专利名称：用于确定无线通信设备的位置的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及通信系统，并且具体地，涉及用于确定通信系统中的无线通信设备的位置的装置、系统和方法。
背景技术：
第三代合作伙伴项目(“3GPP”)的长期演进(“LTE”)，也称为3GPP LTE，指涉及3GPP版本8及以上的研究和开发，这是通常用于描述正在进行的旨在识别可以改善诸如通用移动通信系统(“UMTS”)这类系统的技术和能力的跨产业的努力的名称。该基于多方面的项目的目标包括改善通信效率、降低成本、改善服务、使用新的频谱机会、以及实现与其他开放标准的更好整合。3GPP LTE项目本身不是为产生标准所进行的努力，但是将导致对于UMTS的标准的新建议。在这些领域中的进一步发展也被称为高级长期演进(“LTE-A”)。3GPP中演进的UMTS地面无线接入网络(“E-UTRAN”)包括向诸如蜂窝电话这样的无线通信设备提供用户平面(包括分组数据聚合协议/无线链路控制/媒体接入控制/物理(“HXP/RLC/MAC/PHY”)子层)以及控制平面(包括无线资源控制(“RRC”)子层)协议终止的基站。无线通信设备或终端通常称为用户设备(“UE”)或移动站(“MS”)。基站是常常被称为NodeB或NB的通信网络的实体。具体地，在E-UTRAN中，“演进的”基站被称为eNodeB或eNB。对于与E-UTRAN的总体架构相关的细节，参见在此通过引用并入的3GPP技术规范(“TS”)36. 300，v8. 5. 0(2008-05)。术语基站、NB、eNB和小区通常指在蜂窝电话系统中提供无线网络接口的设备和/或区域，并且在此将可互换地使用，并且包括在例如3GPP标准下的蜂窝电话系统。机器对机器(“M2M”)通信已经成为关于无线通信系统应用的当前讨论中的主题。M2M通信可以用于很多目的，诸如用于智能家居、智能计量、车队管理、远程医疗、接入网络操作管理等。理论上，M2M通信是朝向未来“物联网(Internet of things) ”的重要步骤。蜂窝运营商已经由于呈现的新的商机而对M2M通信表示关注。因此，M2M通信现在处于3GPPLTE讨论中的活跃标准化工作中。在2009年I月，在新的技术委员会中欧洲电信标准协会(“ETSI”)开始进行针对机器对机器通信(ETSI TC M2M)的工作以规定M2M需求并且开发用于M2M通信系统的端对端高层架构。在2009年9月，无线接入网络的3GPP技术子组(“TSG RAN，，)开始了关于“RANImprovements for Machine-type Communications (对于机器类型的通信的RAN改进)”的新的研究课题。在美国由使用无线通信设备的人所拨叫的紧急“911”呼叫的数量近年来有了巨大增长。美国的公共安全人员估计每天接收到的成千上万的911呼叫中的大约50%都是从无线通信设备拨出的，并且该百分比还在增长。预计基于LTE的语音服务将根据LTE版本9来部署。需要准确的无线通信设备定位过程来满足与处理紧急911呼叫相关的美国联邦通信委员会(“FCC”)紧急911( “E911”)要求，该要求规定67%的来自无线通信设备的紧急呼叫必须位于50米内，并且95%的这种呼叫必须在150米内。由于对无线通信设备的越来越多的使用以及确定通过无线通信设备进行通信的处于紧急状态的用户的位置的重要性，在通信系统中以合理成本向系统运营商以及由用户携带的无线通信设备提供这种能力是重要的。因此，在本领域中所需要的是用于提供以高效和成本有效的方式确定通信系统中的无线通信设备的位置的能力的装置、系统和方法。
发明内容
通常通过本发明的实施例来解决或克服这些和其他问题，并且实现技术优点，本发明的实施例包括用于利用通信系统中的机器对机器设备来确定无线通信设备(例如，用户设备)的位置的装置、系统和方法。在一个实施例中，装置(例如，在用户设备中实现的)包括处理器以及包括计算机程序代码的存储器。存储器和计算机程序代码被配置为，通过处理器使得装置接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，基于来自列表上的机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告，并且准备机器对机器测量报告以供传送到基站，用于确定装置的位置。在另一方面中，存储器和计算机程序代码被配置为，通过处理器使得装置(例如，在基站中实现的)通过针对用户设备执行初始到达角度和定时提前量的位置计算来计算对用户设备的位置估计，并且接收依赖于该位置估计的、用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，以供传送到用户设备。存储器和计算机程序代码进一步被配置为，通过处理器使得装置使资源能够用于要在机器对机器设备和用户设备之间传送的参考信号，以用于对机器对机器测量报告的准备，并且向服务移动定位中心提供从用户设备接收到的机器对机器测量报告，以确定用户设备的位置。在另一方面中，存储器和计算机程序代码被配置为，通过处理器使得装置(例如，在服务移动定位中心实现的)根据对用户设备的位置估计来构建用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，并且准备机器对机器设备标识符的列表以供传送到用户设备。存储器和计算机程序代码进一步被配置为，通过处理器使得装置基于机器对机器测量报告来构建对用户设备的精细的位置估计，其中该机器对机器测量报告依赖于用户设备处的来自列表上的机器对机器设备的参考信号。前述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便更好地理解随后对于本发明的详细描述。下文中描述了本发明的其他特征和优点，其形成本发明的权利要求的主题。本领域的技术人员应当理解，所公开的原理和特定实施例可以被容易地用作用于修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域的技术人员应当认识到，这样的等价构造并不背离如所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围。
