无线设备的免签约定位的制作方法

专利名称：无线设备的免签约定位的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线通信领域，并且更具体地，本发明涉及对无线通 信网络的覆盖区域内的设备的定位。
背景技术：
用于定位无线设备的几项技术涉及对由无线通信网络的基站发射的 信号进行测量的移动台(MS)。(本文使用的术语MS或移动台是指任何类 型的无线电话或具有无线电通信能力的其它移动设备。)这些技术被称作 缩略词EOTD、 AFLT、 OTD和ECID。
.增强型观察时间差(EOTD )是ETSI 3GPP技术规范43.059中定义的 定位技术，在该规范中，GSMMS对地理上分布的基站所发射的信标信号 进行相对时间差测量，这些测量用于计算位置。
.高级前向链路三角定位(AFLT)是TIAIS-95和CDMA 2000标准中 定义的技术，其中CDMA MS对地理上分布的CDMA基站发射的导频信号进行相对时间差测量，这些测量用于计算定位(location)
.观察时间差(OTD)是ETSI 3GPP技术规范23.271中定义的定位技 术，在该技术规范中，实质上是UMTS网络中移动台的用户设备(UE) 对地理上分布的Node B ( UMTS系统中的基站)发射的信号进行相对时间 差测量，这些测量用于计算定位。
.增强型小区识别(ECID)是用于定位GSMMS的技术，其中MS对 地理上分布的GSM基站发射的信号执行接收到的功率水平测量，这些测 量用于计算定位。
所有这些定位技术都涉及到测量信号的MS,其特性作为MS和发射 信号的基站之间的距离的函数而变化。另外，所有这些定位技术都要求知 道关键蜂窝基站(cell site )信息。这样的关键蜂窝基站信息可包括小区识 别信息和发射天线定位。另外，这些定位技术中的一些技术要求关于发射 器的附加信息，例如发射器信号定时(timing )、信号发射功率和环境中的 信号传播或信号损失。此信息可能难于从无线网络运营商获得，因为信息 是动态的且分布在多个数据库中。此信息可能难于获得并保持在多个无线 网络运营商中，因为一些运营商可能不愿合作并提供此信息。如果在定位 解决方案中使用较大数量的基站信号(当可得到在多个无线网络上的发射 信号时，这是可能的)，则上述定位技术中的每一项技术的准确性可被改 善。这些技术中的每项技术的准确性依赖于可用于测量的信号的数量和质 量，而因此定位解决方案利用在多个无线网络上的这些信号的能力将提供 比测量限于单个无线网络的信号时的所实现的性能更好的性能。
这里描述的主题提供了 一种自动的方法来检测一个或更多个有用的 无线发射器的存在、确定小区识别信息以使每个发射器能够在稍后被参 考、确定发射器天线定位、确定发射器定时、确定发射器功率水平，和确 定作为定位的函数的信号功率损失，以使任何这种无线发射器可被用于定 位移动台。
夬于克莶约定位Owfec一/细/m/oc加'ow )的额外f景信息
MS的定位是通过合并MS对下行链路基站发射信号进行的测量与蜂窝基站信息而完成的。MS的定位可在MS中或者在网络内完成，但是在 任何一种情况中MS的定位涉及将蜂窝基站信息和/或MS的测量传递给计 算定位的节点。在目前部署的系统中，该信息是通过无线链路被传递的， 该无线链路由与提供下行链路发射信号的无线网络相同的无线网络提供， 定位估计基于该下行链路发射信号。这可为控制平面连接或用户平面连 接。(参照2006年9月19日提交的申请序列号为11/533,310,题目为"User Plane Uplink Time Difference of Arrival (U-TDOA)"的申请，其描述了用于 基于网络的无线定位的用户平面方法。如所述的，在用户平面体系结构中， 定位服务器可经由无线运营商的无线电网络承载的数据或IP (互联网协 议)链路直接与移动设备进行通信，该数据或IP链路不是控制/语音(或 接入/业务)信道结构的部分，因而无需对核心或无线电网络进行更改。) 然而，这些技术不支持未被无线网络服务的设备，该无线网络正在提供下 行链路信号，定位估计基于该下行链路信号。这些技术需要该设备支持与 无线网络的双向的通信，并且因此需要设备中的硬件支持到无线网络的传 输。此外，这些技术需要利用无线网络资源以及无线服务供应商的许可来 帮助定位。需要这种系统，即不能或者不被允许与无线网络进行通信的设 备被基于无线网络提供的下行链路发射信号的测量来定位。目前存在的需 要被正常地定位的很多设备具有到互联网的数据连接(例如，通过以太网、 使用电缆、光纤或DSL的宽带服务供应商、PSTN拨号连接，或802.11 WiFi 连接)。通过只将无线接收能力添加到这些设备以对现有的无线下行链路 信号进行测量，数据连接可被用于在设备与定位服务器之间提供链路以帮 助定位。例如，这些设备可包括台式电脑或膝上型电脑、互联网电话(VoIP) 设备或WiFi接入节点。
这里描述的本发明的目的是提供一种方法以基于设备进行的下行链 路信号测量来定位设备，其中这些设备不是无线网络的部分或者这些设备 没有被网络提供的无线服务。(如本文所使用的，例如基于[某个测量/信息] 的表达不旨在意味只有所述的信息或测量被使用。该表达应该被给予给出 宽泛的意思，以使，例如，无线设备可通过使用除了所述测量之外的其他 信息被定位。)另一个目的是提供一种方法，以基于设备进行的下行链路 信号测量来定位设备，其中这些设备不具有将信号传输到无线网络的能
ii力。又一个目的是提供一种方法，以基于由设备进行的下行链路信号测量 来定位设备，其中无线网络的通信资源未被使用以促进定位。

发明内容
以下概述旨在解释下面更加详细地描述的说明性实施方式的几个方 面。此概述不旨在包含所公开的主旨的所有发明性的方面，也不旨在限制 下面提出的权利要求的保护范围。
在一个说明性实施方式中，这里描述的技术提供了 一种用于定位移动 无线设备的系统。该系统包括定位处理节点、至少一个无线设备和服务器。 在一个示例性的实施方式中，所述无线设备配置成经由通信链路与所述定 位处理节点通信，以及对来自 一个或更多的地理上分布的发射器的信号进 行扫描测量。另外，所述至少一个无线设备进一步配置成通过接收并测量 信号的特性以及经由通信链路提供关于这些特性的信息给所述定位处理
