位置信息提供系统、基站和随其使用的位置信息提供方法

专利名称：位置信息提供系统、基站和随其使用的位置信息提供方法
技术领域：
本发明涉及位置信息提供系统、基站以及随其使用的位置信息提供方法，更具体而言，涉及利用了用于W-CDMA(宽带-码分多址)无线电通信系统的基站的位置提供服务方法。
背景技术：
定位是移动通信中必不可少的应用。通过测量移动台的位置，可以提供位置信息。在智能交通系统(ITS)中，已经研究和开发了用于提供汽车附近的位置信息的技术，其中在汽车上安装的设备与在信号杆或电线杆等上安装的无线电通信系统通信。
例如，在热点(hot spot)处，越来越需要或关注从具有移动台的用户角度来讲，充分提供位置信息以获取热点附近的位置信息。因此，位置信息仅仅在ITS的有限的小区域中或在热点处被提供，由此，在使用蜂窝电话的网络上，希望有用于移动台的位置信息提供系统，其不需要在无线电网络控制器处(下文中被称为上层)被管理。
此外，在3GPP(第3代合作伙伴计划)中已经对测量移动台位置的技术规范进行了标准化。
GPS(全球定位系统)是使用W-CDMA无线电通信系统的定位服务。这是一种从安装有直接与卫星通信的GPS接收机的移动台的纬度和经度来指明位置的技术。GPS指的是由美国发射的用户军事目的的卫星，并且由于其能够测量纬度和经度的本质，目前也被用于私人需求。
此外，对于3GPP，通过使用OTDOA-IPDL(Observed TimeDifferential of Arrival-Idle Period Down Link，观测到达时间差-下行链路空闲周期)来测量基站和移动台之间距离的技术已经被标准化(例如参考非专利文献1)。
简言之，在3GPP中已经审查了用于通过插入IPDL并且测量从基站到移动台的传输波到达时间来指明移动台位置的装置(OTDOA-IPDL)。
移动台的位置可以通过将这种测量方法应用于多个小区，并且画出其半径是计算出的距离的圆来指明。该技术是通过画出以基站和移动台之间的距离为半径的圆，而假设圆的交叉点是移动台位置的方法(例如，参考非专利文献2)。
此外，AAA(自适应阵列天线)是一种这样的技术，该技术通过自适应地改变天线的方向性来提高自移动台的接收特性(例如，参考非专利文献3)。具体而言，通过安装其权重被自适应调整的多根天线，将最强的方向性调节到理想波到达的方向上，并且将无方向性(null)的部分转到干扰波到来的方向上，即使在自移动台的到达方向发生改变的传播环境下，该技术也使得来自移动台的信号能够自适应地提取。该技术可被应用于移动台的位置测量技术，因为利用该技术可以发现移动台从哪个方向朝基站传送信息。
除了上述技术之外，作为提高TDOA(到达时间差)准确度的技术，提出了计算实际往返时间的方法，其中在基站和移动台中测量RTT(Round Trip Time，往返时间)，以在上层校正传播延迟(例如，参考专利文献1)。
根据PCT公布的国际申请No.WO 01/89254[非专利文献1]3GPP TR 25.305 v5.9.0[非专利文献2]IEICE TRANS.ON.COMMUNICATIONS.，VOL.E85-B.No.10，2002年10月(2068～2075页)[非专利文献3]“Adaptive Signal Processing with Array Antenna”(Nobuyoshi Kikuma编写，Science and Technology Publishing)发明内容但是，由于如上所述的传统定位服务采用GPS，因此它除了W-CDMA无线电通信系统之外，还需要采用GPS网络，从而导致提高安装成本的问题。
此外，在传统定位服务中使用多个小区的OTDOA-IPDL的情况下，需要控制每个小区的定时同步，以及在上层的IPDL插入，从而导致系统成本升高的问题。由于需要两个或更多个基站通过采用OTDOA-IPDL来指明移动台的位置，因此每个基站的定时必须在上层同步。如果基于TDOA，即使可以像上述专利文件1中的技术一样利用RTT测量出准确的往返时间，也会出现同样的问题。
