移动台定位方法、系统和定位计算单元的制作方法

专利名称：移动台定位方法、系统和定位计算单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信技术，具体涉及移动台定位方法和系统，以及一种定位
计算单元。
背景技术：
无线定位技术的研究始于20世纪60年代的自动车辆定位系统，随后该技术在公 共交通、出租车调度以及公安追踪等范围内广泛应用。近年来，移动通信网中的定位服务需 求也快速增加，出现了多种适用于移动通信网的无线定位技术。目前，移动通信网中最常用的无线定位方法主要包括到达时间差(TDOA，Time Difference of Arrival)算法、到达时间(T0A，Time of Arrival)算法和接收信号强度指 不(RSSI, Received signal strength indication)算法。TDOA算法也称双曲线定位方法，该方法是通过检测移动台(MS)信号到达两个基 站的时间差来确定MS的位置。所述时间差称为相对时延(relative delay)。图1为现有 技术中TD0A定位方法示意图。该示意图以基于三个基站定位为例。如图1所示，当已知基站BSi和BS2与MS之间的距离差为R21 = r2-ri时，MS必定位 于以BSi和BS2为焦点、与BSi和基站的距离差恒为R21的双曲线上。当同时知道BSi和BS3 与MS之间的距离差为R31 = r3-ri时，可以得到另外一组以BSi和BS3为焦点，与和BS3 的距离差恒为R31的双曲线。于是，两组双曲线的交点代表MS的位置估计。基于该原理，需 要建立两个以上双曲线方程，才能求解出MS的二维位置。设，MS的位置坐标为O^y^MS所在小区的服务基站的坐标为(Xl，yi)，邻小区基 站BSi的坐标为(Xi,yi) (i = 2,3...),则有如下关系
_7] , Ll(xo-x2)2+(y0-y2)2 -= 4( ！))2 j = R^其中，R21和R31可以通过R21 = cXt21^P R31 = cXt31得到，c为电磁波在空中的传 播速度，而t21为BSi和BS2发出的信号到达MS的相对时延，t31为BSi和BS3发出的信号到 达MS的相对时延。当获得t21和t31后，就可以通过求解双曲线方程组(1)可以得到MS的 估计位置(x0, y0)。从TDOA的求解过程可以看出，获得t21和t31是求解MS位置的关键。在现有技术 中t21和t31是通过执行扫描流程来确定的。图2为现有技术中通过扫描流程确定t21和t31 的流程图。如图2所示，该流程包括以下步骤步骤201 当MS触发定位时，MS向服务基站发送扫描请求信令(SCN-REQ)。该扫 描请求中携带MS给出的推荐邻基站的索引(Index)。如果是服务基站触发定位，则不包括步骤201，直接执行步骤202。步骤202 服务基站向MS返回扫描响应信令(SCN-RSP)，该SCN-RSP信令中携带邻 基站的前导序列索引(Preamble Index)，还包括扫描报告测量参数，该扫描报告测量参数例如扫描周期、扫描时长等。由于MS在接入服务基站时就已经获得服务基站的前导序列索 弓丨，因此这里只需要发送邻基站的前导序列索引。其中，服务基站向MS返回邻基站的前导序列索引时，可以返回MS所推荐邻基站的 前导序列索引，也可以不考虑MS的推荐，将MS当前所有邻基站的前导序列索引返回给MS， 由MS进一步筛选定位所需的邻基站。步骤203 :MS接收到SCN-RSP后，根据SCN-RSP中邻基站的前导序列索引获得前导 序列码；根据扫描报告测量参数的指示，利用服务基站和邻基站的前导序列码扫描所接收 信号，继而获得t21和t31。MS还可以进一步测量到各邻基站到MS的信号强度，测得的信号 强度称为接收信号强度指示均值(RSSI mean)，简称RSSI。其中，根据前导序列码扫描所接收信号以获得t21和t31的过程为公知技术手段，不 详细阐述。步骤204 :MS向服务基站发送扫描报告信令(SCN-REP)，该SCN-REP中携带MS计 算的t21和t31，还可以进一步携带邻基站RSSI。至此，完成了 t21和t31的确定过程。之后，服务基站只需要将t21和t31发送到相应定位服务器(Location Server)，由 定位服务器求解双曲线方程组(1)，即可得到MS的估计位置(X(l，y(l)，从而完成基于TD0A的 定位过程。下面介绍基于RSSI算法的定位方法。RSSI算法是通过接收到的信号强弱测定信 号点与接收点的距离的算法。在无遮挡情况下，可以得到无线信号传播模型为P(d) = P (d0) "10 a lg(d/d0)(2)其中，d为信号点与测量点之间的距离，也是待求量。d0为预设的一个单位距离， P(d)为测量点接收自信号点的信号强度(单位dBm)，P(dO)为单位信号强度，也是测量点 与信号点之间距离d0时的信号强度；a为信号强度随距离变化的速率。在现有技术中可以采用信道测量报告流程来确定P(d)。具体来说，服务基站向MS 发送信道测量报告请求(REP-REQ)，以请求MS测量服务基站到MS的RSSI。为了与上述邻基 站RSSI区别，这里称为服务基站RSSI。MS接收到REP-REQ后测量服务基站RSSI。然后MS 向服务基站发送REP-RSP，以报告服务基站RSSI的测量结果。服务基站得到服务基站RSSI 后就可以将服务基站RSSI作为参数P(d)代入公式(2)求出MS与服务基站之间的距离。在实际中，由于很多环境中都存在遮挡，因此无线信号传播模型存在很大误差，考 虑反射和折射等因素的存在，式(2)被修正为
