專利名稱：基于分布式天線的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，尤其涉及無線通信系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)終端的定位方法。
背景技術(shù)：
無線定位技術(shù)是一項(xiàng)有著廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，各種基于移動(dòng)終端位置的服務(wù)，如基于移動(dòng)臺位置的計(jì)費(fèi)，智能交通，人員車輛導(dǎo)航，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊急報(bào)警服務(wù)等，都需要準(zhǔn)確高效的定位方法。現(xiàn)今常用的無線定位方法主要是基于移動(dòng)臺定位方法(GPS，GLONASS，Galileo等)和基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)定位方法(E-OTD，OTDOA-IPDL等)。
以GPS為代表的基于手持機(jī)的定位方法可以提供較高的定位精度，但這種基于衛(wèi)星的定位方案有以下缺點(diǎn)必須在手持終端加裝芯片，使設(shè)備復(fù)雜化，增加了用戶成本；需要移動(dòng)臺執(zhí)行運(yùn)算，移動(dòng)臺功耗較大；在室內(nèi)和都市環(huán)境衛(wèi)星信號遮擋嚴(yán)重，很難成功定位。
基于現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)利用現(xiàn)有的移動(dòng)通信設(shè)備，無需在終端增加額外設(shè)備，只需要通過基站軟件或硬件的升級，即可增加定位功能。3GPP也提出應(yīng)用在第三代移通信系統(tǒng)中的多基站定位方法，見文獻(xiàn)(3GPP TS 22.071，3GPP TS Group Services and System Aspects；Location Services(LCS)；ServicesDescription-stage 1.)。這種定位方法需要三個(gè)以上的基站能收到移動(dòng)終端發(fā)射的信號。并準(zhǔn)確估計(jì)波達(dá)時(shí)間(TOATime of Arrival/TDOATime Differenceof Arrival)和波達(dá)角(AOAAngle of Arrival)。但由于無線通信信號傳播環(huán)境多變，受多徑，多址干擾以及NLOS傳播環(huán)境的影響，距離移動(dòng)臺較遠(yuǎn)的基站可能無法接收移動(dòng)臺信號，得不到足夠的基站參與定位，而無法成功定位。
分布式天線系統(tǒng)(DASDistributed Antenna System)是為了解決室內(nèi)和復(fù)雜城市環(huán)境的信號覆蓋和容量問題而提出的。分布式天線系統(tǒng)將多個(gè)小型天線廣泛分布，通過光纜，同軸電纜等將天線和處理基站相連，由處理基站統(tǒng)一控制處理所有天線的信號收發(fā)。在DAS系統(tǒng)中，多個(gè)天線分布在一個(gè)區(qū)域的不同位置，以用戶為中心的虛擬小區(qū)代替了傳統(tǒng)的以基站為中心的蜂窩小區(qū)。系統(tǒng)根據(jù)每一個(gè)移動(dòng)用戶所在位置確定為其提供服務(wù)的天線集合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于分布式天線的定位方法，利用分布式天線基站定位與網(wǎng)絡(luò)中心定位結(jié)合，克服以前非分布式天線基站接收移動(dòng)臺信號較差，同時(shí)能接收移動(dòng)臺信號的基站較少(1-2個(gè))的問題；分布式天線和終端間傳播視距良好，通過基本的定位算法即可得到較高的定位精度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在無線通信系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，測量天線的地理位置，并將其位置參數(shù)保存在相應(yīng)處理基站數(shù)據(jù)庫中；在處理基站端設(shè)置定位功能模塊；天線轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)終端定位請求信號；基站端計(jì)算移動(dòng)終端與轉(zhuǎn)發(fā)天線間的波達(dá)時(shí)間TOA和波達(dá)角AOA，若天線端使用智能天線(SASmart Antenna)，由處理基站定位功能模塊根據(jù)波達(dá)時(shí)間和波達(dá)角，采用單天線方式估計(jì)終端位置；若天線端使用全向天線，則處理基站根據(jù)該基站中接收到移動(dòng)終端信號最強(qiáng)的三根天線所接收的終端信號，進(jìn)行TOA、AOA估計(jì)，利用估計(jì)的TOA、AOA值，調(diào)用相應(yīng)算法計(jì)算移動(dòng)終端位置坐標(biāo)。