专利名称：一种终端定位方法和移动终端定位系统及移动终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种终端定位方法和移动终端定位系统及移动终端。
背景技术：
在基于IEEE802.16e协议的移动宽带通信系统中，为了保证终端移动过程中仍然保持通信的连续性，移动通信网络需要多个基站按照一定的规则联系在一起构成一个覆盖较大范围的无线通信网。终端在这个通信网的覆盖范围内移动时，需要根据信号质量情况在不同的基站间切换。所谓切换就是终端改变与其通信的基站的过程。
为了实现比较平滑的切换，终端在切换之前，需要临时和其他相邻基站(除当前服务基站以外的基站)通信，测量其信号质量或者完成一些切换前的准备工作，比如同步等。这个过程称为扫描过程。在合适的时候，终端可以根据当前通信情况以及扫描结果，发起切换。IEEE802.16e标准协议草案中，定义的扫描过程大致如下终端通过发送扫描请求消息(MOB_SCN_REQ)向当前服务基站请求扫描。消息中包括请求扫描的时间间隔，需要扫描的基站，扫描测量的内容，扫描的方式等信息。
基站收到扫描请求后，会回应扫描响应消息(MOB_SCN_RSP)。在该消息中包括是否允许扫描，如果允许扫描，扫描的开始时间，扫描的基站，扫描的方式，扫描测量的内容等信息。
收到基站的扫描响应消息(MOB_SCN_RSP)后，终端会根据该消息中的要求，进行扫描测量。
扫描完成后，终端可以通过扫描报告消息(MOB_SCAN_REPORT)将扫描后的结果上报给当前的服务基站。
协议同时规定，也允许终端在一定条件下，通过扫描报告消息(MOB_SCAN_REPORT)(现有协议中MOB_SCAN_REPORT格式如表1)上报当前服务基站的信号情况，尽管对当前服务基站信号的测量不属于扫描的范围(扫描一般是指对相邻基站的测量)。
扫描测量的内容除了包括信噪比或者信号强度外，还可以包括终端到扫描基站的空中传播往返时延(Round Trip Delay，RTD)。该空中传播往返时延和基站与终端之间的距离相关。如果将RTD记为t，光速记为c，则基站与终端之间的距离d＝t*c/2。在消息中，RTD的单位为1/Fs。Fs为采样频率，根据协议Fs＝floor(n*BW/8000)*8000。其中n为比例参数，在协议中的表213中有定义，BW表示载波带宽，如表1所示。
表1MOB_SCAN_REPORT
扫描报告消息(MOB_SCAN_REPORT)提供了两种与定位相关的测量信息一种是终端到服务基站的空中传播往返时延(RTD)，另外一种是终端测量得到的相邻基站和服务基站的相对时延(Relative delay)。
根据上述两种定位测量信息，网络可能采取的定位方法包括1、基于小区的定位方法将终端定位在小区的中心，并利用终端到服务基站的空中传播往返时延(RTD)，计算得到终端到达服务基站的距离d，从而进一步将终端定位在以服务基站为中心，半径为d的一段圆弧上。
2、到达时间差(TDOA)定位方法
这种方法的前提是所有基站的下行帧精确同步，在这个约束条件下，可以利用相邻基站与服务基站的相对时延(Relative delay)，计算出终端到服务基站和相邻基站的距离差，在测量到两个或者两个以上的相对时延(Relative delay)的条件下，就能够通过双曲线定位原理，确定终端的精确位置，这种方法在非中心区域对测量误差较为敏感，即使较小的测量误差也可能导致较大的定位误差。
3、到达时间和到达时间差相结合的定位方法(TOA+TDOA)这种方法的前提仍然是所有基站的下行帧精确同步，在这个约束条件下，可以利用相邻基站与服务基站的相对时延(Relative delay)，计算出相邻基站和服务基站到达终端的距离差，构造相应的多个双曲线方程，并利用终端到服务基站的空中传播往返时延(RTD)，计算出终端到服务基站的距离，构造相应的圆方程。根据一个圆方程和多个双曲线方程，联合求解出终端的位置。相比到达时间差定位方法(TDOA)而言，这种方法能够一定程度上改善非中心区域对测量误差的敏感，性能相对较好。
