专利名称：定位系统与方法的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电定位系统与方法，尤其涉及在移动电话通信网络内使用的无线电定位系统。
背景技术：
本技术领域内存在许多借助其可确定移动无线电接收站位置的众所周知的系统。与此处特别相关的是那些用于在移动电话通信网络内定位移动终端的系统。一种标准缩写为E-OTD(增强型观测时间差)的方法使用移动终端从网络发射机接收的信号的相对定时偏置，以及位置已知的固定接收机所接收的相同信号的相对定时偏置。由于传输无法彼此同步，从而使得其相对传输时间偏置(即从不同发射机发射信号的相同部分时的偏置)时常变化并且是未知的，因而需要固定接收机的第二组测量。
已在现有技术中描述了使用位置计算中的定时偏置的两种不同的基本方法。在一种诸如EP-A-0767594、WO-A-9730360和AU-B-716648的方法中，实际上使用由固定接收机测量的信号来“同步”来自不同发射机的传输，将其细节在此引入作为参考。根据在固定接收机处使用固定接收机与发射机的已知位置所测量的值来计算每个发射机相对于其相邻发射机的连续传输时间偏置。移动终端所测量的定时偏置于是可用于基于已知标准技术的计算，在所述的已知标准技术中，两个或更多双曲定位线的交叉点预测了移动终端的位置。
另一种方法(见EP-B-0303371、US-A-6094168和EP-A-1025453，将其细节在此引入作为参考，其指的是被称为CURSOR的系统)使用固定接收机与移动终端所执行的测量来计算两个接收机从每个发射机接收的信号之间的相对时间差。这导致基于以发射机为中心的圆的交集的计算。
在将其细节在此引入作为参考的WO-A-0073813中，已经示出了如何通过组合来自两个或更多固定接收机(所谓的位置测量单元LMU)的测量以生成测量列表，从而进一步改善E-OTD技术以使其用于较大网络，每个所述固定接收机仅可从所述网络内的发射机的子集接收信号，所述测量列表可能已由能够从整个网络接收传输的单个单元提供，所述单个单元即虚拟LMU(VLMU)。
所有上述技术都要求使用来自处于已知位置的接收机的测量数据来计算位置未知的移动接收机的位置，与此相反，在将其细节在此引入作为参考的WO-A-0073841中，示出了如何以根本无需任何固定接收机仍然可以确定两个或更多移动终端的位置的方式来进一步改进E-OTD方法，即无需LMU的E-TOD。如果给定在现有通信系统内使用LMU的网络的成本，则这种改进在商业上肯定具有吸引力。这种改进利用了这样一种原理，即两个移动终端对于三个公用发射机的测量可被用于推断所述移动终端的两个位置之间的矢量差，且五个公共测量足以预测每个所述移动终端的位置。此外，还示出网络发射机尽管并非彼此同步但显示出相干程度。对于所述网络发射机的相对传输时间偏置以及任何时刻的改变率的测量可被用于在若干分钟内预测所述的偏置。如果给定所述网络发射机的相干特性，则两个移动终端无需同时执行测量，而仅需彼此相差一分钟或两分钟执行。因此，可根据每隔三十秒执行的一系列测量来推断单个移动的移动终端的轨迹，而无需参考来自其它任何终端的测量。
发明内容
本发明旨在提供一种用于在现有移动通信网络内实施上述较少LMU的E-TOD方法，以提供如全LMU配置所得到的同样精确的定位业务，且其中可在整个网络中保持业务的全面可用性，所述定位业务无需投资于额外的基础设施，例如不需要建立LMU网络的基础设施，因而无需使用来自位于固定已知位置的接收机，也无需投资于修改网络发射机以使其与诸如GPS的外部定时参考源共同操作。
根据本发明的第一方面，提供了一种为多个在通信网络内操作的终端提供定位业务的方法，所述终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a)测量多个终端内的接收机从一个或多个所述传输源接收的信号，所述终端的位置是未知的；b)将所述测量传送到至少一个数据节点；c)在所述至少一个数据节点处生成所述测量的一个或多个记录；d)将至少一些所述记录传送至计算节点；e)保持被传送至所述计算节点的记录的列表；以及f)使用至少一部分所述列表来执行计算，根据所述计算可提取两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，并可以提取所述传输源的传输时间偏置。
本发明的第一方面还包括一种通信网络，其具有多个终端，其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定，每个所述终端都具有用于从传输源接收信号的接收机，以及用于测量从一个或多个所述传输源接收的信号的装置；至少一个数据节点，其具有用于从所述终端得到所述测量的装置，以及用于生成所述测量的一个或多个记录的装置；以及计算节点，其具有用于接收至少一些所述记录的装置，用于保持被传送至所述计算节点的记录的列表的装置，以及使用至少一部分所述列表来执行计算的装置，根据所述计算可以提取两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，以及所述传输源的传输时间偏置。
