專利名稱：利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種碼分多址通信系統(tǒng)中基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)對移動終端進(jìn)行定位的方法。
背景技術(shù)：
隨著移動通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用戶數(shù)量的不斷增多，信息服務(wù)的內(nèi)容與形式日益增加，人們對于位置信息的需求不斷擴(kuò)大，推動了定位技術(shù)的研究及其定位系統(tǒng)的發(fā)展使其成為當(dāng)前的研究熱點，特別是利用移動終端與無線網(wǎng)絡(luò)配合進(jìn)行地理位置測量是近年來移動通信應(yīng)用發(fā)展的新方向。確定用戶的實際地理位置，從而提供用戶所需的位置信息，根據(jù)位置信息提供一些與位置相關(guān)的服務(wù)信息，如附近的醫(yī)院，交通，銀行，酒店，學(xué)校，購物中心，緊急救援等方面信息的查詢服務(wù)。這些信息服務(wù)，為我們的工作和日常生活帶來了很大方便，在高速發(fā)展的信息時代，基于位置服務(wù)的技術(shù)將有更大的應(yīng)用空間。
移動終端定位技術(shù)大致分為四種類型場強(qiáng)定位法、基于電波入射角的定位法(AOA，Angel of Arrival)、全球定位系統(tǒng)輔助定位法(GPS，Global PositioningSystem)、基于電波傳播時間的定位法——波達(dá)時差法(TDOA，Time Difference ofArrival)。
場強(qiáng)定位法是通過測量信號的電平來計算距離，但是由于電平的波動較大，測量精度很差，幾乎無法使用；基于電波入射角的定位法是在接收機(jī)通過天線陣列測出電波的入射角，從而構(gòu)成一根從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的徑向連線，即測位線，待定位發(fā)射機(jī)的二維位置坐標(biāo)可由兩根測位線的交點獲得，但由于多徑效應(yīng)的存在使得入射角度估計不準(zhǔn)確，因而利用入射角信息的定位方法很少單獨采用；GPS輔助定位法是在移動終端中增加GPS模塊，此種方法精確度較高但大大增加了移動終端的成本、體積和重量，且在室內(nèi)無法使用；TDOA法是采用計算基站信號到達(dá)移動終端的時間差或移動終端信號到達(dá)基站的時間差獲得移動終端的位置信息，由于此種方法只需增加少量的軟硬件，實現(xiàn)簡便且成本較低，已成為當(dāng)前的研究熱點。
目前，TDOA法主要分為兩種一種為基于移動終端的定位技術(shù)，由移動終端接收下行信號并計算其時間差；另一種為基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位技術(shù)，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)來實現(xiàn)對定位參數(shù)的測量和對移動終端位置的計算。
但由于基于移動終端的定位技術(shù)需要改動現(xiàn)有手機(jī)基帶處理的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，增加了手機(jī)開發(fā)的復(fù)雜度。而基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位技術(shù)只需在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加測量和定位的軟件模塊，并不需要改變現(xiàn)有手機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，對非接入層(NAS，Non-AccessStratum)軟件做較小改動即可實現(xiàn)定位技術(shù)，有效降低了具有定位功能手機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)成本，因此無論在成本還是實現(xiàn)復(fù)雜度方面后者均優(yōu)于前者，使得基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位技術(shù)更易于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有移動終端定位方法成本高，實現(xiàn)復(fù)雜且測量精度低所存在的問題和不足，提供一種成本低，高效，定位精度較高，易于實現(xiàn)并且適于推廣應(yīng)用的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)實現(xiàn)對定位參數(shù)的測量和對移動終端位置的計算，該方法包括如下步驟(1)基站(Node B)接收到對移動終端的定位測量請求后，測量出移動終端上行專用物理信道信號到達(dá)所述基站控制的3個或3個以上分布式天線的時間差；(2)基站通過步驟(1)中的時間差以及已知的所述基站到各分布式天線的距離，計算出移動終端到所述分布式天線的距離差；(3)根據(jù)步驟(2)中的距離差，可在所述每兩條分布式天線之間確定一條雙曲線；
(4)通過步驟(3)確定的2條或2條以上雙曲線的交匯區(qū)域估計出移動終端的位置。
