測位系統的製作方法
2023-07-26 11:04:01 1
專利名稱：測位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用行動電話網等支持GPS(Global Positioning System全球定位系統)進行測位的測位系統。
背景技術：
非專利文獻13GPP Specification TS25.305 V5.4.0GPS作為全球測位系統正在工作。在GPS中，接收由衛星產生的信號，確定到衛星的距離，檢測接收地點的位置。因此，在GPS中，必須知道衛星產生信號時的位置和時間。雖然衛星位置信息從衛星自身作為年曆、星曆信息被發送，通過接收衛星，能夠得到這些信息，但接收全部信息需要15分鐘左右的時間。此外，由於通常很難提供準確的時間信息，因此接收從4個衛星發出的信號，根據有三維位置坐標及時間4個未知數的聯立方程式計算出位置和時間。作為現有的技術，有網絡支持型GPS，該網絡支持型GPS不是從衛星信號而是例如從行動電話網等別的途逕取得這些衛星位置信息和時間等測位所需的信息，可明顯改善測位所需的時間和精度。對於WCDMA方式的行動電話，通過3GPP(ThirdGeneration Partnership Project)對網絡支持型GPS的測位方法進行了標準化(參考非專利文獻1)。
此外，GPS中，為了檢測緯度、經度、高度3維位置坐標和時間，必須接收至少4個衛星信號，而如果假定高度為地表面，則為了檢測緯度、經度2維位置坐標和時間，必須接收至少3個衛星信號。在室內、城市的高樓之間等到衛星的視場條件不好時，有時不一定能接收到必要數量的衛星信號。在這種情況下，已知有一種把電話網的基站電波信號視為衛星信號進行測位的技術，其在非專利文獻1中已被標準化為OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival可觀察的到達時間差)方式測位技術。圖3是表示在非專利文獻1中規定的現有的網絡支持型GPS的原理的圖。SAS(Stand Alone Serving Mobile Location Center獨立服務移動位置中心)12接收GPS衛星信號，取得位置檢測所需的年曆、星曆數據，此外已知SAS12的某位置，根據該已知的位置與從GPS信號得到的測位結果的差異，也可以生成用於校正測位誤差的數據。而且，有時SAS12也執行RNC(Radio Network Controller無線網絡控制器)13a應該執行的SMLC(Serving Mobile Location Center服務移動位置中心)的功能的一部分。RNC13a控制基站15a，進行測位所需的順序控制和無線資源管理。RNC13a根據測位對象的移動終端(UEUserEquipment用戶設備)的測位能力，從SAS12確定必要的支持數據，根據測位順序通過基站15a發送給UE16。UE進行測位所需的定時可以利用基站15a發送的導頻信號等。一般，WCDMA方式中，基站和GPS衛星不同步，測定設置在每個基站中的LMU(Location Measurement Unit位置測量單元)和GPS時間的偏差。LMU有與基站無線連接的類型A和與基站有線連接的類型B。
這樣，要在現有的WCDMA方式的行動電話網中實現網絡支持型GPS時，每個基站都必須有計測從沒有任何同步關係的無線接入網的基站發出的信號和GPS產生發出的信號之間的時間偏差的裝置(LMU)。
此外，由於現有的OTDOA技術中，基站彼此之間的信號也不同步，必須用某種方法計測基站之間的定時差。也是在每個基站中設置LMU，檢測基站之間信號的定時差。
發明內容
本發明的目的在於實現下述測位系統基站在非同步的WCDMA方式行動電話網中，不用在每個基站設置LMU，就可以向測位對象移動終端通知準確的時間、可以通過OTDOA方式進行測位，價格便宜而且可靠性高。
本發明的另一目的在於提供一種不設置LMU而可以在短時間內進行測位而且精度高的測位系統。
本發明的測位系統，具有產生與參考時間同步的信號的一個或多個第1信號發生源；產生與所述第1信號發生源不同步的信號的一個或多個第2信號發生源；計測單元；控制單元；具有用於接收所述第1和第2信號發生源信號的接收單元的測位終端；以及在所述控制單元和所述測位終端之間進行通信的通信單元，其特徵在於，所述計測單元確定接收到所述第1信號發生源的信號的位置P和所述參考時間，根據所述參考時間計測所述第2信號發生源的信號的規定事件的接收時間TR；所述控制單元根據所述計測單元計測的所述計測單元的位置P和所述第2信號發生源的位置Q算出所述計測單元和所述第2信號發生源的相對距離|P-Q|，用信號傳輸速度除所述|P-Q|，計算出所述計測單元和所述第2信號發生源之間的信號傳輸時間t，用TR-t計算所述第2信號發生源發生規定事件的時間TT，所述測位終端使用所述TT為基準，進行來自所述第1信號發生源的信號的接收，進行所述測位終端的測位。