另外，传统的定位服务具有以下问题当利用IPDL在公共信道中作出空闲部分时，小区内其他不需要定位的用户也会由于小区容量的降低会受到影响。在这种情况下，由于IPDL需要中止作为公共信道的P-CCPCH(主公共控制物理信道)上的电波，因此同一小区内其他不需要定位的用户也会受到影响。另外，传统的定位服务具有以下问题当技术采用AAA时，需要在现有设备中新安装额外电路。
因此，本发明的目的在于解决上述问题，并且提供一种位置信息提供系统、基站和随其使用的位置信息提供方法，其中可以在单个小区的封闭范围中扩展位置信息提供服务。
本发明提供了一种用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供系统，其中基站包括估计装置，其用于在一个扇区内区域范围中估计位置信息。
而且，本发明提供了一种用于向移动台提供位置信息的基站，包括估计装置，其用于在一个扇区内区域范围中估计位置信息。
而且，本发明提供了用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供方法，该方法包括在基站一侧的步骤，该步骤在一个扇区内的区域范围中估计位置信息。
而且，本发明提供了用于实现用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供方法的程序，其中所述程序使基站上的计算机能够执行用于在一个扇区内的区域范围中估计位置信息的过程。
就是说，在本发明的位置信息提供系统中，为了提供移动台的精确位置信息，基站利用从移动台接收到的信号中的信道估计值来计算移动台的行进速度，并且还通过以时间序列方式连续存储TPC(传输功率控制)位来计算移动台的行进方向。
在本发明的位置信息提供系统中，通过利用移动台的行进速度和行进方向，附近位置信息被提供到以低速移动的用户，并且远处的位置信息被提供到以高速移动的用户。
此外，在本发明的位置信息提供系统中，利用SHO(软切换)状态的信息来估计移动台的位置。由于基站从上层被告知与其通信的移动台是否处于SHO状态中，因此通过利用该信息，可以在指定扇区内位置的过程中判断移动台是否位于扇区边界。
如上所述，在本发明的位置信息提供系统中，如果移动台与基站通信，就可以知道距移动台的距离以及其行进速度和方向，由此可以根据利用SHO状态获得的移动台的位置信息来扩展位置信息提供服务。
更具体而言，在本发明的位置信息提供系统中，可以通过测量通信信道上的RTT(往返时间)来测量基站和移动台之间的距离。而且，在本发明的位置信息提供系统中，专用信道和公共信道不会因此而受到影响。此外，在本发明的位置信息提供系统中，可以只在通信的扇区中使能定位，无需其他扇区或小区。这里，在本发明中，RTT指的是由基站简单计算出的往返时间，但是不需要通过根据传播延迟校正计算出的往返时间来计算实际的往返时间。
另一方面，在本发明的位置信息提供系统中，通过估计移动台的速度和方向，并且利用SHO状态管理扇区内划分出的区域中的移动台的位置，可以以更窄角度来指明从基站看到的方位角。而且，在本发明的位置信息提供系统中，利用该信息可以向移动台提供精确的位置信息服务，由此无需驻波周期就可以提高吞吐量。
因此，在本发明的位置信息提供系统中，为了解决以上问题，即使在没有GPS(全球定位系统)或其他小区的情况下，也可以通过从上行链路的延迟轮廓计算出RTT而在扇区中计算距移动台的距离。总之，在本发明的位置信息提供系统中，可以只在物理信道上提供位置信息，其中基站和移动台在不需要上层管理的情况下进行通信。
如上所述，在本发明的位置信息提供系统中，由于不必将定位信号发送到多个基站，因此可以在单个小区的封闭范围内扩展位置信息提供服务。
虽然在现有技术中，需要基于位置信息的时间性变化而从上层获得速度和方向的位移信息，但是在本发明的位置信息提供系统中，可以通过仅仅在物理信道上估计这些值来简单地获得速度和方向信息。