(nW xWAF nW < C八力=尸⑷)—10 lg("/c/。)--(3)其中，nW为测量点与信号点之间障碍物的数量；C为使衰减因子变化的障碍物数 量的临界值；WAF为障碍物的衰减因子。下面介绍T0A算法。T0A算法是通过计算MS与基站之间的往返时延来估算MS与 基站之间距离的方法。T0A算法是通过执行测距流程实现的。图3示出了通过执行测距流 程实现T0A算法的流程图。如图3所示，该流程包括以下步骤步骤301 服务基站在MS测距信号请求(RNG-REQ)触发或自身主动触发情况下， 向MS发送测距信号响应信令(RNG-RSP)，该RNG-RSP携带交汇时间(Rendezvous_time)、正 交序列例如 CDMA 码(CDMA_code)和传输机会偏移(Transmission_opportunity_offset)。发送RNG-RSP后，服务基站开始计时。步骤302 :MS接收到RNG-RSP后，开始计时，当计时达到交汇时间士传输机会偏移 时，利用正交序列例如CDMA码(CDMA_code)向服务基站发送上行探测信号(Ranging)。步骤303 服务基站接收到Ranging时，停止计时，当前计时值记为TBS，写入服务基 站与MS之间的往返时延RTD = Tbs-Tb，Tms采用交汇时间。至此，完成了 RTD的确定流程。之后，服务基站将RTD发送给定位服务器，定位服 务器采用如下公式(4)计算MS到服务基站的距离d'd' = cXRTD/2 ；(4)其中，c为电磁波在空中的传播速度。上述测距流程是周期性执行的，在执行过程中服务基站还会在步骤301发送的 RNG-REQ携带定时提前参数(timing advance), timingadvance = RTD/2，它是服务基站根 据之前获得RTD除以2得到的。从以上描述的TD0A算法、T0A和RSSI算法可见，T0A和RSSI算法需要知道信号传 播的具体时间，因此收到信道产生的共同误差的影响，定位精度不够高。而TD0A算法不要 求知道信号传播的具体时间，只需要知道信号传播时间差，因此可以消除或减少接收机上 由于信道产生的共同误差，在通常情况下，其定位精度高于T0A和RSSI算法。但由于功率 控制造成离服务基站附近的移动台发射功率小，使得相邻基站接收到的功率非常小，从而 造成比较大的测量误差，这就是著名的听力问题(hearability)。可见，现有的TD0A算法定 位精度还有待进一步提高。图12为3小区TD0A定位误差仿真结果示意图。从图12可以看出，采用TD0A 算法进行定位产生的定位误差不能满足美国通信委员会(FCC)颁布的E911服务规范的 要求。E911服务规范要求在一个小区内，误差为100m时，累计分布函数(cumulative distribution function, CDF) % 67% ；误差为 300m 时，CDF 为 95%。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了 一种移动台定位方法，能够提高定位精度。该方法包括A、采用到达时间差TD0A算法估计移动台MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS 与其服务基站之间的距离d ；采用到达时间T0A算法或接收信号强度指示RSSI算法估计MS 与其服务基站之间的距离d’ ；B、判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TD0A算法 估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TD0A算法确定的所述MS与其服务基站 之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。较佳地，所述预设范围为[-n，n]，n为一预设阈值；n的取值范围为 0. 03XDstoS ^ n彡0. 5XDst。s;其中，D—表示基站之间的距离。较佳地，所述n = 0. 15XDstoS。或者，较佳地，所述预设范围为[-n，n]，n为一预设阈值；n的取值范围为 o. 05XRcell彡n彡Rcell ；其中，Rcell表示小区半径。较佳地，所述n = 0. 26XRcell。
当MS处于连接状态时，所述步骤A包括Al、服务基站向MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合 定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的 相关测量参数，还指示MS是否发送上行探测信号Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的 RSSI，或者服务基站和MS之间的往返时延RTD ；A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；并将获 取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站；A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ；A4、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果 发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位 参数测量结果一起发送给定位计算单元；A4、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ’然 后，所述定位计算单元执行所述步骤B。或者，当MS处于连接状态时；所述步骤A包括Al、服务基站向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用 混合定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所 需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的 RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD ；A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ；A4、MS中的定位计算单元根据MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距 离d’ ；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。