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考结合附图做出的下面的描述，在附图中
图I和图2图示了提供应用本发明的原理的环境、包括基站和无线通信设备的通信系统的实施例的系统级示图；图3和图4图示了包括提供应用本发明的原理的环境的无线通信系统的通信系统的实施例的系统级示图；图5至图8图示了根据本发明的原理执行确定无线通信设备的位置的示例性方法的通信系统的实施例的系统级示图；以及图9图示了根据本发明的原理构建的通信系统的通信元件的实施例的系统级示图。
具体实施例方式以下详细讨论了示例性实施例的形成和使用。然而，应当认识到，本发明提供了许 多可以在各种特定背景中实现的可应用发明概念。所讨论的特定实施例仅说明了用于做出和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。根据前述内容，将在用于确定无线通信系统或网络中的无线通信设备的位置的装置、系统和方法的特定背景中，参考示例性实施例来描述本发明。虽然在此描述的系统和方法参考3GPP LTE蜂窝网络来进行描述，但是该系统和方法可以适用于任何通信系统，包括全球移动通信系统(“GSM”)无线通信网络或者WiMax 无线通信网络。现在转到图1，图I图示了提供应用本发明的原理的环境、包括基站115和无线通信设备(例如，用户设备)135、140、145的通信系统的实施例的系统级示图。基站115耦合到公共交换电话网络(未示出)。基站115配置有多个天线，用于在包括第一扇区120、第二扇区125和第三扇区130的多个扇区中发送和接收信号，每个扇区通常跨越120度。虽然图I在每个扇区(例如，第一扇区120)中图示了一个无线通信设备(例如，无线通信设备140)，但是一个扇区(例如，第一扇区120)通常可以包含多个无线通信设备。在替代实施例中，基站115可以仅由一个扇区(例如，第一扇区120)形成，并且多个基站可以被构建为根据协同/协作的多输入多输出(“C-MIM0”)操作等进行传送。通过对来自基站天线的辐射信号进行聚焦(focus)和相位调整来形成扇区(例如，第一扇区120)，并且每个扇区(例如，第一扇区120)可以采用独立的天线。多个扇区120、125、130增加了可以与基站115同时进行通信的订户站(例如，无线通信设备135、140、145)的数目，而不需要通过对基站天线进行聚焦和相位调整以得到干扰减少来增加所利用的带宽。现在转到图2，图2图示了提供应用本发明的原理的环境、包括基站和无线通信设备的通信系统的实施例的系统级示图。通信系统包括通过通信路径或链路220 (例如，通过光纤通信路径)耦合到诸如公共交换电话网络(“PSTN”)230这样的核心电信网络的基站210。基站210通过无线通信路径或链路240、250分别耦合到位于其蜂窝区域290内的无线通信设备260、270。在图2中图示的通信系统的操作中，基站210分别在通信路径240、250上通过基站210所分配的控制和数据通信资源(或资源)来与每个无线通信设备260、270进行通信。控制和数据通信资源可以包括频分双工(“FDD”)和/或时分双工(“TDD”)通信模式中的频率和时隙通信资源。现在转到图3，图3图示了包括提供应用本发明的原理的环境的无线通信系统的通信系统的实施例的系统级示图。无线通信系统可以被配置为提供演进的UMTS地面无线接入网络(“E-UTRAN”)通用移动通信服务。移动管理实体/系统架构演进网关(“MME/SAEGW”，其中之一被指定为310)经由SI通信链路(其中的一些被指定为“SI链路”)提供用于E-UTRAN节点B (被指定为“eNB”、“演进节点B”，也被称为“基站”，其中之一被指定为320)的控制功能。基站320经由X2通信链路(其中一些被指定为“X2链路”)进行通信。各种通信链路典型地是光纤、微波或诸如同轴链路的其他高频金属通信路径或其组合。基站320与通常作为由用户携带的移动收发器的用户设备(“UE”，其中的一些被指定为330)进行通信。因此，将基站320耦合到用户设备330的通信链路(被指定为“Uu”的通信链路，其中的一些被指定为“Uu链路”)是利用诸如正交频分复用(“0FDM”)信号这样的无线通信信号的空中链路。
现在转到图4，图4图示了包括提供应用本发明的原理的环境的无线通信系统的通信系统的实施例的系统级示图。无线通信系统提供E-UTRAN架构，包括向用户设备(其中之一被指定为420)提供E-UTRAN用户平面(净荷数据、分组数据聚合协议/无线链路控制/媒体接入控制/物理子层)和控制平面(无线资源控制子层)协议终止的基站(其中之一被指定为410)。基站410通过X2接口或通信链路(指定为“X2”)互连。基站410还通过SI接口或通信链路(指定为“SI”)连接到包括移动管理实体/系统架构演进网关(“MME/SAEGW”，其中之一被指定为430)的演进的分组核心(“EPC”)。SI接口支持移动管理实体/系统架构演进网关430和基站410之间的多实体关系。对于支持公共地面移动装置间的切换的应用，eNB间主动(active)模式移动性由经由SI接口的移动管理实体/系统架构演进网关430重定位来支持。