专利名称：用于在通信网络中估计节点位置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式总体上涉及通信网络，更具体地，涉及无线电信网络，例如，通 用移动电信系统(UMTS)、全球移动通信系统(GSM)、通用陆地无线电接入网络(UTRAN)、 GSM/Edge无线电接入网络(GERAN)、长期演进(LTE)和演进的UTRAN (E-UTRAN)。更具体地， 本发明的实施方式涉及用于在LTE系统中对用户设备(UE)进行基于定时估计的定位的方 法、设备、计算机程序和系统。
背景技术：
基于三边测量的下行链路定位方法，例如，UTRAN中的观测到达时间差(OTDOA)、 GERAN中的增强观测时间差(E-OTD)和CDMA2000中的高级前向链路三角定位(AFLT)，可以 用来确定UE相对于服务小区(例如，服务该UE的e-UTRAN节点B (eNB))的位置。相邻小区(即，基站、移动台等)会产生大量干扰，从而削弱在UE和eNB之间传输 的信号并降低了在蜂窝网络中定位UE的准确性。因此，已经开发出了基于三边测量的下行 链路定位方法，并对其进行优化以便在存在来自相邻小区的竞争性干扰电平的情况下，也 能更准确地确定UE相对于蜂窝网络中eNB的位置。基于三边测量的下行链路定位方法可以用于在各种应用中确定UE的位置，例如， 在定位来自移动台(例如，无线电话)的911紧急呼叫的发起者时使用。目前，美国的公共 安全人员估计每天接到的911紧急呼叫中约有50%是使用无线电话打出的。鉴于使用无 线电话打出的911紧急呼叫的量很大，需要提高确定UE位置的准确性，以便及时准确地在 需要时找出个体的位置。联邦通信委员会(FCC)发起了“无线增强911(E9-1-1)”草案，以 通过向911调度者提供与无线911呼叫有关的附加信息来改进无线911服务的有效性和可 靠性。根据E9-1-1，FCC要求无线运营商向本地公共安全应答点(PSAP)提供无线911呼叫 发起者的电话号码和传输该呼叫的小区站点或基站的方位。根据E9-1-1，FCC还要求无线 运营商针对67%的911紧急呼叫提供发起该呼叫的无线电话在50米以内的位置，以及针对 95%的紧急呼叫提供在150米以内的位置。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供了一种方法。该方法包括由移动节点估计移 动节点与网络节点之间的多个参考信号时间差。多个参考信号时间差估计值限定第一相关 器。该方法进一步包括利用第一相关器，确定参考信号时间差估计值的第二相关器，基于 多个参考信号时间差估计值的平均，利用第一相关器来限定第二相关器。此外，该方法包 括确定多个参考信号时间差估计值的分布，以及对分布中的参考信号时间差估计值的集 群进行分组。从参考信号时间差估计值的集群中选择一个集群。该集群包括与第二相关器 中最早估计值的定时相对应的参考信号时间差估计值。该移动节点向网络节点传输该集 群，以在通信网络中定位移动节点。根据本发明的另一个实施方式，提供了 一种设备。该设备包括至少一个存储器，其包括计算机程序代码；以及至少一个处理器。该至少一个存储器和计算机程序代码被配置 用于与至少一个处理器一起使得设备至少由移动节点估计移动节点与网络节点之间的多 个参考信号时间差。多个参考信号时 间差估计值限定第一相关器。该设备进一步利用第一 相关器，确定参考信号时间差估计值的第二相关器，基于多个参考信号时间差估计值的平 均，利用第一相关器来限定第二相关器。该至少一个存储器和计算机程序代码被配置用于 与至少一个处理器一起使得设备至少确定多个参考信号时间差估计值的分布，对分布中 的参考信号时间差估计值的集群进行分组。该设备进一步从参考信号时间差估计值的集群 中选择一个集群。该集群包括与第二相关器中最早估计值的定时相对应的参考信号时间差 估计值。移动节点向网络节点传输该集群，以在通信网络中定位移动节点。
现在详细参考本发明的实施方式，其示例在附图中示出。图1示出了根据本发明一个实施方式的OTDOA原理的示例。图2示出了根据本发明一个实施方式的OTDOA原理的另一示例。图3示出了根据本发明一个实施方式的、参考信号时间差(RSTD)窗口大小对RSTD 定时误差的影响。图4示出了根据本发明一个实施方式的RSTD估计值的累积密度函数。图5示出了根据本发明一个实施方式的MP分辨率算法和较小窗口中心化的性能。图6示出了根据本发明一个实施方式的MP分辨率算法和较小窗口中心化的性能。图7示出了根据本发明一个实施方式的方法。图8示出了根据本发明一个实施方式的系统。图9示出了根据本发明一个实施方式的设备。
