专利名称：用于提供定位数据的方法和网络的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及蜂窝通信和应用，特别是涉及提供到达时间(TOA)定位数据的一种方法，它将无线网络内业务信道的使用减至最小程度。
背景技术：
对于无线(或蜂窝)通信需求的增加，产生了能够为增加数量的用户提供高业务质量的高级通信系统。这些系统包括诸如高级移动电话系统(AMPS)的模拟系统和诸如全球移动通信系统(GSM)以及数字AMPS(D-AMPS)的数字系统。为实现这些系统，基于蜂窝的通信装置在限制干扰环境中运行，它依靠频率重新使用方案使容量和质量达到最大限度。例如模拟系统中的频分多址(FDMA)和数字系统中的时分多址(TDMA)协议被用于这一目的。
因为带宽是有限的资源(在物理和管理的意义上)，所以常使用在尽可能多的用户中划分可用网络资源的方案。一个设法使带宽分配效率达到最大限度的这样的方案，涉及TDMA和FDMA(TDMA/FDMA)的结合。例如25MHZ带宽能被分成124个载频、间隔200kHz地分开，分配给网络中每个基站一个或多个载频。进而又使用TDMA方案将每个载频在时间上分开。信道进而又可被分成分配给移动台的专用子信道。
业务信道，通常也称作通信或传输信道，用来在网络上传送语音和数据(通常非命令)信号。GSM中使用一个复帧或一组26个独立的TDMA帧来定义业务信道。26个帧中，通常24个将用于语言和数据，一个作为控制信道，一个不用。
控制信道，通常也称作信令或公共信道，其可以由空闲模式和专用模式移动台接入由空闲模式移动使用公共信道将请求的信令信息交换为专用模式。专用模式中的移动系统监控用于切换的来自服务基地收发信台的无线电发射以及其它信息。公共信道被限定在一个51-帧的复帧内，以便专用移动台使用26-帧的复帧业务信道(TCH)结构的专用移动台能监控控制信道。
在其它系统如码分多址(CDMA)或FDMA中，使用其它的方法。除了在用户中划分带宽外，业务信道被指定或分配给来话呼叫。可以使用不同的方法和协议提高信道效率、连接质量以及在一个基站操作区域内用户可用的潜在信道的数目。系统中的传输信道便于通信。
随着无线网络使用的增加，在网络内确定用户的位置或定位的重要性也在增加。定位算法和系统正被开发，并且用于计算和反映用户座标定位。同时，早在2001年定位就已由政府机构(如，FCC)命令作为一个标准去执行。
到达时间(TOA)定位机制是基于收集从移动台产生的接入突发计算的到达时间(TOA)测量。接入突发在小区间或小区内切换期间产生，并且被服务和邻近基地收发信台(BTS)接收并测量。使用接入突发来定位移动台需要监听BTS处的额外硬件以精确测量突发的TOA。
目前的TOA定位方法中，空闲模式中的移动台(MS)(也称作移动无线电单元、移动台或移动手机)在执行寻呼、验证、密码前被首先分配一个信令信道。在这些方面，然后服务移动位置中心(SMLC)通过移动交换中心(MSC)命令基站控制器(BSC)分配一个第一业务信道。这个过程常称作定位呼叫建立。随后SMLC指导BSC执行定位切换(即假切换)到另一个业务信道，以便把接入突发从MS切换到获得MS TOA定位的一组位置管理单元(LMU)。
将传输信道用于以这种方式定位是低效的，并且浪费有价值的网络资源。对于定位在空闲模式的移动台的业务信道的使用导致网络上更大的负荷。因此，一种在定位期间减少业务信道使用的方法将提供很多优点。
发明概述本发明提供了在无线通信网络中提供到达时间(TOA)定位数据的方法，它将网络内业务信道的使用减至最小程度。本发明为TOA定位提供一种新的解决方法，其中空闲MS首先被分配一个信令信道，然后直接切换到一个业务信道。服务移动位置中心(SMLC)通过移动服务中心(MSC)命令基站控制器(BSC)执行直接从信令信道到为此目的而保留的业务信道的定位切换(如，假切换)。在不占用不必要的网络资源的情况下降低网络负载是本发明提供的一个优点。
