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移動臺定位方法、系統和定位計算單元的製作方法

2023-05-11 21:07:56 1

專利名稱:移動臺定位方法、系統和定位計算單元的製作方法
技術領域:
本發明涉及無線移動通信技術,具體涉及移動臺定位方法和系統,以及一種定位
計算單元。
背景技術:
無線定位技術的研究始於20世紀60年代的自動車輛定位系統,隨後該技術在公 共交通、計程車調度以及公安追蹤等範圍內廣泛應用。近年來,移動通信網中的定位服務需 求也快速增加,出現了多種適用於移動通信網的無線定位技術。目前,移動通信網中最常用的無線定位方法主要包括到達時間差(TDOA,Time Difference of Arrival)算法、到達時間(T0A,Time of Arrival)算法和接收信號強度指 不(RSSI, Received signal strength indication)算法。TDOA算法也稱雙曲線定位方法,該方法是通過檢測移動臺(MS)信號到達兩個基 站的時間差來確定MS的位置。所述時間差稱為相對時延(relative delay)。圖1為現有 技術中TD0A定位方法示意圖。該示意圖以基於三個基站定位為例。如圖1所示,當已知基站BSi和BS2與MS之間的距離差為R21 = r2-ri時,MS必定位 於以BSi和BS2為焦點、與BSi和基站的距離差恆為R21的雙曲線上。當同時知道BSi和BS3 與MS之間的距離差為R31 = r3-ri時,可以得到另外一組以BSi和BS3為焦點,與和BS3 的距離差恆為R31的雙曲線。於是,兩組雙曲線的交點代表MS的位置估計。基於該原理,需 要建立兩個以上雙曲線方程,才能求解出MS的二維位置。設,MS的位置坐標為O^y^MS所在小區的服務基站的坐標為(Xl,yi),鄰小區基 站BSi的坐標為(Xi,yi) (i = 2,3...),則有如下關係
_7] , Ll(xo-x2)2+(y0-y2)2 -= 4( !))2 j = R^其中,R21和R31可以通過R21 = cXt21^P R31 = cXt31得到,c為電磁波在空中的傳 播速度,而t21為BSi和BS2發出的信號到達MS的相對時延,t31為BSi和BS3發出的信號到 達MS的相對時延。當獲得t21和t31後,就可以通過求解雙曲線方程組(1)可以得到MS的 估計位置(x0, y0)。從TDOA的求解過程可以看出,獲得t21和t31是求解MS位置的關鍵。在現有技術 中t21和t31是通過執行掃描流程來確定的。圖2為現有技術中通過掃描流程確定t21和t31 的流程圖。如圖2所示,該流程包括以下步驟步驟201 當MS觸發定位時,MS向服務基站發送掃描請求信令(SCN-REQ)。該掃 描請求中攜帶MS給出的推薦鄰基站的索引(Index)。如果是服務基站觸發定位,則不包括步驟201,直接執行步驟202。步驟202 服務基站向MS返回掃描響應信令(SCN-RSP),該SCN-RSP信令中攜帶鄰 基站的前導序列索引(Preamble Index),還包括掃描報告測量參數,該掃描報告測量參數例如掃描周期、掃描時長等。由於MS在接入服務基站時就已經獲得服務基站的前導序列索 弓丨,因此這裡只需要發送鄰基站的前導序列索引。其中,服務基站向MS返回鄰基站的前導序列索引時,可以返回MS所推薦鄰基站的 前導序列索引,也可以不考慮MS的推薦,將MS當前所有鄰基站的前導序列索引返回給MS, 由MS進一步篩選定位所需的鄰基站。步驟203 :MS接收到SCN-RSP後,根據SCN-RSP中鄰基站的前導序列索引獲得前導 序列碼;根據掃描報告測量參數的指示,利用服務基站和鄰基站的前導序列碼掃描所接收 信號,繼而獲得t21和t31。MS還可以進一步測量到各鄰基站到MS的信號強度,測得的信號 強度稱為接收信號強度指示均值(RSSI mean),簡稱RSSI。其中,根據前導序列碼掃描所接收信號以獲得t21和t31的過程為公知技術手段,不 詳細闡述。步驟204 :MS向服務基站發送掃描報告信令(SCN-REP),該SCN-REP中攜帶MS計 算的t21和t31,還可以進一步攜帶鄰基站RSSI。至此,完成了 t21和t31的確定過程。之後,服務基站只需要將t21和t31發送到相應定位伺服器(Location Server),由 定位伺服器求解雙曲線方程組(1),即可得到MS的估計位置(X(l,y(l),從而完成基於TD0A的 定位過程。下面介紹基於RSSI算法的定位方法。RSSI算法是通過接收到的信號強弱測定信 號點與接收點的距離的算法。在無遮擋情況下,可以得到無線信號傳播模型為P(d) = P (d0) "10 a lg(d/d0)(2)其中,d為信號點與測量點之間的距離,也是待求量。d0為預設的一個單位距離, P(d)為測量點接收自信號點的信號強度(單位dBm),P(dO)為單位信號強度,也是測量點 與信號點之間距離d0時的信號強度;a為信號強度隨距離變化的速率。在現有技術中可以採用信道測量報告流程來確定P(d)。具體來說,服務基站向MS 發送信道測量報告請求(REP-REQ),以請求MS測量服務基站到MS的RSSI。為了與上述鄰基 站RSSI區別,這裡稱為服務基站RSSI。MS接收到REP-REQ後測量服務基站RSSI。然後MS 向服務基站發送REP-RSP,以報告服務基站RSSI的測量結果。服務基站得到服務基站RSSI 後就可以將服務基站RSSI作為參數P(d)代入公式(2)求出MS與服務基站之間的距離。在實際中,由於很多環境中都存在遮擋,因此無線信號傳播模型存在很大誤差,考 慮反射和折射等因素的存在,式(2)被修正為
