专利名称：蜂窝通信网的制作方法
技术领域：
本发明与蜂窝通信网有关，具体地说，本发明提出了一种对与这样的网络通信的移动台(MS)定位的方法。本发明特别适用于按照码分多址(CDMA)协议工作的蜂窝通信网。在某些这样的系统中，所有的基站收发信台(BTS)在称为下行链路的相同射频频谱部分内向所有的MS发送，而所有的MS在称为上行链路的不同的射频频谱部分内发送。
在这样的系统内有一个要求，网络应能对在本网络内工作的MS定位(即确定这种MS的位置)。为了达到这个目标近来建议移动台要检测除了与之通信的主要基本站外至少两个地理上分开的基站所发送的信号。然后，MS可以将从至少两个其他基站接收的信号的到达时间通过它的服务基站g向网络报告。倘若网络知道信号离开相应的其他基站的时间，它就能计算出信号从这些其他基站传播到移动台所用的时间，从而计算出MS到各基站的距离。从往返行程延迟的测量结果中可以计算出MS到服务BTS的距离。有关MS到至少3个位置精确已知的BTS的距离的信息使网络可以用三角法估测出MS的位置。
然而，在CDMA系统中实现这个方法有一个问题，因为所有的基站在一个共同的频率范围(下行链路，有时也称为正向链路)内发送。为了使在一个特定的信道上的信号可以检测出来，这些信号必须以对所有在相同频谱部分内发送的其他信号的总功率具有一定的比例的功率被接收。每个BTS以只是在本小区的区域内可以接收到的适当功率发送信道，以避免过分干扰其他小区。任何BTS的任何信道在其他小区内接收到的功率都很小，通常不满足到达时间测量需满足的功率比的要求。特别是对于那些处在它们的服务BTS附近的MS更是这样，来自这个BTS的功率(可以看作对测量来自其他BTS的信号的干扰)是很高的。为了解决这个问题，已经建议在需要对一个移动台定位时，与这个移动台通信的主基站将在一些预定时间短期停止在下行链路上的所有传输，以使移动台能在这些时间内检测其他基站的传输。
这个方案有一些缺点，其中包括如下三个主要缺点。第一，在每个静止期(通常称为空闲时隙)期间，主基站不能向任何在与之通信的移动台发送任何信息。第二，由于这些基站通常并不相互同步，因此必须提供某种机制，使所有的基站可以知道所有邻近基站的相对定时。这使网络增加了额外的复杂性。第三，移动台需要一个规格相当高的自动增益控制单元(AGC)作为它的接收电路的部件，以便能迅速地从检测来自它的主基站的传输转换到检测来自其他较远基站的功率低得多的传输。
另一个已知的对在CDMA蜂窝通信网内的移动台定位的方法涉及采用一些设置在网络各个关键位置的信标。这些信标只是以已知的功率电平发送信号，使得在网络内充分接近它们的移动台都能检测到。在信标发送的信号内包括标识本信标的信息。希望予以定位的移动台检测到这些信号后，测量出所接收的这些信号的强度。从接收信号的强度和已知的发射功率可以估计出路径损耗，从而估计出与在这个具体环境中这样的损耗相应的距离。用MS到至少3个地理位置(信标位置)的距离的信息可以计算出MS的位置。这种方法的缺点是测量接收信号的强度并不很可靠，路径损耗与环境有关，而这个关系可能不是非常精确的，而且信标在下行链路上发送导致容量有些损失。
按照本发明，所提供的对在一个包括多个基站和多个定位单元的、移动台与基站通过无线接口相互通信的蜂窝通信网内的一个移动台定位的方法包括下列步骤至少一个定位单元在一个预定时间发送一个预定的定位信号，这个预定时间最好可以由MS根据它与一个服务BTS的定时关系确定；所述移动台确定一个尝试检测所述定位信号的时间窗口；所述移动台检测所述定位信号；以及根据所述定位信号到达所述移动台的时间确定一个到达时间值。
这种对移动台定位(即确定移动台的位置)的方法与仅仅根据移动台检测来自与与之通信的主基站(即服务基站)地理上分开的基站的传输的方法相比具有若干优点。例如，与移动台通信的主基站不必为了进行定位而在一些短时间(即空闲时隙)内停止所有传输。此外，利用专用的定位单元可以将这样的定位单元设置在最有利于对移动台定位的地理位置上。然而，基站的位置主要是取决于每个基站成功地向任何处在本基站主要负责的区域(这样的区域通常称为小区)内的移动台发送的需要。以上讨论的现有技术的方法涉及移动台检测来自移动台所在小区以外的其它小区内的基站的传输。相反，采用本发明，一个定位单元可以处在与移动台相同的小区内，而且它可以具体地按在这个小区内可能使移动台接收来自这个小区的某个部分的邻近基站的传输困难的地理特征设置(例如设置在一个挡住邻近基站的巨大建筑物的前面)。