现有协议中规定，测量上报的内容中只需要上报终端到服务基站的RTD。根据前面的分析，按照现有协议，必须在网络中所有基站的下行帧精确同步情况下，才能采用到达时间差(TDOA)或者到达时间(TOA)定位方法精确定位终端。实际上，网络中所有基站的下行帧同步的误差将直接影响定位测量的精度，从而影响定位的精度。为此，根据现有协议，要实现精确定位，网络中所有基站的同步精度要保证在一百纳秒的量级(一百纳秒同步误差对应于30m的距离误差)，从实现角度，要达到如此高的全网同步精度是非常困难的。因此，现有协议中规定的定位测量难以实现终端的精确定位。
发明内容
本发明提供一种移动通信系统中终端定位方法及实现该方法的移动终端定位系统及终端，用以解决现有技术中存在终端定位复杂并且不够精确的问题。
一种移动通信系统中终端定位方法，其特征在于包括以下步骤A、服务基站向终端发送扫描响应消息，所述的扫描响应消息中，携带扫描参数；B、终端获知服务基站和终端间的第一空中传播往返时延以及相邻基站与终端间的第二空中传播往返时延；C、根据所述第一空中传播往返时延及第二空中传播往返时延计算出终端位置信息。
所述的步骤A中，所述的扫描参数，包括下述参数之一或者组合扫描开始时间、扫描基站、扫描方式、扫描测量上报模式。
所述的扫描基站是服务基站的相邻基站。
所述的相邻基站，可以为多个。
所述的步骤B中，所述的第一空中传播往返时延和第二空中传播往返时延，是终端扫描服务基站及相邻基站所获得的。
所述的步骤B，还包括终端将所述的第一空中传播往返时延以及第二空中传播往返时延上报给服务基站。
所述的步骤C中，由服务基站计算出终端的位置。
所述的步骤C中，所述的服务基站采用到达时间定位方法(TOA)，获取终端的位置信息，具体包括以下步骤C1、获知终端到第i个基站的距离DiDi＝RTDi/2×c，其中RTDi是第i个基站到终端的距离，c是光速；C2、构造方程组(x-xi)×(x-xi)+(y-yi)×(y-yi)＝Di×Di，其中，(x，y)是终端的坐标值，(xi，yi)是第i个基站的坐标值，Di是终端到第i个基站的距离；C3、求解所述的方程组，得到终端的位置信息。
所述的步骤C2中，所述的基站的坐标值由系统配置。
所述的步骤A之前，还包括步骤A1终端向服务基站发送扫描请求；所述的步骤B中，所述的第一空中传播往返时延，在终端与服务基站通信中获取。
所述的步骤B中，所述的第二空中传播往返时延，通过扫描测量获取。
所述的步骤A1之前，还包括步骤A11、终端获知服务基站和相邻基站的坐标值。
所述的步骤A11中，所述的服务基站和相邻基站的坐标，可以通过基站广播方式或者直接请求方式获得。
一种移动终端定位系统，包括服务基站和相邻基站，所述系统通过服务基站向终端提供通信服务；其特征在于所述的服务基站设置有定位控制单元，向终端发送扫描响应消息，指示终端进行扫描操作；所述的终端设置有空中传播往返时延测量单元，接收所述的定位控制单元发送的扫描响应消息，并根据所述的扫描响应消息进行空中传播往返时延的测量。
所述的服务基站还设置有终端位置计算单元，所述的定位控制单元接收终端上报的空中传播往返时延信息，启动终端位置计算单元计算终端位置。
所述终端的空中传播往返时延测量单元，进一步包括第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元，根据所述的扫描响应消息，分别对服务基站和相邻基站进行空中传播往返时延单元测量。
所述的终端还包括终端位置计算单元，其接收第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元测量得到的空中传播往返时延信息，并计算终端位置。
一种移动终端，包括终端本体，通过服务基站接收系统提供的通信服务，其特征在于，所述的移动终端还包括空中传播往返时延测量单元和终端位置计算单元；
所述的空中传播往返时延测量单元接收服务基站发送的扫描响应消息，根据所述的扫描响应消息扫描基站，测量空中传播往返时延信息；所述的终端位置计算单元接收所述的空中传播往返时延测量单元发送的空中传播往返时延信息，并计算终端位置。
所述的空中传播往返时延测量单元，进一步包括第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元，根据所述的扫描响应消息，分别对服务基站和相邻基站进行空中传播往返时延单元的测量。