(nW xWAF nW < C八力=屍⑷)—10 lg("/c/。)--(3)其中,nW為測量點與信號點之間障礙物的數量;C為使衰減因子變化的障礙物數 量的臨界值;WAF為障礙物的衰減因子。下面介紹T0A算法。T0A算法是通過計算MS與基站之間的往返時延來估算MS與 基站之間距離的方法。T0A算法是通過執行測距流程實現的。圖3示出了通過執行測距流 程實現T0A算法的流程圖。如圖3所示,該流程包括以下步驟步驟301 服務基站在MS測距信號請求(RNG-REQ)觸發或自身主動觸發情況下, 向MS發送測距信號響應信令(RNG-RSP),該RNG-RSP攜帶交匯時間(Rendezvous_time)、正 交序列例如 CDMA 碼(CDMA_code)和傳輸機會偏移(Transmission_opportunity_offset)。發送RNG-RSP後,服務基站開始計時。步驟302 :MS接收到RNG-RSP後,開始計時,當計時達到交匯時間士傳輸機會偏移 時,利用正交序列例如CDMA碼(CDMA_code)向服務基站發送上行探測信號(Ranging)。步驟303 服務基站接收到Ranging時,停止計時,當前計時值記為TBS,寫入服務基 站與MS之間的往返時延RTD = Tbs-Tb,Tms採用交匯時間。至此,完成了 RTD的確定流程。之後,服務基站將RTD發送給定位伺服器,定位服 務器採用如下公式(4)計算MS到服務基站的距離d'd' = cXRTD/2 ;(4)其中,c為電磁波在空中的傳播速度。上述測距流程是周期性執行的,在執行過程中服務基站還會在步驟301發送的 RNG-REQ攜帶定時提前參數(timing advance), timingadvance = RTD/2,它是服務基站根 據之前獲得RTD除以2得到的。從以上描述的TD0A算法、T0A和RSSI算法可見,T0A和RSSI算法需要知道信號傳 播的具體時間,因此收到信道產生的共同誤差的影響,定位精度不夠高。而TD0A算法不要 求知道信號傳播的具體時間,只需要知道信號傳播時間差,因此可以消除或減少接收機上 由於信道產生的共同誤差,在通常情況下,其定位精度高於T0A和RSSI算法。但由於功率 控制造成離服務基站附近的移動臺發射功率小,使得相鄰基站接收到的功率非常小,從而 造成比較大的測量誤差,這就是著名的聽力問題(hearability)。可見,現有的TD0A算法定 位精度還有待進一步提高。圖12為3小區TD0A定位誤差仿真結果示意圖。從圖12可以看出,採用TD0A 算法進行定位產生的定位誤差不能滿足美國通信委員會(FCC)頒布的E911服務規範的 要求。E911服務規範要求在一個小區內,誤差為100m時,累計分布函數(cumulative distribution function, CDF) % 67% ;誤差為 300m 時,CDF 為 95%。

發明內容
有鑑於此,本發明提供了 一種移動臺定位方法,能夠提高定位精度。該方法包括A、採用到達時間差TD0A算法估計移動臺MS的位置,利用估計的MS的位置計算MS 與其服務基站之間的距離d ;採用到達時間T0A算法或接收信號強度指示RSSI算法估計MS 與其服務基站之間的距離d』 ;B、判斷距離d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則將採用TD0A算法 估計的MS的位置確定為MS的定位結果;否則,利用TD0A算法確定的所述MS與其服務基站 之間的角度和所述距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。較佳地,所述預設範圍為[-n,n],n為一預設閾值;n的取值範圍為 0. 03XDstoS ^ n彡0. 5XDst。s;其中,D—表示基站之間的距離。較佳地,所述n = 0. 15XDstoS。或者,較佳地,所述預設範圍為[-n,n],n為一預設閾值;n的取值範圍為 o. 05XRcell彡n彡Rcell ;其中,Rcell表示小區半徑。較佳地,所述n = 0. 26XRcell。
當MS處於連接狀態時,所述步驟A包括Al、服務基站向MS發送定位響應信令,該定位響應信令被設置為指示MS使用混合 定位方法,並指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所需的 相關測量參數,還指示MS是否發送上行探測信號Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TDOA算法所需的相對時延,或者服務基站的 RSSI,或者服務基站和MS之間的往返時延RTD ;A2、MS根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取定位參數測量結果;並將獲 取的定位參數測量結果攜帶在定位報告信令中發送給服務基站;A3、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ;A4、服務基站在接收到定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結果 發送給定位計算單元;在接收到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定位 參數測量結果一起發送給定位計算單元;A4、定位計算單元根據所接收的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 』然 後,所述定位計算單元執行所述步驟B。