应当理解的是，除非上下文有所指示，否则上述和下述“测量”指的是对于每个接收机从所述传输源接收的信号相对于彼此或相对于参考源的时间、相位、频率或其衍生物内的相对偏置的测量。所述测量可能会自动发送，或是响应于广播信息发送，或是响应于从网络发送至所述移动终端的特定请求发送，且所述测量必须是足够新的，以能够提供有效数据。
本发明的第二方面包括一种为多个在通信网络内操作的终端提供定位业务的方法，所述终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a)测量多个所述终端内的接收机从一个或多个所述传输源接收的信号；b)将所述测量传送到至少一个数据节点；c)在所述至少一个数据节点处生成所述测量的一个或多个记录；d)将至少一些所述记录传送至计算节点；e)保持被传送至所述计算节点的记录的列表；以及f)使用至少一部分所述列表来执行计算，以同时计算两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态以及所述传输源的传输时间偏置，所述终端的测量形成所述记录的一部分。
此外，本发明的第二方面还包括通信网络，其具有多个终端，其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定，每个所述终端都具有用于从传输源接收信号的接收机，以及用于测量从一个或多个所述传输源接收的信号的装置；至少一个数据节点，其具有用于从所述终端取得所述测量的装置，以及用于生成所述测量的一个或多个记录的装置；以及计算节点，其具有用于接收至少一些所述记录的装置，用于保持被传送至所述计算节点的记录的列表的装置，以及使用至少一部分所述列表来同时计算两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态且可提取所述传输源的传输时间偏置的装置，所述终端的测量形成所述记录的一部分。
本发明还可为已配备LMU的现有网络提供额外的定位精确度，或为与常规E-OTD方法相比需要更少LMU的网络提供特定水平的定位精确度。
可能在多个数据节点之间分配对所述接收机从所述传输源接收的信号的测量。
任何数据节点所保持的数据都可能是单个测量或多个测量的记录。
数据节点与计算节点可能位于任何地方，例如它们可能会共址。多个数据节点与计算节点可能分布在整个网络中，或是位于网络之外。
可能在两个或更多子节点之间分配记录的部分。
位置的所述计算可能使用来自任何数量的数据节点的测量。
数据节点和/或计算节点可能是在通信网络内操作的终端的一部分，或是连接至所述终端，因而本发明包括通信终端，其具有用于得到对信号的测量的装置，所述信号是在所述网络中操作的一个或多个终端内的接收机从一个或多个传输源接收的，所述通信终端还具有用于从移动终端内的接收机接收测量的装置，所述移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定。
本发明还包括具有计算节点的通信终端，所述计算节点用于使用所述移动终端所报告的至少一些测量，以及在所述数据节点处生成的测量的全部或一部分记录来计算所述移动终端或其它移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态。所述通信终端可能位置固定的或是移动的，在移动的情况下它可能是移动终端，其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定。在所述计算节点是终端的一部分或连接至所述终端且所述数据节点位于任何地方的情况下，在可执行计算之前必须将所述数据节点内所保持的一个或多个记录传送至所述计算节点。
所述测量可能还包括信号强度、信号质量或其它与每个接收机从所述传输源接收的信号相关的参数的估计。在某些应用中，更为有利的是所述测量包括与接收机状态的其它方面相关的信息，例如其它装置所测量的所述接收机的位置，或所述接收机的速度，或是所述接收机的海拔高度。所述计算自身可能是在所述计算节点内或是在数据被传送到的其它计算节点内执行的。所述计算节点可能位于其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态正被计算的移动终端内。
所述一个或多个计算节点可能连接至通信网络或是包括通信网络的一部分。
