無線移動通信網絡內使用移動站確定基站位置參數的製作方法

2023-04-28 09:56:16 2

專利名稱：無線移動通信網絡內使用移動站確定基站位置參數的製作方法
相關申請本申請對於美國臨時申請序列號60/343748有優先權，後者提交於2001年12月27日。申請還對於美國專利號10/097041有優先權，後者提交於2002年3月12日。
本發明背景本發明領域本發明一般涉及移動通信，尤其是在移動通信網絡內基站位置的確定。
相關技術描述移動通信網絡日漸提供更成熟的提供定位網絡內移動終端位置的能力。管轄的一般要求可能要求網絡操作者在移動終端呼叫緊急服務諸如美國的911呼叫時能報告移動終端的位置。在碼分多址(CDMA)數字蜂窩網絡中，位置定位能力由高級前向鏈路三角測量(AFLT)提供，這種技術用移動站測量的來自基站的無線電信號到達時間而計算移動站(MS)的位置。更高級的技術是混合位置定位，其中移動站使用全球定位系統(GPS)接收機，且位置是基於AFLT和GPS測量被計算。
用於使用AFLT、GPS和混合接收機的CDMA位置定位的消息協議和格式可用於基於MS和MS輔助的情況，這些協議和格式公布於TIA/EIA標準IS-801-12001、雙模式擴頻系統的位置確定服務標準-附錄內，在此引入作為參考。該標準的第4到43頁規定每個基站應發送基站天線的GPS基準時間糾正，該天線發送CDMA導頻偽隨機(PN)序列。
另一位置定位技術是測量由網絡實體進行，而不是由移動站。這些基於網絡的方法的一示例是由服務基站執行的RTD測量。移動站進行的測量可以與基於網絡的測量組合以增強計算的位置的可用性以及準確度。
與基站時間偏移的校準和重新校準、基站天線位置和其他參數相關的數據被存儲在被稱為「基站日曆」內。基站日曆資料庫提供用於確定尋求GPS偽範圍搜索的初始位置估計的信息。基站日曆資料庫提供信息，用於解決關於哪個觀察到的偽隨機噪聲序列(PN)等同於具有GPS能力的IS-95 CDMA網絡的哪個物理扇區的模糊性。基站日曆資料庫提供信號出現的蜂窩基站扇區天線位置。對這些天線位置進行AFLT範圍測量。
本發明概述在無線通信系統中，無線基站一般用作確定移動站位置的基準。為了使用基站作為基準，應準確地知道基站天線位置和基站信號定時信息。基站天線位置和定時信息被記錄在基站日曆資料庫內，為位置確定實體所使用。獲取該天線位置和時序信息會冗長而代價昂貴。
經常當重新定位了基站天線，或基站收發機經修理或被替換時，會引起基站天線位置或定時信息的改變。經常基站可以被邏輯地移動，例如當兩個物理基站交換其標識信息。雖然沒有一個基站移動，但它們看上去(對於BS用戶)交換了位置。
在該情況下，可能資料庫內對應的信息會有差錯，除非資料庫在繼續服務基站前經更新。經常天線位置由調查或參考從地圖讀出的坐標而經確定，且天線坐標被手工輸入資料庫，可能會有人工差錯。基站定時信息也受到人工差錯的影響，其中用戶的硬體用於測量定時信息，而定時偏移被人工地輸入資料庫。
為了解決以上問題，本發明使用與基站通信的移動站用於確定基站的位置參數。例如，確定了移動站的位置，然後基站的位置從移動站的位置和基站以及移動站間發送的信號經確定。雖然對至少一個基站會有差錯的基站位置參數，如果移動站配有全球衛星接收機，通常可以從其他基站的基站位置參數或從移動站接收到的全球衛星信號而確定移動站的位置。
另外，在移動站的位置獨立於與基站通信的基站的位置而經確定的情況下，資料庫內的基站位置信息可以在正常的位置對話期間被檢查。這可以通過從基站和移動站間發送的信號確定基站和移動站間的距離。當該距離與資料庫內的基站位置信息不符合時，資料庫可以經修改以包括糾正的基站位置信息。這樣，可能找到有差錯的基站信息並在已知基站的正確位置前中斷其在位置定位服務內的使用。
一旦在基站和位置已知的移動站間確定了充分數量的獨立距離，則有差錯的基站定位信息可以自動被糾正。在有充分獨立距離測量數目的情況下，可能以與單個移動站位置可比的確定度確定基站位置。這樣，可能自動維持並改善資料庫內的基站位置信息。這可以在提供正常的位置定位服務時完成，而不需要改變任何基站和移動站間的通信協議。
在最優實現中，移動站的位置和定時偏移可以獨立於基站的位置和定時偏移而經確定。如果移動站的位置和定時偏移從全球定位衛星或從位置和定時偏移已知的基站的多個質量信號而經確定，則移動站的位置和定時偏移可能很準確，經常能準確到米和納秒級的水平。現在對於移動站已知的位置和定時偏移連同移動站和基站間的信號傳輸測量，給出了基站的可能位置上的限制。在從來自幾個不同位置的一個或多個移動站收集了關於基站的多個測量後，這些測量被用作到常規位置和時間偏移計算過程的輸入，這些計算過程諸如最小均方或卡爾曼濾波器，這在導航領域內是眾知的(例如GPS和AFLT)。該計算過程用於從多個移動站的已知位置和已知時間偏移確定基站的位置和時間偏移，而不是按照常規的使用從多個基站的已知位置和已知時間偏移計算移動站的位置和時間偏移的計算過程。
