专利名称：一种移动台定位方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种移动台定位方法、装置和系统。
背景技术：
移动台定位技术是利用无线通信网络资源确定网络中的移动台用户在地表位置的方法，它随着无线通信技术的应用而出现，随着无线通信网络的演进而发展。现有技术中常用的一种定位方式是小区标识号(Cell_ID,Cell Identification)定位方法，是根据移动台(MS，Mobile Station)所处的小区标识号来确定位置，只要找到了与移动台正在通信的基站(服务基站)的ID，在假设移动台总是在服务基站覆盖小区的条件下，就可以判断移动台在服务基站地无线电波覆盖区域内。Cell-ID不需要对移动台和网 络进行升级就可以直接向现存用户提供基于位置的服务，是在无线网络中被普遍采用的定 位技术。现有技术中另一种定位方式是质心法，无线蜂窝系统中的移动台同时可以接收到来周围多个基站的信号，这些基站构成了一个多边形，通过对这个多边形求质心的方法来估计移动台的位置，假设移动台周围共有k个基站的信号，移动台位置坐标为M (1，7)，第1个基站位置坐标为BSi (X，y)，并且k彡2，则可以通过如下公式求解移动台的坐标
YbS1 (x,y)
_5] M(x,y) = ^-^
K
O目前，现有技术中还有根据到达角度(AOA,Angleof Arrival)确定移动台的位置的到达角度定位方法。其中，到达角度是指基站检测到的移动台信号的入射角。AOA定位通常需要基站采用多副张角非常窄的天线，或者采用智能天线，形成很窄的波束，这样才能保证定位的准确度。现有技术中另一种定位方式是到达时间差(TD0A,Time Difference of Arrival)定位方法，其将移动台的无线信号传输至两个基站之间的TDOA，换算成移动台至两个基站之间的距离差，并根据该距离差、以这两个基站为焦点做双曲线，两对以上的双曲线的交点即为该移动台的定位位置。现有技术中另一种定位方式是增强型观测时间差(E-0TD，Enhanced-ObservedTimeDifference)定位技术,在无线网络中放置若干位置接收器或参考点作为位置测量单元，参考点都有一个精确的定时源，当具有E-OTD功能的手机和位置测量单元接收到3个以上的基站信号时，每个基站信号到达两者的时间差将被算出来，从而估算出手机所处的位置。本发明的发明人在实现本发明的过程中发现，Cell-ID技术由于是将移动网络中基站所在的蜂窝小区作为呼叫者的定位单位，其定位精度取决于蜂窝基站的密度，蜂窝半径越大，定位的精度就越低；质心法的精度由于取决于蜂窝的大小和移动台与与周围基站的连接状态，性能虽然优于Cell-ID技术但是定位精度仍然很低；基于AOA的定位技术要求在基站侧安装天线阵列，TDOA定位方法和E-OTD定位技术的计算过于复杂，还要求对网络侧进行相应的设备改造，同时对手机也要进行相应的软硬件升级。
发明内容
本发明实施例提供了一种移动台定位方法、装置和系统，用于不需要对网络侧设备和手机进行改造的情况下提高对移动台进行定位的定位精度。本发明实施例提供的移动台定位方法，包括获取与移动台建立连接的基站的位置坐标；为与移动台建立连接的基站计算加权因子；根据与移动台建立连接的基站的位置坐标和基站的加权因子计算移动台的加权质心坐标； 使用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标。本发明实施例提供的移动台定位装置，包括获取单元，用于获取与移动台建立连接的基站的位置坐标；加权因子计算单元，用于为与移动台建立连接的基站计算加权因子；加权质心坐标计算単元，用于根据与移动台建立连接的基站的位置坐标和基站的加权因子计算移动台的加权质心坐标；位置校正単元，用于使用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标。本发明实施例提供的移动台定位系统，包括移动台、基站和上述的移动台定位装置，其中，移动台，用于向移动台定位装置上报与自己建立连接的基站的名称；基站，用干与移动台建立连接时向移动台定位装置上报自己的位置坐标。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点在本发明实施例中，为与移动台建立连接的基站计算加权因子，然后使用该加权因子对质心运算进行加权得到加权质心坐标，最后利用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，将校正后的结果作为测量到的移动台的位置坐标，不需要对网络侧的设备和手机进行改造，由于在计算出移动台的加权质心坐标后还使用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息进行校正，提高了对移动台进行定位的定位精度。