邊形區(qū)域時，該多邊形區(qū)域為用戶設(shè)備UE的定位位置；所述的用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離d根據(jù)環(huán)回時間RTT和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx timedifference type 2的值確定為d＝c×(RTT-UE Rx_Tx)/2，其中，c為光速。
所述的用戶設(shè)備UE處于軟切換狀態(tài)時激活集中的所有小區(qū)都可以作為測量小區(qū)，則測量其中至少兩個小區(qū)的環(huán)回時間RTT和UE Rx_Txtime difference type 2的值；所述的用戶設(shè)備UE處于非軟切換狀態(tài)時，只有參考小區(qū)和用戶設(shè)備UE之間有連接存在，需要在鄰近小區(qū)列表上選擇至少一個小區(qū)，在新選擇的小區(qū)上分別建立和用戶設(shè)備UE的連接，測量參考小區(qū)與新選擇的小區(qū)的環(huán)回時間RTT和UE Rx_Tx time difference type 2的值；所述的用戶設(shè)備UE處于非軟切換狀態(tài)時，首先判斷無線資源的可用性，若資源可用，則選擇新的小區(qū)，否則，定位失敗。
本發(fā)明的有益效果為在本發(fā)明中，通過對移動用戶設(shè)備所屬的參考小區(qū)及其鄰近小區(qū)的環(huán)回時間RTT及用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx time difference type 2進(jìn)行測量，通過簡單的運算，利用數(shù)學(xué)基本原理，實現(xiàn)移動用戶設(shè)備UE的定位，從而在原理上保證了本發(fā)明的定位精度，而且本發(fā)明是在現(xiàn)有設(shè)備上實現(xiàn)，無須復(fù)雜的消息流轉(zhuǎn)和非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的消息約定，在現(xiàn)有的定位條件下即可進(jìn)行，對用戶設(shè)備沒有任何額外要求，無須添加其它設(shè)備，不需要其它的定位方法的輔助，就可以達(dá)到較好的定位結(jié)果，因此，本發(fā)明精度高、運算簡單而且兼容性強(qiáng)；本發(fā)明在無線資源可利用時，采用更多個小區(qū)環(huán)回時間RTT測量定位，可以方便地縮小定位范圍，從而進(jìn)一步提高定位精度，尤其在軟切換狀態(tài)下，采用本發(fā)明的定位方法不需要增加資源消耗就可以提高定位精度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于小區(qū)標(biāo)識結(jié)合環(huán)回時間的定位方法中采用全相天線的定位示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中基于小區(qū)標(biāo)識結(jié)合環(huán)回時間的定位方法中采用定向天線的定位示意圖；圖3為本發(fā)明提出的定位方法的流程示意圖；圖4為本發(fā)明定位方法的示意圖；圖5為采用3個小區(qū)測量定位的示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明根據(jù)圖3、圖4和圖5，本發(fā)明結(jié)合基于小區(qū)標(biāo)識的定位方法完成移動用戶的定位，在寬帶碼分多址系統(tǒng)中，當(dāng)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)UTRAN在用戶設(shè)備UE的空閑方式下收到了用戶設(shè)備UE的定位請求時，無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC建立指定的節(jié)點B，即NODE B和用戶設(shè)備UE之間的無線連接，進(jìn)入連接狀態(tài)，此時和用戶設(shè)備UE建立連接的小區(qū)即參考小區(qū)，選擇另外至少一個小區(qū)用來和用戶設(shè)備UE建立連接，在各個小區(qū)上同時分別測量環(huán)回時間RTT和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UERx_Tx time difference type 2的值，獲得用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離，同時根據(jù)已知的各個小區(qū)的發(fā)射天線中心之間的距離對用戶設(shè)備UE定位，其中，環(huán)回時間RTT是在專用物理信道DPCH上開始從網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送幀出去直到在網(wǎng)絡(luò)側(cè)第一次接收到回應(yīng)幀的時間。
