专利名称：在lcr－tdd系统中利用波束成形实施定位增强的方法
技术领域：
本发明涉及第三代移动通信系统，更具体地说涉及在1.28Mcps低码片速率时分双工码分多址(LCR-TDD CDMA)系统中利用波束成形来实施定位增强的方法。
背景技术：
LCR-TDD系统是一种低码片速率时分双工码分多址(LCR-TDDCDMA)系统，3GPP对该LCR-TDD码分多址制定了相应的技术规范。该LCR-TDD码分多址系统将能够采用智能天线(SA)安装于Node B。智能天线(SA)是由多个低增益天线单元构成的天线阵列，它利用数字信号处理技术对多个不同的用户实施波束成形来产生多个不同空间波束，每个波束的最大方向自动地对准各自用户，并把零接收方向对准干扰方向，抑制同道干扰、多址干扰和多径衰落，以实现显著提高信干比、增强系统容量的目的。
由于智能天线采用一定空间位置不同阵元数的阵列天线，导致同一无线电信号到达各个阵元具有不同的波程差，不同方向的信号通过阵列天线波束成形(Beamforming)后产生不同的阵列响应，因而能够估计波的到达角(AOA)。智能天线接收系统能够采取不同的算法，可分别在射频、中频或基带实现，以便把不同方向的信号区分开来，从而降低干扰，提高系统性能。
图1是3GPP标准化组织所定义的实施定位业务的结构图，其中包括RNC102和103、关联于Node B104和105的定位测量单元(LMU)、独立定位测量单元107(Stand-alone LMU)、独立服务移动定位中心108(SAS)、用户设备106(UE)和核心网101(CN)，各个实体之间通过接口111、113、112、110、109(Iu，Iub，Iur，Iupc，Uu)通信。SRNC 102通过Iu111接口与CN交换定位业务信令，以及SRNC负责控制UTRAN资源(Node B、LMU、SAS)、用户设备(UE)和计算功能，从而估计UE的位置，并将定位结果返回CN。
在当前3GPP的技术规范中，定义了小区标识(Cell-ID)、观测到达时间差(OTDOA)和辅助全球定位系统(A-GPS)三种定位技术。此外，这三种技术既可以结合其他可用的测量以便增加定位的精度，又不使系统的复杂度有明显的增加。
因此，本发明意在提出在LCR-TDD码分多址系统内OTDOA/Cell-ID定位测量中增加到达角(AOA)测量以便改善定位的精度。
下面结合如图2所示简要地描述在现有3GPP的协议中，在无线资源控制(RRC)连接模式的小区专用信道(CELL_DCH)状态结合AOA测量的OTDOA实施定位的信令流程。需要说明的是UE的模式分为空闲(IDLE)模式及RRC连接模式，其中RRC连接模式包括CELL_DCH，CELL_FACH，CELL_PCH，和URA_PCH四种状态。值得注意的是在现有3GPP规范定义UE必须工作于RRC连接模式的CELL_DCH状态。本发明为了清楚地描述现有规范中所规范的内容，在该图中只显示了和UE定位操作相关部分的信令，主要包括如下步骤首先，核心网络(CN)发送对UE的定位控制报告到SRNC，SRNC随后分析定位请求并根据UE的能力，选择适当的定位方法(步骤201)；随后，SRNC请求UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量，其中OTDOA测量在RRC连接模式的CELL_DCH状态下完成(步骤202)；UE能够返回OTDOA的测量结果到SRNC(步骤203)；如果SRNC不能得到足够的OTDOA测量信息，或者在认为额外测量对于提高精度有优势的情况下，SRNC也可以请求Node B测量服务小区的AOA(步骤204)；如果SRNC请求Node B执行AOA测量(仅对LCR-TDD系统)，那么Node B报告AOA值到SRNC(步骤205)；SRNC能够结合OTDOA和AOA信息执行位置计算。此外，也可能会根据客户应用需求转换所采用的地理信息坐标系统。定位估计包括位置信息，位置精度估计，测量时间等。如果核心网包含实体SAS，SAS可以执行定位计算功能并把结果发往SRNC(步骤206)；最后，SRNC报告定位估计到核心网，也能够根据需求报告定位估计使用的测量方法或定位方法列表(步骤207)。
