以角量測為基礎定位移動單元的方法及系統的製作方法

2023-10-06 00:54:24 2

專利名稱：以角量測為基礎定位移動單元的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關於行動無線通訊系統，且更明確地是關於移動單元的定位。
背景技術：
在先前技藝的系統中，基站是裝設有智能型天線。目前，最先進的智能 型天線是一自適應天線，其亦稱作一自適應陣列天線。自適應陣列天線有助 於測量一引入信號的一抵達方向。這種天線亦可使其所連接的裝置控制信號 傳輸的方向，以將信號傳輸所需的功率最佳化。
自適應陣列天線通常是用於取得關於移動單元位置的定位信息。然而， 一移動單元與一基站之間的多重路徑，通常可使移動單元的定位不準確。當 出現多重路徑時，通常難以、或不可能在該移動單元或該基站、或著該兩者 處測量到準確的移動單元定位。
是以，就希望當存在有多重路徑時，仍能夠準確地定位移動單元，且當 未出現多重路徑時，更準確地定位移動單元。

發明內容
本發明是一種利用由鄰近移動單元所實施的角量測來定位移動單元的 方法及系統。可選擇性地命令一選定的移動單元、及定位該選定移動單元附 近的數個移動單元，實施測量且回報關於該選定移動單元位置的信息。該回 報信息是用於估算該選定移動單元的一位置。


圖1是依據本發明的一具體實施例，用於定位一移動單元的一系統。 圖2是依據本發明的一具體實施例，用於定位一移動單元的一方法。
具體實施例方式
在說明本發明時，需作以下假設。移動單元可裝設有自適應天線，其中 該等單元的典型使用，可使其極可能在一垂直切面上的一已知方位中運作。 系統並非瞬間得知該陣列的方位角。當譬如一 電磁波等一信號自 一特定方向
引入時，可能測量到其抵達方向(相關於天線陣列軸)。該量測具有360/n度 的一準確度，其中n是該陣列的組件個數。
更，當本發明是在一分時雙工(TDD)系統中實施時，將具有一移動單元 完全不對基站作任何發射/或接收的數個時間周期。該等時間周期可用於測 量來自其它移動單元的信號。亦，當雙工方法為時分時，相同的頻帶即可用 於基站對移動單元、與移動單元對基站通訊兩者。
現在請參考圖1，典型的無線通訊系統是意欲獲知移動單元的位置。圖 1是顯示出用於準確地對準數個移動單元的一系統10。移動單元處顯示了多 重路徑，是僅為了描述本發明之用，而當多重路徑出現於基站處、或移動單 元與基站兩者處時，本發明仍可極成功地運作。本發明在定位不存有多重路 徑的移動單元時，仍可相似地提供增高的準確度。系統10包括一無線電網 絡控制器12、至少一基站16、及數個移動單元18、 20、 22、 n。熟於此項技 藝的人士將可了解到，系統10可依需求而包括額外組件、以及任何數量的 無線電網絡控制器、基站、及移動單元。
在圖1中，系統10意欲判定一特定移動單元、例如移動單元20(亦即， 目標移動單元)的位置。目標移動單元單元20是由一已知基站、例如基站16 服務，其中該基站可裝設有、或未裝設有自適應天線陣列。已知的基站16 是由系統10使用，以收集關於移動單元18、 20、 22、 n定位的信息。系統 IO是利用該收集到的信息來估算目標移動單元18、 20、 22、 n的位置。熟於 此項技藝的人士將了解到，可匯集及使用有關於一特定移動單元位置的所有 收集到的相關信息，來估算該移動單元的位置。由移動單元處收集到的定位 信息的型式範例是抵達方向、振幅、傳播延遲、及置信度。
然而，在圖l所顯示的情況下，儘管目標移動單元20已裝設有一自適 應天線，但仍無法準確地回報一抵達方向。除了服務目標移動單元20以外，基站16亦可服務移動單元18、 22、 n。因此，當一移動單元20因移動單元 20、請求基站、或該兩者處的多重路徑，而無法準確地回報抵達方向的信息 時，系統10將運用鄰近移動單元18、 22、 n。命令鄰近移動單元18、 22、 n 測量及回報關於目標移動單元20定位的信息，使得譬如無線電網絡控制器 (RNC)12等可估算出目標移動單元20的定位，儘管目標移動單元20無法回 才艮準確的4氐達方向信息時亦然。
可由一目標移動單元20或一基站16來觸發使用鄰近移動單元18、 22、 n。譬如，當目標移動單元20無法測量來自一特定基站16的一信號的一抵 達方向時，目標移動單元單元20將可傳送一指示信號至基站16,以命令其 運用鄰近移動單元18、 22、 n,來取得關於目標移動單元20的定位信息。相 似地，基站16可傳送一周期性信號至與基站相連結的所有移動單元，以請 求關於抵達方向的量測、或任何型式的定位信息。當其中任何一目標移動單 元無法正確地反應請求時，該系統將運用鄰近移動單元18、 22、 n，以定位 該無法適當反應的目標移動單元20。