或者,當MS處於連接狀態時;所述步驟A包括Al、服務基站向所述MS發送定位響應信令,該定位響應信令被設置為指示MS使用 混合定位方法,並指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所 需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TDOA算法所需的相對時延,或者服務基站的 RSSI,或者服務基站和MS之間的RTD ;A2、MS根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取定位參數測量結果;A3、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ;A4、MS中的定位計算單元根據MS獲取的定位參數測量結果計算所述距離d和距 離d』 ;然後,所述定位計算單元執行所述步驟B。其中,當服務基站觸發定位時,所述服務基站主動執行所述步驟Al ;在MS觸發定 位時,所述服務基站在接收到MS發來的定位請求信令時,執行所述步驟Al,作為對定位請 求信令的響應;所述定位請求信令包括定位方法類型指示單元;該定位方法類型指示單元 被設置為指示所述服務基站使用混合定位方法。在所述MS處於空閒狀態時,所述步驟A包括Al 服務基站廣播攜帶動作代碼指示單元和定位方法類型指示單元的尋呼廣播信 令;所述定位服務指示單元指示當前再接入的目的是提供定位服務,所述定位方法類型指 示單元指示使用混合定位方法;A2、MS在接收到所述尋呼廣播信令後,通過與服務基站的信令交互完成重接入;A3、MS根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所需 測量的定位參數並確定是否發送Ranging ;所述定位響應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TDOA算法所需的相對時延,或者服務基站的 RSSI,或者服務基站和MS之間的RTD ;A4、MS獲取定位參數測量結果,並攜帶在定位報告信令中發送給服務基站;A5、MS在確定需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ;A6、服務基站在接收到定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結果 發送給定位計算單元;在接收到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定位 參數測量結果一起發送給定位計算單元;A7、定位計算單元根據所接收的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 』然 後,所述定位計算單元執行所述步驟B。或者,在所述MS處於空閒狀態時,所述步驟A包括Al 服務基站廣播攜帶動作代碼指示單元和定位方法類型指示單元的尋呼廣播信 令;所述定位服務指示單元指示當前再接入的目的是提供定位服務,所述定位方法類型指 示單元指示使用混合定位方法;A2、MS在接收到所述尋呼廣播信令後,通過與服務基站的信令交互完成重接入;A3、MS根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所需 測量的定位參數並確定是否發送Ranging ;所述定位響應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些 定位參數所需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging;所述MS所需測量的定位參數包括TDOA算法所需的相對時延,或者服務基站的 RSSI,或者服務基站和MS之間的RTD ;A4、MS獲取定位參數測量結果;A5、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ;A6、MS中的定位計算單元MS獲取的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 ; 然後,所述定位計算單元執行所述步驟B。較佳地,所述MS所需測量的定位參數進一步包括鄰基站RSSI或載幹噪比CINR。其中,所述定位響應信令包括報告參數指示單元、掃描信號類型指示單元、交匯時 間指示單元、正交序列指示單元、傳輸機會偏移指示單元和掃描序列碼索引指示單元;當在MS連接狀態下觸發定位操作時,該定位響應信令還包括定位方法類型指示 單元;所述定位方法類型指示單元被設置為指示使用混合定位方法;所述報告參數指示單元,用於指示MS需要通過定位報告信令反饋的定位參數;所述掃描信號類型指示單元,用於指示MS利用何種類型的序列碼掃描所接收信 號以獲得相對時延和RSSI,以及指示MS是否發送Ranging ;所述交匯時間指示單元、正交序列指示單元、傳輸機會偏移指示單元為發送 Ranging的相關參數;所述掃描序列碼索引指示單元,用於指示測量相對時延和RSSI所需的序列碼的 索引。
