一种获取发射不同步时差的系统建立方法及实现方法

专利名称：一种获取发射不同步时差的系统建立方法及实现方法
技术领域：
本发明涉及移动通信的无线定位技术，具体涉及一种用于获取发射不同步时差(RTD)的系统建立方法及实现方法。
背景技术：
在目前的无线定位领域中，常用的移动台定位方法是到达时间差(TDOA)定位方法，它主要通过移动台测量所属的参考基站与相邻基站的发射信号之间的TDOA，根据测量得到的TDOA构造位置估计的双曲线方程组，从而计算出移动台的位置坐标。
对于诸如宽带码分多路(WCDMA)访问系统或全球数字移动电话(GSM)系统的不同步或非严格同步的无线通信系统，由于系统的不同步会影响TDOA测量的准确性，从而降低TDOA定位方法得到的位置精度，因此需要获取系统的RTD，来消除系统不同步对TDOA测量的影响，从而满足定位业务对精度的要求。
目前获取RTD的方法通常有两种，一种是通过在系统中增加定位测量单元(LMU)来实现，LMU包括地理上距离基站较远、通过空间接口传输数据的独立型LMU和地理上紧挨基站、通过有线传输数据的集成型LMU。独立型LMU方式由于LMU距离基站较远需要专门租用场地，安排人员维护，并且通过空间接口传递数据的方式也占用了有限的空间接口资源。而集成型LMU方式可以直接布置在基站旁边，操作维护方便，有线数据传输方式可靠性强并且不占用空间接口资源。因此从系统的维护成本和有效利用系统资源的角度来考虑，希望尽量采用集成型LMU方式。但是采用集成型方式布置LMU时，往往会遇到在两个地理位置临近的基站之间存在建筑物、山体或其它物体的严重阻挡，无法满足RTD测量对直达径的条件，从而影响RTD测量精度的情况。
另一种获得RTD的方法是通过在系统中增加全球定位系统(GPS)卡来实现。这种方法比较简单，成本也比用LMU获取RTD的方法低，但是存在如下问题由于GPS卡测量到的基站下行信号的帧定时包含了射频通道延时误差，而不是真正意义上的天线口定时，实际环境下即使能补偿射频通道延时误差，利用GPS卡获得的RTD测量精度仍然要比利用LMU获得的RTD精度低。
与两种获取RTD的方法相对应，目前的RTD获取系统有三种，一种是单纯布置LMU的系统，一种是单纯布置GPS卡的系统，还有一种则是综合布置LMU和GPS卡的系统。
为了满足定位业务的要求并考虑到移动台分布的广泛性，任何分布在邻近地理位置的两个基站之间都可能被移动台请求测量TDOA，因此也就需要相应地测量RTD，从而在系统建立之初，对于这三种系统而言都需要布置大量LMU或GPS卡才能保证获得任何两个基站之间的RTD。
当基站很多、系统规模很大的情况下，可能需要大量的LMU或GPS卡，因此运营商需要为此付出相当的运营成本。而在实际情况中，有些基站之间由于地理环境的限制无法通过布置LMU或GPS卡来测量它们之间的RTD，但是可以利用RTD的传递性通过其他基站间的RTD测量得到。确定基站间的RTD传递关系，挑选最优的传递路径可以减少传递造成的误差积累。可以利用其他基站的LMU或GPS卡通过RTD测量的传递关系得到RTD测量值，没有必要单独安装LMU或GPS卡。而在有些情况下，例如两个基站之间由于高大建筑物的阻挡，他们各自安装的集成型LMU的测量直达径不能达到对方基站时，又需要在这两个基站之间安装一个独立型的LMU或者在两个基站内各安装GPS卡，以保证在系统中能够满足任何可能的定位业务需求。因此，从运营成本和服务质量两个方面考虑，都有必要对RTD获取系统进行优化，也就是需要建立一个优化的RTD获取系统。而到目前为止，还没有相关的技术被公开或者得到实际应用。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种能提高可靠性的发射不同步时差获取系统的建立方法。
本发明的另一个目的是利用通过上述建立方法建立的系统能更可靠地得到RTD测量值的获取RTD测量值的方法。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的一种RTD获取系统的建立方法，首先在无线通信运营网络内设置一个以上定位测量装置，然后a.根据每个基站的地理位置对所有基站和定位测量装置进行分区；b.通过将每个基站抽象为一个顶点，并将定位测量装置所能测量的两个基站的RTD值抽象为连接两个顶点的无向边的方式构建每个分区的RTD传递路径图，然后在系统中存储RTD传递路径图；c.判断RTD传递路径图中每个顶点是否有无向边与其连接，如果有，则系统建立成功；否则，增加能测量到该顶点对应基站的定位测量装置，并保存修改后的传递路径图。
