专利名称：基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法
技术领域：
本发明涉及一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，主要 适用于企业级无线通信专网技术，为企业提供定制的移动语音通讯、无线宽 带数据传输、移动指挥调度、人员定位跟踪、以及短信等服务。
背景技术：
应用于PHS (小灵通)无线市话通信领域的手机定位技术都是基于移动 用户位置归属寄存器(HLR)平台上开发的，定位精度仅能达到基站所覆盖 的范围，类似于GSM定位技术。由于PHS属微蜂窝数字通信体制，GSM属 大蜂窝数字通信体制，因此就定位准确度来讲，目前的PHS定位精度略优于 GSM。无论PHS还是GSM，除去GPS卫星定位等辅助手段外，二者目前均 没有量化的精确定位技术存在，当然也就不存在导航了。 PHS手机的定位速 度基本上就是按照手机完成基站注册与系统后台处理时间之和，通常为10 秒左右，如果遇到基站信道不足，速度还将更慢。发明内容本发明的主要目的就是为适应企业级无线通信市场的需求，特别是煤矿 无线通讯市场对矿工定位与导航救生的要求，取代传统的RFID射频卡定位 识别产品，克服其定位速度慢、定位精度差、定位识别漏点、系统功能单一 等诸多技术弊端，充分利用手机平台丰富强大的功能，实现以往RFID产品 无法实现的精确定位、导航救生、人员考勤等前沿技术，还可为未来儿童老 人病人等特殊定位服务终端的推广应用开辟全新的技术理念。为了达到上述目的，本发明提供一种基于小灵通技术的手机精确快速定 位与导航方法，包含以下步骤步骤l、手机位置注册与鉴权登记；步骤l.l、手机根据基站CSID和寻呼区的不同，主动向基站发起注册请步骤1.2、网络侧基站控制器回发验证加密随机码；步骤1.3、手机收到验证加密随机码后，根据本机的PSID和PIM卡中的鉴权码进行鉴权运算；步骤1.4、手机将计算结果再次上报基站，并通过控制器送到交换机； 步骤1.5、交换机进行反向鉴权运算，并与手机用户数据库做比对，判定手机用户注册的合法性，如非法则进行步骤1.6，如合法，则进行步骤1.7; 步骤1.6、视为登记无效，拒绝该手机的所有呼叫，以及相关网络操作； 步骤1.7、如合法则视为注册成功，并记录其登陆的基站CSID和PSID，作为后续定位的基础数据；步骤2、基站的漫游与切换；手机漫游是指用户处于非通话状态下在不同基站间的移动位置注册；手 机切换是指用户处于通话状态下从一个基站移动到另一个基站时的位置注册 与信道重新分配，同时应保证手机通话无缝不间断。手机漫游与切换必须同 时满足以下2个条件原有基站的信号强度必须低于给定阈值和新基站的信 号强度必须高于给定阈值。步骤2.1、当PHS手机移动到原基站的覆盖边缘时，在原基站和手机之 间的无线链路的信号质量将变坏，当这种信号质量变坏的情况被当前的原基 站检测到时，原基站将命令手机进行切换；步骤2.2、当这种信号质量变坏的情况被手机检测到时，手机将发送重新 分配业务信息的请求到原基站；步骤2.3、原基站接到手机的请求后，命令手机进行切换；步骤2.4、当手机接到原基站发出的要求切换的命令之后，手机就寻找新 的基站进行切换；步骤2.5、当新基站控制信号的场强高于给定阈值时，手机即找到适合的 切换新基站，它就发出建立和连接信息请求到这个新的基站；基站和手机都可以发起切换，触发切换的条件是通信信道的误帧率高于 门限值，或接收电平低于门限值。当手机接到基站发出的要求切换的命令之 后，或者是手机要主动切换，手机就寻找新的基站，发起新的呼叫要求切换， 切换成功后释放原基站，在手机交换基站的同时，它也就完成了新基站的位置登记与定位上报的注册流程；步骤3、手机的主被呼叫与挂机； 步骤3.1、挂机定位处理；在标准的PHS空口协议基础上，手机通话状态下，主动挂机和被动挂机 时，除了正常向基站发送拆链请求外，同时并发一条当前的位置登记消息， 跟随释放空中业务信道；由于PHS手机在待机状态下不与基站进行通信，因 此，为了确认手机上次通话结束时的位置消息，必须增加这个补充流程；步骤3.2、主被呼叫定位处理；手机在主动呼叫时必须上发信道建链请求，因此，即可实现主动上报定 位；手机在处于被叫状态下，交换机需对每个基站控制器的不同基站进行被 叫手机的寻呼，直至手机应答，如手机恢复则定位登记随之完成，如无应答， 则判手机关机或不在服务区无法定位；手机通话期间，基站可实时判别主被 叫手机的业务信道占用位置，即可实时完成定位登记，如此期间手机越区切 换，系统需要按照基站的接入位置重新分配信道，因此，也可识别手机新的 注册位置；步骤3.3、虚拟呼叫定位处理；步骤3.3.1、判断手机与系统是否处于正常呼叫流程，若是，进行步骤 3.3.2，若否，进行步骤步骤3.3.7;步骤3.3.2、基站用户侧与系统网络侧互发送SETUP消息，请求建立呼 