而且，在本发明的位置信息提供系统中，当移动台的位置在扇区内划分的区域中被管理时，由于利用SHO状态，因此不必在基站上安装AAA(自适应阵列天线)，由此易于从当前设备进行切换。
此外，在本发明的位置信息提供系统中，基站可以区分移动台的行进方向是否正在接近基站，由此移动台可以根据其行进速度来接收位置信息提供服务。


图1是示出了根据本发明一个实施例的基站的配置的框图；图2是示出了W-CDMA无线电通信系统中的DPCCH信道格式的图；图3是示出了根据本发明一个实施例用于估计移动台行进方向的估计方法的图；图4是示出了根据本发明一个实施例的传输区域的图；图5是示出了被安装在图1中的传输位置信息确定部分中的表的配置示例的图；图6是示出了根据本发明一个实施例的基站1的操作的流程图；图7是示出了图6中的速度计算过程的流程图；以及图8是示出了图6中的传输区域确定过程的流程图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。图1示出了根据本发明一个实施例的基站的配置框图。在图1中，基站1包含发射位置信息数据的发射部分11、传输时间存储部分12、接收部分13、用于测量基站1和移动台(未示出)的到达时间的RTT(往返时间)计算部分14、用于计算到移动台的距离的距离计算部分15、DPCCH(专用物理控制信道)解调部分16、信道估计计算部分17、用于估计移动台速度的行进速度计算部分18、TPC(传输功率控制)命令存储部分19、用于估计移动台行进方向的行进方向估计部分20、用于通过与上层通信来判断是否处于SHO(软切换)状态的SHO判断部分21、用于从估计的距离、速度和方向以及SHO状态确定将传输到移动台的最优位置信息的传输位置信息确定部分22，以及用于存储其位置信息的位置信息存储部分23。
在本实施例中，利用RTT来测量基站1和移动台之间的距离，传输时间被存储在传输时间存储部分12中，并且在接收部分13中测量到达时间。在W-CDMA(宽带-码分多址)无线电通信系统中，基站1例如监控每1/4码片的到达时间。
在本实施例中，接收定位信号的时间戳(Timestamp)通过测量到达时间来计算。因此，在本实施例中，从传输时间存储部分12获得的时间戳和从到达时间计算出的时间戳被发送到距离计算部分15，以计算到移动台的距离。假设Δtime是这两个时间戳之间的差，到移动台的距离D根据如下表达式来计算D＝(Δtime×c)/2其中c为光速。计算出的距离被发送到传输位置信息确定部分22，用于确定将被发送到移动台的最优位置信息。
下面将描述用于估计移动台速度的方法。在本实施例中，速度是从发自移动台的DPCCH计算出的。在本实施例中，DPCCH被从DPCCH接收部分16发送到信道估计计算部分17，然后信道估计计算部分17的估计结果在行进速度计算部分18中被处理。
图2示出了W-CDMA无线电通信系统中的DPCCH信道格式的图。在图2中，W-CDMA无线电通信系统中的DPCCH包含导频30、FBI(反馈信息)31、TFCI(传输格式组合指示符)32和TPC 33，总共10位。
由于导频30是标准化的公知信号，因此利用它来计算信道估计。假设对导频30的硬判决(hard decision)结果为D，时隙m中的信道估计h(m)由以下表达式表示。
h(m)=1NpΣn=0Np-1z(m,n)D*(m,n)]]>其中Np是导频30中的位数。在以上表达式中，D*指代D的复共轭。
当计算信道估计时，时隙之间的衰落相关值被计算。利用信道估计h(m)，时隙(n时隙延迟)之间的相关值r(m)由以下表达式表示r(m)=real(h(m)h*(m-n)|h(m)||h(m-n)|)]]>在以上表达式中，n值不一定局限于一个值，而是可以设置多个n值，以计算对于每个n值的相关值。在以上表达式中，h*指代h的复共轭。