所述方法能够利用这样的事实，在任何真实的、实际的网络内很可能始终存在着大量在所述网络内操作的移动终端，甚至在业务量最小时也是如此。大部分所述移动终端将处于等待接收呼叫的静止状态(GSM中的“空闲模式”)，尽管某些所述终端可能处于有效使用中(GSM中的“专用模式”)，或是以诸如GSM中的通用分组无线电业务(GPRS)的分组模式连接至所述网络。大部分或所有所述终端的位置都是未知的，但在空闲模式中，每个所述终端都周期性地向网络报告，从而使得其在呼叫前往其时可被寻呼。借助通常被指配给较大组小区的代码(“位置区码”)将所述终端的粗略位置保持在常规的“来访位置寄存器”内。每个所述报告可能还带有移动终端在其正常的空闲模式操作期间内所执行的测量，这对于电池寿命与信令负载仅产生很小的影响。作为选择，所述网络可能请求在接收报告之后立即发送所述测量。如果每隔30分钟完成所述报告，所述发射机的相干时间为2分钟，且每个报告携带9个测量(实际上在GSM系统中已经观察了这些值)，则大约15个在一个被隔离小区内操作的终端足以保持准备好用于任何到来的位置请求的最近测量列表。在考虑到与邻区相协作时，每个小区内所需的操作终端的平均数量降到很低。
如果位置请求经过其内存在足够数量的操作终端，但报告的新近程度并不足以使报告有效的小区，则系统在这种情况下可能会发射使终端发送其测量的请求，以在执行位置计算之前更新数据节点内的记录。所述请求可能会由特定小区或一组小区(例如所有具有相同位置区码的小区)以专有模式或分组模式广播，或是被广播到系统了解其在与网络最后通信时在正确区域内操作的特定终端，或是被广播到与网络有效连接的特定终端。还可以广播所述请求，以使仅有某些终端提供测量，尤其是那些满足特定准则的终端，例如具有关于特定BTS的测量的终端，或是具有特定识别符的终端。
所述方法只有在操作终端过少的情况下方才失灵，在这种情况下，服务小区的中心位置可能是最易管理的。然而，在调度诸如消防车、警车或救护车的紧急单元救助呼叫者的紧急情况下，所述紧急单元内的移动终端自身可能是辅助位置计算的附加操作终端。如果紧急车辆携带GPS或是具有其它了解其自身位置的装置，则所述紧急车辆在到达与遇险者相同的区域时可以成为“正常”E-TOD计算中的第二接收机。
因此，根据本发明的第三方面，提供了一种在通信网络内确定第一移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态的方法，所述移动终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a)在数据节点处得到对于所述第一移动终端内接收机从一个或多个所述传输源接收的信号的测量，所述第一移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定；b)计算所述第一移动终端的粗略位置或相对位置；c)在所述数据节点处接收第二移动终端内的接收机所执行的测量，所述第二移动终端的位置是未知的，但靠近所述第一终端的粗略位置或相对位置；以及d)使用至少一些由所述第一与第二移动终端执行的测量在任何一个或多个计算节点处计算一个或两个所述移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态。
如果并无移动终端靠近于所述第一终端的粗略位置或相对位置，则可能将所述第二移动终端调度至所述第一终端的粗略位置或相对位置。
所述粗略位置可能是服务于所述第一移动终端的小区的中心。
计算粗略位置的步骤可能由两个或更多计算节点执行，一个或多个所述计算节点可能在一个所述移动终端内或连接至一个所述移动终端，或是在其它位置处。紧急单元可能已在附近，在这种情况下，可能需要将请求发送至移动单元所携带的终端，以使其报告其测量。位置计算也可由一个或多个计算节点执行，所述计算节点可能在一个所述移动终端内或连接至一个所述移动终端，或是在其它位置处。
本发明还包括能够借助此处所描述的任何一种方法来定位终端的通信网络。此外，本发明还包括适合于发送上述测量的一个或多个移动站以及适合于接收所述测量的数据节点的组合，从而使得所述测量可以形成计算另一终端的位置或相对位置或运动状态或相对运动状态的一部分。在一些实施例中，对于一个移动终端而言可能更有利的是经由通信网络或直接链路来直接从另一移动终端请求测量。这在必需发现一个移动终端相对于另一移动终端的相对位置偏置的情况下尤为有用。在另一实施例中，寻找移动终端的位置的请求可能由第三方发送到网络，该网络随后启动任何一种此处所描述的方法。所述传输源可能是所述通信网络的发射机、另一通信网络的发射机、为其它目的建立的发射机(例如公共广播发射机或卫星发射机)、在任何通信网络内操作的固定与移动终端内的发射机或是任何上述发射机的组合。