其中，当服务基站触发定位时，所述服务基站主动执行所述步骤Al ；在MS触发定 位时，所述服务基站在接收到MS发来的定位请求信令时，执行所述步骤Al，作为对定位请 求信令的响应；所述定位请求信令包括定位方法类型指示单元；该定位方法类型指示单元 被设置为指示所述服务基站使用混合定位方法。在所述MS处于空闲状态时，所述步骤A包括Al 服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信 令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指 示单元指示使用混合定位方法；A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需 测量的定位参数并确定是否发送Ranging ；所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的 RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD ；A4、MS获取定位参数测量结果，并携带在定位报告信令中发送给服务基站；A5、MS在确定需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ；A6、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果 发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位 参数测量结果一起发送给定位计算单元；A7、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ’然 后，所述定位计算单元执行所述步骤B。或者，在所述MS处于空闲状态时，所述步骤A包括Al 服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信 令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指 示单元指示使用混合定位方法；A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入；A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需 测量的定位参数并确定是否发送Ranging ；所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些 定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging;所述MS所需测量的定位参数包括TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的 RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD ；A4、MS获取定位参数测量结果；A5、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ；A6、MS中的定位计算单元MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ； 然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。较佳地，所述MS所需测量的定位参数进一步包括邻基站RSSI或载干噪比CINR。其中，所述定位响应信令包括报告参数指示单元、扫描信号类型指示单元、交汇时 间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元和扫描序列码索引指示单元；当在MS连接状态下触发定位操作时，该定位响应信令还包括定位方法类型指示 单元；所述定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法；所述报告参数指示单元，用于指示MS需要通过定位报告信令反馈的定位参数；所述扫描信号类型指示单元，用于指示MS利用何种类型的序列码扫描所接收信 号以获得相对时延和RSSI，以及指示MS是否发送Ranging ；所述交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元为发送 Ranging的相关参数；所述扫描序列码索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI所需的序列码的 索引。
所述序列索引指示单元进一步包括前导序列索引指示单元和参考序列索引指示 单元；所述参考序列的发送时间和占用的资源由基站确定。所述定位响应信令进一步包括基站类型指示单元，用于指示各邻基站的类型。其中，所述定位报告信令包括报告参数指示单元、服务基站RSSI指示单元、相对 时延指示单元、RTD指示单元和邻基站选择辅助参数指示单元；所述报告参数指示单元，用于指示定位报告信令所报告的定位参数；所述服务基站RSSI指示单元，用于记载所报告的服务基站RSSI的值；所述相对时延指示单元，用于记载所报告的各相对时延的值；所述RTD指示单元，用于记载所报告的RTD的值；所述邻基站选择辅助参数指示单元，用于记载所报告的邻基站选择辅助参数的值。其中，采用TOA算法估计距离d’时，所述步骤A包括通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；通过执行测距流程，获取所述MS和所述服务基站之间的往返时延RTD，并发送给 所述定位计算单元；所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d， 并根据所述RTD计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’ ；然后，所述定位计算单元执行 所述步骤B。