叫，用户进入呼叫起始状态，SETUP消息里包含了主被叫用户号码、注册基 站位置等定位信息；步骤3.3.3、用户侧与网络侧确定所请求呼叫业务合法且资源可用，则基 站与系统互发CALL PROC消息来表示正在处理该呼叫，并进入呼出进程状 态，同时向基站发送鉴权请求；步骤3.3.4、网络侧产生随机鉴权码，向基站发送鉴权请求；用户侧经过 鉴权计算正确，基站向系统发送鉴权成功响应；步骤3.3.5、系统接收到被叫用户激活的指示后，网络侧向基站发送 ALEITING消息，并进入呼叫递交状态；用户收到呼叫被接受的指示后，网 络侧向基站发送CONNECT消息，并进入运行状态；步骤3.3.6、被叫手机振铃，基站向网络侧发送ALERTING消息，主叫手机开始听回音铃；被叫手机摘机，发送CONNECT消息；网络侧发送 CONNECT ACK消息响应，用户开始通话，结束步骤流程；步骤3.3.7、系统向基站发送虚拟呼叫SETUP消息，用户进入呼叫呈现 状态；步骤3.3.8、基站根据手机向系统回发的SETUP消息，请求建立虚拟呼 叫，SETUP消息里包含被叫用户鉴权号码、基站位置信息等定位消息，用户 进入呼叫起始状态；步骤3.3.9、基站控制器根据网络侧SETUP消息里的虚拟呼叫识别帧， 确认此次呼叫为失败或无效呼叫，因此，执行呼叫拆链，呼叫建立被拒绝；步骤3.3.10、网络侧向基站发送呼叫释放完成消息并拒绝呼叫，同时向 基站发送STOP PAGING消息停止寻呼，基站则向手机发送RELEASE COMP,呼叫被拒绝，手机则不产生振铃、听回铃音、摘挂机等操作，维持 原状态不变，即通过系统后台虚拟呼叫，完成了一次网络侧向用户侧发起的 主动定位查询流程，结束步骤流程；步骤4、手机快速定位处理；步骤4.1、链路信道建立阶段，发生在控制时隙上； 步骤4.1.1、手机完成基站突发同步脉冲的接收；步骤4丄2、手机确立与基站的同步收发时隙，同时，手机会在指配的信 道上发送应答同步突发脉冲给基站；步骤4丄3、 二者同步突发脉冲互通，手机和基站在空口通信时隙上己建 立物理层链路；步骤4.2、业务信道建立阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.2.1、手机发送SABM和UA信令，使手机和基站建立在通信时隙上的多帧传输模式；步骤4.2.2、手机在SCCH信道上发送链路信道的建立请求消息，基站收 到后搜索是否有可用的信道,若有，进行步骤步骤4.2.3，若无，进行步骤4.2.4;步骤4.2.3、基站回链路信道指配消息，包括有信道的频点和时隙的位置等.步骤4.2.4、基站回链路信道拒绝消息，附加拒绝原因； 步骤4.3、网络通信阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.3.1、手机发送SETUP消息，主要包含有信道承载能力、位置注册信息、用户鉴权号码等信息单元；步骤4.3.2、基站分析/识别手机认证后，再把消息发送给交换机；步骤4.3.3、网络侧回Call Proceeding消息，通知手机系统已经开始处理SETUP消息；步骤4.3.4、手机收到Call Proceeding消息，触发鉴权过程； 步骤4.3.4.K发送Encryption key set消息，将自己的密钥传给系统； 歩骤4.3.4.2、网络侧通过Authentication request消息，将产生的随机数 下发到手机；步骤4.3.4.3、手机进行加密，并将加密结果通过Authentication response消息由基站返回网络侧；步骤4.3.5、鉴权结束后，BS和PS发DISC禾卩UA，释放FACCH;步骤5、精确定位；步骤5.1、建立精确定位传输信道；在原PHS空口协议RCR-STD28的基础上，为手机精确定位所需的RSSI 场强消息上报，单独设计了 1条协议消息，当手机处于通话或待机状态下， 它随手机位置注册或定位登记的流程一同上报基站；同时，网络侧的基站控 制器与交换机都将为其建立特殊的传输信道，直至定位处理的服务器；为提 高精确定位的速度，该传输信道采用了精确定位数据提前上报的流程，即不 等手机完整的注册流程完成，只要检测到该消息到达，则立刻上传，其它消 息将并行后续处理；步骤5.2、对精确定位的原始采集数据即基站接收场强RSSI进行计量误差分析；RSSI的误差主要来源于环境误差，即多径反射、不规则障碍物遮挡等， 从矿井大量实测的RSSI数据分析，可得到其明显的分布特征，即正负双 向误差均匀分布，粗大误差比细小误差出现的概率小，误差振荡有明显的定 界性，误差统计次数增加误差平均值趋于零；因此，不难得出手机的RSSI 数据测量误差具备正态分布(高斯分布)的一切主要特征，所以可以将其归 属为高斯噪声误差，对于此类误差目前最好的处理办法就是均值，法；步骤5.2.1、对单位时间内的测量结果进行算数平均处理1/n^ xi= 7(最佳值);步骤5.2.2、当统计独立的多元变量构成理想线性函数关系时，应有 yi=kilxl+ki2x2+ki3x3+......