鄰近移動單元18、 22、 n較佳地是位於目標移動單元20附近、系統IO 尚未獲知的位置處。選擇已知其定位的鄰近移動單元18、 22、 n，將可提供 一準確的參考點，藉此得以定位目標移動單元20。亦即， 一般而言，當一目 標移動單元20所提供的定位信息不準確或需要確認時，將無法準確地定位 目標移動單元20。這典型地是一目標移動單元20因譬如多重路徑而無法測 量接收信號時，所造成的結果。圖1所示的範例即為這種情況。為了克服這 種情況，已知定位的鄰近移動單元18、 22、 n實際上可作為一第二基站，以 提供可結合基站16使用的數個參考點，來準確地定位目標移動單元。
為了運用鄰近移動單元18、 22、 n來提供目標移動單元20的定位信息， 系統IO將命令每一鄰近移動單元18、 22、 n提供一角量測(6),該角量測可 允許系統10更準確地估算出目標移動單元20定位的一估計位置。每一回報 角量測(6)皆由系統10匯集，且可用於估算目標移動單元20的定位。為了 命令鄰近移動單元18、 22、 n提供目標移動單元20的一角量測(6)，系統 IO將命令每一鄰近移動單元18、22、n分離地測量來自基站16的一信號28b.m 的一抵達方向、及來自目標移動單元20的一信號28m.m的一抵達方向。
5當一目標移動單元附近具有極大量的鄰近移動單元、且該等者的定位皆 已知時，用於提供定位信息的鄰近移動單元將可減少。譬如，當已將小區分
區時，系統10即可選擇與該目標移動單元位於相同區段中的鄰近移動單元。
除了減少需要計算的數據量以外，僅運用與該目標移動單元位於相同區段中 的鄰近移動單元，將可使正確地回報至該系統的角量測(e )數量增加。小區 分區僅為一範例，熟於此項技藝的人士將可了解到，基站具有眾多種可選擇 及識別特殊移動單元來實施特殊功能的方法。
信號28b-m及28m_m的特徵可依需求而為 一編碼、 一時間周期(即時隙)、 及一頻率。該信號的特徵是藉由系統10而傳送至鄰近移動單元18、 22、 n， 且若必要時亦傳送至一目標移動單元20，使該等者可識別出，應測量哪些信 號。 一旦測量到兩抵達方向，則可測量該兩信號之間的角量測(e )，且回報 至系統10進行處理。除了角量測(6)以外，每一鄰近移動單元18、 22、 n 皆可測量及回報其所測量的信號(亦即，對於移動單元20的信號28b-m及 28m-m)的振幅，以及角量測(6)的一置信度。RNC 12可利用譬如振幅來獨立 地計算該回報角量測(6)的一可靠度(即置信度)的度量，以雙重檢查一特定 移動單元所回報的置信度。當然，倘若必要時，由鄰近移動單元18、 22、 n 所測量出的實際抵達方向，亦可回報至系統IO。
為了命令每一鄰近移動單元18、 22、 n測量及回報上述的抵達方向，該 系統將依需求而送出信息至鄰近移動單元18、 22、 n。為了方便描述本發明， 此中是使用兩個分離的信息(即一第一與第二信息)，但明顯地可將該等信號 結合成一信息、或相似地作更進一步劃分。該(等)信息亦可包含有相關於測 量及回報傳播延遲、振幅、及置信度的指示部。第一信息是命令設置有自適 應天線的鄰近移動單元18、 22、 n,在一預定持續時間內測量來自目標移動 單元20的一信息28m^的抵達方向。該第二信息是命令鄰近移動單元18、 22、 n測量來自基站16的一信號28b-m的抵達方向，以提供角量測(6)—基
準，其中該角量測是取自兩待量測信號28m—m及28b，m之間。基站16可為系
統10中，由RNC 12決定的任何基站。 一旦鄰近移動單元18、 22、 n業已 對信號28m-m及28b_m實施測量，則可回報角量測(e)、以及系統10所請求 的任何其它信息。應注意到，可依需求而藉上述方式，利用基站16以外的基站所服務的
移動單元，來收集關於一特定移動單元的額外角量測(e)。亦即，儘管圖i
中是顯示一單一基站16，然而亦可使用系統10內任何數量的基站，來收集
一特定目標移動單元的角量測(e)。譬如，假設鄰近移動單元22具有可指向
目標移動單元20且其中無任何阻礙的一視線，但並無可指向基站16的一無 阻礙的視線。在這種情況下，移動單元22可藉由測量來自任何其它基站的 一信號，來取代測量信號28b_m，其中該移動單元可由該基站處接收信號， 且具有指向基站的一無阻礙的視線。在這種情況下，倘若無任何可由其測量
