专利名称：具有环境数据采集功能的移动台及其环境数据采集方法
技术领域：
本发明属于无线电通信和无线电定位领域，尤其涉及对CDMA接收机的具有环境数据采集功能的移动台及其环境数据采集方法。
现有技术为了配合移动台定位所需要的测量，第三代移动通讯系统协议(3GPP25.305)规定，WCDMA移动台必须具有TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差)测量功能。但是，由于NLOS(非可视路径Non-Line-Of-Singht)传播路径的存在，移动台测量的TDOA将包含NLOS误差，这种误差将导致移动台定位精度严重降低。要保证移动台定位的精度，如FCC(美国联邦通信委员会)规定的精度，就必须对TDOA测量中包含的NLOS误差进行抑制。抑制NLOS误差的一种有效方法是利用一些环境数据，这些环境数据包括用于NLOS/LOS信道识别的样本离散系数∑/μ、用于估计NLOS误差分布参数P的散射体数据(m(scr，sir，W)，N)、用于估计移动台运动速度的电平通过率LCR(Leve-Cross-Ratio)，这些数据反映了移动台所处位置的信号环境和地理环境特征。但是，现有的移动台接收机不具备采集这些环境数据的能力。
图1是现有CDMA移动台接收机的典型组成结构。接收机由射频前端101、A/D(模/数)转换102、基带处理103这三个基本部分组成。图中的移动台接收机的射频前端101采用直接变频结构，天线接收到的射频信号经线性放大器放大后送到正交混频器，正交混频器对线性放大器送来的射频信号进行正交混频后输出I、Q两路基带信号；基带信号经A/D转换器102量化后，送到基带处理部分103。在基带处理过程中，I、Q两路信号分别送到RAKE接收机的两组相关器和多经搜索单元的输入端，多经搜索单元实现径的搜索和径的位置判决，其判决结果做为RAKE接收机进行解扩的辅助信息；RAKE接收机进行多径的合并(如最大比合并)后送到解码单元进行解码，得到基站送来的符号信息。
图1中的基带处理部分中和移动台定位关系密切的三个单元为多径搜索单元104、TDOA测量单元105、和资源管理单元106。多径搜索单元104是实现TDOA测量的基础，多径搜索单元104在资源管理单元106的控制下，在特定的时刻对特定的小区(特定的扰码)进行搜索，多径搜索单元104的输出是功率时延分布，TDOA测量单元105根据多径搜索单元104输出的功率时延分布来确定不同小区扰码的首径到达时刻，从而估计出不同小区扰码间的TDOA。
TDOA测量单元105是第三代移动台接收机中为了增强其定位能力而增加的测量功能。图1给出的现有接收机结构中可以看出为了实现移动台定位，目前的第三代蜂窝移动台只是增加了时间测量功能，没有环境信息测量功能，这样的移动台接收机难以实现较高的定位精度。
发明内容
本发明是为了克服现有移动台接收机的缺陷而提供的一种可提高NLOS环境下移动台定位的精度的具有环境数据采集功能的移动台及其具有环境数据采集方法，该装置和方法在充分利用现有移动台功能的基础上，在不显著增加现有移动台复杂度的情况下，使CDMA接收机具有环境数据采集和处理的能力。将这种环境数据采集能力和移动定位中心相应的功能相结合，可以有效地抑制NLOS误差对定位精度的影响。
本发明采取的技术方案是具有环境数据采集功能的移动台，包括接收机模块，其特点是，还包括环境数据采集模块；所述的环境数据采集模块包括电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元以及环境数据采集管理单元；所述的电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元的输出端分别与环境数据采集管理单元连接；散射体统计单元的输出与电平通过率LCR统计单元连接；环境数据采集管理单元的输出分别与电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接，并与接收机模块双向连接；同时接收机模块的输出分别与电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接。
上述具有环境数据采集功能的移动台，其中，所述的接收机模块包括射频前端模块、A/D转换模块、瑞克接收机和解码单元、TDOA测量单元、资源管理模块、多径搜索单元；其中射频前端模块的输出信号输出到A/D转换模块，A/D转换模块的输出信号分别输出到瑞克接收机和解码单元及多径搜索单元，同时资源管理模块的输出信号传输到多径搜索单元，多径搜索单元的输出信号分别传输到瑞克接收机和解码单元、TDOA测量单元；所述环境数据采集模块中环境数据采集管理单元与接收机模块的资源管理模块双向连接；同时接收机模块的多径搜索单元的输出分别与环境数据采集模块的电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接。
上述具有环境数据采集功能的移动台，其中，所述的资源管理模块包括资源管理协议处理单元、与发送模块连接的接口模块、检测集存储单元、空扰码确定单元、与多径搜索单元连接的接口单元、环境数据采集命令处理单元、与环境数据采集单元连接的接口单元、以及系统测量控制命令处理单元；所述的资源管理协议处理单元接收来自接收机解码单元的信号经处理后分别输送到与发送模块连接的接口模块、检测集存储单元、环境数据采集命令处理单元、以及系统测量控制命令处理单元；从检测集存储单元输出的信号分别输出到空扰码确定单元和与多径搜索单元连接的接口单元，空扰码确定单元也将确定的空扰码信号输出到与多径搜索单元连接的接口单元；从环境数据采集命令处理单元输出的信号输出到与环境数据采集单元连接的接口单元。