本发明有益效果如下采用本发明的方法不需要全网基站高精度同步，从而显著降低了定位业务对全网基站的高精度同步要求，降低了实现成本。本发明的方法能够获得终端到多个基站的空中传播往返时延，从而能够采用达到时间定位方法(TOA)计算出终端的精确位置。
图1为本发明实施例的网络结构示意图；图2为本发明实施例的服务基站结构框图；图3为本发明实施例的终端结构框图；图4为本发明实施例1的流程示意图；图5为本发明实施例2的流程示意图。
具体实施例方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式
。
如图1所示，是本发明实施例的网络结构示意图，从图1中可见，本发明的实施环境包括终端、服务基站、与服务基站相邻的相邻基站。
如图2所示，是本发明实施例中，服务基站的结构示意图，从图2中可见，本发明在服务基站上，增加了定位控制单元和终端位置计算单元。
该定位控制单元向终端发送扫描响应消息，指示终端进行扫描操作；该服务基站还可以设置有终端位置计算单元，该定位控制单元接收终端上报的空中传播往返时延信息，启动终端位置计算单元计算终端位置。
如图3所示，是本发明实施例中，终端的结构示意图，从图2中可见，本发明的终端增加了第一空中传播往返时延测量单元、第二空中传播往返时延测量单元和终端位置计算单元。
该第一空中传播往返时延测量单元、第二空中传播往返时延测量单元根据服务基站的扫描响应消息，对服务基站或者相邻基站进行扫描，获知第一空中传播往返时延和第二空中传播往返时延，并传送给终端位置计算单元。
该终端位置计算单元根据第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元发送的空中传播往返时延信息，并计算终端位置。
在上述服务基站与终端上，该终端位置计算单元设置一个即可。
如图3所示，是本发明实施例1的流程示意图，实施例1是服务基站定位终端的示意图，从图4中可见，本发明主要包括以下步骤S11、服务基站向终端发送扫描响应消息，所述的扫描响应消息中，携带扫描参数。
服务基站在该扫描响应消息中，携带有相关的扫描参数，该扫描参数可以包括扫描开始时间、扫描基站、扫描方式、扫描测量上报模式等，其中扫描测量上报模式为周期上报或者事件触发报告，扫描基站为服务基站相邻基站。
S12、终端根据所述的扫描参数进行扫描测量，获知服务基站和终端间以及相邻基站与终端间的RTD。
终端根据该扫描参数进行相关的扫描测量，根据扫描参数指示扫描开始时间、扫描的相邻基站、扫描方式等获知相邻基站与终端间的RTD，并在与服务基站的正常通信过程中测量服务基站和终端间的RTD。
S13、终端根据扫描参数中给定的扫描测量上报模式，通过扫描报告消息将RTD信息上报给服务基站。
本发明对扫描报告消息进行相关改进，在现有技术的只包括服务基站的RTD信元的基础上，增加相邻基站的RTD信元，该相邻基站的RTD信元可以为多个，具体根据实际情况而定，并且取消了激活集只允许上报服务基站的RTD的限制，要求所有激活集的基站都上报RTD。
如表2所示，是本发明的一个扫描响应消息的设置，从表2中可见，本发明增加了相邻基站的相关信元，并且修改了对激活集基站的RTD信元的描述，允许所有激活集基站都上报RTD信元，为终端精确定位起到了至关重要的作用。
表2修改后的MOB_SCAN_REPORT格式
S14、服务基站根据RTD计算出终端位置信息。
服务基站根据服务基站和终端间以及相邻基站与终端间的RTD，以及基站的经纬度坐标值等，采用到达时间定位方法(TOA)，计算出终端位置信息，并发送给终端。上述基站的经纬度坐标值，可以存储于服务基站处，直接调出使用即可。
其中采用到达时间定位方法(TOA)计算位置的具体步骤包括S141、计算出终端到第i个基站的距离DiDi＝RTDi/2×c，其中RTDi是第i个基站到终端的距离，c是光速。
S142、构造圆方程组(x-xi)×(x-xi)+(y-yi)×(y-yi)＝Di×Di，其中，(x，y)是终端的坐标，(xi，yi)是第i个基站的平面坐标，Di是终端到第i个基站的距离。
S143、求解圆方程组，得到终端的坐标。具体的求解方法可以参考现有技术的相关内容，在此不再详述。