+kimxm，当测量结果引入噪声后，上式则可表示为yi+si=kilxl+ki2x2+ki3x3+......+kimxm;步骤5.2.3、根据最小二乘法的定义，则应有<formula>formula see original document page 14</formula>;步骤5.2.4、求解步骤5.2.3中的方程组，则可得到理想线性方程中的各 项变量系数kin;步骤5.3、精确定位；步骤5.3.1、设手机的基站场强采样时间g与手机精确定位状态Ti之间的理 想数学模型为<formula>formula see original document page 14</formula>式中的a、 p为待定的最佳拟合方程特征参数，由于手机历史测量数据中 存在噪声误差，所以，实测信息的误差方程组应为Tii+Vi=a+p^ i=l、 2、 3、 ......、 n;步骤5.3.2、根据最小二乘法的定义有；|[Vi2]=min，即手机实际定位状 态与最佳拟合的理想取值之间的方差和最小;步骤5.3.3、定义两个高斯求和运算符号，艮口<formula>formula see original document page 14</formula>步骤5.3.4、由<formula>formula see original document page 14</formula>，对该式展开计算求和，则可得<formula>formula see original document page 14</formula>根据函数取极值的条件，应有<formula>formula see original document page 14</formula>;3[v2]/邻2(3R2]+2ara - 2[^]=0 ;对上面二式进行整理，可得到求解最小二乘直线拟合特征参量的方程组为na+P[《Hr!];经过解算可得a=^-pf; (3=S^VSg;式中的S&为采样时间与定位状态之间的协方差和，S^为采样时间的均 方差和，即有2s^r股J)(r^)] 一[Tl]/n-n,/n+nf ,]画J ^Sg=[g J )2] _ =[切-2[—^ ]+J 2 ，]-J 2 =欧-l顺2 ;又因f呵g]/n和7呵Ti]/n，所以，解算a与(3的全部未知项均已获得，因此， 最小二乘拟合的精确定位方程为rra+P^于是通过给定内插或外推的时间，便可获得所需的各个时刻的手机定位状态； 步骤6、导航信息的收发与处理；步骤6.1、系统根据手机用户上报的定位消息，即CSID、 PSID、以及距离基站的精确位置信息，按照系统编程预置的路线和用户类别，分别将下 一时刻手机用户的理论运动方向或基站位置，以短信方式自动下传手机；步骤6.2、手机收到导航数据后，按照预置的网络位置地图信息，以当前 本机所处位置为中心点在手机屏幕上绘制区域电子地图，并标注导航运动方 向，以及其它相关导航信息。本发明的提供了一种独创的PHS手机快速定位处理方法与配套的协议 流程，在手机测量基站场强数据基础上提出了一种全新的实用的精确定位算法，设计了一种简易便捷的手机导航。实际应用于矿井无线通讯与人员定位市场，相比传统的RFID人员定位系统无论从定位采集速度、目标定位精度、应急导航救生、无线考勤、以及移动语音通讯与调度等系统整体功能上，都具有其无法比拟的划时代的技术革命意义。特别是基于PHS技术的手机精确 定位算法研究和在矿井定向覆盖中的应用，为今后手机自主精确定位的推广 进行了有益的技术尝试，是目前PHS通信领域的一项技术首创。
图1是本发明提供的一种基于小灵通技术的手机精确快速定位于导航方 法的流程图。
具体实施方式
以下根据图l，具体说明本发明的较佳实施方式如图1所示，本发明提供一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导 航方法，包含以下步骤步骤l、手机位置注册与鉴权登记；步骤l.l、手机根据基站CSID和寻呼区的不同，主动向基站发起注册请求；步骤1.2、网络侧基站控制器回发验证加密随机码；步骤1.3、手机收到验证加密随机码后，根据本机的PSID和PIM卡中的 鉴权码进行鉴权运算；步骤1.4、手机将计算结果再次上报基站，并通过控制器送到交换机；步骤1.5、交换机进行反向鉴权运算，并与手机用户数据库做比对，判定 手机用户注册的合法性，如非法则进行步骤1.6，如合法，则进行步骤1.7;步骤1.6、视为登记无效，拒绝该手机的所有呼叫，以及相关网络操作；步骤1.7、如合法则视为注册成功，并记录其登陆的基站CSID和PSID， 作为后续定位的基础数据；步骤2、基站的漫游与切换；手机漫游是指用户处于非通话状态下在不同基站间的移动位置注册；手 机切换是指用户处于通话状态下从一个基站移动到另一个基站时的位置注册与信道重新分配，同时应保证手机通话无缝不间断。