上述具有环境数据采集功能的移动台，其中，所述的电平通过率统计单元包括径判决单元、径跟踪单元、采样单元、径功率/幅度存储单元、径功率/幅度的均值估计单元、电平通过率估计单元；所述的径判决单元接收检测门限信号和服务基站的功率时延分布信号经判决后分别传输到径跟踪单元和采样单元；从采样单元输出到径功率/幅度存储单元；径功率/幅度存储单元分别输出到径功率/幅度的均值估计单元和电平通过率估计单元；同时径功率/幅度的均值估计单元亦输出到电平通过率估计单元，经估计后输出。
上述具有环境数据采集功能的移动台，其中，所述的样本离散系数统计单元包括最强径识别单元、最强径采样单元、最强径径功率/幅度存储单元、均值估计单元、标准差估计单元、样本离散系数统计单元；所述的最强径识别单元接收多径搜索单元输出的功率时延分布信号经识别后输出到最强径采样单元，该最强径采样单元同时接收最强径识别单元输出的信号和径搜索单元输出的功率时延分布信号进行采样后输出到最强径径功率/幅度存储单元，该最强径径功率/幅度存储单元再分别输出到均值估计单元和标准差估计单元，经均值估计单元均值估计和标准差估计单元标准差估计后分别输出到样本离散系数统计单元。
上述具有环境数据采集功能的移动台，其中，所述的散射体统计单元包括空扰码获取的背景噪声存储单元、功率时延分布存储单元、均值估计单元、标准差估计单元、第一径检测门限估计单元、第二径检测门限估计单元、散射体估计单元；所述的空扰码获取的背景噪声存储单元接收来自多径搜索单元的背景噪声信号分别传输到均值估计单元和标准差估计单元，经该两单元估计后送到第一径检测门限估计单元；从第一径检测门限估计单元输出的信号传至电平通过率统计单元，同时送至第二径检测门限估计单元；功率时延分布存储单元接收来自多径搜索单元的时延信号分别传输到第二径检测门限估计单元和散射体估计单元；第二径检测门限估计单元总和第一径检测门限估计单元、功率时延分布存储单元的信号经再次估计后传至散射体估计单元，经估计后输出至环境数据采集管理单元。
一种采用权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台进行环境数据采集方法，其特点是，包括以下步骤a、根据蜂窝移动台定位系统更新环境数据库的需要，由网络控制器或移动台定位中心选择至少一个处于特定地理区域而且至少与一个基站成NLOS的具有环境数据采集功能的移动台；b、网络控制器或移动台定位中心向从步骤a挑选出的具有环境数据采集功能的移动台下发启动环境数据采集的命令和相应的控制信息，并接收具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据；c、由网络控制器或移动台定位中心向所选择的移动台下发启动环境数据采集的命令和相应的控制信息；所选择的移动台接收到所述命令及控制信息后，向所述网络控制器或移动台定位中心上报环境数据；d、网络控制器或移动台定位中心对上报的环境数据进行处理，更新环境数据库。
上述方法，其中，步骤a中所述的地理位置的选择方法是利用基站的地理位置测量功能，由远及近或由近及远地对某个基站服务小区内的具有环境数据采集功能的移动台进行粗略定位。
上述方法，其中，步骤a中所述的NLOS选择方法为对利用地理位置挑选出的那些具有环境数据采集功能的移动台，逐个地启动他们的基本的环境数据采集功能，获取用于NLOS识别的样本离散系数，由具有环境数据采集功能的移动台上报的服务小区和相邻小区导频信号的样本离散系数，判断具有环境数据采集功能的移动台与哪些小区的基站成NLOS状态，从而挑选出至少与一个基站呈NLOS状态的具有环境数据采集功能的移动台进行b步骤的环境数据采集。
上述方法，其中，步骤a中NLOS挑选方法中所述的NLOS状态为具有环境数据采集功能的移动台上报的样本离散系数大于某个门限值。
上述方法，其中，步骤b中所述的控制信息为控制电平通过率统计单元的统计时间长度、控制散射体统计单元连续统计的功率时延分布的个数、控制样本离散系数统计单元统计的样本个数。
上述方法，其中，步骤c所述的网络控制器或移动台定位中心处理具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据的过程包括NLOS识别、移动台速度识别和NLOS误差分布参数P的估计。
上述方法，其中，所述的NLOS识别的步骤为c1-1、读取步骤b获取的样本离散系数；c1-2、将样本离散系数与先验数据NLOS0、NLOS1比较；c1-3、当样本离散系数∑/μ＜NLOS0时，判为LOS信道；当NLOS1＞样本离散系数∑/μ＞＝NLOS0时，判为准LOS信道；当样本离散系数∑/μ＞＝NLOS1时，判为NLOS信道。
上述方法，其中，所述的NLOS识别的步骤中两种先验数据的取值为NLOS0＝0.1；NLOS1＝0.2。
上述方法，其中，所述的移动台速度识别步骤为，c2-1、读取步骤b获取的电平通过率LCR；c2-2、将电平通过率LCR与先验数据相比较；c2-3、根据比较结果，估计出移动台的大致运动速度。
上述方法，其中，所述的移动台速度识别步骤中先验数据是实际测量得到的电平通过率LCR与移动台速度的对应关系。
上述方法，其中，所述的NLOS误差分布参数P的估计步骤为
c3-1、读取步骤b获取的散射体数据，并读取环境数据库中已经存储的、在次之前获取的、在空间上和这次环境数据采集位置接近的数据。
c3-2、根据最新的散射体数据，判断统计到的功率时延分布数量是否足够多，如果统计到的功率时延分布数量足够大，就估计NLOS误差分布参数P；如果统计到的功率时延分布数量不够多，将采集到的散射体数据缓存在环境数据库内，继续进行环境数据散射体数据的采集，直到足够多再进行NLOS误差分布参数P估计。
上述方法，其中，步骤d还包括启动上报上述环境数据的TDOA测量功能，利用其上报的TDOA对接收机进行位置估计，以该环境数据采集接收机的该粗略位置作为索引，把得到的NLOS误差分布参数P存入环境数据库中，供以后的移动台定位过程中进行NLOS误差抑制。