可取的是，无线接口可以按照码分多址协议或环境工作。这使本发明显得特别有用，因为它克服了为CDMA系统所特有的一系列问题。例如，一种已知的对在一个GSM系统内的移动台定位的方法涉及采用一些收听来自移动台的传输的监听站；通过确定这些传输到达各监听站的时间，再加上知道基站传输的相对定时，就能从中得出各监听站与移动台之间的相对距离，从而得出移动台的位置(假定各监听站的位置是已知的)。然而，这样的系统在所有移动台在上行链路上发送的CDMA系统内将起不了作用，因为监听站将不能可靠地从其他处在监听站附近、也在上行链路内发送的移动台恢复任何个别移动台的信号。当然，本发明也可应用于非CDMA系统，虽然它在应用于CDMA系统时特别有利。
最好，所述定位信号在相对移动台在与之通信的基站的传输定时的一个预定时间发送，而所述到达时间值也最好是相对所述基站的传输定时的，从而BTS所属的网络内的智能机构就可以通过简单的代数运算再加上知道信号在基站与定位单元之间和在基站与移动台之间传播所用的时间确定定位信号从定位单元传播到移动台所用的时间。例如，每个基站可能在一个信道内发送一些主要作用是使移动台与基站的传输同步的已知信号(这样的信道例如可以称为领示信道或同步信道)。通常，基站的所有传输将在时间上划分成一系列帧，而每个帧还可以划分成一些时隙。例如，每个帧可能有10毫秒。一旦检测到已知信号或其中正在发送已知信号的信道，移动台就可以与基站同步，因此就知道基站发送的每个新的帧开始的时间。这将使移动台可以检测其他信道。此外，基站发送的这些不同的帧还可以组成超帧或复帧，每个超帧或复帧可以包括个数是固定的帧。成功地检测到同步信道还使移动台可以确定一个新的复帧开始的时间。
更可取的是，所述定位单元可以只是间歇地发送，它处于不发送任何信号状态的平均时间比它处于发送信号状态的要长。最为可取的是，发送与不发送的占空比就大于一个小时的时间平均来说小于百分之一。这样的优点是，这些通过定位单元发送的信号(对于所有不需要定位的移动台将只呈现为噪声)平均只产生比较少的噪声。此外，由于定位单元不需要经常发送，因此定位单元消耗的平均功率是比较小的，从而使电池可以用比较长的时间(如果作为优选的用一个或多个电池为定位单元供电的话)。
可取的是，定位单元发送在网络内的基站不使用的信号。例如，在建议的通用移动通信标准(UMTS)中，用一个数学过程产生256个码片(chip)长扩频码，其中16个已选来用于同步信道。基站或移动台都不用这些扩频码对业务数据扩频。这16个指定由同步信道使用的扩频码由BTS间歇地发送，通常在每个时隙内有一个这样的扩频码，而在每个帧的15个时隙内含有15个扩频码的一个唯一组合。这个组合将在每个帧内重复发送。MS只是在开机时和在测量邻近基站信道强度(例如准备越区切换)期间要检测同步信道。按照本发明的一个优选实施例，每个定位单元将发送所述256个码片长扩频码中按照UMTS没有指定由基站用作同步字符的一个扩频码作为定位信号。更为可取的是，每个定位单元只有一个分配给它的这样的扩频码，而在一个特定的小区内的每个定位单元具有一个不同的分配给它的这样的扩频码。这就使MS测量的PE信号可以唯一地与发送PE对应。
可取的是，所述定位单元可以通过无线接口与所述基站至少是单向通信，而所述方法可取地还包括所述基站命令所述定位单元在相对所述定位单元检测到所述基站发送的一个信号或一个信号的一部分的时间的下一个预定时间发送所述定位信号。
按照本发明的另一个实施例，定位单元在没有BTS的指令的情况下在相对所述定位单元检测到所述基站发送的一个信号或一个信号的一部分的时间的一些预定时间周期性地发送它们的信号。
按照本发明的第二方面，所提供的用来对与一个形成蜂窝通信网的一部分的基站通信的一个移动台定位的定位单元包括发送能由所述移动台接收的定位信号的定位单元至移动台发送装置；以及使定位单元可以在相对所述与需定位的移动单元通信的基站的传输的一些可预测的时间发送所述定位信号的定时装置。
可取的是，这个蜂窝通信网可以在码分多址环境中工作。
可取的是，定位单元包括接收所述基站发送的信号的基站至定位单元接收装置。这使每个定位单元可以接收来自基站的指令，相对基站定时确定利用无线接口发送它的定位信号的时间。这样，可以配置定位单元操作的所有状态而不需要与关联的网络有线链接。
可取的是，定位单元至移动台发送装置可以只是间歇地发送定位信号，而更可取的是只是在检测到一个来自基站的指令信号后才发送定位信号。这样就具有以上所述的功率消耗小和不会产生太多的对在定位单元附近的其他移动台有影响的噪声的一些优点，而且使定位单元可以成功地接收和检测来自基站的传输(注意，一般来说，定位单元不需要在接收基站在下行链路上发来的信号的同时在下行链路上发送它自己的定位信号)。
可取的是，定位单元还包括将一个共享天线连接到定位单元至移动台发送装置或者连接到基站至定位单元接收装置的开关装置。注意，由于定位单元需要只是间歇地发送它的定位信号，所以它不必包括在任何情况下都能使下行链路内所含有的输入和输出信号相互分离的双工装置。
更可取的是，定位单元可以根据所述基站发送的指令信号发送定位信号。