手机漫游与切换必须同 时满足以下2个条件原有基站的信号强度必须低于给定阈值和新基站的信 号强度必须高于给定阈值。步骤2.1、当PHS手机移动到原基站的覆盖边缘时，在原基站和手机之 间的无线链路的信号质量将变坏，当这种信号质量变坏的情况被当前的原基站检测到时，原基站将命令手机进行切换；步骤2.2、当这种信号质量变坏的情况被手机检测到时，手机将发送重新分配业务信息的请求到原基站；步骤2.3、原基站接到手机的请求后，命令手机进行切换；步骤2.4、当手机接到原基站发出的要求切换的命令之后，手机就寻找新的基站进行切换；步骤2.5、当新基站控制信号的场强高于给定阈值时，手机即找到适合的 切换新基站，它就发出建立和连接信息请求到这个新的基站；基站和手机都可以发起切换，触发切换的条件是通信信道的误帧率高于 门限值，或接收电平低于门限值。当手机接到基站发出的要求切换的命令之 后，或者是手机要主动切换，手机就寻找新的基站，发起新的呼叫要求切换， 切换成功后释放原基站，在手机交换基站的同时，它也就完成了新基站的位 置登记与定位上报的注册流程；步骤3、手机的主被呼叫与挂机；步骤3.1、挂机定位处理；在标准的PHS空口协议基础上，手机通话状态下，主动挂机和被动挂机 时，除了正常向基站发送拆链请求外，同时并发一条当前的位置登记消息， 跟随释放空中业务信道；由于PHS手机在待机状态下不与基站进行通信，因 此，为了确认手机上次通话结束时的位置消息，必须增加这个补充流程；步骤3.2、主被呼叫定位处理；手机在主动呼叫时必须上发信道建链请求，因此，即可实现主动上报定 位；手机在处于被叫状态下，交换机需对每个基站控制器的不同基站进行被 叫手机的寻呼，直至手机应答，如手机恢复则定位登记随之完成，如无应答， 则判手机关机或不在服务区无法定位；手机通话期间，基站可实时判别主被 叫手机的业务信道占用位置，即可实时完成定位登记，如此期间手机越区切换，系统需要按照基站的接入位置重新分配信道，因此，也可识别手机新的注册位置；步骤3.3、虚拟呼叫定位处理；步骤3.3.1、判断手机与系统是否处于正常呼叫流程，若是，进行步骤 3.3.2，若否，进行步骤步骤3.3.7;步骤3.3.2、基站用户侧与系统网络侧互发送SETUP消息，请求建立呼 叫，用户进入呼叫起始状态，SETUP消息里包含了主被叫用户号码、注册基 站位置等定位信息；步骤3.3.3、用户侧与网络侧确定所请求呼叫业务合法且资源可用，则基 站与系统互发CALL PROC消息来表示正在处理该呼叫，并进入呼出进程状 态，同时向基站发送鉴权请求；步骤3.3.4、网络侧产生随机鉴权码，向基站发送鉴权请求；用户侧经过 鉴权计算正确，基站向系统发送鉴权成功响应；步骤3.3.5、系统接收到被叫用户激活的指示后，网络侧向基站发送 ALEITING消息，并进入呼叫递交状态；用户收到呼叫被接受的指示后，网 络侧向基站发送CONNECT消息，并进入运行状态；步骤3.3.6、被叫手机振铃，基站向网络侧发送ALERTING消息，主叫 手机开始听回音铃；被叫手机摘机，发送CONNECT消息；网络侧发送 CONNECT ACK消息响应，用户开始通话，结束步骤流程；步骤3.3.7、系统向基站发送虚拟呼叫SETUP消息，用户进入呼叫呈现 状态；步骤3.3.8、基站根据手机向系统回发的SETUP消息，请求建立虚拟呼 叫，SETUP消息里包含被叫用户鉴权号码、基站位置信息等定位消息，用户 进入呼叫起始状态；步骤3.3.9、基站控制器根据网络侧SETUP消息里的虚拟呼叫识别帧， 确认此次呼叫为失败或无效呼叫，因此，执行呼叫拆链，呼叫建立被拒绝；步骤3.3.10、网络侧向基站发送呼叫释放完成消息并拒绝呼叫，同时向 基站发送STOP PAGING消息停止寻呼，基站则向手机发送RELEASE COMP，呼叫被拒绝，手机则不产生振铃、听回铃音、摘挂机等操作，维持 原状态不变，即通过系统后台虚拟呼叫，完成了一次网络侧向用户侧发起的主动定位査询流程，结束步骤流程； 步骤4、手机快速定位处理；步骤4.1、链路信道建立阶段，发生在控制时隙上； 步骤4丄1、手机完成基站突发同步脉冲的接收；步骤4丄2、手机确立与基站的同步收发时隙，同时，手机会在指配的信 道上发送应答同步突发脉冲给基站；步骤4丄3、 二者同步突发脉冲互通，手机和基站在空口通信时隙上已建 立物理层链路；步骤4.2、业务信道建立阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.2.1、手机发送SABM和UA信令，使手机和基站建立在通信时隙上的多帧传输模式；步骤4.2.2、手机在SCCH信道上发送链路信道的建立请求消息，基站收 