当计算时隙之间的相关性时，通过在测量周期中取平均来计算最终的衰落相关值。这里，假设在速度计算部分18中安装有一张表，该表列出了计算出的衰落相关值和输出的行进速度之间的关系。类似于距离信息，计算出的行进速度被发送到传输位置信息确定部分22。计算出的行进速度还被发送到行进方向估计部分20，以估计到达方向。
下面将描述用于估计行进方向的方法。在W-CDMA系统中，在传输功率控制下，移动台将包括在DPCCH中的TPC位发送到基站1，因而在下行链路中的移动台的接收功率可以为常数。
如果移动台指示基站1提高传输功率，则将“1”填入TPC位，并且如果移动台指示基站1降低传输功率，则将“0”填入TPC位。就是说，由于当移动台接近基站1时，在移动台处接收功率增大，因此用于降低基站处传输功率的指令被发布以弥补增大的接收功率，由此TPC位＝“0”被传送到基站1。相反，当移动台远离基站1时，发送TPC位＝“1”。
在本实施例中，TPC命令存储部分19在基站1内被设置在行进方向估计部分20的前级，从而以一定时间间隔连续存储接收到的TPC位，由此基于来自TPC位序列的“1”和“0”的百分比以及从行进速度估计部分18发送的信息，在行进方向估计部分20中确定最终行进方向。
存在如下用于估计行进方向的方法该方法根据传输功率控制的特性监控专用信道上的下行链路中的传输功率。按照与上述上行链路中的TPC位相同的原理，如果移动台正在靠近，则降低传输功率，反之亦然。但是，由于在上行链路中连同移动台的速度信号一起估计方向的方法更好，因此上行链路中的TPC位在这里被利用。
图3示出了根据本发明一个实施例用于估计移动台行进方向的估计方法的图。在根据本发明一个实施例对移动台行进方向的估计方法中，从已知的速度矢量确定若干行进方向，如图3所示。
在图3中，因为当移动台2变得远离基站1时接收功率下降，因此移动台2发送多个用于增大传输功率的请求(TPC位＝“1”)。因此，在这种情况下估计出方向41。相反，如果移动台2发送多个具有TPC＝“0”的请求，则估计出方向42。
当移动台2的行进方向是相对基站1的横向方向43或44(即，接收到的TPC位中的“0”和“1”的百分比几乎相等)时，估计出两个行进方向，其估计结果被发送到传输位置信息确定部分22。
由于基站1从上层被告知存在或不存在SHO状态，因此它可以得知是否是SHO状态。在本实施例中，提供了SHO判断部分21，该部分可以将该信息发送到传输位置信息确定部分22。由于它还可以得知用于SHO的扇区，因此与其进行SHO的相邻扇区的信息也被包括在将被传送到表的信息中。
图4示出了根据本发明一个实施例的传输区域的图。图5示出了被安装在图1中的传输位置信息确定部分22中的表的配置示例的图。参考图4和图5，下面将描述传输位置信息确定部分22的操作。
假设该表被安装在传输位置信息确定部分22中。这里，被输入到表中的信息包括距离、行进速度、行进方向和SHO状态，如图5所示。在图5中示出了这四个元素和最终发送的位置信息之间的关系的示例。
对于最终传输区域，每个扇区被划分成若干区域，并且在数据库中被管理。由于利用SHO状态，因此对于每个扇区来控制该配置。在图4中，假设如下情况移动台2在扇区#0(区域51)中通信，扇区#0被划分成六个区域(A到F)，但是扇区也可以被划分成更多个区域。
作为一种具体确定方法，确定距离信息是否在基站1附近。如果确定出临近的距离，则在图4所示示例中，区域是A、C和E中的任一个。对于SHO状态，当在扇区#1(区域52)中进行SHO时，确定出A或B(区域54)；当在扇区#2(区域53)中进行SHO时，确定出E或F(区域56)；并且当没有进行SHO时，确定出C或D(区域55)，如图4所示。
最后，下面将描述行进速度和方向。例如，如果通过估计图4中的区域A和移动台2的位置而判断移动台2正在远离基站1，则当行进速度慢时确定出A，当行进速度快时确定出B。
其理由是，即使远离当前位置的位置信息被提供到以像步行速度一样慢的速度移动的用户，用户也不会更方便。相反，如果远处的信息被提供到以汽车速度移动的用户，则认为该用户更方便。因此，最终提供的位置信息并不局限于仅仅一个区域，而是可以提供多条信息。