當(dāng)單基站不能完成定位請求時(shí)，基站與網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心相連，網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心接收至少兩個(gè)基站轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)終端定位請求信號及相應(yīng)的波達(dá)時(shí)間，如果接收信息量滿足定位要求，定位中心調(diào)用多天線組合定位算法計(jì)算移動(dòng)終端當(dāng)前位置本發(fā)明利用分布式天線基站定位與網(wǎng)絡(luò)中心定位(多基站配合定位)相結(jié)合，以及分布式天線的性能優(yōu)勢，克服以前非分布式天線基站接收移動(dòng)臺信號較差，同時(shí)能接收移動(dòng)臺信號的基站較少的問題；解決了傳統(tǒng)定位距離較遠(yuǎn)，定位誤差較大等缺陷。


圖1表示了分布式天線定位方法流程2給出了分布式天線系統(tǒng)下定位的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，測量天線的地理位置，并將其位置參數(shù)保存在處理基站數(shù)據(jù)庫中；在處理基站端設(shè)置定位功能模塊；處理基站通過光纖，同軸電纜等與該基站所屬分布式天線相連，遠(yuǎn)距離控制多個(gè)天線與終端間信號的發(fā)射和接收；若天線端使用智能天線(SASmartAntenna)，則由天線接收移動(dòng)臺信號，將移動(dòng)終端信號傳送到處理基站計(jì)算波達(dá)時(shí)間(TOA)和波達(dá)角(AOA)，由處理基站端定位功能模塊根據(jù)波達(dá)時(shí)間和波達(dá)角，采用單基站單天線定位方式估計(jì)終端位置。若天線端使用全向天線，則處理基站根據(jù)其中接收到移動(dòng)臺信號最強(qiáng)的三根天線所傳遞的終端信號，進(jìn)行TOA、AOA估計(jì)，利用估計(jì)的TOA、AOA值，調(diào)用相應(yīng)算法計(jì)算移動(dòng)臺位置坐標(biāo)。
其中基站定位處理模塊功能如下根據(jù)天線接收的移動(dòng)臺信號，估計(jì)波達(dá)時(shí)間和波達(dá)角；判斷本基站是否有足夠TOA可以用于定位運(yùn)算；根據(jù)天線位置和TOA或AOA，調(diào)用相關(guān)算法計(jì)算移動(dòng)臺位置。
移動(dòng)終端具體定位流程如圖1所示1.移動(dòng)終端發(fā)送請求信號，向服務(wù)器請求終端位置；2.分布式天線接收移動(dòng)臺信號，通過光纜，中繼器等將移動(dòng)臺信息傳遞給處理基站；3.基站端定位功能模塊判斷轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的天線是智能天線還是全向天線，確定移動(dòng)終端處于單個(gè)基站覆蓋范圍內(nèi)還是在兩個(gè)甚至多個(gè)基站共同負(fù)責(zé)的區(qū)域內(nèi)，基站端定位功能模塊根據(jù)信號特征計(jì)算移動(dòng)臺與天線間的波達(dá)角AOA和波達(dá)時(shí)間TOA；4.當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的天線為智能天線時(shí)，根據(jù)波達(dá)時(shí)間和波達(dá)角，采用單基站單天線定位方式估計(jì)移動(dòng)終端位置；5.當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的天線為全向天線時(shí)，采用多天線配合定位方式確定移動(dòng)臺位置坐標(biāo)。
如圖2所示，UE為用戶終端設(shè)備(移動(dòng)臺)；BS1和BS2是兩個(gè)分布式天線系統(tǒng)處理基站；假設(shè)每個(gè)處理基站設(shè)置四根天線(Antenna)；GMLC為網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心；Area A和Area B分別是基站BS1單獨(dú)負(fù)責(zé)區(qū)域和基站BS1與BS2共同負(fù)責(zé)的區(qū)域，移動(dòng)臺處于不同區(qū)域時(shí)，采用不同的定位方式進(jìn)行定位。
●單基站單天線定位當(dāng)用戶終端(UE)處于單基站BS1負(fù)責(zé)區(qū)域Area A內(nèi)，并在智能天線覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)，移動(dòng)臺信號由智能天線轉(zhuǎn)發(fā)，基站調(diào)用數(shù)據(jù)庫中天線位置坐標(biāo)參數(shù)，根據(jù)信號特征值，計(jì)算波達(dá)時(shí)間、波達(dá)角，定位功能模塊調(diào)用公式1直接估算出移動(dòng)臺目前所處位置坐標(biāo)(x，y)x=X+cτcosαy=Y+cτsinα]]>公式1其中α是波達(dá)角，(X，Y)是天線所處位置，(x，y)是估計(jì)的移動(dòng)臺位置。