到后搜索是否有可用的信道，若有，进行步骤步骤4.2.3，若无，进行步骤4.2.4;步骤4.2.3、基站回链路信道指配消息，包括有信道的频点和时隙的位置步骤4.2.4、基站回链路信道拒绝消息，附加拒绝原因；步骤4.3、网络通信阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.3.1、手机发送SETUP消息，主要包含有信道承载能力、位置注 册信息、用户鉴权号码等信息单元；步骤4.3.2、基站分析/识别手机认证后，再把消息发送给交换机；步骤4.3.3、网络侧回Call Proceeding消息，通知手机系统已经开始处理 SETUP消息；步骤4.3.4、手机收到Call Proceeding消息，触发鉴权过程； 步骤4.3.4.1、发送Encryption key set消息，将自己的密钥传给系统； 步骤4.3.4.2、网络侧通过Authentication request消息，将产生的随机数 下发到手机；步骤4.3.4.3、手机进行加密，并将加密结果通过Authentication response消息由基站返回网络侧；步骤4.3.5、鉴权结束后，BS和PS发DISC禾tl UA，释放FACCH; 步骤5、精确定位；步骤5.1、建立精确定位传输信道；在原PHS空口协议RCR-STD28的基础上，为手机精确定位所需的RSSI 场强消息上报，单独设计了l条协议消息，当手机处于通话或待机状态下， 它随手机位置注册或定位登记的流程一同上报基站；同时，网络侧的基站控 制器与交换机都将为其建立特殊的传输信道，直至定位处理的服务器；为提 高精确定位的速度，该传输信道采用了精确定位数据提前上报的流程，即不 等手机完整的注册流程完成，只要检测到该消息到达，则立刻上传，其它消 息将并行后续处理；步骤5.2、对精确定位的原始采集数据即基站接收场强RSSI进行计量误差分析；RSSI的误差主要来源于环境误差，即多径反射、不规则障碍物遮挡等， 从矿井大量实测的RSSI数据分析，可得到其明显的分布特征，即正负双 向误差均匀分布，粗大误差比细小误差出现的概率小，误差振荡有明显的定 界性，误差统计次数增加误差平均值趋于零；因此，不难得出手机的RSSI 数据测量误差具备正态分布(高斯分布)的一切主要特征，所以可以将其归 属为高斯噪声误差，对于此类误差目前最好的处理办法就是均值，法；步骤5.2.1、对单位时间内的测量结果进行算数平均处理l/n'=i xi= i (最佳值);步骤5.2.2、当统计独立的多元变量构成理想线性函数关系时，应有 yi=kilxl+ki2x2+ki3x3+......+kimxm，当测量结果引入噪声后，上式则可表示为yi+si=kilxl+ki2x2+ki3x3+......十kimxm;步骤5.2.3、根据最小二乘法的定义，则应有<formula>formula see original document page 20</formula>步骤5.2.4、求解步骤5.2.3中的方程组，则可得到理想线性方程中的各 项变量系数kin;步骤5.3、精确定位；步骤5.3.1、设手机的基站场强采样时间g与手机精确定位状态ri之间的理 想数学模型为<formula>formula see original document page 20</formula>T(2 =Ot + (3 《2 ;式中的a、 p为待定的最佳拟合方程特征参数，由于手机历史测量数据中存在噪声误差，所以，实测信息的误差方程组应为T(i+V产a+^i， i=l、 2、3、 ......、 n;步骤5.3.2、根据最小二乘法的定义有|][Vi2]=min，即手机实际定位状 态与最佳拟合的理想取值之间的方差和最小,' 步骤5.3.3、定义两个高斯求和运算符号，艮口[a]='=i ai] ;"=[a]/n ;力 1 [ab]='=i aibi] ;a6=[ab]/n ;步骤5.3.4、由于'='vi2]='=i a+P^-Tii]2，对该式展开计算求和，则可得 [v2]=[ri2]+p2g2]+2aP[《]+na2-2a[Ti]-2(3[^i];根据函数取极值的条件，应有 =2肌+2附]-2[T1]=0 ;一2]/邻=2卩[《2]+20^] - 2[&]=0 ;对上面二式进行整理，可得到求解最小二乘直线拟合特征参量的方程组为not+ ];经过解算可得a=^-p^ ; P=S^l/Sg;式中的S《ri为采样时间与定位状态之间的协方差和，Sg为采样时间的均 方差和，即有2s^h(^)("國"]—[ri]/n画n^]/n+nf=她J ^ ,]-l/n[咖；<formula>formula see original document page 22</formula>;又因f呵g]/n和74Ti]/n，所以，解算a与p的全部未知项均己获得，因此， 最小二乘拟合的精确定位方程为T^a+P^于是通过给定内插或外推的时间， 便可获得所需的各个时刻的手机定位状态；步骤6、导航信息的收发与处理；步骤6.1、系统根据手机用户上报的定位消息，即CSID、 PSID、以及距离基站的精确位置信息，按照系统编程预置的路线和用户类别，分别将下 一时刻手机用户的理论运动方向或基站位置，以短信方式自动下传手机；步骤6.2、手机收到导航数据后，按照预置的网络位置地图信息，以当前 本机所处位置为中心点在手机屏幕上绘制区域电子地图，并标注导航运动方 向，以及其它相关导航信息。