到一信號的其它基站存在，則迫使移動單元22使用來自接地臺16的受阻礙 信號。該信號受阻礙的事實，不僅反映在該信號的回報振幅上，且亦反映在 置信度上。以下將對此作進一步解說。
亦應注意到，可對額外的目標移動單元測量額外的角量測(e )。亦即， 可依需求而同時收集超過一個目標移動單元的角量測(e )。
一旦業已對一特定目標移動單元20接收到足夠數量的回報角量測(e)
時，系統10將合成所有量測，且估算出該目標移動單元的定位。為了計算
該估算定位的一置信度，系統io可譬如計算出正確回報角量測(e)的數量。 正確回報的角量測(e)數量愈多，其置信度亦愈高。應注意到，需求數量的 回報角量測(e )及需求的置信水準皆為可依需求作設定的完全可調整的參
數。儘管由最多鄰近移動單元18、 22、 n所得的量測可能並不準確，但大量
的該等量測，將極可能使至少其中的 一位在相關於 一 目標移動單元的 一合適
位置處，使得在一目標移動單元20與其服務基站16之間存在有嚴重多重路 徑的情況下，獲致一大幅改良的定位準確度。
為了圖解出如何實現系統IO的一範例，請再次參考圖1。在圖1中，目 標移動單元20是由建築物24、 26局部地包圍，且由於多重路徑，而因此無 法在其本身與其服務基站16或任何其它基站之間取得一準確的抵達方向量 測。然而，在其所在位置處並未遭遇大量多重路徑的移動單元22,將可無阻 礙地觀看到目標移動單元20及服務基站16兩者。因此，移動單元22可回 報介於目標移動單元20與基站16之間的一角量測(6 )，且提高目標移動單 元20的定位準確度。關於目標移動單元20的回報信息，可包含譬如由鄰近移動單元18及n所回報的眾多個其它量測，而該等量測全部皆由系統10來 評估。依據本發明，即使基站16附近存在有多重路徑，而使其經由所有的 方向接收來自移動單元的信號，但由於角量測(e)信息是由移動單元22而非 基站16測量得，因此鄰近移動單元22所提供的量測仍得準確。
除了系統IO對一估算定位計算一置信度以外，鄰近移動單元18、 22、 n 亦可提供關於各別角量測(6)的一置信度，且其中該等角量測是由該等鄰近 移動單元所提供。譬如，能夠正確地測量來自移動單元20及基站16的一抵 達方向的鄰近移動單元(請參閱圖1中的鄰近移動單元22)，將可傳遞一信號 至系統IO以指示這種情況。當系統10自 一鄰近移動單元接收到這種信號時， 該系統將得知，該鄰近移動單元正在提供具有良好置信度的一角量測(6 )。 另一選擇為，當一鄰近移動單元無法正確地測量一個或更多抵達方向時，該 鄰近移動單元將可傳遞一信號至系統10以指示這種情況。當系統IO自一鄰 近移動單元接收到這種信號時，系統10將得知，該鄰近移動單元正在提供
不具有良好置信度的一角量測(e)。在這種情況下，當計算一估算定位的一 置信度時，系統io可調整適應成，僅考慮具有良好置信度的回報角量測(e )。 如此將允許一估算定位的置信度、與該估算定位中具有良好置信度的回報角 量測(e)數量成比例。
重要地，請注意到，該回報信息亦可包括由目標移動單元20本身回報 的信息。例如，系統IO可利用目標移動單元20所回報的傳播延遲，結合譬 如移動單元22所回報的角量測(e )，以估算出目標移動單元20的定位。然
而實際上，即使譬如移動單元22所回報的一角量測(e)具有良好置信度，但 系統io用於估算一目標移動單元定位的實際角量測(e),仍可為眾多回報角 量測(e)的一總集。
現在請參考圖2，其顯示依據本發明一具體實施例的用於定位一移動單
元的方法50。應注意到，可使用方法50來取得一特定移動單元的準確的定
位信息，其中該移動單元無法提供準確的定位信息。相似地，該方法可用於 僅確認或雙重檢查、或著補充由一特殊移動單元所提供的定位信息，以提高 準確定位移動單元的機率。
開始時，將在步驟52中識別一目標移動單元，藉由標定一特殊移動單元，方法50即可指示出，現在將估算該標定移動單元的定位。基於多種理 由，需要一標定移動單元的定位。移動單元的定位對於提供各種"以位置為 基礎，，的服務而言，是特別地重要，該服務通常是以無線網絡提供，其可為 譬如緊急119服務、道路救援(包括提供用戶駕駛方向)、及提供用戶關於其 所在位置附近的餐廳、旅館、銀行等信息者。亦可為了執法而定位移動單元， 譬如可藉由定位嫌疑犯或失蹤人口的移動單元而得以追蹤。