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例提供的一种移动台定位方法的示意图；图2为本发明实施例提供的蜂窝通信网络结构的示意图；图3为本发明实施例提供的另ー种移动台定位方法的示意图4为本发明实施例提供的使用定向天线的蜂窝通信网络的示意图；图5为本发明实施例提供的使用3副定向天线的基站覆盖范围示意图；图6为本发明实施例提供的參考模型的示意图；图7为本发明实施例提供的两步运算结果精度曲线示意图；图8为本发明实施例提供的一种移动台定位装置的示意图；图9为本发明实施例提供的另ー种移动台定位装置的示意图；图10为本发明实施例提供的一种移动台定位系统的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种移动台定位方法、装置和系统，用于不需要对网络侧设备和手机进行改造的情况下提高对移动台进行定位的定位精度。为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供的移动台定位方法，如图I所示，包括101、获取与移动台建立连接的基站的位置坐标；
目前，移动通信系统一般采用小区制，即将整个网络服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设有一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制等功能，因此移动网络的覆盖区可以看成是由很多个正六边形的无线小区相互邻接而构成的面状服务区，由于这种服务区的形状很像蜂窝，将这种系统称为蜂窝式移动通信系统，与之相对应的网络称之为蜂窝式网络，如图2所示。这种组网方式可以提高频谱利用率，提高系统容量同时控制小区间同频干扰。在本发明实施例中，移动台能够接收到周围基站的信号，本发明中首先获取与移动台建立连接的基站的位置坐标，在不同应用场景下可以有多种获取基站的位置坐标的方式，本发明将在后续实施例中给出具体的应用例。102、为与移动台建立连接的基站计算加权因子；在本发明实施例中，获取与移动台建立连接的基站的位置坐标后，分别为这些基站计算加权因子，其中，加权因子由移动台与基站的连接状态決定，移动台与基站的连接状态具体可以包括移动台在基站中与该基站的位置关系，移动台处于在基站中安装的定向天线的覆盖范围下的有效小区个数等，在实际应用中计算加权因子可以有多种实现方式，例如，加权因子可以根据移动台在基站中的具体位置而设定，如移动台在基站中的位置到基站的距离越近，计算出的加权因子就越大，移动台在基站中的位置到基站的距离越远，计算出的加权因子就越小。也可以基于移动台在基站中处于定向天线的覆盖范围下的有效小区个数而设置，如可以将有效小区个数直接作为与该移动台建立连接的基站的加权因子，总之，加权因子由本发明实施例中的移动台定位装置为与移动台建立连接的基站计算出，由与该移动台建立连接的基站的连接状态决定。103、根据与移动台建立连接的基站的位置坐标和基站的加权因子计算移动台的加权质心坐标；
在101中获取到与移动台建立连接的基站的位置坐标以及在102中为每个基站都计算出加权因子后，计算移动台的加权质心坐标。需要说明的是，在本发明实施例中的加权质心坐标是基于每个基站的加权因子以及每个基站的位置坐标而计算的，在不同的应用场景中具体可以有多种表达形式，此处不作限定。总之，加权质心坐标是对移动台的位置进行估计的一种方式，加权质心坐标的计算基于与该移动台建立连接的基站的位置坐标以及基站的加权因子。104、使用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标。在本发明实施例中，通过前述103计算出移动台的加权质心坐标后，通过移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息进行校正，得到该移动台的位置坐标，其中，移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息可以包括多种内容，例如，该移动台到与该移动台建立连接的每个基站的距离，移动台到每个基站构成的向量的坐标等，在不同的应用场景中可以具体采用相应的内容。在本发明实施例中，为与移动台建立连接的基站计算加权因子，然后使用该加权 因子对质心运算进行加权得到加权质心坐标，最后利用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标，不需要对网络侧的设备和手机进行改造，由于在计算出移动台的加权质心坐标后还使用移动台到与移动台建立连接的基站的距尚Ih息进行校正，提闻了对移动台进行定位的定位精度。下面以一个具体的实施例介绍本发明中的移动台定位方法，请参阅图3，包括301、接收移动台上报的与移动台建立连接的小区的标识号；在本发明实施例中，移动台定位装置接收移动台上报的小区的标识号，这些小区是与该移动台建立连接的小区，在通常的蜂窝式网络中，移动台至少能够接收到两个或两个以上小区的信号。302、根据小区的标识号，在数据库中查询小区的标识号对应的基站的位置坐标；当接收小区的标识号后，由于蜂窝式网络通信系统在部署基站时建立有存储基站的属性信息的数据库，就可以通过该数据库查询到小区的标识号对应的基站，从而获取到基站的位置坐标。