本发明的提供了一种独创的PHS手机快速定位处理方法与配套的协议 流程，在手机测量基站场强数据基础上提出了一种全新的实用的精确定位算 法，设计了一种简易便捷的手机导航。实际应用于矿井无线通讯与人员定位 市场，相比传统的RFID人员定位系统无论从定位采集速度、目标定位精度、 应急导航救生、无线考勤、以及移动语音通讯与调度等系统整体功能上，都 具有其无法比拟的划时代的技术革命意义。特别是基于PHS技术的手机精确 定位算法研究和在矿井定向覆盖中的应用，为今后手机自主精确定位的推广 进行了有益的技术尝试，是目前PHS通信领域的 一项技术首创。
权利要求
1.一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其特征在于，包含以下步骤步骤1、手机位置注册与鉴权登记；步骤2、基站的漫游与切换；步骤3、手机的主被呼叫与挂机；步骤4、手机快速定位处理；步骤5、精确定位；步骤6、导航信息的收发与处理。
2. 如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，步骤l包含以下步骤步骤l.l、手机根据基站CSID和寻呼区的不同，主动向基站发起注 册请求；步骤1.2、网络侧基站控制器回发验证加密随机码；步骤1.3、手机收到验证加密随机码后，根据本机的PSID和PIM卡 中的鉴权码进行鉴权运算；步骤1.4、手机将计算结果再次上报基站，并通过控制器送到交换机;步骤1.5、交换机进行反向鉴权运算，并与手机用户数据库做比对， 判定手机用户注册的合法性，如非法则进行步骤1.6，如合法，则进行步 骤1.7;步骤1.6、视为登记无效，拒绝该手机的所有呼叫，以及相关网络操步骤1.7、如合法则视为注册成功，并记录其登陆的基站CSID和 PSID，作为后续定位的基础数据。
3. 如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，步骤2包含以下步骤步骤2.1、当PHS手机移动到原基站的覆盖边缘时，在原基站和手机 之间的无线链路的信号质量将变坏，当这种信号质量变坏的情况被当前的 原基站检测到时，原基站将命令手机进行切换；步骤2.2、当这种信号质量变坏的情况被手机检测到时，手机将发送 重新分配业务信息的请求到原基站；步骤2.3、原基站接到手机的请求后，命令手机进行切换；步骤2.4、当手机接到原基站发出的要求切换的命令之后，手机就寻 找新的基站进行切换；步骤2.5、当新基站控制信号的场强高于给定阈值时，手机即找到适 合的切换新基站，它就发出建立和连接信息请求到这个新的基站。
4. 如权利要求3所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，基站和手机都可以发起切换，触发切换的条件是通信信道的误 帧率高于门限值，或接收电平低于门限值，当手机接到基站发出的要求切 换的命令之后，或者是手机要主动切换，手机就寻找新的基站，发起新的 呼叫要求切换，切换成功后释放原基站，在手机交换基站的同时，它也就 完成了新基站的位置登记与定位上报的注册流程。
5. 如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤3包含以下步骤步骤3.1、挂机定位处理；在标准的PHS空口协议基础上，手机通话状态下，主动挂机和被动 挂机时，除了正常向基站发送拆链请求外，同时并发一条当前的位置登记 消息，跟随释放空中业务信道；步骤3.2、主被呼叫定位处理；手机在处于被叫状态下，交换机需对每个基站控制器的不同基站进行 被叫手机的寻呼，直至手机应答，如手机恢复则定位登记随之完成，如无 应答，则判手机关机或不在服务区无法定位；手机通话期间，基站可实时 判别主被叫手机的业务信道占用位置，即可实时完成定位登记，如此期间 手机越区切换，系统需要按照基站的接入位置重新分配信道，因此，也可 识别手机新的注册位置；步骤3.3、虚拟呼叫定位处理。