在现有的3GPP协议中，关于AOA的测量机制具有如下特点1)AOA测量只能在RRC连接模式的CELL_DCH状态下通过对专用信道的测量得到，也就是说，为了完成AOA的测量，UE必须处于CELL_DCH状态；2)假设核心网发起对处于空闲(IDLE)状态的UE的定位请求，该UE必须首先建立RRC连接并进入CELL_DCH状态，这意味着必须为UE分配专用的无线资源，比如扩频码等；3)假设核心网发起对处于CELL_FACH，CELL_PCH，和URA_PCH状态对UE的定位请求，该UE必须首先执行必要的信令来转移到CELL_DCH状态，这意味着必须为UE分配专用的无线资源，比如扩频码等；综合上述分析，对于处于RRC连接模式CELL_DCH状态以外的UE，当前LCR-TDD系统对AOA的测量机制存在如下的缺陷1)仅仅为了完成定位操作，诸如测量AOA，需要为用户分配专用的无线资源并使UE转移至CELL_DCH状态，这不利于有效利用LCR-TDD系统宝贵的信道码资源，因为LCR-TDD系统的信道码资源是受限的；2)如果UE处于空闲(IDLE)状态和RRC连接模式CELL_FACH，CELL_PCH，和URA_PCH状态，需要必要的控制信令使UE转换到CELL_DCH状态以便进行相关的测量，诸如测量AOA，这显然是对资源的一种消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种在配置波束成形的LCR-TDD系统中把OTDOA/Cell-ID定位技术结合AOA测量来改进定位的方法，该方法能够在比较低的资源消耗下完成定位的测量工作，达到优化系统资源管理。
为实现上述目的，一种在LCR-TDD系统中利用波束成形实施定位增强的方法，包括步骤(a)SRNC发送消息控制UE进入连接模式的CELL_PCH状态；(b)SRNC发送公共测量初始化请求消息到Node B；
(c)Node B随后回送公共测量初始化应答消息，同时开始对RACH信道的AOA测量；(d)RNC通过发送测量控制消息来控制UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量；(e)根据所收到的测量控制消息的要求，在测量报告消息中返回OTDOA的测量结果到SRNC；(f)RNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧或RACH/CPCH[FDD]信道数据帧，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取RACH_AOA测量结果和RACH_AOA精度估计域。
本发明提出了在RRC连接模式CELL_FACH状态下通过波束成形实施AOA的测量，并且结合OTDOA/Cell-ID完成定位功能，藉此达到不占用专用无线资源和减少用于UE转换状态所必需的额外信令开销。
图1是3GPP中实施定位业务的结构图；图2是现有规范中结合AOA测量的OTDOA定位信令流程；图3是本发明提出的结合AOA测量的OTDOA定位改进信令流程(IDLE)；图4是本发明提出的结合AOA测量的OTDOA定位改进信令流程(CELL_PCH/URA_PCH)；图5是Iub用户平面公共信道RACH数据帧的结构；图6是Iur用户平面公共信道RACH/CPCH[FDD]数据帧的结构。
具体实施例方式
本发明针对现有3GPP规范中结合AOA测量的OTDOA/Cell ID来实施定位方案中存在消耗专用资源的缺陷，提出了下述一种在1.28Mcps低码片速率时分双工码分多址(LCR-TDD CDMA)系统中利用波束成形测量AOA来实施定位增强的方法，其发明的关键技术点如下(1)在RRC连接模式的CELL_FACH状态而不是CELL_DCH状态下完成有关的定位测量操作；(2)需要分别在RNC与Node B之间的Iub接口协议以及RNC之间的接口协议Iur的公共测量初始化请求(CommonMeasurement Initiation Request)消息以及公共测量初始化应答(Common Measurement Initiation Response)消息内测量类型信息单元(IE)中增加一个随机接入到达角(RACH_AOA)字段来控制Node B实施随机接入信道到达角的测量；(3)Node B通过对由UE发送的上行随机接入信道(RACH)实施波束成形来测量AOA；(4)通过对Iub/Iur接口用户平面数据帧的数据域进行扩展，以便把Node B所测量的AOA测量结果传送到RNC。
图5给出了Iub用户平面RACH信道数据帧结构。为了支持本发明的RACH的AOA测量结果的报告，对RACH数据帧进行扩展，具体的增加了两个域AOA测量结果501和AOA精度502。同时，通过新信息单元标志(New IE flags)域的某个比特位来向RNC指示上述AOA测量结果和AOA精度两个域是否可用。