其中，采用RSSI算法估计距离d’时，所述步骤A包括通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元；通过执行信道测量报告流程，获取所述服务基站到所述MS的RSSI，并发送给定位 计算单元；所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d， 并根据所述RSSI计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’ ；然后，所述定位计算单元执 行所述步骤B。本发明还提供了一种移动台定位系统，能够提高定位精度。该系统包括MS、多个基站和定位服务单元；所述MS和所述服务基站二者之间进行信令交互，获取TDOA算法所需的定位参数 测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果，将获取的定位参数测量结果 发送给定位计算单元；所述定位计算单元，用于接收所述定位参数测量结果，采用TDOA算法的定位参数 测量结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d ； 采用TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计MS与其服务基站之间的距离d’ ；判断 距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位 置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和 所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。其中，所述服务基站包括响应单元，用于向所述MS发送定位响应信令，该定位响 应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关 测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；
所述MS所需测量的定位参数包括TDOA算法所需的相对时延，或者服务基站的 RSSI，或者服务基站和MS之间的RTD。当服务基站触发定位时，所述响应单元主动执行其自身操作；当MS触发定位时，所述响应单元在接收到来自MS的定位请求信令时，执行其自身 操作，作为对MS的定位请求信令的响应。较佳地，所述服务基站进一步包括定位报告信令处理单元，用于在接收到来自MS 的定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送给定位计算单元；在接收 到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数测量结果一起发送给定位
计算单元。其中，所述MS包括定位响应信令处理单元，用于在接收到来自服务基站的定位报 告信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；然后，将获取 的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站，或者将获取的定位参数测量 结果发送给设置于所在MS中的定位计算单元；定位响应信令处理单元还在所述定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务 基站发送Ranging。较佳地，所述服务基站进一步包括寻呼单元，用于广播携带动作代码指示单元和 定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是 提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定位方法；所述MS中的定位响应信令处理单元进一步用于，当所述寻呼广播信令触发所在 MS重接入网络后，根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所 需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。本发明还提供了 一种定位计算单元，能够提高定位精度。该定位计算单元包括估计模块和计算模块；所述估计模块，用于接收来自外部的TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA 算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果；采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的 位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d ；采用TOA算法或RSSI 算法的定位参数测量结果估计所述MS与其服务基站之间的距离d’ ；将估计的距离d和距 离d’发送给计算模块；所述计算模块，用于判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则 将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述 MS与所述服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-n，η], η为一预设阈值；n的 取值范围为0. 03 X Dstos ^ η ^ 0. 5 X Dstos ；其中，Dstos表示基站之间的距离。较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0. 15XDst。s，0. 15XDstoJ。较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-n，η], η为一预设阈值；n的 取值范围为0. 05XRcell ^ η ^ Rcell ；其中，Rrell表示小区半径。较佳地，所述计算模块使用的所述预设范围为[-0. 26XRcell, 0. 26XRcell]。该定位计算单元设置在MS中，或设置在基站中，或设置在网络侧的定位服务器 中。
