专利名称：一种移动定位方法及无线网络控制器的制作方法
技术领域：
本发明属于移动通信领域，尤其涉及一种移动定位方法及无线网络控制器。
背景技术：
近年来蜂窝移动通信技术迅猛发展，用户数量迅速增加。为了不断满足用户需求， 需要不断增加新的服务功能，利用无线蜂窝系统实现移动台的定位就是其中之一。为了改善针对移动用户的公共安全服务质量，美国联邦通信委员会(FCC)于1996 年7月发布了 E-911条例，要求美国所有移动网络运营商必须在一定的时限内，在满足一定 概率和定位精度下，对所有移动台用户实现定位功能。在2001年10月FCC又进一步规范 条例，提出了更高精度的定位服务要求。E-911条例大大促进了移动台定位技术的发展和应 用。除了提供公共紧急救助电话服务外，移动台定位服务在诸如提供灵活的计费服务操作、 蜂窝系统的设计和管理、商业求助电话服务、被盗车辆跟踪系统、智能运输系统和移动电子 商务等方面也有很大应用前景。随着移动通信进入3G时代，定位业务也成为第三代移动通信的重要业务之一。 目前的定位服务主要通过对终端的小区归属、传播时延、功率、角度等参数的测量，对目标 终端进行定位。对于3G系统，研究人员提出了不同的定位方案，包括小区定位、智能天线 (AOA)+时间提前量(TA)定位、观察到达时间差(OTDOA)定位等。其中，通过获得用户终端 (UE)的到达角度(AOA)信息和TA信息对UE进行定位的Α0Α+ΤΑ定位方法实现简单，无需修 改现有网络和协议，通过单基站智能天线即可完成，是一种简便有效的定位方法。利用Α0Α+ΤΑ的单基站智能天线定位方法如下(1)无线网络控制器(RNC)接收到移动定位请求后，向基站(Node B)发送控制消 息，要求Node B在一个定位周期内，周期上报测量的UE到达角度AOA信息和时间偏差TDEV 信息；同时向UE发送控制消息，要求UE在一个定位周期内，周期上报测量的TA信息，其中， 一个定位周期包括多个上报周期；(2) Node B接收到RNC的控制消息后，测量UE的AOA信息和TDEV信息，并以测量 报告的方式向RNC上报；(3)UE接收到RNC的控制消息后，测量TA信息，并以测量报告的方式向RNC上报；(4) RNC根据UE上报的TA信息、Node B上报的AOA信息、TDEV信息以及UE所驻 留基站经纬度信息(x_BS，y_BS)和高度信息z_BS，即可计算出UE位置(x_UE，y_UE)。如果考虑基站高度，则按照如下公式计算xJJE = x_BS + V
2 —ζ 一 BS2 * cos( A OA)(1)y_UE = y_BS + yl[Q.5*(TA-TDEV) * 29.3]2 一 ζ 一 BS2 * η(ΑΟΑ)如果不考虑基站高度，则按照如下公式计算x_UE = x_BS+0. 5* (TA-TDEV) *29· 3*cos (AOA)(2)
y_UE = y_BS+0. 5*(TA-TDEV)*29· 3*sin(AOA)发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术方案至少存在以下缺陷对TA的检测算法采用的是简单的算术平均，即，对于一个定位周期内UE上报的多 个TA值，RNC对所述多个TA值进行算术平均，并将所述多个TA的平均值作为TA检测值带 入上述公式来计算UE的位置信息，没有考虑对于不同环境采用不同的TA检测算法进行区 别，或者没有在TA检测算法中体现出不同环境的特点。因为在实际环境中，存在多种城区 环境，如密集城区环境、一般城区环境和城区微蜂窝环境，这些环境的折射和反射途径，时 延差别很大，同时也存在着城区环境同郊区环境的差别，在检测算法中对于这些环境不应 该一视同仁，而应加以区分，才能更好的对UE进行定位。具体来说，不同的环境下的非直射情况不同。在非直射环境(NL0Q下，由于存在 反射、折射和绕射等无线传播因素，导致上报的TA值同真值之间往往有较大差别(如图1 所示)。在实际环境中，散射体往往分布在UE周围的一定范围内，并随着UE的移动或者周 围环境的变化而变化。当散射体发生变化时，从基站发射的信号到达移动台所经过的路径 也会发生变化，移动台检测到的TA值就会时大时小。例如当用户在街边站立时，由于马路 上车流变化，会导致用户与基站之间信号的传播路径时而被车流阻挡成为非直射路径，时 而没有车流阻挡成为直射路径。再例如当用户沿街道步行时，街道环境不断变化，也会使用 户与基站之间的信号传播路径在不断变化。因为折射环境延长了信号传播的路径长度，因 此非直射环境下的TA —定大于直射环境下的TA，在对TA值进行误差修正时，如果采用简单 的算术平均，将会导致TA的检测误差较大，从而使得对UE的定位精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种移动定位方法及无线网络控制器，以提高 定位精度。为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下一种移动定位方法，包括在一个定位周期中，接收用户终端UE上报的多个时间提前量TA值，以及基站Node B上报的多个到达角度AOA值和多个时间偏差TDEV值；根据所述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限；根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA检测值；根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个TDEV值，计算所述UE的位置信 肩、ο上述的移动定位方法，其中，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数Λ,，其中，η = 1，...， N，N为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择夂7 >「的所有Tn中的最小值Tmin作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门 限。上述的移动定位方法，其中，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值！；对应的上报次数，其中，η = 1，...， N，N为所述多个TA值中不同TA值的个数；