通過本發(fā)明上述技術(shù)方案對移動終端(UE，User Equipment)進(jìn)行定位，只需對基站側(cè)增加測量和定位的軟件模塊，而不需改變UE的硬件結(jié)構(gòu)，從而大大降低由于進(jìn)行定位功能所產(chǎn)生的UE硬件及軟件成本。該方法對UE進(jìn)行定位耗時短，占用資源少，降低了UE功耗，延長了其待機(jī)時間，同時可以兼容沒有定位功能的UE并可滿足其定位需求，是一種高效的，低成本的定位方案，從而為與位置相關(guān)的信息服務(wù)提供了精度較高的位置信息。


圖1是本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法中分布式天線覆蓋范圍及與UE間的信號鏈路示意圖；圖2是本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法中利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的示意圖；圖3是本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法中基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位算法示意圖；圖4是本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法中UE處于待機(jī)狀態(tài)并主動發(fā)起定位測量請求獲得位置信息服務(wù)的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
，進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征和功能特色，目的是能夠更好地說明本發(fā)明，但不是用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)實現(xiàn)對定位參數(shù)的測量和對移動終端位置的計算，該方法包括如下步驟(1)基站接收到對移動終端的定位測量請求后，測量出移動終端上行專用物理信道信號到達(dá)該基站控制的3個或3個以上分布式天線的時間差即測量天線1與天線2之間的時間差Δτ1，2，天線1與天線3之間的時間差Δτ1，3，……，天線1與天線n的時間差Δτ1，n-1，參見圖3，實線表示UE到分布式天線的上行專用物理信道信號，虛線表示與該基站相關(guān)聯(lián)的分布式天線，該步驟(1)具體為，利用下式基站將所述分布式天線的接收信號與移動終端擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理，ci(τ)=1T∫1Tei(t)ggk(t+τ)gdt,i=1,...,n---(1)]]>其中g(shù)k(t)表示需要定位的移動終端k的擴(kuò)頻碼，ei(t)表示第i根分布式天線上的接收信號，ci表示通過門限判決得到該信號峰值的信號延時，再將各峰值的信號延時作減法處理得到TDOA法中上行專用物理信道信號到達(dá)所述分布式天線的時間差估計值Δτ1，2，Δτ1，3，……Δτ1，n-1；(2)基站通過步驟(1)中的時間差以及已知的基站到各分布式天線的距離，利用TDOA法計算出移動終端到所述分布式天線的距離差；采用TDOA法進(jìn)行定位的算法具體如下分布式天線的地理位置是已知的，設(shè)它們的坐標(biāo)分別是天線(Antenna)1(x1，y1)，天線2(x2，y2)，……，天線n(xn，yn)，UE的地理位置坐標(biāo)是(x，y)，v是電波傳輸?shù)乃俣取Ｄ敲碪E與天線1的距離L1為L1=(x-x1)2+(y-y1)2]]>UE與天線2的距離L2為L2=(x-x2)2+(y-y2)2]]>_UE與天線n的距離Ln為Ln=(x-xn)2+(y-yn)2]]>Node B與各個天線間的電信號傳播時延差也將影響定位的精度，因此需考慮此方面因素。Node B與天線1，天線2，……，天線n間的距離分別是d1，d2，…，dn，電信號從天線經(jīng)過傳播介質(zhì)如光纜或同軸電纜等，傳送到Node B的時間是與電信號在介質(zhì)中的傳播速度相關(guān)的，所需時間分別設(shè)置為t1，t2，…，tn，其中t1＝d1/v介質(zhì)t2＝d2/v介質(zhì)_tn＝dn/v介質(zhì)因此，移動終端到所述分布式天線的距離差可以表示為 上式中，只要網(wǎng)絡(luò)布好后，d1，d2，…，dn以及v介質(zhì)便是已知的，由此計算出電信號從各分布式天線到Node B的時間，再將通過公式(1)計算出的各峰值的信號延時作減法處理得到的Δτ1，2，Δτ1，3，……Δτ1，n-1代入公式(2)，計算出移動終端到所述分布式天線的距離差。
(3)根據(jù)步驟(2)中的距離差，在所述每兩條分布式天線之間確定一條雙曲線；(4)通過步驟(3)確定的2條或2條以上雙曲線的交匯區(qū)域估計出移動終端的位置。所述移動終端的位置精度可通過增加分布式天線的個數(shù)來提高，即增加雙曲線的條數(shù)來提高位置測量精度。
在上述步驟完成后，Node B將位置測量的結(jié)果發(fā)送至無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC，Radio Network Controller)，并由該RNC將測量結(jié)果發(fā)送至位置測量請求方；若請求方為UE，則在接收到RNC發(fā)送的位置測量結(jié)果后，將包含有位置測量結(jié)果的位置相關(guān)服務(wù)請求發(fā)送至核心網(wǎng)(CN，Core Network)，CN利用該位置信息到位置服務(wù)器進(jìn)行匹配，并將匹配到的位置服務(wù)信息發(fā)送至所述UE；若請求方為網(wǎng)絡(luò)側(cè)，則由CN直接進(jìn)行位置匹配，并直接輸出或轉(zhuǎn)發(fā)匹配結(jié)果。