在上述系统建立方法中，在步骤c之后可以进一步包括如下步骤先根据测量精度要求设定两两基站之间传递路径所需经历的最多基站数为经历基站阈值；再根据RTD传递路径图判断两两基站之间传递路径经历的基站数是否大于该经历基站阈值，如果大于，则对相应两个基站增加定位测量装置，使传递路径经历的基站数小于或等于该经历基站阈值，并保存修改后的传递路径图，否则不作处理。
在上述系统建立方法中，增加设置的定位测量装置为独立型LMU或为GPS卡。所设置的定位测量装置为集成型LMU。
在上述系统建立方法中，在步骤c之后可以进一步包括如下步骤根据所述RTD传递路径图判断每个定位测量装置是否是测量各个RTD的必要测量装置，如果不是必要测量装置，则在建立的RTD获取系统中删除该非必要定位测量装置，并保存修改后的传递路径图；否则不作处理。
在上述系统建立方法中，在步骤a中通过地域临近原则和连接冗余原则进行分区。
在上述系统建立方法中，步骤b中RTD传递路径图存储在SMLC中。
一种基于安装上述方法建立的RTD获取系统获取RTD的方法，包括如下步骤a1.根据定位请求确定RTD获取过程中需要测量RTD值的所有基站及每个基站所属的分区；b1.根据分区信息读取该分区对应的RTD传递路径图，并根据该RTD传递路径图确定定位请求的所需测量RTD涉及的传递路径；c1.根据确定的RTD传递路径获取定位测量装置测量的RTD计算相关测量量，并对获取的RTD相关测量量进行RTD传递计算，得到定位请求要求的RTD值。
在上述获取RTD的方法中，步骤c1中定位测量装置的测量过程可以是在确定RTD传递路径之后，启动相应定位测量装置完成的；也可以是在确定RTD传递路径之前，启动所有的定位测量装置进行测量并保存测量结果，所述获取RTD计算相关测量量的过程是从保存的所有测量结果中选取相应测量值。
通过本发明的技术方案可以看出，本发明通过图论的方法对实际系统进行优化，克服了现有技术中RTD获取系统建立过程的盲目性，提高了系统性能并节约了成本。具体地说，通过本发明提供的RTD获取系统的建立方法和应用方法，可以针对RTD获取系统中不完整的路径增加相应的定位测量装置，从而提高系统的可靠性和为消费者提供更佳的定位服务；还可以针对RTD获取系统中传递过程太长的路径增加相应的定位测量装置，从而保证整个系统的测量精度；同时还可以针对RTD获取系统中不必要的定位测量装置进行削减，从而节约系统的建立和维护成本。


图1是根据本发明构建RTD传递路径图的方法流程图；图2是根据本发明利用RTD传递路径图完成RTD计算的方法流程图；图3是一种基站和LMU布局分区规划示意图；图4是对图3的分区1进行数学建模后得到的RTD传递路径无向图；图5是在图4基础上增加GPS1和GPS2后得到的连通无向图；图6是在图5基础上增加GPS3后得到的连通无向图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明RTD获取系统的建立过程参照图1所示，包括步骤101至步骤109。另外需要说明的是，本发明中提到的基站是一个逻辑概念，指的是有独立天线和唯一标识符的无线蜂窝小区。
步骤101对诸如一个城市或城区的一定区域范围内的网络以及基站分布条件进行勘测，尽量为每一个基站配置一个集成型LMU，勘测基站天线和LMU的接收天线的地理位置信息，确定每一个LMU的可测量基站列表，也就是LMU能测量到直达径信号的邻基站列表。
步骤102按照地域邻近原则对区域内的所有基站和集成型LMU进行分区。其中地域邻近原则就是尽可能保证地理位置上相邻的基站属于同一个分区，同时尽可能地使一次定位请求涉及的参考基站与一组相邻基站都落在同一个分区内。分区时，为了保证一次定位请求涉及的两个基站位于不同分区的情况下也能进行RTD测量的传递，因此在分区时需要使不同分区之间具有适当的交叉重叠，也就是使某一个或一些基站同时位于不同的分区内，保证一定冗余性。采取以上原则划分分区可以保证后续的RTD传递路径所经过的传递次数减少，从而减少由于多次传递所引起的传递误差积累。同时对大系统的分区也可以使后续RTD传递计算方法的运算量大大降低，提高了整个系统的处理速度。图3给出了一个基站、LMU布局分区规划分区示例。在这个例子中，基站4和基站5同时位于分区1和分区2两个分区之内。
