決定行動單元速度與距離的方法及系統的製作方法

2023-04-26 20:14:21 1

專利名稱：決定行動單元速度與距離的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關於無線通信系統。特別是，本發明是有關於利用數個智能型天線的行動電話系統，藉以決定無線傳輸及接收單元(WTRU)的速度及距離。
背景技術：
在現有的無線系統部署中，無線傳輸及接收單元(WTRU)的速度及位置是利用各種不同方式決定。舉例來說，全球定位系統(GPS)是可以應用於具備全球定位系統(GPS)功能的無線傳輸及接收單元(WTRU)。或者，無線通信網絡亦可以應用三角量測技術，藉以決定無線傳輸及接收單元(WTRU)的速度及位置。各種技術通常都會具有無法避免的缺點。舉例來說，全球定位系統(GPS)會大幅增加無線傳輸及接收單元(WTRU)的費用及複雜度。基本上，配備全球定位系統(GPS)的無線傳輸及接收單元(WTRU)是具有兩個接收器的裝置，其中，一個接收器乃是用來接入行動電話系統，而另一個接收器則是用來接收定位衛星的信息。額外接收器會增加電池消耗、並佔用無線傳輸及接收單元(WTRU)的資源。
決定無線傳輸及接收單元(WTRU)位置的另一種方法則是應用三角量測技術，其將會需要額外的主要站臺及/或各主要站臺的額外硬體，藉以支持三角量測。
有鑑於此，本發明的主要目的便是提供一種改良式無線傳輸及接收單元(WTRU)追蹤機制，藉以在與主要站臺進行通信時，有效決定無線傳輸及接收單元(WTRU)的位置。

發明內容
本發明揭露一種方法及系統，其中，共享信道(例如信標信道)是掃過扇區化小區的指定覆蓋區域。閒置的無線傳輸及接收單元(WTRU)是保留永久信息，例如接收功率，及最後幾個共享信道讀數的接收時間。當無線傳輸及接收單元(WTRU)下一次存取時，這些信息會傳送至網絡，藉以決定無線傳輸及接收單元(WTRU)的位置、行進方向、及應用於無線資源管理的速度預估。


圖1A是表示根據本發明原理的一種無線通信系統的簡單示意圖。
圖1B是表示圖1A無線通信系統的主要站臺的覆蓋區域的簡單示意圖。
圖2是表示根據本發明原理的一種決定無線傳輸及接收單元(WTRU)速度及距離的方法的簡單流程圖。
圖3是表示圖1B覆蓋區域的無線傳輸及接收單元(WTRU)的笛卡兒坐標表示法的範例。
具體實施例方式
本發明將配合所附圖式，詳細說明如下。在本發明說明中，相同的圖式符號是表示相同的組件。請參考圖1A，其是表示一無線通信系統10，其中，這個無線通信系統10具有單一或數個主要站臺14，且各個主要站臺14均能夠與數個無線傳輸及接收單元(WTRU)16進行通信。各個無線傳輸及接收單元(WTRU)16是與最接近的主要站臺14、或具有最強通信信號的主要站臺14進行通信。無線傳輸及接收單元(WTRU)16通常為已知的無線傳輸及接收單元(WTRU)，並且，可以是汽車電話或手持行動電話。通常，這類無線傳輸及接收單元(WTRU)亦可以稱為行動電話單元。另外，主要站臺則可以稱為基站(BS)。
各個主要站臺14是透過主要站臺的天線21，經由覆蓋區域100以廣播及接收信號。這個天線21，經由其天線數組，是將這個天線的無線電發射圖案調整為一光束24。這個光束24會掃過一覆蓋區域100，如圖1B所示。這個覆蓋區域100是具有數個扇區S1、...、SN。利用固定網絡或無線網絡連結的網絡路徑26，基站控制器網絡20是協調數個主要站臺14的通信。這個無線通信系統10可以經由公用交換電話網絡(PSTN)網絡路徑28，選擇性地連接至公用交換電話網絡(PSTN)22。雖然圖1A的無線通信系統10是應用獨立單元以實施網絡路徑26及主要站臺14，但是，這些功能亦可以實體組合基站14，藉以形成一個」主控主要站臺」。
請參考圖1A及圖2，無線傳輸及接收單元(WTRU)16是利用光束24掃過，藉以跨越主要站臺14的覆蓋區域100的單一或數個扇區(如步驟301所示)。無線傳輸及接收單元(WTRU)16是進行配置，藉以在閒置狀態時監控單一或數個共享信道(如步驟310所示)，舉例來說，利用主要站臺14廣播至整個覆蓋區域100的信標信道。共享信道是進行設計，藉以在覆蓋區域內提供各個無線傳輸及接收單元(WTRU)接收。當閒置(亦即開啟、但卻未進行用戶信息交換)的無線傳輸及接收單元(WTRU)16維持固定或在覆蓋區域四處走動時，這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16將會儲存信標信道的相關信息(如步驟320所示)。這個儲存信息可以包括時間、信號路徑損失、扇區識別碼、信標傳輸功率、接收功率、及接收幹擾位準。隨後，這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16便會將其自共享信道收集到的信息，上行連結傳輸至主要站臺14(如步驟330所示)。隨後，這個儲存信息便可以提供基站控制器網絡20利用，藉以決定行動電話的速度、距離、及方向(如步驟340所示)。