具体实施例方式容易理解，通常在此处附图中描述和示出的本发明的组件可以按照各种不同配置 来布置和设计。由此，附图中给出的方法、设备、计算机程序和系统的实施方式的下述具体 描述并不用于限制要求保护的本发明范围，而仅代表了本发明经选择的实施方式。本发明的有些实施方式组合了硬件部件和软件组件，以创建用于在蜂窝网络中对 UE进行基于定时估计的定位的方法、设备、计算机程序和系统。具体地，本发明的有些实施 方式提供了用于将RSTD估计算法用于OTDOA以确定UE在蜂窝网络中的方位的方法、设备、 计算机程序和系统。OTDOA是被接受用于LTE系统的定位方法之一，其例如在第三代合作伙伴计划 (3GPP) ^ 9, ^ ^ ^E ^； 36. 300 "Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Network (E-UTRAN), and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN) ”(TS 36.300)中定义。利用0TD0A，可以使用蜂窝网络中其他小区的传输定时和地理方位来对UE的方位 进行三边测量或者三角测量。基于0TD0A的准确定位可以要求UE基于从至少两个其他小 区(并且更优选地四个其他小区)到服务eNB的传输定时的准确测量来报告相对于该服务 eNB定时的观测时间差(0TD)，如图1所示。为了增强在蜂窝网络中确定UE位置的准确性，服务eNB可以向UE提供目标邻居小区物理小区ID(PCI)和其他辅助信息。
此外，由UE针对下行链路传输配对执行的每个OTDOA测量可以描述可以沿其对UE 进行定位的恒定差值线路。如图2所示，UE的位置可以由针对至少两个小区配对(例如， 相邻基站)的这些线路的交叉点来确定。这些线路的交叉点(并且由此UE的位置)可以 例如通过求解使用Taylor级数展开进行线性化的方程组来使用三边测量算法确定。利用参考信号(RS)重用-6的定位参考信号O3RS)模式可以用来在蜂窝网络中确 定UE的位置。例如在2009年8月M-28日中国深圳召开的3GPP TSG RAN WGl会议#58中 提出的用于UE中RSTD测量的网络辅助的临时参数可以用来确定UE的位置。这些临时参数 可以包括与服务eNB的配置相关联的辅助信息，以及与所测量小区相关联的辅助信息。这 些临时参数可以包括例如定位子帧的周期性(即，16、32、64和1 个无线电帧)，以及对时 间积累的支持(即，NPKS-1，2，4和6个连续定位子帧)。这些临时参数可以用于在用以确定 蜂窝网络中UE位置的三边测量算法中推动定位性能。存在与OTDOA方法相关联的众多可测性(hearability)问题。由于UE观测的RSTD 测量被限定为以PRS为基础，所以UE对RS的可测性非常重要。UE对RS的可测性可以依 据⑴从UE到服务eNB的信号路径损耗，(2) RS重用因子，(3) RS传输功率，⑷服务eNB 的静噪，和(5)来自相邻小区的干扰。在OTDOA子帧期间的服务eNB传输静噪可以显著地 改善小区边缘用户和小区中心用户二者的PRS可测性，这要归因于公共参考信号(CRS)和 PRS的频域正交性和接收机的动态范围限制。服务eNB与测量的UE之间的测量距离和传输定时偏移限定了 RSTD窗口，利用该 窗口，滑动相关器可以用于确定RSTD估计值。RSTD窗口越大(即，越宽)，UE越有可能报 告伪相关波峰。结果，OTDOA定位性能可能变得显著地降低，从而降低了在蜂窝网络中确定 UE方位的准确性。在有些情况下，考虑到多径，滑动相关器确定在一个OTDOA子帧上获得 的可靠RSTD估计值。结果，相关性波峰出现在最强的路径分量中，然而，这一路径分量可能 不是最短的视线(L0Q路径。在这些情况中，可能经历相对较小的定时误差，这主要是因为 来自相邻小区的噪声或干扰的减小。然而，当滑动相关器错误地检测到正确的波峰时，基于 RSTD窗口的大小，可能经历非常大的定时误差。因此，如图3所示，越大的RSTD窗口代表越 大的RSTD定时误差，从而降低了在蜂窝网络中确定UE方位的准确性。由此，OTDOA方法将从丢弃明显错误的OTDOA测量中受益，然而，UE仍将引起带有 错误测量报告的上行链路(UL)开销。更重要的是，UE不能采取任何措施来改善这些错误 的OTDOA测量，因为它没有意识到错误测量。