图6给出了Iur用户平面RACH/CPCH[FDD]信道数据帧结构。为了支持AOA测量结果的报告，需要对RACH/CPCH[FDD]数据帧进行扩展，具体的增加了两个域AOA测量结果601和AOA精度602。同时，通过新信息单元标志(New IE flags)域的某个比特位来向RNC指示上述AOA测量结果和AOA精度两个域是否可用。
根据本发明的SRNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧(或者RACH/CPCH[FDD]信道数据帧)，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取相应的AOA测量结果和AOA精度估计域以便结合OTDOA或Cell ID等方法，执行位置计算，并将位置估计的结果发送到核心网络(CN)。
下面结合几个实例来描述本发明。
参见图3来描述本发明的第一个实施例，即核心网络(CN)发起对于处于IDLE状态的UE实施定位的信令流程首先，当UE处于空闲状态，核心网络(CN)发送对寻呼消息(Paging)到SRNC(步骤301)；SRNC收到寻呼消息(Paging)后，根据UE所注册的服务区发送寻呼类型1(Paging Type 1)消息来寻呼UE(步骤302)；UE收到了Paging Type 1消息后，通过发送RRC连接请求(RRC ConnectionRequest)消息来实施UE与SRNC之间的RRC连接，以便从空闲状态转移到RRC连接状态(步骤303)；然后，SRNC回送RRC连接建立(RRCConnection Setup)消息来确认UE的RRC连接请求，并且在UE收到了RRC连接建立后，UE进入RRC连接模式的CELL_FACH状态，在UE此状态下并没有分配专用资源，只有同RRC的信令连接(步骤304)；UE通过回送RRC连接建立完成(RRC Connection Setup Complete)消息给SRNC来确认RRC的信令连接以及向SRNC报告该UE所具备的能力信息，其中包括有关定位的能力等(步骤305)；接着，UE发送初始直接传送(Initial Direct Transfer)消息到SRNC来响应寻呼(306)；SRNC收到了初始直接传送消息后，通过发送初始UE消息(Initial UE Message)来响应CN的寻呼(307)；CN随后发送定位报告控制(Location ReportingControl)消息到SRNC来请求UE的位置信息。SRNC在收到了CN发送的定位报告控制(Location Reporting Control)消息，结合UE能力以及定位的精度要求，选择合适的定位方法，例如SRNC选择结合AOA测量的OTDOA定位估计方法(步骤308)；因为SRNC选择结合AOA测量的OTDOA定位估计方法，所以SRNC发送公共测量初始化请求(Common Measurement Initiation Request)消息到Node B，其中在公共测量初始化请求(Common Measurement Initiation Request)消息测量类型信息单元(IE)中包括随机接入到达角(RACH_AOA)字段来配置NodeB启动对接入信道的AOA测量(步骤309)；Node B随后回送公共测量初始化应答(Common Measurement Initiation Response)消息，同时开始对RACH信道的AOA测量；此外，Node B通过Iub/Iur接口用户平面的RACH信道数据帧(或者RACH/CPCH[FDD]信道数据帧)将测量结果报告给SRNC(步骤310)；然后，SRNC通过发送测量控制(MeasurementControl)消息来控制UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量。值得注意的是本发明中的OTDOA测量在RRC连接模式CELL_FACH状态下完成(步骤311)；UE根据所收到的测量控制(Measurement Control)消息的要求，在测量报告(Measurement Report)消息中返回OTDOA的测量结果到SRNC；此消息在随机接入信道上，经Node B通过Iub/Iur接口用户平面传送到SRNC，同时携带RACH信道的AOA信息(步骤312)；SRNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧(或者RACH/CPCH[FDD]信道数据帧)，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取RACH_AOA测量结果和RACH_AOA精度估计域。SRNC基于OTDOA并结合AOA信息来执行定位UE的位置计算。此外，该计算也可以根据客户应用要求转换所采用的地理信息坐标系统，以及定位估计包括位置信息、位置精度估计、和测量时间。如果核心网包含实体SAS，SAS也可以执行定位计算功能并把结果发往SRNC(步骤313)；SRNC报告定位估计结果到核心网，也能够根据需求报告定位估计使用的测量方法或定位方法列表(步骤314)。最后，SRNC发送RRC连接释放消息到UE，通知UE释放RRC连接相关的资源(步骤315)；UE收到了RRC连接释放消息后回送RRC连接释放完成消息到SRNC，再次回到空闲模式状态(步骤316)。
