專利名稱：基于td－scdma系統(tǒng)的rtk定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信技術，特別是涉及TD-SCDMA(時分同步碼分多址接入)定位技術。
背景技術：
無線定位業(yè)務又稱為位置業(yè)務(Location Based Services，LBS)，是由移動通信網(wǎng)提供的一種增值業(yè)務。現(xiàn)有無線定位技術基于移動終端通信基站，受環(huán)境影響較大，特別是在城區(qū)由于高大建筑物較多，電波傳播環(huán)境不好，信號很難直接從基站到達移動臺，一般要經(jīng)過反射、折射和繞射，因此定位精度會受到影響，定位范圍為100～200米，一般情況定位響應時間在3～6s之間。只能滿足普通用戶的定位請求，卻無法滿足用戶的某些特殊請求，包括高精度以及高速移動情況下的位置請求。
3G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力比2G系統(tǒng)有很大提高，為向用戶提供更豐富的信息提供了網(wǎng)絡帶寬的保證，使一些信息量較大的定位業(yè)務通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)成為可能，如地圖顯示、實時導航，甚至3D地圖服務等。在TD-SCDMA中設計一個可以滿足用戶高精度定位要求或在高速移動狀態(tài)下提供實時動態(tài)定位數(shù)據(jù)的定位方法，將可以彌補現(xiàn)有LBS業(yè)務的不足，豐富TD-SCDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務類型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種TD-SCDMA系統(tǒng)中采用GPS-RTK技術的定位方法，利用實時動態(tài)定位技術RTK(Real Time Kinematic)定位的精確性和實時動態(tài)性，同時將準RTK和RTK兩種算法嵌入到定位系統(tǒng)流程中，可以根據(jù)用戶的需求提供不同精度級別的位置服務，滿足TD-SCDMA移動用戶高精度以及實時動態(tài)的定位請求。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是在TD-SCDMA系統(tǒng)中嵌入RTK和準RTK兩種定位算法模塊，設計RTK的定位流程，定義接口和消息，根據(jù)移動終端發(fā)送的定位請求中包含的服務質(zhì)量要求選擇RTK或準RTK定位算法，并啟動定位計算單元PCU/QPCU，定位計算單元完成移動終端位置計算后，將位置信息發(fā)送至位置服務器中存儲，并發(fā)送給終端顯示。
定義的接口和消息包括系統(tǒng)定義的Uu和Iu接口、在CN與位置服務器之間自定義的CN-LS接口，定位請求消息、GPS輔助信息請求消息、GPS輔助信息響應消息、定位信息請求消息、定位信息響應消息以及位置信息消息。
移動終端發(fā)出的定位請求包括服務質(zhì)量要求和移動終端所在小區(qū)信息，同時向位置服務器發(fā)送GPS輔助定位信息請求；位置服務器接收到請求信息后，根據(jù)移動終端所在小區(qū)信息將存儲在位置服務器中的該小區(qū)可見衛(wèi)星的星歷信息發(fā)送給移動終端，幫助終端迅速搜索到合適衛(wèi)星，并獲取定位所需的載波相位數(shù)據(jù)。核心網(wǎng)絡CN接收到移動終端的定位請求后通過位置歸屬寄存器HLR(Home Location Register)獲取終端所屬小區(qū)位置，將初步定位后的終端請求消息發(fā)送給UTRAN中的RNC模塊，RNC根據(jù)移動終端服務質(zhì)量要求選擇一個合適的定位算法并向移動終端和基站請求定位所需數(shù)據(jù)，在接收到二者發(fā)來的數(shù)據(jù)響應后轉(zhuǎn)發(fā)給位置計算單元PCU，PCU完成位置計算后，將位置信息計算后發(fā)送至位置服務器中存儲，并發(fā)送給終端顯示。
定位信號測量和計算功能可在移動終端上完成，也可以分布到TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡側(cè)完成，以減輕移動終端的負擔。
本發(fā)明的有益效果是在系統(tǒng)中同時嵌入兩種不同精度的定位算法，可以根據(jù)用戶服務質(zhì)量要求選擇不同定位算法，實現(xiàn)不同的定位精度，增加了LBS的靈活性。滿足TD-SCDMA系統(tǒng)中移動用戶的高精度定位和高速移動情況下的定位請求。


圖1表示適用于TD-SCDMA系統(tǒng)的高精度實時位置服務體系結(jié)構；圖2表示基于網(wǎng)絡側(cè)的RTK/準RTK定位流程圖；圖3表示基于移動終端的RTK/準RTK定位流程圖。
具體實施例方式