該移動終端的定位測量請求可以由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起也可以由UE發(fā)起，但不管哪種情況在使用網(wǎng)絡(luò)側(cè)測量UE位置時，Node B都需要接收UE的上行專用物理信道信號，因此要求在進(jìn)行定位測量前UE處于小區(qū)專用信道(Cell_DCH)狀態(tài)下。下面分別討論UE處于各種狀態(tài)下的情況對于UE已處于Cell_DCH狀態(tài)下，不論是UE還是網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動發(fā)起定位測量請求，只需要通過專用控制信道(DCCH，Dedicated Control Channel)傳遞該信令即可啟動Node B完成位置測量。
對于UE處于小區(qū)前向接入信道(Cell_FACH)狀態(tài)下，如果UE主動發(fā)起定位測量請求，則通過向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)請求信令，再由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送傳輸信道重配置信令，使UE建立專用信道，即進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)；如果網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動發(fā)起定位測量請求，則先通過下行DCCH發(fā)送傳輸信道重配置信令給UE，使UE建立專用信道，即進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)；對于UE處于小區(qū)尋呼信道(Cell_PCH)和注冊尋呼信道(URA_PCH)狀態(tài)下，如果UE主動發(fā)起定位測量請求，則通過小區(qū)更新(Cell Update)過程進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)；如果網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動發(fā)起定位測量請求，則先通過尋呼過程使UE發(fā)起Cell_Update過程進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)；對于UE處于待機(jī)(IDLE)狀態(tài)下，如果UE主動發(fā)起定位測量請求，則通過無線資源控制(RRC，Radio Resource Control)連接建立(Connection Establishment)過程進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)；如果網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動發(fā)起定位測量請求，則先尋呼UE，由UE通過RRC Connection Establishment過程進(jìn)入Cell_DCH狀態(tài)。
參見圖4，下面就UE處于IDLE狀態(tài)由于需要位置信息服務(wù)而主動發(fā)起定位測量請求并獲得位置信息服務(wù)的過程說明如下當(dāng)用戶需要獲得周圍環(huán)境信息服務(wù)時，處于IDLE狀態(tài)的UE發(fā)起隨機(jī)接入過程；首先，UE通過與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的信令交互，建立上下行專用信道，使UE進(jìn)入CELL_DCH狀態(tài)并向RNC發(fā)送定位測量請求；RNC在收到該信令后，向UE發(fā)送定位測量請求確認(rèn)信令并向Node B發(fā)送啟動定位測量信令。
Node B在收到啟動定位測量信令后，測量UE上行專用物理信道(DPCH，Dedicated Physical Channel)到達(dá)該Node B控制的3個或3個以上的分布式天線測量的時間差，該步驟具體為，通過公式(1)基站將所述分布式天線的接收信號與移動終端擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理，并得到該信號峰值的信號延時，并將各峰值的信號延時作減法處理得到Δτ1，2，Δτ1，3，……Δτ1，n-1；Node B將Δτ1，2，Δτ1，3，……Δτ1，n-1和已知的各個天線的地理位置代入公式(2)，得到UE到所述分布式天線的距離差并由此在所述每兩條分布式天線之間確定一條雙曲線，根據(jù)2條或2條以上雙曲線的交匯區(qū)域估計出UE的位置。
在完成上述步驟后，Node B將UE的位置測量結(jié)果發(fā)送至RNC，并由該RNC將該結(jié)果發(fā)送至UE；UE將位置測量結(jié)果設(shè)置在NAS的位置相關(guān)服務(wù)請求中并發(fā)送至CN；CN利用該位置測量結(jié)果到位置服務(wù)器進(jìn)行匹配，并將匹配到的位置服務(wù)信息發(fā)送至UE。
上述具體實施方式
