專利名稱：一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提高確定MS(Mobile Station，移動(dòng)臺(tái))位置精度的移動(dòng)定位方法，尤其涉及在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，具體涉及通過(guò)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中服務(wù)小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)所測(cè)量上報(bào)相鄰小區(qū)基站的功率電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位精度的提高。
蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中需要建立許多小區(qū)，小區(qū)一般可分為全向小區(qū)和定向小區(qū)，定向小區(qū)根據(jù)實(shí)際情況可以劃分成幾個(gè)扇區(qū)。每個(gè)全向小區(qū)和每個(gè)定向小區(qū)的扇區(qū)內(nèi)都有一個(gè)BTS(Base Transceiver Station，基站收發(fā)信臺(tái))，它負(fù)責(zé)和本小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行通信。每個(gè)小區(qū)有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)碼，小區(qū)覆蓋半徑的大小一般和基站收發(fā)信臺(tái)的發(fā)射功率、移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率、天線高度，以及系統(tǒng)在無(wú)線接口允許的最大時(shí)延等因素有關(guān)。
蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，每個(gè)用戶只和服務(wù)小區(qū)的BTS進(jìn)行雙向通信，并且一般可以測(cè)量幾個(gè)相鄰小區(qū)BTS的最強(qiáng)功率電平，上報(bào)給本小區(qū)的BTS，參見

圖1。
GSM系統(tǒng)是一個(gè)非常成功的蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，且有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在GSM系統(tǒng)中，定位方法主要有4種CGI(Cell Global Identity，小區(qū)全球識(shí)別碼)+TA(Timing Advance，時(shí)間提前量)，E-OTD(Enhanced ObservedTime Difference，增強(qiáng)觀察時(shí)間差)，UL-TOA(UpLink Time of Arrival，上行到達(dá)時(shí)間)和A-GPS(Assisted Global Positioning System，輔助全球定位系統(tǒng))。在這四種定位方法中，CGI+TA方法實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，MS不用作任何改動(dòng)，但其定位精度較低，E-OTD定位方法精度有所提高，但需要升級(jí)MS的軟件，還需要增加一些LMU(Location Measurement Unit，定位測(cè)量單元)。UL-TOA定位方法精度比CGI+TA定位方法有所提高，但需要在每個(gè)基站位置增加LMU單元，大大增加了網(wǎng)絡(luò)成本。A-GPS定位方法精度最高，但需要升級(jí)MS的軟件和硬件，網(wǎng)絡(luò)也需要增加GPS衛(wèi)星地面接收站。
全球每個(gè)蜂窩小區(qū)有一個(gè)唯一的小區(qū)識(shí)別碼CGI。TA由基站測(cè)量，用于通知移動(dòng)用戶提前一段時(shí)間(TA)發(fā)送數(shù)據(jù)，使得到達(dá)數(shù)據(jù)正好落入基站的接收窗口中，使用TA的目的是為了扣除基站與移動(dòng)用戶之間的傳輸時(shí)間時(shí)延，因此利用TA可以估計(jì)MS和BTS之間的距離。TA以比特為單位，1比特相當(dāng)于550米的距離。因此CGI+TA的移動(dòng)定位方法精度比較低。如果小區(qū)半徑小于550米，定位精度為小區(qū)半徑大小，參見圖2(a)和(b)。如果小區(qū)半徑大于550米，定位精度為550米左右，參見圖3(a)和(b)。