节点，来辅助所述定位处理节点确定关键发射器信息。服务器配置成与将 被定位的无线设备通信，以及使所述无线设备对来自 一个或更多的发射器 的信号进行信号测量并提供测量信息给所述定位处理节点。由所述至少一 个无线设备测量到的特性对确定所述关键发射器信息是有用的。
在说明性实施方式中，所述至少一个无线设备进一步配置成将所述关 键发射器信息传输给所述定位处理节点，其中所述信息可被所述定位处理 节点使用以计算一个或更多的无线设备的定位。另外，所述系统配置成与 一个或更多的发射器合作，以及至少 一 个发射器是第 一 无线通信网络的部 分，以及至少一个发射器是第二无线通信网络的部分。服务器也可配置成 经由用户平面数据信道与所述至少一个无线设备通信，以及所述无线设备 可配置成经由数据信道提供测量信息给所述定位处理节点。
关键发射器信息优选包括小区识别信息，其可包括由小区ID、频道、 基站识别码、小区全球识别码(Cell Global Identity)和基站ID组成的组 中的至少一项。关键发射器信息还可包括小区发射器定位信息，该小区发 射器定位信息可包括绵度和经度，且可能包括高度。另外，关键发射器信
12息可包括小区发射器信号定时信息，以及信号测量可包括相对信号定时及 /或绝对信号定时。
下面描述的技术也提供了用于定位无线设备的方法和系统以及这种 类型的无线设备，即，其专门被配置为在本发明的方法和系统中使用。
描述的技术也提供了方法、无线设备和包括用于实现这里所述的功能 和活动的软件的计算机可读介质，并且所述的技术也体现在方法、无线设 备和包括用于实现这里所述的功能和活动的软件的计算机可读介质中。
根据本发明的方法的实施例包括如下步骤，即给能够计算定位的第 一节点提供一个或更多个无线通信网络的一个或更多个基站发射器的关 键信息；和在将被定位的无线设备处，测量由基站发射器发射的信号。该 方法也可包括经由无线设备与第 一 节点之间的通信链路向第 一 节点(在该 实施例中第一节点被配置为计算定位)提供表示信号测量的数据；和在第 一节点处，计算将被定位的无线设备的定位。
根据本发明的示例性的系统包括能够计算定位的第一节点；用于向 第一节点提供一个或更多个无线通信网络的基站发射器的关键信息的装 置；将被定位的无线设备，其包括用于测量由基站发射器发射的信号的装 置；和用于经由无线设备与第 一节点之间的通信链路向第 一节点提供表示 信号测量的数据的装置。
根据本发明的无线设备的实施例，其包括被配置为测量由无线通信网 络的基站发射器发射的信号的处理器和接收器；和用于经由无线设备与第 一节点之间的通信链路而与第 一节点进行通信并且将表示信号测量的数 据发射到第一节点的装置。
本发明的其他方面和实施方式在以下描述。


结合随附的附图阅读，前述概述以及下面详细的描述被更好地理解。 为了说明本发明的目的，在附图中显示了本发明的示例性的结构;然而，本 发明不限于公开的具体方法和手段。附图中图l是描示环境的方块图，该环境包括两个无线通信网络，本发明可 在其中部署。
图1A示意性地说明了移动无线设备(其可以是LDP设备或任何其他 种类的MS)可怎样配置成经由数据信道与服务器(其可以是位置驱动服 务器(Location Enabling Server)或其他类型的服务器)通信。服务器可配 置成经由数据信道与将被定位的无线设备通信，以及使该设备对来自 一个 或更多的发射器的信号进行测量，并提供测量信息给定位处理节点(其可 以是与LES相同的节点，或不同的节点)。
图2是依据本发明的说明性实施方式的过程的流程图。
图3是以下参考的解释可怎样使用测量结果和基站参数来计算移动台 (MS)的定位的方块图。
图4是描绘了环境的方框图，其包括两个无线通信网络，在其中本发 明的主题可被部署。在该环境中，定位将被确定的设备能够通过使用通信 链路与定位服务器进行通信，该通信链路不是由无线通信网络提供的。
图5示例性地说明了无线设备可如何被配置为经由数据信道与服务器 或定位处理节点进行通信。如图4所示，在该实施例中，数据信道提供了 通信链路，该通信链路不是由无线通信网络提供的。
图6是根据本发明的过程的流程图。
示例性实施方式的详细描述
现在，我们将描述本发明的说明性或目前优选的实施方式。首先，我 们提供了综述，然后我们提供了更详细的描述。
综述
这里描述的技术提供了 一种用于定位无线网络覆盖区域内的设备的 系统。本发明可体现在这样的系统中，即，该系统采用了无线网络中的很 多现有基础结构。例如，该系统可利用无线网络以促进MS与定位服务器 之间的通信。该系统可采用用户平面或安全用户平面(SUPL)， MS与定
14位服务器之间的连接。这种用户平面的实施例是由开放移动联盟技术标准
定义的(参照www.openmobilealliance.org )。
2006年9月19日提交的题为"USER PLANE UPLINK TIMEDIFFERENCE OF ARRIVAL ( U-TDOA )，，的11/533,310号共同未决的专利申请描述了基于网络的无线定位的用户平面方法。典型的U-TDOA解决方案通常基于控制平面体系结构，该体系结构可要求大加修改移动网络基础设施以符合ANSI/3GPP定位服务标准(例如ANSI/ETSI J-STD-036和ANSIESTI GSM 03.17)。控制平面方法涉及使用在控制信道或语音信道(除其他名称外，也分别称为接入信道和业务信道)中传送的信息，以定位移动设备。相比之下，在用户平面体系结构中，定位服务器可经由由无线运营商的无线电网络承载的数据或IP(互联网协议)链路(而不是控制/语音(或接入/业务)信道结构的部分)与移动设备直接通信，因而不要求修改核心网络或无线电网络。'310申请描述了一种系统，该系统可用于指示无线定位系统(WLS)怎样定位移动设备(例如LDP设备，其中LDP表示定位设备平台)。在控制平面方法中，在无论借助于U-TDOA、 Cell-ID、 Cell-ID十定时超前，还是具有到达功率差的Cell-ID计算位置之前，WLS等待来自无线通信网络的信息。在用户平面方法中，移动设备在数据信道上提供给LES (也称为位置驱动服务器或LES)足够的信息来执行定位计算。提供给LES的信息是移动设备(即LDP设备)已知的，且此知道的信息被充分利用以帮助定位计算。另外，移动信息也可用于分派任务，例如，给U-TDOA/ AoA WLS分派任务，因为通过数据连接发送的信息可包括服务小区、相邻小区、频率和跳频图案(hoppingpattern)信息。在先前的控制平面方法中，此信息经由(例如)E5、 Lb或Iupc接口从网络获得，而不是通过数据信道从移动设备获得。。
