专利名称：以角量测为基础定位移动单元的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于行动无线通讯系统，且更明确地是关于移动单元的定位。
背景技术：
在先前技艺的系统中，基站是装设有智能型天线。目前，最先进的智能 型天线是一自适应天线，其亦称作一自适应阵列天线。自适应阵列天线有助 于测量一引入信号的一抵达方向。这种天线亦可使其所连接的装置控制信号 传输的方向，以将信号传输所需的功率最佳化。
自适应阵列天线通常是用于取得关于移动单元位置的定位信息。然而， 一移动单元与一基站之间的多重路径，通常可使移动单元的定位不准确。当 出现多重路径时，通常难以、或不可能在该移动单元或该基站、或着该两者 处测量到准确的移动单元定位。
是以，就希望当存在有多重路径时，仍能够准确地定位移动单元，且当 未出现多重路径时，更准确地定位移动单元。
发明内容
本发明是一种利用由邻近移动单元所实施的角量测来定位移动单元的 方法及系统。可选择性地命令一选定的移动单元、及定位该选定移动单元附 近的数个移动单元，实施测量且回报关于该选定移动单元位置的信息。该回 报信息是用于估算该选定移动单元的一位置。
图1是依据本发明的一具体实施例，用于定位一移动单元的一系统。 图2是依据本发明的一具体实施例，用于定位一移动单元的一方法。
具体实施例方式
在说明本发明时，需作以下假设。移动单元可装设有自适应天线，其中 该等单元的典型使用，可使其极可能在一垂直切面上的一已知方位中运作。 系统并非瞬间得知该阵列的方位角。当譬如一 电磁波等一信号自 一特定方向
引入时，可能测量到其抵达方向(相关于天线阵列轴)。该量测具有360/n度 的一准确度，其中n是该阵列的组件个数。
更，当本发明是在一分时双工(TDD)系统中实施时，将具有一移动单元 完全不对基站作任何发射/或接收的数个时间周期。该等时间周期可用于测 量来自其它移动单元的信号。亦，当双工方法为时分时，相同的频带即可用 于基站对移动单元、与移动单元对基站通讯两者。
现在请参考图1，典型的无线通讯系统是意欲获知移动单元的位置。图 1是显示出用于准确地对准数个移动单元的一系统10。移动单元处显示了多 重路径，是仅为了描述本发明之用，而当多重路径出现于基站处、或移动单 元与基站两者处时，本发明仍可极成功地运作。本发明在定位不存有多重路 径的移动单元时，仍可相似地提供增高的准确度。系统10包括一无线电网 络控制器12、至少一基站16、及数个移动单元18、 20、 22、 n。熟于此项技 艺的人士将可了解到，系统10可依需求而包括额外组件、以及任何数量的 无线电网络控制器、基站、及移动单元。
在图1中，系统10意欲判定一特定移动单元、例如移动单元20(亦即， 目标移动单元)的位置。目标移动单元单元20是由一已知基站、例如基站16 服务，其中该基站可装设有、或未装设有自适应天线阵列。已知的基站16 是由系统10使用，以收集关于移动单元18、 20、 22、 n定位的信息。系统 IO是利用该收集到的信息来估算目标移动单元18、 20、 22、 n的位置。熟于 此项技艺的人士将了解到，可汇集及使用有关于一特定移动单元位置的所有 收集到的相关信息，来估算该移动单元的位置。由移动单元处收集到的定位 信息的型式范例是抵达方向、振幅、传播延迟、及置信度。
然而，在图l所显示的情况下，尽管目标移动单元20已装设有一自适 应天线，但仍无法准确地回报一抵达方向。除了服务目标移动单元20以外，基站16亦可服务移动单元18、 22、 n。因此，当一移动单元20因移动单元 20、请求基站、或该两者处的多重路径，而无法准确地回报抵达方向的信息 时，系统10将运用邻近移动单元18、 22、 n。命令邻近移动单元18、 22、 n 测量及回报关于目标移动单元20定位的信息，使得譬如无线电网络控制器 (RNC)12等可估算出目标移动单元20的定位，尽管目标移动单元20无法回 才艮准确的4氐达方向信息时亦然。
可由一目标移动单元20或一基站16来触发使用邻近移动单元18、 22、 n。譬如，当目标移动单元20无法测量来自一特定基站16的一信号的一抵 达方向时，目标移动单元单元20将可传送一指示信号至基站16,以命令其 运用邻近移动单元18、 22、 n,来取得关于目标移动单元20的定位信息。相 似地，基站16可传送一周期性信号至与基站相连结的所有移动单元，以请 求关于抵达方向的量测、或任何型式的定位信息。当其中任何一目标移动单 元无法正确地反应请求时，该系统将运用邻近移动单元18、 22、 n，以定位 该无法适当反应的目标移动单元20。