由于CGI+TA移動(dòng)定位方法精度較低，限制了很多定位業(yè)務(wù)的開展。同樣在3G和CDMA系統(tǒng)中，類似定位方法的定位精度也受到限制。在美國(guó)專利《Method and system for determining position of mobile radioterminals，6,009,334，September 11，2001》中，用測(cè)量信號(hào)的到達(dá)時(shí)間計(jì)算MS的位置。利用到達(dá)時(shí)間計(jì)算MS的位置，系統(tǒng)或MS需要作較大改動(dòng)，因此較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有CGI+TA移動(dòng)定位方法定位精度較低的缺點(diǎn)，在保持CGI+TA移動(dòng)定位方法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，利用MS上報(bào)的相鄰小區(qū)測(cè)量報(bào)告，提高M(jìn)S的定位精度。(說(shuō)明定位精度這個(gè)說(shuō)法本身就含有位置精度的意思了，所以不必再加“位置”)本發(fā)明在類似CGI+TA移動(dòng)定位方法基礎(chǔ)之上，利用MS上報(bào)的相鄰小區(qū)基站的功率電平測(cè)量值，計(jì)算MS在服務(wù)小區(qū)中的位置。
本發(fā)明利用了MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告信息，不必引入專門的測(cè)量單元，因此實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單。
本發(fā)明根據(jù)服務(wù)小區(qū)的CGI和TA，利用MS上報(bào)的幾個(gè)相鄰小區(qū)基站的功率電平，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)計(jì)算MS的位置。
根據(jù)已有技術(shù)可知無(wú)線電波在自由空間中傳播時(shí)，不產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射和吸收等現(xiàn)象，只存在因擴(kuò)散而造成的衰減。所以，其基本傳輸損耗Lf可由下式計(jì)算Lf＝32.5+20logf+20logd式中，f是載頻頻率，d是收發(fā)天線之間距離。由此可見自由空間的傳輸路徑損耗隨載波頻率、傳輸距離的增大而增大。
無(wú)線信號(hào)在實(shí)際的傳輸過(guò)程中，需要考慮多徑衰落、陰影地區(qū)等因素的影響，傳輸模型較為復(fù)雜。實(shí)際常用的模型有Okumura-Hata模型，COST-231模型等等。
Okumura-Hata模型傳播損耗為L(zhǎng)b城＝69.55+26.16lgf-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)(lgd)γ式中，f是載頻頻率，d是收發(fā)天線之間距離，Lb城為基本傳播損耗中值，hb、hm是基站、移動(dòng)臺(tái)天線有效高度。COST-231模型傳播損耗為L(zhǎng)b城＝46.3+33.9lgf-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)(lgd)γ式中，f是載頻頻率，d是收發(fā)天線之間距離，Lb城為基本傳播損耗中值，hb、hm是基站、移動(dòng)臺(tái)天線有效高度。
從以上傳輸模型可以看出，傳輸路徑損耗隨載頻頻率、傳輸距離的增大而增大，隨基站和移動(dòng)臺(tái)天線高度的增高而減小。
對(duì)于每個(gè)BTS，其EIRP(Equivalent Isotropic Radiated Power，等效各向同性輻射功率)為EIRP＝基站天線輸入功率+基站天線的增益設(shè)MS可測(cè)量的相鄰小區(qū)有M個(gè)，其中MS測(cè)量到第j個(gè)相鄰小區(qū)的接收功率為Pr(j)，第j個(gè)相鄰小區(qū)的等效輻射功率為EIRP(j)，則第j個(gè)相鄰小區(qū)的BTS(j)到MS的路徑損耗為L(zhǎng)(j)＝EIRP(j)-Pr(j)本發(fā)明的基本構(gòu)思是對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分，在定位MS的位置時(shí)，根據(jù)CGI確定MS在哪個(gè)小區(qū)內(nèi)。根據(jù)TA確定MS在哪個(gè)帶或環(huán)中，然后由MS上報(bào)的相鄰小區(qū)測(cè)量電平推出MS和各個(gè)相鄰小區(qū)BTS的路徑損耗，根據(jù)路徑損耗隨距離增大而增大的原則，經(jīng)過(guò)排序、比較算法確定MS在哪個(gè)塊區(qū)域中。
還應(yīng)該考慮到的因素是定位精度和塊劃分的大小有關(guān)，塊劃分得過(guò)小也無(wú)意義，參考目前其它定位方法的定位精度，塊的單邊邊長(zhǎng)一般不小于100米。
路徑損耗和傳輸環(huán)境有關(guān)，因此本發(fā)明中增加環(huán)境因子σ。根據(jù)MS和相鄰小區(qū)BTS之間的傳輸路徑情況來(lái)確定環(huán)境因子的大小，從路徑損耗中扣除傳輸環(huán)境的影響。MS和相鄰小區(qū)BTS之間的傳輸路徑根據(jù)實(shí)際情況，可以分為幾類，如嚴(yán)重遮擋、一般遮擋、較少遮擋、市區(qū)環(huán)境、郊區(qū)環(huán)境、山區(qū)環(huán)境等等，環(huán)境因子σ的取值由實(shí)際測(cè)試統(tǒng)計(jì)得到。遮擋情況越嚴(yán)重，σ值越大，σ＞0。
MS接收相鄰小區(qū)的頻率一般相差較小，根據(jù)Okumura-Hata模型和COST-231模型，由于接收頻率不同而引起的路徑損耗變換比較小，因此可以忽略其影響。