此处所描述的新方法并不应当被视为排除“正常”E-TOD操作，而是可与来自可用LMU或VLMU的测量一起使用。实际上，计算移动终端的位置的最佳方法是使用所有其新近程度足以使其有效的信息。所述信息包括来自在网络内操作但其位置未知的手机的测量、来自在网络内操作且已计算出其位置或是先前已通过其它机制了解其位置的手机的测量、以及来自LMU或VLMU的测量。本发明的构思是所有信息都被输入每个位置计算中，每次执行新计算时都会产生为每个移动终端计算的位置的列表。因此，可能随后在第一移动终端的测量被用作第二或后续移动终端位置计算的一部分时改进对第一移动终端的位置的第一计算。在繁忙的系统中，可能在第一移动终端的测量变得太旧以至于不再有用之前，在发射机的相干时间内执行第一移动终端位置的多个所述计算。
所述方法还包括此处所描述的EOTD型测量与来自诸如GPS的其它系统的测量的组合。在任何一个系统都不存在一种类型的足够测量来完成位置计算的情况下，这种混合计算可能尤为有用，而所述组合的确提供了一种解决方案。
应当注意的是，不必为了执行所述计算而了解任何终端的诸如电话号码的身份。因此，当同样在全球位置计算中使用私人终端测量时，可以保持在网络内操作的所述私人终端的匿名。
如上所述，上述系统并非完全有效，其中对于位置固定的请求来自网络的一部分内的移动终端，而在所述网络中并不存在足以在所述数据节点内保持有效测量的足够大列表的其它报告测量的终端。在这种情况下，该网络可能会将请求广播至所述区域内的所有终端，以使其立即报告它们的测量。但是，通常大致了解所述移动终端的位置，所述的位置通常仅被指定在网络的较大部分内，例如GSM网络中的“位置区”内。本发明允许时常计算所有在网络内操作的终端的位置。这为保持报告测量的所述终端的准确位置的记录提供了基础。此外，还保持了提供每个终端与网络最后通信时使用的服务区的记录。所述列表随后可被用于移动站的特定寻呼，以得到测量更新。本发明包括建立和保持所述列表。本发明的一些方面可能还会被用作网络的诊断探测，例如通过使用处于已知位置处的终端的位置计算的径向误差，或是使用计算已知其静止或以已知方式移动的终端的位置中的变化。
可借助特定实例的下述数学分析来理解上述方法，在所述的特定实例内，根据终端的时钟来执行测量网络发射机A、B、C等的位置由位置矢量a、b、c等定义，所有的位置矢量都与公共任意固定原点O相关(见图1)。移动终端X、Y、Z等的位置由位置矢量x、y、z等定义，所有的位置矢量都与相同的原点相关。固定接收机(LMU)K、M、N等的位置由位置矢量k、m、n等定义，所有的位置矢量都与相同的原点相关。假定所述发射机与LMU的位置是已知的，但并不知道移动终端的位置。所述固定的和移动的终端都会测量接收来自所述发射机的信号内的符号差的时间。例如，在GSM系统中可能使用扩展的训练序列的接收时间。然后，LMU K所测量的来自A、B、C等的信号的时间如下得出υtKA＝|k-a|+αA+βK，υtKB＝|k-b|+αB+βK，υtKC＝|k-c|+αC+βK，等其中矢量每一侧的竖线表示该矢量的大小，υ是无线电波的速度，αA、αB、αC表示发射机A、B、C的传输时间偏置(以υ乘米来表示)，而βK是LMU K的内部时钟的时间偏置(以米表示)。所有时间都是根据假想的全球精准时钟估计的。类似地，LMU M和LMU N所测量的时间如下得出υtMA＝|m-a|+αA+βM，υtMB＝|m-b|+αB+βM，υtMC＝|m-c|+αC+βM，等以及υtNA＝|n-a|+αA+βN，υtNB＝|n-b|+αB+βN，υtNC＝|n-c|+αC+βN，等类似地，用于所述移动终端所接收信号的等式组为υtXA＝|x-a|+αA+βX，υtXB＝|x-b|+αB+βX，υtXC＝|x-c|+αC+βX，等υtYA＝|y-a|+αA+βY，υtYB＝|y-b|+αB+βY，υtYC＝|y-c|+αC+βY，等以及υtZA＝|z-a|+αA+βZ，υtZB＝|z-b|+αB+βZ，υtZC＝|z-c|+αC+βZ，等在上述等式中，υt值是测量结果，矢量a，b，c...k，m，n...都是已知的。所述等式可以各种众所周知的技术来解答，以得到未知量x，y，z，...、αA，αB，αC，...、βX，βY，βZ，...和βK，βM，βN，...的值，所述众所周知的技术例如是那些在1992年剑桥大学出版社出版的Press等人撰写的第二版Numerical Recipes in C的第9和10章中描述的技术。在WO-A-0073813中，示出了如何将单个LMU测量合并到下述测量的列表内，所述测量可能已由能够从网络内的所有发射机接收信号的单个LMU(或VLMN)生成。因此，未知量βK，βM，βN，...可首先由VLMU的单个值βV替代，而未知量βX，βY，βZ，...由差值εX，εY，εZ，...替代，其中εX＝βX-βV等。如果任何一个终端还携带GPS时钟，从而可根据GPS时间来测量从BTS接收的信号，则此信息可被并入所述计算内，以减少结果中的多径误差等的影响。
