定位建築物內的移動站的製作方法

2023-05-30 14:51:26

專利名稱：定位建築物內的移動站的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及通信。更具體地說，本發明涉及無線通信。
背景技術：
無線通信被廣泛用於各種目的，例如語音呼叫和數字呼叫。無線通信 的一個局限是在移動站處於不容易被識別的位置時，響應從移動站進行的 緊急請求呼叫(例如911或112呼叫)的能力。定位移動站是必要的，以 便對這樣的緊急呼叫提供合適的響應。
存在兩種用於響應緊急呼叫的一般的地理定位(geo-location )方法。 兩種方法都基於"三角測量"，並依賴於移動站接收射頻信號和測量來自 多個宏單元或來自多個空中衛星的射頻傳播次數的能力。存在幾種不同的 被開發用於導航和定時的衛星系統。其中最著名的是美國Navistar GPS和 俄羅斯GLONASS GPS系統。還有其他正在設計中的諸如Galileo(歐洲)、 INRSS (印度)或Beidou (中國)系統。GPS指任何的這些衛星系統。使 用估計的範圍作為輸入參數值來執行三角測量計算，以確定移動站的位置。 這些三角測量方法上存在變型，這取決於蜂窩技術、宏單元或衛星的位置 和移動站的計算能力。
已知方法的準確性取決於三個主要因素第一，移動站接收來自至少 三或四個發送i殳備(宏小區(macrocell)或衛星)的RF信號的能力；第 二，發送與接收設備之間的三角測量距離；以及第三，定時準確性和同步。在宏小區三角測量的情況下，較大的小區半徑減小移動站接收來自多 個宏小區的信號的能力。在農村地區，例如，可能沒有可由移動站看到的 足夠數量的宏小區，使得基於宏小區的三角測量不可行。在市內和郊區地
區，RF障礙物可阻止移動站看到其他宏小區，這致使宏小區三角測量無效。 宏小區距離上的三角測量本質上具有比衛星三角測量更低的準確性，這^f吏 定時準確性和同步變得非常關鍵。對沒有在諸如GSM或UMTS的基站間 充分地同步定時的基站技術，全球定位系統(GPS)信息被用於跟蹤每個 基站時鐘相差多遠，並且"定時修正"消息被周期性地廣播給移動站，以 便他們可修正其範圍估計。由於小的定時誤差造成大的GEO定位誤差， 尤其在短三角測量距離上，所以這些定時修正被頻繁地發送，這在基站和 GPS定時器之間以及GPS定時器和移動站之間造成大量的業務負載。
GPS地理定位(基於衛星的)固有地比宏小區三角測量準確得多。對 GPS三角測量，必須至少存在四個空中衛星被)移動站看到(即，三個衛星 用於X， Y, Z定位，第四個用於移動站定時偏移信息)。在GPS的情況 下，設計衛星軌道使得存在六個地球軌道，每個軌道具有四個非GEO同 步的衛星，其提供六到十一個之間在晴朗的天空一直可見的高架衛星。盡 管如此，例如當RF障礙物阻礙衛星接收時，可能移動站將不會看到至少 四個衛星。這種情況例如會出現在移動站處於中心市區的峽谷(canyon) 中，諸如曼哈頓的街道。摩天大樓和其他結構容易妨礙移動站的天空視角。 當移動站的天空視角沒有被減少或限制時，GPS三角測量準確性是有用的。
定時同步對於GPS三角測量不是問題，因為每個衛星都配備有原子 鍾，並且地面通信連續地監控時鐘準確性以便提供非常準確的衛星定時同 步。通過l吏用第四個衛星範圍測量避免了對高準確的移動站時鐘的需求。