由于本发明采用了以上的技术方案，因此产生了很好的技术效果1、本发明所述移动台可以在基站控制器的控制下，自适应地对其所处环境的特征数据进行采集，并上报给移动台定位中心。对这些环境数据的利用可以有效地抑制NLOS误差对定位精度的影响。
2、本发明所述具有环境数据采集功能的移动台的特点是可以在系统正常运营过程中自适应地完所述环境数据的采集，从而保证了环境数据获取过程的简洁性和经济性，并保证了环境数据很好地适应环境的变化。
本发明的性能特征和优点可从以下实施例及其附图进一步描述。
附图1是现有技术CDMA移动台的接收机结构示意图。
附图2是本发明具有环境数据采集功能的移动台的结构示意图。
附图3是本发明具有环境数据采集功能的移动台一种实施例的结构示意图。
附图4是本发明移动台中资源管理模块的结构示意图。
附图5是本发明移动台中电平通过率统计单元示意图。
附图6是本发明移动台中样本离散系数统计单元示意图。
附图7是本发明移动台中散射体统计单元示意图。
附图8是本发明样本离散系数与NLOS/LOS信道的对应关系示意图。
附图9是本发明电平通过率与速度的关系示意图。
附图10是本发明电平通过率的估计方法示意图。
附图11是本发明中散射体统计方法示意图。
附图12是本发明环境数据采集方法流程图。
附图13是本发明一个实施例蜂窝移动台定位系统的布局示意图。
具体实施例方式
请参见图2。本发明具有环境数据采集功能的移动台，包括接收机模块20A，还包括环境数据采集模块20B。环境数据采集模块20B包括电平通过率LCR统计单元210、散射体统计单元209、样本离散系数统计单元208以及环境数据采集管理单元207；所述的电平通过率LCR统计单元210、散射体统计单元209、样本离散系数统计单元208的输出端分别与环境数据采集管理单元207连接；散射体统计单元209的输出与电平通过率LCR统计单元210连接；环境数据采集管理单元207的输出分别与电平通过率LCR统计单元210、散射体统计单元209、样本离散系数统计单元208连接，并与接收机模块20A双向连接；同时接收机模块20A的输出分别与电平通过率LCR统计单元210、散射体统计单元209、样本离散系数统计单元208连接。
请见图3，这是本发明具有环境数据采集功能的移动台的一个实施例。本发明所述的具有环境数据采集功能的移动台由接收机模块20A和环境数据采集模块20B两个基本模块组成。
接收机模块20A由射频前端201、A/D转换器202、RAKE接收和解码单元203、多径搜索单元206、TDOA测量单元204、资源管理模块205组成。其中的射频前端201、A/D转换器202、TAKE接收和解码单元203和TDOA测量单元204都是对现有CDMA接收机中相应单元的直接借用。
环境数据采集模块20B由环境数据采集管理单元207、样本离散系数统计单元208、散射体统计单元209、电平通过率估计单元210组成。
环境数据采集模块中的环境数据采集管理单元207根据管理模块205发来的命令，控制样本离散系数统计单元208、散射体统计单元209、电平通过率210的工作模式，如，控制电平通过率统计单元210的统计时间长度、控制散射体统计单元209连续统计的功率时延分布的个数、控制样本离散系数统计单元208统计的样本个数。环境数据采集管理单元207还完成对电平通过率210、散射体统计单元209、样本离散系数统计单元208输出数据的封装，然后上报给资源管理单元205，资源管理单元205再把这些采集到的环境数据通过发射模块上报给RNC或移动台定位中心。
请参阅图4。资源管理模块205由资源管理协议处理单元301、系统测量控制命令处理单元302、环境数据采集命令处理单元303、移动台切换用检测集存储单元304、与发射模块接口的单元305、空扰码确定单元306、与环境数据采集单元的接口单元307、与多径搜索单元的接口单元308组成。资源管理协议处理单元301根据协议规定对来自解码单元的码流进行分析，并根据分析的结果把相应的数据或控制命令传递给图3中的相应单元，如当资源管理协议处理单元识别出TDOA测量命令及其相应的辅助数据之后，便把这些辅助数据和命令一起送到系统测量命令处理单元系统测量控制命令处理单元302；当资源管理协议处理单元检测到环境数据采集命令后，便把相应的命令传递给环境数据采集命令处理单元303；当资源管理协议处理单元301检测到RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)下发的活动集后，便把这些数据传递给检测集存储单元304。与发射模块的接口单元305用于传递需要上报RNC(或移动台定位中心)的环境数据。空扰码确定单元306根据检测集存储单元304中存储的扰码，确定一个不属于检测集的扰码，这个扰码就是空扰码，空扰码通过与多径搜索单元的接口单元308送到多径搜索单元206，就可以利用空扰码较准确地提取出各个实际使用(可检测到的)扰码的背景噪声，这个背景噪声和实际使用的扰码获取的功率时延分布一起送到散射体统计单元209，用于确定径的检测门限THR1。与环境数据采集单元的接口单元307实现资源管理单元205与环境数据采集管理单元207之间的数据传输，如，发送给环境数据采集管理单元207环境数据采集命令并从环境数据采集管理单元207接收采集到的环境数据。
接收机模块中的多径搜索单元206除了按照检测集中给出的小区(扰码)进行多径搜索之外，还要按照资源管理模块中空扰码确定单元306给出的空扰码进行多径搜索，目的在于获取确定检测门限THR1所需要的背景噪声。多径搜索单元206获取的背景噪声送到环境数据采集模块中的散射体统计单元209。多径搜索单元206利用检测集中的扰码获取的功率时延分布被送到样本离散系数统计单元208；其中，多径搜索单元206利用服务小区扰码获取的功率时延分布被送到电平通过率LCR估计单元210。