基站410可以主控诸如无线资源管理这样的功能。例如，基站410可以执行下述各种功能诸如用户信号流的因特网协议(“IP”)报头压缩和加密、用户信号流译码、无线承载控制、无线许可控制、连接移动性控制、在上行链路和下行链路中针对用户设备的资源的动态分配、在用户设备附着处的移动性管理实体的选择、朝向用户平面实体的用户平面(还称为“U平面”)数据的路由、寻呼消息(从移动性管理实体源发的)的调度和传输、广播信息(从移动性管理实体或操作和维护源发的)的调度和传输、以及对于移动性和调度的测量和报告的配置。移动管理实体/系统架构演进网关430可以主控下述各种功能诸如针对基站410的寻呼消息的分发、安全控制、出于寻呼原因的用户平面分组的终止、用于支持用户设备移动性的用户平面的切换、空闲状态移动性控制、以及系统架构演进承载控制。用户设备420从基站410接收一组信息块的分配。一种用于执行用户设备定位的方法将全球定位系统(“GPS”)模块并入用户设备，并且向通信网络报告用户设备的GPS位置，如2008年12月RAN No. 44的3GPP Work ItemDescription 中标题为 “Positioning Support for LTE” 的 3GPP 文献 RP-080995 中描述的，其通过引用并入这里。这是广泛用于在用户设备上运行的诸如Google MapTM和NokiaOviTM接触应用这样的导航和服务的、以用户设备为中心的解决方案。然而，存在使用GPS来进行用户设备定位的若干缺点，诸如GPS在一些室内环境中不能工作。第二个缺点在于，用户设备中的GPS技术是昂贵的，并且通常在诸如智能移动电话这样的用户设备中可用。第三个缺点在于，GPS对用户设备带来了过度的电池消耗以保持对它的位置的跟踪。如以上引用的3GPP文献RP-080995中描述的，当前在3GPP版本9中存在用于用户设备定位的若干基于通信的解决方案。这些解决方案包括观察到达时间差(“OTDIA”)、上行链路(“UL”)到达时间差以及基于到达角度+定时提前量(“AoA”+ “TA”)的定位。前两个方案从通信网络角度来看，由于对于准确的通信网络同步的需求而比较昂贵。关于第三个解决 方案，由于对定位准确度、控制信令的需要和用户设备处的电池消耗问题而导致可使用性不清楚。美国的FCC E911要求规定了将67%的用户的位置确定在50米内，这需要在32. 72兆赫(“MHz”)的采样频率下大约5个采样的准确度，并且规定了将95%的用户的位置确定在150米内，这需要在32. 72MHz的采样频率下大约15个采样的准确度。这样的采样过程在严重拥挤的区域可能不够充分。因此，需要一种有效的以通信网络为中心的解决方案来提供接近通用的定位覆盖范围，而不影响通信网络或用户设备资源或用户设备电池消耗。在OTDOA中，利用通信系统中的参与小区的发送定时及其地理位置的知识对用户设备的位置进行三角定位(trilaterate)(即，利用三次定时/距离测量来建立位置)。现在转到图5，图5图示了根据本发明的原理执行确定无线通信设备的位置的示例性方法的通信系统的实施例的系统级示图。示例性方法利用观察到达时间差(“0TD0A”)来确定诸如用户设备这样的无线通信设备的位置。在请求时，用户设备500测量邻居基站502、503相对于服务基站501的观察时间差(“0TD”)。用户设备500向服务基站501报告基于来自诸如邻居基站502、503这样的至少两个其他小区的信号的发送定时得到的相对于服务基站501的观察时间差及其相应的小区标识符(“ID”)。因此，如果邻居基站502表示小区2，则用户设备500向服务基站501发送具有小区标识符的针对小区2的T1-T2的测量报告，其中Tl表示来自服务基站501的信号的到达时刻，并且T2表示来自邻居基站502的信号的到达时刻。类似地，如果邻居基站503表示小区3，则用户设备500向服务基站501发送具有小区标识符的针对小区3的T1-T3的测量报告，其中Tl表示来自服务基站501的信号的到达时刻，并且T3表示来自邻居基站503的信号的到达时刻。已经由爱立信、阿尔卡特-朗讯、诺基亚、诺基亚西门子网络、高通欧洲、LG、三星、华为、摩托罗拉和泛泰(Pantech&Curitel)在标题为“WF on RANl Concept for 0TD0A”的关于RANl的3GPP文献R1-092213-WF中以及由高通在2009年8月RANl No. 58Bis中的标题为“PRS Pattern design”的3GPP文献R1-092963中建立了定位参考信号(“PRS”)模式，该文献通过引用并入这里。0TD0A要求微秒级的通信网络同步，这是一种昂贵的技术，该技术使用(i)GPS(具有±3微秒(“iis”)的同步准确度的实地验证的码分多址(“CDMA”)2000基站收发信台(“BTS”)的IxRTT高级前向链路三角定位(“AFLT”))；或者(ii)用于精确时钟同步的IEEE标准1588，其中，基站测量到本地路由器的往返定时(“RTT”)，并且以协调的方式重复地调整其时钟定时。0TD0A是用于兼容用户设备的3GPP版本9特征。因此，在用户设备和基站中安装了定时和报告能力以使0TD0A配置工作。与0TD0A过程不同，UTDOA利用位置测量单元(“LMU” )来确定用户设备的位置，该位置测量单元通常与基站共址以测量到达服务小区处和协作小区处的信号之间的到达时间差，如在2009年8月RAN1#58中关于TruePosition的标题为“Results for UTDOAPositioning Simulations”的3GPP文献R1-092998中描述的，其通过引用并入这里。如下所述，UTDOA观察在若干基站处的到达时间差，以确定用户设备的位置。