基於GPS的GEO定位方法在滿足美國聯邦通信委員會的要求以便在 三十秒內GEO定位緊急呼叫上具有唯一的問題。移動站在加電時可能花 費長達十五分鐘來定位對於GPS定位所需要的衛星。該時間中的大部分花 費在通過五十個BPS數據信道傳送衛星星曆(almanac)數據。輔助GPS (AGPS )在高速通信信道上對移動站提供動態衛星定位數據，以滿足FCC的三十秒定位要求。當然，不是所有的緊急呼叫都在移動站最初開啟時進
行。當從已經開啟的移動站進行呼叫時，衛星已經被^:得。在這種情況下，
立刻開始呼叫和GEO定位。
晶片集製造商和手機製造商正向GPS用於緊急呼叫GEO定位t艮。 商業上可用的GPS晶片集,皮i殳計為工作在支持HSDPA、 GPRS和EDGE 的終端中的GSM和UMTS手機中。GPS接收器是CDMA2000技術的一 部分並被包括在CDMA手機和類似設備中。基於GPS的地理定位看起來 是新興的用於緊急呼叫GEO定位的主流技術方法。
雖然在滿足定位來自戶外移動站的緊急呼叫要求方面存在很大的困 難，但是建築內的GEO定位問題更加艱難。主要的障礙是建築物本身易 於阻礙否則在建築物外是可用的宏小區和衛星信號。在建築物內部，當宏 小區和衛星信號在建築物內不可用時，已知的GEO定位三角測量方法都 不會工作。最多，通過從窗戶附近位置發出呼叫，GEO定位三角測量可能 是可行的，其中，所述窗戶可能在高樓層上，在那裡可存在足夠的信號強 度以便"看見"所需數量的宏小區或衛星以執行傳統的地理定位。即便如 此，這對於建築物中的所有窗戶並非普遍可行。而且，建築物中心附近的 任何位置都通常導致沒有可接收的GPS信號。即4吏是具有分布式天線系統 (DAS)用於分布蜂窩基站信號以便進行建築物內的呼叫的建築物，也不 提供對GEO定位有用的三角測量信號。基本上，人們可能使用移動站發 出緊急呼叫的大多數建築物內的大多數區域，是現有的三角測量GEO定 位方法不工作的區域。

發明內容
一種糹史用於無線通信的定位移動站的示例性方法，包括確定至少一個 與移動站使用的用於無線通信的信號關聯的指示符是否標識單個的已知建 築物位置。基於所述指示符將所述移動站的位置確定為已知的建築物位置。
在一個實例中，標識建築物位置的指示符至少包括以下中的一個(i) 移動站在其中^J良務的基站和基站扇區的扇區指定(designation ) ， ( ii)用於與所述移動站通信的射頻信號的時間延時，或(iii)通過所述移動站 報告的小區碼的組合。
對於^^頁域4支術人員來說由以下的詳細描述本發明的諸多特徵和優點 將變得明顯。詳細描述的附圖可以簡要地描述如下。


圖1示意性示出所選的對本發明實施例有用的無線通信系統的部分；
圖2是概述一個實例方法的流程圖3示意性示出對本發明實施例有用的一個實例通信布置；
圖4示例性示出另一個實例通信布置；
圖5示意性示出另一個實例通信布置；
圖6示意性示出本發明實例實施例中使用的將延時引入到RF信號的 實例技術；
圖7示意性示出另 一個通信布；
圖8示意性示出根據本發明的一個實例實施例引入額外的小區碼的技術。
具體實施例方式
以下公開的實例允許即使在移動站在建築物內以致傳統的基於三角測 量的定位技術不工作時，定位該移動站。所公開的實例有助於例如甚至在 移動站處於由於該移動站不能檢測到GPS衛星信號而導致GPS三角測量 方法不可用的建築物內時，定位該移動站。所公開的實例提供低成本的、 多樣並靈活的方法以便利定位移動站，用於包括響應發出自移動站的緊急 呼叫的各種目的。
圖1示意性示出包括以普通的已知方式操作的無線通信網絡22的無線 通信布置20。移動站24用於從建築物26內發出呼叫。在此實例中，移動 站24通過分布式天線系統(DAS)進行通信，該DAS提供了建築物26 內的無線通信覆蓋。DAS 28與網絡22通信以便利代表移動站24的用戶的呼叫。