用戶設(shè)備UE相對于各個小區(qū)處于以各個小區(qū)的發(fā)射天線中心為圓心，以用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的相應(yīng)距離為半徑的圓環(huán)內(nèi)，所述的用戶設(shè)備UE定位于所述的各個圓環(huán)的交匯區(qū)域，如圖4所示，小區(qū)a是參考小區(qū)，通過環(huán)回時間RTT測量結(jié)果確定移動用戶和發(fā)射天線中心之間的距離，可由下式確定d＝c×(RTT-UE Rx_Tx)/2，其中，c為光速。
根據(jù)測量結(jié)果利用上述計算用戶設(shè)備UE到各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離d1和d2，由于發(fā)射天線中心的位置在無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC中是已知的，所以據(jù)此可以確定用戶設(shè)備UE在該小區(qū)內(nèi)的位置是如圖1所示的一個圓環(huán)，如果是定向天線，則是圓環(huán)的一部分；同樣，對于另外的一個小區(qū)根據(jù)測量結(jié)果同樣可以確定相應(yīng)的圓環(huán)，兩個圓環(huán)的交匯區(qū)域是P1、P1’兩點和圓弧所確定的封閉的多邊形區(qū)域，該多邊形區(qū)域就是移動用戶的定位位置。
在本發(fā)明中，需要在RNC數(shù)據(jù)庫中保存的鄰近小區(qū)列表中，選擇另外一個小區(qū)用來和UE建立連接。然后在這兩個與UE有連接存在的小區(qū)上分別測量RTT和UE Rx_Tx time difference type 2，來最終確定UE到這兩個小區(qū)發(fā)射天線的距離值。
鄰近小區(qū)的選擇方法是通過參考小區(qū)對UE發(fā)起測量，UE收到測量消息后對于滿足要求的鄰近小區(qū)上報測量結(jié)果給RNC，然后RNC根據(jù)測量結(jié)果中各個鄰近小區(qū)排序的結(jié)果選擇測量結(jié)果為最好的一個為鄰近小區(qū)，在該鄰近小區(qū)上建立和UE的連接。
如圖3所示，用戶設(shè)備UE處于軟切換狀態(tài)時激活集中的小區(qū)可以有多個，基于小區(qū)標(biāo)識的定位方法會按照3gpp協(xié)議25.305的規(guī)定選定其中的一個小區(qū)作為用戶設(shè)備UE當(dāng)前的位置區(qū)來上報，作為參考小區(qū)。
激活集中的所有小區(qū)都可以作為測量小區(qū)，則測量其中至少兩個小區(qū)的環(huán)回時間RTT和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx timedifference type 2的值，當(dāng)激活集中的小區(qū)超過兩個時，可以用于測量的小區(qū)數(shù)目超過兩個，如圖5所示的采用3個小區(qū)測量定位示意圖，當(dāng)有第3個被測小區(qū)存在時，可以確定第三個圓環(huán)，該圓環(huán)和原來的兩個圓環(huán)相交，進(jìn)而得到用戶設(shè)備UE的位置范圍是P1、P2、P3以及各段圓環(huán)包圍的封閉的多邊形區(qū)域，這和圖4中所顯示的P1、P1’以及各段圓環(huán)所構(gòu)成的封閉的多邊形區(qū)域所確定的區(qū)域相比，縮小了定位范圍，進(jìn)一步提高了定位精度，毫無疑問，參與測量的小區(qū)數(shù)目越多，其定位的精度就會越高。
如圖3所示，當(dāng)用戶設(shè)備UE處于非軟切換狀態(tài)時，只有參考小區(qū)和用戶設(shè)備UE之間有連接存在，首先判斷無線資源的可用性，若資源可用，則選擇新的小區(qū)，否則，定位失?。恍枰卩徑^(qū)列表上新選擇至少兩個小區(qū)，在新選擇的小區(qū)上分別建立和用戶設(shè)備UE的連接，測量參考小區(qū)與新選擇的小區(qū)的環(huán)回時間RTT和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx time difference type 2的值。
在確定了所有參與測量的小區(qū)并激活所有的小區(qū)之后，如圖3所示，在各個小區(qū)上同時分別測量環(huán)回時間RTT，以及測量用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2，即UE Rx_Tx time difference type 2的值，計算用戶設(shè)備UE與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離，最后，根據(jù)計算結(jié)果對用戶設(shè)備UE進(jìn)行定位。
權(quán)利要求