所述序列索引指示單元進一步包括前導序列索引指示單元和參考序列索引指示 單元;所述參考序列的發送時間和佔用的資源由基站確定。所述定位響應信令進一步包括基站類型指示單元,用於指示各鄰基站的類型。其中,所述定位報告信令包括報告參數指示單元、服務基站RSSI指示單元、相對 時延指示單元、RTD指示單元和鄰基站選擇輔助參數指示單元;所述報告參數指示單元,用於指示定位報告信令所報告的定位參數;所述服務基站RSSI指示單元,用於記載所報告的服務基站RSSI的值;所述相對時延指示單元,用於記載所報告的各相對時延的值;所述RTD指示單元,用於記載所報告的RTD的值;所述鄰基站選擇輔助參數指示單元,用於記載所報告的鄰基站選擇輔助參數的值。其中,採用TOA算法估計距離d』時,所述步驟A包括通過執行掃描流程,獲取TDOA算法所需的相對時延,並發送給定位計算單元;通過執行測距流程,獲取所述MS和所述服務基站之間的往返時延RTD,並發送給 所述定位計算單元;所述定位計算單元根據所述相對時延計算所述MS與所述服務基站之間的距離d, 並根據所述RTD計算所述MS與所述服務基站之間的距離d』 ;然後,所述定位計算單元執行 所述步驟B。其中,採用RSSI算法估計距離d』時,所述步驟A包括通過執行掃描流程,獲取TDOA算法所需的相對時延,並發送給定位計算單元;通過執行信道測量報告流程,獲取所述服務基站到所述MS的RSSI,並發送給定位 計算單元;所述定位計算單元根據所述相對時延計算所述MS與所述服務基站之間的距離d, 並根據所述RSSI計算所述MS與所述服務基站之間的距離d』 ;然後,所述定位計算單元執 行所述步驟B。本發明還提供了一種移動臺定位系統,能夠提高定位精度。該系統包括MS、多個基站和定位服務單元;所述MS和所述服務基站二者之間進行信令交互,獲取TDOA算法所需的定位參數 測量結果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位參數測量結果,將獲取的定位參數測量結果 發送給定位計算單元;所述定位計算單元,用於接收所述定位參數測量結果,採用TDOA算法的定位參數 測量結果估計MS的位置,利用估計的MS的位置計算所述MS與其服務基站之間的距離d ; 採用TOA算法或RSSI算法的定位參數測量結果估計MS與其服務基站之間的距離d』 ;判斷 距離d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則將採用TDOA算法估計的MS的位 置確定為MS的定位結果;否則,利用TDOA算法確定的所述MS與其服務基站之間的角度和 所述距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。其中,所述服務基站包括響應單元,用於向所述MS發送定位響應信令,該定位響 應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所需的相關 測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;
所述MS所需測量的定位參數包括TDOA算法所需的相對時延,或者服務基站的 RSSI,或者服務基站和MS之間的RTD。當服務基站觸發定位時,所述響應單元主動執行其自身操作;當MS觸發定位時,所述響應單元在接收到來自MS的定位請求信令時,執行其自身 操作,作為對MS的定位請求信令的響應。較佳地,所述服務基站進一步包括定位報告信令處理單元,用於在接收到來自MS 的定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結果發送給定位計算單元;在接收 到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定位參數測量結果一起發送給定位
計算單元。其中,所述MS包括定位響應信令處理單元,用於在接收到來自服務基站的定位報 告信令時,根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取定位參數測量結果;然後,將獲取 的定位參數測量結果攜帶在定位報告信令中發送給服務基站,或者將獲取的定位參數測量 結果發送給設置於所在MS中的定位計算單元;定位響應信令處理單元還在所述定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務 基站發送Ranging。較佳地,所述服務基站進一步包括尋呼單元,用於廣播攜帶動作代碼指示單元和 定位方法類型指示單元的尋呼廣播信令;所述定位服務指示單元指示當前再接入的目的是 提供定位服務,所述定位方法類型指示單元指示使用混合定位方法;所述MS中的定位響應信令處理單元進一步用於,當所述尋呼廣播信令觸發所在 MS重接入網絡後,根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所 需測量的定位參數並確定是否發送Ranging。本發明還提供了 一種定位計算單元,能夠提高定位精度。該定位計算單元包括估計模塊和計算模塊;所述估計模塊,用於接收來自外部的TDOA算法所需的定位參數測量結果以及TOA 算法或RSSI算法所需的定位參數測量結果;採用TDOA算法的定位參數測量結果估計MS的 位置,利用估計的MS的位置計算所述MS與其服務基站之間的距離d ;採用TOA算法或RSSI 算法的定位參數測量結果估計所述MS與其服務基站之間的距離d』 ;將估計的距離d和距 離d』發送給計算模塊;所述計算模塊,用於判斷距離d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則 將採用TDOA算法估計的MS的位置確定為MS的定位結果;否則,利用TDOA算法確定的所述 MS與所述服務基站之間的角度和所述距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。較佳地,所述計算模塊使用的所述預設範圍為[-n,η], η為一預設閾值;n的 取值範圍為0. 03 X Dstos ^ η ^ 0. 5 X Dstos ;其中,Dstos表示基站之間的距離。較佳地,所述計算模塊使用的所述預設範圍為[-0. 15XDst。s,0. 15XDstoJ。較佳地,所述計算模塊使用的所述預設範圍為[-n,η], η為一預設閾值;n的 取值範圍為0. 05XRcell ^ η ^ Rcell ;其中,Rrell表示小區半徑。較佳地,所述計算模塊使用的所述預設範圍為[-0. 26XRcell, 0. 26XRcell]。該定位計算單元設置在MS中,或設置在基站中,或設置在網絡側的定位伺服器 中。