根据以上技术方案可见，应用本发明将TDOA算法和T0A/RSSI算法结合，当采用 TDOA算法得到的距离与采用T0A/RSSI算法得到的距离之差不在预设范围之内时，说明采 用TDOA算法获得的定位结果可靠性不高，此时采用T0A/RSSI算法得到的距离与TDOA算法 得到的角度重新估计MS的位置，从而提高了定位精度。本发明可以采用现有的扫描流程和测距流程完成混合定位方法，在这种情况下， MS和服务基站之间可以采用现有流程完成定位参数的获取，然后将定位参数交给定位计算 单元，而定位计算单元采用本发明的混合算法即可实现混合定位，实现简单。但是现有的扫描流程和测距流程都不是专门为定位设计的流程，因此扫描流程和 测距流程中包括很多与定位不相关的字段，从而增加了传输开销，为此，本发明提供了一套 专门用于定位的信令，包括定位请求信令、定位响应信令和定位报告信令，这些信令中不包 含与定位无关的信息，从而减少了信令传输开销。


图1为现有技术中TDOA定位方法示意图。
图2为现有技术中通过扫描流程确定相对时延的流程图。
图3为现有技术中通过执行信道测量报告流程确定RTD的流程图。
图4为本发明中移动台定位方法的示例性流程图。
图5为本发明实施例中基于3基站进行混合定位的示意图。
图6为本发明实施例一中混合定位的流程图。
图7为本发明实施例二中混合定位的流程图。
图8为本发明实施例三中混合定位的流程图。
图9为本发明实施例四中混合定位的流程图。
图10为本发明实施例中MS空闲状态下的定位流程。
图11为本发明实施例中移动台定位系统的示意图。
图12为现有技术中基于3基站进行TDOA定位的误差仿真图。
图13为本发明基于3基站进行TDOA定位和混合定位的误差仿真图。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。本发明为一种移动台的混合定位方法，其基本思想为采用TDOA算法估计MS的位 置，利用估计的MS的位置计算MS与其服务基站之间的距离，记为d ；采用TOA算法或RSSI 算法估计MS与服务基站之间的距离，记为d’ ；判断d与距离d’的差值是否在预设范围内；如果是，则认为采用TDOA算法得到的 MS的位置相对准确，将采用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，认为 采用TDOA算法得到的MS与基站之间的距离不可用，但MS与基站之间的角度仍可用，此时， 利用TDOA算法确定的MS与服务基站之间的角度，以及根据TOA算法得到的MS与服务基站 之间的距离d’，重新计算MS的位置，并作为MS的定位结果。其中，d与d’之差的预设范围可以采用预设阈值η表示，则预设范围为[-η， + η]。阈值η通常可以选择取小于1/2基站间距离。
通过大量的实验，确定阈值η的一种较佳取值范围为0. 03 X Dstos ^ n ^ 0.5 X Dstos;其中，Dst。s表示基站之间的距离。在这种情况下，η的优选取值为0. 15XDst。s。阈值η的另一种较佳取值范围为0. 05 X Rcell ^ n ^ Rcell ；其中，Reell表示小区半径。在这种情况下，η的优选取值为0. 26 X Rcell。图4示出了基于以上基本思想的移动台定位方法的示例性流程图，如图4所示，该 方法包括以下步骤步骤401 测量信号在MS和服务基站之间的传递时间与信号在MS和各邻小区之 间的传递时间之差，即相对时延。在TDOA算法中，采用至少n个基站实施定位，n为大于或等于3的整数。n个基站 中，其中一个是服务基站，另外n-Ι个是邻基站。设服务基站为BS1，邻基站为BS2. . . BSnjP 么本步骤测量的相对时延为t21. . . tnl。以图5示出了基于3个基站进行混合定位的情况为例，如图5所示，假设BS1为MS 的服务基站，BS2和BS3为选定的用于定位的邻基站，A点为MS的真实位置，那么本步骤401 中，MS采用TDOA算法测量BS1和BS2到MS的相对时延t21，以及BS1和BS3到MS的相对时
延 t31。步骤402 根据TDOA算法，利用测量的相对时延估计MS的位置，根据MS的位置计 算MS与服务基站之间的距离d。以图5示出的情况为例，本步骤中，将测量的上述相对时延t21和t31代入公式(1)， 得到MS的估计位置(x0, y0)，然后再根据MS的位置(x0, y0)和服务基站的BS1位置(X1J1)， 计算MS与服务基站之间的距离d。在实际中，如果采用3个以上基站定位，则根据MS与邻基站之间信号的RSSI或载 干噪比(CINR)对邻基站进行排序，找到信号质量较好的2个邻基站，采用这2个邻基站对 应的相对时延，代入公式(1)，得到MS的估计位置(X(l，y0)继而获得MS与服务基站之间的 距离d。步骤403 采用RSSI算法或TOA算法估计MS与服务基站之间的距离d，。需要说明的是，步骤401 402是TDOA算法，步骤403是TOA或RSSI算法，这两 类算法的计算操作不区分先后顺序。步骤404 计算d与d’之间差值的绝对值Δ d，Δ d = | d_d’ |。步骤405:判断Ad是否小于或等于预设的阈值η，如果是，则执行步骤406，否 则，执行步骤407和408。步骤406 确定采用TDOA算法估计的MS的位置在误差范围内，采用TDOA算法估 计的MS的位置作为定位结果。本流程结束。步骤407 确定采用TDOA算法估计的MS的位置在误差范围外，根据TDOA算法估 计的MS位置计算MS与服务基站之间的角度θ