●多天線配合定位當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的天線端沒有采用智能天線，而是采用全向天線時(shí)，采用多天線配合定位移動(dòng)臺位置坐標(biāo)。
1.單基站多天線配合定位法當(dāng)移動(dòng)臺處于如圖2所示區(qū)域Area A，當(dāng)移動(dòng)臺發(fā)出定位請求，定位功能模塊判斷該基站所屬天線中是否有足夠的全向天線轉(zhuǎn)發(fā)該移動(dòng)臺請求信號(多天線定位算法需要至少有3根天線向同一基站轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號)，處理基站接收天線轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)臺信號，提取其中轉(zhuǎn)發(fā)信號最強(qiáng)的三根天線轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)臺信號，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存儲的相應(yīng)天線的位置坐標(biāo)參數(shù)，以及其轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)臺信號特征值，計(jì)算相應(yīng)的波達(dá)時(shí)間TOA、AOA，可采用多天線組合定位算法等常規(guī)算法計(jì)算移動(dòng)臺當(dāng)前位置。
此時(shí)基站無需與網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心(GMLC)建立聯(lián)系。
2.多基站配合定位(網(wǎng)絡(luò)中心定位)當(dāng)單基站信息量不足，無法完成定位時(shí)，處理基站必須將相關(guān)信息傳遞給定位中心，由網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心進(jìn)行信息匯總并判斷是否有其他基站天線收到移動(dòng)臺信號，如果兩個(gè)或多個(gè)基站有滿足定位條件的足夠天線數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號時(shí)，由網(wǎng)關(guān)移動(dòng)中心根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)天線的位置坐標(biāo)及相應(yīng)的TOA計(jì)算移動(dòng)臺當(dāng)前位置坐標(biāo)。
如圖2所示，當(dāng)移動(dòng)臺處于分布式天線系統(tǒng)交界區(qū)域Area B時(shí)，移動(dòng)臺處于基站BS1和BS2交叉覆蓋的區(qū)域，基站BS1只有兩根天線可以接收到移動(dòng)臺信號，該基站定位功能模塊判斷轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的天線數(shù)達(dá)不到單基站定位的要求，處理基站即根據(jù)移動(dòng)臺特征信息、轉(zhuǎn)發(fā)信號的天線的位置坐標(biāo)參數(shù)等信息計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)臺信號的相應(yīng)天線與移動(dòng)臺間的TOA、AOA，并將定位請求、TOA、AOA和天線位置坐標(biāo)等參數(shù)傳遞給網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心GMLC，GMLC檢測是否還有其他基站轉(zhuǎn)發(fā)該移動(dòng)臺定位請求及其轉(zhuǎn)發(fā)天線的位置坐標(biāo)、相應(yīng)的TOA、AOA等參數(shù)，GMLC判斷接收信息量是否滿足定位要求(至少有3根天線轉(zhuǎn)發(fā)該移動(dòng)臺請求信號及有對應(yīng)的TOA、AOA)，當(dāng)滿足要求時(shí)，由定位中心調(diào)用多天線組合定位算法計(jì)算移動(dòng)臺當(dāng)前位置坐標(biāo)，并將其定位結(jié)果通過其中一個(gè)基站反饋給用戶移動(dòng)終端。
多天線組合定位算法的計(jì)算可采用TOA的泰勒序列展開法，根據(jù)時(shí)間加權(quán)質(zhì)心法(TWC)，根據(jù)AOA+TOA估計(jì)一個(gè)大概位置(x0，y0)，作為泰勒序列展開法的初始位置，在初始位置進(jìn)行泰勒展開，忽略二階以上分量進(jìn)行遞歸運(yùn)算，最終運(yùn)算結(jié)果即是移動(dòng)臺的當(dāng)前位置坐標(biāo)。也可采用其他常規(guī)算法求解移動(dòng)終端位置。