图l示出了说明性的环境，在该环境中，这里描述的技术可被使用。在此图中，第一无线网络包括交换中心(central office) 41和基站收发台(BTS) 10、 11、 12。移动设备或MS 31、 32和33可使用此第一无线网络传输语音和数据。MS (31， 32, 33 )和定位服务器51通过第一无线网络提供的IP连接而连接。在用户平面方案中， 一应用程序在MS上运行，其将在被服务器51通过IP连接命令时执行信号测量并通过IP连接报告这些测量的结果。用户平面实现的优点在于其不要求无线网络运营商将附加
的特征和基础设施设置到无线网络中以支持MS和定位服务器51之间的定位相关的消息传输。MS测量第一无线网络的BTSIO、 11、 12所发射的信号，以及包括第二交换中心42的第二无线网络的BTS21、 22、 23所发射的信号。这些测量，连同得到的蜂窝基站信息用于确定移动设备位置。图l还描示了无线链路61、 62和63。
图1A示出了服务器和定位处理节点(其可以是所述服务器的部分或不同的节点)可怎样被配置或编程以通过用户平面数据链路300与一个或更多的无线设备通信。为执行增强型的基于网络的定位，MS31可配置成接收广播采集数据，在无线通信系统上注册(若需要)并随后向无线网络请求数据服务以建立如所示的数据链路或信道300。与无线通信系统的控制信道和信令(控制平面)相比，数据信道300 (用户平面)支持调制以支持数据传输(数据信令不像语音信令那样被无线通信系统重新编码和压缩，而是经过无线系统，如图1A所示)。数据信道300的净负荷内容(payloadcontent)不要求无线通信系统的功能单元检查或修改。数据信道净负荷不像控制信道数据一样通知、控制或修改无线通信系统的单元的操作。数据信道300可被承载作为净负荷，或者在分配的数据信道中作为原始二进制数据，或者在语音信道中作为一系列音频音。数据连接可由数据网络(图1A中的参考数字300)路由到服务器51及/或定位处理节点52。当与服务器或定位处理节点的连接后，MS31随后传输其数据。类似地，数据信道可用于将来自服务器的命令传输给MS。
发明的系统的示例性的方面包括以下内容
1.每个基站发射器的关键信息在一个或更多的无线网络上确定。此关键信息可包括
小区识别信息；
发射器定位，包括维度、经度和高度； 信号定时； 信号发射功率；以及 信号传播。
2. 此关键信息被提供给能够计算定位的节点。此节点可以是MS、定位服务器，或某种其他节点。
3. 将被定位的MS测量被发射的信号。信号测量可包括定时、功率水平测量，或信噪比测量。
4. 由MS执行的信号测量结果被提供给能够计算定位的节点。为每个基站提供信息的步骤可包括以下步骤'.
1. 固定或无线设备扫描无线基站信号；
2. 设备确定小区或基站识别信息；
3. 设备测量接收到的基站信号。这样的测量可包括信号定时/相位和功率水平。
4. 关键发射器参数基于这些信号测量而被确定。
此概念不同于先前技术中定义的几种定位概念，先前技术中的定位概念一般要求发射器定位和定时以及发射功率是已知的。参见，例如5,293,645号(Sood ); 6,529,165号(Duffet陽Smith); 5,646,632号(Khan);5,045,861号(Duffet-Smkh);以及6,094,168号(Duffet-Smith)美国专利。例如，6,529,165号美国专利确定了一种方法以通过复杂的矩阵解决方案确定MS的定位以及基站信号定时。此解决方案要求小区ID和小区位置先验地已知。这里描述的技术提供相关蜂窝基站信息的自动确定，其可包括蜂窝基站的识别、小区发射天线的位置，发射功率和信号传播。
这里我们还描述了用于通过使用通信链路来定位无线设备的方法和系统，该通信链路不是由无线通信系统提供和支持的，该无线通信系统的基站被用于获得用于定位无线设备的信息。例如，根据本发明的方法的实施包括(a)向第一节点提供一个或更多个无线通信网络的一个或更多个基站发射器的关键信息；(b)在将被定位的无线设备处，测量由一个或更多个基站发射器发射的信号；(c)传送表示关键信息和信号测量中之一
17的信息，其中该信息可经由通信链路被传送到第一节点和将被定位的无线 设备中之一 ，其中该通信链路可不是由 一个或更多个无线通信网络提供
的；和(d)在第一节点与将被定为的无线设备中之一处，计算将被定位 的无线设备的定位。第一节点可被配置为计算定位，通信链路可包括以 太网链路、互联网、拨号电话链路、WiFi链路，或类似链路。第一节点可 包括将被定位的无线设备，或者第一节点可为服务器。此外，信号测量可 包括如到达时间(TOA)测量或到达时间差(TDOA)测量的定时测量、 功率水平测量，和/或信噪比测量。关键信息可包括小区识别信息、包含维 度信息和经度信息的发射器定位信息、信号定时信息、信号发射功率信息， 和/或信号传播信息。此外，关键信息可由一个或更多个无线设备自动地确 定，或者关键信息可是先验已知的。该方法也可包括，在将被定位的无线 设备处，测量由多个基站发射器发射的信号，其中多个基站发射器包括来 自于至少两个无线网络的发射器。该方法可被采用以对缺少无线发射器的 无线设备进行定位，并且将被定位的无线设备可包括计算机、WiFi接入 节点、互联网电话(VoIP)接入节点，和/或互联网协议视频接入节点。该 方法可被实行以为紧急服务提供定位，例如，用于紧急VoIP呼叫的定位服 务。
用亍自动确定小区发射器参数的系统的详细猫述
如上所述，图1是一个目前优选实施方式的高层次图。单元10、 11 和12是作为第一无线网络的部分的BTS。单元21、 22和23是作为第二 无线网络的部分的BTS。单元31、 32和33是第一无线网络内存在的设备， 且这些设备能够进行信号测量，包括时间差及/或功率水平测量。设备可以 是位置已知的固定设备，或位置已知或未知的移动设备。单元41和42为 第一和第二无线网络的交换中心装备，而单元51是定位服务器，其经由 无线链路61、 62和63,通过第一无线网络连接到MS31、 32和33。