通過採取上述構成，具有以下效果使用在條件好的地方的移動終端，計測基站信號的發送定時，通過把該時間通知給測位對象移動終端，即使不在每個基站都設置LMU，測位對象移動終端也能知道準確的時間、能夠縮短測位時間。此外，因為不需要LMU，所以具有可減少構築系統所需的成本的效果。
本發明的測位系統，具有產生與參考時間同步的信號的一個或多個第1信號發生源；產生與所述第1信號發生源不同步的信號的一個或多個第2信號發生源；計測單元；控制單元；具有用於接收所述第1和第2信號發生源信號的接收單元的測位終端；以及在所述控制單元和所述測位終端之間進行通信的通信單元，其特徵在於，所述計測單元確定接收到所述第1信號發生源的信號的位置P和參考時間，根據所述參考時間計測所述第2信號發生源的信號的規定事件的接收時間TR；所述控制單元根據所述計測單元計測的所述計測單元的位置P和所述第2信號發生源的位置Q算出所述計測單元和所述第2信號發生源的相對距離|P-Q|，用信號傳輸速度除所述|P-Q|，計算出所述計測單元和第2信號發生源之間的信號傳輸時間t，用TR-t計算所述第2信號發生源發生規定事件的時間TT，所述測位終端使用所述TT為基準，接收來自所述第1信號發生源的信號或來自所述第2信號發生源的信號，進行所述測位終端的測位。
根據本發明的上述構成，具有以下效果；不用設置高價的LMU，通過由測位對象移動終端計測來自基站的規定信號的接收時間，使用該值和條件好的地方的移動終端計測算出的TT，能夠計算出測位對象移動終端到基站的距離，即使在GPS衛星不一定在有必要數量的視場中的情況下也可以進行測位。
圖1是表示本發明的測位系統的圖。
圖2是表示在本發明的測位系統中使用的移動終端的方框圖。
圖3是表示現有的WCDMA方式行動電話系統中的測位系統的圖。
符號說明1a、1b、1c、1dGPS衛星；2a、2b基站；3移動終端a；4移動終端b；6RNC(SMLC)；7SAS。
具體實施例方式
下面，根據附圖，說明本發明的實施方式。
實施例1圖1是表示本發明的測位系統的主要部分的圖。參考站8接收GPS衛星的信號，取得測位所需的天文年曆和星曆數據。此外，參考站8的位置是已知的，比較該位置和從GPS信號得到的測位結果，生成測位校正數據。得到的數據被存儲在SAS 7中。移動終端a 3是如下終端它根據前次的測位位置得知其大概的位置和時間，處於能夠良好地接收測位所需的足夠數量的衛星的條件好的地方。RNC 6有SMLC功能，進行測位所需的資源管理和順序控制。移動終端b 4是進行測位的目標終端。如圖2所示，各移動終端具有接收GPS信號的GPS接收機9和用於作為行動電話機工作的WCDMA基帶處理部10。
GPS衛星1a、1b、1c、1d以原子鐘的精度與被稱為GPS時間的參考時間對時，與GPS時間同步發出信號。使用GPS進行了測位時，除了位置外，可以檢測出該GPS時間。
移動終端a 3是如下的移動終端其通過上次測位知道GPS時間，校正內置於終端的時鐘，獲知準確的時間，或者即使不知道準確的時間，也可以用足夠的信號強度接收衛星1a、1b、1c、1d的電波，能夠單獨進行測位。RNC 6通過基站a 2a，定期向移動終端a 3詢問當前位置P和觀測到基站a 2a發出的信號的特定事件的GPS時間TR，根據該結果計算基站a 2a發出信號的特定事件的GPS時間TT。作為基站發生的特定事件，例如由基站發出的導頻信號的幀邊界和特定的系統幀編號(如系統幀編號0)的發送等比較合適。原因是GPS中每20毫秒發送1比特的信息；另一方面，由於將WCDMA的幀設定為10毫秒，所以計算比較容易。此外，當所有的移動終端在小區內時，由於通過接收導頻信號，可以知道幀的定時，所以沒必要為了測位而新設置特別的信號。在圖2中，將該幀的定時及/或系統幀編號從WCDMA基帶處理部10傳送到GPS接收機9。
可按下述方法根據時間TR計算時間TT。已知基站a 2a的位置Q，可以根據下式進行計算。
(公式1)TT＝TR-|P-Q|/c其中，c是光速。而|P-Q|表示P、Q之間的距離，還有(公式2)t＝|P-Q|/c是電波從基站a 2a傳播到移動終端3所需的時間。
由於移動終端a 3即使在條件好的位置，從衛星取得測位所需的全部天文年曆和星曆數據也需要十幾分鐘，這不實際，因此，通常通過RNC6取得存儲在SAS 7中的支持數據進行利用。