需要说明的是，通过301和302只是获取基站的位置坐标的一种实现方式，当然还存在其它的获取方式，例如，可以通过移动台向与该移动台建立连接的基站发送一个测试指令，当与该移动台建立连接的基站接收到该测试指令后，向本发明实施例中的移动台定位装置上报该基站的位置，由此也可以获取到与移动台建立连接的基站的位置坐标。在实际的应用场景中仍然存在其它的获取方式，此处不作限定。303、获取与移动台建立连接的每个基站的有效小区个数，将每个基站的有效小区个数作为每个基站的加权因子；其中，有效小区为与移动台建立连接的且属于同一基站的小区，即在同一个基站中与该移动台建立连接的小区为有效小区。为了提高系统容量和覆盖质量，当前绝大多数的移动通信基站都采用多扇区结构，安装有定向天线。定向天线的选取有多种，如单极化定向天线和多极化定向天线等，此处不作限定。定向天线有多种特性，其中最显著的是它的功率辐射方向性，即在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小，在天线正对方向的主瓣增益最大，后瓣增益最小，而旁瓣增益介于主瓣和后瓣之间。在蜂窝无线通信网络中，通常每个基站安装有多副定向天线，例如3副或4副的双极化定向天线，每副天线对应一个无线小区，它们各自朝着不同方向。当移动台处于一个基站的覆盖范围内时，可以接收到多个天线小区的信号，称该基站为有效基站，称与移动台建立连接的且属于同一基站的小区为有效小区。以基站使用3副双极化定向天线为例，定向天线的使用使近似六边形的以基站为单位的小区分裂成三个菱形的以定向天线为单位的小区，如图4所示。在本发明实施例中，移动台在基站中的位置处于定向天线的覆盖范围内，能够计算出每个基站的有效小区数，将每个基站的有效小区数作为每个基站的加权因子。304、根据与移动台建立连接的基站的位置坐标和基站的加权因子计算移动台的加权质心坐标；在302中获取到与移动台建立连接的所有基站的位置坐标以及303中为每个基站 都计算出加权因子后，计算移动台的加权质心坐标。需要说明的是，在本发明实施例中的加权质心坐标是基于加权因子以及每个基站的位置坐标而计算的，在不同的应用场景中具体可以有多种表达形式，此处不作限定。总之，加权质心坐标是对移动台的位置进行估计的一种方式，加权质心坐标的计算基于与移动台建立连接的基站的位置坐标以及基站的加权因子。305、计算移动台和与移动台建立连接的基站的位置坐标之间的第一测量距离；在本发明实施例中，移动台定位装置获取到加权因子后，计算该移动台和与移动台建立连接的基站的位置坐标之间的第一测量距离，在实际应用中，存在多种测量移动台和基站之间的距离的方式，例如，可以通过信号衰落或者信号时延来计算，此处不作限定。306、计算移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的基站的位置坐标之间的第二测量距离和单位向量；在302获取到与移动台建立连接的基站的位置坐标和304计算出加权质心坐标后，运用向量间的计算方式，计算出加权质心坐标和基站之间的第二测量距离和加权质心坐标和基站的单位向量，例如，可以将移动台的加权质心坐标减去移动台建立连接的基站的位置坐标，然后进行取模运算，得到第二测量距离，计算出加权质心坐标到与移动台建立连接的基站的向量，然后再除以该向量的模，即可以得到加权质心坐标和基站的单位向量。307、获取校正强度系数；在本发明实施例中，移动台定位装置需要获取校正强度系数，其中，校正强度系数的大小决定校正力度的强弱，可以根据不同的应用场景而具体设定，取值范围可以是从O到1，当获取校正强度系数的值大的时候，校正力度就强，当获取校正强度系数的值小的时候，校正力度就弱，总之，校正强度系数的设定是根据在实际的应用场景中经过仿真测试而设定的。308、根据第一测量距离、第二测量距离、单位向量和校正强度系数对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标。在本发明实施例中，对加权质心坐标的校正可以采取多种方式，只要是基于移动台到基站的距离信息都是可以实现的，在此处对加权质心坐标的校正是基于305得到的第一測量距离、306得到的第二测量距离和单位向量、307得到的校正強度系数。在本发明实施例中，基于基站的有效小区数为与移动台建立连接的基站计算加权因子，然后使用该加权因子对质心运算进行加权得到加权质心坐标，最后利用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息对加权质心坐标进行校正，得到移动台的位置坐标，不需要对网络侧的设备和手机进行改造，由于在计算出移动台的加权质心坐标后还使用移动台到与移动台建立连接的基站的距离信息进行校正，提高了对移动台进行定位的定位精度。下面将以ー个实际的应用例对本发明实施例的移动台定位方法进行说明，请參照如下描述首先获取与移动台建立连接的基站的位置坐标，假设总共有k个基站与移动台建立有连接，用BSiU, y)来表示第i个基站的位置坐标。假设ー个基站设置有3副定向天线分别为第一定向天线501、第二定向天线502和 第三定向天线503，且各自等间隔120度。由于定向天线的主瓣增益大于后瓣，而且存在多个副瓣，所以3副天线的覆盖范围相互重叠。天线主瓣的覆盖范围504位Rl,后瓣的覆盖范围506为R2，R1大于R2，两副天线的副瓣重叠覆盖范围为505，那么该基站的覆盖范围可划分为七个区域分别为第一区域507、第二区域508、第三区域509、第四区域510、第五区域511、第六区域512、第七区域513，如图5所示。移动台在这七个区域中的接收状态如下表I所列表1，为移动台在七个区域中的接收状态。