参见图4来描述本发明的第一个实施例，即核心网络(CN)发起对于处于CELL_PCH/URA_PCH状态的UE实施定位的信令流程首先，SRNC在收到了CN发送的定位报告控制(Location ReportingControl)消息，结合所存储的UE能力以及定位的精度要求，选择合适的定位方法，例如SRNC选择结合AOA测量OTDOA定位估计方法(401)；当UE处于RRC连接模式CELL_PCH状态或者URA_PCH状态时，SRNC发送Paging Type 1类型的寻呼消息来寻呼UE；在UE收到寻呼消息后，UE转移到RRC连接模式的CELL_FACH状态(步骤402)；UE随后发送小区更新(CELL UPDATE)消息至SRNC以便响应寻呼消息，并且能够SRNC得到UE所在的小区信息(步骤403)；接着，SRNC回送CELL UPDATE CONFIRM消息以便确认收到了UE发送的小区更新消息(步骤404)；因为SRNC选择了结合AOA测量的OTDOA定位估计方法，所以SRNC发送公共测量初始化请求(Common MeasurementInitiation Request)消息到Node B，其中在公共测量初始化请求(CommonMeasurement Initiation Request)消息测量类型信息单元(IE)中包括随机接入到达角(RACH_AOA)字段来配置Node B启动对接入信道的AOA测量(步骤405)；Node B随后回送公共测量初始化应答(CommonMeasurement Initiation Response)消息，同时开始对RACH信道的AOA测量；此外，Node B通过Iub/Iur接口用户平面的RACH信道数据帧(或者RACH/CPCH[FDD]信道数据帧)将测量结果报告给SRNC(步骤406)；然后，SRNC通过发送测量控制(Measurement Control)消息来控制UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量。值得注意的是本发明中的OTDOA测量在RRC连接模式CELL_FACH状态下完成(步骤407)；UE根据所收到的测量控制(Measurement Control)消息的要求，在测量报告(Measurement Report)消息中返回OTDOA的测量结果到SRNC；此消息在随机接入信道上，经Node B通过Iub/Iur接口用户平面传送到SRNC，同时携带RACH信道的AOA信息(步骤408)；SRNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧(或者RACH/CPCH[FDD]信道数据帧)，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取RACH_AOA测量结果和RACH_AOA精度估计域。SRNC基于结合AOA测量的OTDOA来执行定位UE的位置计算。此外，该计算也可以根据客户应用要求转换所采用的地理信息坐标系统，以及定位估计包括位置信息、位置精度估计、和测量时间。如果核心网包含实体SAS，SAS也可以执行定位计算功能并把结果发往SRNC(步骤409)；SRNC报告定位估计结果到核心网，也能够根据需求报告定位估计使用的测量方法或定位方法列表(步骤410)；最后，SRNC发送物理信道重配消息到UE，控制UE的RRC连接状态将返回到CELL_PCH/URA_PCH状态(步骤411)；UE收到物理信道重配消息后，回送物理信道重配完成消息到SRNC，UE随后重新进入CELL_PCH/URA_PCH状态(步骤412)。
权利要求