选择> f的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的平均值，将 所述平均值作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。上述的移动定位方法，其中，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值！；对应的上报次数，其中，η = 1，...， N，N为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择> f的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的均方差σ， 将Tmin-O作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。上述的移动定位方法，其中，所述根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个 TDEV值，计算所述UE的位置信息为根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值的加权平均值和所述多个TDEV值的加 权平均值，计算所述UE的位置信息。一种无线网络控制器，包括数据接收模块，用于在一个定位周期中，接收用户终端UE上报的多个时间提前量 TA值，以及基站Node B上报的多个到达角度AOA值和多个时间偏差TDEV值；算法选择模块，用于根据所述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限；算法执行模块，用于根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计 算TA检测值；位置计算模块，用于根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个TDEV值，计 算所述UE的位置信息。与现有技术相比，本发明的实施例在利用Α0Α+ΤΑ的单基站移动定位过程中，对于 不同的环境采用不同的TA检测算法，降低了在非直射环境下对TA的检测误差，从而提高了 单基站移动定位的定位精度。
图1为现有技术的移动定位方法中一条反射信号下的定位示意图；图2为本发明实施例的移动定位系统的结构示意图；图3为本发明实施例的移动定位方法中的信令流程图；图4为本发明实施例的移动定位方法的流程图；图5为本发明实施例的无线网络控制器的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对 本发明进行详细描述。图2为本发明实施例的移动定位系统的结构示意图，所述移动定位系统主要涉及 用户终端(UE)、含有定位测量单元(LMU)的基站(Node B)、含有服务移动定位中心(SMLC) 的无线网络控制器(RNC)、以及核心网(CN)等，其中用户终端(UE)UE通过空中无线接口(Uu 口 )接收RNC的控制消息，根据控制消息内容，测量时间 提前量TA，并以测量报告的方式向RNC上报，上报消息需要通过空中无线接口(Uu)先发给Node B，再经Node B通过Iu接口转发至RNC。基站(Node B)Node B通过Iu 口接收RNC的控制消息，根据控制消息内容，利用NodeB内部集成 LMU的功能，测量UE的到达角度AOA信息和时间偏差TDEV信息，并以测量报告的方式通过 Iu接口向RNC上报；无线网络控制器(RNC)RNC接收到核心网(CN)的移动定位请求后，向Node B发送控制消息，要求Node B 在一个定位周期内，周期上报(一个定位周期包括多个上报周期)测量的AOA信息和TDEV 信息；向UE发送控制消息，要求UE在一个定位周期内，周期上报测量的TA值；RNC根据所 述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限；RNC根据UE在多个上报周期上报的 多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA检测值；RNC根据所述TA检测值， 以及NODE B上报的AOA信息和TDEV信息，以及UE所驻留基站经纬度信息和高度信息，计 算所述UE的位置信息。核心网(CN)核心网接收到定位客户端发来的定位请求后，会根据定位请求的内容通过Iu 接口向RNC发起定位控制(Location Reporting Control)消息，并且对应于Location Reporting Control消息的请求类型(Request Type IE)有报告服务区变化(to import upon change of Service area)禾口直接 艮告(to report directly)两禾中。如果 Location Reporting Control 中启动的是“ to report upon change of Service area”，那么定位过程不需要进行UE、Node B的测量，只要RNC根据UE目前与哪个 小区存在连接就可以做出判断，这个业务对应的通用位置服务客户端(LCS Client)可能是 精度差的(周期、非周期)定位。如果 Location Reporting Control 中启动的是"to report directly，，，RNC 会根 据Location Reporting Control中测量精度、迟延等要求，选择合适的定位方式进行定位。 