~~ SHMlλμμλ ______
M JUI IM
第一区域receivedreceivedreceived3 d<Ri
第二区域received —received2R!<d<R2
第三区域receivedreceived —2Rfdく.R2
第四区域一receivedreceived2Rfdく R2
第五区域received — —IR2く.dく.R3
第六区域一received —IR2く.dく.R3
第七区域一 一receivedIR2く.dく.R3在表I中，“received”表示移动台能够接收到该定向天线的信号，“-”表示移动台不能接收到该定向天线的信号，显然有效小区数和移动台到基站距离d之间存在着对应关系。当d < Rl时，有效小区数为3 ;当Rl < d < R2时，有效小区数为2 ;当R2 < d < R3时，有效小区数为I。移动台离某个基站越近的时候，这个基站的有效小区数越大；当移动台离某个基站越远的时候，这个基站的有效小区数就越小。从有效小区数可以得到该基站的加权因子，例如，当移动台处于第一区域时，有效小区数为3，加权因子就选取为3。
通过如下公式计算出移动台的加权质心坐标Mwc(x，y)为
权利要求
1.一种移动台定位方法，其特征在于，包括 获取与移动台建立连接的基站的位置坐标； 为与移动台建立连接的所述基站计算加权因子； 根据与移动台建立连接的所述基站的位置坐标和所述基站的加权因子计算所述移动台的加权质心坐标； 使用所述移动台到与所述移动台建立连接的所述基站的距离信息对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标。
2.根据权利要求I所述的移动台定位方法，其特征在于，所述获取与移动台建立连接的基站的位置坐标包括 接收移动台上报的与所述移动台建立连接的小区的标识号； 根据所述小区的标识号，在数据库中查询所述小区的标识号对应的基站的位置坐标。
3.根据权利要求I或2所述的移动台定位方法，其特征在于，所述为与移动台建立连接的所述基站计算加权因子包括 获取与移动台建立连接的每个基站的有效小区个数，将所述每个基站的有效小区个数作为所述每个基站的加权因子，其中所述有效小区为与所述移动台建立连接的且属于同一基站的小区。
4.根据权利要求3所述的移动台定位方法，其特征在于，所述根据与移动台建立连接的所述基站的位置坐标和所述基站的加权因子计算所述移动台的加权质心坐标包括 通过如下公式计算所述移动台的加权质心坐标Mwe (X, y)
5.根据权利要求I所述的移动台定位方法，其特征在于，所述使用所述移动台到与所述移动台建立连接的所述基站的距离信息对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标包括 计算所述移动台和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第一测量距离； 计算所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第二测量距离和单位向量； 获取校正强度系数； 根据所述第一测量距离、所述第二测量距离、所述单位向量和所述校正强度系数对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标。
6.根据权利要求5所述的移动台定位方法，其特征在于，所述计算所述移动台和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第一测量距离包括 通过信号衰落或者信号时延计算所述移动台和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第一测量距离。
7.根据权利要求5所述的移动台定位方法，其特征在于，所述计算所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第二测量距离包括 将所述移动台的加权质心坐标减去与移动台建立连接的所述基站的位置坐标，然后进行取模运算，得到所述第二测量距离。
