基於td－scdma系統的rtk定位方法
2023-06-05 20:58:21 2
專利名稱：基於td－scdma系統的rtk定位方法
技術領域：
本發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：
無線定位業務又稱為位置業務(Location Based Services，LBS)，是由移動通信網提供的一種增值業務。現有無線定位技術基於移動終端通信基站，受環境影響較大，特別是在城區由於高大建築物較多，電波傳播環境不好，信號很難直接從基站到達移動臺，一般要經過反射、折射和繞射，因此定位精度會受到影響，定位範圍為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系統的數據傳輸能力比2G系統有很大提高，為向用戶提供更豐富的信息提供了網絡帶寬的保證，使一些信息量較大的定位業務通過無線網絡實現成為可能，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下提供實時動態定位數據的定位方法，將可以彌補現有LBS業務的不足，豐富TD-SCDMA系統的數據服務類型。
發明內容
本發明提出了一種TD-SCDMA系統中採用GPS-RTK技術的定位方法，利用實時動態定位技術RTK(Real Time Kinematic)定位的精確性和實時動態性，同時將準RTK和RTK兩種算法嵌入到定位系統流程中，可以根據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的定位請求。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是在TD-SCDMA系統中嵌入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，根據移動終端發送的定位請求中包含的服務質量要求選擇RTK或準RTK定位算法，並啟動定位計算單元PCU/QPCU，定位計算單元完成移動終端位置計算後，將位置信息發送至位置伺服器中存儲，並發送給終端顯示。
定義的接口和消息包括系統定義的Uu和Iu接口、在CN與位置伺服器之間自定義的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。
移動終端發出的定位請求包括服務質量要求和移動終端所在小區信息，同時向位置伺服器發送GPS輔助定位信息請求；位置伺服器接收到請求信息後，根據移動終端所在小區信息將存儲在位置伺服器中的該小區可見衛星的星曆信息發送給移動終端，幫助終端迅速搜索到合適衛星，並獲取定位所需的載波相位數據。核心網絡CN接收到移動終端的定位請求後通過位置歸屬寄存器HLR(Home Location Register)獲取終端所屬小區位置，將初步定位後的終端請求消息發送給UTRAN中的RNC模塊，RNC根據移動終端服務質量要求選擇一個合適的定位算法並向移動終端和基站請求定位所需數據，在接收到二者發來的數據響應後轉發給位置計算單元PCU，PCU完成位置計算後，將位置信息計算後發送至位置伺服器中存儲，並發送給終端顯示。
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系統網絡側完成，以減輕移動終端的負擔。
本發明的有益效果是在系統中同時嵌入兩種不同精度的定位算法，可以根據用戶服務質量要求選擇不同定位算法，實現不同的定位精度，增加了LBS的靈活性。滿足TD-SCDMA系統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表示適用於TD-SCDMA系統的高精度實時位置服務體系結構；圖2表示基於網絡側的RTK/準RTK定位流程圖；圖3表示基於移動終端的RTK/準RTK定位流程圖。
具體實施例方式
RTK是一種基於GPS衛星發送的載波相位觀測值的實時動態定位技術，在RTK工作模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和觀測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數據連結受來自基準站的數據，還要採集GPS觀測數據，並在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出定位結果。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送給用戶站，以改正其載波相位，然後求解坐標。後者將基準站採集的載波相位發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；後者為真正的RTK技術，可實現釐米級精度。
如圖1所示，描述了TD-SCDMA系統的高精度實時位置服務體系結構。
位置測量和計算過程可以在移動終端側實施，也可以在網絡側實施。在TD-SCDMA系統建設初期，在移動終端中集成GPS晶片，RTK/準RTK定位的位置測量和計算過程都可以放在終端側完成。待網絡成熟時，在TD-SCDMA系統中的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絡子系統RNS組成。一個RNS由一個無線網絡控制器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。使之能夠在網絡傳輸過程中被識別。
TD-SCDMA系統核心網絡CN中，網關移動位置中心GMLC(GatewayMobile Location Centre)負責接收移動用戶發出的定位請求，定位請求中包含小區信息和服務質量要求QoS，請求消息通過移動交換中心MSC發送給UTRAN，UTRAN模塊包括帶LMU的基站和無線網絡控制器RNC，RNC負責向基站轉發定位請求信息，根據定位請求中包含的小區信息和服務質量要求QoS選擇定位算法，並將基站響應的定位信息發送給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，否則將定位所需數據發送給移動終端，在終端上完成定位計算，最後將位置數據通過CN發送給位置伺服器進行存儲。