本發(fā)明提出的基于分布式天線的定位方法，分布式天線和終端間傳播視距良好，無論單天線定位還是多天線組合定位都有良好的定位性能，隨著分布式天線的推廣，有較高的使用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種基于分布式天線系統(tǒng)的定位方法，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，其特征在于利用分布式天線基站定位與網(wǎng)絡(luò)中心定位相結(jié)合的定位方法，實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)終端的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述定位方法具體包括在處理基站端設(shè)置定位功能模塊，分布式天線接收、轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)終端信號，定位功能模塊計(jì)算移動(dòng)臺和天線間的波達(dá)時(shí)間TOA和波達(dá)角AOA，判斷轉(zhuǎn)發(fā)天線類型以及移動(dòng)終端所處區(qū)域，調(diào)用相應(yīng)算法模塊，采用不同定位方法實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)終端的準(zhǔn)確定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)天線為智能天線時(shí)，采用單基站單天線定位方法；當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)天線為全向天線時(shí)，如果移動(dòng)終端位于單基站覆蓋范圍內(nèi)，采用單基站多天線定位方法；如果移動(dòng)終端位于多個(gè)基站交叉覆蓋的區(qū)域，采用多基站多天線定位方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述單基站多天線定位方法進(jìn)一步包括如下步驟定位功能模塊判斷本基站是否有足夠的全向天線轉(zhuǎn)發(fā)該移動(dòng)終端定位請求信號，提取其中轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)終端信號最強(qiáng)的三根天線轉(zhuǎn)發(fā)的信號，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存儲的相應(yīng)天線的位置坐標(biāo)參數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的TOA、AOA，調(diào)用多天線組合定位算法確定移動(dòng)終端當(dāng)前位置；所述多基站定位方法包括網(wǎng)關(guān)移動(dòng)定位中心接收至少兩個(gè)基站轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)終端定位請求信號及相應(yīng)的波達(dá)時(shí)間，如果接收信息量滿足定位要求，定位中心調(diào)用多天線組合定位算法計(jì)算移動(dòng)終端當(dāng)前位置。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)一種基于分布式天線系統(tǒng)(DAS)的定位方法，涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。在無線通信網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，利用分布式天線基站定位與網(wǎng)絡(luò)中心定位相結(jié)合的定位方法，在處理基站端設(shè)置定位功能模塊，分布式天線接收、轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)終端信號，定位功能模塊計(jì)算移動(dòng)臺和天線間的波達(dá)時(shí)間TOA和波達(dá)角AOA，判斷轉(zhuǎn)發(fā)天線類型以及移動(dòng)終端所處區(qū)域，調(diào)用相應(yīng)算法模塊，采用不同定位方法實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)終端的準(zhǔn)確定位?？朔郧胺欠植际教炀€基站接收移動(dòng)臺信號較差，同時(shí)能接收移動(dòng)臺信號的基站較少的問題。本發(fā)明適用于對包括移動(dòng)通信手機(jī)、車載終端、以及便攜式電腦等終端的定位。
文檔編號G01S1/00GK1844948SQ200610054139
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者謝顯中, 肖暉 申請人:重慶郵電學(xué)院