定位服务器51经由通过无线网络命令扫描对基站广播信号可用的所 有无线波段来给MS31、 32和33分派任务。在北美，这可包括手机(800 MHz )波段和PCS ( 1900 MHz )波段。在欧洲，这可包括GSM ( 900 MHz ) 波段和PCN ( 1800 MHz)波段，或UMTS (2100 MHz)波段。在其他地区，这些波段可以不同，且随着时间的过去，波段的组可随着无线服务的 授权的展开而改变。在此扫描过程期间，MS将为每一个其能检测到的基
站储存信息。MS可被命令以扫描并报告其本地网(home network )以外的 小区的小区信息，因为这些小区与本地网的小区在支持定位相关的测量方 面一样有用。此小区信息可包括小区识别信息、广播信道号或频率、接 收到的信号功率，以及接收到的信号的相对时间差。此信息随后可提供给 定位服务器51。如果MS有任何其他相关位置信息，例如根据内置GPS 接收器确定的位置，或如果MS的位置是固定和已知的，或如果设备的定 时可映射到在设备中由GPS得到的定时，则此信息也可提供给服务器。来 自许多MS的此信息可由定位服务器51收集并用于确定在将来可用于定位 这些MS，以及地区中的其他MS的信息。
图2是实施此定位技术的高层次的过程流程图。该过程可描述如下
步骤1:基站发射器的关键信息在一个或更多的无线网络上确定。该 关键信息包括
小区识别信息
发射器定位，包括维度、经度和高度
信号定时
信号发射功率
信号传播。
步骤2:此关键信息被提供给能够计算定位的节点。此节点可以是MS、 定位服务器，或某种其他节点。
步骤3: MS测量被发射的信号。信号测量可包括定时、功率水平测量， 或信噪比测量。
步骤4: MS进行的信号测量结果被^提供给能够计算定位的节点。 步骤5:计算MS定位。
步骤1，提供关键站点信息，优选包括以下内容固定的或无线设备 扫描无线基站信号。设备确定小区或基站识别信息，并测量接收到的基站
19信号，包括信号定时/相位和功率水平。这些设备进行的信号测量被提供给 定位节点，以及确定的小区或基站识别信息被提供给节点，其中此信息被 用于确定作为定位的函数的蜂窝基站发射器定位、小区发射器信号定时、 信号发射功率和信号发射功率损失。
GSM扫描
对于ETSI 3GPP身见范中定义的GSM系统，扫描处理可包括已经被 GSM MS用来获取下行链路信标信号，以及GSM网络中的小区的许多的 方法。例如MS将在其支持的每个波段中扫描每个200kHz的信道。在每 个信道，MS尝试检测频率校正信道(FCH)以识别下行《连路信标信号并 进行频率调整以辅助进一步获取下行链路信号。FCH包含单音信号，该信 号以有^见律的间隔出现在下行链路信标信道上。信道可例如，通过匹配的 滤波器或校正过程而被检测。用于每个检测到的FCH的绝对射频信道号 (ARFCN)对于以后的测量来说是有用的信息。如果发现FCH，或可能 地即使没有发现FCH, MS也将试着检测同步信道(SCH),该信道包含具 有以规律的间隔在信标信道上重复的已知数据才莫式的帧。此信号可用匹配 的滤波器或校正技术检测。SCH包含SCH信息消息，该消息包含基站识 别码(BSIC)和参数T1、 T2和T3，其描述GSM帧数。此时，可相对于 内部MS时钟或另一个测量到的信号进行定时测量。也可测量信号功率。 此信道可被MS使用以确定信标信号的帧计时，以便允许进一步分析下行 链路信标信号。
接下来，MS可解调广播控制信道(BCCH)以集合关于小区的附加信 息。BCCH包含系统信息消息，该消息可用于小区识别，以及辅助进一步 的扫描。例如，系统信息Type 2或Type 2bis包含BCCH频率列表，该列 表包含相邻小区的信标信道的ARFCN。这可用于将MS指引到下一组要 扫描的信道。系统信息Type3包含小区识别，其能用于识别该小区，以使 此测量与由相同或不同的MS进行的，同时或不同时进行的其他的测量相 关联。系统信息Type6也包含小区识别，其能用于识别该小区，以使此测 量与由相同或不同的MS进行的，同时或不同时进行的其他的测量相关联。
因此，通过扫描信道，MS能够确定ARFCN、 BSIC、小区ID、邻近小区频率的列表、小区定时以及接收到的信号功率。
IS-95/CDMA-2000扫描
IS-95或CDMA-2000系统可使用类似的扫描过程。例如首先MS扫 描前向链路导频信道。每个小区发射导频信道，但在不同时间相对于绝对 时间偏移。MS通过关联或匹配的滤波器技术检测导频信道。此时，可相 对于内部MS时钟或另一个测量到的信号进行定时测量。也可测量信号功率。
一旦获取了导频信道，MS可解码同步信道。同步信道提供当前时间 (time of day )，以及长码状态和应用到导频信道的偏移。
一旦MS解码了同步信道，其能够解码寻呼信道。寻呼信道包含系统 参数消息，该消息包含基站ID。寻呼信道还包含邻区列表消息(Neighbor List message),其定义MS能用来^l叟索相邻小区的信道的组和导频信道偏 移。
UMTS扫描
类似的扫描过程可像用在IS-95/CDMA2000系统中一样，用在UMTS 系统中。例如首先UE获取主同步信道。主同步信道是所有小区共用的 并发射主同步码(PSC)。可通过匹配的滤波器或关联技术获取信道。
一旦UE获取了 PSC，其能够获取次要同步信道(S-SCH) 。 S-SCH 允许UE确定帧同步，并识别用于该小区的BCCH的扰码。此时，可相对 于内部MS时钟或另一个测量到的信号进行定时测量。也可测量信号功率。
一旦为小区确定了扰码，UE便能够解扩广播物理信道，并从BCCH 获得系统信息。BCCH包含小区识别信息以及相邻小区信息。
扫描过程可以重复，或者特定的移动设备可被要求再次扫描所有的信 道或特定的信道以改善测量的可靠性和准确性。
扫描技术一般是所有空中接口共用的，且不限于在此具体讨论的空中 接口，而适用于WiFi、 WiMAX、 WiBro以及其他的空中接口 ，无论是目 前使用的还是以后所定义的。可由设备的定位未知的移动设备(MS),或由固定设备，例如部署在已知位置的移动台或定位测量装置(LMU)执行 扫描。