基站天線高度為hb(j)，對(duì)應(yīng)的路徑損耗為L(zhǎng)b(j)＝-13.82loghb(j)。
如上所述，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于該方法包括預(yù)處理階段和定位階段；所述預(yù)處理階段進(jìn)一步包括對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分；計(jì)算每個(gè)塊到各相鄰小區(qū)的距離；分別對(duì)每個(gè)塊中的距離值從小到大排序，然后采用基站號(hào)表示，得到L×M階矩陣B；判斷矩陣是否存在相同行，有則計(jì)算λ(k)，無(wú)則進(jìn)入下一步；確定環(huán)境因子；計(jì)算相鄰小區(qū)基站天線高度引起的損耗；計(jì)算各相鄰小區(qū)基站的EIRP。
所述定位階段進(jìn)一步包括計(jì)算扣除各種影響的路徑損耗；對(duì)路徑損耗按從小到大的順序排列，并用相應(yīng)的基站號(hào)進(jìn)行表示；計(jì)算路徑損耗的均方根值；計(jì)算各路徑損耗和路徑損耗均方根值的差值；對(duì)均方根差值進(jìn)行偏移，并取反；以測(cè)量值(基站號(hào))和各塊的理論值(基站號(hào))進(jìn)行比較，從各比較值中選取最大值；判斷有無(wú)相同最大值，有則計(jì)算γ值，求|λ(k)-γ|，并取最小值以確定MS位置，無(wú)則直接確定MS位置。
所述為了能夠準(zhǔn)確定位MS的位置，MS需要至少上報(bào)3個(gè)相鄰小區(qū)基站的功率電平。
所述塊的劃分的單邊邊長(zhǎng)不小于100米。
所述對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分進(jìn)一步包括如果小區(qū)半徑小于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x值，則把小區(qū)劃分為塊；如果小區(qū)半徑大于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x值，根據(jù)TA可劃分為X個(gè)帶或環(huán)，X＝0，1，...，小區(qū)覆蓋半徑/1bitTA對(duì)應(yīng)的距離。
所述計(jì)算每個(gè)塊到各相鄰小區(qū)的距離是計(jì)算每個(gè)塊的中心到各相鄰小區(qū)基站的距離。
所述基站號(hào)采用二進(jìn)制編碼表示排序后的距離值，并用矩陣B表示。
所述得到L×M階矩陣的行表示每個(gè)塊和各相鄰小區(qū)基站的距離按遞增排序時(shí)對(duì)應(yīng)的基站號(hào)，列總數(shù)表示MS上報(bào)相鄰小區(qū)基站的總數(shù)。
所述矩陣有K行排序相同時(shí)，則分別取M列距離中，前三項(xiàng)計(jì)算λ(k)。
根據(jù)小區(qū)和各相鄰基站的傳輸路徑情況確定環(huán)境因子σ(j)，j＝1，2，...，M。
所述傳輸路徑情況是指嚴(yán)重遮擋、或一般遮擋、或較少遮擋、或市區(qū)環(huán)境、或郊區(qū)環(huán)境、或山區(qū)環(huán)境，所述環(huán)境因子σ的取值由實(shí)際測(cè)試統(tǒng)計(jì)得到，遮擋情況越嚴(yán)重，環(huán)境因子σ越大，σ＞0。
所述定位階段對(duì)MS的確定是按照一定周期上報(bào)的包含相鄰小區(qū)的接收電平的測(cè)量報(bào)告，根據(jù)上報(bào)的相鄰小區(qū)功率電平計(jì)算MS的位置，每上報(bào)一次測(cè)量報(bào)告，則計(jì)算一次MS位置。
所述計(jì)算扣除各種影響的路徑損耗，進(jìn)一步包括根據(jù)MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告，計(jì)算MS到各相鄰小區(qū)基站的路徑損耗；計(jì)算扣除相鄰小區(qū)基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗；計(jì)算環(huán)境因子對(duì)路徑損耗的影響值。
所述排序后的路徑損耗采用L×M矩陣表示。
所述各個(gè)路徑損耗的位置上，采用相應(yīng)相鄰小區(qū)基站號(hào)進(jìn)行表示，得到L×M階矩陣Nt。
所述對(duì)均方根差值進(jìn)行偏移后的數(shù)據(jù)采用矩陣表示Φt＝(δ1，δ2，...，δM)；所述從各比較值中選取最大值進(jìn)一步包括對(duì)矩陣Nt和矩陣B的每行進(jìn)行與運(yùn)算，得到矩陣C；計(jì)算矩陣C與矩陣ΦtT的乘積，ΦtT是Φt的轉(zhuǎn)置矩陣，得到矩陣D；求矩陣D中最大值，即對(duì)應(yīng)塊區(qū)域中的MS所在區(qū)域。
所述從各比較值中選取最大值，有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的最大值，則進(jìn)行以下運(yùn)算γ＝(l1-l2)/(l2-l3)γ是路徑損耗差值比，和理論值λ(k)比較，確定MS位置。
min{|λ(1)-γ|，|λ(2)-γ|，......，|λ(k)-γ|}最小值對(duì)應(yīng)的塊區(qū)域，就是MS所在區(qū)域。