现在参考图6，图6图示了根据本发明的原理执行确定无线通信设备的位置的示例性方法的通信系统的实施例的系统级示图。示例性方法利用上行链路到达时间差(“UTD0A”)来确定诸如用户设备这样的无线通信设备的位置。服务基站601在服务区域上与诸如用户设备602这样的用户设备进行通信。诸如基站605、607这样的其他基站也能够接收从用户设备602发送的信号。位置测量单元(“LMU”)位于每个基站处，诸如LMU 603位于服务基站601处。在操作中，其位置要被确定的用户设备602发送信号606。在服务基站601和诸如基站605和607这样的其他基站处接收信号606。每个基站处的LMU(参见，例如，服务基站601处的LMU 603)将定时信号与服务移动定位中心(“SMLC”) 604协调，以使得SMLC 604能够根据从用户设备602传送的信号606的上行链路到达时间差来估计用户设备602的位置。LMU 603通过利用从GPS卫星接收到的信号来建立定时参考。LMU 603执行用于获得参考信号的检测功能以及用于获得UTDOA测量的互相关功能二者。对于UTD0A，LMU 603是通过使用GPS被同步的类型B LMU，如标题为“Functional Stage 2Description of Loca tion Services (LCS) in GERAN”的 3GPP 技术规范43. 059V8. 1.0中描述的，其通过引用并入这里。通信网络的LMU 603部分在使用同步操作时，可以独立地同步，或者与基站进行同步。UTDOA通常不利用如在2009年3月的3GPPWork Item Description, RAN43 中的标题为 “Network-Based Positioning Support forLTE”的3GPP文献RP-090354中描述的用户设备辅助，该文献通过引用并入这里，但是也可以利用微秒级通信网络同步和硬件技术。如中国电信科学技术研究院(“CATT”)电信传输研究所(“RITT”)在RANlNo. 56bis 中的标题为 “Performance of UE Positioning Based on AoA+TA” 的 3GPP 文献Rl-091595(其通过引用并入这里)中描述的基于AoA+TA的定位方法已经被3GPP RANl工作组接受为用于3GPP版本9定位的可行解决方案，如2009年5月的RAN1#57中标题为“LSon AoA+TA positioning”的3GPP文献R1-092282中描述的，其通过引用并入这里。在到达角度+定时提前量(“AoA+TA”)中，基站基于定位测量间隔上的来自用户设备的专用物理随机接入信道(“PRACH”)传输来估计用户设备的当前绝对上行链路定时提前量。为了估计AoA，基站可以使用探测参考信号(“SRS”)或者由用户设备传送的其他上行链路参考信号。定位准确度取决于在PRACH检测上的累积的用户设备定时误差和AoA准确度。如果保持时间长并且用户设备接收到很多定时提前命令，则定位准确度可能显著降低。由 NTT DoCoMo 在 2009 年 8 月的 RANlNo. 58 中的标题为 “UE Positioning BasedonPropagation Delay”的3GPP文献R1-093090中提出了规定新用户设备测量报告的定位准确度以改善定位准确度，该文献通过引用并入这里。对于随机接入信道(“RACH”)上的上行链路信令以及探测参考信号或上行链路解调参考信号的影响可能因为过多上行链路传输而导致成为对用户设备位置的跟踪的问题，并且将涉及用户设备处的不可接受的电池消耗。如这里介绍的，基站针对用户设备执行初始到达角度+定时提前量的定位过程，并且向增强的服务移动定位中心(“eSMLC”)报告该位置。然后，eSMLC用信号向基站通知接近初始用户设备位置的固定M2M设备的M2M设备标识符(“ID”)的列表。回想M2M设备是用于诸如自动计量、信息技术、安全和电子销售点这样的应用的无线设备，并且被预期广泛分布在城市区域，并且通常与用户设备相对接近。基站将M2M设备ID的列表转发到用户设备，并且将信令资源(经由参考信号传输)提供给用户设备并且提供给列表中的M2M设备。用户设备检测从M2M设备ID列表中的M2M设备广播的参考信号，并且向基站报告该测量，以有助于其在eSMLC中的定位。
来自用户设备的M2M测量报告可以包括(i)用户设备处的估计的M2M参考信号定时和估计的下行链路基站定时之间的观察时间差(“OTD”)；(ii)包括用户设备处的信号干扰加噪声比(“SINR”)的估计的M2M参考信号；以及(iii)M2M设备ID。M2M测量报告可以由eSMLC使用以利用以下准则来确定用户设备位置。在准则(i)中，如果用于第i个M2M设备的OTDi小于表示最小定位准确度的最小传播延迟，并且SINRi ( S卩，第i个M2M设备的SINR)大于M2M设备列表的阈值SINR0，则用户设备位置被设置成M2M设备编号i的位置。在准则(ii)中并且假定不能满足准则(i)，如果OTDk小于最大传播延迟，并且如果SINRk大于列表中的M2M设备的子集的阈值SINRmin (k = 1，2，. . . K)，则可以基于(a)至少两个M2M设备和基站的OTD或者替代地基于(b)至少三个M2M设备的0TD，而不使用来自基站的0TD，来对用户设备位置进行三角定位以允许跟踪用户设备的运动。在其中不可能假定M2M设备冋步的大的小区中，eSMLC可以使用列表中的子集(j=1,2,... J)的M2M测量报告来使用存储在eSMLC数据库中的每个M2M设备的到达角度计算用户设备的到达角度的平均值。eSMLC可以利用准则⑴和准则(ii)来选择其到达角度将用于平均到达角度计算的M2M设备。