以較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但這只是為了便于理解而舉的一個形象化的實例，不應(yīng)被視為是對本發(fā)明范圍的限制。同樣，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其較佳實施例的描述，可以做出各種可能的等同改變或替換，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，該方法通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)實現(xiàn)對定位參數(shù)的測量和對移動終端位置的計算，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)基站接收到對移動終端的定位測量請求后，測量出移動終端上行專用物理信道信號到達(dá)所述基站控制的3個或3個以上分布式天線的時間差；(2)基站通過步驟(1)中的時間差以及已知的所述基站到各分布式天線的距離，計算出移動終端到所述分布式天線的距離差；(3)根據(jù)步驟(2)中的距離差，可在所述每兩條分布式天線之間確定一條雙曲線；(4)通過步驟(3)確定的2條或2條以上雙曲線的交匯區(qū)域估計出移動終端的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述定位測量請求方為所述移動終端或網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，在上述步驟完成后，該方法還包括基站將位置測量的結(jié)果發(fā)送至無線網(wǎng)絡(luò)控制器，并由該無線網(wǎng)絡(luò)控制器將測量結(jié)果發(fā)送至位置測量請求方；若請求方為移動終端，則在接收到無線網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送的位置測量結(jié)果后，將包含有位置測量結(jié)果的位置相關(guān)服務(wù)請求發(fā)送至核心網(wǎng)，核心網(wǎng)利用該位置信息到位置服務(wù)器進(jìn)行匹配，并將匹配到的位置服務(wù)信息發(fā)送至所述移動終端；若請求方為網(wǎng)絡(luò)側(cè)，則由核心網(wǎng)直接進(jìn)行位置匹配，并直接輸出或轉(zhuǎn)發(fā)匹配結(jié)果。
4.如權(quán)利要求1或2所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述步驟(1)中基站測量移動終端上行專用物理信道信號到達(dá)所述分布式天線的時間差，具體包括如下步驟(a)基站對所述分布式天線的接收信號與所述移動終端擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理，得到該峰值的信號延時；(b)再將各峰值的信號延時作減法處理得到移動終端上行專用物理信道信號到各分布式天線的時間差。
5.如權(quán)利要求4所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述步驟(a)基站對所述分布式天線的接收信號與所述移動終端擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理具體為，利用ci(τ)=1T∫1Tei(t)ggk(t+τ)gdt,i=1,...,n]]>對所述分布式天線的接收信號與所述移動終端擴(kuò)頻碼進(jìn)行運(yùn)算，由此得到所述信號峰值的信號延時；其中g(shù)k(t)表示所述移動終端k的擴(kuò)頻碼，ei(t)表示第i根分布式天線上的接收信號，ci表示通過門限判決得到的所述信號峰值的信號延時。
6.如權(quán)利要求1或2所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述步驟(2)中基站計算移動終端到所述分布式天線的距離差的計算方法具體為波達(dá)時差法。
7.如權(quán)利要求1或2所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述步驟(1)中基站接收移動終端的信號為上行專用物理信道信號，即移動終端須處于小區(qū)專用信道狀態(tài)；若移動終端處于小區(qū)前向接入信道、小區(qū)尋呼信道、注冊尋呼信道或待機(jī)狀態(tài)時，則通過信道類型切換使移動終端進(jìn)入小區(qū)專用信道狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述移動終端的位置精度可通過增加分布式天線的個數(shù)來提高，即可通過增加測量用的雙曲線的條數(shù)來提高位置測量精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法，屬碼分多址移動通信技術(shù)領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有移動終端定位方法成本高，實現(xiàn)復(fù)雜且測量精度低所存在的問題和不足。本發(fā)明利用分布式天線對移動終端進(jìn)行定位的方法通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)實現(xiàn)對定位參數(shù)的測量和對移動終端位置的計算，該方法具體為，基站測量出移動終端上行專用物理信道信號到達(dá)所述基站控制的至少3個分布式天線的時間差；通過時間差以及已知的所述基站到各分布式天線的距離，計算出移動終端到所述分布式天線的距離差；由此可在所述每兩條分布式天線之間確定一條雙曲線；通過至少2條雙曲線的交匯區(qū)域估計出移動終端的位置。本發(fā)明具備成本低，高效，定位精度高，易于實現(xiàn)的優(yōu)點。
文檔編號H04W64/00GK1731893SQ200510093620
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者李萍, 劉虎 申請人:中興通訊股份有限公司