在一个实施方案中公开了提供到达时间(TOA)定位数据的方法，它将无线通信网络内业务信道的使用减至最小程度。该方法包括步骤在网络内把一个信令信道分配给空闲MS，并且促使移动台直接从信令信道切换到业务信道。与BSC通信的SMLC命令BSC执行切换。即SMLC通过MSC发送定位切换命令到BSC。然后服务于的BSC执行从信令信道到业务信道的切换。
该方法还包括的步骤是，促使MS在切换期间产生接入突发。通过从MS到一组用在一个实施方案中的位置管理单元(LMU)发送一个切换接入突发来执行该步骤，接入突发被用于为MS提供TOA定位数据。
还公开了一种为MS提供到达时间(TOA)定位数据的方法，无线通信网络有一个服务移动位置中心(SMLC)，其可被通信地耦合并用于通过移动台控制器(MSC)来命令基站控制器(BSC)服务于。该方法包括的步骤是，使位置业务(LCS)信息请求(TOA)从SMLC发送到MSC。接下来，产生位置信息命令(TOA)，并从MSC发送到BSC。这个步骤可通过把位置信息(TOA)报告给MSC来执行。然后在报告步骤后接着从MSC到SMLC发送LCS信息报告(TOA)的步骤。
该方法可进一步包括的步骤是，使LCS信息请求从MSC发送到适合于测量由MS产生的TOA接入突发的多个位置管理单元(LMU)。然后LMU将LCS信息响应中继到MSC。一旦该响应被发送，SMLC就执行一次随后被发送到MSC的位置确认。
该方法还可以包括的步骤是，将一个独立专用控制信道(SDCCH)分配给MS，发送一个切换命令到MS，执行从SDCCH到业务信道的MS切换，以及使MS在该切换步骤期间产生一个接入突发，以使多个LMU能测量用于MS定位的接入突发TOA。这些步骤伴随着为切换期间接入突发的产生分配一个定时器的步骤。如果成功切换前分配给定时器的时间期满，则切换失败信号从MS发送到BTS，随后BTS为了更进一步的命令而与BSC通信。
本发明的一个技术优点包括在定位切换期间较少使用业务信道。因此网络负荷减少了。
另一个技术优点是，对于空闲模式MS请求的每个TOA定位请求，以较少的复杂性和较少的时间来执行小区内切换。
附图简述结合对附图的详细描述，将更清晰地理解本发明的上述特点和优点。其中
图1表示一个GSM网络，其中可使用本发明。
图2显示根据一个实施方案的TOA定位方法的逻辑结构。
图3a描绘当移动台在空闲模式时的多路传输。
图3b显示当移动台在专用模式时的多路传输。
图4表示TOA定位呼叫建立期间的信令。
图5显示根据一个实施方案的本发明，以及图6是一个信令图，表示使用以到达时间(TOA)为基础的定位方法来定位移动台的步骤。除非有其它指示，否则图中对应的数字和符号适用于详述中的对应部分。
优选实施方案详述下面详细讨论本发明的各种实施方案的构造和使用时，应当理解本发明提出的很多适宜的发明概念，它们能体现在特殊上下文的广阔多样性中。在此讨论的特殊实施方案仅仅是说明构造和使用本发明的特殊方法，并且不定界本发明的范围。
为了更好地理解本发明，参考图1，它表示一个GSM网络10，其中可使用本发明。移动台12包括移动设备22，它包括一个终端如蜂窝电话和一个用户识别模块(SIM)24。SIM24包括一个为GSM网络10识别用户的国际移动用户识别(IMSI)、一个用于鉴权的密钥，以及其它信息。移动设备22被国际移动设备识别(IMEI)唯一识别。IMEI和IMSI是独立的，因此允许用户个人的可移动性。
BSS14包括两部分，即基地收发信机站(BTS)26和基站控制器(BSC)28。BTS26通过标准化Abi位置接口30和BSC28通信，允许在部件间操作。BTS26装有无线电收发信机用于确定一个小区并且处理与移动台12的无线电链路协议。在一个大城市区域，可以布置大量BTS26。BSC28管理用于一个或多个BTS26的无线电资源，并且可以有几个在BSS14内的BSC位置28。BSC28控制无线电信道建立、频率跳跃以及切换BSC28提供移动台12和网络子系统16的MSC30间的连接。
网络子系统16的中央部件是移动交换中心(MSC)30，它的作用和公用电话交换网(PSTN)的一个标准交换节点一样，并提供控制移动用户所需的全部功能，如注册、鉴别、位置更新、切换，以及对漫游用户的呼叫选路。这些业务和几个功能实体一起被提供，它们共同构成网络子系统16。