邻近移动单元18、 22、 n较佳地是位于目标移动单元20附近、系统IO 尚未获知的位置处。选择已知其定位的邻近移动单元18、 22、 n，将可提供 一准确的参考点，藉此得以定位目标移动单元20。亦即， 一般而言，当一目 标移动单元20所提供的定位信息不准确或需要确认时，将无法准确地定位 目标移动单元20。这典型地是一目标移动单元20因譬如多重路径而无法测 量接收信号时，所造成的结果。图1所示的范例即为这种情况。为了克服这 种情况，已知定位的邻近移动单元18、 22、 n实际上可作为一第二基站，以 提供可结合基站16使用的数个参考点，来准确地定位目标移动单元。
为了运用邻近移动单元18、 22、 n来提供目标移动单元20的定位信息， 系统IO将命令每一邻近移动单元18、 22、 n提供一角量测(6),该角量测可 允许系统10更准确地估算出目标移动单元20定位的一估计位置。每一回报 角量测(6)皆由系统10汇集，且可用于估算目标移动单元20的定位。为了 命令邻近移动单元18、 22、 n提供目标移动单元20的一角量测(6)，系统 IO将命令每一邻近移动单元18、22、n分离地测量来自基站16的一信号28b.m 的一抵达方向、及来自目标移动单元20的一信号28m.m的一抵达方向。
5当一目标移动单元附近具有极大量的邻近移动单元、且该等者的定位皆 已知时，用于提供定位信息的邻近移动单元将可减少。譬如，当已将小区分
区时，系统10即可选择与该目标移动单元位于相同区段中的邻近移动单元。
除了减少需要计算的数据量以外，仅运用与该目标移动单元位于相同区段中 的邻近移动单元，将可使正确地回报至该系统的角量测(e )数量增加。小区 分区仅为一范例，熟于此项技艺的人士将可了解到，基站具有众多种可选择 及识别特殊移动单元来实施特殊功能的方法。
信号28b-m及28m_m的特征可依需求而为 一编码、 一时间周期(即时隙)、 及一频率。该信号的特征是藉由系统10而传送至邻近移动单元18、 22、 n， 且若必要时亦传送至一目标移动单元20，使该等者可识别出，应测量哪些信 号。 一旦测量到两抵达方向，则可测量该两信号之间的角量测(e )，且回报 至系统10进行处理。除了角量测(6)以外，每一邻近移动单元18、 22、 n 皆可测量及回报其所测量的信号(亦即，对于移动单元20的信号28b-m及 28m-m)的振幅，以及角量测(6)的一置信度。RNC 12可利用譬如振幅来独立 地计算该回报角量测(6)的一可靠度(即置信度)的度量，以双重检查一特定 移动单元所回报的置信度。当然，倘若必要时，由邻近移动单元18、 22、 n 所测量出的实际抵达方向，亦可回报至系统IO。
为了命令每一邻近移动单元18、 22、 n测量及回报上述的抵达方向，该 系统将依需求而送出信息至邻近移动单元18、 22、 n。为了方便描述本发明， 此中是使用两个分离的信息(即一第一与第二信息)，但明显地可将该等信号 结合成一信息、或相似地作更进一步划分。该(等)信息亦可包含有相关于测 量及回报传播延迟、振幅、及置信度的指示部。第一信息是命令设置有自适 应天线的邻近移动单元18、 22、 n,在一预定持续时间内测量来自目标移动 单元20的一信息28m^的抵达方向。该第二信息是命令邻近移动单元18、 22、 n测量来自基站16的一信号28b-m的抵达方向，以提供角量测(6)—基
准，其中该角量测是取自两待量测信号28m—m及28b，m之间。基站16可为系
统10中，由RNC 12决定的任何基站。 一旦邻近移动单元18、 22、 n业已 对信号28m-m及28b_m实施测量，则可回报角量测(e)、以及系统10所请求 的任何其它信息。应注意到，可依需求而藉上述方式，利用基站16以外的基站所服务的
移动单元，来收集关于一特定移动单元的额外角量测(e)。亦即，尽管图i
中是显示一单一基站16，然而亦可使用系统10内任何数量的基站，来收集
一特定目标移动单元的角量测(e)。譬如，假设邻近移动单元22具有可指向
目标移动单元20且其中无任何阻碍的一视线，但并无可指向基站16的一无 阻碍的视线。在这种情况下，移动单元22可藉由测量来自任何其它基站的 一信号，来取代测量信号28b_m，其中该移动单元可由该基站处接收信号， 且具有指向基站的一无阻碍的视线。在这种情况下，倘若无任何可由其测量