附圖的簡要描述通過下面提出的結合附圖的詳細描述，本發明的其它特徵和優點將變得更加明顯，其中

圖1示出使用GPS系統用於定位行動電話單元並校準基站的蜂窩電話網絡；圖2是圖1的蜂窩電話網絡內的基站框圖；圖3是圖1的蜂窩電話網絡的靜態組件框圖，包括訪問基站日曆資料庫的位置確定實體；圖4是包括多個小區扇區的小區覆蓋地圖；圖5和圖6包括一流程圖，示出位置確定實體如何確定移動站的位置；圖7、8和9包括一流程圖，示出如何從多個移動站位置、移動站時間偏移和基站和移動站位置間的偽範圍確定基站的位置和時間偏移；以及圖10是用於估計基站天線高度的例程流程圖。
雖然本發明可以有各種修改和其它形式，但在附圖內示出的是其特定實施例且會詳細被描述。然而值得注意的是，這不是為了將發明限制在示出的該特定形式，相反，這是為了覆蓋如所附權利要求書定義的本發明範圍內的所有修改、等價和變體。
本發明的詳細描述圖1示出使用GPS系統定位行動電話單元並校準基站的CDMA蜂窩電話網絡。本發明以下參考該示例經描述，但可以理解本發明不限於使用CDMA或GPS。例如，本發明可以在時分多址(TDMA)蜂窩電話網絡內實現，且本發明還可以不使用任何輔助位置定位的全球衛星系統而被使用。
一般，為了用任何無線通信網絡諸如TDMA蜂窩電話網絡實現本發明，最好查詢應用的工業標準對於兼容定位服務的規定。例如，TIA/EIA標準IS-801-12001、雙模擴頻系統的位置確定服務標準特別適用於使用AFLT和GPS的CDMA網絡。TIA/EIA標準ANSI-136(通過衛星的系統輔助移動定位)用於美國的TDMA數字PCS系統。第三代合伙人計劃標準3GPP TS 04.31和TS 25.331定位服務(LCS)(使用OTDAO的UE位置)適應於一定的歐洲GSM無線電話網絡。
圖1示出了五個CDMA基站11、12、13、14和15，位於地球16的表面六邊形陣列的固定位置。在地球以上11000海裡處，有與基站11到15直視線通信的至少五個GPS衛星17、18、19、20、21。在基站的電信範圍內，有多個移動CDMA電話單元22、23，這些在上述的TIA標準文檔內被稱為移動站(MS)。這些移動站(MS)包括只有AFLT移動站，諸如AFLT移動站22以及諸如混合移動站23的混合移動站。
CDMA網絡能使用眾知的移動站的AFLT技術定位AFLT移動站22和混合移動站23的位置，AFLT技術測量所謂的來自基站的導頻無線電信號的到達時間。到達時間由與移動站的時間基相關的導頻相位測量指明。計算來自相應各對相鄰基站的導頻相位測量差以去除移動站的時間基內的任何時間偏移的影響。在大多數情況下，每個差定位特定雙曲線上的移動站。雙曲線的交點提供了移動站的位置。
CDMA網絡還能使用已知的GPS技術定位混合移動站23的位置。每個CDMA基站11到15有接收至少一個GPS衛星17到21的載波和偽隨機碼序列的GPS接收機，以提供參考GPS系統時間基的CDMA系統時間基。當混合移動站參與CDMA網絡的位置定位對話時，服務基站可以將GPS獲取數據發送到混合移動站。混合移動站23可以使用GPS獲取數據在大致十秒或更少的時間內獲取每個GPS衛星17到21和移動站間的偽範圍測量。在MS輔助解決方案中，混合移動站向服務基站發送偽範圍測量。如在以下將參考圖3描述的，位置確定實體(PDE)可以從四個或更多的偽範圍測量中計算混合移動站23的地理位置。或者，在基於MS方案情況下，移動站的地理位置可以由移動站本身計算。
圖2示出圖1的蜂窩電話網絡中的每個基站內的功能模塊。基站11包括提供參考GPS系統時間的基站時間基32的GPS接收機31。GPS接收機31從GPS天線39獲取信號。基站還包括CDMA收發機33，用於與CDMA網絡內的移動站通信。CDMA收發機33從基站時間基32獲取CDMA系統時間。CDMA收發機33通過CDMA天線40發送並接收無線信號。
圖3是圖1的蜂窩電話網絡的靜態組件框圖。移動交換中心(MSC)34接口基站11和多個電話線(諸如銅線或光纖)間的語音信號和電信數據。移動定位中心(MPC)36連接到移動交換中心(MSC)34。MPC 36管理位置定位應用程式以及通過交互工作函數(IWF)37和數據網絡鏈路38將位置數據接口到外部數據網絡的。位置確定實體(PDE)41收集並格式化位置定位數據。PDE 41向移動站提供無線幫助，並且它可執行位置計算。PDE 41連到MPC 36和MSC 34。PDE 41訪問由基站日曆資料庫伺服器43管理的基站日曆資料庫44。PDE 41以及基站日曆資料庫伺服器43用例如常規的數字計算機或工作站實現。基站日曆44存儲在基站日曆資料庫伺服器43的計算機的硬碟內，如以下將進一步描述。