如图5所示，是本发明实施例2的流程示意图，实施例2是终端定位自己的方案，从图5中可见，实施例2主要包括以下步骤S21、终端获得服务基站和相邻基站的坐标值。
终端获取服务基站和相邻基站的坐标值，该坐标值的获取，可以通过基站广播方式，或者直接请求方式获得。
S22、终端向服务基站发送扫描请求消息(MOB_SCN_REQ)。
终端需要定位时，向服务基站发送扫描请求消息，通过该消息触发扫描操作。
S23、服务基站向终端发送扫描响应消息(MOB_SCN_RSP)。
服务基站回复扫描响应消息，在该消息中携带有扫描参数，包括扫描的开始时间，扫描的基站，扫描的方式，扫描测量上报的模式等信息。
由于终端扫描的过程中，需要中止当前业务，所以根据服务基站回复的扫描参数的开始时间进行扫描，在规定的时间段完成扫描操作，以免影响终端的正常业务。
S24、终端扫描相邻基站，测量RTD。
终端收到基站的扫描响应消息(MOB_SCN_RSP)后，根据该消息中的扫描参数，进行扫描测量，测量相邻基站和终端间的RTD。
终端与服务基站间的空中传播往返时延可以在与服务基站的通信中获取，不必通过扫描的方式获取。
S25、终端根据得到的基站(含服务基站和多个相邻基站)和终端间的RTD，以及基站的经纬度坐标，采用到达时间定位方法(TOA)，计算出终端的位置。该计算过程可以与实施例1相同，在此不再详述。
现有技术只能提供基于小区的定位，或者在全网基站精确同步条件下，采用两种方法定位1、采用到达时间差定位方法(TDOA)实现定位，这种方法在非中心区域的定位性能较差。
2、采用到达时间和到达时间差相结合的定位方法(TOA+TDOA)，这种方法一定程度上克服了非中心区域的定位性能较差的问题。
本发明通过终端扫描并上报到相邻小区的RTD，获得终端到多个基站(含服务基站)的距离，并采用到达时间(TOA)定位方法来精确定位移动台的位置。
一方面，采用本发明的方法不需要全网基站高精度同步，从而显著降低了定位业务对全网基站的高精度同步要求，降低了实现成本。另一方面，本发明的方法能够获得终端到多个基站的距离，从而能够采用到达时间定位方法(TOA)计算出终端的精确位置，TOA方法具有比TDOA方法更优良的定位性能(特别是在非中心区域的情况下)。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种终端定位方法，其特征在于包括以下步骤A、服务基站向终端发送扫描响应消息，所述的扫描响应消息中，携带扫描参数；B、终端获知服务基站和终端间的第一空中传播往返时延以及相邻基站与终端间的第二空中传播往返时延；C、根据所述第一空中传播往返时延及第二空中传播往返时延计算出终端位置信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤A中，所述的扫描参数，包括下述参数之一或者组合扫描开始时间、扫描基站、扫描方式、扫描测量上报模式。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的扫描基站是服务基站的相邻基站。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的相邻基站，可以为多个。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤B中，所述的第一空中传播往返时延和第二空中传播往返时延，是终端扫描服务基站及相邻基站所获得的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的步骤B，还包括终端将所述的第一空中传播往返时延以及第二空中传播往返时延上报给服务基站。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的步骤C中，由服务基站计算出终端的位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤C中，所述的服务基站采用到达时间定位方法(TOA)，获取终端的位置信息，具体包括以下步骤C1、获知终端到第i个基站的距离DiDi＝RTDi/2×c，其中RTDi是第i个基站到终端的距离，c是光速；C2、构造方程组(x-xi)×(x-xi)+(y-yi)×(y-yi)＝Di×Di，其中，(x，y)是终端的坐标值，(xi，yi)是第i个基站的坐标值，Di是终端到第i个基站的距离；C3、求解所述的方程组，得到终端的位置信息。