到一信号的其它基站存在，则迫使移动单元22使用来自接地台16的受阻碍 信号。该信号受阻碍的事实，不仅反映在该信号的回报振幅上，且亦反映在 置信度上。以下将对此作进一步解说。
亦应注意到，可对额外的目标移动单元测量额外的角量测(e )。亦即， 可依需求而同时收集超过一个目标移动单元的角量测(e )。
一旦业已对一特定目标移动单元20接收到足够数量的回报角量测(e)
时，系统10将合成所有量测，且估算出该目标移动单元的定位。为了计算
该估算定位的一置信度，系统io可譬如计算出正确回报角量测(e)的数量。 正确回报的角量测(e)数量愈多，其置信度亦愈高。应注意到，需求数量的 回报角量测(e )及需求的置信水准皆为可依需求作设定的完全可调整的参
数。尽管由最多邻近移动单元18、 22、 n所得的量测可能并不准确，但大量
的该等量测，将极可能使至少其中的 一位在相关于 一 目标移动单元的 一合适
位置处，使得在一目标移动单元20与其服务基站16之间存在有严重多重路 径的情况下，获致一大幅改良的定位准确度。
为了图解出如何实现系统IO的一范例，请再次参考图1。在图1中，目 标移动单元20是由建筑物24、 26局部地包围，且由于多重路径，而因此无 法在其本身与其服务基站16或任何其它基站之间取得一准确的抵达方向量 测。然而，在其所在位置处并未遭遇大量多重路径的移动单元22,将可无阻 碍地观看到目标移动单元20及服务基站16两者。因此，移动单元22可回 报介于目标移动单元20与基站16之间的一角量测(6 )，且提高目标移动单 元20的定位准确度。关于目标移动单元20的回报信息，可包含譬如由邻近移动单元18及n所回报的众多个其它量测，而该等量测全部皆由系统10来 评估。依据本发明，即使基站16附近存在有多重路径，而使其经由所有的 方向接收来自移动单元的信号，但由于角量测(e)信息是由移动单元22而非 基站16测量得，因此邻近移动单元22所提供的量测仍得准确。
除了系统IO对一估算定位计算一置信度以外，邻近移动单元18、 22、 n 亦可提供关于各别角量测(6)的一置信度，且其中该等角量测是由该等邻近 移动单元所提供。譬如，能够正确地测量来自移动单元20及基站16的一抵 达方向的邻近移动单元(请参阅图1中的邻近移动单元22)，将可传递一信号 至系统IO以指示这种情况。当系统10自 一邻近移动单元接收到这种信号时， 该系统将得知，该邻近移动单元正在提供具有良好置信度的一角量测(6 )。 另一选择为，当一邻近移动单元无法正确地测量一个或更多抵达方向时，该 邻近移动单元将可传递一信号至系统10以指示这种情况。当系统IO自一邻 近移动单元接收到这种信号时，系统10将得知，该邻近移动单元正在提供
不具有良好置信度的一角量测(e)。在这种情况下，当计算一估算定位的一 置信度时，系统io可调整适应成，仅考虑具有良好置信度的回报角量测(e )。 如此将允许一估算定位的置信度、与该估算定位中具有良好置信度的回报角 量测(e)数量成比例。
重要地，请注意到，该回报信息亦可包括由目标移动单元20本身回报 的信息。例如，系统IO可利用目标移动单元20所回报的传播延迟，结合譬 如移动单元22所回报的角量测(e )，以估算出目标移动单元20的定位。然
而实际上，即使譬如移动单元22所回报的一角量测(e)具有良好置信度，但 系统io用于估算一目标移动单元定位的实际角量测(e),仍可为众多回报角 量测(e)的一总集。
现在请参考图2，其显示依据本发明一具体实施例的用于定位一移动单
元的方法50。应注意到，可使用方法50来取得一特定移动单元的准确的定
位信息，其中该移动单元无法提供准确的定位信息。相似地，该方法可用于 仅确认或双重检查、或着补充由一特殊移动单元所提供的定位信息，以提高 准确定位移动单元的机率。
开始时，将在步骤52中识别一目标移动单元，藉由标定一特殊移动单元，方法50即可指示出，现在将估算该标定移动单元的定位。基于多种理 由，需要一标定移动单元的定位。移动单元的定位对于提供各种"以位置为 基础，，的服务而言，是特别地重要，该服务通常是以无线网络提供，其可为 譬如紧急119服务、道路救援(包括提供用户驾驶方向)、及提供用户关于其 所在位置附近的餐厅、旅馆、银行等信息者。亦可为了执法而定位移动单元， 譬如可藉由定位嫌疑犯或失踪人口的移动单元而得以追踪。