根据MS扫描确定的测量结果和信息被提供给节点，该节点利用此测 量结果和信息来确定剩余的关键蜂窝基站信息，包括小区发射器定位、小 区发射器定时、小区发射功率以及信号传播。
关键蜂窝基站信息的确定
对于基于下行链路定时测量的定位系统，附加关键信息包括发射器位 置和发射器定时。此关键信息可按以下说明得到。
图3显示了简单的双发射器单接收器方案，具有小区发射器^和&连 同单个移动台M"。
此方案中，07" """'表示测量到的信号从发射器地点《和&到移 动台似"的到达时间差。
"i/;是相对于某个绝对时间，蜂窝基站发射器&的时间偏移。
7>#是相对于某个绝对时间，蜂窝基站发射器《的时间偏移。
(L〃脉',""逾)是移动台测量似"的可能坐标。 (&",、', ， y,)是蜂窝基站发射器&的可能坐标。
(L^,.,",v)是蜂窝基站发射器《.的可能坐标。
c是空气(或真空)中电磁波的传播速度。 °*"."是OTD测量的期望的标准偏差。
通过计算测量到的时间差(OIDw"w )和理论时间差(C)7T)f/ w')
之间的差，计蓉各OTD测量的误差，其中假定每个蜂窝基站发射器的给 定位置为(""^ ，""*)和(Lr".v, ),从其进行移动台测量的位置为
(""沐'，""w"),以及每个站点的时间偏移为和r《。 其中
…r '
22其中
^"S"M、)是蜂窝基站天线&和ms似.v之间的距离。
许多ms为许多站点进行许多这样的测量。组合的误差函数由所有测 量的误差的组生成。这可以是平方误差、加权平方误差或某种其他函数的 总和。加权平方误差函数可以是
￡ffw(s ， Low 、 ， ,,,, & ,7b#) = J] 乂(0 7/ /w"'"A! — 0n)ww"\Ai.)2
.'附/(W"f'a7柳K Z "》X
其中
i^L' 是描述蜂窝基站发射器的全部集合的坐标和时间偏
移的矢量，而M財'^'w是为测量的全部集合描述ms的坐标的矢量。
进行测量的设备中的一些设备具有与某个已知时基，例如gps时间同 步的时钟是可能的。对于那些设备，绝对到达时间(toa)可为单独的信 号产生，而不是观察时间差。这种情况下，误差函数解释为
f04/恥"^力为来自发射器&的信号到达移动台M"的测量的时间。
"^是otd测量的期望的标准偏差。
随后，通过计算测量的到达时间(rOA,似)和理论到达时间(励/,')
之间的差，为每个测量计算误差，其中假定蜂窝基站发射器的给定位置为 (L"^，Z^、J ,从其进行移动台测量的位置为(L战沐,丄o"他)，以及站点的时
间偏移为"#、
其中
7tM ^柳:,fe =丄* w/w (5、，似")〗—7v,jf;
使用绝对到达时间测量的系统的组合的误差函数将为
或者，如果是移动台的组合， 一些移动台进行到达时间测量，而另外
的移动台进行到达时间差测量，则误差函数将为在此实例中，适当的误差函数随后关于每个蜂窝基站发射器的坐标的 可能的组、每个测量的MS的坐标的可能的组，以及发射器时间偏移的可 能值而被最小化。这种设置产生最小平方误差。本发明不限于最小平方误 差函数。可以使用其他的误差函数。
时间差或到达时间测量的每一个都是能够用于解出所有未知变量的 信息。如果测量的总数大于未知变量的总数，则测量能够为每个变量提供
唯一的解。另外，如果有比未知变量更多次的测量，则系统被超定(over determined),而一个解还是可能的，优点是单独测量误差的影响将被减小。
例如，每个MS可平均每个测量尝试进行10个OTD测量。该误差函 数可变得相当复杂，因为在大的网络中可有1000个以上的小区，以及获 得系统的高度超定的测量所要求的100,000个以上的MS测量尝试。在此 实例中，可有大约一百万OTD测量误差(~10/测量尝试)，这将对于约 203,000个未知变量而4皮优化，所述未知变量包括100,000个测量尝试的中 每个测量尝试的绵度和经度，以及1000个蜂窝基站发射器中的每一个的 绵度和经度以及时间偏移值。这将是将最小化的很大的非线性函数，但不 是难处理的问题，且能够用现在的计算机来解决。将误差函数设定到零值 将产生要求解的很大的非线性方程。许多可用的文章和书籍提供了用于求 解非线性方程的方法。
对于以上提供未知量的有效值的误差函数，蜂窝基站发射器的时间偏 移一定会在进行并使用测量期间有小的变化。通常情况是这样的，这是因 为基站发射器定时是基于返回交换中心的通信链路，所述链路最终全部连 接到很稳定的时基。时基的稳定性将限制给定组的时间偏移为有效的时间 的量。另外，时间偏移的变化可被模拟作为时间的函数；例如，作为被模 拟作为偏移加上漂移率乘以时间差的时间的线性函数。此模拟比单个偏移 更复杂，将产生要求解的附加变量，例如时间漂移率，但可在较长的一段 时间内，提供有效的时间偏移测量，提高了准确性。
此过程可以因为此信息中的 一 些可能已经已知而被大大简化。例如， MS中的许多MS在进行测量时可以具有借助GPS或其他定位能力确定的 准确的位置，或者设备可固定在已知的位置并充当定位测量单元，例如在
243GPP技术规范中所定义的那些。在以上实例中，可使用相同的误差函数， 但未知变量的数量将减少200,000，因为蜂窝基站发射器变量只利用来自 具有准确GPS或以其他方式具有已知位置的MS或LMU的测量结果确定。
简化的另 一个实例是蜂窝基站坐标中的 一些坐标是已知的。如杲系统 部署成与提供小区位置信息的一个或更多的无线运营商合作，同时使用来 自不提供小区坐标的 一个或更多的附加运营商的站点，则情况可能是这 样。这种情况下，如果原来的1000个小区的一半(1/2)具有已知的坐标， 则以上实例可以减少1000个变量。
显著地有助于实时性能的进一步的简化是蜂窝基站天线的位置不随 时间变化。 一旦小区发射器位置的组被建立，其在以后可被假定是正确的， 且不必频繁地实时地被求解。可设置逻辑，其周期性地检查新的蜂窝基站 ID,或识别特定的蜂窝基站发射器(其中来自该站点的信号的测量特别不 准确，可能指示坐标错误)。此新小区或具有错误坐标的小区的坐标可在 上述方法中确定，MS测量具有已知或未知坐标，以及附近站点的坐标也 是已知的。