每个上述全球计算的结果是传输时间偏置的值αA、αB、αC等被确定，因而应当理解的是，使用多个终端所接收的信号可从所述计算节点内执行的计算中提取来自传输源传输的时间偏置或是相对时间偏置，或时间偏置或是相对时间偏置的变化速度。
传输时间偏置的值可能被存储在列表内，并被用于将每个BTS的传输时间偏置的变化模型化为时间的函数。本发明因此包括它的值随后可被用于常规双曲线或圆形E-OTD位置计算的列表的保持。在同步系统中，更为有利的是以上述方式计算传输时间偏置，从而监控网络的同步程度。
以下将参照图2描述一种根据本发明系统的特定实施方式的实例，在图2中，安装在GSM网络内的CURSOR E-OTD系统被用作本发明的试验台。参照附图可以理解所述实施方式，在附图中图2示出了GSM网络内的试验系统的部件；图3是试验内所使用手机的部件的方框图；图4示出了在所述计算节点处保持的测量的列表；以及图5示出了随着试验期间内所测量两个BTS之间的相对传输时间偏置的时间的变化。
具体实施例方式
图2中示出了CURSOR E-OTD系统的标准部件，包括(a)GSM通信网络10的基站收发信台(BTS)1A、1B、1C等，(b)位置测量单元(LMU)2A、2B、2C等，(c)执行CURSOR位置计算功能的移动定位中心(MLC)3以及(d)若干能够实现CURSOR E-OTD的手机4，所述的手机4能够定时测量BTS 1A等所发射的信号。本发明的试验是通过将BTS用作传输源、将MLC 3用作数据节点以及将手机4用作其位置将被确定的移动终端来执行的。所述的位置计算在膝上电脑所提供的计算节点内脱机执行。
在上述的先前专利申请(EP-A-1025453)中，已经详细描述了GSM CURSOR系统的操作。BTS 1A等在其控制信道BCCH上发射的信号包括被称为扩展训练序列(ETS)的规则重复结构。在正常操作期间内，GSM手机4借助内置ETS模板来执行解调后呼入信号的互相关，以测量所述信号相对于所述GSM手机4的内部时钟的时间偏置。此功能既被在来自服务BTS(手机当前被注册在该服务BTS上)的信号上执行，又被在来自多个相邻BTS的信号上执行。通常在已经以不超过大约1个GSM样本间隔(3.7μs)的精确度测量了时间偏置之后删除所述互相关数据，但在安装了GSM CURSOR软件时，进一步处理所述数据，以便以不超过大约100ns的精确度来测量所述时间偏置。大约每隔30秒即生成来自服务BTS与相邻BTS的信号的时间偏置的列表，且所述列表构成手机4如下执行的正常E-OTD测量。
如WO-A-9921028内所述，图3是手机的简图，所述的手机包括适合于根据本发明操作的常规数据蜂窝无线电手机。所述的手机4包括将信号提供给接收机42的天线41，从BTS 1A等接收的信号被从所述接收机42传送到数字信号处理器(DSP)43。所述数字信号处理器43具有用于包括DSP所使用软件的相关RAM 44和ROM 45等。常规微处理器或中央控制器(CPU)46接收由DSP处理的信号，且也具有用于包括操作软件的相关RAM 47与ROM等48。并未表现蜂窝电话手机的诸如电池、键盘、LCD屏等其它常规部分，因为它们与本发明并无密切关系。在使用中，DSP 43与相关RAM44在ROM 45内所存储的改进程序的控制下操作，以执行所需的信号测量，而微处理器46与相关RAM 47在ROM 48内所存储的改进程序的控制下操作，以测量从BTS 1A等接收的信号的时间偏置。
在所述的手机4中，如WO-A-9921028内所述的，在该手机的空闲期间内，每隔10至60秒即在DSP 43(见图3)内执行所述测量进程。所记录的数据被传送至CPU控制器46，以存储在RAM 48内。
如上操作的手机4被用于本试验。只要用户按下手机上的特定按键，时间偏置就将被如此测量，并被经由短消息业务(SMS)发送至MLC 3，且所述时间偏置构成将由数据节点记录的“测量”。在MLC 3上运行的软件程序接收所述SMS分组，提取所述测量，并将其以记录的形式记录磁盘上，所述纪录随后形成表格(见下表1)的行。MLC 3及其软件程序因而提供如上所述的数据节点。四个所述移动终端(手机)4在CURSOR系统所覆盖的区域内被部署为彼此相隔几百米，并由先前已使其手表同步的操作者携带。所述试验每次执行大约1.5小时，在试验期间内，要求运营商准确地每隔3分钟即按下其手机上的按键，每次按键都会导致到数据节点(MLC 3)的包括测量的SMS消息。BTS的地理位置同样被记录。手机发送的每个SMS消息还会导致使用来自手机4的数据以及LMU 2A等发送的数据的正常CURSOR E-OTD计算。所述计算结果并不被使用，但LMU测量被与手机测量一起记录在磁盘上。已知手机的正确位置在先前已使用差分GPS(DGPS)测量的大约2米的范围内。