一旦已识别一目标移动单元来加以定位，则在步骤54中将藉由自一基 站传送一信号至该已识别的移动单元，命令其传送出一信号，而使该方法得 以继续。(请注意，当该目标移动单元正在发射或着传送出一信号时，即可 忽略本步骤)。在步骤56中，可识别出位于该目标移动单元一预定地理区域 内的数个移动单元(亦即，邻近移动单元)。该等邻近移动单元典型地是该系 统已获知其定位、且位于该目标移动单元附近的移动单元。因此，这种邻近 移动单元可自该目标移动单元接收到信号，且提供一准确的参考点来估算该 目标移动单元的定位。由于该等邻近移动单元可自该目标移动单元及至少一 基站处无阻碍地接收信号，因此可轻易地获知该等邻近移动单元的位置，而 典型地，可藉此至少部份地识别该等邻近移动单元。如此，该等邻近移动单 元将处于一定位中，使其可明确地测量出来自两基站的抵达方向，而得以允 许一系统准确地估算其定位。当然， 一邻近移动单元的定位准确度，将可反 映在该移动单元所提供的任何定位信息的总置信度上。
步骤58中是命令该等邻近移动单元测量该目标移动单元所传送出的信 号的一抵达方向。相似地，步骤60中是命令该等邻近移动单元测量每一邻 近移动单元的各别基站所传送出的信号的 一抵达方向。来自该基站的信号的 抵达方向，将可作为测量两信号间的一角度(6 )时的一基准。
该等各基站包括、或不包括目前正在服务该目标移动单元的基站。亦即， 用于获取关于该目标移动单元定位信息的邻近移动单元数量并无任何限制。 因此，完全可预见到，某些该等邻近移动单元互相之间、及其关于该目标移 动单元之间，是由不同的基站服务。为了获取关于一目标移动单元的信息所 需包含的基站数量，是与接受命令来提供关于该目标移动单元位置的信息的 邻近移动单元数量成比例。
9一旦该等邻近移动单元已计算出抵达方向，则在步骤62中，每一该等
移动单元将测量且回报介于两抵达方向之间的角量测(e )。除了实际的角量 测(e)以外，每一该等移动单元皆可回报该等信号的振幅以及该回报角量测
(6)的一置信度，其中该等信号的抵达方向已计算出。在步骤64中，该系统
可合成所有回报信息，且估算出可依需求利用的该目标移动单元定位。熟于 此项技艺的人士当知，该回报信息可依需求而包括相关于一移动单元定位的 任何信息，且不仅可由该等邻近移动单元、且亦可由目标移动单元本身提出请求。
尽管特定的处理功能业已描述为，以特定的组件来实施，然而应了解到，
处理功能的实施可依需求而分布于网络组件中。譬如，上述中在RNC处实 施的处理功能，亦可在基站处实施。
尽管已详细描述本发明，然而请了解到，本发明并非以此为限，且可实 施各种变更而不致脱离随附申请专利范围所定义的发明精神及范围内。
权利要求
1.一种用于确定目标移动单元位置的方法，所述方法包括从至少一个邻近移动单元和基站获取与所述目标移动单元的相关位置有关的信息；以及根据所述信息来确定所述目标移动单元的位置；其中，所述信息包括所述目标移动单元和所述基站之间的传播延迟。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括所述目标 移动单元和提供所述信息的所述至少一个邻近移动单元之间的相对角度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括提供所述 信息的所述至少一个邻近移动单元和所述基站之间的传播延迟。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括在所述至 少一个邻近移动单元从所述目标移动单元接收的信号的振幅。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括在所述基 站从所述至少 一 个邻近移动单元接收的信号的振幅。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括信号从所 述目标移动单元到所述至少一个邻近移动单元的抵达方向。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括信号从所 述基站到所述至少一个邻近移动单元的抵达方向。
全文摘要
本发明揭露一种利用由邻近移动单元所实施的角量测来定位移动单元的方法及系统。可选择性地命令一选定的移动单元及该选定移动单元附近的数个移动单元实施测量且回报关于该选定移动单元位置的信息。该回报信息是用于估算该选定移动单元的一位置。
文档编号G01S5/04GK101630001SQ20091016116
公开日2010年1月20日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年7月31日
发明者保罗·马里内尔 申请人:美商内数位科技公司