MSC30提供连接到诸如包括PSTN或综合业务数字网络(LSDN)的连接。归属位置寄存器(HLR)34和拜访位置寄存器(VLR)36，和MSC30共同为GSM网络10提供呼叫选路和漫游能力。特别是，HLR34包括在对应的GSN网络10中注册的用户的管理信息，同时还包括移动台12现在的位置。同样地，VLR36包括从HLR34选择的，对于呼叫控制以及提供用于当前位于由VLR36控制的地理区域中的每个移动台的用户业务所需的管理信息。其它寄存器用于鉴别和安全目的以及网络子系统16。
本发明提供在GSM网络10或其它公用陆地移动网(PLMN)内移动台12定位的方法，它比用以前技术的定位方法更有效率。根据本发明的一个实施方案，用于TOA定位的系统通常显示并表示为图2中的40。系统40能够为至少一个外部操作和维护的请求代理54传送到达时间(TOA)定位数据。请求代理54通过网关移动位置中心(GMLC)52发送定位请求，GMLC52提供请求代理54到系统40的一个接口，GMLC52还包括支持位置服务(LCS)功能所要求的能力，它和系统40内的其它实体交互作用，从而确定MS12的位置。
因此，GMLC52为外部LCS客户提供用于接入PLMN46的入口节点。GMLC52可以从归属位置寄存器(HLR)36请求选路信息。在登记授权后，GMLC52发送定位请求到VMSC30，并从VMSC30接收位置数据。一旦定位请求已被VMSC30处理，VMSC30就和BSC28以及服务移动位置中心(SMLC)50通信。SMLC50包括算法、方法以及支持LCS所需的系统。SMLC50管理执行MS12定位所需资源的整体协调和调度。它还在规定的准确度水平等级内计算最终的位置估算值。
而且，SMLC50控制许多用于获得无线电接口测量目的LMU48，以在系统40服务的区域里定位或帮助定位MS12。SMLC50被给予其每个LMU48产生的测量能力和类型。尽管在系统40中只显示了一个LMU48，但至少有三个这样的LMU被用于TOA测量的三角测量以及后来的MS12定位。因此，LMU48是多个LMU的代表，其通常被用于TOA测量。SMLC50和LMU48间的信令通过服务LMU48的MSC30传送。由LMU48返回到SMLC50的测量具有可用于一个以上的定位方法的一般状态。
可替代地，SMLC50和GMLC52的功能可以结合在相同的物理节点，结合在现有的物理节点或者驻留在系统40的不同节点里。SMLC50和GLMC52不是互连的，但通过VMSC30提供通信。当VMSC30和GMLC52在不同的PLMN位置46中时，它们通过空中接口互连。
参考图3a，根据现有技术的总体上表示为60的定位切换被显示为涉及从信令信道(如，独立专用信道(SDCCH))62到第一业务信道(TCH)64，随后到第二业务信道66的改变。在空闲模式期间，移动台12被分配在网络10内的一个SDCCH62。随后，从信令信道到保留业务信道64执行移动台12的切换。当移动台置于专用模式时，定位切换也可出现，如图3b所示。在专用模式，业务信道64已被分配，以便在切换期间直接出现对第二个业务信道66的分配。因此，第二个业务信道66是为系统40定位切换而保留和分配的。在切换期间MS12产生的接入突发68被用于为MS12提供TOA定位数据。
如图3a和3b所示全部定位处理过程，描绘了现在的TOA定位方法。现有的TOA定位方法允许在空闲模式中的MS12在寻呼、鉴别、密码执行前首先被分配一个信令信道(SDCCH)。SMLC50通过MSC30命令BSC28服务于12，以建立业务信道64(或定位呼叫建立)。SMLC50随后命令BSC28执行到另一个业务信道66的定位切换(或伪装切换)，用来把切换接入突发68从MS12发送到LMU48，用于测量该接入突发的TOA，这种执行定位切换的方法是低效的，因为它占用了两个业务信道资源，64和66。