RTK是一種基于GPS衛(wèi)星發(fā)送的載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，在RTK工作模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和觀測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接受來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出定位結(jié)果。RTK分為兩類修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標。后者將基準站采集的載波相位發(fā)送給流動站進行求差，解算坐標。前者為準RTK技術，其精度可以達到分米級；后者為真正的RTK技術，可實現(xiàn)厘米級精度。
如圖1所示，描述了TD-SCDMA系統(tǒng)的高精度實時位置服務體系結(jié)構。
位置測量和計算過程可以在移動終端側(cè)實施，也可以在網(wǎng)絡側(cè)實施。在TD-SCDMA系統(tǒng)建設初期，在移動終端中集成GPS芯片，RTK/準RTK定位的位置測量和計算過程都可以放在終端側(cè)完成。待網(wǎng)絡成熟時，在TD-SCDMA系統(tǒng)中的UTRAN單元中設置位置測量單元LMU(Location Measurement Unit)和兩個位置計算單元，分別為準RTK位置計算單元QPCU和RTK位置計算單元PCU(Position Calculation Unit)，完成位置測量和計算功能。從而實現(xiàn)計算負荷的均衡分布。
UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)是由一個或多個無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)RNS組成。一個RNS由一個無線網(wǎng)絡控制器RNC和一個或多個Node B組成。移動終端與UTRAN之間的信息遵循TD-SCDMA無線接口(Uu)標準進行通信。使之能夠在網(wǎng)絡傳輸過程中被識別。
TD-SCDMA系統(tǒng)核心網(wǎng)絡CN中，網(wǎng)關移動位置中心GMLC(GatewayMobile Location Centre)負責接收移動用戶發(fā)出的定位請求，定位請求中包含小區(qū)信息和服務質(zhì)量要求QoS，請求消息通過移動交換中心MSC發(fā)送給UTRAN，UTRAN模塊包括帶LMU的基站和無線網(wǎng)絡控制器RNC，RNC負責向基站轉(zhuǎn)發(fā)定位請求信息，根據(jù)定位請求中包含的小區(qū)信息和服務質(zhì)量要求QoS選擇定位算法，并將基站響應的定位信息發(fā)送給RTK/準RTK位置計算單元。
CN與UTRAN之間遵循TD-SCDMA標準中定義的Iu接口標準進行通信，若定位在網(wǎng)絡中完成，則定位計算在UTRAN中的定位計算單元PCU/QPCU中進行，否則將定位所需數(shù)據(jù)發(fā)送給移動終端，在終端上完成定位計算，最后將位置數(shù)據(jù)通過CN發(fā)送給位置服務器進行存儲。
位置服務器基于空間數(shù)據(jù)庫并支持時空索引以便進行范圍、歷史、軌跡等查詢。GPS參考網(wǎng)絡中的GPS接收機與位置服務器連接用于跟蹤和收集所有衛(wèi)星(衛(wèi)星1……衛(wèi)星24)星歷等輔助信息，同時遵循TCP/IP協(xié)議從TD-SCDMA系統(tǒng)中的核心網(wǎng)絡CN提取位置數(shù)據(jù)進行保存，格式遵循下文中CN-LS接口的定義。
如圖2所示，表示在網(wǎng)絡側(cè)實施定位計算功能的RTK/準RTK定位流程圖。即信號測量和定位計算分布在TD-SCDMA網(wǎng)絡的UTRAN中完成時的定位流程圖。
由移動終端向TD-SCDMA網(wǎng)絡發(fā)送定位請求，請求信息包括服務質(zhì)量要求和小區(qū)信息，終端通過TD-SCDMA網(wǎng)絡將自身的小區(qū)信息和GPS輔助信息發(fā)送給位置服務器，以便獲取該小區(qū)內(nèi)可見衛(wèi)星的星歷信息。位置服務器接收到請求后，根據(jù)終端發(fā)來的小區(qū)信息將小區(qū)內(nèi)可見衛(wèi)星的星歷信息返回，終端利用此信息對衛(wèi)星進行搜索并收集所需的載波相位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給UTRAN中的位置計算單元。RNC接收到CN發(fā)來的定位請求后根據(jù)QoS要求判斷，選擇準RTK或RTK定位算法，以此來向基站請求不同的定位信息，基站接收到請求后將自身精確坐標、差分數(shù)據(jù)或載波相位數(shù)據(jù)等一系列信息通過RNC發(fā)送給相應的位置計算單元。啟動位置計算單元，位置計算單元(PCU/QPCU)利用終端觀測的載波相位數(shù)據(jù)和接收到基站發(fā)來的數(shù)據(jù)，包括基站自身位置坐標、基站載波相位觀測值或基站載波相位修正值，調(diào)用相應定位算法，計算移動終端位置，并將計算結(jié)果通過CN發(fā)送給位置服務器存儲。