在一些實例中，確定移動站24的位置是必要的。例如，如果移動站 24用於發出緊急服務呼叫(例如911或112呼叫)，則確定移動站24的 位置將是必要的，以便分派合適的響應人員。由於建築物26幹擾檢測足夠 的信號用於三角測量的能力，所以即使移動站24具有全球定位系統(GPS ) 接收器能力，建築物26內的移動站24也不能基於三角測量技術提供位置 估計。作為替代，與用於和移動站24無線通信的信號關聯的指示標識建築 物26的位置，以便定位移動站24。 一旦辨認出合適的指示符並且標識出 建築物26位置，移動站位置可以被報告為例如建築物地址、經度和綿度或 其他位置坐標。
圖2包括概述了實例方法的流程圖30。在32,做出需要移動站位置的 確定。 一個用於移動站定位的實例是對如上所述的緊急呼叫提供合適的響 應。其他情況也可能需要移動站位置信息，例如在由於移動站在建築物內 使得其他定位技術不可用時。儘管所公開的實例對於緊急服務呼叫尤為有 用，但是他們不必被限於移動站位置信息的此類使用。對移動用戶提供與 該用戶所處的附近地區有關的信息是移動站位置信息的一個使用實例。
在34，確定至少一個指示符是否指示單個的已知建築物位置，所述指 示符與移動站使用的用於無線通信的至少一個信號關聯。準確定位移動站 需要特定並唯一的已知建築物位置。
若干不同的指示符可以被用於本發明的實現中。圖2的實例包括在36 確定基站和扇區身份作為用於指示單個已知的建築物位置的指示符是否是 有用的。圖3示意性示出包括建築物40的實例布置。用於建立基站(BTS) 扇區的設備42被設置為專為建築物40內部(或者在某些實例中是建築物 40內部的一部分)服務。在圖3中，DAS44與設備42關聯用於在建築物 40內部(或者至少建築物的一部分)提供BTS扇區無線覆蓋。
在這樣的實例中，BTS扇區設備42及所關聯的扇區的身份也標識建 築物40，這是因為扇區專用於建築物40內部空間的至少一部分，並且將 知道該特定的設備42被安裝在哪裡。換句話說，圖3的實例中的基站和BTS扇區設備42的扇區身份提供了對建築物40的位置上的扇區位置的指 示。因此，每當移動站在建築物40內的扇區中 艮務時，正在服務的基站 和扇區的身份提供了該扇區位置的指示符，在該實例中其與建築物40的位 置相同。
對於在36做出的決定， 一旦基站和扇區身份被確定，便對預建立的數 據庫進行該基站和扇區身份是否對應於特定的建築物的檢查，並且隨後可 從資料庫得到合適的位置確定，例如經度和煒度坐標或建築物地址。
該信息對於報告所確定的位置是有用的。
在一些實例中，BTS扇區將不會專用於單個建築物位置。圖2的實例 包括其他可能的指示符用於在這種情況下指示單個已知的建築物位置。在 50，做出RF信號延時是否提供了指示單個已知建築物位置的指示符的確 定。存在幾種方式，其中與移動站24使用的信號關聯的信號延時能提供足 夠的信息用於定位建築物，其中移動站24被用來從該建築物內發出呼叫。
圖4示意性示出一種布置，其中BTS扇區設備52使用專用於建築物 54的DAS 56提供第一建築物54中的無線通信覆蓋。在該實例中，BTS 扇區設備52還與專用於提供第二建築物60內的無線通信覆蓋的另一個 DAS 58關聯。在該實例中，設備52的BTS扇區沒有唯一地標識單個建築 物，因為其提供多於一個的建築物內的無線通信覆蓋。在該實例中，RF 信號延時對於唯一地標識移動站位於建築物54或60的哪個中是有用的。