8.根据权利要求5所述的移动台定位方法，其特征在于， 所述根据所述第一测量距离、所述第二测量距离、所述单位向量和所述校正强度系数对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标包括 通过如下公式得到所述移动台的位置坐标Mwee (x，y)y} = Mwe(^y)-^ir), 其中，d,为所述移动台和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的第一测量距离； d’ i为所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的第二测量距离，d' i = I (BSi (x, y)-Mffc(x, y) | | ； Mffc (x,y)为移动台的加权质心坐标，BSi (x，y)为与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标； 为所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的单位向量； Mwe马为加权质心坐标Mwe (x，y)到与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标BSiU, y)的向量，IMwaBi为向量M及的模; WC I Vk为所述获取的校正强度系数，Vk的取值范围是O到I。
9.一种移动台定位装置，其特征在于，包括 获取单元，用于获取与移动台建立连接的基站的位置坐标； 加权因子计算单元，用于为与移动台建立连接的所述基站计算加权因子； 加权质心坐标计算单元，用于根据与移动台建立连接的所述基站的位置坐标和所述基站的加权因子计算所述移动台的加权质心坐标； 位置校正单元，用于使用所述移动台到与所述移动台建立连接的所述基站的距离信息对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标。
10.根据权利要求9所述的移动台定位装置，其特征在于，所述获取单元包括 接收模块，用于接收移动台上报的与所述移动台建立连接的小区的标识号； 坐标查询模块，用于根据所述小区的标识号，在数据库中查询所述小区的标识号对应的基站的位置坐标。
11.根据权利要求9或10所述的移动台定位装置，其特征在于，所述加权因子计算单元包括 加权因子获取模块，用于获取与移动台建立连接的每个基站的有效小区个数，将所述每个基站的有效小区个数作为所述每个基站的加权因子，其中所述有效小区为与所述移动台建立连接的且属于同一基站的小区。
12.根据权利要求9所述的移动台定位装置，其特征在于，所述位置校正单元包括 第一计算模块，用于计算所述移动台和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第一测量距离； 第二计算模块，用于计算所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的所述基站的位置坐标之间的第二测量距离和单位向量； 校正强度系数获取模块，用于获取校正强度系数； 位置校正模块，用于根据所述第一测量距离、所述第二测量距离、所述单位向量和所述校正强度系数对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标。
13.根据权利要求12所述的移动台定位装置，其特征在于，所述位置校正模块通过如下公式得到所述移动台的位置坐标 ^抓』I 其中，Cli为所述移动台和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的第一测量距离； d’ i为所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的第二测量距离，d' i = I (BSi (x, y)-Mffc(x, y) | | ； Mffc(x, y)为移动台的加权质心坐标，BSi (x, y)为与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标； 为所述移动台的加权质心坐标和与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标之间的单位向量； 为加权质心坐标Mwe(x，y)到与移动台建立连接的第i个基站的位置坐标BSiU,y)的向量，IMwaBi为向量M及的模; 2 Vk为所述获取的校正强度系数，Vk的取值范围是0到I。
14.根据权利要求9所述的移动台定位装置，其特征在于，所述移动台定位装置部署在移动台中，或者所述移动台定位装置部署在基站中，或者所述移动台定位装置独立于所述移动台和所述基站。
15.一种移动台定位系统，其特征在于，包括移动台、基站和如权利要求9至14中任一项所述的移动台定位装置，其中， 所述移动台，用于向移动台定位装置上报与自己建立连接的基站的名称； 所述基站，用于与所述移动台建立连接时向移动台定位装置上报自己的位置坐标。
全文摘要
本发明实施例公开了一种移动台定位方法、装置和系统，用于不需要对网络侧设备和手机进行改造的情况下提高对移动台进行定位的定位精度。本发明实施例方法包括获取与移动台建立连接的基站的位置坐标；为与移动台建立连接的所述基站计算加权因子；根据与移动台建立连接的所述基站的位置坐标和所述基站的加权因子计算所述移动台的加权质心坐标；使用所述移动台到与所述移动台建立连接的所述基站的距离信息对所述加权质心坐标进行校正，得到所述移动台的位置坐标。
文档编号H04W64/00GK102833848SQ201110164370
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者李嵘峥, 罗新龙, 陈德, 贺传峰 申请人:华为技术有限公司