基站時間基(圖2內32)應在基站被安裝或修改時被校準。每個基站有相應的GPS系統時間和CDMA信號傳輸間的時間偏移，該偏移是由GPS天線(圖2內39)到GPS接收機(圖2內31)、從GPS接收機到CDMA收發機(圖2內33)以及從CDMA收發機到CDMA天線(圖2內40)的傳播延時或相位偏移變化而引起的。因此，為了減少AFLT位置確定內的範圍誤差和混合位置確定內的範圍和時間誤差，每個基站應在基站安裝完成後經校準，例如可以通過為基站日曆資料庫(圖3內的44)存儲時間偏移，該偏移為PDE所用(圖3內41)。而且，最好能重新校準基站並為任何接著的硬體改變而更新資料庫。
為了校準或重新校準基站，當混合站用戶正常進行電話呼叫或當不是從正常位置定位對話時，現場服務人員開到選定位置並進行呼叫以獲得位置測量數據，GPS和AFLT位置測量數據在正常位置定位對話期間從混合移動站獲得。這樣，PDE(圖3內的41)可以內部地計算校準數據並將校準數據存儲在連續基礎上存儲在基站日曆資料庫中(圖3內的44)。另外，為了保證機密性，正常的位置定位對話可以只在混合移動站的操作者進行或回答無線電話呼叫時才發生。這樣，CDMA系統不會在操作者不知道和不同意的情況下確定操作者的位置。
基站天線位置信息對於性能結果很重要，這些結果涉及在純AFLT或混合模式下使用AFLT測量用於初始近似位置確定和最終位置確定。例如，MS提供導頻相位測量數據給PDE。PDE使用向天線位置信息提供的或從天線位置信息導出的值以建立初始近似位置。該數據內的大差錯的存在會造成性能次優。在最終位置計算期間，PDE會或者單獨(AFLT模式)或與GPS(混合模式)數據組合地使用導頻相位測量數據。在兩種情況下，應提供天線位置和海拔(高度)以保證最佳準確性。期望基站天線位置信息(緯度、經度和海拔)是WGS-84內的「測量級」其差錯小於一米，雖然可以使用合適的、已知、不確定的質量較差天線位置。
圖4示出基站天線61、62、63和64的相應小區扇區覆蓋區域(扇區A、扇區B、扇區C和扇區D)。中繼器65擴展基站天線64的覆蓋區域。可能在開始固定過程前，就在移動66進入話務信道前，記錄扇區標識信息。一段時間後，移動66在通信狀態，移動開始進行位置固定。移動66記下當前的PN號並將其連同記錄的扇區標識信息在IS-801.1消息內發送到PDE。值得注意的是移動66可以切換到不同於扇區標識信息被記錄的扇區內；例如，移動在到達虛線表示示出的位置67時從扇區A切換到扇區B。這樣，當前PN號和扇區標識信息可能屬於不同小區。扇區標識信息屬於服務扇區，而PN號屬於基準扇區。值得注意的是PN不是唯一的，且一般在任何蜂窩網絡內重複多次。
在該初始IS-801.1消息內還發送的由移動單元在那時看見的扇區範圍測量，包括基準扇區和可能的其他扇區。這些只可由PN號標識，且被稱為測量扇區。值得注意的是基準扇區以及如果仍看見的服務扇區也是測量扇區。這些範圍測量用於生成粗估計，被稱為前綴，該前綴只使用AFLT測量，且一般沒有以後實現的最終固定準確。
前綴的目的是為了生成更準確的初始位置估計，這樣比起只使用基準扇區的信息能有更準確的GPS輔助信息。更準確地GPS輔助信息改善了GPS準確性和收益並減少了處理時間。前綴是可任選的，且如果因為某個原因不可用，則使用基於基準扇區的初始位置估計。
在GPS輔助信息被發送到移動後，移動收集第二AFLT測量集合以及GPS測量集合，這被稱為最終固定。因為PN號不是唯一的，則PDE必須決定哪個看見的PN號屬於哪個物理扇區。這可能是個複雜的過程，因為帶有相同PN號的扇區經常相互間的間隔接近8公裡甚至更近，這會導致PN的模糊性。該間隔用於從服務扇區確定基準扇區以及從基準扇區確定測量扇區。只有在一距離閥值內的小區才被考慮。距離閥值通過比例縮放BSA的最大天線範圍參數而經確定。
如果沒有找到帶有目標PN和頻率的扇區，則查詢失敗。同樣，如果找到多於一個扇區有該目標PN和頻率，且PDE不能確定哪個是真實的，則查詢失敗。如果找到一個帶有目標PN的扇區，則查詢成功，且該扇區被認為屬於觀察到的PN。如果當試圖從服務扇區確定基準扇區時查詢失敗，則服務扇區被假設為基準扇區。如果當試圖從基準扇區確定測量扇區時查詢失敗，則該測量PN不可用，且被忽略。如果扇區標識信息完全不能在BSA內被找到，則使用存儲在PDE的配置文件或註冊表內存儲的預設初始位置估計信息嘗試GPS固定。
還可能基於網絡ID/系統ID以及覆蓋區域重心進行初始位置估計。例如覆蓋區域重心是被確定在基站扇區天線的覆蓋區域內的移動站位置的平均。在該方法中，PDE通過檢查BSA內所有扇區用每個唯一的網絡ID和系統ID確定所有小區的覆蓋區域的位置和不確定性。該信息有幾種用途。如果沒有更好的初始位置估計可用，則可以使用網絡ID/系統ID位置和不確定性。這在當例如MS所見的扇區標識信息在BSA內未被找到時會發生。值得注意的是初始位置估計在該情況下會有很高的不確定性，這會減少GPS的準確性和收益，且會導致更長的MS處理時間。如果沒有任何用於確定最終固定位置的更佳的方法，則網絡ID/系統ID重心位置和不確定性將被報告。