當這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16取得一共享信道時，這個共享信道通常亦會具有這個主要站臺14的信息，其亦可以協助這個基站控制器網絡20，進而決定這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的位置。舉例來說，這個基站控制器網絡20會指示這個主要站臺14，利用決定性方式，將光束24系統性地掃過整個覆蓋區域100以涵蓋全部扇區(如圖1B所示)。另外，這個基站控制器網絡20亦可以在共享信道後面附加一個扇區識別碼或光束號碼，藉以表示光束傳輸的扇區。隨後，無線傳輸及接收單元(WTRU)16便可以將這個時間標記信息上行連結傳輸至基站控制器網絡20。並且，這個基站控制器網器20亦可以利用這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的這個扇區識別碼或光束號碼及計算得到的路徑損失，藉以計算這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16相對於這個主要站臺14的位置。這個路徑損失是基於這個主要站臺14的傳輸功率、及這個無線傳輸及接收單元(WTRU)的接收功率。隨後，本發明便可以應用一適當環境模型，藉以補償各種地區的效應。舉例來說，若環境為農村，則這個基站控制器網絡20便可以應用一農村環境模型以進行計算。
這個主要站臺的位置是已知，且這個基站控制器網絡20是可以將這個相對位置轉換成一個絕對位置。應該注意的是，這個主要站臺的位置並不是一個絕對位置，而是相對於某個已知參考點的相對位置(利用X、Y網格或笛卡兒坐標系統表示)。其中，X軸是表示東西方向、而Y軸是表示南北方向。通常，網格數值的單位是公尺或公裡。請參考圖3，其是表示一覆蓋區域的無線傳輸及接收單元(WTRU)笛卡兒坐標表示法的範例。
為決定一個無線傳輸及接收單元(WTRU)的位置(WTRU_X，WTRU_Y)，本發明首先必須要計算這個主要站臺的X坐標及Y坐標與這個無線傳輸及接收單元(WTRU)的X坐標及Y坐標間的ΔX距離及ΔY距離。這個無線傳輸及接收單元(WTRU)的X坐標WTRU_X可以利用等式(1)計算出來WTRU_X＝ΔX+PS_position_X (1)其中，ΔX是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的X距離，且PS_position_X是這個主要站臺(PS)的X坐標。另外，這個無線傳輸及接收單元(WTRU)的Y坐標WTRU_Y可以利用等式(2)計算出來WTRU_Y＝ΔY+PS_position_Y (2)其中，ΔY是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的X距離，且PS_position_Y是這個主要站臺(PS)的Y坐標。
接著，這個主要站臺(PS)及這個無線傳輸及接收單元(WTRU)間的距離可以利用等式(3)計算出來Distance_TO_WTRU=(X2)+(Y2);---(3)]]>其中，ΔX是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的X距離，且ΔY是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的X距離。這個主要站臺(PS)及這個無線傳輸及接收單元(WTRU)的方位角度可以利用等式(4)計算出來
Azimuth(WTRU)＝tan-1(ΔY/ΔX) (4)其中，Azimuth是以「度」為單位的方位角度。
請參考圖3，其是利用笛卡兒坐標系統，表示相對於位於原點(0，0)的參考點(RP)32的覆蓋區域範例。如圖中所示，一個主要站臺(PS)14是位於坐標(-5，2)，並且，一個無線傳輸及接收單元(WTRU)16是位於坐標(-1，5)。方位角度φ38是表示由這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的角度。為計算這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離，本發明首先要分別計算ΔX數值及ΔY數值。ΔX數值及ΔY數值分別是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的X距離，及這個無線傳輸及接收單元(WTRU)至這個主要站臺(PS)的Y距離，其可以利用路徑損失、及已知主要站臺(PS)傳輸功率及已知無線傳輸及接收單元(WTRU)接收功率計算得到。在這個例子中，ΔX數值等於4，且ΔY數值等於3。接著，等式(3)便可以用來計算這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離，亦即5公尺。另外，這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的方位角度φ38則可以根據等式(4)計算得到，其大約等於39度。