存在已知的技術用於測量移動站和基站之間的RF信號延時。例如， CDMA蜂窩系統連續地測量移動站和基站之間的RF信號延時。GSM和 UMTS系統也測量關於緊急服務呼叫的移動站和基站之間的RF信號延時。 通過策略地控制所選建築物位置上的RF延時使得延時是明確的，該延時 對於唯一地標識特定的建築物是有用的。
在圖4的實例中，存在分別與每個DAS56和58關聯的延時分布。在 BTS扇區設備52和到每個DAS的輸入之間也存在RF延時。為了討論目 的，BTS扇區設備52和DAS 56位於建築物54中。在該實例中，與這樣 的直接連接關聯的延時h實際上是0。另一方面，在建築物60中BTS扇區設備52和DAS 58之間的延時具有較大的值t2。建築物54和56中與移 動站使用的RF信號關聯的延時被配置為彼此不同並且是可區別的，使得 所確定的延時提供移動站24正在從哪個建築物發出呼叫的指示。
考慮分別分布在示例性示出的建築物內的DAS延時SI和S2。每個建 築物中對BTS扇區設備52的DAS RF延時可以像^或t2 —樣小，直到t什Sl 或t2+S2，這取決於從哪裡進行呼叫。當在最接近BTS扇區設備52的DAS 天線的極接近處進行呼叫時，DAS延時一般將是最短的。當在距離BTS 扇區設備52最遠處進行呼叫時，DAS延時一般將是最長的。假如t2大於 tl+Sl，則從來自每個建築物的RF信號測量的延時可被明確地區分。也就 是說，建築物60中的RF延時分布在(t2， t2+S2)之間。對於另一建築物 54中的(tl， tl+Sl)沒有重疊。因此，如果RF延時滿足這些準則，則與每 個建築物54和56關聯的RF延時唯一地標識了所關聯的建築物。隨後例 如由將特定的建築物與特定的延時值關聯的預建立的資料庫，可以確定基 於經度和蟀度坐標或街道地址的建築物位置。
當通過專用基站扇區對多於兩個的建築物服務時，通過適當地控制與 用於通過移動站進行傳送的RF信號關聯的延時，可以唯一地標識每個建 築物。例如假如延時集合(tj+SW, j=l， 2, 3。到專用基站的每個建築物j 中的DAS延時可以如tl或t2或t3 —樣小，直到tl+Sl或t2+S2或t3+S3， 這取決於從哪裡發出呼叫。對於tl+Sl<t2<tl+Sl+S2，來自建築物2的最 短延時在(tl+Sl， tl+Sl+S2)之間，並且最長的延時將在{ tl+Sl+S2， tl+Sl+2S2)之間。通過對t2的這些限制，建築物1和建築物2之間的延時 可4皮唯一地區分。對於tl+Sl+2S2<t3,來自建築物3的延時將分布在 {tl+Sl+2S2， tl+Sl+2S2+S3)之間。因此，如果在t3上實現這些限制，則 可從所測量的來自任一建築物1或2的延時中唯一地區分來自建築物3的 延時。基於此描述，本領域技術人員將認識到如何挑選、實現或選擇延時 以便在多個建築物之間唯一地區分以滿足其特定情況的需要。
圖5和6示意性示出實現這種延時的實例方式。在圖5中，以已知的 方式建立BTS扇區62。空中(OTA)中繼器(repeater) 64接收來自BTS扇區62的信號並中繼它們以將它們提供給建築物DAS 66。在一個實例中， OTA中繼器64專用於DAS 66所在的單個建築物中。
除了出現在空中的RF傳播延時，還基於出現在中繼器內的延時，OTA 中繼器64貢獻延時。這樣的延時在大多數情況下足以唯一地標識建築物。 例如，考慮這樣的布置，其中BTS扇區62位於建築物內或直接連接到建 築物的DAS，並且OTA中繼器64用於將BTS扇區信號中繼到另一個建 築物中。在這個例子中，和其他建築物相比，與OTA中繼器64關聯的延 時在很多情況下足以唯一地標識與OTA中繼器64和DAS 66關聯的建築 物。已知的技術可用於測量與OTA中繼器64關聯的延時，並且隨後由於 所關聯的延時可通過已知的方式來測量所以當移動站通過DAS66通信時， 資料庫中的該信息可被用於後續的確定。