权利要求
1.一种移动台定位方法，其特征在于，该方法包括A、采用到达时间差TDOA算法估计移动台MS的位置，利用估计的MS的位置计算MS与 其服务基站之间的距离d ；采用到达时间TOA算法或接收信号强度指示RSSI算法估计MS与 其服务基站之间的距离d’ ；B、判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计 的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间 的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设范围为[_η，η],η为一预设阈 值；η的取值范围为0. 03 XDstos ^ n ^ 0. 5 XDstos ；其中，Dst。s表示基站之间的距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述η=0. 15XDst。s。
4.如权利要求ι所述的方法，其特征在于，所述预设范围为[-n，n],n为一预设阈 值；η的取值范围为0. 05XRcell彡η彡Rcell ；其中，Rcell表示小区半径。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述η=0.26XRrell。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当MS处于连接状态时， 所述步骤A包括Al、服务基站向MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合定位 方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的相关 测量参数，还指示MS是否发送上行探测信号Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TD0A算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI， 或者服务基站和MS之间的往返时延RTD ；A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果；并将获取的 定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务基站；A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ； A4、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送 给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数 测量结果一起发送给定位计算单元；A5、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ；然后，所 述定位计算单元执行所述步骤B。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当MS处于连接状态时； 所述步骤A包括Al、服务基站向所述MS发送定位响应信令，该定位响应信令被设置为指示MS使用混合 定位方法，并指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位参数所需的 相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TD0A算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI， 或者服务基站和MS之间的RTD ；A2、MS根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取定位参数测量结果； A3、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ； A4、MS中的定位计算单元根据MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ； 然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，当服务基站触发定位时，所述服务基站 主动执行所述步骤Al ；在MS触发定位时，所述服务基站在接收到MS发来的定位请求信令时，执行所述步骤 Al，作为对定位请求信令的响应；所述定位请求信令包括定位方法类型指示单元；该定位 方法类型指示单元被设置为指示所述服务基站使用混合定位方法。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MS处于空闲状态时， 所述步骤A包括Al 服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令； 所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单 元指示使用混合定位方法；A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入； A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量 的定位参数并确定是否发送Ranging ；所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位 参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging;所述MS所需测量的定位参数包括TD0A算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI， 或者服务基站和MS之间的RTD ；A4、MS获取定位参数测量结果，并携带在定位报告信令中发送给服务基站； A5、MS在确定需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ； A6、服务基站在接收到定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结果发送 给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定位参数 测量结果一起发送给定位计算单元；A7、定位计算单元根据所接收的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ；然后，所 述定位计算单元执行所述步骤B。