本发明实施例中启动的是“to report directly”。图3为本发明实施例的移动定位方法中的信令流程图，图4为本发明实施例的移 动定位方法的流程图。下面结合图3、图4，说明本发明实施例的移动定位方法，主要包括如 下步骤步骤401 =RNC接收到核心网的移动定位请求后，向Node B发送测量控制 (Measurement Control)消息，要求Node B在一个定位周期内，周期上报测量的UE到达角 度AOA信息和时间偏差TDEV信息；同时向UE发送测量控制消息，要求UE在一个定位周期 内，周期上报测量的时间提前量TA值；对于一个定位周期的选择可以根据系统测量时间间隔(上报周期)以及UE的最 高运动速度预先确定。例如在时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统中，每个子帧均可以进行一次测量和 上报，子帧时长为5ms，假定UE最高运动速度为300km/h，则一个子帧UE运动的距离为 0. 42m,而在该系统中l/8chip时长信号传播距离为29. 3m,这样经过70个子帧UE的定时时 刻才会更新一次，由此可以取测量次数M < 70，例如，取M = 40，即认为每40个子帧(200ms) 内UE接收信号定时时刻不变。
步骤402 =RNC接收并存储UE上报的TA信息，以及Node B上报的AOA信息和TDEV fn息；Node B接收到RNC的测量控制消息后，测量UE的到达角度AOA信息和时间偏差 TDEV信息，并以测量报告(Measurement Report)的方式向RNC上报；UE接收到RNC的测量 控制消息后，测量时间提前量TA，并以测量报告的方式向RNC上报。步骤403 =RNC根据UE所在服务小区的Node B编号，提取环境因子α，根据环境 因子α选择相应的TA检测算法和算法门限Γ ；定义环境因子α的目的在于可以通过环境因子反映当前Node B所覆盖的城区环 境，因此针对每个Node B定义一个环境因子，环境因子取值的划分可根据无线网络所在城 市的复杂环境具体划分。例如对于网络比较简单的城区环境如保定或廊坊等地，可以简单 分为郊区环境、普通城区环境、恶劣城区环境等3种。如果对于广州这种网络比较复杂的 大城区，可根据需要定义为郊区环境、普通城区环境、恶劣城区、城区微蜂窝环境等4种甚 至更多。每个Node B的环境因子的值是根据Node B所架设的区域如(旧城区，新城区还 是郊区)以及Node B的覆盖半径等因素决定的。对于算法门限Γ，一般取Γ =Μ/8，此为仿真得出的结论，可以根据现场测试性能 进行调整。根据环境因子α的不同，本发明实施例提供如下3中TA检测算法算法(1)统计一个定位周期中UE上报的多个TA值中的每个不同了々值1；对应的 上报次数(测量次数)\，选择A > Γ的所有Tn中的最小值Tmin作为TA检测值TAmin。其中，η= 1，...，N，N为所述多个TA值中不同TA值的个数。假设在一个定位周 期内，UE累计上报TA测量值M次，则有NYj Kth 二 M/7 = 1由于TA测量过程中存在测量误差，测量出来的TA值可能小于实际中直射路径的 传播时延，只取最小值也会引入误差。因此，需要在算法中选择合理的门限，保证TA测量值 的选择具有一定的可靠性和准确性，由于折射路径必然导致测量时延加大，因此选择较小 的TA值作为信号时延，可使基站和移动台之间的距离计算更准确。算法O)统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数夂。；选择 κτ >「的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的平均值，将所述平均值作 为TA检测值TAmin。算法O)与算法(1)的差别在于，将基站与移动台间的信号传播时延尽量向更小 取值方向平均，因为在折射现象非常严重的情况下，测量的TA值小于实际直射路径的传播 时延的概率较小，此时需要尽可能选择较小的TA测量值。这种方案适于在出现非直射环境 概率很高而直射环境概率很低的定位系统中使用。算法(3)统计所述多个TA值中的每个不同TA值！；对应的上报次数；选择 Κτ >「的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的均方差σ，将Tmin- σ作 为所述TA检测值。算法( 与算法O)的目的都是将基站与移动台间的信号传播时延尽量选取较小 的值。
实际应用中，可以根据实际测试效果选择相应处理算法。上面三种算法中，如果在 折射环境不严重的情况下，比如环境因子α为郊区环境，应该选择算法1，同时门限Γ取值 应该较大；如果折射环境严重的情况下，比如环境因子α为恶劣城区环境，应该选择算法 (2)或(3)，同时门限Γ应该降低。步骤404 根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA检测 值TAmin(参与定位的TA值)；步骤405 =RNC对NODE B上报的AOA值和TDEV值进行加权或平均计算，得到定位 所需的AOA平均值AOAave和TDEV平均值TDave ；步骤406 =RNC根据所述TA检测值TAmin、A0A平均值A0Aave、TDEV平均值TDave以及 UE所驻留基站经纬度信息(x_BS，y_BS)和高度信息z_BS，计算出UE位置(x_UE，y_UE)。如果考虑基站高度，则按照公式(3)计算
权利要求
1.一种移动定位方法，其特征在于，包括在一个定位周期中，接收用户终端UE上报的多个时间提前量TA值，以及基站Node B 上报的多个到达角度AOA值和多个时间偏差TDEV值；根据所述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限；根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA检测值；根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个TDEV值，计算所述UE的位置信息。