簡單地說，來自混合基站的GPS和AFLT位置測量信息可以經組合以生成偽範圍偏移和基站時間基偏移。除了為基站校準提供基站時間基偏移外，在無線覆蓋區域內的各個物理位置處，諸如各個小區扇區的偽範圍偏移，可以被編譯並用於糾正被確定在小區扇區鄰域內的移動站的位置固定。例如，距離糾正被量化為前向鏈路校準值(FLC)。特別是，FLC被定義為移動站發送的數據上的時間戳和實際傳輸時間間的時間差。
對FLC有貢獻的分量是基站GPS接收天線的電纜延時、輸出到發射硬體定時閘門輸入的GPS接收機定時閘門以及基站發射天線。基站日曆資料庫伺服器自動基於來自混合移動站的GPS和AFLT位置測量數據調整基站日曆資料庫內的FLC欄位。通過對扇區使用更準確地FLC值，範圍測量可以改善0％到30％。
由於GPS偽範圍要準確得多，如果看見足夠數量的GPS衛星，則最終報告的固定會幾乎只基於GPS。幸運地是，在這些情況下，到扇區天線的距離估計仍被測量，且保存在PDE日誌文件內。因此所有確定新校準的FLC值需要的信息都可用。該信息包括舊「預設」或「平均」FLC值；使用GPS測量確定的固定位置；來自基站日曆資料庫的扇區天線位置；以及使用AFLT技術以及導頻相位測量確定的到每個小區扇區天線的測量的距離估計。以下的等式將這些輸入與新FLC值相關New_FLC＝Old_FLC-(叢固定位置到天線的距離-測量的距離估計)以上的等式略去了單位轉換常數。例如，如果FLC是以所謂的偽隨機數Chip_x_8為單位被測量，則以下新FLC值的公式為 其中FLCNEW＝新的前向鏈路校準值，以Chip_x_8為單位FLCOLD＝在PDE收集期間使用的前向鏈路校準值，以Chip_x_8為單位留數＝特定扇區偽範圍測量的留數，以米為單位，這是如果不知道真實範圍時PDE中出現的30.52＝每Chip_x_8單位的米數調整FLC的關鍵在於位置固定要有高度準確性，因為任何固定位置誤差會轉換成新的FLC值內的誤差。固定位置可以使用「水平估計的位置差錯」(HEPE)質量度量而以高置信度經評估，該度量是每個位置固定誤差的PDE本身的估計。因此，只有符合一定質量閥值的固定-諸如HEPE值小於50米-可以用於這些計算。
為所有帶有每個固定的手機聽見的扇區計算導頻測量。取決於環境，這一般至少有中等數量的扇區，經常在密集的城市環境中有多達20個甚至更多。因此，每個固定導致許多距離估計，所有這些估計都可以在本過程中使用。
初始基站日曆資料庫應在該過程中存在，使得PDE能解決每個看見的扇區的扇區標識。然而，這些扇區的FLC值的質量不重要。可以使用「預設」或「平均」值。關鍵在於手機所見的扇區標識在基站日曆資料庫內存在。最好天線位置要較合理地準確，但不需要在任何時間準確地知道天線位置。如果對天線位置的了解隨著時間改善，則這可以對獲得更大確定性的天線位置起到作用，並用於改善前向鏈路校準準確性。另外，基站日曆資料庫伺服器可以確定是否天線已被移動，且在該情況下，可以從基站日曆資料庫中取出準確但過時的天線位置，並用更新的位置取代。
圖5和6示出PDE如何經編程以確定移動站的位置定位的示例。在圖5的第一步驟81內，PDE基於開始時從MS發送到PDE的AFLT測量進行初始位置估計。在步驟82，PDE試圖將移動站所見的PN與基站日曆資料庫內記錄的特定小區扇區相關聯。如果服務MS的扇區不能經唯一標識，則AFLT不可能，因為PDE不能確定AFLT範圍測量來自哪個基站天線塔。因此，如果不能唯一地標識服務MS的扇區，則執行從步驟83到步驟84的分支。否則，執行繼續從步驟83到步驟85。
在步驟84，敏感度輔助(SA)和獲取輔助(AA)數據基於網絡ID/系統ID重心或預設位置經生成。SA/AA數據會被送回MS(圖6的步驟90)以幫助MS進行GPS獲取和GPS偽範圍測量。因為服務小區還未被找到，則AFLT是不可能的，且GPS準確性和收益可能嚴重受損。執行從步驟84進行到圖6內的步驟90。
在圖5內的步驟85中，PDE試圖確定基準扇區和所有測量扇區。如果測量PN不能唯一地與單個扇區相關聯，則不使用該範圍測量。如果所有的基準扇區不能經唯一確定，則在其位置使用服務小區。接著，在步驟86，PDE只基於AFLT計算「前綴」。則在步驟87內，如果步驟86的「前綴」計算不成功，則執行分枝到步驟89。否則，執行繼續從步驟87到步驟88。
在步驟88中，SA/AA數據基於小區扇區信息被生成。執行繼續圖6的從步驟88到步驟90。
在圖5的步驟89內，SA/AA數據基於前綴位置和不確定性經生成。初始位置不確定性越小，AA數據越準確，MS內處理將越快，且可以獲得更佳最終固定準確性和收益。執行圖6的從步驟89繼續到步驟90。
在圖6的步驟90中，SA/AA數據被發送到MS。MS使用SA/AA數據用於GPS獲取和GPS偽範圍測量。MS搜索在輔助數據內指明的GPS衛星，並實現第二輪AFLT偽範圍搜索。在步驟91中，PDE從MS接收GPS和AFLT偽範圍。在步驟92中，PDE再次試圖標識所有測量PN。如果PN不可以唯一地用單個扇區標識，則不使用範圍測量。在步驟93中，PDE基於GPS和AFLT範圍測量生成最終固定。