由此，OTDOA方法会经历错误的OTDOA测量， 这引起较高的路径损耗和恶劣的多径传播。结果，将OTDOA三边测量定位用于在蜂窝网络 中确定UE的方位可能不是非常准确。换言之，OTDOA三边测量定位方法针对定位来自无线 电话的911紧急呼叫以例如满足FCC的E9-1-1草案的要求而言可能是不可靠的方法。为了解决前述问题，OTDOA方法在具有OTDOA子帧的PRS符号上实现相关性合并， 以改进UE的检测性能。例如，RS符号在下行链路中的增强空闲时段(E-IPDL)(即，来自基 站的所有信道的传输停止期间)上的相关性合并已经在OTDOA子帧中执行。结果，在UE处 从服务eNB接收的信噪比(SNR)可能因通过积累来自多个符号(以及潜在地多个子帧)的 相关器输出的能量积累而增大。此外，OTDOA方法已经实现了在来自不同PRS子帧的基于PRS的相关性输出上的非相关性合并，以便当信道在子帧间随时间变化时改进检测性能。典型地，假设来自所有eNB 的RSTD与n-OTDOA子帧保持恒定(即，到达时间相干性时间)，但取决于UE速率，在多个子 帧上不一定是这样。其他OTDOA方法已经发现在Npks个连续OTDOA子帧上进行非相干性平均对于改 进UE的检测性能而言是有用的。针对LS-0TD0A，Npks可以是1、2、4或6。然而，在有些情 况下，RSTD相关器在基于噪音和多径提供了在若干采样中的可靠OTDOA定位方面很成功。 然而，在有些情况下，RSTD相关器并不成功，其产生了几百Ts的定时错误，这显著地偏置了 RSTD定时错误的平均和标准差，并导致了在蜂窝网络中针对UE的不可靠OTDOA定位。本发明的有些实施方式提供了 一种用于确定PRS传输(服务)eNB与UE之间直接 路径的RSTD的方法。该方法可以包括使用较大滑动相关器窗口大小rstdWND来确定RSTD 估计值的重心。该方法可以进一步包括基于确定的RSTD估计值来限定较小的滑动相关器 窗口大小smallRSTD，其中smallRSTD < rstdWND。例如，smallRSTD可以被选择为具有这 样的大小或宽度，其对于捕获针对PRS传输的多路传播(直接路径和反射路径)而言足够 大或宽，而对于优化性能和最小化UE复杂度而言足够小或窄。该方法可以进一步包括在限定了 smallRSTD之后，通过确定RSTD估计值的分布 函数来确定对应于eNB与UE之间直接路径的RSTD估计值的重心。此外，该方法可以包括 选择具有RSTD估计值的最多出现的K个RSTD槽(bin)、确定每个槽的中心，以及将具有 对应于smallRSTD中最早估计定时的RSTD估计值的槽选作要由UE向发送方位移动中心 (eSLMC)报告的RSTD估计值，以便在蜂窝网络中对UE进行OTDOA定位。对应于smallRSTD中最早估计定时的RSTD估计值可以在UE检测器处被观测到。 这一 RSTD估计值可以对应于从传输PRS的eNB到检测该PRS的UE的最短路径。在多径传 播中，最短路径可以代表直接路径(站点线路路径(Line of Site path)和反射的路径。 LOS路径具有最小的传播延迟。优选地，选择LOS路径。然而，可能存在这样的情况，其中 UE检测器由于LOS在OTDOA测量间隔内的衰减或衰减概率根本检测不到LOS路径。在这种 情况下，可以检测第二最短路径。例如，假设初始rstdWND是+200xTs，smallRSTD设置为士30xTs，槽大小是一个采 样(IxTs)，而OTDOA测量时段包括N = 50个OTDOA子帧，RSTD估计值的分布函数可以在L =60个槽上计算。具有RSTD估计值的最高出现的K个RSTD槽可以被选择用于进一步处 理，因为假设这些槽包含直接路径和反射路径的RSTD。可以丢弃L-K个剩余的槽，因为假设 它们代表噪音，或者包含远离该直接或反射路径的RSTD估计值。从K个RSTD槽中，可以选 择具有与smallRSTD中最早估计的定时相对应的RSTD估计值的槽作为包含直接路径的槽， 并且因此包含要由UE向eSLMC报告的RSTD估计值，以用于在蜂窝网络中对UE进行OTDOA 定位。由此，该槽中的中心RSTD值，RSTDmin，被选择作为包含直接路径的槽。备选地，RSTD槽中仅J < K个包含RSTD估计值的若干出现，由此这些出现最接近 K个RSTD槽的中值。在这种情况下，仅选择J个RSTD槽，以用于确定具有最接近smallRSTD 中心的RSTD估计值的槽。剩余的K-J个RSTD槽可以丢弃。该方法还可以包括使用用于第一 Ne个OTDOA子帧的rstdWND来确定RSTD估计值 的重心，由此UE可以缩小rstdWND以用于OTDOA测量时段的剩余持续时间。以此方式缩 小rstdWND可以改善在OTDOA测量时段的剩余部分上的RSTD定时准确性，同时节约处理功