在完成试验之后，所述数据记录被传送到膝上电脑5，并被组合在表6(见图4)内用于处理。一个软件程序被写为根据下述等式所示的方法来分析表6内的数据记录。图4示出了所保持数据记录的表6，但并未将该表完全表现，该图只是示出了表6的一部分。每一行都对应于一组来自所述四个终端中的一个的测量，而每一列都代表多个BTS中的一个，小区内的测量是以米来测量的来自各个BTS的信号的时间偏置。
膝上电脑5及其程序因而提供上述的计算节点。四个手机同时执行的测量中的每一组都导致图4所示的表6内的四行记录，且所述的每一组测量都被独立处理，每次都导致四个位置估计。计算所述估计与DGPS位置之间的径向差，并在下表1内将所述径向差列在以ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4标志的栏内。该表内的每行都涉及一组对于左栏所示的在相同本地时间记录的测量的位置计算。每个手机4都已经报告了关于8个或9个BTS信号的测量，多个所述信号是所有四个手机4共用的。
ΔR的值如下计算ΔRn＝|Pn-An|，其中竖线指示其内矢量的大小，移动站“n”的所计算位置由矢量Pn表示，而其正确位置(DGPS)由矢量An表示。
表1未使用LUM数据时的绝对与相对径向误差
表1中还将相对位置列在以σR1、σR2、σR3、σR4标志的栏内。在已经校正所计算位置相对于其正确位置的平均偏置之后，所述相对位置被计算为每个所计算位置相对于其正确位置的径向误差。因此，这些值代表相对于整体模式的径向误差，且这些值是相对位置偏置的测量。如果当场计算的位置的模式相当理想，但只是从正确位置的模式转换而来的，则σR的值可能是零。所述相对位置如下计算σRn=|(Pn-An)-Σm=14(Pm-Am)4|]]>向量每一侧的竖线指示必须使用的矢量的大小。
表1给出的结果显示本发明如何允许即使在终端(手机4)仅相隔较短距离时仍然能够相当准确地确定所述终端相对于彼此的位置偏置。每个终端的所计算位置内的径向误差可能会比较大，但其随着所述终端之间的距离增加而减少。如果特定区域内存在若干终端，从而使得每个所述终端都相当靠近于其相邻终端，但相隔最远的终端之间的距离却很大，则全球计算将导致对于所有所述终端的准确定位。此外，即使在特定终端与远端终端的BTS测量组并不充分重叠时仍然能够准确地得到特定终端的位置，只要存在着其测量组与特定终端和远端终端的测量组充分重叠的“中间”终端。
在通过VLMU功能(如WO-A-0073813内所述)将LMU值也并入计算时会得到如表2所示的结果。
表2包括VLMU数据时的绝对与相对径向误差
应当注意的是，VLMU测量的并入提高了绝对位置的精确度，但其对于相对位置的影响很小。
如上所述，来自全球位置计算的输出包括测量内所使用的BTS的传输时间偏置的估计。在本试验的条件下，实际上根据变化的“公用”时钟来计算所述的偏置，所述变化“公用时钟”涉及手机内的个人时钟所测量的时间的组合。逐个测量计算的αA、αB、αC等自身的值之间无任何简单关系，但相对于彼此的传输时间偏置αB-αA、αC-αA之间却存在着简单关系。这在表3和图5中说明，其中相对于时间示出了在试验中使用的两个BTS的传输时间偏置之间的差值。显然，简单的线性模型可能会适合在若干分钟期间内的所示数据。
表3试验中所使用的两个BTS之间的相对传输时间偏置
在本发明系统的商业实施中，只要输入定位请求即可执行所述计算。因此，来自在网络内操作的终端的测量报告可能会被累积起来，但所述计算将取决于特定定位请求。因此，在繁忙的网络内，由于计算可能涉及来自大量终端的测量，完成所述计算所需的时间可能为多秒，所以计算将会非常昂贵。作为选择，可能会周期性地执行所述计算，或是只要接收到来自终端的足够的新报告即执行所述计算。传输时间偏置的结果值αA、αB、αC等可被用于更新BTS A、B、C等的变化传输时间偏置的模型，所述模型在任何随后的位置计算中都可被立即加以使用。这样，计算负载可能会随着时间而发散，因而减少了响应于定位请求的延迟。
权利要求
1.一种为多个在通信网络内操作的终端提供定位业务的方法，所述终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a)测量由所述多个终端内的接收机从一个或多个所述传输源接收的信号，所述多个终端的位置是未知的；b)将所述测量传送到至少一个数据节点；c)在所述至少一个数据节点处生成所述测量的一个或多个记录；d)将至少一些所述记录传送至计算节点；e)保持被传送至所述计算节点的记录的列表；以及f)使用至少一部分所述列表来执行计算，根据所述计算可提取两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，以及所述传输源的传输时间偏置。