這個距離的計算是取決於路徑損失的計算及環境變量，諸如大氣條件。等式(5)是表示一種自由空間模型的典型傳遞，其是基於路徑損失及環境因子以決定這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離。
Distance＝10〔Pathloss-32.4-20log(f)〕/20(5)其中，f是以百萬赫(MHz)為單位的中心載頻；Distance是以公裡(KM)為單位的距離；pathloss是以分貝(dB)為單位的路徑損失。另外，等式(6)是表示另一種平面地表傳遞模型，藉以計算這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離。
Distance＝10〔pathloss+20log(HbHm)〕/40(6)其中，Hb是基站天線的高度(公尺)；Hm是移動站天線的高度(公尺)；且Distance是以公尺(m)為單位的距離。再者，在另一種計算距離的方法中，等式(7)是表示一種路徑損失計算的cost-231哈達模型(Hata model)。
Pathloss＝46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)-a(Hm)+(44.9-(6.55log(Hb)))*log(Distance)+Cm (7)等式(8)則是用以計算這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離Distance＝10(pathloss-46.3-33.9log(f)+13.82log(Hb)-a(Hm)-Cm)/(44.9-(6.55log(Hb)))(8)其中，Hb是基站天線的高度(公尺)；Hm是移動站天線的高度(公尺)；f是以百萬赫(MHz)為單位的中心頻率；Distance是以公裡(KM)為單位的距離；a是以分貝(Db)為單位的校正因子，用以表示小郊區移動站的天線高度，其可以利用等式(9)表示。
(Hm)＝(1.1logf-0.7)Hm-1.56logf+0.8 (9)其中，Cm數值是隨著郊區域農村環境而改變。在郊區環境模型中，Cm數值為0dB。在都市環境模型中，Cm數值為3dB。
當這個無線傳輸及接收單元(WTRU)在覆蓋區域內四處走動時，這個基站控制器網絡20便可以比較這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的光束24取得量測，藉以計算這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的速度及方向。舉例來說，為得到近似的速度計算，等式(10)即是一個簡單等式(諸如位置變化附以時間變化)，藉以決定這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的速度。
Speed＝Δposition/Δtime (10)其中，Δposition是表示位置變化，而Δtime則是表示時間變化。
另外，等式(10)亦可以展開為等式(11)。
Speed＝(Pn-Pn-1)/(Tn-Tn-1) (11)其中，Pn及Tn是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的目前位置及目前時間，而Pn-1及Tn-1則是這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的前一個位置及其關連時間。
應該注意的是，速度預測是取決於位置預測的精確度。若這個覆蓋區域100過大、或這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16靠近小區周圍，則這些位置預測便可能會不夠精確。然而，若覆蓋區域100相對較小、或這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16靠近小區中央，則這些位置預測便可能會高度精確。另外，扇區大小亦可能會影響到這些位置預測。另外，當扇區數目愈大，則覆蓋區域亦可以切分為愈易定位的位置。
另外，為取得這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的方向，這個無線通信系統僅需要使用這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的目前位置及前一個位置。首先，這個主要站臺(PS)14至這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的距離可以利用上列等式計算，如圖3所示。