按照本发明的第三方面，所提供的通过一个无线接口与一个或多个移动台通信的蜂窝通信网包括至少一个如上所述与多个各能与一个或多个移动台通信的基站配合的定位单元。可取的是，这种网络还包括一个计算移动台的位置的模块。
可取的是，这种网络可以在码分多址环境中工作。
按照本发明的第四方面，提供了一种与移动台配合的如上所述蜂窝通信网，所述移动台可以通过无线接口与所述网络通信，而且可以检测由一个形成所述网络的一部分的定位单元发送的定位信号。
按照本发明的第五方面，本发明包括一个适合与以上说明的蜂窝通信网通信的移动台通过检测一个定位单元发送的定位信号使所述移动台可以定位的使用方法。
按照本发明的第六方面，所提供的通过无线接口与一个如以上说明的蜂窝通信网通信的移动台包括接收来自一个基站的信号的基站至移动台接收装置和检测由一个定位单元发送的定位信号的定位单元信号检测装置，其中所述定位单元信号检测装置更可取的是包括确定一个预期接收定位信号的接收窗口的接收窗口确定装置，以及更可取的是所述移动台还包括在有所述基站发送的信号的情况下检测所述定位信号的检测装置，所述基站发送的信号可以继续由所述基站至移动台接收装置检测。
可取的是，检测装置的输出可以与相对所述移动台检测到服务基站发送的一个信号或一个信号的一部分的时间的时间关系相关联。
可取的是，所述检测装置包括一个匹配滤波器，用来检测一个呈网络内任何基站与移动台通信不用的扩频码形式的定位单元信号。
可取的是，定位单元包括区分基站发送的信号和定位单元发送的信号的鉴别装置。
按照本发明的第七方面，所提供的用于一个如上所述的蜂窝通信网的基站包括向至少一个定位单元发送信号的基站至定位单元发送装置。
在一个优选实施例中，所述基站还包括至少以下功能模块之一响应一个对一个移动台定位的请求、向一个或多个定位单元报警并通知移动台作好检测一个或多个定位信号准备的模块；接收来自所述移动台的到达时间信号、确定在所述信号中是否有足够的信息确定所述移动台的位置(注意，这通常还要利用其他已经知道的信息)的模块；按所述到达时间信号向一个与所述基站通信的处理单元发送信号的模块；以及在所述到达时间信号没有足够的信息确定所述移动台的位置时通过无线接口重新配置一个或多个定位单元的模块。
为了更好地理解本发明，下面将结合附图举例说明本发明的一些实施例，在这些附图中
图1为本发明的蜂窝通信网的示意图；图2为本发明的移动台的原理方框图；图3为本发明的定位单元的原理方框图；图4为本发明的基站的原理方框图；图5为实现本发明的方法移动台需执行的各个步骤的流程图6为实现本发明的方法基站需执行的各个步骤的流程图；以及图7为实现本发明的方法定位单元需执行的各个步骤的流程图；蜂窝通信网1包括多个基站4、6、7和多个定位单元3、5。为了对移动台2定位，定位单元3、5发送移动台2可以检测到的定位信号。移动台2能从对来自PE 3、5的信号的检测中得出发送相应的定位信号的定位单元3、5的标志和相对移动台2检测到基站4发送的一个信号或一个信号的一部分的时间的检测时间。这信息然后发送给在与移动台2通信的主基站4。定位单元3、5是与主基站4同步的(即它们与服务基站的下行链路传输同步)，因此可以知道定位信号的发送时间。通过计算传输信号在定位单元3和移动台2之间传播所用的时间，就能计算出移动台2离这些定位单元的距离。利用返回行程延迟测量，可以计算出基站4与移动台2之间的距离。知道了移动台2到至少3个地理上分开的位置的距离，就可以用三角关系计算出移动台的位置。
在蜂窝通信网1中，网络所覆盖的地理区域划分为多个小区10、11、12。这些小区5以三个一组形成一些近似六角形的区域15，在每个六角形区域15的中心有三个基站4、6、7，分别设置在相应小区10、11、12的一角，使得三个小区10、11、12的边界从这个由三个基站4、6、7形成的组8向外延伸，相隔大约120度。
本发明特别适用于按照码分多址(CDMA)协议工作的、可以通过无线接口在基站4、6、7与移动台2之间发送多个数据业务信道的蜂窝通信网L特别，本发明可应用于诸如作为通用移动通信标准(UMTS)的一部分的所谓宽带CDMA(WCDMA)协议。WCDMA的原理在这个技术领域内是众所周知的，因此这里不作详细说明。然而，为了保证本说明所用术语所指的意义明确，在这里将在3GPP技术规范25系列(25.2xx)中陈述的CDMA原理简要概述列为参考予以引用。为了在CDMA系统中将一个信道与其它信道相区别，每个需在一个信道上发送的数据信号用一个为这个信道所独有的扩频码扩频。
可以使用的扩频码是有限的。虽然通常有足够多的扩频码供单个基站使用，但是可能需要邻近基站重用扩频码。由于基站之间没有固定的定时关系，因此可能两个附近的基站利用同一个扩频码进行的传输都被一个移动台接收到，从而相互干扰，妨碍了移动台从中恢复任何一个信号。为了防止这种情况，所有向或从一个特定基站发送的信号用一个为每个基站独有的扰频码扰频，或者用一个网络不经常重用的足以保证任何两个使用相同扰频码的基站相互充分远离而不会出现明显干扰的扰频码扰频。