在步驟94，PDE可以並行使用幾種方法以計算最終位置，且可以使用最可能獲得最小位置誤差的方法。首先嘗試GPS固定，因為準確性遠遠高於任何其他方法。如果GPS固定失敗，則PDE從幾個其他方法中選擇，且使用帶有最小相關誤差的結果。這些其他方法包括只用AFLT、由已知扇區取向和大致範圍使用RTD測量(當可用時)確定的位置、使用移動站所見的扇區知識確定「混合小區扇區」固定以及每個扇區的位置和取向、當前服務扇區覆蓋範圍重心位置確定(或如果不可能確定當前服務扇區，則使用原始服務扇區覆蓋範圍重心位置確定)、當前網絡ID/系統ID覆蓋區域的重心位置、以及最終PDE配置文件內存儲的預設位置。
對每個扇區使用FLC糾正在扇區鄰域內的MC的位置可以通過到每個扇區內的各個移動站(最好來自扇區覆蓋區域內的不同位置)的多個距離估計的累加和統計分析而經改善。通過收集採樣集合，集合的統計處理可以被應用於確定要使用的最優新FLC值。平均該數據並使用從每個扇區的覆蓋區域內的不同位置集合能產生更準確的FLC值。
採樣集合可以從混合移動站來或到混合移動站的正常電話呼叫期間以及/或來自開車到處實地收集期間的正常位置定位對話中被收集。對於收集數據的附加質量，開車到處實地收集可以通過在車輛內的實地技術人員實現，每輛車配有連結到外部PCS天線和外部活動GPS天線的混合移動手機。在多個CDMA頻率被使用的區域內，可以在每個頻率上收集數據，因為每個扇區CDMA頻率排列是分開校準的。例如，當使用到處開車收集方法時，應使用多個手機以保證充分的頻率分集。
本發明尤其涉及使用移動站以確定基站天線位置信息。這不僅可以提供移動站更準確的位置固定，還可以保證從基站來的合適的蜂窩覆蓋，該覆蓋可能由於基站日曆內的錯誤的天線位置信息或是被物理重新定位或是受到損壞。在最差情況下，天線位置的改變會導致小區扇區標識問題，其中手機(即無線移動站)觀察到的信號不能合適地與基站日曆資料庫內的信息相關。
基站日曆資料庫伺服器發現手機觀察到的標識在基站日曆資料庫內不能被找到的情況，且時間上跟蹤該種事件發生。基站日曆資料庫伺服器標識被加入網絡的新扇區，且告知系統操作者該變化。基站日曆資料庫伺服器生成基站日曆資料庫項，這些項包括確定天線位置、觀察到的標識、自動計算的校準和不確定性參數以及預設值。基站日曆數據伺服器還標識一些扇區，這些扇區的標識由手機觀察或蜂窩基礎設施報告因為網絡改變或重新配置而改變，不再與基站日曆資料庫匹配。基站日曆資料庫伺服器自動地改變基站日曆資料庫以反映新的標識。
對於陸地範圍測量，天線位置幫助PDE解決基準扇區和測量扇區標識，且天線位置是範圍測量起源的位置。天線位置誤差轉換成陸地範圍誤差。天線位置在生成「初始位置估計」內是必要的，該估計被用於生成GPS輔助信息。
基站日曆資料庫伺服器標識與測量的位置不符合的基站日曆資料庫扇區天線位置。這源自移動小區(COW和COLTs)或源自基站日曆資料庫內的類型。基站日曆資料庫伺服器告知系統操作者該種問題，且如果這樣經配置，基站日曆資料庫伺服器會自動解決問題。
為了快速標識扇區天線位置內的任何明顯改變，期望在無線通信系統的例行使用期間在正在進行基礎上測量扇區天線位置。這可以使用反扇區天線定位方法完成。反扇區天線定位是從來自移動站的數據確定扇區天線的位置。
在一些情況下，基於扇區信號的手機測量知道存在小區扇區，但不知道扇區天線位置。如果手機的位置可以基於其它測量而被確定，則該手機位置和到扇區天線的測量的範圍可以作為很重要的輸入，用於確定扇區天線的位置。
在許多情況下，手機位置可以在不知道未知扇區的源的情況下被確定-例如基於好的GPS固定或AFLT或混合固定，該混合固定不使用來自未知扇區的測量。如果這從不同位置發生多次，則這些位置固定的每個用作起源點(手機位置)以及到這個未知的扇區天線位置的範圍。
這些位置和範圍可以用作到導航處理器的輸入，該處理器可以以以下相同的方式計算扇區天線位置，例如與GPS衛星位置和範圍用於計算GPS接收機的位置相同的方式。進行該導航處理有許多可用方法，諸如最小均方迭代以及卡爾曼濾波，這些是領域內的技術人員眾知的。
如同領域內的技術人員可以理解，很重要的是基準點比起到扇區天線的範圍充分隔開，使得幾何能充分準確地計算扇區天線位置。另外，來自手機位置的每個輸入範圍應有與之相關的基於例如可能的過度路徑長度信號延時的誤差估計，該估計組合了基準手機位置內的不確定性以及範圍內估計的不確定性。這些測量誤差估計可以在導航處理算法內經組合以估計在扇區天線位置的確定中的誤差。
而且，到扇區天線的範圍測量可以包含由於扇區發射機時間偏差引起的相當恆定的偏差。該前向鏈路校準可以在扇區天線位置的同時被解決。因此，三維扇區天線位置以及時間偏差可以在相同操作內被計算-與GPS接收機定位類似的方式。