然后，在eSMLC中使用用户设备的基于M2M的到达角度和定时提前量来确定用户设备位置。在其中固定M2M设备的可用性较高的拥挤区域中，并且当基站估计的到达延迟(“DoA”)准确度差时，M2M测量报告可以用于估计用户设备的到达角度，并且使用该到达角度和定时提前量来确定用户设备位置。如果用户设备可以报告来自多于一个的固定M2M设备的测量，则可以改善基于M2M的到达延迟准确度。 eSMLC通常以充分的准确度知道小区中的固定M2M设备的位置。M2M设备广播对于短距离传输使用低功率。eSMLC可以使用测量报告和基站向用户设备发送的定时提前量来确定用户设备的位置。用作用于定位的锚的附近M2M设备可以有助于以可能比在FCCE911要求中规定的更高的准确度来查明用户设备的位置。基站处的M2M设备辅助定位可以如下所述使用初始到达角度+定时提前量的用户设备位置来执行。现在转到图7，图7图示了根据本发明的原理执行确定无线通信设备的位置的示例性方法的通信系统的实施例的系统级示图。具体地，通信系统包括M2M设备701、702、703、用户设备705、基站706以及eSMLC 707，并且支持利用用户设备705和M2M设备701、702,703之间的观察时间差以及到达基站706的用户设备705的上行链路信号711的到达角度(指定为“AoA”)来定位用户设备705。用线700表示地理方向的基准。基站706向M2M设备701、702、703传送下行链路信号(例如，下行链路蜂窝信号710)。M2M设备701、702、703广播短距离参考信号RSI、RS2、RS3以分别产生与用户设备705的观察时间差0TD1、0RD2、0TD3。用户设备705使用长距离无线传输来向基站706传递M2M测量报告，包括提供用户设备705到M2M设备701、702、703的检测范围的基于参考信号的测量结果。通常，M2M设备(例如，M2M设备701)可以与基站706同步以使下行链路定时与其对准。由于用户设备705也使下行链路定时与基站706对准，所以M2M设备(例如，M2M设备701)与用户设备705近似同步(例如，用于在时分双工(“TDD”)模式下使用下行链路资源从基站706进行接收并且向用户设备705进行发送)。M2M设备(例如，M2M设备701)可以与基站706同步，以接收用于下行链路时隙分配(例如，用于操作参数的控制数据)和上行链路时隙分配的无线资源控制(“RRC”)配置和媒体接入控制(“MAC”)信令，以使用下行链路资源向用户设备705广播位置参考信号(例如，参考信号RSl)。假设M2M设备(例如，M2M设备701)通常在距离用户设备705100米内，最大传播延迟大约0. 33微秒(“ U s”)，这是在LTE-A兼容的通信系统用于短距离传输时的循环前缀的一小部分。用于用户设备705的下行链路定时可以基于例如基站706的主同步信道和辅同步信道(“P-SCH”和“S-SCH”)以及小区特定的参考信号(“CRS”)，如在2009年9月的标题为“TechnicalSpecification Group Radio Access Network ；Evolved Universal Terrestrial RadioAccess (E-UTRA) ；Physical Channels and Modulation (Release 8) ” 的 3GPP LTE 技术规范36. 211中规定的，其通过引用并入这里。在用户设备705进行的RACH信号的上行链路传输期间，基站706基于基站706处的测量来向用户设备705用信号发送定时提前量(被指定为“TA”)。定时提前量参数允许基站706知道16xTS(0.5iiS或大约160米)准确度内的沿着视线(“L0S”)在用户设备705和基站706之间的距离。eSMLC 707基于基站706进行的初始AoA+TA用户设备位置估计，经由基站706向用户设备705用信号通知在用户设备705的初始位置附近的M2M设备701,702,703的M2M设备ID的列表。基站706可以通过MAC信令向用户设备705和M2M设备701、702、703指示用于由M2M设备701、702、703进行的参考信号RS1、RS2、RS3传输的资源。用户设备705然后可以尝试测量分别由M2M设备701、702、703广播的参考信号RS1、RS2、RS3。M2M测量报告可以指示M2M设备ID、在用户设备705处的估计的M2M参考信号定时和估计的下行链路基站706定时之间的观察时间差、以及基于接收到的M2M参考信号度量(例如，检测到的M2M参考信号SINR)的某个置信水平。观察时间差与M2M设备(例如，M2M设备701)和用户设备705之间的传播延迟相对应。已知(i)用户设备705的定时提前量、(ii)M2M设备701、702、703的位置以及(iii)用于M2M设备701、702、703的M2M测量报告(例如，用于M2M设备701、703的0TD1-0TD3和SINR1-SINR3)中指示的测量结果，eSMLC 707可以准确地确定用户设备705的位置。M2M设备701、702、703用作用于定位用户设备705的位置参考。基于M2M的定位的准确度取决于用作锚的附近M2M设备(例如，M2M设备701、703)的可用性。如果存在若干这样的M2M锚，则能够通过例如用于M2M设备701、703的0TD1-0TD3和SINR1-SINR3的加权平均来显著增加定位准确度。例如，在上述准则(i)中，假设对于列表中的M2M设备i = 3，最小的OTDi小于与50米的距离相对应的最小传播延迟，并且SINRi大于阈值SINR0。那么可以将用户设备705的位置设置成M2M设备703的位 置。