在一些實例中，當使用OTA中繼器時可能需要添加額外的延時。圖6 示意性示出用於實現此情況的實例布置。在該實例中，OTA中繼器64包 括接收天線68和低噪聲放大器(LNA) 70。基帶混頻器72、模數轉換器 74和解調RF信號的解調器76，使得RF信號可以被緩存在延時緩存78 中。通過添加緩存，額外的延時被添加到RF信號。圖6的布置包括數模 轉換器80、 RF混頻器82、輸出放大器(PA) 84和輸出天線86,用於將 信號調製回模擬RF信號以便提供給例如DAS 66。
圖7示意性地示出另一布置，通過它信號延時對於唯一地標識特定的 建築物位置是有用的。在此實例中，BTS扇區i更備90與光中繼器布置關 聯，該光中繼器布置包括位於接近BTS扇區設備90的主光中繼器部分92， 光纜94和位於至少距離主部分92稍遠的從光中繼器部分96。建築物DAS 98連接至從光中繼器部分96 。
在此實例中，光纜94包括超過進行主部分92和從部分96之間的物理 連接所需的額外纜線長度。 一個實例包括一巻額外的纜線作為該連接的一 部分。光纜的額外長度增加了從BTS扇區90提供給DAS 98的信號中的 延時。在此實例中，選擇性地控制多少光纜被使用允許選擇性地控制有多 少延時被引入。策略地選擇延時量允許策略地並唯一地標識從其獲得無線通信信號的不同的DAS以及移動站可從其發出呼叫的不同的建築物。
回到圖2，另一個可能的指示符在100 ^L考慮。在此實例中，做出小 區碼組合是否提供特定建築物位置的指示的確定。本說明書中4吏用的小區 碼指如CDMA系統中使用的偽噪聲(PN)偏移，如UMTS系統中使用的 擾碼，或等效的小區標識符。在該實例中，額外的小區碼4皮添加到用於無 線通信的信號，以提供唯一標識特定的建築物的唯一的小區碼組合。選擇 用於特定位置的特定的小區碼組合併建立關於它們的資料庫，使得使用通 過移動站才艮告的小區碼組合作為單個建築物位置的指示符成為可能。
圖8示意性示出用於生成CDMA實例實現中的多個PN偏移的實例類 中繼器102。在該實例中，低噪聲放大器104、基帶混頻器106、模數轉換 器108和解調器110處理接收自CDMA基站的包括PN偏移的信號。在 112提供解調的導頻信號。緩存114和116例如通過使用存儲器抽頭 (memory tap )變化數量來延時解調的導頻信號。隨後使用加法器118將 延時114和116的輸出與解調的導頻信號112加到一起。這樣生成了帶有 多個PN偏移的信號。存儲器抽頭的大小將決定特定的PN偏移組合。通 過使用僅能被特定建築物中的移動站看到的PN偏移的唯一組合，小區碼 的組合(例如PN偏移)提供了建築物位置的指示。
在圖8的實例中，延時改進部分120、數模轉換器122和RF混頻器 124將信號調製回到被提供給輸出放大器126的模擬RF信號。
接收輸出自中繼器102的信號的移動站將檢測帶有其PN偏移和其他 生成的PN偏移組合的原始導頻信號。移動站將所有這些PN偏移都才艮告 給網絡(即當前處理該呼叫的移動交換中心)。隨後合適的查找資料庫可 被用於確定該PN偏移組合是否對應於已知的建築物位置。如果是，則該 建築物位置通過該小區碼組合來指示。
在GSM或UMTS系統中，模擬方法可用於生成額外的擾碼或等價的 小區碼，^f吏得從特定的建築物位置進行通信時通過移動站才艮告小區碼的唯 —組合《