7率并降低UE电池消耗。该方法还可以包括确定RSTD估计值落在smallRSTD之外的概率， Prob (Nd,N)= /N，以生成由UE报告的OTDOA估计测量的置信度水平。也可以在基于用于 OTDOA测量时段(或者备选地用于较小RSTD报告时段)的剩余N-Nd个RSTD估计值确定平 均RSTD估计值之前，丢弃落在smallRSTD之外的 个RSTD估计值。可以通过在OTDOA测量时段上估计平均RSTD估计值(meanRSTD)来确定RSTD估 计值的重心。在本发明的有些实施方式中，可以基于UE的RSTD报告时段来在较小的定时 器间隔上确定RSTD估计值的重心，或者允许UE切换到更有效的较小窗口处理模式以节约 UE的处理功率、电池消耗和/或增强其RSTD测量性能。备选地，可以估计RSTD估计值的均 方(meansqRSTD)，以在直接路径波峰和反射路径波峰周围设置RSTD估计值的重心。可以丢 弃距离较远的波峰，以改进由UE报告的OTDOA估计测量的置信度水平。优选地，可以在限定了 smallRSTD之后，在N个RSTD估计值上确定RSTD估计值的 重心。继而，可以使用 smallRSTD来确定RSTD估计值，以允许将在OTDOA测量间隔中剩余 OTDOA子帧上接收的PRS用于确定将由UE向eSLMC报告的RSTD估计值，以在蜂窝网络中对 UE进行OTDOA定位。备选地，在确定重心时使用的N个OTDOA子帧上接收的所有数据被缓冲，使得 OTDOA测量间隔中的所有OTDOA子帧可以用于确定将由UE报告的RSTD估计值。例如，假设160ms的周期性和一个OTDOA子帧，可以在N = 50个RSTD测量上计算 meanRSTD或meansqRSTD。在其他示例中，针对在OTDOA测量时段期间需要的两个RSTD估 计值报告，可以在N = 25个RSTD测量的RSTD报告时段上计算RSTD估计值的重心。在其 他示例中，在UE需要在较少数量(N个)的RSTD估计值上围绕重心限定smallRSTD的情况 下，在为了最优性能而处理RSTD估计值之前，可以在N个测量的RSTD报告时段上计算RSTD 估计值的重心。图4示出了根据本发明一个实施方式的RSTD估计值的累积密度函数。具体地，图 4示出了基于3GPP TR 25. 943简档RSTS测量累积密度函数的典型城市信道。该累积密度 函数用于在4000个OTDOA子帧上获得的RSTD估计值，其中rstdWND = 士200xTs。典型的城市(TU)信道延迟抽头和功率抽头例如可以规定如下
权利要求
1.一种方法，包括由移动节点估计所述移动节点与网络节点之间的多个参考信号时间差，其中所述多个 参考信号时间差估计值限定第一相关器；利用所述第一相关器，确定参考信号时间差估计值的第二相关器；基于所述多个参考信号时间差估计值的平均，利用所述第一相关器来限定所述第二相 关器；确定所述多个参考信号时间差估计值的分布；对所述分布中的参考信号时间差估计值的集群进行分组；从所述参考信号时间差估计值的集群中选择一个集群，其中所述集群包括与所述第二 相关器中最早估计的定时相对应的参考信号时间差估计值；以及由所述移动节点向所述网络节点传输所述集群，以在通信网络中定位所述移动节点。
2.如权利要求1的方法，其中所述第二相关器小于所述第一相关器。
3.如权利要求1的方法，其中所述估计包括确定向所述网络节点的传输时间。
4.如权利要求1的方法，其中所述估计包括确定向多个相邻网络节点的传输时间。
5.如权利要求1的方法，其中所述估计包括估计在一个时段上的平均参考信号时间差。
6.如权利要求1的方法，其中所述确定所述第二相关器包括在一个时间段期间确定 参考信号时间差估计值的所述第二相关器，其中所述时间段是被选择以估计用于限定所述 第一相关器的参考信号时间差的时间段子集。
7.如权利要求1的方法，其中所述限定包括基于所述多个参考信号时间差的均方来限 定所述第二相关器。
8.如权利要求1的方法，进一步包括丢弃在确定的参考信号时间差估计值的分布中位于所述第二相关器之外的所述参考 信号时间差估计值。
9.如权利要求1的方法，其中所述选择包括选择包含有限定了所述移动节点和所述 网络节点之间直接路径的参考信号时间差的所述集群。