為達成最有效的資源指派，本發明會在這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16首先進入覆蓋區域100時，產生這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的位置預測及速度預測。這可以讓這個基站控制器網絡20能夠利用同意算法、並且有效指派通信資源。
在另一個較佳實施例中，這個無線通信網絡可以利用鄰近的主要站臺及鄰近的小區，藉以更精確地預測這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的位置。當這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16存取一個主要站臺14時，這些通信可能會利用鄰近的主要站臺14監控，其亦可能會使用適應性的天線接收器。隨後，這些連結的接收主要站臺便可以利用簡單的三角量測技術，藉以更精確地計算這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的位置。
在另一個較佳實施例中，這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16可以採用三個或更多個無線傳輸及接收單元(WTRU)信標量測，並將這些量測回報給這個無線通信系統。如此，這個無線傳輸及接收單元(WTRU)16的速度及方向便可以得到更精確的計算。
雖然本發明已利用較佳實施例詳細說明如上，但是，熟習此技術人士亦可以在不違背本發明精神及範圍的前提下，對本發明的較佳實施例進行各種變動。因此，本發明的保護範圍將以權利要求的範圍為準。
權利要求
1.一種通信系統，具有數個無線傳輸及接收單元(WTRU)，該通信系統是包括一接收器，其是配置以在一閒置狀態時監控一選定信道；一內存，用以儲存該選定信道的相關信息；一傳輸器，用以在一適當時間，傳送該無線傳輸及接收單元(WTRU)的該儲存信息；以及利用該儲存信息以計算各該等無線傳輸及接收單元(WTRU)的一速度及距離的裝置。
2.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該傳送步驟更包括傳送前三個無線傳輸及接收單元(WTRU)存取的信息。
3.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該信息至少是包括下列信息之一路徑損失、扇區識別碼、取得功率及時間。
4.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該共享信道是包括一獨有的扇區識別碼。
5.如權利要求3所述的通信系統，其特徵在於，該路徑損失是由一農村或一郊區環境因子決定。
6.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該距離是根據一cost-231哈達模型(Hata model)計算。
7.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該距離是根據一平面地表傳遞模型計算。
8.如權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，該距離是根據一自由空間模型計算。
9.一種決定一無線傳輸及接收單元(WTRU)速度、方向、及距離的方法，其是跨越單一或數個扇區，其中，各個扇區是具有至少一共享信道，該方法是包括下列步驟在一閒置狀態時監控各跨越扇區的該至少一信道；儲存各信標信道的相關信息；在一適當時間，傳送該無線傳輸及接收單元(WTRU)的該儲存信息；以及利用三角量測技術及該儲存信息，計算該無線傳輸及接收單元(WTRU)的速度及距離。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，該傳送步驟更包括傳送至少前三個無線傳輸及接收單元(WTRU)存取的信息。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，該信息至少是包括下列信息之一路徑損失、扇區識別碼、取得功率及時間。
全文摘要
本發明揭露一種方法及系統，其中，共享信道(例如信標信道)是掃過扇區小區的指定覆蓋區域。閒置的無線傳輸及接收單元(WTRU)是保留永久信息，例如接收功率，及最後幾個共享信道讀數的接收時間。當無線傳輸及接收單元(WTRU)下一次存取時，這些信息會傳送至網絡，藉以決定無線傳輸及接收單元(WTRU)的位置、行進方向、及應用於無線資源管理的速度預估。
文檔編號G01S5/00GK1663299SQ03814975
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月25日 優先權日2002年6月28日
發明者安琪拉·庫法爾 申請人:美商內數位科技公司