步骤103针对区域内的每一个分区，利用步骤101获得布局勘测条件，构建每一分区的RTD传递路径图。对于分区中的基站，可以抽象成图的顶点。对于LMU根据它所能测量的两个基站的RTD值可以抽象表示成一条边，该边连接的顶点即所测量的两个基站。根据RTD的对称性，此处的边可抽象成无向边，则对应建模的图即为无向图。图4示出了一种简单的无向图。如果有两个不同LMU测量到同样的两个基站的RTD，则将这两个LMU完成的RTD抽象成同一条边。最终得到的RTD传递路径图体现了基站和基站之间是否可以测量得到RTD的关系。存储最终的每一分区的RTD传递路径图，供实际RTD请求时查询使用。
步骤104和105对步骤103中得到的每个分区的原始RTD传递路径图采用图的遍历算法进行遍历，判断图是否连通。如果图连通，执行步骤106。如果图不连通，找出图所有的连通分量，指明需要增加哪几条边来实现图的连通。这些额外的边可以采用增加相关基站的GPS卡或独立型LMU完成。如果两个基站都设置有GPS卡，则这两个基站对应的两个节点之间存在一条边。通过本步骤，能保证每一个分区的RTD传递路径图均是连通图。最后重新保存修改之后的RTD传递路径图。
步骤106和107针对每一个分区的连通RTD传递路径图，判断定位请求涉及的两两基站之间最短传递路径(边数)是否超过一定数目。如果图中定位请求涉及的两两基站之间最短传递路径(边数)超过一定数目，意味着这两个基站间的RTD计算可能需要经过多次传递才能完成。此时为了防止RTD过多传递带来的误差累积影响，可以通过在此两基站之间增加GPS卡或独立型LMU的方法，缩短两基站之间的传递路径。然后更新RTD传递路径图并保存。如果判断结果为不超过一定数目，则执行步骤108。
步骤108和109针对每一个分区的连通RTD传递路径图，判断是否有图中某个预先布置的集成型LMU并没有起到测量RTD的作用，或者其作用可以通过邻近的LMU或GPS卡在不降低RTD精度的前提下完成的情况。如果存在这种情况，那么可以在系统中取消不是必要的LMU，从而降低系统的运营成本。最后重新保存修改之后的RTD传递路径图。如果不存在上述情况，则不予处理，根据本发明的RTD获取系统的建立工作完成。
以上步骤完成RTD传递路径图的构建过程，同时也就完成了RTD获取系统的建立过程。在实际情况中，如果由于某个或某些基站或LMU的失效导致两两基站间RTD的传递路径发生改变，需要及时重复步骤103到109，并更新RTD传递路径图。
在得到了RTD传递连通图之后，也就是在RTD获取系统建立之后，就可以在此传递连通图的基础上在实际测量中获取RTD计算值。参考图2，详细步骤如下步骤201在实际定位请求的处理中，首先确定定位请求需要测量哪些基站之间的RTD值。
步骤202利用请求基站的诸如基站ID等的标识信息，确定这些基站所属的分区号。
步骤203根据所确定的分区号等信息，读取该分区对应的RTD传递连通图。
步骤204根据RTD传递连通图，确定所请求的RTD涉及的传递路径。
步骤205根据查询所得到的RTD传递路径，启动该传递路径上的所有相应的LMU和GPS卡的测量，获得RTD计算相关测量量。
步骤206利用LMU以及GPS卡测量结果，然后结合RTD传递路径完成RTD传递计算，得到所要求的所有两两基站之间的RTD值。
在实际情况中也可以预先启动所有的LMU和GPS卡的测量，并保存根据其测量结果计算出来的RTD值，然后在得到RTD的传递路径后直接查询该传递路径上所经过的RTD值，再通过传递计算得出所要求的RTD值。
下面结合一个具体例子对本发明的方法进行进一步的介绍。
图3所示为一个实际的定位业务运行系统，以其中的分区1为例来说明本发明的步骤。根据步骤101和102对实际的外场条件进行勘测后，对现有的基站、LMU的布局利用地域临近和连接冗余原则进行了分区规划得到如图3所示的分区1。
首先将分区1的ID与基站的关系保存在诸如服务移动定位中心(SMLC)的定位服务器的数据库中，以备后续定位时查询使用。对于分区1保存如表1所示的分区基站关系表。