1.种在LCR-TDD系统中利用波束成形实施定位增强的方法，包括步骤(a)SRNC发送消息控制UE进入连接模式的CELL_PCH状态；(b)SRNC发送公共测量初始化请求消息到Node B；(c)Node B随后回送公共测量初始化应答消息，同时开始对RACH信道的AOA测量；(d)RNC通过发送测量控制消息来控制UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量；(e)根据所收到的测量控制消息的要求，在测量报告消息中返回OTDOA的测量结果到SRNC；(f)RNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧或RACH/CPCH[FDD]信道数据帧，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取RACH_AOA测量结果和RACH_AOA精度估计域。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于当UE处于空闲状态时，所述RNC发送控制UE进入连接模式的CELL_PCH状态的消息包括RRC连接建立消息。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于当UE处于RRC连接模式CELL_PCH状态或URA_PCH状态时，所述RNC发送控制UE进入连接模式的CELL_PCH状态的消息包括Paging Type 1类型的寻呼消息。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述公共测量初始化请求消息中包括随机接入到达角(RACH_AOA)字段。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括Node B通过Iub/Iur接口用户平面的RACH信道数据或RACH/CPCH/[FDD]信道数据帧将测量结果报告给SRNC。
6.按权利要求4或5所述的方法，，其特征在于，Iub/Iur接口协议的公共测量初始化请求和公共测量初始化应答信令分别增加一个测量类型RACH_AOA。
7.按权利要求5所述的方法，其特征在于，通过对Iub/Iur接口用户平面数据帧的数据域进行扩展，以便把Node B所测量的AOA测量结果传送到RNC。
8.按权利要求5所述的方法，其特征在于，Node B对RACH信道AOA的测量结果，通过Iub用户平面公共信道RACH数据帧和Iur用户平面公共信道RACH/CPCH[FDD]数据帧报告SRNC。
9.按权利要求7所述的方法，其特征在于，Iub用户平面公共信道RACH数据帧扩展相应的域，增加了AOA测量结果和AOA精度两个域，并且通过新信息单元标志域的某个比特位来向RNC指示上述AOA测量结果和AOA精度两个域是否可用。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，所述AOA测量结果域为10个比特位和AOA精度为3个比特位。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于，Iur用户平面公共信道RACH/CPCH[FDD]数据帧扩展相应的域，增加了AOA测量结果和AOA精度两个域，并且通过新信息单元标志的某个比特位来向RNC指示上述AOA测量结果和AOA精度两个域是否可用。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于AOA测量结果域为10个比特位和AOA精度为3个比特位。
全文摘要
在LCR－TDD系统中利用波束成形实施定位增强的方法，SRNC发送消息控制UE进入连接模式的CELL_PCH状态；SRNC发送公共测量初始化请求消息到Node B；Node B随后回送公共测量初始化应答消息，同时开始对RACH信道的AOA测量；RNC通过发送测量控制消息来控制UE对激活集小区和相邻小区执行OTDOA测量；根据所收到的测量控制消息的要求，在测量报告消息中返回OTDOA的测量结果到SRNC；RNC接收Iub/Iur接口用户平面发来的RACH信道数据帧或RACH/CPCH[FDD]信道数据帧，从消息中提取UE的标识，如果这个ID指向正在定位的UE，提取RACH_AOA测量结果和RACH_AOA精度估计域。本发明通过波束成形实施AOA的测量，结合OTDOA/Cell－ID完成定位功能，达到不占用专用无线资源和减少用于UE转换状态所必需的额外信令开销。
文档编号H04W24/10GK1719934SQ20041006017
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者王平, 李迎阳, 朴俊九, 金吴克 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社