需要連續(xù)定位MS時(shí)，在下一時(shí)刻接收到MS的測(cè)量報(bào)告后，重復(fù)定位階段即可實(shí)現(xiàn)。
采用本發(fā)明所述方法，不需要改動(dòng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備，不需要增加新的測(cè)量單元，利用已有MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告，計(jì)算MS位置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了移動(dòng)臺(tái)的定位的精度。
圖4(a)是蜂窩系統(tǒng)定向小區(qū)圖，圖4(b)是蜂窩系統(tǒng)全向小區(qū)圖，圖5(a)是蜂窩系統(tǒng)定向小區(qū)圖，圖5(b)是蜂窩系統(tǒng)全向小區(qū)圖，圖6是本發(fā)明方法預(yù)處理階段的流程圖，圖7是本發(fā)明方法定位階段的流程圖，圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中小區(qū)的塊劃分圖。
如圖2(a)所示小區(qū)半徑小于550米，即TA＝0。
如圖2(b)所示小區(qū)半徑小于550米，即TA＝0。
如圖3(a)所示小區(qū)半徑大于550米，即0≤TA≤63，1比特相當(dāng)于550米。當(dāng)TA等于某個(gè)不等于零的數(shù)值時(shí)，MS位于一個(gè)帶狀區(qū)域內(nèi)。
如圖3(b)所示小區(qū)半徑大于550米，即0≤TA≤63，1比特相當(dāng)于550米。當(dāng)TA等于某個(gè)不等于零的數(shù)值時(shí)，MS位于一個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)。
如圖4(a)所示小區(qū)半徑小于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x，即TA＝0。把該小區(qū)劃分為L(zhǎng)個(gè)塊，如A、B、C、D，以便于定位MS在哪個(gè)塊中。
如圖4(b)所示小區(qū)半徑小于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x，即TA＝0。把該小區(qū)劃分為L(zhǎng)個(gè)塊，如A、B、C、D，以便于定位MS在哪個(gè)塊中。
如圖5(a)所示小區(qū)半徑大于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x，0≤TA≤系統(tǒng)允許的最大的TA值。當(dāng)MS位于TA＝0區(qū)域內(nèi)時(shí)，情況和圖4(a)相同；當(dāng)TA等于某個(gè)值時(shí)，MS位于一個(gè)帶狀區(qū)域內(nèi)，把該帶狀區(qū)域劃分成L個(gè)塊，如L＝6，即A、B、C、D、E和F，以便于確定MS在哪個(gè)塊中。
如圖5(b)所示小區(qū)半徑大于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x，0≤TA≤系統(tǒng)允許的最大的TA值。當(dāng)MS位于TA＝0區(qū)域內(nèi)時(shí)，情況和圖4(b)相同；當(dāng)TA等于某個(gè)值時(shí)，MS位于一個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，把該環(huán)狀區(qū)域劃分成L個(gè)塊，如L＝12，即A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K和L，以便于確定MS在哪個(gè)塊中。
如圖6所示對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分，參見圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)和圖5(b)。取每個(gè)塊的中心，然后計(jì)算每個(gè)塊中心到各相鄰小區(qū)BTS的距離，按遞增順序排序，去掉MS未測(cè)量的相鄰小區(qū)BTS對(duì)應(yīng)的距離，再用各相鄰小區(qū)基站號(hào)替代距離，如果有幾行完全相同，則需計(jì)算λ(k)值。測(cè)量、統(tǒng)計(jì)服務(wù)小區(qū)內(nèi)各帶狀或環(huán)狀區(qū)域到各相鄰小區(qū)BTS的環(huán)境因子。計(jì)算各相鄰小區(qū)基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗值。計(jì)算各相鄰小區(qū)BTS的EIRP值。