如上面讨论的，目前的TOA定位提供在发送一个用于为空闲模式MS12的TOA定位的LCS信息命令消息之前建立定位呼叫。现在参考图4，在TOA定位呼叫建立期间，用于本发明的TOA定位方法的信令顺序通常表示为70。启动呼叫建立70(步骤72)，其中SMLC50用于分配一个业务信道64，随后通信到MSC30。然后，在从所述MSC30到BSC28发送消息期间验证业务信道64的分配(步骤74)。
在业务信道分配时(步骤74)，信道激活(步骤76)被服务于12的BSC28执行，并被发送到BTS26。随后BTS26被用于把一个信道激活确认发送到BSC28(步骤78)。随后一个分配命令从BSC28发送到MS12(步骤80)。随后建立指示被执行(步骤82)，并被从BTS26发送到BSC28。建立指示(步骤82)之后，MS12执行分配的完成(步骤84)。随后分配业务信道确认从MSC30发送到SMLC50。
参考图5，其中示出了总体上表示为90的本发明的简化过程图。基本上说明了提供到达时间(TOA)定位数据的方法，它将网络内业务信道的使用减至最小程度。信令信道62被分配给网络内的空闲移动台12。随后直接从信令信道62到业务信道66执行MS12的切换68。随后MS12用于在切换68期间产生一个接入突发，而该接入突发用于为MS12提供TOA定位数据。
本发明方法节省了在定位切换(68)期间第二个业务信道的分配，并因此减少网络内业务信道的使用。而且，无须额外分配第二个业务信道即可实现到相同信道或从信令信道到业务信道的小区内切换。这导致减少了TOA定位方法的复杂性，减少了用于来自空闲模式MS的每个TOA定位请求的时间，并且减少TOA定位方法的信号。
图6是一个信令图，说明根据本发明的一个实施方案，用基于到达时间(TOA)的定位方法为MS12定位的步骤。服务移动位置中心(SMLC)50接收来自位置服务(LCS)的定位请求时，就把LCS信息请求(TOA)发送(步骤105)到移动台控制器(MSC)30。同样SMLC50负责执行定位请求。应当指出，一个以上的SMLC50可以定位在网络内每个PLMN46内。一旦MSC30收到用于TOA定位的LCS信息请求，MSC30(步骤110)就把用于TOA定位的位置信息命令发送到服务所述移动台的基站控制器(BSC)28。随后BSC28把用于TOA定位的位置信息报告发送到MS12控制器30(步骤115)。随后用于TOA定位的位置信息报告从移动台控制器30发送到SMLC50(步骤120)。
一旦SMLC50从MSC30收到用于TOA定位的LCS信息报告，随后LCS信息请求就从SMLC50发送到MSC30(步骤125)。随后，LCS信息请求(步骤130)被从MSC30发送到多个位置管理单元48。LMUS48负责获得定位测量并把这些测量提供给SMLC50，用于计算MS12的位置。所有去往和来自LMUS48的通信通过空中接口发送。因此，每个LMU48是和一个相关的基站控制器(BTS)26无线通信。SMLC50负责选择应获得定位测量的LMUS48。因此，是SMLC50把LCS信息请求消息发送到每个所选择的LMUS48(步骤130)。
一旦LMUS48收到LCS信息请求(步骤130)，随后BSC28就准备开始定位切换68过程。当BSC28把切换(HO)命令消息发送到MS12(步骤135)时，定位切换发生，即命令MS12在规定的信道上执行到服务BTS26或一个目标BTS(未示出)的切换。切换命令消息还指示MS12应当开始发送接入突发的TDMA帧号，当MS12在切换接入消息中开始发送接入突发时(步骤145)，LMU48进行接入突发的到达时间(TOA)测量。因为该切换是定位切换，而不是无线电相关的切换，所以BTS 26将不会响应切换接入消息。MS12在MS12内的定时器期满时将停止发送接入突发(步骤150)。此后，MS12返回到分配给它的旧信道，并给BSC28发送切换失败信息(步骤155)。