为了进一步协助移动台，按照UMTS，每个基站还发送非扰频同步字符(可能在每个帧内每个时隙一个同步字符)。
下面来看图2，移动台2包括天线205、双工器210、射频(RF)接收块215、模数转换器(ADC)220、匹配滤波器225、数字处理器250、数模转换器(DAC)260和RF发射块270。RF发送块270示为包括调制器272、上行链路本机振荡器(LO)273、RF混频器274、上行链路带通滤波器276和RF功率放大器278。
下面将说明移动台2的工作情况。投射在天线205上的频率落在下行链路频率范围内的RF信号通过双工器210基本上无损耗地加到RF接收块215上。双工器210只是起着使天线205接收的下行链路信号可以传送给RF接收块215而使RF发送块270输出的上行链路信号可以通过天线205发射或广播的作用。RF接收块215在ADC220配合下对进入的下行链路信号进行处理，将它们从射频下变频到基带，产生接收信号的一系列数字样点值，供纯数字器件进一步处理。一般说来，RF接收块可以认为将模拟的RF信号下变频为模拟的基带信号，而ADC220将模拟的基带信号从模拟变换成数字形式。ADC220以比接收信号的码片率高的采样率工作。
ADC220输出的过采样的数字信号并行地送到匹配滤波器225和数字处理块250。匹配滤波器225在图2中示为一个与数字处理块250分开的器件只是为了说明更为清楚而已，因为很可能包括由匹配滤波器225执行的处理在内的所有数字处理都将在一个配有存储器、编程成实现所有必要功能的单个数字信号处理器(DSP)内实现。匹配滤波器225主要负责在没有完全知道接收信号、扩频码和/或扰频码的定时(即时隙、字符或帧等开始或结束)时检测信号。相反，数字处理块250主要用来在所有以上那些参数知道时恢复数据信号。因此，移动台2一开始工作，匹配滤波器225可能首先设法检测最接近的基站4发送的同步字符。为此，它可以存储ADC220输出中的相当于稍超过一个时隙的样点，利用滑窗技术将所存储的这些样点与所有用作同步字符的各扩频码相关。在滑窗相关中，在所有的扩频码都已经对窗口内的与码片相应的样点试过后样点窗口顺着滑过一个样点。如果对于相当一个时隙的码片只发现一个良好的相关性，就可以推断最接近的基站发送了与达到这高度相关的扩频码关联的同步字符。而且，匹配滤波器225现在就知道有关这个基站的定时信息，从而在它检验与下一个时隙相当的样点时，它可以迅速得多地自动瞄准正确的窗口，识别随后的同步字符。整个同步字这样解码后，移动台就可以确定主基站的标志，得到有关它的定时信息的详细情况，甚至可以推断这个基站所用的扰频码。于是，数字处理块250可以利用这信息对这个基站发送的扰频信道之一(例如领示信道)解码，使移动台可以得到更多的定时信息，例如与每个复帧的开始有关的信息。此后，数字处理块250可以监视寻呼指示信道(PICH)，看看它在什么时候受到基站寻呼。
一旦移动台2与基站4同步，它就可以在上行链路上向基站4发送消息。为此，移动台2用基站4分配给它的扩频码，也许还有扰频码，对需发送的数据信号扩频。这信号然后输出给DAC260，变换成相应的模拟信号。DAC260的输出由RF发送块270处理后得出的上行链路信号，通过双工器210由天线205广播。在RF发送块270内，调制器272例如利用一种调制方案，诸如二进制相移键控(BPSK)，对模拟信号进行调制。经调制的信号然后用上行链路本机振荡器273和RF混频器274上变频到上行链路频率。上行链路带通滤波器276对混频器274输出的信号滤波，消除任何有害的谐波或在上行链路频率范围外的其他噪声分量，再将经滤波的信号送至功率放大器178放大后输出给双工器210。
现在来看图3，其中示出了一个定位单元3，它包括天线305、第一开关310、RF接收块315、ADC320、匹配滤波器325、数字处理块350、DAC360和RF发送块370。RF发送块370包括调制器372、上行链路本机振荡器373和上行链路混频器374、上行链路带通滤波器376、上行链路功率放大器378、第二开关379、下行链路本机振荡器383、下行链路混频器384、下行链路带通滤波器386和下行链路功率放大器388。