可以意識到由於垂直方向上的受到限制的可觀察幾何，解決扇區天線的垂直高度有時可能很困難。扇區天線高度的估計可以基於在手機基準位置的平均高度以上的平均天線高度(例如10米)和/或基於查詢地形海拔資料庫的地形高度。雖然扇區天線的垂直高度內的誤差有時用該方法很難觀察到，幸運地是，當該扇區最終被加入基站日曆資料庫並被用作用於手機定位的基準位置時，這些相同的誤差對於位置固定誤差影響很小。
一旦扇區天線位置使用該方法被合理地確定了，則新扇區可以被加入基站日曆資料庫並接著被用於手機定位，或手機所見的未經標識信號可以被加入數據日曆資料庫內的項，且帶有不正確的標識信息，且該標識信息可以被糾正。
參考圖7到10，示出圖1的無線通信網絡的反扇區天線定位的實現示例流圖。例如，流程圖表示圖3的基站日曆資料庫伺服器43的編程，用於維持和改善基站日曆44內的基站位置參數；圖3內的位置確定實體41內的編程，用於確定移動站位置以及計算基站位置。
在圖7的第一步驟101內，移動站進行或接收無線電話呼叫。在建立網絡和移動站間的通信過程中，如以上參考圖4描述的，網絡試圖從已接收到來自移動站信號的基站的指示確定與移動站通信的小區扇區。在圖7的步驟102內，如果指示的基站在基站日曆內找不到，則執行分枝到步驟103以建立基站的新資料庫記錄，並為基站記錄「未知位置」。在步驟103之後，執行繼續到步驟104。如果在基站日曆內找到基站，則執行還從步驟102繼續到步驟104。
在步驟104內，網絡獨立於與移動站通信的基站的位置確定移動站位置(值和誤差估計)。例如，如果移動站有用於接收全球定位信號的全球衛星接收機，則移動站的位置可以獨立於基站的位置被確定，例如使用GPS系統。如果移動站在其他位置已知的基站的通信範圍內，則移動站的位置可以從移動站和這些其他基站間發送的信號用例如AFLT而經確定。
在步驟105內，如果基站天線海拔未知，則執行分枝到步驟106，以估計基站天線海拔高度，如以下參考圖10描述。在步驟106之後，執行繼續到步驟107。如果已知基站天線海拔高度，執行還從步驟105繼續到步驟107。
在步驟107內，網絡使用移動站和基站間發送的信號獲得移動站和基站間的偽範圍測量(值和誤差估計)，例如以上述關於前向鏈路校準內描述的方式。在步驟108內，如果不知道基站位置，則執行繼續到圖8的步驟111。否則，執行分枝到圖9的步驟121。
在圖8的步驟111內，如果沒有充分的測量以確定基站位置，則執行回到步驟101。例如，為了在已知基站天線海拔情況下確定基站的緯度和經度，必須至少有兩個來自間隔開的移動站位置的偽範圍測量以進行三角測量。如果基站天線海拔未知或如果偽範圍測量取決於基站定時偏移，則需要附加的測量。一旦獲得了充分數量的測量，執行繼續從步驟111到步驟112。
在步驟112，網絡使用移動站位置(值和誤差估計)、移動站定時偏移(值和誤差估計)以及偽範圍(值和誤差估計)以計算基站位置(值和誤差估計)以及基站時間偏移(值和誤差估計)。例如，範圍測量的不確定性可以取決於導頻信號強度、PN序列的解析度、GPS範圍測量情況下的衛星海拔高度以及在陸地範圍測量情況下多徑傳播的可能性。範圍測量的不確定性還取決於所基於的位置服務參數的不確定性，諸如在AFLT範圍確定情況下的前向鏈路校準定時偏移內的不確定性、RTD範圍測量情況下的反向鏈路校準內的不確定性以及在AFKT或RTD範圍測量內的基站天線位置和地形海拔的不確定性。例如該不確定性可以以標準偏差形式經定量化，這基於何時有採樣群時的統計量或基於已知的解析度以及假設高斯分布的估計的測量誤差。
計算過程可能使用常規的最小均方程序或卡爾曼濾波器，這在導航領域內(例如GPS)是眾知的。該計算過程用於從多個移動站已知的位置和已知的時間偏移確定基站的位置和時間偏移，而不是如同常規的用於從多個移動站已知的位置和已知的時間偏移確定基站的位置和時間偏移的計算過程。在步驟113，基站日曆經更新以指明已知基站位置，執行回到圖7的步驟101。
在圖9的第一步驟121內，網絡計算從已知位置計算移動站和基站間的距離，並將該距離與偽範圍進行比較。如果距離與偽範圍測量不符，則考慮距離和偽範圍測量的誤差估計，執行分枝到步驟123以記錄基站位置出錯的可能性。如果記錄到多個該種不符，則在步驟124內到達誤差閥值，且執行繼續到步驟125以記錄基站位置未知、將誤差記錄在日誌內並向系統操作者報告誤差。執行繼續從步驟125到圖8的步驟111，以可能使用移動站位置值以及偽範圍測量用於確定基站位置。如果沒達到誤差閥值，則執行從步驟124回到圖3的步驟101。
在步驟122內，移動站和基站間的距離符合偽隨機測量，則執行從步驟122繼續進行到步驟126。步驟126處，移動站位置(值和誤差估計)、移動站定時偏移(值和誤差估計)以及偽範圍(值和誤差估計)用於改善基站位置(值和誤差估計)以及基站時間偏移(值和誤差估計)。在步驟126後，執行回到圖7的步驟101。