根據以上技術方案可見,應用本發明將TDOA算法和T0A/RSSI算法結合,當採用 TDOA算法得到的距離與採用T0A/RSSI算法得到的距離之差不在預設範圍之內時,說明採 用TDOA算法獲得的定位結果可靠性不高,此時採用T0A/RSSI算法得到的距離與TDOA算法 得到的角度重新估計MS的位置,從而提高了定位精度。本發明可以採用現有的掃描流程和測距流程完成混合定位方法,在這種情況下, MS和服務基站之間可以採用現有流程完成定位參數的獲取,然後將定位參數交給定位計算 單元,而定位計算單元採用本發明的混合算法即可實現混合定位,實現簡單。但是現有的掃描流程和測距流程都不是專門為定位設計的流程,因此掃描流程和 測距流程中包括很多與定位不相關的欄位,從而增加了傳輸開銷,為此,本發明提供了一套 專門用於定位的信令,包括定位請求信令、定位響應信令和定位報告信令,這些信令中不包 含與定位無關的信息,從而減少了信令傳輸開銷。


圖1為現有技術中TDOA定位方法示意圖。
圖2為現有技術中通過掃描流程確定相對時延的流程圖。
圖3為現有技術中通過執行信道測量報告流程確定RTD的流程圖。
圖4為本發明中移動臺定位方法的示例性流程圖。
圖5為本發明實施例中基於3基站進行混合定位的示意圖。
圖6為本發明實施例一中混合定位的流程圖。
圖7為本發明實施例二中混合定位的流程圖。
圖8為本發明實施例三中混合定位的流程圖。
圖9為本發明實施例四中混合定位的流程圖。
圖10為本發明實施例中MS空閒狀態下的定位流程。
圖11為本發明實施例中移動臺定位系統的示意圖。
圖12為現有技術中基於3基站進行TDOA定位的誤差仿真圖。
圖13為本發明基於3基站進行TDOA定位和混合定位的誤差仿真圖。
具體實施例方式下面結合附圖並舉實施例,對本發明進行詳細描述。本發明為一種移動臺的混合定位方法,其基本思想為採用TDOA算法估計MS的位 置,利用估計的MS的位置計算MS與其服務基站之間的距離,記為d ;採用TOA算法或RSSI 算法估計MS與服務基站之間的距離,記為d』 ;判斷d與距離d』的差值是否在預設範圍內;如果是,則認為採用TDOA算法得到的 MS的位置相對準確,將採用TDOA算法估計的MS的位置確定為MS的定位結果;否則,認為 採用TDOA算法得到的MS與基站之間的距離不可用,但MS與基站之間的角度仍可用,此時, 利用TDOA算法確定的MS與服務基站之間的角度,以及根據TOA算法得到的MS與服務基站 之間的距離d』,重新計算MS的位置,並作為MS的定位結果。其中,d與d』之差的預設範圍可以採用預設閾值η表示,則預設範圍為[-η, + η]。閾值η通常可以選擇取小於1/2基站間距離。
通過大量的實驗,確定閾值η的一種較佳取值範圍為0. 03 X Dstos ^ n ^ 0.5 X Dstos;其中,Dst。s表示基站之間的距離。在這種情況下,η的優選取值為0. 15XDst。s。閾值η的另一種較佳取值範圍為0. 05 X Rcell ^ n ^ Rcell ;其中,Reell表示小區半徑。在這種情況下,η的優選取值為0. 26 X Rcell。圖4示出了基於以上基本思想的移動臺定位方法的示例性流程圖,如圖4所示,該 方法包括以下步驟步驟401 測量信號在MS和服務基站之間的傳遞時間與信號在MS和各鄰小區之 間的傳遞時間之差,即相對時延。在TDOA算法中,採用至少n個基站實施定位,n為大於或等於3的整數。n個基站 中,其中一個是服務基站,另外n-Ι個是鄰基站。設服務基站為BS1,鄰基站為BS2. . . BSnjP 麼本步驟測量的相對時延為t21. . . tnl。以圖5示出了基於3個基站進行混合定位的情況為例,如圖5所示,假設BS1為MS 的服務基站,BS2和BS3為選定的用於定位的鄰基站,A點為MS的真實位置,那麼本步驟401 中,MS採用TDOA算法測量BS1和BS2到MS的相對時延t21,以及BS1和BS3到MS的相對時
延 t31。步驟402 根據TDOA算法,利用測量的相對時延估計MS的位置,根據MS的位置計 算MS與服務基站之間的距離d。以圖5示出的情況為例,本步驟中,將測量的上述相對時延t21和t31代入公式(1), 得到MS的估計位置(x0, y0),然後再根據MS的位置(x0, y0)和服務基站的BS1位置(X1J1), 計算MS與服務基站之間的距離d。在實際中,如果採用3個以上基站定位,則根據MS與鄰基站之間信號的RSSI或載 幹噪比(CINR)對鄰基站進行排序,找到信號質量較好的2個鄰基站,採用這2個鄰基站對 應的相對時延,代入公式(1),得到MS的估計位置(X(l,y0)繼而獲得MS與服務基站之間的 距離d。步驟403 採用RSSI算法或TOA算法估計MS與服務基站之間的距離d,。需要說明的是,步驟401 402是TDOA算法,步驟403是TOA或RSSI算法,這兩 類算法的計算操作不區分先後順序。步驟404 計算d與d』之間差值的絕對值Δ d,Δ d = | d_d』 |。步驟405:判斷Ad是否小於或等於預設的閾值η,如果是,則執行步驟406,否 則,執行步驟407和408。步驟406 確定採用TDOA算法估計的MS的位置在誤差範圍內,採用TDOA算法估 計的MS的位置作為定位結果。本流程結束。步驟407 確定採用TDOA算法估計的MS的位置在誤差範圍外,根據TDOA算法估 計的MS位置計算MS與服務基站之間的角度θ