请参阅图5。环境数据采集模块中的电平通过率估计单元210包括径判决单元401、径跟踪单元402、采样单元403、径功率/幅度存储单元404、径功率/幅度的均值估计单元405、电平通过率估计单元406；其中，径判决单元401接收散射体统计单元209送来的径检测门限THR1和多径搜索单元206送来的服务基站的功率时延分布。径跟踪单元402首先从多径搜索单元206送来的服务基站的功率时延分布上挑选出最强径，然后对这个最强径的出现位置进行跟踪，在跟踪的过程中并不关心该径是否仍然为最强径，只是利用THR1来判断这个最初为最强径的径是否存在，如果存在，就把径的位置输出给采样单元；如果不存在，就重新挑选一个最强径进行跟踪；采样单元403根据径跟踪单元402输出的径的位置，按照固定的时间间隔(如，几个毫秒)对这个径的幅度(或功率)进行采样，并依次把采样结果存入径功率(或幅度)存储单元404的不同存储地址内，这些采样数据构成了一个携带电平通过率信息的数字序列；径的功率(或幅度)均值估计单元405对径功率(或幅度)存储单元404内存储的数字序列估计均值，这个均值被电平通过率估计单元406作为判别电平通过的门限。电平通过率估计单元406根据采样单元403的采样时间和电平通过次数，估计出电平通过率并送到环境数据采集管理单元207。利用电平通过率估计移动台运动速度的原理如图9所示，图中801、804表示被径跟踪的单元402跟踪的某个径的衰落曲线，802、805表示801、804的均值，箭头803、806表示径功率(或幅度)(此处称之为电平)从低到高通过均值的位置。图10(a)表示移动台静止时由于径的衰落导致的电平通过率，图10(b)表示移动台运动时由于径的衰落导致的电平通过率。对比图10(a)和图10(b)中时间相同的时间区间(t1，t2)可以看出，移动台运动时的电平通过率高于移动台静止时的电平通过率。图11表示电平通过率估计单元406估计电平通过次数的原理，图中的901表示径功率(或幅度)存储单元404中存储的径功率(或幅度)的采样值构成的衰落曲线，902表示405估计得到的均值，903表示电平通过位置。第一步，在时间区间(t1，t2)上，电平通过率计算单元406以均值为门限，把曲线901上大于均值的功率(或幅度)取“1”，把曲线901上小于等于均值的功率(或幅度)取“0”，得到图9(b)表示的一个“0”(905)、“1”(904)序列；第二步，在时间区间(t1，t2)上，电平通过率计算单元406对“0”、“1”序列进行差分运算，并对差分为“1”的个数进行统计，就得到在时间区间(t1，t2)上电平通过率。
请参阅图6。环境数据采集模块中的样本离散系数统计单元208包括最强径识别单元501、最强径采样单元502、最强径功率(或幅度)存储单元503、均值估计单元504、标准差估计单元505、样本离散系数统计单元506组成。在环境数据采集管理单元207的管理下，最强径识别单元501从多径搜索单元206送来的每个功率时延分布206送来的功率时延分布是否经过非相干累加由资源管理单元205控制中挑选出一个最强径，并把该最强径的位置送到最强径采样单元502，最强径采样单元502根据最强径识别单元501送来的最强径位置信息，对最强径的功率(或幅度)进行采样，采样值送到最强径功率(或幅度)存储单元503加以缓存，缓存的最强径的个数由环境数据采集管理单元207控制，均值估计单元504和标准差估计单元505对最强径功率(或幅度)存储单元503中缓存的最强径样本估计均值和标准差，样本离散系数统计单元506根据均值估计单元504和标准差估计单元505的输出估计样本离散系数(即比值Sigma/Mu)。样本离散系数表示接收到的同一个径中直达波功率(或幅度)与反射波功率(或幅度)的比值，其物理意义如图8所示，图8中的曲线702表示莱斯衰落径的衰落曲线，701表示莱斯衰落径的衰落曲线的标准差，该标准差体现了径的反射分量的大小，703表示莱斯衰落曲线的均值，该均值体现了直达分量的大小；图8中的曲线705表示瑞利衰落径的衰落曲线，704表示瑞利衰落径的衰落曲线的标准差，该标准差体现了径的反射分量的大小；706表示瑞利衰落曲线的均值，该均值体现了直达分量的大小样。本离散系数是对是否存在直达径的一种度量，根据样本离散系数的大小可以确定信道是否为NLOS信道以及信道的NLOS程度。
请参阅图7。环境数据采集模块中的散射体统计单元209包括背景噪声存储单元601、功率时延分布存储单元602、均值Mu估计单元603、标准差Sigma估计单元604、径检测门限THR2估计单元605、散射体统计单元606、径检测门限THR1估计单元607组成。其中，空扰码获取的背景噪声存储单元601接收来自多径搜索单元206的背景噪声，均值Mu估计单元603和标准差Sigma估计单元604分别对背景噪声的均值Mu和标准差Sigma进行估计，径检测门限THR1估计单元607则根据背景噪声的具体分布来估计检测门限THR1，如，当背景噪声为正态分布时，THR1＝Mu1+k1*Sigma1，其中，Mu1表示由均值Mu估计单元603估计得到的用于估计THR1的均值，Sigma1表示由标准差Sigma估计单元604估计得到的用于估计THR1的标准差，k1为加权系数，k1的取值由径检测要求的虚警率决定。功率时延分布存储单元602接收来自多径搜索单元206输出的利用检测集中的扰码得到的功率时延分布(PDPPower Delay Profile)PDP1～PDPn，径检测门限THR2估计单元605在估计某个功率时延分布(PDP1～PDPn)的THR2之前，首先根据径检测门限THR1估计单元607输出的THR1判断该功率时延分布上是否存在幅度大于THR1的可检测径，如果不存在幅度大于THR1的可检测径，就不针对该功率时延分布估计THR2，如果该功率时延分布上存在幅度大于THR1的可检测径，就进行THR2估计。