2.一种为多个在通信网络内操作的终端提供定位业务的方法，所述终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a)测量由所述多个终端内的接收机从一个或多个所述传输源接收的信号；b)将所述测量传送到至少一个数据节点；c)在所述至少一个数据节点处生成所述测量的一个或多个记录；d)将至少一些所述记录传送至计算节点；e)保持被传送至所述计算节点的记录的列表；以及f)使用至少一部分所述列表来执行计算，以同时计算两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，以及所述传输源的传输时间偏置，所述终端的测量形成所述记录的一部分。
3.一种在通信网络内确定第一移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态的方法，所述移动终端具有用于从传输源接收信号的接收机，所述方法包括步骤a.在数据节点处取得对于所述第一移动终端内的接收机从一个或多个所述传输源接收的信号的测量，其中所述第一移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定；b.计算所述第一移动终端的粗略位置或相对位置；c.在所述数据节点处接收第二移动终端内的接收机所执行的测量，所述第二移动终端的位置是未知的，但其靠近于所述第一终端的粗略位置或相对位置；以及d.使用至少一些由所述第一与第二移动终端执行的测量，在任何一个或多个计算节点处计算一个或两个所述移动终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态。
4.根据权利要求1至3中任何一个的方法，其中所述测量被自动发送。
5.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中响应于广播信息发送所述测量。
6.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中响应于从所述网络发送至所述移动终端的特定请求发送所述测量。
7.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中对于所述接收机从所述传输源接收的信号的测量被在多个数据节点之间分配。
8.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中任何数据节点所保持的记录都是单个测量的记录。
9.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中任何数据节点所保持的记录都是多个测量的列表。
10.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中记录的组成部分被在两个或更多子节点之间分配。
11.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中位置的计算使用来自多个数据节点的测量。
12.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中所述测量还包括信号强度、信号质量或其它与每个所述接收机从所述传输源接收的信号相关的参数的估计。
13.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中位置的计算包括与接收机状态的其它方面相关的信息，例如其它装置所测量的所述接收机的位置，或所述接收机的速度，或是所述接收机的海拔高度。
14.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中位置的计算包括使用来自GPS系统的测量。
15.根据上述权利要求中任何一个的方法，其中将发送所述终端的测量的请求发送至所述终端，以在执行所述位置计算之前更新所述数据节点内的记录。
16.根据权利要求15的方法，其中所述请求由特定小区广播。
17.根据权利要求15的方法，其中所述请求由一组小区广播。
18.根据权利要求15至17中任何一个的方法，其中所述请求被广播至特定终端，所述系统在所述特定终端最近报告时已知所述特定终端在正确的区域内操作。
19.根据权利要求15至17中任何一个的方法，其中所述请求被广播至与所述网络有效连接的特定终端。
20.根据权利要求15的方法，其中从具有关于特定BTS的测量的终端广播对于所述测量的请求。
21.根据权利要求15的方法，其中从具有预定识别符的终端广播对于所述测量的请求。
22.根据权利要求3的方法，其中如果并无移动终端已在所述第一终端的粗略位置或相对位置附近，则将所述第二终端调度到所述第一终端的粗略位置或相对位置处。
23.根据权利要求3或22的方法，其中所述计算粗略位置的步骤由两个或更多计算节点执行。
24.根据权利要求1至23的方法，其中计算节点在移动终端内或是连接至移动终端。