表1分区与基站的关系表

根据步骤103对分区1进行数学图的建模。图3的分区1中，共有7个基站和5个集成型LMU，它们之间的可测关系如图3中所示。对于7个基站可以抽象成附图4中的7个顶点V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7。在分区1中LMU1可测量的RTD为RTD12、RTD15和RTD16，LMU2可测量的RTD为RTD32、RTD34和RTD35，LMU3可测量的RTD为RTD45，LMU5可测量的RTD为RTD64和RTD65，在分区1中LMU4没有可测量的RTD。根据我们的建模原则，上述的RTD测量关系可以抽象成如下的9条边E12、E15、E16、E23、E34、E35、E45、E46和E56。整个无向图的顶点和边见图4。
将得到的分区1的RTD传递连通图以一定的形式保存在诸如服务移动定位中心(SMLC)的定位服务器的数据库中，以备实际定位过程中查询时使用。
对图4的无向图进行是否连通的判断，显然图4不是一个连通图，顶点V7与图中的其它顶点不连通。则根据步骤104、105的规则在系统中需要对没有连通的顶点V7所在的基站增加GPS卡(GPS1)以及顶点V2所在的基站增加GPS卡(GPS2)，使得分区1的数学建模图为一个连通图。如图5所示，利用增加的两个GPS卡测量基站2和基站7之间的RTD27，在图中增加了顶点V7到V2的一条边E27。
根据图5是连通图首先得到所有LMU和GPS卡可以测量的两两基站间的RTD，再确定所有两两基站之间的RTD传递路径，得到分区1的如表2所示的RTD传递连通表。
表2分区1的RTD传递连通表



将增加了GPS1和GPS2之后得到的传递路径图重新保存在SMLC中。
为了将由于RTD传递中出现的累积误差控制在可以接受的水平，可以预先定义两两基站之间最短传递路径(边数)的最大数目，例如可以设定传递路径经历的基站数量不能超过3个。在这个例子中，基站7和基站4、基站5和基站6之间的传递路径中经历的基站数量均为4个，因此可以在基站5增加一个GPS卡(GPS3)，这样得到图6所示的传递路径无向图，修改后的两两基站之间的RTD传递路径如表3所示。从表3中可以看出，所有的基站之间的RTD传递路径经历的基站数量均不超过3个，从而保证了整个系统测量的精度。
表3增加GPS3后的分区1的RTD传递连通表



将增加了GPS3之后得到的传递路径图重新保存在SMLC中。
针对分区1连通的RTD传递路径图，如果图中某个预先布置的集成型LMU并没有起到测量RTD的作用，或者其作用可以通过邻近的LMU或GPS卡在不降低RTD精度的前提下完成，那么可以在系统中取消不是必要的LMU，从而降低系统的运营成本。在这个例子中，对于分区1的RTD测量来说，LMU4不是必需的，因此可以省略。将省略LMU4之后得到的传递路径图重新保存在SMLC中。当然，这里仅仅是举一个例子，也许LMU4对于分区1来说是可省略的，但是对于分区2来说可能就是必需的，那么在对分区2进行同样的构建RTD传递连通图的过程中，需要增加LMU4。
实际定位过程中根据定位请求的RTD测量基站集，例如定位请求的RTD测量基站集为{2，4，5，7}，首先查询SMLC中的分区与基站关系数据库可以得到该测量基站集落在分区1内。再查询分区1的RTD传递连通图数据库，得到如表4所示的测量基站集中所有基站的两两之间的RTD最短传递路径。
表4基站测量集中的RTD最短传递路径表

SMLC根据得到的所有两两基站的传递路径表，确定RTD传递所涉及的LMU和GPS卡有LMU2、LMU3、GPS1、GPS2和GPS3。然后SMLC启动LMU2、LMU3、GPS1、GPS2和GPS3的RTD有关测量，得到测量结果。SMLC最后根据测量结果利用RTD的传递算法获得测量基站集中的用于定位计算的所有RTD值。表5所示为利用直接测量得到的RTD值通过RTD传递计算其他RTD值之间的传递计算关系。
表5基站测量集中RTD测量与传递关系表