定位单元3的工作情况与移动台2类似。然而，定位单元配置有一个开关310来代替双工器210，因为它不需要同时发送和接收信号。在定位单元3发送时，开关310将天线305连接到发送块370，而在定位单元3不发送时，开关310将天线305连接到RF接收块315。类似，除了有上行链路本机振荡器373、上行链路混频器374、上行链路带通滤波器376和上行链路功率放大器378用于象移动台2那样在上行链路发送信号之外，定位单元3还包括下行链路本机振荡器383、下行链路混频器384、下行链路带通滤波器386和下行链路功率放大器388，还有一个开关379，将上行链路功率放大器378的输出或下行链路功率放大器388的输出加到第一开关310上。这些附加的下行链路传输器件使定位单元3可以在上行链路或下行链路频率范围内进行发送。
最后应指出的是，定位单元3不需要象移动台2用作个人通信装置那样所需要的那些附加的部件。例如，定位单元3不需要呈诸如移动电话机之类的便携式个人通信装置形式的移动台2所需要的屏幕、输入键盘、语音编码器之类的部件。
现在来看图4，基站4示为包括天线405、双工器410、RF接收块415、ADC 420、数字处理块450、DAC 460、RF发送块470和使基站4可以与移动电话交换局(MTSO)480连接的连接装置451。
诸如基站4之类的WCDMA基站的结构和工作情况在这个技术领域内是众所周知的，因此这里不再详细说明。然而，基本操作基本上与移动台2和定位单元3类似，天线405在上行链路接收的信号通过双工器410送到RF接收块415和ADC420，产生过采样的数字样点供数字处理块450处理。在数字处理块450(它比移动台2或定位单元3内的相应数字处理块要复杂得多也强大得多)内，接收的数字样点值变换成若干个子信道(每个与基站4通信的移动台一个)，恢复这些移动台初始发送的数据信号。基站4还包括通过有线链接将基站4连接到移动电话交换局(MTSO)480的装置451，移动电话交换局480可以通过有线链接连接到公众电话交换网(PSTN)或其他基站，从那里再通过无线接口连接到其他一些移动台等等。此外，基站4由电力网供电，或者在边远地区由它自己的发电机供电。
现在来看图5，移动台2为了由网络定位所需采取的步骤包括启动这个例行程序的启动步骤500，监测基站信号的步骤510，确定是否接收到一个定位指令的判决步骤520，确定一个或几个定位信号窗口的步骤530，试图检测一个或几个定位信号的步骤540，以及向基站报告结果的步骤550。
在监测基站信号的步骤510，移动台通常按预定的惯例将基站发送的一个特定的高电平信号认为是一个定位指令。
下一个确定是否接收到定位指令的步骤520在没有接收到定位指令的情况下导致指令流程返回到上一步骤510，否则指令流程进到确定一个或几个定位信号窗口的步骤530。在步骤530，移动台2标识一个它预期会发现一个定位信号的预期窗口，在这个实施例中定位信号采取在网络1内任何基站4都不用的同步字符形式。在这种情况下，确定接收定位信号的预期窗口通过检验从基站接收的定位指令内所包括的定位信号要到达的预期窗口的详细情况来执行。定位指令还包括移动台在相应的定位信号窗口内预期将接收到哪些同步字符的情况。移动台2这样确定的信息于是传送给匹配滤波器225，供下一个试图检测定位信号的步骤540使用。在试图检测定位信号的步骤中，匹配滤波器225存储所有落在定位信号到达的预期窗口内的数字样点，将这些样点的每个滑窗部分与相应的同步字符扩频码相关(注意，为此，匹配滤波器225需要适合不仅检测由基站发送的同步字符而且还检测由定位单元发送的在这个实施例中与基站所发送的不同的同步字符)。如果发现在这个预期窗口内有一个高度相关与所需同步字符相应，就确定检测到的这个同步字符的确切开始时间，将它与同步字符的标志一起传送给数字处理块250，供下一个向基站报告的步骤550使用。在最后一个向基站报告的步骤550中，将步骤540的结果作为高层信令信息的一部分发送给基站。注意，这个例行程序整个是在不中断移动台2与基站4之间的业务数据流的情况下执行的。此外，还要注意的是，在步骤540中有可能移动台2接收到的每个定位信号通过的不只是单个路径(由于定位信号被例如巨大的建筑物或山丘等折射)，在这种情况下，匹配滤波器将报告最早这样检测到的信号的到达时间，因为这相应于检测到的在PE与MS之间的最短路径。如果每个定位单元在多个预定相对时间发送，移动台2就从所有检测到的来自PE信号的情况中报告最早的相对路径。