一種改善圖9的步驟126的基站位置和基站定時偏移的方式是保持一個屬於基站位置和定時偏移的測量日誌，並基於日誌內的所有測量重新計算基站位置。然而當測量數目變得很大時，計算時間和存儲可能變得很過度。在該點，基站位置和時間偏移可以只使用一定數目的最近測量而經計算。另外，可能使用濾波器，諸如卡爾曼濾波器以連續改善基站位置和定時偏移值。在簡單示例中，最近的測量生成估計位置(Pe)，且新位置(Pnew)用舊位置(Pold)和估計位置(Pe)的加權平均而經計算如下Pnew＝α(Pe)+(1-α)(Pold)其中α是小於一的加權因子。例如根據下式，加權因子的選擇基於相應的測量數目(N)以及測量的相對誤差(E)的相應平均，這些測量對於舊值和估計值有貢獻α＝(Ne/Ec)/(Ne/Ec+Nold/Eold)還可以以類似方式使用濾波器以從舊值和新估計計算基站定時偏移的新值，但在該情況下，最好估計隨時間的定時偏移的漂移。換而言之，基站定時偏移(Toff)被建模為時間(t)的線性函數；Toff＝βt+T0。在時間上的一系列測量可以通過最小均方方法估計參數β和T0。當序列內的測量數變得過度時，只在日誌內保留合理數目的最近測量，並用於生成β的估計值以及T0的估計值。新的β值從β的估計值和β的舊值中被計算，新的T0值從T0的估計值和T0的舊值中被計算。
圖10示出了估計基站天線高度的例程流圖。在第一步驟131內，如果基站天線位置(緯度和經度)未知，則執行分枝到步驟132。在步驟132，基站位置處的地形海拔通過計算在基站通信範圍內的移動站平均高度而經估計，且執行繼續到步驟134。在步驟121，如果已知基站位置，則執行繼續到步驟133。在步驟133，訪問地形海拔資料庫以獲得在基站位置處的地形高度(已知或估計的)。在步驟134，基站天線用基站位置處的地形海拔高度(已知或估計的)以上的平均天線高度(諸如十英尺)經估計，且執行返回。
以上描述了無線電信網絡。基站天線位置和基站時間偏移連同其它用於在各種條件下獲取最可靠的移動站位置固定的信息被存儲在基站日曆資料庫內。提供一自動系統用於建立、更新並維持基站日曆資料庫。一般，自動系統使用移動站位置固定以給出陸地範圍信息和其它蜂窩手機進行的測量的環境。該系統還使用位置固定以維持對蜂窩性能的可理解性並提供性能反饋給蜂窩操作者和用戶。自動系統檢測不完整或不準確的信息，然後進行自動固定和/或通知系統操作者。特別是，系統使用移動站的位置固定和陸地範圍信息以確定基站天線位置和基站定時偏移。因此可能在不知道位置數據時自動獲得基站位置數據，而不需要通信協議內的任何附加網絡硬體或任何改變。基站天線位置可以連續在正常移動站位置確定中被確定，為了維持並改善天線位置數據並糾正基站天線的改變或重新定位。這樣，可以在基站天線重新定位中快速從小區扇區標識丟失中恢復，並基於來自基站的範圍保證移動站位置確定的準確性，以及從帶有全球衛星接收機的移動站快速獲取位置數據。
權利要求
1.在無線通信網絡中，一種確定基站位置的方法，其特徵在於包括(a)確定至少一個與基站通信的移動站的位置；(b)從移動站的位置和基站和移動站間發送的信號確定基站的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於移動站有全球衛星接收機，且移動站的位置從移動站從全球衛星接收到的信號而被確定。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於移動站的位置由每個移動站的高級前向鏈路三角測量(AFLT)從具有已知位置的基站經確定。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於包括測量基站和移動站間發送的信號的路徑延時，以確定基站和移動站間的距離，並從移動站的位置和基站和移動站的距離確定基站的位置。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於移動站是包括全球衛星接收機的混合電話手機，移動站的位置由移動站從全球衛星接收到的信號而經確定的，且基站的位置是從使用高級前向鏈路三角測量(AFLT)的移動站的位置經確定的。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於單個移動站在不同的時間在不同的位置，且可以提供用於確定基站位置的多於一個的測量。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括計算至少一個移動站的時間偏差，並將該偏差用於基站位置的計算。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括從移動站的確定位置、移動站的時間偏差以及基站和移動站間發送的信號計算基站發射機內的時間偏差。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括在移動站的確定的位置內以及移動站時間偏差內的誤差估計用於確定基站的位置。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於包括用移動站的平均海拔高度以上的平均天線高度估計基站的天線海拔高度。