进行THR2估计的方法是在存在幅度大于THR1的可检测径的功率时延分布上，确定出第一个幅度大于THR1的径的位置P1-THR1，从此位置P1-THR1开始，到此位置之前的位置P-N(P1-THR1到P-N间的间隔为几个码片的宽度)，作为采用门限THR2的径检测的搜索窗，而从多径搜索单元206采用的搜索窗的起始位置到位置P-N之间的这段功率时延分布作为估计THR2的背景噪声，在确定了估计THR2需要的背景噪声取样位置之后，径检测门限THR2估计单元605采用与均值Mu估计单元603、标准差Sigma估计单元604、径检测门限THR1估计单元607类似的步骤来确定THR2，THR2＝Mu2+k2*Sigma2，区别在于由于搜索窗变小了，同样的虚警率要求较低的检测门限，因此，k2的取值要小于k1。散射体统计单元606根据径检测门限THR2估计单元605输出的检测门限THR2对功率时延分布存储单元602中存储的、存在幅度大于THR1的可检测径的功率时延分布进行散射体统计，散射体统计单元606的工作原理如图11所示。图11中的1006为多径搜索单元206送来的某个小区的扰码的功率时延分布，1005为径检测门限THR2估计单元605输出的检测门限THR2，1001为根据检测门限THR2判决出的首径，1002为散射体统计窗的起始位置，1003为散射体统计窗的结束位置，首径位置1001与散射体统计窗的起始位置1002间隔1个码片的宽度，散射体统计窗的起始位置1002与散射体统计窗的结束位置1003之间间隔(即散射体统计窗的宽度)为若干个码片，如10个码片，这个宽度对应的空间距离接近1000米。1004为散射体统计窗内检测到的一个径(对应一个在空间上可分辨的散射体)。在进行散射体统计时，散射体统计单元606根据径检测门限THR2估计单元605输出的检测门限THR2，在1002与1003构成的散射体统计窗宽度内，进行径判决并统计径的个数m，径的个数就是要统计的散射体的个数，散射体统计单元606根据小区扰码scr、信干比sir统计窗的窗宽w对散射体进行分类，得到分类后的m(scr，sir，W)，散射体统计单元606可以一次对同一个小区扰码的N个功率时延分布进行散射体统计，然后将散射体数据(m(scr，sir，W)，N)传递给资源管理模块205，由多径搜索单元206对其进行相应的封装。
环境数据采集模块获取的这些环境数据，包括用于NLOS/LOS识别的样本离散系数∑/μ、用于估计NLOS误差分布参数P的散射体数据(m(scr，sir，W)，N)、用于估计移动台运动速度的电平通过率LCR(Leve-Cross-Ratio)，环境数据采集管理单元207把这些数据按照一定的格式封装后传给资源管理模块205，这些环境数据在资源管理模块205的控制下，由移动台的发射模块经过空中接口传给RNC或移动台定位中心。
环境数据采集模块中样本离散系数统计单元208、散射体统计单元209、电平通过率估计单元210所实现的功能，其基本原理也可以应用于在基站上实现环境数据的采集。
如图12所示。采用本发明的装置进行环境数据采集方法包括4个基本步骤选择适当的具有环境数据采集功能的移动台(即带有环境数据采集功能的移动台)1101，启动环境数据采集1102，处理具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据1103，更新环境数据库。
步骤a，挑选出适当的具有环境数据采集功能的移动台1101。即根据蜂窝移动台定位系统更新(或初建)环境数据库的需要，选择一个(或多个)处于特定地理区域而且至少与一个基站成NLOS的具有环境数据采集功能的移动台。选择方法包括地理位置的选择和NLOS的挑选，地理位置的挑选方法是利用基站的RTT(Round Trip Time，往返时间)测量功能，由远及近或由近及远地对某个基站服务小区内的具有环境数据采集功能的移动台进行粗略定位，即挑选出与基站相距大约为(1/2)RTT*c(c是光速)的具有环境数据采集功能的移动台(带有环境数据采集功能的移动台)，这些具有环境数据采集功能的移动台处于与基站相距(1/2)RTT*c的一个圆形带内，带宽一般在几百米以内(如300米)。NLOS挑选方法为，对利用地理位置(RTT)挑选出的那些具有环境数据采集功能的移动台，逐个地启动他们的基本的(仅仅是获取用于NLOS识别的样本离散系数∑/μ)环境数据采集功能，获取用于NLOS识别的样本离散系数∑/μ，对具有环境数据采集功能的移动台上报的服务小区和相邻小区导频信号(对应不同的扰码)的∑/μ，判断具有环境数据采集功能的移动台与哪些小区的基站成NLOS状态(如果具有环境数据采集功能的移动台上报的∑/μ大于某个门限值，如，∑/μ＞0.3，就判为成NLOS状态)，挑选出那些至少与一个基站(服务基站或邻基站)程NLOS状态的具有环境数据采集功能的移动台进行步骤b的环境数据采集。
步骤b，启动环境数据采集1102。步骤b对步骤a挑选出的具有环境数据采集功能的移动台下发启动环境数据采集的命令，并同时下发相应的控制信息，如，控制电平通过率统计单元210的统计时间长度、控制散射体统计单元209连续统计的功率时延分布的个数、控制样本离散系数统计单元208统计的样本个数。在收到具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据∑/μ、(m(scr，sir，W)，N)、LCR(Leve-Cross-Ratio)，之后，步骤b结束，进入步骤c处理具有环境数据采集功能的移动台(移动台)上报的环境数据1103。虽然该步骤在启动控制散射体统计单元209的过程中下发了进行连续统计的功率时延分布的个数，但是，由于移动台的运动和其它因素的影响，散射体统计单元209实际能够统计的功率时延分布的个数不一定等于要求的个数，因此，在上报的(m(scr，sir，W)，N)中要包含实际统计的功率时延分布的个数N。