对于一些系统，例如GSM和UMTS WCDMA系统，蜂窝基站发射器 一般不是同步的。然而，在IS-95和CDMA2000系统中，蜂窝基站发射器 是同步的，或者在某些情况下，GSM或UMTS系统中的小区发射器可以 被同步。在同步的情况下，时间偏移可假定是不变的，或不被经常地测量， 并且之后假定在一段长的时间内是稳定的，类似于关于以上实例中的蜂窝 基站位置作出的假定。
问题还能简化为较小组的移动测量，以及在特定区域的蜂窝基站发射 器。此较小组的未知量和测量将用于解出变量的子集，该变量的子集随后 组合而产生全解。例如，此方法可用于一次只解出一个小区发射器的关键 信息。这种情况下，只有涉及所关心的特定蜂窝基站发射器的第一组MS 测量，以及被报告的MS的组报告的任何蜂窝基站发射器将包括在解中。 可选地，包括第 一组测量中得到的任何的蜂窝基站发射器的任何附加的 MS测量可被包括。这种情况下，解将限制到较小的地理区域，可能只包 括10-20个小区发射器，以及100-200个MS测量，其为更小的组(在与第一个实例相比时)。然后，单个发射器的关键信息被确定并标记为已知。 之后，同样的过程在此原来的组中的第二小区上重复，但在第二小区的信 息的求解中使用第 一 小区的已知信息，以及包括此第二小区的所有MS测 量。此整个过程随后在第三和第四个小区上重复，每次使用先前小区的已 知信息，直到所有小区的关键信息被确定为止。此过程可被一般化以选择
MS测量和包括在这些测量中的小区发射器的子集，以解出随后标记为已
知且可用在未知信息的后续子集的求解中的未知信息的子集。
3GPP技术规范44.031定义MS进行时间差测量所需要的参数，以及 执行EOTD定位所需的小区发射器信息的组。这包括小区发射器ARFCN、 CellID、 BSIC、帧定时信息以及发射器定位。以上程序自动确定所有的信 息。连同将被定位的MS进行的定时测量，所有信息都可以用来执行EOTD 定位。
IS-95和CDMA2000技术规范定义执行AFLT定位需要的参数。这包 括导频PN偏置、发射器定位以及无线信道号(radio channel number )。以 上程序自动确定所有的信息。连同将被定位的MS进行的定时测量，所有 信息都可以用来执行AFLT定位。
3GPP技术规范25.331定义UE进行时间差测量需要的参数，以及在 UMTS网络中执行OTD定位所需的小区发射器信息的组。这包括小区发 射器、频道、小区识别信息、帧定时信息，和发射器定位。以上程序自动 确定所有的信息。连同将被定位的UE进行的定时测量，所有信息都可以 用来执行OTD定位。
此系统可用OMA定义的定位服务器和MS之间的用户平面或安全用 户平面(SUPL)连接来实现。MS和定位服务器由IP连接来连接，上述 IP连接由蜂窝电话无线运营商通过802.11 WiFi网络，或甚至通过有线连 接提供。在用户平面解决方案中，在MS上运行的应用程序可被服务器通 过IP连接命令时执行信号测量，并通过IP连接报告这些测量的结果。用 户平面实现的优点在于其不要求无线运营商将附加的特征和基础设施设 置到无线网络中以支持MS和定位服务器之间的定位相关的消息传输。
克莶约定位上面的方法的扩展利用了将被定位的设备与定位服务器之间的通信 链路。该链路不是由提供了下行链路发射信号的无线网络提供的，定位估 计是基于该下行链路发射信号的。图4是一个目前优选的实施方式的高层
次图。单元10、 11和12是作为第一无线网络的部分的BTS，而单元21、 22和23是作为第二无线网络的部分的BTS。单元30是能够进行下行链路 信号测量的设备，所述测量可包括绝对时间、时间差和/或功率水平测量。 该设备可为固定的或移动的，其具有已知位置或未知位置。单元41和42 是第一无线网络和第二无线网络的交换中心装备，而单元51是定位服务 器，其经由数据链路61被连接于设备30,该数据链路61不是由提供用于 定位的信号的任一无线网络提供的。设备30与定位服务器51之间的所有 消息发送都在链路61上进行，并且该链路61不是由第一无线网络或第二 无线网络提供的。
图5说明了服务器51和定位处理节点52可如何被配置或编程为通过 数据链路300与一个或更多个设备31进行通信，该定位处理节点51可为 服务器的部分或不同的节点。例如，设备31可被配置为接收广播采集数 据，并且然后利用数据链路300将基站发射信号测量传送给定位处理节点 52，如图所示。同样地，数据信道可被用于将来自于服务器的命令发射到 设备31。
图6是体现该定位技术的高级过程的流程图。该过程可被描述为如下 步骤
步骤1:在一个或更多个无线网络上确定或得知基站发射器的关键信 息，并且该关键信息被提供给能够计算定位的节点。该节点可为将被定位 的设备、定位服务器或一些其它节点。该关键信息可包括
小区识别信息
发射器定位，其包括维度、经度和高度
信号定时
信号发射功率
信号传才番步骤2:该设备对发射的信号进行测量。信号测量可包括定时、功率 水平测量，或信噪比测量。
步骤3:由该设备进行的信号测量被提供给能够计算定位的节点。
步骤4和步骤5:计算设备定位。
在该说明性的实施例中，数据链路促进了设备与定位服务器或定位节 点之间的所有信息交换，该数据链路不是由提供在定位估计过程中使用的 信号的无线网络提供的。因此，下面的目的可被实现(l)设备可基于由 这些设备进行的下行链路信号测量而被定位，其中这些设备不是无线网络 的部分或者不由网络提供无线服务。(2)这些设备可基于由这些设备进行 的下行链路信号测量而被定位，其中这些设备不具有将信号发射到无线网 络的能力。(3)这些设备可基于由这些设备进行的下行链路信号测量而被 定位，其中无线网络的通信资源未被使用以促进定位。
结论
本发明的真正范围不限于在此公开的说明性实施方式。例如，无线定 位系统(WLS)的前述公开使用解释性的术语，例如无线设备、移动台、 定位处理节点客户机、网络工作站等，它们不应解释为使得限制本申请保 护的范围，或以其他方式表示WLS的发明性方面限于公开的特定的方法 和设备。例如，术语LDP设备和LES不旨在表示在实施本发明时必须使 用图1和2中描示的具体的示例性的结构。本发明的具体实施方式