通过LCS信息应答(步骤165)，TOA测量从LMUS48转发到SMLC50，用于帮助计算MS12的地理位置。SMLC50计算出MS12的位置后，该位置就被发送到请求定位的LCS客户。应当指出，该请求客户可位于MS12内、MS30内或外部节点54，如一个智能位置(IN)节点内。一旦LCS收到请求的信息，位置性能确认就从SMLC50发送到MSC30(步骤170)。
尽管参考说明的实施方案描述了本发明，但该描述并不意味着限制意义。说明的实施方案的各种修改，合并与本发明其它的实施方案对于参考该描述的本领域的技术人员是显而易见的。因此，这就意味着所附加的权利要求包含任何这样的修改或实施方案。
权利要求
1.在无线通信网内提供到达时间(TOA)定位数据的一种方法，该方法能使网络内业务信道的使用减至最小程度，所述方法包括步骤把信令信道分配给网络内的空闲移动台；促使所述移动台直接从所述信令信道切换到业务信道；促使所述移动台在所述切换期间产生一个接入突发；并且利用所述接入突发为所述移动台提供TOA定位数据。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的分配步骤是通过促使服务所述移动台的基站控制器(BSC)执行从所述信令信道到所述业务信道的切换来执行的。
3.根据权利要求2的方法，其中所述的分配步骤是通过促使与所述BSC通信的服务移动位置中心(SMLC)命令服务于所述移动台的所述BSC在规定时段后执行切换而执行的。
4.根据权利要求3的方法，其中所述的分配步骤是通过把定位切换命令通过所述MSC发送到所述BSC而执行的。
5.根据权利要求1的方法，其中所述促使所述移动台产生一个接入突发的步骤是通过把切换接入突发从所述移动台发送到用于TOA测量的配置的位置管理单元(LMU)而执行的。
6.在无线通信网内，为移动台(MS)提供到达时间(TOA)定位数据的方法，所述网络具有服务移动位置中心(SMLC)，其可通信地耦合和用于通过移动台控制器(MSC)命令服务所述MS的基站控制器(BSC)，所述方法包括步骤促使位置服务(LCS)信息请求(TOA)从所述SMLC发送到所述MSC；促使位置信息命令(TOA)产生并从所述MSC发送到所述BSC；促使LCS信息请求从所述MSC发送到多个位置管理单元(LMU)，其用于测量所述MS产生的TOA接入突发；给所述MS分配一个独立专用控制信道(SDCCH)；给所述MS发送一个切换命令；执行从所述SDCCH到业务信道的所述MS的切换；并且促使所述MS在所述的切换步骤期间产生接入突发，以便所述多个LMU能测量用于定位所述MS的所述接入突发的TOA。
7.根据权利要求6的方法，其中促使位置信息命令(TOA)产生并从所述MSC发送到所述BSC的所述步骤还包括步骤把位置信息(TOA)报告给所述MSC。
8.根据权利要求7的方法，其中所述报告步骤后跟随着从所述MSC到所述SML发送LCS信息报告(TOA)的步骤。
9.根据权利要求6的方法，其中所述方法还包括步骤请求来自所述MSC的LCS信息。
10.根据权利要求10的方法，其中所述发送步骤后跟随着从所述多个LMU到所述MSC中继LCS信息应答的步骤。
11.根据权利要求11的方法，其中所述中继步骤后跟随着执行位置确认的步骤，所述位置确认由所述SMLC执行。
12.根据权利要求6的方法，其中所述发送步骤伴随着给所述切换分配一个用于TOA定位的定时器的步骤。
13.根据权利要求14的方法，其中所述分配一个定时器的步骤后跟随着在所述定时器期满时促使切换信号发送到所述多个LMU的步骤。
全文摘要
在无线通信网络(10)中,提供到达时间(TOA)定位数据的一种方法,其将网络内业务信道的使用减至最小程度。该方法包括步骤:在网络(10)内把信令信道(62)分配给空闲移动台(12),促使移动台(12)直接从信令信道(62)切换到业务信道(66),促使移动台(12)在切换(68)期间产生一个接入突发,并利用该接入突发为移动台(12)提供TOA定位数据。
文档编号H04W64/00GK1382361SQ00814850
公开日2002年11月27日 申请日期2000年8月31日 优先权日1999年9月3日
发明者B·萨哈, S·阿米尔约 申请人:艾利森公司