步骤c，处理具有环境数据采集功能的移动台(移动台)上报的环境数据1103。该步骤由3个子步骤组成步骤c11，NLOS识别；步骤c12，移动台速度识别；以及，步骤c13，NLOS误差分布参数P的估计。
其中，步骤c1，NLOS识别。包括c1-1、读取步骤b获取的样本离散系数；c1-2、将样本离散系数与先验数据NLOS0、NLOS1比较；这两种先验数据可能的取值为NLOS0＝0.1；NLOS1＝0.2；c1-3、当样本离散系数∑/μ＜NLOS0时，判为LOS信道；当NLOS1＞样本离散系数∑/μ＞＝NLOS0时，判为准LOS信道；当样本离散系数∑/μ＞＝NLOS1时，判为NLOS信道。
步骤c2，移动台速度识别。包括c2-1、读取步骤b获取的电平通过率LCR；
c2-2、将电平通过率LCR与先验数据相比较；将LCR与先验数据V0，V1，V2，...Vi，相比较，先验数据V0，V1，V2，...Vi，是实际测量得到的LCR与移动台速度的对应关系，如，当，V0＜＝LCR＜＝V1时，移动台的速度在0～10公里每小时之间，当，V1＜＝LCR＜＝V2时，移动台的速度在10～20公里每小时之间。
c2-3、根据电平通过率LCR与V0，V1，V2，...Vi的比较结果，估计出移动台的大致运动速度。
步骤c3，NLOS误差分布参数P的估计。包括c3-1、读取步骤b获取的散射体数据(m(scr，sir，W)，N)，并读取环境数据库中已经存储的、在次之前获取的、在空间上和这次环境数据采集位置接近(如小于300米，这个距离可以根据子步骤二获取的速度信息来估计)的数据(m1(scr，sir，W)，N1)、(m2(scr，sir，W)，N2)、...(mn-1(scr，sir，W)，Nn-1)；c3-2、根据最新的散射体数据，把最新的(m(scr，sir，W)，N)看作(mn(scr，sir，W)，Nn)，判断统计到的功率时延分布数量N1+N2+Nn-1+...+Nn是否足够多，如果统计到的功率时延分布数量足够大，如，N1+N2+Nn-1+...+Nn＞＝100，就按照公式(1)来估计NLOS误差分布参数P。如果统计到的功率时延分布数量不够多，就将采集到的(m(scr，sir，W)，N)缓存在环境数据库内，继续进行环境数据(m(scr，sir，W)，N)的采集，直到足够多再进行公式(1)的NLOS误差分布参数P估计。
P＝(m1(scr，sir，W)，+m2(scr，sir，W)+...+mn(scr，sir，W)/((N1+N2+...+Nn)*W)(1)式中，m1(scr，sir，W)，+m2(scr，sir，W)+...+mn(scr，sir，W))表示同一个导频信号的、具有相近信干比的各个功率时延分布上得到的散射体(径)的数量，W表示散射体统计窗的宽度。单位为码片。
步骤d，更新环境数据库1104。在步骤c获得NLOS误差分布参数P的估计值之后，转入环境数据库更新步骤，这一步完成对NLOS识别、速度估计的更新以及对误差分布参数P的更新。为了对误差分布参数P更新，还要启动上报上述环境数据的那个具有环境数据采集功能的移动台的TDOA测量功能，利用其上报的TDOA对其进行位置估计(此处进行的位置估计没有NLOS误差抑制措施，误差较大，大约在300米左右，但是，比NLOS误差分布参数P的适用空间范围要小，NLOS误差分布参数P的适用空间半径可达1000米左右)，以具有环境数据采集功能的移动台的这个粗略位置作为索引，把从公式(1)得到的NLOS误差分布参数P存入环境数据库中，供以后的移动台定位过程中进行NLOS误差抑制。
图13是一个基本的移动台定位系统，该系统由一个位于RNC1211的移动台定位中心(SMLC)1214，若干个受RNC1211控制的基站1202、1207、1212、1213，若干个具有通用移动台的各种基本功能的具有环境数据采集功能的移动台1204、1205、1209组成。图中的1201、1203、1206、1208、1210是分布在蜂窝网服务区内的散射体，这些散射体的存在使得移动台无法保证LOS信道，从而使得移动台定位精度显著降低。
配合参见图12。所述的环境数据采集过程由移动台定位中心1214通过RNC1211对移动台的控制功能实现。为了采集环境数据，移动台定位中心按照步骤a(1101)中的方法挑选出合适的具有环境数据采集功能的移动台1205；然后，按照步骤b(1102)来启动具有环境数据采集功能的移动台1205，移动台定位中心通过RNC接收环境数据库中移动台1205通过空中接口上报的环境数据∑/μ、(m(scr，sir，W)，N)、LCR；步骤c(1103)对∑/μ、(m(scr，sir，W)，N)、LCR进行所述的处理，获取移动台1205的速度估计、NLOS识别和根据公式(1)进行NLOS误差分布参数P的估计；在步骤d(1104)，完成对移动台1205的速度、移动台1205和各个基站的NLOS状态的更新，为了完成对环境数据库中移动台1205所处位置附近(即粗略位置)的NLOS误差分布参数P的更新，移动台定位中心1214通过RNC1211向移动台1205下发TDOA测量命令，然后，移动台定位中心1214利用环境数据库中移动台1205上报的TDOA测量值来估计1205的粗略位置(误差在300米左右)，以次为索引，更新环境数据库中的NLOS误差分布参数P。