所有的移動終端一旦接通電源，就檢索基站信號，確定當前所在的小區，報告給RNC 6。因而，RNC 6具有該小區內的所有移動終端的列表。RNC 6根據該列表定期向條件好的地方的移動終端詢問P和TR，使TT總是保持最新狀態。或者也可以使移動終端在位於條件好的位置時，主動地定期報告P和TR。當然，在條件好的地方的移動終端不是一個，通常有多個，RNC 6能夠利用來自這些所有終端的報告，利用最小2乘法等計算法，確定精度更高的TT。
移動終端b 4是在室內、高樓之間等條件非常差的位置的終端。即使在這樣的位置，也可以通過對衛星信號進行幾次累計，來提高靈敏度進行測位。但是如果知道準確的時間，不對開始累計的時間進行某種程度的限制，則檢測信號花費的時間非常長，導致事實上不可能進行測位。移動終端b 4能夠根據基站a 2a的導頻信號和RNC 6算出的TT，計算大致的時間。即，移動終端b 4接收的特定幀的接收時間T可以用下式表示。
(公式3)T＝TT+n×10微秒+TP這裡，n是從觀測到TT開始到移動終端b4接收該幀為止基站a 2a所發送的幀的個數，TP是信號從基站a 2a到移動終端b4的傳輸時間。1幀時間(10微秒)根據3GPP標準被控制在±0.05ppm以內，如果以某種程度的頻度進行TT的更新，則誤差小。此外，由於TP不能確定所以忽略其進行利用。
移動終端b 4根據通過RNC6取得的由SAS7提供的支持數據和T，限定衛星信號的檢索窗口進行信號檢測來測位。
移動終端b 4通過獲知T，限定檢索窗口，即使條件差，也可以通過接收4個衛星，得到把移動終端b 4的三維位置和時間作為未知數的4個聯立方程式，從而得知其位置。
移動終端b 4通過獲知T，限定檢索窗口，即使條件差，也可以通過接收3個衛星的信號，得到把移動終端b 4的二維位置和時間作為未知數的3個聯立方程式，從而得知其位置。
由於公式3的T可以代替GPS時間，基站的位置也是已知的，因此，可以用基站信號代替GPS時間。即，移動終端b 4可以通過接收3個衛星和一個基站信號，得到把移動終端b 4的3維位置和時間作為未知數的4個聯立方程式，從而得知其位置。
移動終端b 4還可以通過接收2個衛星和1個基站信號，得到把移動終端b 4的2維位置和時間作為未知數的3個聯立方程式，來得知其位置。
移動終端b 4還可以通過接收2個衛星和2個基站信號，得到把移動終端b 4的3維位置和時間作為未知數的4個聯立方程式，從而得知其位置。
以下同樣，移動終端b 4在能夠接收的衛星和基站信號合計是4時，可以得到把移動終端b 4的3維位置和時間作為未知數的4個聯立方程式，從而得知其位置。而在能夠接收的衛星和基站的合計是3時，能夠知道2維位置和時間。這裡，衛星或基站的個數也包括零的時候。也就是說，例如如果能夠接收的基站個數為3，則即使完全不能接收衛星，也能確定2維位置。
此外，即使不把基站信號作為基準使用，也可以把例如電視臺電波的同步信號、疊加在無線電廣播電波中的特定的信號等信號作為基準。特別是隨著作為第3代行動電話的特徵的多媒體功能的強化，在內置有電視圖象接收機的移動終端等情況下，效果比較好。
根據本發明，因為由移動終端測定基站信號定時，所以不用特別配備LMU，在基站彼此間不同步的行動電話網系統中，也可以根據基站信號把準確的時間通知給測位終端，測位終端使用該時間，能夠以短測位時間進行高精度的測位。
此外，根據本發明，不使用LMU而由移動終端測定基站定時，能夠確定基站信號的相位，即使在使用基站信號和GPS衛星不能接收到必要數量的GPS信號的情況下，也能夠進行測位。
權利要求
1.一種測位終端，該測位終端具有接收單元，該接收單元對與參考時刻同步地產生信號的多個第1信號發生源所產生的第1信號，以及產生不與所述第1信號發生源同步的信號的單個或者多個第2信號發生源所產生的第2信號進行接收，該測位終端特徵在於，該測位終端具有時刻計算單元，其通過TT＝TR-|P-Q|/c(P是與所述測位終端不同的其它計測單元接收由所述第1信號發生源所產生的信號的位置，Q是所述第2信號發生源的位置，|P-Q|是P與Q的相對距離，C是信號傳輸速度，TR是所述計測單元確定P與所述參考時刻並根據所述參考時刻算出的在P接收所述第2信號發生源的信號的第1規定事件的時刻)來計算時刻(TT)，從所述計算的所述時刻(TT)的時點起到所述接收單元接收由所述第2信號發生源所產生的第2規定事件為止，根據所述第2信號發生源所產生的事件數來計算所述接收單元接收所述第2規定事件的接收時刻(T)；信號接收單元，其使用所述時刻計算單元計算的所述接收時刻(T)作為基準而通過所述接收單元來接收來自所述第1信號發生源的信號；測位單元，其使用由所述信號接收單元接收的來自所述第1信號發生源的信號來進行所述測位終端的測位。