2.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数夂ζ:,，其中，η = 1，...，N，N 为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择>「的所有Tn中的最小值Tmin作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
3.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数/■ ，其中，η = 1，...，N，N 为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择A > 的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的平均值，将所述 平均值作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
4.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数/■ ，其中，η = 1，...，N，N 为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择夂/·,, >「的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的均方差σ，将 Tfflin-O作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
5.如权利要求1所述的移动定位方法，其特征在于，所述根据所述TA检测值，以及所述 多个AOA值和多个TDEV值，计算所述UE的位置信息为根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值的加权平均值和所述多个TDEV值的加权平 均值，计算所述UE的位置信息。
6.一种无线网络控制器，其特征在于，包括数据接收模块，用于在一个定位周期中，接收用户终端UE上报的多个时间提前量TA 值，以及基站Node B上报的多个到达角度AOA值和多个时间偏差TDEV值；算法选择模块，用于根据所述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限； 算法执行模块，用于根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA 检测值；位置计算模块，用于根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个TDEV值，计算所 述UE的位置信息。
7.如权利要求6所述的无线网络控制器，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数A·,,，其中，η = 1，...，N，N 为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择夂/ >「的所有Tn中的最小值Tmin作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
8.如权利要求6所述的无线网络控制器，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数& ，其中，η = 1，...，N，N为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择> 的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的平均值，将所述 平均值作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
9.如权利要求6所述的无线网络控制器，其特征在于，所述TA检测算法为统计所述多个TA值中的每个不同TA值Tn对应的上报次数,其中，η = 1，...，N，N 为所述多个TA值中不同TA值的个数；选择夂/, >「的所有Tn中的最小值Tmin，计算Tmin与小于Tmin的所有Tn的均方差σ，将 Tfflin-O作为所述TA检测值，其中，Γ为所述算法门限。
10.如权利要求6所述的无线网络控制器，其特征在于，所述位置计算模块进一步用于根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值的加权平均值和所述多个TDEV值的加权平 均值，计算所述UE的位置信息。
全文摘要
本发明提供一种移动定位方法及无线网络控制器。方法包括在一个定位周期中，接收用户终端(UE)上报的多个时间提前量TA值，以及基站(NodeB)上报的多个到达角度AOA值和多个时间偏差TDEV值；根据所述Node B所处的环境，选择TA检测算法和算法门限；根据所述多个TA值，以及选择的TA检测算法和算法门限，计算TA检测值；根据所述TA检测值，以及所述多个AOA值和多个TDEV值，计算所述UE的位置信息。依照本发明，能够有效提高定位精度。
文档编号H04W64/00GK102045840SQ20091023655
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者吕明波, 孙长果, 张建辉, 李宇丰, 李志坚, 王智勇, 蒋峥, 黄海 申请人:中国移动通信集团广东有限公司, 大唐移动通信设备有限公司