如圖7所示首先是預(yù)處理階段的流程，如圖6所示。然后根據(jù)MS測(cè)量的相鄰小區(qū)發(fā)射電平計(jì)算路徑損耗，再?gòu)脑撀窂綋p耗中扣除相鄰小區(qū)天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗和環(huán)境引起的路徑損耗。對(duì)該組路徑損耗按從小到大次序進(jìn)行排序，對(duì)排序后的路徑損耗采用對(duì)應(yīng)基站號(hào)表示。求路徑損耗的均方根值。求排序后的路徑損耗與路徑損耗均方根值的差值，并用最大的差值對(duì)該組差值進(jìn)行負(fù)偏移，然后對(duì)偏移后的該組差值取反，以去除負(fù)號(hào)。小區(qū)中各個(gè)塊到相鄰小區(qū)BTS的距離有多組已經(jīng)排序的理論值，根據(jù)計(jì)算的路徑損耗得到MS到各BTS距離的一組排序，對(duì)實(shí)際值和各組理論值進(jìn)行比較，由于一個(gè)距離對(duì)應(yīng)于一個(gè)相鄰小區(qū)的基站，每個(gè)基站對(duì)應(yīng)有一個(gè)標(biāo)識(shí)，因此實(shí)際比較時(shí)使用基站號(hào)，采用“與”的方法，如果同一位置上的理論值和實(shí)際值一樣，則比較結(jié)果為1，否則為0。對(duì)“與”后的結(jié)果采用加權(quán)、求和，從求和后的結(jié)果中取出最大值，該位置所對(duì)應(yīng)的塊就是MS所在的區(qū)域。如果有幾個(gè)相同的最大值，則需計(jì)算γ值，取λ(k)-γ的絕對(duì)值，并從中選取最小值，該最小值對(duì)應(yīng)的塊就是MS所在的區(qū)域。
如圖8所示圖中小區(qū)是GSM系統(tǒng)中的一個(gè)定向小區(qū)，根據(jù)TA確定的帶狀區(qū)域劃分為6個(gè)塊，即A51、A52、A53、A54、A55和A56。
本發(fā)明所述移動(dòng)定位方法首先是預(yù)處理階段，具體步驟如下，參見圖6。第一步，對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行分塊劃分，參見圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)和圖5(b)。對(duì)于某個(gè)小區(qū)A，根據(jù)TA可劃分為X個(gè)帶或環(huán)，X＝0，1，...，小區(qū)覆蓋半徑/1bitTA對(duì)應(yīng)的距離。假設(shè)其中某個(gè)帶或環(huán)可劃分為L(zhǎng)塊小區(qū)域，即AX1、AX2、...、AXL。第二步，假設(shè)小區(qū)A有Y個(gè)相鄰小區(qū)。計(jì)算每個(gè)塊的中心到各相鄰小區(qū)基站的距離。AX1D11，D12，...，D1Y，AX2D21，D22，...，D2Y，......AXLDL1，DL2，...，DLY，按照距離從小到大順序?qū)σ陨嫌?jì)算的結(jié)果進(jìn)行排序。AX1DP11，DP12，...，DP1Y，AX2DP21，DP22，...，DP2Y，... ...AXLDPL1，DPL2，...，DPLY，假設(shè)MS可以上報(bào)M個(gè)相鄰小區(qū)的測(cè)量功率電平。如果M＜Y，則把MS沒有測(cè)量、上報(bào)的相鄰小區(qū)基站所對(duì)應(yīng)的距離從上述隊(duì)列中去除。AX1DP11，DP12，...，DP1M，AX2DP21，DP22，...，DP2M，... ...AXLDPL1，DPL2，...，DPLM，如果M＝Y(jié)，則隊(duì)列長(zhǎng)度不變。
第三步，排序后的距離用對(duì)應(yīng)的基站號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，基站號(hào)可用二進(jìn)制編碼，排序后的基站可用矩陣表示，行表示每個(gè)塊和各相鄰小區(qū)BTS的距離按遞增排序時(shí)對(duì)應(yīng)的基站號(hào)，列總數(shù)表示MS上報(bào)相鄰小區(qū)基站的總數(shù)。B=b11b12···b1Mb21b22···b2M············bL1bL2···bLM]]>如果有K行的排序完全相同，則分別取M列距離中，每行的前三項(xiàng)DPi1，DPi2，DPi3進(jìn)行以下運(yùn)算λ(k)=[lg(DPi1/DPi2)]/[lg(DPi2/DPi3)],k=0,···,K]]>λ(k)是一理論參數(shù)，用于和測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算的參數(shù)γ進(jìn)行比較，以確定MS所在的位置。
第四步，根據(jù)小區(qū)和各相鄰基站的傳輸路徑情況確定環(huán)境因子數(shù)值σ(j)，j＝1，2，...，M。
第五步，計(jì)算各相鄰基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗Lb(j)，j＝1，2，...，M。
第六部，計(jì)算各相鄰基站的EIRP(j)。
MS按照一定周期上報(bào)測(cè)量報(bào)告，測(cè)量報(bào)告中包含相鄰小區(qū)的接收電平，根據(jù)上報(bào)的相鄰小區(qū)功率電平計(jì)算MS的位置，每上報(bào)一次測(cè)量報(bào)告，則計(jì)算一次MS位置。下面是t時(shí)刻，t＝1，2，...，T，...，接收到MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告后，計(jì)算MS位置定位階段的步驟，參見圖7。
第一步，計(jì)算路徑損耗。