如圖2中130所示，基於提供建築物位置信息的指示符，建築物位置
12被用於確定移動站位置。
圖2的實例包括用於指示單個已知的建築物位置的三種可能的指示符 類型。他們中的任何一個都可以被單獨使用，或者它們中的兩個或更多的 組合可被使用，這取決於特定情形的需要。例如，移動站位置確定算法可 以首先檢查基站和扇區身份是否足以用來確定建築物位置。如果不是，則 可考慮關於RF信號延時的信息。如果還是沒有結論，則確定指示已知建 築物位置的移動站才艮告的小區碼組合是否可以被l吏用。另一種實現包括並 行地考慮至少兩種實例類型的指示符。當多於兩種類型的指示符被考慮時， 分析一個的結果例如可以被用作冗餘檢查。其他實現可以僅考慮實例類型 的指示符中的一種，取決於如何建立特定的通信布置。
前面的描述在本質上是示例性的而不是限制性的。對本領域技術人員 來說對所公開的實例的變化和修改是明顯的，並且不會脫離本發明的本質。 本發明的法律保護範圍僅由所附權利要求來確定。
權利要求
1. 一種用於無線通信的定位移動站的方法，包括步驟確定與移動站使用的用於無線通信的信號關聯的至少一個指示符是否標識單個的已知的建築物位置；以及基於確定的指示符，將所述移動站的位置確定為已知的建築物位置。
2. 如權利要求l所述的方法，其中所述至少一個指示符包括下列中的 至少一個(i) 所述移動站在其中^J艮務的基站和標識基站扇區的扇區指定，(ii) 用於與所述移動站通信的射頻信號的延時，或(iii) 由所述移動站報告的小區碼的組合。
3. 如權利要求l所述的方法，包括基於用於與所述移動站通信的射頻信號的延時來建立所述至少一個指 示符。
4. 如權利要求3所述的方法，包括基於與基站扇區設備與分布式天線系統之間的傳輸信號關聯的延時， 或與所述分布式天線系統關聯的延時分布中的至少一個，控制用於所選建 築物的延時的量。
5. 如權利要求3所述的方法，包括對多個建築物位置中的每個建立唯一的延時量，所述建築物位置是單 個基站扇區的一部分。
6. 如權利要求3所述的方法，其中所述延時與用於中繼基站扇區信號 的空中中繼器關聯。
7. 如權利要求l所述的方法，包括確定由所述移動站報告的小區碼的組合是否標識單個的已知的建築物 位置。
8. 如權利要求7所述的方法，包括生成唯一地標識所選建築物位置的組合中的多個小區碼；以及將所生成的小區碼與提供給所述移動站的信號關聯。
9. 如權利要求8所述的方法，其中所述生成的小區碼包括PN偏移或 擾碼中的至少一個。
10. 如 f又利要求8所述的方法，包括 通過解調導頻信號生成小區碼； 通過多個不同的量來延時所解調的信號；以及 添加所述解調的信號和延時的信號，從而生成作為小區碼的多個PN偏移。
全文摘要
用於無線通信的即使當移動站在建築物內時定位移動站，包括確定與移動站使用的信號關聯的至少一個指示符是否標識單個的已知的建築物位置。指示符的實例類型包括專用於特定建築物的基站扇區的扇區標識符和基站，與移動站從特定的建築物位置進行通信時使用的射頻信號關聯的延時，或移動站在特定建築物位置內時其報告的小區碼的組合。一個或多個此類指示符提供對移動站從其發出呼叫的建築物位置的指示。隨後該建築物位置可被用作所確定的移動站位置。
文檔編號H04W64/00GK101536595SQ200780042522
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月15日 優先權日2006年11月17日
發明者G·納多茲, M·L·弗拉納根, V·帕恩 申請人:朗訊科技公司