在完成环境数据库的更新(或初建)之后，对于新的移动台定位请求，就可以利用该移动台所处的粗略位置(根据现有的没有经过NLOS误差矫正的TDOA测量进行位置估计得到)为索引，读取NLOS误差分布参数P，根据参数P和NLOS误差服从的概率密度函数来估计出NLOS误差(即图10中的1007)的均值和方差，利用NLOS误差的均值和方差来构造出具有NLOS误差抑制能力的位置估估计法，实现对NLOS误差的抑制，提高NLOS环境下移动台定位的精度。
本发明可以在系统正常运营过程中自适应地完所述环境数据的采集，从而保证了环境数据获取过程的简洁性和经济性，并保证了环境数据很好地适应环境的变化。
权利要求
1.具有环境数据采集功能的移动台，包括接收机模块，其特征在于，还包括环境数据采集模块；所述的环境数据采集模块包括电平通过率统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元以及环境数据采集管理单元；所述的电平通过率统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元的输出端分别与环境数据采集管理单元连接；散射体统计单元的输出与电平通过率统计单元连接；环境数据采集管理单元的输出分别与电平通过率统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接，并与接收机模块双向连接；同时接收机模块的输出分别与电平通过率统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接。
2.根据权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台，其特征在于，所述的接收机模块包括射频前端模块、A/D转换模块、瑞克接收机和解码单元、TDOA测量单元、资源管理模块、多径搜索单元；其中射频前端模块的输出信号输出到A/D转换模块，A/D转换模块的输出信号分别输出到瑞克接收机和解码单元及多径搜索单元，同时资源管理模块的输出信号传输到多径搜索单元，多径搜索单元的输出信号分别传输到瑞克接收机和解码单元、TDOA测量单元；所述环境数据采集模块中环境数据采集管理单元与接收机模块的资源管理模块双向连接；同时接收机模块的多径搜索单元的输出分别与环境数据采集模块的电平通过率统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元连接。
3.根据权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台，其特征在于所述的资源管理模块包括资源管理协议处理单元、与发送模块连接的接口模块、检测集存储单元、空扰码确定单元、与多径搜索单元连接的接口单元、环境数据采集命令处理单元、与环境数据采集单元连接的接口单元、以及系统测量控制命令处理单元；所述的资源管理协议处理单元接收来自接收机解码单元的信号经处理后分别输送到与发送模块连接的接口模块、检测集存储单元、环境数据采集命令处理单元、以及系统测量控制命令处理单元；从检测集存储单元输出的信号分别输出到空扰码确定单元和与多径搜索单元连接的接口单元，空扰码确定单元也将确定的空扰码信号输出到与多径搜索单元连接的接口单元；从环境数据采集命令处理单元输出的信号输出到与环境数据采集单元连接的接口单元。
4.根据权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台，其特征在于所述的电平通过率统计单元包括径判决单元、径跟踪单元、采样单元、径功率/幅度存储单元、径功率/幅度的均值估计单元、电平通过率估计单元；所述的径判决单元接收检测门限信号和服务基站的功率时延分布信号经判决后分别传输到径跟踪单元和采样单元；从采样单元输出到径功率/幅度存储单元；径功率/幅度存储单元分别输出到径功率/幅度的均值估计单元和电平通过率估计单元；同时径功率/幅度的均值估计单元亦输出到电平通过率估计单元，经估计后输出。
5.根据权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台，其特征在于所述的样本离散系数统计单元包括最强径识别单元、最强径采样单元、最强径径功率/幅度存储单元、均值估计单元、标准差估计单元、样本离散系数统计单元；所述的最强径识别单元接收多径搜索单元输出的功率时延分布信号经识别后输出到最强径采样单元，该最强径采样单元同时接收最强径识别单元输出的信号和径搜索单元输出的功率时延分布信号进行采样后输出到最强径径功率/幅度存储单元，该最强径径功率/幅度存储单元再分别输出到均值估计单元和标准差估计单元，经均值估计单元均值估计和标准差估计单元标准差估计后分别输出到样本离散系数统计单元。
6.根据权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台，其特征在于所述的散射体统计单元包括空扰码获取的背景噪声存储单元、功率时延分布存储单元、均值估计单元、标准差估计单元、第一径检测门限估计单元、第二径检测门限估计单元、散射体估计单元；所述的空扰码获取的背景噪声存储单元接收来自多径搜索单元的背景噪声信号分别传输到均值估计单元和标准差估计单元，经该两单元估计后送到第一径检测门限估计单元；从第一径检测门限估计单元输出的信号传至电平通过率统计单元，同时送至第二径检测门限估计单元；功率时延分布存储单元接收来自多径搜索单元的时延信号分别传输到第二径检测门限估计单元和散射体估计单元；第二径检测门限估计单元总和第一径检测门限估计单元、功率时延分布存储单元的信号经再次估计后传至散射体估计单元，经估计后输出至环境数据采集管理单元。