位置伺服器基於空間資料庫並支持時空索引以便進行範圍、歷史、軌跡等查詢。GPS參考網絡中的GPS接收機與位置伺服器連接用於跟蹤和收集所有衛星(衛星1……衛星24)星曆等輔助信息，同時遵循TCP/IP協議從TD-SCDMA系統中的核心網絡CN提取位置數據進行保存，格式遵循下文中CN-LS接口的定義。
如圖2所示，表示在網絡側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網絡的UTRAN中完成時的定位流程圖。
由移動終端向TD-SCDMA網絡發送定位請求，請求信息包括服務質量要求和小區信息，終端通過TD-SCDMA網絡將自身的小區信息和GPS輔助信息發送給位置伺服器，以便獲取該小區內可見衛星的星曆信息。位置伺服器接收到請求後，根據終端發來的小區信息將小區內可見衛星的星曆信息返回，終端利用此信息對衛星進行搜索並收集所需的載波相位數據，並將數據發送給UTRAN中的位置計算單元。RNC接收到CN發來的定位請求後根據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，基站接收到請求後將自身精確坐標、差分數據或載波相位數據等一系列信息通過RNC發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據和接收到基站發來的數據，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，調用相應定位算法，計算移動終端位置，並將計算結果通過CN發送給位置伺服器存儲。
如圖3所示，表示基於移動終端的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。終端發送定位請求，獲得位置伺服器發來的輔助信息，包括GPS可見衛星號、衛星星曆等信息，終端利用輔助信息進行移動終端所在小區可見衛星搜索以獲取所需的載波相位數據，並將搜索結果保存在終端上。另一方面，基站在接到移動終端通過CN發送來的定位請求信息後將此定位請求信息通過Uu接口發送給終端，移動終端中位置計算單元根據定位請求信息中的服務質量請求，啟動RTK或準RTK算法模塊，利用終端觀測的載波相位數據和接收到基站發來的數據，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，並將計算結果發送至位置伺服器存儲。
定位過程中除TC-SCDMA系統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與位置伺服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
本發明根據用戶服務質量要求選擇不同定位算法，實現不同的定位精度，增加了LBS的靈活性。滿足TD-SCDMA系統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
1.一種基於TD-SCDMA系統的定位方法，其特徵在於在系統中嵌入RTK和準RTK定位算法模塊，定義接口和消息，根據移動終端發送的定位請求選擇RTK或準RTK定位算法，並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後，將位置信息發送至位置伺服器中存儲，並發送給終端顯示。
2.根據權利要求1所述的定位方法，其特徵在於定位算法模塊嵌入在移動終端側或網絡側。
3.根據權利要求1所述的定位方法，其特徵在於移動終端發送的定位請求包含服務質量要求和移動終端所在小區信息。
4.根據權利要求1所述的定位方法，其特徵在於所述接口和消息包括系統定義的Uu和Iu接口、在CN與位置伺服器之間自定義的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.根據權利要求2所述的定位方法，其特徵在於當定位算法模塊嵌入在網絡側，定位流程具體包括移動終端發出定位請求及GPS輔助定位請求；位置伺服器接收到請求信息後，將移動終端所在小區可見衛星的星曆信息發送給移動終端；移動終端搜索所在小區可見衛星，並獲取載波相位數據；根據移動終端發送的定位請求中包含的服務質量要求，無線網絡控制器RNC選擇定位算法；啟動位於網絡側的定位計算單元，計算移動終端位置並將計算結果發送至位置伺服器。
6.根據權利要求2所述的定位方法，其特徵在於當定位算法模塊嵌入在移動終端側，定位流程具體包括移動終端向網絡發送定位請求，位置伺服器向移動終端返回GPS輔助信息；移動終端根據上述輔助信息搜索所在小區可見衛星，以獲取載波相位數據；無線網絡控制器根據定位請求中包含的用戶服務質量要求，選擇定位算法，並通過基站向移動終端轉發定位控制信息；啟動位於終端側的定位計算單元，計算移動終端位置並將計算結果發送至位置伺服器。
全文摘要
本發明請求保護一種基於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下的位置請求。本發明將準RTK和RTK兩種定位方法嵌入到TD－SCDMA系統中，設計定位處理流程，定義相關通信接口和消息，根據用戶服務質量要求選擇不同定位算法，實現不同的定位精度，用以滿足用戶不同精度級別的定位請求。該定位技術適用於為移動用戶在高速移動情況下實時動態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 優先權日2006年6月27日
發明者袁正午, 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, 韓國仁荷大學教產學協力團