在另一个示例中，在上述步骤(ii)中，假定OTDk小于最大传播延迟，并且SINRk大于关于M2M设备701、703的SINRmin。那么，基于0TD1、0TD3和SNR1、SINR3将用户设备705的位置设置为作为M2M设备的子集的M2M设备701、703的位置的加权平均值。进一步假定由于不满足上述准则(ii)而丢弃M2M设备702的观察时间差。可以通过检测在处理器的滑变(sliding)参考信号相关检测器的输出处的参考信号相关峰值噪声比来简单地估计SINR。SINRmin的值=3分贝(“dB”)并且SINRO =5dB可以用于确定“有噪声的”M2M参考信号传输。在该示例中，如果准则(i)成立或者如果准则(ii)成立，则用于用户设备705的平均观察时间差可以被简单地确定为步骤(i)0TD = 0TD3步骤(ii)0TD =三角定位(0TD1，0TD3，OTDeNB)，其中 OTDl 和 0TD3 分别是与 M2M设备701、703的观察时间差，并且OTDeNB是与基站706的观察时间差。可以使用表示在三个已知位置间的距离的信号的定时差以传统方式来执行三角 定位功能。eSMLC 707具有下述知识(a)M2M设备701、703、服务基站706的发送定时及其集体的地理位置；以及(b)至少两个M2M设备(例如，M2M设备701、703)和服务基站706的观察时间差。当M2M设备701、703从服务基站706获得其发送定时时，三角定位进程或算法应当包括固定偏移量以补偿在M2M设备701、703和服务基站706之间的传播延迟。替代地，可以在不需要服务基站706的观察时间差的情况下利用至少三个M2M设备701、702、703的观察时间差。由于M2M设备701、702、703彼此接近，所以可以假设发送定时相同。因此，不需要偏移量。使用至少三个M2M设备701、702、703允许对用户设备705运动的较简单的跟踪。基站706的观察时间差需要基站706根据由用户设备705在上行链路上传送的参考信号进行测量。用作锚的M2M设备701、702、703通常可以是在驻留地的固定智能计量表或锅炉(boiler)，配备有例如广域下行链路LTE连接和上行链路LTE局域(“LA”)连接。这些M2M设备701、702、703可以接收用于在下行链路上的常规操作的用户命令。附近用户可以使用下行链路LTE局域连接来收集常规操作数据(例如，计量表读取、环境温度)。因此，如这里介绍的，基站706可以容易地在配置MAC的下行链路LTE局域资源上将具有基于M2M的参考信号的子帧调度到M2M设备701、702、703。可以利用其它类型的固定M2M设备701、702、703。未来的物联网可以连接很多机器。机器的位置可以是固定的(例如，驻留地的智能电计量表、闭路电视(“CCTV”)监控摄像机、限速检测器)或者被连接到因特网接入点的几米内的通信网络。如下文中描述的使用到达角度和定时提前量，可以由基站使用初始AoA+TA用户设备位置，来执行M2M辅助定位。现在转到图8，图8图示了根据本发明的原理执行确定无线通信设备的位置的示例性方法的通信系统的实施例的系统级示图。为了简化的目的，用与参考图7图示和描述的通信系统类似的附图标记来指示本实施例的通信系统的类似参数和元件。具体地。通信系统包括M2M设备701、702、703、用户设备705、基站706和eSMLC 707。通信系统利用对于到达角度(指定为“AoA” )估计的M2M测量报告来估计用户设备705的位置。由线700来表不用于地理方向的参考。通信系统利用分别与到达基站706处的来自M2M设备701、702、703的参考信号相对应的到达角度，被指定为AoAl、AoA2、AoA3。在M2M设备701、702、703、用户设备705、基站706和eSMLC 707之间的操作模式与在基站706处使用初始AoA+TA用户设备705位置进行的M2M辅助定位类似。主要差异在于，在确定了初始基站705估计的AoA+TA用户设备705位置之后，eSMLC 707可以分别使用M2M设备701、702、703中的每一个的到达角度AoAl、AoA2、AoA3，来估计用户设备705的新的到达角度，其然后可以用于新的AoA+TA用户设备705位置估计。使用M2M设备701、702、703来进行到达角度估计将节省用户设备705的电池消耗、基站706的PRACH资源以及探测参考信号(“SRS”)或其他参考信号(“RS”)资源。用户设备705在上行链路上传送(i)用于初始定时提前量确定的PRACH、以及(ii)用于初始到达角度确定的探测参考信号或其他参考信号。知道M2M设备701、702、703的位置以及基站706的位置，到达角度AoAl、AoA2、AoA3可以容易地通过下述来获得(i)选择最佳M2M设备锚，或者(ii)基于分别与M2M设备701、702、703相关联的SINRl、SINR2、SINR3的到达角度AoAl、AoA2、AoA3的平均值。在图8中的具有以定时提前量为半径的圆和沿到达角度AoA的直线的交叉给出用户设备705的位置。在以上示例中，可以如下从M2M设备701、702、703的到达角度AoAl、AoA2、AoA3来获得用户设备705的到达角度步骤(i)AoA = AoA3 或者步骤(ii)AoA = (AoAl+AoA3)/2因为相应的0TD2和SINR2不满足上述准则(i)，所以丢弃M2M设备702的到达角度AoA2。如果几乎不存在可用的M2M设备701、702、703，则通信系统可以在下述实现中使用另一基于基站的到达角度的估计。另一基于基站的到达角度的估计可以适用于较大的小区，其中，相关的M2M设备701、702、703传播延迟可能对三角定位准确度造成一些影响。M2M设备701、702、703通常彼此不同步，但可从服务基站706获得它们的同步参数。