6. 如权利要求5所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤3.3包含以下步骤步骤3.3.1、判断手机与系统是否处于正常呼叫流程，若是，进行步骤3.3.2，若否，进行步骤步骤3.3.7;步骤3.3.2、基站用户侧与系统网络侧互发送SETUP消息，请求建立 呼叫，用户进入呼叫起始状态，SETUP消息里包含了主被叫用户号码、 注册基站位置等定位信息；步骤3.3.3、用户侧与网络侧确定所请求呼叫业务合法且资源可用， 则基站与系统互发CALLPROC消息来表示正在处理该呼叫，并进入呼出 进程状态，同时向基站发送鉴权请求；步骤3.3.4、网络侧产生随机鉴权码，向基站发送鉴权请求；用户侧 经过鉴权计算正确，基站向系统发送鉴权成功响应；步骤3.3.5、系统接收到被叫用户激活的指示后，网络侧向基站发送 ALEITING消息，并进入呼叫递交状态；用户收到呼叫被接受的指示后， 网络侧向基站发送CONNECT消息，并进入运行状态；步骤3.3.6、被叫手机振铃，基站向网络侧发送ALERTING消息，主 叫手机开始听回音铃；被叫手机摘机，发送CONNECT消息；网络侧发 送CONNECT ACK消息响应，用户开始通话，结束步骤流程；步骤3.3.7、系统向基站发送虚拟呼叫SETUP消息，用户进入呼叫呈 现状态；步骤3.3.8、基站根据手机向系统回发的SETUP消息，请求建立虚拟 呼叫，SETUP消息里包含被叫用户鉴权号码、基站位置信息等定位消息， 用户进入呼叫起始状态；步骤3.3.9、基站控制器根据网络侧SETUP消息里的虚拟呼叫识别帧， 确认此次呼叫为失败或无效呼叫，因此，执行呼叫拆链，呼叫建立被拒绝；步骤3.3.10、网络侧向基站发送呼叫释放完成消息并拒绝呼叫，同时 向基站发送STOP PAGING消息停止寻呼，基站则向手机发送RELEASE COMP，呼叫被拒绝，手机则不产生振铃、听回铃音、摘挂机等操作，维 持原状态不变，即通过系统后台虚拟呼叫，完成了一次网络侧向用户侧发 起的主动定位查询流程，结束步骤流程。
7.如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤4包含以下步骤步骤4.1、链路信道建立阶段，发生在控制时隙上；步骤4.2、业务信道建立阶段，发生在业务通信时隙上； 步骤4.3、网络通信阶段，发生在业务通信时隙上。
8. 如权利要求7所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤4.1包含以下步骤步骤4丄1、手机完成基站突发同步脉冲的接收；步骤4丄2、手机确立与基站的同步收发时隙，同时，手机会在指配 的信道上发送应答同步突发脉冲给基站；步骤4丄3、 二者同步突发脉冲互通，手机和基站在空口通信时隙上 已建立物理层链路。
9. 如权利要求7所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤4.2包含以下步骤步骤4.2.1、手机发送SABM和UA信令，使手机和基站建立在通信时隙上的多帧传输模式；步骤4.2.2、手机在SCCH信道上发送链路信道的建立请求消息，基 站收到后搜索是否有可用的信道，若有，进行步骤步骤4.2.3，若无，进 行步骤4.2.4;步骤4.2.3、基站回链路信道指配消息，包括有信道的频点和时隙的 位置等；步骤4.2.4、基站回链路信道拒绝消息，附加拒绝原因。
10. 如权利要求7所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤4.3包含以下步骤步骤4.3.1、手机发送SETUP消息，主要包含有信道承载能力、位置注册信息、用户鉴权号码等信息单元；步骤4.3.2、基站分析/识别手机认证后，再把消息发送给交换机； 步骤4.3.3、网络侧回Call Proceeding消息，通知手机系统已经开始处理SETUP消息；步骤4.3.4、手机收到Call Proceeding消息，触发鉴权过程；步骤4.3.5、鉴权结束后，BS和PS发DISC和UA，释放FACCH。
11. 如权利要求10所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法， 其特征在于，所述的步骤4.3.4包含以下步骤步骤4.3.4.1、发送Encryption key set消息，将自己的密钥传给系统； 步骤4.3.4.2、网络侧通过Authentication request消息，将产生的随机 数下发到手机；步骤4.3.4.3、手机进行加密，并将加密结果通过Authentication response消息由基站返回网络侧。