可利用 任何类型的移动无线设备和可被编程以实现在此描述的本发明的任何类 型的服务器计算机。而且，在许多情况中，在此描述的装置(即功能单元) 的位置只是设计者的偏好而不是要求必备的条件。因此，除非清楚地如此 限定它们，否则保护的范围不旨在限于上述的具体实施方式
。
28
权利要求
1.一种用于定位无线设备的方法，其包括(a)向第一节点提供一个或更多个无线通信网络的一个或更多个基站发射器的关键信息；(b)在将被定位的无线设备处，测量由所述一个或更多个基站发射器发射的信号；(c)传送表示所述关键信息和所述信号测量中之一的信息，其中所述信息经由通信链路被传送到所述第一节点和所述将被定位的无线设备中之一，其中所述通信链路不是由所述一个或更多个无线通信网络提供的；以及(d)在所述第一节点和所述将被定位的无线设备中之一处，计算所述将被定位的无线设备的定位。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点被配置为计算定位。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述通信链路包括以太网链路。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述通信链路包括互联网。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述通信链路包括拨号电话链路。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述通信链路包括WiFi链路。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点包括所述将被定位 的无线设备。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点包括服务器。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信号测量包括定时测量。
10. 才艮据权利要求9所述的方法，其中所述定时测量包括信号的到达 时间(TOA)测量。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中所述定时测量包括信号到达时间差(TDOA)测量。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信号测量包括功率水平测量。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信号测量包括信噪比测量。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息包括小区识别信息。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息包括发射器定位4吕息。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述发射器定位信息包括维度 和经度信息。
17. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息包括信号定时信息。
18. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息包括信号发射功 率信息。
19. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息包括信号传播信息。
20. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息是由一个或更多 个无线设备自动确定的。
21. 根据权利要求1所述的方法，其中所述关键信息是先验已知的。
22. 根据权利要求1所述的方法，其包括在所述将被定位的无线设备 处，测量由多个基站发射器发射的信号。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述多个基站发射器包括来自 至少两个无线网络的发射器。
24. 根据权利要求1所述的方法，其中所述将被定位的无线设备没有 无线发射器。
25. 根据权利要求1所述的方法，其中所述将被定位的无线设备包括计算机。
26. 根据权利要求1所述的方法，其中所述将被定位的无线设备包括 WiFi 4妻入节点。
27. 根据权利要求1所述的方法，其中所述将被定位的无线设备包括 互联网电话(VoIP )接入节点。
28. 根据权利要求1所述的方法，其中所述将被定位的无线设备包括 互联网协议^L频接入节点。
29. 根据权利要求1所述的方法，其中执行所述方法以为紧急服务提 供定位。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中执行所述方法以为紧急VoIP 呼叫提供定位服务。
31. —种用于定位无线设备的系统，其包括 第一节点；用于向所述第一节点提供一个或更多个无线通信网络的一个或更多 个基站发射器的关键信息的装置；将被定位的无线设备，其包括用于测量由所述一个或更多个基站发射 器发射的信号的装置；以及通信装置，其传送表示所述关键信息和所述信号测量中之一的选择的 信息，其中所述通信装置被配置为经由通信链路将所述选择的信息传送到 所述第一节点和所述将被定位的无线设备中之一，其中所述通信链路不是 由所述一个或更多个无线通信网络提供的。
32. 根据权利要求31所述的系统，其中所述第一节点被配置为计算定位。
33. 根据权利要求31所述的系统，其中所述通信链路包括以太网链路。
34. 根据权利要求31所迷的系统，其中所迷通信链路包括互联网。
35. 根据权利要求31所述的系统，其中所述通信链路包括拨号电话链路。
36. 根据权利要求31所述的系统，其中所述通信链路包括WiFi链路。
37. 根据权利要求31所述的系统，其中所述第一节点包括所述将被定 位的无线设备。
38. 根据权利要求31所述的系统，其中所述第一节点包括服务器。
39. 根据权利要求31所述的系统，其中所述信号测量包括定时测量。
40. 根据权利要求39所述的系统，其中所述定时测量包括信号到达时 间(TOA)测量。