權利要求
1.一種移動臺定位方法,其特徵在於,該方法包括A、採用到達時間差TDOA算法估計移動臺MS的位置,利用估計的MS的位置計算MS與 其服務基站之間的距離d ;採用到達時間TOA算法或接收信號強度指示RSSI算法估計MS與 其服務基站之間的距離d』 ;B、判斷距離d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則將採用TDOA算法估計 的MS的位置確定為MS的定位結果;否則,利用TDOA算法確定的所述MS與其服務基站之間 的角度和所述距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。
2.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,所述預設範圍為[_η,η],η為一預設閾 值;η的取值範圍為0. 03 XDstos ^ n ^ 0. 5 XDstos ;其中,Dst。s表示基站之間的距離。
3.如權利要求2所述的方法,其特徵在於,所述η=0. 15XDst。s。
4.如權利要求ι所述的方法,其特徵在於,所述預設範圍為[-n,n],n為一預設閾 值;η的取值範圍為0. 05XRcell彡η彡Rcell ;其中,Rcell表示小區半徑。
5.如權利要求4所述的方法,其特徵在於,所述η=0.26XRrell。
6.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,當MS處於連接狀態時, 所述步驟A包括Al、服務基站向MS發送定位響應信令,該定位響應信令被設置為指示MS使用混合定位 方法,並指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所需的相關 測量參數,還指示MS是否發送上行探測信號Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TD0A算法所需的相對時延,或者服務基站的RSSI, 或者服務基站和MS之間的往返時延RTD ;A2、MS根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取定位參數測量結果;並將獲取的 定位參數測量結果攜帶在定位報告信令中發送給服務基站;A3、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ; A4、服務基站在接收到定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結果發送 給定位計算單元;在接收到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定位參數 測量結果一起發送給定位計算單元;A5、定位計算單元根據所接收的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 ;然後,所 述定位計算單元執行所述步驟B。
7.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,當MS處於連接狀態時; 所述步驟A包括Al、服務基站向所述MS發送定位響應信令,該定位響應信令被設置為指示MS使用混合 定位方法,並指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位參數所需的 相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TD0A算法所需的相對時延,或者服務基站的RSSI, 或者服務基站和MS之間的RTD ;A2、MS根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取定位參數測量結果; A3、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ; A4、MS中的定位計算單元根據MS獲取的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 ; 然後,所述定位計算單元執行所述步驟B。
8.如權利要求6或7所述的方法,其特徵在於,當服務基站觸發定位時,所述服務基站 主動執行所述步驟Al ;在MS觸發定位時,所述服務基站在接收到MS發來的定位請求信令時,執行所述步驟 Al,作為對定位請求信令的響應;所述定位請求信令包括定位方法類型指示單元;該定位 方法類型指示單元被設置為指示所述服務基站使用混合定位方法。
9.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,在所述MS處於空閒狀態時, 所述步驟A包括Al 服務基站廣播攜帶動作代碼指示單元和定位方法類型指示單元的尋呼廣播信令; 所述定位服務指示單元指示當前再接入的目的是提供定位服務,所述定位方法類型指示單 元指示使用混合定位方法;A2、MS在接收到所述尋呼廣播信令後,通過與服務基站的信令交互完成重接入; A3、MS根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所需測量 的定位參數並確定是否發送Ranging ;所述定位響應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位 