如果M2M设备701、702、703在物理上彼此接近，则可以假设M2M设备701、702、703充分同步。通常并且在此描述的实施例的环境中，可以按下述执行基于用户设备RACH的由基站进行的定时提前量的测量。在基于3GPP LTE的通信系统中，用户设备使用竞争RACH来在初始基站小区接入期间获得定时提前量。还可以在使用非竞争RACH的上行链路发送定时对准过程期间获得定时提前量，如2009年9月的标题为“Evolved Universal TerrestrialRadio Access (E-UTRA) Medium Access Control(MAC)Protocol Specification(Release9) ” 的 3GPP 技术规范 36. 321 中以及标题为 “Evolved Universal Terrestrial RadioAccess (E-UTRA) Radio Resource Control(RRC) ；Protocol specification(Release 9)，，的技术规范36. 331中描述的，该文献通过引用并入这里。基站在成功的随机接入过程之后使用下述等式来累加发送到用户设备的定时提前命令(“Tadv”)
权利要求
1.一种装置，包括 处理器；以及 存储器，所述存储器包括计算机程序代码； 所述存储器和所述计算机程序代码被配置为，通过所述处理器使得所述装置至少执行 接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 基于来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告；以及 准备所述机器对机器测量报告以供传送到基站用于确定所述装置的位置。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于所述装置的位置估计。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于根据所述装置的初始到达角度和定时提前量的位置计算的位置估计。
4.根据权利要求I所述的装置，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从所述基站到所述装置的下行链路定时之间的观察时间差， 所述装置处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
5.根据权利要求I所述的装置，其中，所述机器对机器设备与所述基站同步。
6.根据权利要求I所述的装置，其中，所述装置形成通信系统的用户设备的至少一部分。
7.一种装置，包括 用于接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表的部件； 用于基于来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告的部件；以及 用于准备所述机器对机器测量报告以供传送到基站用于确定所述装置的位置的部件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于所述装置的位置估计。
9.一种包括存储在计算机可读介质中的程序代码的计算机程序产品，被配置为 接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 基于来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告；以及 准备所述机器对机器测量报告以供传送到基站用于确定所述装置的位置。
10.根据权利要求9所述的计算机程序产品，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于所述装置的位置估计。
11.一种方法，包括 接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 基于来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告；以及准备所述机器对机器测量报告以供传送到基站用于确定用户设备的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于所述用户设备的位置估计。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，用于所述机器对机器设备的所述机器对机器设备标识符的列表基于根据所述用户设备的初始到达角度和定时提前量的位置计算的位置估计。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从所述基站到所述用户设备的下行链路定时之间的观察时间差， 所述用户设备处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述机器对机器设备与所述基站同步。
16.一种装置,包括 处理器；以及 存储器，所述存储器包括计算机程序代码； 所述存储器和所述计算机程序代码被配置为，通过所述处理器使得所述装置至少执行 通过针对用户设备执行初始到达角度和定时提前量的位置计算来计算对所述用户设备的位置估计； 接收依赖于所述位置估计的、用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备； 使资源能够用于要在所述机器对机器设备和所述用户设备之间传送的参考信号，以用于对机器对机器测量报告的准备；以及 将从所述用户设备接收到的所述机器对机器测量报告提供给服务移动定位中心，以确定所述用户设备的位置。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，根据从来自所述用户设备的上行链路信号的奇异值分解所获得的特征值或波束栅格来确定所述初始到达角度。