在以上方法中，当由传输位置信息确定部分22确定要被传输到移动台2的位置信息时，该信息被发送到发射部分11，然后再作为具有数据的下行链路信号被传送到移动台2。
图6示出了根据本发明一个实施例的基站1的操作的流程图。图7示出了图6中的速度计算过程的流程图。图8示出了图6中的传输区域确定过程的流程图。参考图1到图8，下面将描述根据本发明一个实施例的基站1的操作。当基站1是包含CPU(中央处理单元，未示出)、RAM(随机访问存储器)和记录介质(用于存储程序的介质)的计算机时，通过将记录介质中的程序加载到RAM中，而在CPU上执行如图6到图8所示的过程。
首先，基站1在传输时间存储部分12中存储传输时间(图6中的步骤S1)，并且利用从基站2接收的信号，在RTT计算部分14中从延迟轮廓(delay profile)计算出RTT(图6中的步骤S2)。在计算出RTT之后，基站1在距离计算部分15中，从在步骤S1和S2中计算出的时间戳计算出距离(图6中的步骤S3)。
当在DPCCH解调部分16中完成DPCCH的解调时(图6中的步骤S4)，基站1利用信道估计值，在信道估计计算部分17中计算衰落相关值(图6中的步骤S5)。在本实施例中，在每个时隙中计算相关值，以监控预定更新周期是否到达(图6中的步骤S6)。当到达更新周期时，在速度计算部分18中进入速度计算过程(图6中的步骤S7)。
作为具体的速度计算方法，采用计算n个时隙之间相关值的示例，速度计算部分18首先将平均的相关值与阈值相比较(图7中的步骤S11)。此时阈值为th1。当满足该条件时，速度计算部分18确定出速度等于V1(图7中的步骤S12)。
当不满足该条件时，速度计算部分18确定出速度等于V2(图7中的步骤S13)。虽然提供了一个阈值th1，并且在本示例中计算出移动台2的两个进行速度，但是也可以提供多个阈值以更准确地设置行进速度。
由于在DPCCH解调时完成了对TPC位的解码，因此基站1将接收到的TPC位存储到TPC命令存储部分19中。基站1进入在行进方向估计部分20中，根据存储的位序列中的“0”和“1”的百分比的行进方向估计过程(图6中的步骤S8)。由于还利用了估计出的行进速度，因此该行进方向估计过程是在计算出行进速度之后执行的。
在估计出距离、速度和行进方向之后，基站1利用传输位置信息确定部分22中的表，在传输位置信息确定部分22中确定要被传送到移动台2的最优位置信息(图6中的步骤S8)。
最优位置信息是从四个判断元素确定的，包括基站1和移动台2之间距离的判断(图8中的步骤S21)、SHO状态的判断(图8中的步骤S22)、行进速度的判断(图8中的步骤S23)以及行进方向的判断(图8中的步骤824)(图8中的步骤525)。这里使用的距离和行进速度的阈值分别为d0和v0。为了简化说明，示出了单个阈值，但是也可以设置多个阈值，以更准确地提供扇区内的位置信息。
最后，当确定出要被传送到移动台2的位置信息时，基站1进入发射部分11中的位置信息发送过程(图6中的步骤S10)，并且将来自发射部分11的位置信息经由下行链路传送到移动台2。
以这种方式，在本实施例中，由于不必将定位信号发布到多个基站，因此可以在单个小区的封闭范围中，扩展位置信息提供服务。
虽然在现有技术中，需要基于位置信息的时间性改变，从上层获得速度和方向的位移信息，但是在本实施例中，仅仅在物理信道上就可以估计出这些值，从而能够更简单地获得速度和方向的信息。
在本实施例中，当通过将每个扇区划分为多个区域来管理移动台2的位置时，利用了SHO状态，由此不必在基站1中安装AAA(自适应阵列天线)，并且易于从当前设备进行切换。
此外，在本实施例中，由于基站1可以区分移动台2的行进方向是否是正在接近，因此可以在移动台2中根据其自己的行进速度来接收位置信息提供服务。
本发明可以应用于能够测量移动台的行进速度和方向以及RTT的基站。因此，本发明可以应用于处理HSDPA(高速下行链路分组访问)的装置以及采用诸如W-CDMA无线电通信系统中的OFDM(正交频分复用)的用于下一代高速无线分组访问的调制系统的无线电通信系统。