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MS处于空闲状态时， 所述步骤A包括Al 服务基站广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令； 所述定位服务指示单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单 元指示使用混合定位方法；A2、MS在接收到所述寻呼广播信令后，通过与服务基站的信令交互完成重接入； A3、MS根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量 的定位参数并确定是否发送Ranging ；所述定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和获取这些定位 参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TD0A算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI， 或者服务基站和MS之间的RTD ； A4、MS获取定位参数测量结果；A5、MS在定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站发送Ranging ；A6、MS中的定位计算单元MS获取的定位参数测量结果计算所述距离d和距离d’ ；然后，所述定位计算单元执行所述步骤B。
11.如权利要求6-7和9-10任意一项所述的方法，其特征在于，所述MS所需测量的定 位参数进一步包括邻基站RSSI或载干噪比CINR。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述定位响应信令包括报告参数指示单 元、扫描信号类型指示单元、交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单 元和扫描序列码索引指示单元；当在MS连接状态下触发定位操作时，该定位响应信令还包括定位方法类型指示单元； 所述定位方法类型指示单元被设置为指示使用混合定位方法； 所述报告参数指示单元，用于指示MS需要通过定位报告信令反馈的定位参数； 所述扫描信号类型指示单元，用于指示MS利用何种类型的序列码扫描所接收信号以 获得相对时延和RSSI，以及指示MS是否发送Ranging ；所述交汇时间指示单元、正交序列指示单元、传输机会偏移指示单元为发送Ranging 的相关参数；所述扫描序列码索引指示单元，用于指示测量相对时延和RSSI所需的序列码的索引。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述序列索引指示单元进一步包括前导 序列索引指示单元和参考序列索引指示单元；所述参考序列的发送时间和占用的资源由基 站确定。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述定位响应信令进一步包括基站类型 指示单元，用于指示各邻基站的类型。
15.如权利要求6至10任意一项所述的方法，其特征在于，所述定位报告信令包括报告 参数指示单元、服务基站RSSI指示单元、相对时延指示单元、RTD指示单元和邻基站选择辅 助参数指示单元；所述报告参数指示单元，用于指示定位报告信令所报告的定位参数； 所述服务基站RSSI指示单元，用于记载所报告的服务基站RSSI的值； 所述相对时延指示单元，用于记载所报告的各相对时延的值； 所述RTD指示单元，用于记载所报告的RTD的值；所述邻基站选择辅助参数指示单元，用于记载所报告的邻基站选择辅助参数的值。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用TOA算法估计距离d’时，所述步骤A 包括通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元； 通过执行测距流程，获取所述MS和所述服务基站之间的往返时延RTD，并发送给所述 定位计算单元；所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根 据所述RTD计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’ ；然后，所述定位计算单元执行所述 步骤B。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用RSSI算法估计距离d’时，所述步骤A 包括通过执行扫描流程，获取TDOA算法所需的相对时延，并发送给定位计算单元； 通过执行信道测量报告流程，获取所述服务基站到所述MS的RSSI，并发送给定位计算单元；所述定位计算单元根据所述相对时延计算所述MS与所述服务基站之间的距离d，并根 据所述RSSI计算所述MS与所述服务基站之间的距离d’ ；然后，所述定位计算单元执行所 述步骤B。