如圖3所示，表示基于移動終端的RTK/準RTK定位流程圖。即信號測量和定位計算都在終端上完成時的定位流程圖。在移動終端中嵌入了RTK及準RTK定位算法模塊，信號測量和定位計算都在終端上完成。終端發(fā)送定位請求，獲得位置服務器發(fā)來的輔助信息，包括GPS可見衛(wèi)星號、衛(wèi)星星歷等信息，終端利用輔助信息進行移動終端所在小區(qū)可見衛(wèi)星搜索以獲取所需的載波相位數(shù)據(jù)，并將搜索結(jié)果保存在終端上。另一方面，基站在接到移動終端通過CN發(fā)送來的定位請求信息后將此定位請求信息通過Uu接口發(fā)送給終端，移動終端中位置計算單元根據(jù)定位請求信息中的服務質(zhì)量請求，啟動RTK或準RTK算法模塊，利用終端觀測的載波相位數(shù)據(jù)和接收到基站發(fā)來的數(shù)據(jù)，包括基站自身位置坐標、基站載波相位觀測值或基站載波相位修正值，進行移動終端位置計算，并將計算結(jié)果發(fā)送至位置服務器存儲。
定位過程中除TC-SCDMA系統(tǒng)已定義的部件和接口標準外，還涉及到了自定義的多個功能部件和通信接口及消息，主要用到了三個接口，包括TD-SCDMA系統(tǒng)定義的Uu和Iu接口，分別用在移動終端和UTRAN之間，以及URTAN和CN之間進行消息通信；在CN與位置服務器之間使用了自定義的CN-LS接口；定義過程中使用到的消息主要包括定位請求消息、GPS輔助信息請求消息、GPS輔助信息響應消息、定位信息請求消息、定位信息響應消息以及位置信息消息。具體含義及功能如下表所示。
表1.功能部件名稱及功能

表2.通信接口說明

表3.消息含義定義

本發(fā)明根據(jù)用戶服務質(zhì)量要求選擇不同定位算法，實現(xiàn)不同的定位精度，增加了LBS的靈活性。滿足TD-SCDMA系統(tǒng)中移動用戶的高精度定位和高速移動情況下的定位請求。
權利要求
1.一種基于TD-SCDMA系統(tǒng)的定位方法，其特征在于在系統(tǒng)中嵌入RTK和準RTK定位算法模塊，定義接口和消息，根據(jù)移動終端發(fā)送的定位請求選擇RTK或準RTK定位算法，并啟動定位計算單元進行移動終端位置計算，定位計算單元完成移動終端位置計算后，將位置信息發(fā)送至位置服務器中存儲，并發(fā)送給終端顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的定位方法，其特征在于定位算法模塊嵌入在移動終端側(cè)或網(wǎng)絡側(cè)。
3.根據(jù)權利要求1所述的定位方法，其特征在于移動終端發(fā)送的定位請求包含服務質(zhì)量要求和移動終端所在小區(qū)信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的定位方法，其特征在于所述接口和消息包括系統(tǒng)定義的Uu和Iu接口、在CN與位置服務器之間自定義的CN-LS接口，定位請求消息、GPS輔助信息請求消息、GPS輔助信息響應消息、定位信息請求消息、定位信息響應消息以及位置信息消息。
5.根據(jù)權利要求2所述的定位方法，其特征在于當定位算法模塊嵌入在網(wǎng)絡側(cè)，定位流程具體包括移動終端發(fā)出定位請求及GPS輔助定位請求；位置服務器接收到請求信息后，將移動終端所在小區(qū)可見衛(wèi)星的星歷信息發(fā)送給移動終端；移動終端搜索所在小區(qū)可見衛(wèi)星，并獲取載波相位數(shù)據(jù)；根據(jù)移動終端發(fā)送的定位請求中包含的服務質(zhì)量要求，無線網(wǎng)絡控制器RNC選擇定位算法；啟動位于網(wǎng)絡側(cè)的定位計算單元，計算移動終端位置并將計算結(jié)果發(fā)送至位置服務器。
6.根據(jù)權利要求2所述的定位方法，其特征在于當定位算法模塊嵌入在移動終端側(cè)，定位流程具體包括移動終端向網(wǎng)絡發(fā)送定位請求，位置服務器向移動終端返回GPS輔助信息；移動終端根據(jù)上述輔助信息搜索所在小區(qū)可見衛(wèi)星，以獲取載波相位數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)絡控制器根據(jù)定位請求中包含的用戶服務質(zhì)量要求，選擇定位算法，并通過基站向移動終端轉(zhuǎn)發(fā)定位控制信息；啟動位于終端側(cè)的定位計算單元，計算移動終端位置并將計算結(jié)果發(fā)送至位置服務器。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種基于TD－SCDMA的高精度實時定位方法，涉及移動通信技術領域。目前在位置服務領域尚未有一種服務可以滿足用戶高精度或高速移動狀態(tài)下的位置請求。本發(fā)明將準RTK和RTK兩種定位方法嵌入到TD－SCDMA系統(tǒng)中，設計定位處理流程，定義相關通信接口和消息，根據(jù)用戶服務質(zhì)量要求選擇不同定位算法，實現(xiàn)不同的定位精度，用以滿足用戶不同精度級別的定位請求。該定位技術適用于為移動用戶在高速移動情況下實時動態(tài)提供高精度位置服務。
文檔編號H04W64/00GK1897748SQ20061005439
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權日2006年6月27日
發(fā)明者袁正午, 姚雪, 夏英, 劉兆宏, 魚詳訓, 鄒永貴, 周鵬, 裵海英, 葛君偉 申請人:重慶郵電大學, 韓國仁荷大學教產(chǎn)學協(xié)力團