本步驟又可以包括下列步驟1.根據(jù)MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告Prt(j)，計(jì)算MS到各相鄰小區(qū)基站的路徑損耗Lt(j)。
Lt(j)＝EIRP(j)-Prt(j)，j＝1，2，...，M2.計(jì)算L(j)扣除相鄰小區(qū)基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗Ld(j)Ldt(j)＝Lt(j)-Lb(j)，j＝1，2，...，M3.計(jì)算環(huán)境因子對(duì)路徑損耗的影響值LLt(j)LLt(j)＝Ldt(j)-σ(j)，j＝1，2，...，M第二步，對(duì)LLt(j)按從小到大的順序進(jìn)行排序，排序后的路徑損耗采用1×M矩陣表示。
LL＝(l1，l2，...，lM)對(duì)于LL矩陣，在各個(gè)路徑損耗的位置上，采用相應(yīng)相鄰小區(qū)基站號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，得到一個(gè)1×M階矩陣Nt。
Nt＝(n1，n2，...，nM)第三步，求路徑損耗的均方根值LLt。LLt‾=LL2t(1)+LL2t(2)+...+LL2t(M)M]]>第四步，求各路徑損耗和路徑損耗的均方根值的差值。
δt(j)＝lj-LLt，j＝1，2，...，M第五步，以δt(M)為基礎(chǔ)，對(duì)δt(M)進(jìn)行偏移，即取-[δt(j)-δt(M)]偏移后的數(shù)據(jù)采用矩陣形式表示Фt＝(δ1，δ2，...，δM)其中δM項(xiàng)為零。
第六步，求最大值。
本步驟又可以包括下列步驟1.對(duì)矩陣Nt和矩陣B的每行進(jìn)行與運(yùn)算，如果對(duì)應(yīng)位置nj＝bij，則該位置相與后的結(jié)果等于1，否則等于0。 2.求矩陣C與矩陣ΦtT的乘積，ΦtT是Φt的轉(zhuǎn)置矩陣。D=CΦtT=c11c12···c1Mc21c22···c2M············cL1cL2···cLMδ1δ2···δM=d1d2···dL]]>3.求D中最大的di。
di＝max{d1，d2，...，dL}di所對(duì)應(yīng)的塊區(qū)域AXi，i＝1，2，...，L就是MS所在區(qū)域。
如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的最大值，則進(jìn)行以下運(yùn)算γ＝(l1-l2)/(l2-l3)γ是路徑損耗差值比，和理論值λ(k)比較，確定MS位置。
min{|λ(1)-γ|，|λ(2)-γ|，......，|λ(k)-γ|}最小值對(duì)應(yīng)的塊區(qū)域AXi，i＝1，2，...，L就是MS所在區(qū)域。
如果需要連續(xù)定位MS，在t+1時(shí)刻接收到MS測(cè)量報(bào)告后，重復(fù)第一步到第六步確定MS的位置。
下面舉例說(shuō)明本發(fā)明在GSM系統(tǒng)中的應(yīng)用。
GSM系統(tǒng)中，設(shè)在郊區(qū)環(huán)境下有一定向小區(qū)，小區(qū)覆蓋半徑為4公里，周圍有5個(gè)相鄰小區(qū)。該小區(qū)中的MS可以測(cè)量5個(gè)相鄰小區(qū)基站的發(fā)射功率，相鄰小區(qū)基站BTS1～BTS5的標(biāo)識(shí)分別為000001，000010，000011，000110，000111。相鄰小區(qū)基站天線的高度對(duì)應(yīng)為51米，62米，50米，45米，55米。相鄰小區(qū)基站的EIRP對(duì)應(yīng)為55dBm，54dBm，55dBm，56dBm，55dBm。設(shè)該環(huán)境下的環(huán)境因子相同，取值為-20dBm。MS上報(bào)測(cè)量報(bào)告中，TA＝5，Pr(1)＝-82dBm，Pr(2)＝-88dBm，Pr(1)＝-93dBm，Pr(1)＝-90dBm，Pr(1)＝-95dBm。
根據(jù)TA值可以確定MS所處的位置在小區(qū)徑上為2750米～3300米之間，把該帶狀區(qū)域按1000米×275米大小劃分為6塊，A51～A56，參見圖8。計(jì)算各塊中心點(diǎn)到相鄰小區(qū)BTS1～BTS5的距離，得到

對(duì)上述距離按行從小到大進(jìn)行排序，

采用基站號(hào)替代相應(yīng)的距離，并用矩陣標(biāo)識(shí)B=000001000010000110000011000111000001000010000110000011000111000001000110000010000111000011000110000001000010000011000111000110000111000011000001000010000110000111000011000001000010]]>B矩陣中第一行和第二行完全相同，第五行和第六行完全相同。計(jì)算λ1(k)，λ2(k)

相鄰基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗和EIRP為

路徑損耗為