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述的步骤C2中，所述的基站的坐标值由系统配置。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤A之前，还包括步骤A1终端向服务基站发送扫描请求。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述的步骤B中，所述的第一空中传播往返时延，在终端与服务基站通信中获取。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述的步骤B中，所述的第二空中传播往返时延，通过扫描测量获取。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述的步骤A1之前，还包括步骤A11、终端获知服务基站和相邻基站的坐标值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述的步骤A11中，所述的服务基站和相邻基站的坐标，可以通过基站广播方式或者直接请求方式获得。
15.一种移动终端定位系统，包括服务基站和相邻基站，所述系统通过服务基站向终端提供通信服务；其特征在于所述的服务基站设置有定位控制单元，向终端发送扫描响应消息，指示终端进行扫描操作；所述的终端设置有空中传播往返时延测量单元，接收所述的定位控制单元发送的扫描响应消息，并根据所述的扫描响应消息进行空中传播往返时延的测量。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于所述的服务基站还设置有终端位置计算单元，所述的定位控制单元接收终端上报的空中传播往返时延信息，启动终端位置计算单元计算终端位置。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于所述终端的空中传播往返时延测量单元，进一步包括第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元，根据所述的扫描响应消息，分别对服务基站和相邻基站进行空中传播往返时延单元测量。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于所述的终端还包括终端位置计算单元，其接收第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元发送的空中传播往返时延信号，并计算终端位置。
19.一种移动终端，包括终端本体，能够与服务基站进行业务通信，其特征在于，所述的移动终端还包括空中传播往返时延测量单元和终端位置计算单元；所述的空中传播往返时延测量单元接收服务基站发送的扫描响应消息，根据所述的扫描响应消息扫描基站，测量空中传播往返时延信息；所述的终端位置计算单元接收所述的空中传播往返时延测量单元发送的空中传播往返时延信息，并计算终端位置。
20.如权利要求19所述的终端，其特征在于所述的空中传播往返时延测量单元，进一步包括第一空中传播往返时延测量单元和第二空中传播往返时延测量单元，根据所述的扫描响应消息，分别对服务基站和相邻基站进行空中传播往返时延单元的测量。
全文摘要
本发明公开了一种移动通信系统中终端定位方法，A.服务基站向终端发送扫描响应消息，所述的扫描响应消息中，携带扫描参数；B.终端获知服务基站和终端间的第一空中传播往返时延以及相邻基站与终端间的第二空中传播往返时延；C.根据所述第一空中传播往返时延及第二空中传播往返时延计算出终端位置信息。本发明的方法能够获得终端到多个基站的距离，从而能够采用达到时间定位方法(TOA)计算出终端的精确位置。
文档编号H04W64/00GK1897746SQ20051008612
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者段为明, 李永茂, 李江 申请人:华为技术有限公司