上述仅是本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种发射不同步时差(RTD)获取系统的建立方法，首先在无线通信运营网络内设置一个以上定位测量装置，其特征是，该方法进一步包括如下步骤a.根据每个基站的地理位置对所有基站和定位测量装置进行分区；b.通过将每个基站抽象为一个顶点，并将定位测量装置所能测量的两个基站的RTD值抽象为连接所述两个顶点的无向边的方式构建每个分区的RTD传递路径图，然后在系统中存储所述RTD传递路径图；C.判断RTD传递路径图中每个顶点是否有所述无向边与其连接，如果有，则系统建立成功；否则，增加能测量到该顶点对应基站的定位测量装置，并保存修改后的传递路径图。
2.根据权利要求1所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，在步骤c之后进一步包括如下步骤先根据测量精度要求设定两两基站之间传递路径所需经历的最多基站数为经历基站阈值；再根据所述RTD传递路径图判断两两基站之间传递路径经历的基站数是否大于该经历基站阈值，如果大于，则对相应两个基站增加定位测量装置，使传递路径经历的基站数小于或等于该经历基站阈值，并保存修改后的传递路径图，否则不作处理。
3.根据权利要求1或2所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，增加设置的定位测量装置为独立型定位测量单元(LMU)，或为全球定位系统(GPS)卡。
4.根据权利要求1所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，所设置的定位测量装置为集成型LMU。
5.根据权利要求1所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，在步骤c之后进一步包括如下步骤根据所述RTD传递路径图判断每个定位测量装置是否是测量各个RTD的必要测量装置，如果不是必要测量装置，则在建立的RTD获取系统中删除该非必要定位测量装置，并保存修改后的传递路径图；否则不作处理。
6.根据权利要求1所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，在步骤a中通过地域临近原则和连接冗余原则进行分区。
7.根据权利要求1所述的RTD获取系统的建立方法，其特征是，步骤b中所述的RTD传递路径图存储在移动定位中心(SMLC)中。
8.一种基于权利要求1建立的RTD获取系统获取RTD的方法，包括如下步骤a1.根据定位请求确定RTD获取过程中需要测量RTD值的所有基站及每个基站所属的分区；b1.根据分区信息读取该分区对应的RTD传递路径图，并根据该RTD传递路径图确定定位请求的所需测量RTD涉及的传递路径；c1.根据确定的RTD传递路径获取定位测量装置测量的RTD计算相关测量量，并对获取的RTD相关测量量进行RTD传递计算，得到定位请求要求的RTD值。
9.根据权利要求8所述的获取RTD的方法，其特征是，步骤c1中所述定位测量装置的测量过程是在确定RTD传递路径之后，启动相应定位测量装置完成的。
10.根据权利要求8所述的获取RTD的方法，其特征是，步骤c1中所述定位测量装置的测量过程是在确定RTD传递路径之前，启动所有的定位测量装置进行测量并保存测量结果，所述获取RTD计算相关测量量的过程是从保存的所有测量结果中选取相应测量值。
全文摘要
本发明公开了一种发射不同步时差(RTD)获取系统的建立方法，它包括首先在无线通信运营网络内设置一个以上定位测量装置，然后根据基站的地理位置对所有基站和定位测量装置进行分区；通过将每个基站抽象为一个顶点，并将定位测量装置所能测量的两个基站的RTD值抽象为连接两个顶点的无向边的方式构建每个分区的RTD传递路径图，然后在系统中存储该RTD传递路径图；判断RTD传递路径图中每个顶点是否有无向边与其连接，如果有，则系统建立成功；否则，增加能测量到该顶点对应基站的定位测量装置，并保存修改后的传递路径图。本发明还公开了根据上述方法建立的RTD获取系统获取RTD的方法。
文档编号H04B17/00GK1501722SQ0214867
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月15日 优先权日2002年11月15日
发明者王河, 唐进, 吴疆, 河 王 申请人:华为技术有限公司