對(duì)LLt(j)從小到大進(jìn)行排序得到矩陣LLLL＝(140.6 146.8 148.8 151.5 154.1)在LL矩陣中，用基站號(hào)替代相應(yīng)的路徑損耗得到矩陣NtNt＝(000001 000010 000110 000011 000111)路徑損耗的均方根值為L(zhǎng)Lt≈148.4路徑損耗LL與路徑損耗的均方根LLt的差值

δj的偏移值為

Φt矩陣為Φt＝(13.5 7.3 5.3 2.6 0)矩陣Nt和矩陣B的每行元素分別進(jìn)行與運(yùn)算得到矩陣CC=111111111110000000110000000000]]>矩陣C與矩陣ΦtT的乘積為D=CΦtT=11111111111000000011000000000013.57.35.32.6028.728.713.52.60]]>max{28.7，28.7，13.5，2.6，0}＝28.7有兩個(gè)相同的最大值，對(duì)應(yīng)于λ1(k)，計(jì)算γγ＝(140.6-146.8)/(146.8-148.8)＝3.1min{|λ1(1)-γ|，|λ1(2)-γ|}＝min{2.63，2.94}＝2.63因此MS在塊A51內(nèi)。
此時(shí)已完成一次定位，如果還需要繼續(xù)定位MS，則在獲得新的MS測(cè)量報(bào)告后重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程。
本發(fā)明所采用的定位MS方法不需要計(jì)算MS信號(hào)傳輸時(shí)間，不需要多個(gè)基站，也不需要基站之間進(jìn)行同步，不需要增加新的測(cè)量單元，只需要利用MS測(cè)量、上報(bào)的相鄰小區(qū)基站發(fā)射電平，以及一些參數(shù)，如TA、基站高度、相鄰基站的EIRP值和環(huán)境因子等。因此本發(fā)明的在實(shí)現(xiàn)上較為簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于該方法包括預(yù)處理階段和定位階段；所述預(yù)處理階段進(jìn)一步包括對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分；計(jì)算每個(gè)塊到各相鄰小區(qū)的距離；分別對(duì)每個(gè)塊中的距離值從小到大排序，然后采用基站號(hào)表示，得到L×M階矩陣B；判斷矩陣是否存在相同行，有則計(jì)算λ(k)，無(wú)則進(jìn)入下一步；確定環(huán)境因子；計(jì)算相鄰小區(qū)基站天線高度引起的損耗；計(jì)算各相鄰小區(qū)基站的EIRP；所述定位階段進(jìn)一步包括計(jì)算扣除各種影響的路徑損耗；對(duì)路徑損耗按從小到大的順序排列，并用相應(yīng)的基站號(hào)進(jìn)行表示；計(jì)算路徑損耗的均方根值；計(jì)算各路徑損耗和路徑損耗均方根值的差值；對(duì)均方根差值進(jìn)行偏移，并取反；以測(cè)量值(基站號(hào))和各塊的理論值(基站號(hào))進(jìn)行比較，從各比較值中選取最大值；判斷有無(wú)相同最大值，有則計(jì)算γ值，求|λ(k)-γ|，并取最小值以確定MS位置，無(wú)則直接確定MS位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述為了能夠準(zhǔn)確定位MS的位置，MS需要至少上報(bào)3個(gè)相鄰小區(qū)基站的功率電平。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述塊的劃分的單邊邊長(zhǎng)不小于100米。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分進(jìn)一步包括如果小區(qū)半徑小于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x值，則把小區(qū)劃分為塊；如果小區(qū)半徑大于1比特TA相當(dāng)?shù)木嚯x值，根據(jù)TA可劃分為X個(gè)帶或環(huán)，X＝0，1，...，小區(qū)覆蓋半徑/1bitTA對(duì)應(yīng)的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述計(jì)算每個(gè)塊到各相鄰小區(qū)的距離是計(jì)算每個(gè)塊的中心到各相鄰小區(qū)基站的距離。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述基站號(hào)采用二進(jìn)制編碼表示排序后的距離值，并用矩陣B表示。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述得到L×M階矩陣的行表示每個(gè)塊和各相鄰小區(qū)基站的距離按遞增排序時(shí)對(duì)應(yīng)的基站號(hào)，列總數(shù)表示MS上報(bào)相鄰小區(qū)基站的總數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述矩陣有K行排序相同時(shí)，則分別取M列距離中，前三項(xiàng)計(jì)算λ(k)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于根據(jù)小區(qū)和各相鄰基站的傳輸路徑情況確定環(huán)境因子σ(j)，j＝1，2，...，M。