2.根據權利要求1所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第1信號發生源是GPS衛星。
3.根據權利要求1所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第2信號發生源為移動通信網用的基站。
4.根據權利要求3所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述計測單元為處於能夠良好地接收來自所述第1信號發生源的信號的位置的移動終端，所述計測單元計測所述位置(P)和所述時刻(TR)，並且對所述控制單元主動通知計測的所述位置(P)和所述時刻(TR)。
5.根據權利要求3所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述計測單元為處於能夠良好地接收來自所述第1信號發生源的信號的位置的移動終端，所述計測單元根據來自所述控制單元的請求來計測所述位置(P)和所述時刻(TR)，並且將計測的所述位置(P)和所述時刻(TR)通知所述控制單元。
6.根據權利要求1至5中任一所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第2信號發生源為電視發射臺。
7.一種測位終端，該測位終端具有接收單元，該接收單元對與參考時刻同步地產生信號的多個第1信號發生源所產生的第1信號，以及產生不與所述第1信號發生源同步的信號的單個或者多個第2信號發生源所產生的第2信號進行接收，該測位終端特徵在於，該測位終端具有時刻計算單元，其通過TT＝TR-|P-Q|/c(P是與所述測位終端不同的對應於所述各個第2信號發生源的計測單元接收由所述第1信號發生源所產生的信號的位置，Q是所述第2信號發生源的位置，|P-Q|是P與Q的相對距離，C是信號傳輸速度，TR是所述計測單元確定P與所述參考時刻並根據所述參考時刻算出的在P接收所述第2信號發生源的信號的規定事件的時刻)來計算時刻(TT)，根據所述計算的時刻(TT)以及從所述時刻(TT)的時點起到所述測位終端接收由所述第2信號發生源所產生的規定事件為止所述第2信號發生源所產生的事件數來計算所述測位終端接收所述規定事件的接收時刻(T)；信號接收單元，其使用所述時刻計算單元計算的所述接收時刻(T)作為基準而通過所述接收單元來接收來自所述第1信號發生源的信號或者來自所述第2信號發生源的信號；校正單元，其對由所述信號接收單元接收的來自所述第2信號發生源的信號根據所述時刻(TT)來校正所述第1、第2信號發生源的非同步性；測位單元，其使用由所述信號接收單元接收的來自所述第1信號發生源的信號和/或由所述校正單元校正的來自第2信號發生源的信號來進行所述測位終端的測位。
8.根據權利要求7所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第1信號發生源為GPS衛星。
9.根據權利要求7所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第2信號發生源為移動通信網用的基站。
10.根據權利要求9所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述計測單元為處於能夠良好地接收來自所述第1信號發生源的信號的位置的移動終端，所述計測單元計測所述位置(P)和所述時刻(TR)，並且對所述控制單元主動通知計測的所述位置(P)和所述時刻(TR)。
11.根據權利要求9所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述計測單元為處於能夠良好地接收來自所述第1信號發生源的信號的位置的移動終端，所述計測單元根據來自所述控制單元的請求來計測所述位置(P)和所述時刻(TR)，並且將計測的所述位置(P)和所述時刻(TR)通知所述控制單元。
12.根據權利要求7至11中任一所述的測位終端，該測位終端特徵在於，所述第2信號發生源為電視發射臺。
全文摘要
一種測位系統，其解決如下問題為使用基站信號獲知準確時間、縮短測位時間並能在接收不到必要數量衛星信號的位置測位，需用LMU計測基站信號的碼相位。具有第1信號發生源、第2信號發生源、計測單元、控制單元、測位終端和通信單元，計測單元確定接收到第1信號發生源信號的位置P和參考時間，根據參考時間計測第2信號發生源信號的規定事件的接收時間T
文檔編號G01S5/14GK101067652SQ20071012682
公開日2007年11月7日 申請日期2004年2月27日 優先權日2003年2月28日
發明者池田勝幸 申請人:精工愛普生株式會社