现在来看图6，为了对移动台2定位，基站4执行下列步骤启动步骤600，监测定位请求的步骤610，确定是否接收到定位请求的步骤620，通知移动台的步骤630，寻呼定位单元的步骤640，等待移动台响应的步骤650，确定来自移动台的响应是否可以的步骤660，重新配置定位单元的步骤670，再通知移动台的步骤680，以及向处理器报告的步骤690。监测定位请求的步骤610要求基站监测若干个可能的发起源的对移动台2定位的请求。特别，基站需要监测从移动台2或通过MTSO480从网络1接收的定位请求。确定步骤620在没有接收到这样的请求情况下使指令流程返回到上一个步骤610，而在接收到一个定位请求的情况下转到下一个步骤630。在可以按次序或者实际上同时执行的步骤630和640中，基站4命令移动台2寻找至少两个分别出现在两个分开的窗口内的定位信号，而且通知移动台什么时候寻找和在定位信号中寻找的确切同步字符。此外，在步骤640，基站4利用PICH寻呼定位单元3、5，使它们知道在下一个配给的时间发送一个定位信号。注意，基站4在一个存储器内存有在它的小区内、从而在它的管辖下的所有定位单元的详细情况，以及这些定位单元的预定发送时间和所配合的同步字符。因此，例如，如果在一个新的复帧开始时从MTSO480接收到一个定位请求，定位单元3发送一个定位信号的下一个预定时间就可以是在定位单元3接收到每个复帧中的第三帧的时间，而它的同步字符可以具有在可能的256个以外的标号110。在第三帧(BTS相对定时)内，PE将有一个在一个给定的时隙内或在多个时隙内的预定的窄窗口。这个窗口通常以窗口的开始和窗口的结束离这个时隙的开始的码片数给出。这个窗口通常不会与BTS正规发送属于这个同步信道的码元的窗口交叠。这样的定时信息设计成使BTS 4可以先寻呼PE再命令移动台2搜索PE发送的码元。此后，基站4转到下一个步骤650，等待来自移动台2的响应。如果移动台检测到定位单元3和定位单元5发送的定位信号，移动台就向基站4回发相对所述移动台检测到所述基站发送的一个信号或一个信号的一部分的时间接收到定位信号的确切时间以及接收到的标识这些定位信号从哪些定位单元发出的相应同步字符。接收到这个响应后，基站就在下一个步骤确定这个响应是否含有足够的信息计算出移动台2的位置。如果信息不够(例如，如果移动台2在指定窗口内检测定位单元5发送的定位信号不成功)，指令流程就进至步骤650，重新配置定位单元。在这个步骤，基站重新配置信号没有被移动台成功检测的任何定位单元。在一个实施例中这是这样执行的基站4重新寻呼定位信号没有被移动台2成功检测的那些定位单元5。一个预先安排的惯例是确定这次在一段预定时间内(例如，在30个帧内)对一个定位单元的重新寻呼命令这个定位单元必须在某些方面重新配置它的发送信号，使移动台2有更高的检测到这个定位信号的概率。在一个实施例中，重新配置也就是使定位单元在下一个配给的时间以功率电平增加一个存储在定位单元5的存储器内的预定量发送它的定位信号。
无论是在步骤670前、后还是同时，基站4还执行步骤680，通知移动台2一个新的窗口，它应在这个窗口内尝试检测属于这个没有被听到的定位单元的同步字符。从步骤680，指令流程返回到步骤650，等待来自移动台2的响应，看看这次定位信号是否被正确地检测到。如果仍然没有检测到，基站可以继续进行这个包括步骤660、670、680和650的循环，直到定位信号被正确地检测到。一旦从移动台接收到一个表示已经检测到足以计算移动台2的位置的定位信号的充分响应，指令流程就进至步骤690，将结果报告给一个形成MTSO480的一部分的处理器，由它根据有关基站4和定位单元3和的位置的信息以及得出的移动台2到基站4和定位单元3、5的相应距离的信息进行三角运算，计算出移动台2的位置。有关移动台2的位置信息于是就通过MTSO480送给起初请求这个信息的任何一方。
现在来看图7，由定位单元5执行的步骤是启动步骤700，初始化传输参数的步骤705，监测PICH的步骤710，确定是否接收到自己的I.D.的步骤715，确定发送时间的步骤720，发送步骤725，启动超时时钟的步骤730，监测BTS传输的步骤735，确定是否接收到重发请求的步骤740，确定是否到达超时的步骤745，以及重新配置传输参数的步骤750。在定位单元3最初接通时，它执行的第一个步骤是步骤705，将各个传输参数设置为初始值。在这个步骤设置的传输参数包括信号的发送功率和发送定位信号的时间。注意，为了增加移动台2在它移动的衰落环境中成功地接收信号振幅起伏的定位信号的可能性，定位单元3可以相当迅速地接连若干个次发送定位信号。由于各次发送之间的时间改变，就可能增加移动台在这个环境中和通过这个环境时检测到定位信号的可能性。另一个传输参数例如可以是要发送的信号的实际特性。在下一个步骤710，定位单元监测PICH(注意，在定位单元监测PICH前，当然本身需要与基站同步，这可以用与以上说明的移动台2所执行的完全相同的方式实现)。下一个步骤715确定定位单元是否在PICH上检测到一个与它自己的寻呼组(通常要包括这个小区内的所有定位单元)相应的标志。如果没有检测到这个标志，指令流程就返回到上一步骤710，这样继续循环，直到它在PICH接收到通知，指令流程进至下一个步骤720，确定定位单元应在什么时间发送它的定位信号。为了确定定位单元应在什么时间发送它的定位信号，它遵循一个存储在存储器内的包括查询那些初始化的传输参数预先规定的算法。例如，定位单元3可以在一个复帧内有三个初始指定的时间发送它的定位信号，在从BTS接收到一个寻呼指示后它将选择最近的这样可用时间。