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於包括用高於地形海拔高度資料庫的查詢獲得的海拔高度上的平均天線高度估計基站的天線海拔高度，所述查詢是為了查詢在基站估計位置處的海拔高度。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其實現是根據移動站接收不在基站日曆中的基站來的基站信號。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於從移動站位置確定的基站天線位置與包含在基站日曆內的基站的位置相比較，以驗證包含在基站日曆內的基站的位置。
14.在一無線通信網絡內，所述網絡有用於與移動站通信的基站、基站日曆以及位置確定實體，所述該實體用於從基站和移動站間發送的信號確定移動站的位置，一種用於維持基站日曆內的基站位置信息的方法，其特徵在於包括(a)當移動站的位置由位置確定實體獨立於在移動站通信範圍內的基站而經確定時，從基站和移動站間發送的信號確定基站和移動站間的距離；(b)當基站和移動站間的距離指明基站日曆內的基站位置信息不正確或相當不準確時，修改基站日曆以包括基站的糾正的基站位置信息。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於當移動站接收到來自不在基站日曆內的基站信號時，移動站的位置是由位置確定實體確定的(獨立於在移動站的通信範圍內的基站的位置)。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於包括從多個移動站的位置以及基站和多個移動站間發送的信號確定基站的位置，並通過將基站的確定的位置存儲在基站日曆內而修改基站日曆。
17.一無線通信網絡，其特徵在於包括(a)與移動站通信的基站；以及(b)至少一個位置確定實體，用於基於基站和移動站間發送的信號以及存儲在基站日曆內的信息確定移動站的位置；其中，無線通信網絡經編程用於從移動站位置和基站和移動站間發送的信號確定基站的位置，並用於使用基站確定的位置以維持基站日曆內的基站位置信息。
18.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於當移動站從基站接收到信號且移動站被發現不在基站日曆中，則確定基站位置。
19.如權利要求17述的無線通信網絡，其特徵在於當確定的基站位置表明基站日曆內的基站位置信息指示了基站的不準確位置，則基站日曆用確定的基站位置被更新。
20.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於移動站具有全球衛星接收機，且位置確定實體從由移動站從全球衛星接收到的信號確定移動站位置。
21.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於位置確定實體由每個移動站的高級前向鏈路三角測量(AFLT)從具有已知位置的基站確定移動站位置。
22.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於位置確定實體測量基站和移動站間發送的信號的路徑延時是以確定基站和移動站間的距離，並從移動站的位置和基站和移動站間的距離確定基站的位置。
23.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於位置確定實體從移動站的位置以及從基站和移動站間發送的信號計算基站發射機內的時間偏差。
24.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於位置確定實體用移動站的平均海拔高度以上的平均天線高度估計基站的天線海拔高度。
25.如權利要求17所述的無線通信網絡，其特徵在於位置確定實體用查找地形海拔高度資料庫獲得的基站估計位置處的海拔高度以上的平均天線高度估計基站的天線海拔高度。
全文摘要
在無線通信網絡中，基站天線位置和時間偏移連同其它用於在各種條件下獲取最可靠的移動站位置固定的信息被存儲在基站日曆資料庫內。該系統使用移動站的位置固定以及陸地範圍信息以確定基站天線位置以及基站定時偏移。基站天線位置在正常的移動站位置確定期間被確定，為的是維持並改善天線位置數據，並糾正基站天線改變或重新定位。可能在基站天線的重新定位期間快速恢復小區扇區標識的丟失，且可能基於來自基站的範圍以及來自帶有全球衛星接收機的移動站的位置數據的快速獲取，從而保證移動站位置確定的準確性。
文檔編號G01S19/01GK1751248SQ02828150
公開日2006年3月22日 申請日期2002年12月12日 優先權日2001年12月27日
發明者W·裡雷, R·格裡德, Z·比埃克斯 申請人:高通股份有限公司