25.根据权利要求1、3以及依据权利要求1或3时的权利要求4至23中任何一个的方法，被用于同时计算多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，所述终端的测量形成所述记录的一部分。
26.一种通信网络，其适合于依据权利要求1至25中任何一个的方法来定位连接至所述网络的终端。
27.一种通信网络，其具有多个终端，其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定，每个所述终端都具有用于从传输源接收信号的接收机，以及用于测量从一个或多个所述传输源接收的信号的装置；至少一个数据节点，其具有用于从所述终端取得所述测量的装置，以及用于生成一个或多个所述测量的一个或多个记录的装置；以及计算节点，其具有用于接收至少一些所述记录的装置，用于保持被传送至所述计算节点的记录的列表的装置，以及用于使用至少一部分所述列表来执行计算的装置，根据所述计算可提取两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，以及所述传输源的传输时间偏置。
28.一种通信网络，其具有多个终端，其位置或运动状态或相对位置或相对运动状态将被确定，每个所述终端都具有用于从传输源接收信号的接收机，以及用于测量从一个或多个所述传输源接收的信号的装置；至少一个数据节点，其具有用于从所述终端取得所述测量的装置，以及用于生成一个或多个所述测量的一个或多个记录的装置；以及计算节点，其具有用于接收至少一些所述记录的装置，用于保持被传送至所述计算节点的记录的列表的装置，以及用于使用至少一部分所述列表来同时计算两个或更多所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，并可以提取所述传输源的传输时间偏置的装置，所述终端的测量形成所述记录的一部分。
29.根据权利要求27或权利要求28的通信网络，其中数据节点与计算节点彼此共址。
30.根据权利要求27至29中任何一个的通信网络，其中多个数据节点与计算节点分布于整个网络中。
31.根据权利要求27至30中任何一个的通信网络，其中数据节点和/或计算节点是在所述通信网络内操作的终端的一部分，或连接至该终端。
32.根据权利要求27至31中任何一个的通信网络，其中所述计算节点连接至所述通信网络。
33.根据权利要求27至31中任何一个的通信网络，其中所述计算节点包括所述通信网络的一部分。
34.根据权利要求27至33中任何一个的通信网络，其中所述传输源包括所述通信网络的固定发射机。
35.根据权利要求27至34中任何一个的通信网络，其中所述传输源包括另一通信网络的固定发射机。
36.根据权利要求27至35中任何一个的通信网络，其中所述传输源包括为非电信目的建立的发射机。
37.根据权利要求27至36中任何一个的通信网络，其中所述传输源包括在所述通信网络中操作的固定和移动终端内的发射机。
38.根据权利要求27至37中任何一个的通信网络，其中所述传输源包括卫星发射机。
39.一种适合于根据权利要求1至25中任何一个所定义的方法发送测量的通信终端，以及一种数据节点，所述数据节点适合于接收所述测量，从而使得所述测量可能形成另一通信终端的位置或相对位置或运动状态或相对运动状态的计算的一部分。
40.一种在无线电电话通信网络内保持记录的方法，所述记录提供了每个终端在与所述网络最后通信时的所计算的位置。
41.一种在无线电电话通信网络内保持记录的方法，所述记录提供了每个终端在与所述网络最后通信时所使用的服务小区。
42.根据权利要求1至25中任何一个的方法，包括保持所述网络内BTS的传输时间偏置的值的列表。
43.根据权利要求40的方法，还包括使用传输时间偏置值的所述列表来监控所述网络的同步程度。
全文摘要
本发明公开了一种为在通信网络内操作的多个终端(4)提供定位业务的方法，所述通信网络例如是GSM电话网络。所述终端具有用于从传输源(1A－1C)接收信号的接收机(42)。在所述方法中，执行对所述接收机从一个或多个所述传输源接收的信号的测量，且所述测量被传送至一个或多个数据节点(3)。在所述数据节点(3)处生成一个或多个测量的一个或多个记录，且至少一些所述记录被传送至一个或多个计算节点(5)。在所述计算节点(5)处保持被传送至所述计算节点的记录的列表(6)，且使用至少一部分所述列表(6)执行计算，根据所述计算可提取所述多个终端的位置或运动状态或相对位置或相对运动状态，以及传输源的传输时间偏置。
文档编号G01S5/14GK1491362SQ0280473
公开日2004年4月21日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年2月23日
发明者彼得·J·杜飞特－史密斯, 詹姆斯·P·布赖斯, P 布赖斯, 彼得 J 杜飞特-史密斯 申请人:剑桥定位系统有限公司