此外，如上所述，为了应付衰落环境，定位单元可以在第一次发送它的定位信号后再重发一次或多次。因此，定位单元3可以在接收到一个在一个新的复帧开始处的寻呼指示后的第一个它可用时间发送它的定位信号，它第一次发送它的定位信号在第三帧的第五个时隙的开始(即在定位单元会接收到基站4发送的第三帧的第五个时隙的开始时)，然后再是稍后的5个时隙以帮助快速移动的移动台接收以及再在10个帧后的第五个时隙的开始以帮助低速移动的移动台接收。一旦在步骤720确定了发送时间，指令流程就进至下一个步骤725，发送定位信号。然后，指令流程进至下一个步骤730，启动一个超时时钟。超时时钟将形成数字处理块250的一部分，只是对基站发送的时隙或帧计数。从步骤730，指令流程进至步骤735，定位单元重新监测PICH。步骤740确定是否接收到一个重发请求，这在本实施例中是通过在一段预定时间内接收到在PICH内的一个对于这个PE组的寻呼指示来检测的。如果在预定时间(可以是30帧)内没有对这个PE组的新的寻呼指示，这些PE就返回到监测PICH，以便在检测到对它们这组的指示后发送它们的码元。如果在上个指示后不到30帧接收就到这个指示，这可以理解为一个需与BTS通信以接收一个重新配置消息的信号。一个小区内的所有FE于是将遵循与MS完全相同的过程在PICH上查看与它的组相应的标志。这包括读S-CCPCH(辅助共用控制信道)和读在某个内传送的ID。在小区内所有继续读S-CCPCH的PE中通常只有一个将识别出它的ID，于是它将通过无线接口与BTS接触，以便接收一个重新配置消息。在步骤750，重新配置一个或多个传输参数，以使第一次没有成功地接收到这个位信号的移动台在第二次有较大的可能性接收到这个定位信号。最简单的重新配置只是就将所发送的定位信号的功率增大预定的百分比，例如增大百分之十。此外，发送时间可以改变为一个比所述重新选择第十帧的第五个时隙更接近的新的发送时间。注意，定位单元很可能长久地存储有一个复帧期间的若干个可能的发送时间，通常它作为步骤726的一部分将自动地选择下一个可用的这样的发送时间。然而，在步骤750，可以改变重新发送定位信号的次数和重复发送之间的时间间隔，以提高在衰落环境内迅速移动的移动台至少有一次接收到定位信号的可能性。传输参数重新配置后，指令流程进至步骤720，此后沿步骤725、730、735回到步骤735、740和745的循环进行循环，直到最终确认移动台成功地接收到定位信号，此时指令流程返回到步骤705，如前面所述。
虽然以上结合这些附图对本发明的一个优选实施例作了说明，但是可以设想有许多供选择的实施方式也属于所附权利要求书给出的本发明的专利保护范围。例如，在本发明的优选实施例中，网络1内的每个小区10包括两个或更多个定位单元3、5，从而任何在小区10内的移动台可以通过检测来自在它的小区内的至少两个定位单元3、5的定位信号予以定位(因为从移动台到第三个观测点的距离是知道的，将由基站4得出)。然而，也意味着定位单元3、5可用于如在本说明的引言中所论述的增加正向链路空闲时隙的方法。在这个实施例中，可以只是在地理上容易妨碍移动台检测一个或多个来自邻近基站的信号的那些小区内设置就一个定位单元。在这种情况下，定位单元3将以与以上说明的大致相同的方式工作。然而，移动台2除了以上说明的功能之外必须包括一个充分强大的自动增益控制单元，使较远基站的功率小得多的传输在一个空闲时隙期间可以检测到。此外，移动台2不必预先知道远方基站将在这空闲时隙期间发送的同步码元。
类似，虽然在这个优选实施例中定位单元3发送一个在网络1内任何基站4、6、7都不用的同步字符，但是定位单元也可以使用基站也使用的同步字符。在这种情况下，在定位单元与基站之间可能会混淆。出现混淆有两个可能。第一是一个为了软越区切换试图与一个基站同步的移动台可能反而对来自一个定位单元的信号解码，这样就会造成混乱。为了克服这个问题，移动台2将需要确定，如果在一个时隙检测到同步字符而在下一个时隙或再下一个时隙等内的相同时间又检测到同步字符，这个同步字符实际上是从一个定位单元而不是一个基站接收的。混淆的第二个可能涉及一个试图检测来自一个定位单元的定位信号的移动台可能将这个定位信号与来自一个邻近基站的一个同样的同步字符搞馄。为了避免这个可能，定位单元信号的有些方面必须与来自一个邻近基站的一个同样的信号有区别。为了达到这个目的最简单的方式是使定位单元重复它的定位信号一次或多次，而重复传输之间的时间间隔不等于象基站那样的一个时隙。例如，定位单元可以在半个时隙后重发它的定位信号。注意，移动台的以相当高精度预测接收定位信号的预期窗口的能力应该使一个定位信号与来自一个基站的同步信号混淆的可能性很好消除，而网络可以就相信不会出现这样的混淆。然而，可取的是提供某种机制使移动台可以区分定位单元信号和基站信号。