41. 根据权利要求39所述的系统，其中所述定时测量包括信号到达时 间差(TDOA)测量。
42. 根据权利要求31所述的系统，其中所述信号测量包括功率水平测量。
43. 根据权利要求31所述的系统，其中所述信号测量包括信噪比测量。
44. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息包括小区识别信息。
45. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息包括发射器定位 信息。
46. 根据权利要求45所述的系统，其中所述发射器定位信息包括维度 和经度信息。
47. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息包括信号定时信自、
48. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息包括信号发射功 率信息。
49. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息包括信号传播信自
50. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息是由一个或更多 个无线设备自动确定的。
51. 根据权利要求31所述的系统，其中所述关键信息是先验已知的。
52. 根据权利要求31所述的系统，其包括在所述将被定位的无线设备 处的用于测量由多个基站发射器发射的信号的装置。
53. 根据权利要求52所述的系统，其中所述多个基站发射器包括来自 至少两个无线网络的发射器。
54. 根据权利要求31所述的系统，其中所述将被定位的无线设备没有 无线发射器。
55. 根据权利要求31所述的系统，其中所述将被定位的无线设备包括 计算机。
56. 根据权利要求31所述的系统，其中所述将被定位的无线设备包括 WiFi 4妄入节点。
57. 根据权利要求31所述的系统，其中所述将被定位的无线设备包括 互if关网电话(VoIP) 接入节点。
58. 根据权利要求31所述的系统，其中所述将被定位的无线设备包括 互联网协议视频接入节点。
59. 根据权利要求31所述的系统，其中所述系统被配置为向紧急服务 提供定位。
60. 根据权利要求59所述的系统，其中所述系统被配置为向紧急VoIP 呼叫提供定位服务。
61. —种无线设备，其包括接收器和处理器，所述处理器被配置为测量由无线通信网络的基站发 射器发射的信号；以及装置，其用于经由所述无线设备与第一节点之间的通信链路与所述第 一节点进行通信，并且用于将表示信号测量的数据发射给所述第一节点。
62. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述通信链路包括不由无线电话网络支持的链路。
63. 根据权利要求62所述的无线设备，其中所述通信链路包括以太网 链路。
64. 根据权利要求62所述的无线设备，其中所述通信链路包括互联网。
65. 根据权利要求62所述的无线设备，其中所述通信链路包括拨号电 话链路。
66. 根据权利要求62所述的无线设备，其中所述通信链路包括WiFi 链路。
67. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述信号测量包括定时测量。
68. 根据权利要求67所述的无线设备，其中所述定时测量包括信号到 达时间(TOA)测量。
69. 根据权利要求67所述的无线设备，其中所述定时测量包括信号到 达时间差(TDOA)测量。
70. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述信号测量包括功率水 平测量。
71. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述信号测量包括信噪比 测量。
72. 根据权利要求61所述的无线设备，其包括用于测量由多个基站发 射器发射的信号的装置。
73. 根据权利要求72所述的无线设备，其中所述多个基站发射器包括 来自至少两个无线网络的发射器。
74. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备没有无线发射器。
75. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备包括计算机。
76. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备包括WiFi 接入节点。
77. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备包括互联网 电话(VoIP) 接入节点。
78. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备包括互联网 协议一见频4妾入节点。
79. 根据权利要求61所述的无线设备，其中所述无线设备被配置为向 紧急服务提供定位。
80. 根据权利要求79所述的无线设备，其中所述无线设备被配置为向 紧急VoIP呼叫提供定位服务。
全文摘要
用于定位无线设备的技术涉及对无线网络内的地理上分布的基站发射的信号进行测量的无线设备。如果这些发射器的一些关键站点信息是已知的，例如发射器定位、发射信号功率、信号传播和发射信号定时，那么由将被定位的设备对这些发射信号进行的测量可被用于确定该设备的定位。在该实施例中，数据链路促进设备与定位节点之间的所有信息交换，该数据链路不是由提供在定位估计过程中使用的信号的无线网络提供的。因此，设备可基于由这些设备进行的下行链路信号测量被定位，其中这些设备不是无线网络的部分，这些设备不由网络提供的无线服务，并且这些设备不具有将信号发射到无线网络的能力，并且其中无线网络的通信资源未被使用以促进定位。
文档编号H04W4/02GK101632322SQ200780051768
公开日2010年1月20日 申请日期2007年12月21日 优先权日2006年12月27日
发明者罗伯特·J·安德森 申请人:真实定位公司