參數所需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging;所述MS所需測量的定位參數包括TD0A算法所需的相對時延,或者服務基站的RSSI, 或者服務基站和MS之間的RTD ;A4、MS獲取定位參數測量結果,並攜帶在定位報告信令中發送給服務基站; A5、MS在確定需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ; A6、服務基站在接收到定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結果發送 給定位計算單元;在接收到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定位參數 測量結果一起發送給定位計算單元;A7、定位計算單元根據所接收的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 ;然後,所 述定位計算單元執行所述步驟B。
10.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,在所述MS處於空閒狀態時, 所述步驟A包括Al 服務基站廣播攜帶動作代碼指示單元和定位方法類型指示單元的尋呼廣播信令; 所述定位服務指示單元指示當前再接入的目的是提供定位服務,所述定位方法類型指示單 元指示使用混合定位方法;A2、MS在接收到所述尋呼廣播信令後,通過與服務基站的信令交互完成重接入; A3、MS根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所需測量 的定位參數並確定是否發送Ranging ;所述定位響應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和獲取這些定位 參數所需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TD0A算法所需的相對時延,或者服務基站的RSSI, 或者服務基站和MS之間的RTD ; A4、MS獲取定位參數測量結果;A5、MS在定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站發送Ranging ;A6、MS中的定位計算單元MS獲取的定位參數測量結果計算所述距離d和距離d』 ;然後,所述定位計算單元執行所述步驟B。
11.如權利要求6-7和9-10任意一項所述的方法,其特徵在於,所述MS所需測量的定 位參數進一步包括鄰基站RSSI或載幹噪比CINR。
12.如權利要求11所述的方法,其特徵在於,所述定位響應信令包括報告參數指示單 元、掃描信號類型指示單元、交匯時間指示單元、正交序列指示單元、傳輸機會偏移指示單 元和掃描序列碼索引指示單元;當在MS連接狀態下觸發定位操作時,該定位響應信令還包括定位方法類型指示單元; 所述定位方法類型指示單元被設置為指示使用混合定位方法; 所述報告參數指示單元,用於指示MS需要通過定位報告信令反饋的定位參數; 所述掃描信號類型指示單元,用於指示MS利用何種類型的序列碼掃描所接收信號以 獲得相對時延和RSSI,以及指示MS是否發送Ranging ;所述交匯時間指示單元、正交序列指示單元、傳輸機會偏移指示單元為發送Ranging 的相關參數;所述掃描序列碼索引指示單元,用於指示測量相對時延和RSSI所需的序列碼的索引。
13.如權利要求12所述的方法,其特徵在於,所述序列索引指示單元進一步包括前導 序列索引指示單元和參考序列索引指示單元;所述參考序列的發送時間和佔用的資源由基 站確定。
14.如權利要求12所述的方法,其特徵在於,所述定位響應信令進一步包括基站類型 指示單元,用於指示各鄰基站的類型。
15.如權利要求6至10任意一項所述的方法,其特徵在於,所述定位報告信令包括報告 參數指示單元、服務基站RSSI指示單元、相對時延指示單元、RTD指示單元和鄰基站選擇輔 助參數指示單元;所述報告參數指示單元,用於指示定位報告信令所報告的定位參數; 所述服務基站RSSI指示單元,用於記載所報告的服務基站RSSI的值; 所述相對時延指示單元,用於記載所報告的各相對時延的值; 所述RTD指示單元,用於記載所報告的RTD的值;所述鄰基站選擇輔助參數指示單元,用於記載所報告的鄰基站選擇輔助參數的值。
16.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,採用TOA算法估計距離d』時,所述步驟A 包括通過執行掃描流程,獲取TDOA算法所需的相對時延,並發送給定位計算單元; 通過執行測距流程,獲取所述MS和所述服務基站之間的往返時延RTD,並發送給所述 定位計算單元;所述定位計算單元根據所述相對時延計算所述MS與所述服務基站之間的距離d,並根 據所述RTD計算所述MS與所述服務基站之間的距離d』 ;然後,所述定位計算單元執行所述 步驟B。
17.如權利要求1所述的方法,其特徵在於,採用RSSI算法估計距離d』時,所述步驟A 包括通過執行掃描流程,獲取TDOA算法所需的相對時延,並發送給定位計算單元; 通過執行信道測量報告流程,獲取所述服務基站到所述MS的RSSI,並發送給定位計算單元;所述定位計算單元根據所述相對時延計算所述MS與所述服務基站之間的距離d,並根 據所述RSSI計算所述MS與所述服務基站之間的距離d』 ;然後,所述定位計算單元執行所 述步驟B。