虽然，在优选实施例中将定位单元3描述为具有一些用于在上行链路发送的器件，但是这些器件不是严格必需的，可以省去，因为可以采用一个协议，不需要定位单元3向基站4有任何反馈。然而，最好是包括这样的发送电路，使定位单元可以周期性地向基站报告它的状态(例如，它可以周期性地报告有关电池情况，以便使它的电池可以在供电不足前就得到更换或充电)。
在这个在UMTS环境中工作的定位系统的典型实施例中，某些MS将同时与一个以上的BTS通信(软切换情况)。由于这些PE通常以与在它们所在小区内的基站的定时有关的定时工作，因此必须使这些MS进行的任何测量与通知PE控制PE发送定位信号的BTS的定时配合。可以有一个规范，使得首先与MS建立通信的BTS激活那些受它控制的PE。
如果这些PE一直在发送，例如为了使这个小区内的所有MS可以有规律地进行定位测量，MS将得到有关由在它的服务小区和邻近小区内一些PE发送的各自专用定位信号的信息，以便它可以在软切换时使测量与有关的BTS的定时配合。
权利要求
1.一种对在一个包括多个基站和多个定位单元的、移动台与基站通过一个无线接口相互通信的蜂窝通信网内的一个移动台定位的方法，所述方法包括下列步骤至少一个定位单元在一个预定时间发送一个预定的定位信号；所述移动台确定一个尝试检测所述定位信号的时间窗口；所述移动台检测所述定位信号；以及根据所述定位信号到达所述移动台的时间确定一个到达时间值。
2.一种如在权利要求1中所提出的方法，其中所述无线接口按照码分多址协议进行工作。
3.一种如在以上任何一个权利要求中所提出的方法，其中所述定位信号在相对一个在与所述移动台通信的基站的传输定时的一个预定时间发送，而所述到达时间值也是相对所述基站的传输定时的。
4.一种如在以上任何一个权利要求中所提出的方法，其中所述定位单元只是间歇地发送，它处于不发送任何信号状态的平均时间比处于发送信号状态的长。
5.一种在对与一个形成蜂窝通信网的一部分的基站通信的一个移动台定位中使用的定位单元，所述定位单元包括发送能被所述移动台接收的定位信号的定位单元至移动台发送装置；以及使定位单元可以在相对所述与需定位的移动单元通信的基站的传输的一些可预测的时间发送所述定位信号的定时装置。
6.一种如在权利要求5中所提出的定位单元，所述定位单元还包括利用所述无线接口接收来自一个基站的信号的装置，用来接收请求发送定位信号的指令和接收网络通过所述基站发来的重新配置命令。
7.一种如在权利要求6所提出的定位单元，所述定位单元还包括发送能被一个基站检测的、确认收到所述网络通过基站发来的重新配置命令的信号的装置。
8.一种如在任何权利要求5，6或7中所提出的定位单元，所述定位单元完全由一个或多个电池供电。
9.种包括多个基站和多个定位单元的蜂窝通信网，每个定位单元可以发送能被一个或多个移动台检测的信号和能接收由一个或多个基站发送的信号。
10.一种包括多个基站和多个定位单元的蜂窝通信网，每个定位单元可以在相对至少所述基站之一的传输的一个预定时间产生能被一个或多个移动台接收的信号。
11.一种如在任何权利要求9或10中所提出的蜂窝通信网，所述蜂窝通信网与一个移动台配合。
12.一种通过一个无线接口与一个蜂窝通信网，最好是如在任何权利要求9或10中所提出的蜂窝通信网，通信的移动台，所述移动台包括接收来自一个基站的信号的基站至移动台接收装置；以及检测由一个定位单元发送的定位信号的定位单元信号检测装置。
13.一种如在权利要求12中所提出的移动台，其中所述定位单元信号检测装置包括确定一个预期接收定位信号的接收窗口的接收窗口确定装置。
14.一种如在权利要求13中所提出的移动台，其中所述接收窗口相对所述移动台接收到来自服务基站的信号的时间是预先确定的。
15.一种与一个包括多个基站和多个定位单元的蜂窝通信网通信的移动台，所述移动台包括鉴别所述基站发送的信号和所述定位单元发送的信号的鉴别装置。
16.一种如在任何权利要求12-15中所提出的移动台，所述移动台包括鉴别来自一个基站的信号和来自一个定位单元的信号的装置，所述装置通过确定信号的重复模式和将所确定的模式与一个或多个已知的来自基站或定位单元的信号重复模式进行比较来鉴别信号。
17.一种适合在一个蜂窝通信网内按照任何权利要求1至4所提出的方法定位的移动台的使用法。
全文摘要
蜂窝通信网1包括多个基站4、6、7以及多个定位单元3、5。为了对移动台2定位,定位单元3、5发送移动台2可以检测到的定位信号。通过检测定位信号的到达时间,网络1就可以确定移动台2的位置。
文档编号H04W64/00GK1327700SQ0080217
公开日2001年12月19日 申请日期2000年10月4日 优先权日1999年10月6日
发明者M·卡萨皮迪斯 申请人:松下电器产业株式会社