12. 如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤5包含以下步骤步骤5.1、建立精确定位传输信道；在原PHS空口协议RCR-STD28的基础上，当手机处于通话或待机 状态下，它随手机位置注册或定位登记的流程一同上报基站；同时，网络 侧的基站控制器与交换机都将为其建立特殊的传输信道，直至定位处理的 服务器；为提高精确定位的速度，该传输信道采用了精确定位数据提前上 报的流程，即不等手机完整的注册流程完成，只要检测到该消息到达，则 立刻上传，其它消息将并行后续处理；步骤5.2、对精确定位的原始采集数据即基站接收场强RSSI进行计 量误差分析；步骤5.3、精确定位。
13. 如权利要求12所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法， 其特征在于，所述的步骤5.2包含以下步骤 f步骤5.2.1、对单位时间内的测量结果进行算数平均处理1/n^ xi = f最佳值；步骤5.2.2、当统计独立的多元变量构成理想线性函数关系时，应有 yi=kilxl+ki2x2+ki3x3+......+kimxm，当测量结果引入噪声后，上式则可表示为yi+si=kilxl+ki2x2+ki3x3+......十kimxm;步骤5.2.3、根据最小二乘法的定义，则应有力Sid2)]/5xi=0， i=l、 2、 3 、 ......、 m;步骤5.2.4、求解步骤5.2.3中的方程组，则可得到理想线性方程中的 各项变量系数kin。
14. 如权利要求12所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其特征在于，所述的步骤5.3包含以下步骤步骤5.3.1、设手机的基站场强采样时间g与手机精确定位状态Ti之间的理想数学模型为<formula>formula see original document page 7</formula>式中的a、 (3为待定的最佳拟合方程特征参数，由于手机历史测量数 据中存在噪声误差，所以，实测信息的误差方程组应为T!i+v「a+p^， i=l、 2、 3、 ......、 n;步骤5.3.2、根据最小二乘法的定义有$[Vi2]=min，即手机实际定 位状态与最佳拟合的理想取值之间的方差和桌力、； 步骤5.3.3、定义两个高斯求和运算符号，即<formula>formula see original document page 7</formula>;步骤5.3.4、由于w vi2]='=i ot+P&-Tii]2，对该式展开计算求和，则可得[v2]=[ri2]+p2[《2]+2ap[《]+na2-2a[ri]-2P|^ri];根据函数取极值的条件，应有 =2na+2pg] - 2,0 ; =2p[《2]+2aK] - 2[加=0 ;对上面二式进行整理，可得到求解最小二乘直线拟合特征参量的方程组为经过解算可得a=7-P^; P=S^l/Sg;式中的S^l为采样时间与定位状态之间的协方差和，Sg为采样时间 的均方差和，即有<formula>formula see original document page 8</formula>又因^=[《]/11和^^h]/n，所以，解算a与(3的全部未知项均已获得， 因此，最小二乘拟合的精确定位方程为ri=a+(^，于是通过给定内插或 外推的时间，便可获得所需的各个时刻的手机定位状态。
15.如权利要求1所述的基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其 特征在于，所述的步骤6包含以下步骤步骤6.1、系统根据手机用户上报的定位消息，艮卩CSID、 PSID、以 及距离基站的精确位置信息，按照系统编程预置的路线和用户类别，分别 将下一时刻手机用户的理论运动方向或基站位置，以短信方式自动下传手 机；步骤6.2、手机收到导航数据后，按照预置的网络位置地图信息，以 当前本机所处位置为中心点在手机屏幕上绘制区域电子地图，并标注导航 运动方向，以及其它相关导航信息。
全文摘要
一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，包含手机位置注册与鉴权登记、基站的漫游与切换、手机的主被呼叫与挂机、手机快速定位处理、精确定位、以及导航信息的收发与处理。本发明为适应企业级无线通信市场的需求，特别是煤矿无线通讯市场对矿工定位与导航救生的要求，克服传统的RFID射频卡定位识别产品定位速度慢、定位精度差、定位识别漏点、系统功能单一等诸多技术弊端，充分利用手机平台丰富强大的功能，实现以往RFID产品无法实现的精确定位、导航救生、人员考勤等前沿技术，还可为未来儿童老人病人等特殊定位服务终端的推广应用开辟全新的技术理念。
文档编号H04Q7/38GK101252784SQ200810101980
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者何旭忠, 姜群星, 赵天石, 陈雪涛 申请人:姜群星;何旭忠;赵天石;陈雪涛