一旦已識別一目標移動單元來加以定位，則在步驟54中將藉由自一基 站傳送一信號至該已識別的移動單元，命令其傳送出一信號，而使該方法得 以繼續。(請注意，當該目標移動單元正在發射或著傳送出一信號時，即可 忽略本步驟)。在步驟56中，可識別出位於該目標移動單元一預定地理區域 內的數個移動單元(亦即，鄰近移動單元)。該等鄰近移動單元典型地是該系 統已獲知其定位、且位於該目標移動單元附近的移動單元。因此，這種鄰近 移動單元可自該目標移動單元接收到信號，且提供一準確的參考點來估算該 目標移動單元的定位。由於該等鄰近移動單元可自該目標移動單元及至少一 基站處無阻礙地接收信號，因此可輕易地獲知該等鄰近移動單元的位置，而 典型地，可藉此至少部份地識別該等鄰近移動單元。如此，該等鄰近移動單 元將處於一定位中，使其可明確地測量出來自兩基站的抵達方向，而得以允 許一系統準確地估算其定位。當然， 一鄰近移動單元的定位準確度，將可反 映在該移動單元所提供的任何定位信息的總置信度上。
步驟58中是命令該等鄰近移動單元測量該目標移動單元所傳送出的信 號的一抵達方向。相似地，步驟60中是命令該等鄰近移動單元測量每一鄰 近移動單元的各別基站所傳送出的信號的 一抵達方向。來自該基站的信號的 抵達方向，將可作為測量兩信號間的一角度(6 )時的一基準。
該等各基站包括、或不包括目前正在服務該目標移動單元的基站。亦即， 用於獲取關於該目標移動單元定位信息的鄰近移動單元數量並無任何限制。 因此，完全可預見到，某些該等鄰近移動單元互相之間、及其關於該目標移 動單元之間，是由不同的基站服務。為了獲取關於一目標移動單元的信息所 需包含的基站數量，是與接受命令來提供關於該目標移動單元位置的信息的 鄰近移動單元數量成比例。
9一旦該等鄰近移動單元已計算出抵達方向，則在步驟62中，每一該等
移動單元將測量且回報介於兩抵達方向之間的角量測(e )。除了實際的角量 測(e)以外，每一該等移動單元皆可回報該等信號的振幅以及該回報角量測
(6)的一置信度，其中該等信號的抵達方向已計算出。在步驟64中，該系統
可合成所有回報信息，且估算出可依需求利用的該目標移動單元定位。熟於 此項技藝的人士當知，該回報信息可依需求而包括相關於一移動單元定位的 任何信息，且不僅可由該等鄰近移動單元、且亦可由目標移動單元本身提出請求。
儘管特定的處理功能業已描述為，以特定的組件來實施，然而應了解到，
處理功能的實施可依需求而分布於網絡組件中。譬如，上述中在RNC處實 施的處理功能，亦可在基站處實施。
儘管已詳細描述本發明，然而請了解到，本發明並非以此為限，且可實 施各種變更而不致脫離隨附申請專利範圍所定義的發明精神及範圍內。
權利要求
1.一種用於確定目標移動單元位置的方法，所述方法包括從至少一個鄰近移動單元和基站獲取與所述目標移動單元的相關位置有關的信息；以及根據所述信息來確定所述目標移動單元的位置；其中，所述信息包括所述目標移動單元和所述基站之間的傳播延遲。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括所述目標 移動單元和提供所述信息的所述至少一個鄰近移動單元之間的相對角度。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括提供所述 信息的所述至少一個鄰近移動單元和所述基站之間的傳播延遲。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括在所述至 少一個鄰近移動單元從所述目標移動單元接收的信號的振幅。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括在所述基 站從所述至少 一 個鄰近移動單元接收的信號的振幅。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括信號從所 述目標移動單元到所述至少一個鄰近移動單元的抵達方向。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信息包括信號從所 述基站到所述至少一個鄰近移動單元的抵達方向。
全文摘要
本發明揭露一種利用由鄰近移動單元所實施的角量測來定位移動單元的方法及系統。可選擇性地命令一選定的移動單元及該選定移動單元附近的數個移動單元實施測量且回報關於該選定移動單元位置的信息。該回報信息是用於估算該選定移動單元的一位置。
文檔編號G01S5/04GK101630001SQ20091016116
公開日2010年1月20日 申請日期2003年7月29日 優先權日2002年7月31日
發明者保羅·馬裡內爾 申請人:美商內數位科技公司