7.一种采用权利要求1所述的具有环境数据采集功能的移动台进行环境数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤a、根据蜂窝移动台定位系统更新环境数据库的需要，由网络控制器或移动台定位中心选择至少一个处于特定地理区域而且至少与一个基站成NLOS的具有环境数据采集功能的移动台；b、网络控制器或移动台定位中心向从步骤a挑选出的具有环境数据采集功能的移动台下发启动环境数据采集的命令和相应的控制信息，并接收具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据；c、由网络控制器或移动台定位中心向所选择的移动台下发启动环境数据采集的命令和相应的控制信息；所选择的移动台接收到所述命令及控制信息后，向所述网络控制器或移动台定位中心上报环境数据；d、网络控制器或移动台定位中心对上报的环境数据进行处理，更新环境数据库。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤a中所述的地理位置的选择方法是利用基站的地理位置测量功能，由远及近或由近及远地对某个基站服务小区内的具有环境数据采集功能的移动台进行粗略定位。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤a中所述的NLOS选择方法为对利用地理位置挑选出的那些具有环境数据采集功能的移动台，逐个地启动他们的基本的环境数据采集功能，获取用于NLOS识别的样本离散系数，由具有环境数据采集功能的移动台上报的服务小区和相邻小区导频信号的样本离散系数，判断具有环境数据采集功能的移动台与哪些小区的基站成NLOS状态，从而挑选出至少与一个基站呈NLOS状态的具有环境数据采集功能的移动台进行b步骤的环境数据采集。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤a中NLOS挑选方法中所述的NLOS状态为具有环境数据采集功能的移动台上报的样本离散系数大于某个门限值。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤b中所述的控制信息为控制电平通过率统计单元的统计时间长度、控制散射体统计单元连续统计的功率时延分布的个数、控制样本离散系数统计单元统计的样本个数。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤c所述的网络控制器或移动台定位中心处理具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据的过程包括NLOS识别、移动台速度识别和NLOS误差分布参数的估计。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的NLOS识别的步骤为c1-1、读取步骤b获取的样本离散系数，c1-2、将样本离散系数与先验数据NLOS0、NLOS1比较；c1-3、当样本离散系数＜NLOS0时，判为LOS信道；当NLOS1＞样本离散系数＞＝NLOS0时，判为准LOS信道；当样本离散系数＞＝NLOS1时，判为NLOS信道。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的NLOS识别的步骤中两种先验数据的取值为NLOS0＝0.1；NLOS1＝0.2。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的移动台速度识别步骤为，c2-1、读取步骤b获取的电平通过率；c2-2、将电平通过率与先验数据相比较；c2-3、根据比较结果，估计出移动台的大致运动速度。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的移动台速度识别步骤中先验数据是实际测量得到的电平通过率与移动台速度的对应关系。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的NLOS误差分布参数的估计步骤为c3-1、读取步骤b获取的散射体数据，并读取环境数据库中已经存储的、在次之前获取的、在空间上和这次环境数据采集位置接近的数据。c3-2、根据最新的散射体数据，判断统计到的功率时延分布数量是否足够多，如果统计到的功率时延分布数量足够大，就估计NLOS误差分布参数；如果统计到的功率时延分布数量不够多，将采集到的散射体数据缓存在环境数据库内，继续进行环境数据散射体数据的采集，直到足够多再进行NLOS误差分布参数估计。
18.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤d还包括启动上报上述环境数据的TDOA测量功能，利用其上报的TDOA对接收机进行位置估计，以该环境数据采集接收机的该粗略位置作为索引，把得到的NLOS误差分布参数存入环境数据库中，供以后的移动台定位过程中进行NLOS误差抑制。
全文摘要
本发明公开了一种具有环境数据采集功能的移动台及环境数据采集方法。移动台包括接收机模块，其特点是，还包括环境数据采集模块；该环境数据采集模块包括电平通过率LCR统计单元、散射体统计单元、样本离散系数统计单元以及环境数据采集管理单元；环境数据采集方法包括选择适当的具有环境数据采集功能的移动台、启动环境数据采集、处理具有环境数据采集功能的移动台上报的环境数据和更新环境数据库等步骤。移动台可自适应地对其所处环境的特征数据进行采集，并上报给移动台定位中心。从而有效地抑制NLOS误差对定位精度的影响，保证了环境数据很好地适应环境的变化。
文档编号H04M1/21GK1494340SQ0213765
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月28日 优先权日2002年10月28日
发明者刁心玺 申请人:华为技术有限公司