10.如权利要求1的方法，其中所述估计包括在N个观测到达时间差子帧上估计所述 多个参考信号时间差。
11.如权利要求1的方法，其中所述传输包括传输限定了所述移动节点的观测到达时 间差测量的所述集群。
12.如权利要求1的方法，进一步包括确定参考信号时间差估计值位于所述第二相关器之外的概率，以生成所述移动节点向 所述网络节点传输的观测到达时间差测量的置信度水平。
13.一种设备，包括至少一个存储器，其包括计算机程序代码；以及至少一个处理器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置用于与至少一个处理器一起 使得所述设备至少由移动节点估计所述移动节点与网络节点之间的多个参考信号时间差，其中所述多个参考信号时间差估计限定第一相关器；利用所述第一相关器，确定参考信号时间差估计值的第二相关器；基于所述多个参考信号时间差估计值的平均，利用所述第一相关器来限定所述第二相 关器；确定所述多个参考信号时间差估计值的分布；对所述分布中的参考信号时间差估计值的集群进行分组；从所述参考信号时间差估计值的集群中选择一个集群，其中所述集群包括与所述第二 相关器中最早估计的定时相对应的参考信号时间差估计值；以及由所述移动节点向所述网络节点传输所述集群，以在通信网络中定位所述移动节点。
14.如权利要求13的设备，其中所述第二相关器小于所述第一相关器。
15.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备确定向所述网络节点的传输时间和向 多个相邻网络节点的传输时间的至少一个，以估计所述移动节点与网络节点之间的多个参 考信号时间差。
16.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少在一个时段上估计平均参考信号 时间差。
17.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少在一个时间段期间确定参考信号 时间差估计值的所述第二相关器，其中所述时间段是被选择以估计用于限定所述第一相关 器的参考信号时间差的时间段子集。
18.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少基于所述多个参考信号时间差的 均方来限定所述第二相关器。
19.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少丢弃在确定的参考信号时间差估 计值的分布中位于所述第二相关器之外的所述参考信号时间差估计值。
20.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少在N个观测到达时间差子帧上估 计所述多个参考信号时间差。
21.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少传输限定了所述移动节点的观测 到达时间差测量的所述集群。
22.如权利要求13的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被 配置用于与所述至少一个处理器一起使得所述设备至少确定参考信号时间差估计值位于 所述第二相关器之外的概率，以生成所述移动节点向所述网络节点传输的观测到达时间差 测量的置信度水平。
全文摘要
本发明涉及用于估计节点在通信网络中的位置的方法和设备。具体地，提供了用于在LTE系统中进行用户设备的基于定时估计的定位的方法和设备。该方法包括由移动节点估计移动节点与网络节点之间的多个参考信号时间差(RSTD)。多个RSTD估计值限定第一相关器。该方法还包括确定RSTD估计值的第二相关器，以及基于多个RSTD估计值的平均，利用第一相关器来限定所述第二相关器。此外，该方法包括确定多个RSTD估计值的分布，以及对分布中的RSTD的集群进行分组。另外，该方法包括从RSTD估计值的集群中选择一个集群。该集群包括与第二相关器的中心最接近的RSTD估计值。由移动节点向网络节点传输集群，以在通信网络中定位移动节点。
文档编号H04W64/00GK102143578SQ20101059376
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月16日
发明者A·埃斯科拉-皮埃德拉斯, G·查尔比特 申请人:诺基亚公司