1.一種基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于在寬帶碼分多址(WCDMA)系統(tǒng)中，當(dāng)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)收到了用戶設(shè)備(UE)的定位請求時，無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)建立指定的節(jié)點B(NODEB)和用戶設(shè)備(UE)之間的無線連接，進(jìn)入連接狀態(tài)，此時和用戶設(shè)備(UE)建立連接的小區(qū)即參考小區(qū)，選擇另外至少一個小區(qū)用來和用戶設(shè)備(UE)建立連接，在各個小區(qū)上同時分別測量環(huán)回時間(RTT)和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2(UERx_Tx time difference type 2)的值，獲得用戶設(shè)備(UE)與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離，同時根據(jù)已知的各個小區(qū)的發(fā)射天線中心之間的距離對用戶設(shè)備(UE)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的用戶設(shè)備(UE)相對于各個小區(qū)處于以各個小區(qū)的發(fā)射天線中心為圓心，以用戶設(shè)備(UE)與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的相應(yīng)距離為半徑的圓環(huán)內(nèi)，所述的用戶設(shè)備(UE)定位于所述的各個圓環(huán)的交匯區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的各個圓環(huán)的交匯區(qū)域構(gòu)成封閉的多邊形區(qū)域時，該多邊形區(qū)域為用戶設(shè)備(UE)的定位位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的用戶設(shè)備(UE)與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離d根據(jù)環(huán)回時間(RTT)和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2(UE Rx_Tx time difference type 2)的值確定為d＝c×(RTT-UE Rx_Tx)/2，其中，c為光速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的用戶設(shè)備(UE)處于軟切換狀態(tài)時激活集中的所有小區(qū)都可以作為測量小區(qū)，則測量其中至少兩個小區(qū)的環(huán)回時間(RTT)和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2(UERx_Tx time difference type 2)的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的用戶設(shè)備(UE)處于非軟切換狀態(tài)時，只有參考小區(qū)和用戶設(shè)備(UE)之間有連接存在，需要在鄰近小區(qū)列表上選擇至少一個小區(qū)，在新選擇的小區(qū)上分別建立和用戶設(shè)備(UE)的連接，測量參考小區(qū)與新選擇的小區(qū)的環(huán)回時間(RTT)和用戶設(shè)備接收-傳輸時間差類型2(UE Rx_Tx time difference type 2)的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于所述的用戶設(shè)備(UE)處于非軟切換狀態(tài)時，首先判斷無線資源的可用性，若資源可用，則選擇新的小區(qū)，否則，定位失敗。
全文摘要
一種涉及電通信技術(shù)的基于小區(qū)標(biāo)識和環(huán)回時間的移動定位方法，其特征在于在寬帶碼分多址系統(tǒng)中，當(dāng)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)收到了用戶設(shè)備的定位請求時，無線網(wǎng)絡(luò)控制器建立指定的節(jié)點B和用戶設(shè)備之間的無線連接，進(jìn)入連接狀態(tài)，此時和用戶設(shè)備建立連接的小區(qū)即參考小區(qū)，選擇另外至少一個小區(qū)用來和用戶設(shè)備建立連接，在各個小區(qū)上同時分別測量環(huán)回時間和用戶設(shè)備接收－傳輸時間差類型2的值，獲得用戶設(shè)備與各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的距離，同時根據(jù)已知的各個小區(qū)的發(fā)射天線中心的地理位置信息對用戶設(shè)備定位，本發(fā)明精度高、運算簡單而且兼容性強(qiáng)。
文檔編號H04W64/00GK1536850SQ03113188
公開日2004年10月13日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月9日
發(fā)明者李春艷, 王磊 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司南京分公司, 深圳市中興通訊股份有限公司南京分公