本发明提供了如下效果在单个小区的封闭范围中，可以扩展位置信息提供服务。
权利要求
1.一种用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供系统，其中，所述基站包括用于在一个扇区内的区域范围中估计所述位置信息的第一估计装置。
2.根据权利要求1所述的位置信息提供系统，其中，所述基站还包括用于从来自所述移动台的信道估计值估计所述移动台的行进速度的第二估计装置，并且所述第一估计装置基于估计出的行进速度来估计所述位置信息。
3.根据权利要求1所述的位置信息提供系统，其中，所述基站还包括用于利用来自所述移动台的传输功率控制位来估计所述移动台的行进方向的第三估计装置，并且所述第一估计装置基于估计出的行进方向来估计所述位置信息。
4.根据权利要求1所述的位置信息提供系统，其中，所述基站还包括在每个所述扇区内划分出的区域中的位置信息的数据库，并且所述第一估计装置利用所述数据库来在所述扇区内的区域范围中估计所述位置信息。
5.一种用于向移动台提供位置信息的基站，包括用于在一个扇区内的区域范围中估计所述位置信息的第一估计装置。
6.根据权利要求5所述的基站，还包括用于从所述移动台的信道估计值估计所述移动台的行进速度的第二估计装置，其中所述第一估计装置基于估计出的行进速度来估计所述位置信息。
7.根据权利要求5所述的基站，还包括用于利用来自所述移动台的传输功率控制位来估计所述移动台的行进方向的第三估计装置，其中所述第一估计装置基于估计出的行进方向来估计所述位置信息。
8.根据权利要求5所述的基站，还包括在每个所述扇区内划分出的区域中的位置信息的数据库，其中所述第一估计装置利用所述数据库来在所述扇区内的区域范围中估计所述位置信息。
9.一种用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供方法，包括在一个扇区内的区域范围中估计所述位置信息的在所述基站一侧的第一步骤。
10.根据权利要求9所述的位置信息提供方法，还包括从来自所述移动台的信道估计值估计所述移动台的行进速度的在所述基站一侧的第二步骤，其中所述第一步骤基于估计出的行进速度来估计所述位置信息。
11.根据权利要求9所述的位置信息提供方法，还包括利用来自所述移动台的传输功率控制位来估计所述移动台的行进方向的在所述基站一侧的第三步骤，其中所述第一步骤基于估计出的行进方向来估计所述位置信息。
12.根据权利要求9所述的位置信息提供方法，其中，所述基站具有在每个所述扇区内划分出的区域中的位置信息的数据库，并且所述第一步骤利用所述数据库来在所述扇区内的区域范围中估计所述位置信息。
13.一种用于实现用于从基站向移动台提供位置信息的位置信息提供方法的程序，其中，所述程序使得所述基站上的计算机能够执行用于在一个扇区内的区域范围中估计所述位置信息的过程。
全文摘要
本发明提供一种位置信息提供系统、基站和随其使用的位置信息提供方法。基站能在单个小区的封闭范围中扩展位置信息提供服务。基站在传输时间存储部分中存储传输时间，利用从移动台接收的信号在往返时间计算部分中计算往返时间，并在距离测量部分中从计算出的时间戳计算距离。基站在DPCCH解调部分中完成DPCCH的解调之后，利用信道估计计算部分中的信道估计值计算衰落相关值，在速度计算部分中执行速度计算过程，并在行进方向估计部分中执行根据位串中“0”和“1”的百分比的行进方向估计过程。如果基站估计出距离、速度和行进方向，则利用传输位置信息确定部分内的表，在传输位置信息确定部分中确定要传送到移动台的最优位置信息。
文档编号H04B7/26GK1722905SQ20051008317
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月13日 优先权日2004年7月14日
发明者稻叶新 申请人:日本电气株式会社