10.如權(quán)利要求9所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述傳輸路徑情況是指嚴(yán)重遮擋、或一般遮擋、或較少遮擋、或市區(qū)環(huán)境、或郊區(qū)環(huán)境、或山區(qū)環(huán)境。
11.如權(quán)利要求9所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述環(huán)境因子σ的取值由實(shí)際測(cè)試統(tǒng)計(jì)得到，遮擋情況越嚴(yán)重，環(huán)境因子σ越大，σ＞0。
12.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述定位階段對(duì)MS的確定是按照一定周期上報(bào)的包含相鄰小區(qū)的接收電平的測(cè)量報(bào)告，根據(jù)上報(bào)的相鄰小區(qū)功率電平計(jì)算MS的位置，每上報(bào)一次測(cè)量報(bào)告，則計(jì)算一次MS位置。
13.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述計(jì)算扣除各種影響的路徑損耗，進(jìn)一步包括根據(jù)MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告，計(jì)算MS到各相鄰小區(qū)基站的路徑損耗；計(jì)算扣除相鄰小區(qū)基站天線高度對(duì)應(yīng)的路徑損耗；計(jì)算環(huán)境因子對(duì)路徑損耗的影響值。
14.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述排序后的路徑損耗采用L×M矩陣表示。
15.如權(quán)利要求14所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述各個(gè)路徑損耗的位置上，采用相應(yīng)相鄰小區(qū)基站號(hào)進(jìn)行表示，得到L×M階矩陣Nt。
16.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述對(duì)均方根差值進(jìn)行偏移后的數(shù)據(jù)采用矩陣表示Φt＝(δ1，δ2，...，δM)。
17.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述從各比較值中選取最大值進(jìn)一步包括對(duì)矩陣Nt和矩陣B的每行進(jìn)行與運(yùn)算，得到矩陣C；計(jì)算矩陣C與矩陣ΦtT的乘積，ΦtT是Φt的轉(zhuǎn)置矩陣，得到矩陣D；求矩陣D中最大值，即對(duì)應(yīng)塊區(qū)域中的MS所在區(qū)域。
18.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于所述從各比較值中選取最大值，有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的最大值，則進(jìn)行以下運(yùn)算γ＝(l1-l2)/(l2-l3)γ是路徑損耗差值比，和理論值λ(k)比較，確定MS位置。min{|λ(1)-γ|，|λ(2)-γ|，......，|λ(k)-γ|}最小值對(duì)應(yīng)的塊區(qū)域，就是MS所在區(qū)域。
19.如權(quán)利要求1所述的一種用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法，其特征在于需要連續(xù)定位MS時(shí)，在下一時(shí)刻接收到MS的測(cè)量報(bào)告后，重復(fù)定位階段即可實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，用于提高確定移動(dòng)臺(tái)位置精度的移動(dòng)定位方法。該方法首先對(duì)服務(wù)小區(qū)進(jìn)行塊劃分，定位MS的位置時(shí)，根據(jù)CGI確定MS在哪個(gè)小區(qū)內(nèi)。根據(jù)TA確定MS在哪個(gè)帶或環(huán)中，然后由MS上報(bào)的相鄰小區(qū)測(cè)量電平推出MS和各個(gè)相鄰小區(qū)BTS的路徑損耗，根據(jù)路徑損耗隨距離增大而增大的原則，經(jīng)過(guò)排序、比較算法確定MS在哪個(gè)塊區(qū)域中。采用本發(fā)明所述方法，不需要改動(dòng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備，不需要增加新的測(cè)量單元，利用已有的MS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告，計(jì)算MS位置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了移動(dòng)臺(tái)位置的定位精度。
文檔編號(hào)G01S5/02GK1476262SQ02136549
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者楊剛, 王磊, 剛 楊 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司