18.—种移动台定位系统，其特征在于，该系统包括MS、多个基站和定位服务单元；所述MS和所述服务基站二者之间进行信令交互，获取TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法或RSSI算法所需的定位参数测量结果，将获取的定位参数测量结果发送 给定位计算单元；所述定位计算单元，用于接收所述定位参数测量结果，采用TDOA算法的定位参数测量 结果估计MS的位置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d ；采用 TOA算法或RSSI算法的定位参数测量结果估计MS与其服务基站之间的距离d’ ；判断距离 d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采用TDOA算法估计的MS的位置确 定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS与其服务基站之间的角度和所述 距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述服务基站包括响应单元，用于向所述 MS发送定位响应信令，该定位响应信令指示在混合定位方法下MS所需测量的定位参数，和 获取这些定位参数所需的相关测量参数，还指示MS是否发送Ranging ；所述MS所需测量的定位参数包括TD0A算法所需的相对时延，或者服务基站的RSSI， 或者服务基站和MS之间的RTD。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，当服务基站触发定位时，所述响应单元主 动执行其自身操作；当MS触发定位时，所述响应单元在接收到来自MS的定位请求信令时，执行其自身操 作，作为对MS的定位请求信令的响应。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述服务基站进一步包括定位报告信令 处理单元，用于在接收到来自MS的定位报告信令时，将定位报告信令中的定位参数测量结 果发送给定位计算单元；在接收到Ranging时计算RTD，将计算得到的RTD单独或与所述定 位参数测量结果一起发送给定位计算单元。
22.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述MS包括定位响应信令处理单元，用于 在接收到来自服务基站的定位报告信令时，根据定位响应信令指示的相关测量参数，获取 定位参数测量结果；然后，将获取的定位参数测量结果携带在定位报告信令中发送给服务 基站，或者将获取的定位参数测量结果发送给设置于所在MS中的定位计算单元；定位响应信令处理单元还在所述定位响应信令指示需要发送Ranging时，向服务基站 发送 Ranging。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述服务基站进一步包括寻呼单元，用于 广播携带动作代码指示单元和定位方法类型指示单元的寻呼广播信令；所述定位服务指示 单元指示当前再接入的目的是提供定位服务，所述定位方法类型指示单元指示使用混合定 位方法；所述MS中的定位响应信令处理单元进一步用于，当所述寻呼广播信令触发所在MS重 接入网络后，根据服务基站所发送的定位响应信令的指示，或者根据预先设置，确定所需测量的定位参数并确定是否发送Ranging。
24.一种定位计算单元，其特征在于，该定位计算单元包括估计模块和计算模块；所述估计模块，用于接收来自外部的TDOA算法所需的定位参数测量结果以及TOA算法 或RSSI算法所需的定位参数测量结果；采用TDOA算法的定位参数测量结果估计MS的位 置，利用估计的MS的位置计算所述MS与其服务基站之间的距离d ；采用TOA算法或RSSI算 法的定位参数测量结果估计所述MS与其服务基站之间的距离d’ ；将估计的距离d和距离 d’发送给计算模块；所述计算模块，用于判断距离d与距离d’的差值是否在预设范围之内；如果是，则将采 用TDOA算法估计的MS的位置确定为MS的定位结果；否则，利用TDOA算法确定的所述MS 与所述服务基站之间的角度和所述距离d’，重新计算MS的位置并作为MS的定位结果。
25.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设 范围为[_n，η], η为一预设阈值；n的取值范围为o. 03XDst。s≤η≤ο. 5XDst。s ；其中， Dstos表示基站之间的距离。
26.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设 范围为["O. 15XDstos, 0. 15XDstos]。
27.如权利要求24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设 范围为[_n，η], η为一预设阈值；n的取值范围为0.05χRrell≤η≤R。ell ；其中，Rrell 表示小区半径。
28.如权利要24所述的定位计算单元，其特征在于，所述计算模块使用的所述预设范 围为[-0. 26XRcell, 0. 26XRcell]。
29.如权利要24所述的定位计算单元，其特征在于，该定位计算单元设置在MS中，或设 置在基站中，或设置在网络侧的定位服务器中。
全文摘要
本发明公开了一种移动台定位方法，该方法将TDOA算法和TOA/RSSI算法结合，当采用TDOA算法得到的距离与采用TOA/RSSI算法得到的距离之差不在预设范围之内时，说明采用TDOA算法获得的定位结果可靠性不高，此时采用TOA/RSSI算法得到的距离与TDOA算法得到的角度重新估计MS的位置，从而提高了定位精度。本发明还公开了一种移动台定位系统和一种定位计算单元，都能够提高定位精度。
文档编号H04W64/00GK101998628SQ20091016645
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者周雷, 许方敏, 郑旭峰, 金相宪 申请人:北京三星通信技术研究有限公司;三星电子株式会社