18.—種移動臺定位系統,其特徵在於,該系統包括MS、多個基站和定位服務單元;所述MS和所述服務基站二者之間進行信令交互,獲取TDOA算法所需的定位參數測量結果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位參數測量結果,將獲取的定位參數測量結果發送 給定位計算單元;所述定位計算單元,用於接收所述定位參數測量結果,採用TDOA算法的定位參數測量 結果估計MS的位置,利用估計的MS的位置計算所述MS與其服務基站之間的距離d ;採用 TOA算法或RSSI算法的定位參數測量結果估計MS與其服務基站之間的距離d』 ;判斷距離 d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則將採用TDOA算法估計的MS的位置確 定為MS的定位結果;否則,利用TDOA算法確定的所述MS與其服務基站之間的角度和所述 距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。
19.如權利要求18所述的系統,其特徵在於,所述服務基站包括響應單元,用於向所述 MS發送定位響應信令,該定位響應信令指示在混合定位方法下MS所需測量的定位參數,和 獲取這些定位參數所需的相關測量參數,還指示MS是否發送Ranging ;所述MS所需測量的定位參數包括TD0A算法所需的相對時延,或者服務基站的RSSI, 或者服務基站和MS之間的RTD。
20.如權利要求19所述的系統,其特徵在於,當服務基站觸發定位時,所述響應單元主 動執行其自身操作;當MS觸發定位時,所述響應單元在接收到來自MS的定位請求信令時,執行其自身操 作,作為對MS的定位請求信令的響應。
21.如權利要求19所述的系統,其特徵在於,所述服務基站進一步包括定位報告信令 處理單元,用於在接收到來自MS的定位報告信令時,將定位報告信令中的定位參數測量結 果發送給定位計算單元;在接收到Ranging時計算RTD,將計算得到的RTD單獨或與所述定 位參數測量結果一起發送給定位計算單元。
22.如權利要求19所述的系統,其特徵在於,所述MS包括定位響應信令處理單元,用於 在接收到來自服務基站的定位報告信令時,根據定位響應信令指示的相關測量參數,獲取 定位參數測量結果;然後,將獲取的定位參數測量結果攜帶在定位報告信令中發送給服務 基站,或者將獲取的定位參數測量結果發送給設置於所在MS中的定位計算單元;定位響應信令處理單元還在所述定位響應信令指示需要發送Ranging時,向服務基站 發送 Ranging。
23.如權利要求22所述的系統,其特徵在於,所述服務基站進一步包括尋呼單元,用於 廣播攜帶動作代碼指示單元和定位方法類型指示單元的尋呼廣播信令;所述定位服務指示 單元指示當前再接入的目的是提供定位服務,所述定位方法類型指示單元指示使用混合定 位方法;所述MS中的定位響應信令處理單元進一步用於,當所述尋呼廣播信令觸發所在MS重 接入網絡後,根據服務基站所發送的定位響應信令的指示,或者根據預先設置,確定所需測量的定位參數並確定是否發送Ranging。
24.一種定位計算單元,其特徵在於,該定位計算單元包括估計模塊和計算模塊;所述估計模塊,用於接收來自外部的TDOA算法所需的定位參數測量結果以及TOA算法 或RSSI算法所需的定位參數測量結果;採用TDOA算法的定位參數測量結果估計MS的位 置,利用估計的MS的位置計算所述MS與其服務基站之間的距離d ;採用TOA算法或RSSI算 法的定位參數測量結果估計所述MS與其服務基站之間的距離d』 ;將估計的距離d和距離 d』發送給計算模塊;所述計算模塊,用於判斷距離d與距離d』的差值是否在預設範圍之內;如果是,則將採 用TDOA算法估計的MS的位置確定為MS的定位結果;否則,利用TDOA算法確定的所述MS 與所述服務基站之間的角度和所述距離d』,重新計算MS的位置並作為MS的定位結果。
25.如權利要求24所述的定位計算單元,其特徵在於,所述計算模塊使用的所述預設 範圍為[_n,η], η為一預設閾值;n的取值範圍為o. 03XDst。s≤η≤ο. 5XDst。s ;其中, Dstos表示基站之間的距離。
26.如權利要求24所述的定位計算單元,其特徵在於,所述計算模塊使用的所述預設 範圍為["O. 15XDstos, 0. 15XDstos]。
27.如權利要求24所述的定位計算單元,其特徵在於,所述計算模塊使用的所述預設 範圍為[_n,η], η為一預設閾值;n的取值範圍為0.05χRrell≤η≤R。ell ;其中,Rrell 表示小區半徑。
28.如權利要24所述的定位計算單元,其特徵在於,所述計算模塊使用的所述預設範 圍為[-0. 26XRcell, 0. 26XRcell]。
29.如權利要24所述的定位計算單元,其特徵在於,該定位計算單元設置在MS中,或設 置在基站中,或設置在網絡側的定位伺服器中。
全文摘要
本發明公開了一種移動臺定位方法,該方法將TDOA算法和TOA/RSSI算法結合,當採用TDOA算法得到的距離與採用TOA/RSSI算法得到的距離之差不在預設範圍之內時,說明採用TDOA算法獲得的定位結果可靠性不高,此時採用TOA/RSSI算法得到的距離與TDOA算法得到的角度重新估計MS的位置,從而提高了定位精度。本發明還公開了一種移動臺定位系統和一種定位計算單元,都能夠提高定位精度。
文檔編號H04W64/00GK101998628SQ20091016645
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月19日 優先權日2009年8月19日
發明者周雷, 許方敏, 鄭旭峰, 金相憲 申請人:北京三星通信技術研究有限公司;三星電子株式會社

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