18.根据权利要求16所述的装置，其中，基于从所述用户设备接收到的先前的机器对机器测量报告和所述机器对机器设备的已知位置来确定所述初始到达角度。
19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从所述装置到所述用户设备的下行链路定时之间的观察时间差， 所述用户设备处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
20.根据权利要求16所述的装置，其中，所述机器对机器设备与所述装置同步。
21.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置形成通信系统的基站的至少一部分。
22.—种装置，包括 用于通过针对用户设备执行初始到达角度和定时提前量的位置计算来计算对所述用户设备的位置估计的部件；用于接收依赖于所述位置估计的、用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表以供传送到所述用户设备的部件； 用于使得资源能够用于要在所述机器对机器设备和所述用户设备之间传送的参考信号以用于对机器对机器测量报告的准备的部件；以及 用于将从所述用户设备接收到的所述机器对机器测量报告提供给服务移动定位中心以确定所述用户设备的位置的部件。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，根据从来自所述用户设备的上行链路信号的奇异值分解所获得的特征值或波束栅格来确定所述初始到达角度。
24.一种包括存储在计算机可读介质中的程序代码的计算机程序产品，被配置为 通过针对用户设备执行初始到达角度和定时提前量的位置计算来计算对所述用户设备的位置估计； 接收依赖于所述位置估计的、用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备； 使得资源能够用于要在所述机器对机器设备和所述用户设备之间传送的参考信号，以用于对机器对机器测量报告的准备；以及 将从所述用户设备接收到的所述机器对机器测量报告提供给服务移动定位中心，以确定所述用户设备的位置。
25.根据权利要求24所述的计算机程序产品，其中，根据从来自所述用户设备的上行链路信号的奇异值分解所获得的特征值或波束栅格来确定所述初始到达角度。
26.—种方法,包括 通过针对用户设备执行初始到达角度和定时提前量的位置计算来计算对所述用户设备的位置估计； 接收依赖于所述位置估计的、用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备； 使得资源能够用于要在所述机器对机器设备和所述用户设备之间传送的参考信号，以用于对机器对机器测量报告的准备；以及 将从所述用户设备接收到的所述机器对机器测量报告提供给服务移动定位中心，以确定所述用户设备的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，根据从来自所述用户设备的上行链路信号的奇异值分解所获得的特征值或波束栅格来确定所述初始到达角度。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，基于从所述用户设备接收到的先前的机器对机器测量报告和所述机器对机器设备的已知位置来确定所述初始到达角度。
29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从基站到所述用户设备的下行链路定时之间的观察时间差， 所述用户设备处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
30.根据权利要求26所述的方法，其中，所述机器对机器设备与基站同步。
31.一种装置，包括处 理器；以及 存储器，所述存储器包括计算机程序代码； 所述存储器和所述计算机程序代码被配置为，通过所述处理器使得所述装置至少执行 根据对用户设备的位置估计来构建用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 准备所述机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备；以及基于机器对机器测量报告来构建对所述用户设备的精细的位置估计，其中所述机器对机器测量报告依赖于所述用户设备处的来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述存储器和所述计算机程序代码还被配置为，如果所述用户设备处的来自特定机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差小于最小传播延迟，并且所述用户设备处的所述参考信号的信号干扰加噪声比大于阈值信号干扰加噪声比，则通过所述处理器来构建与所述特定机器对机器设备有关的所述精细的位置估计。
33.根据权利要求31所述的装置，其中，所述存储器和所述计算机程序代码还被配置为，通过所述处理器，根据基于来自至少两个机器对机器设备和基站或者至少三个机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差的三角定位来构建所述精细的位置估计。
34.根据权利要求31所述的装置，其中，所述存储器和所述计算机程序代码还被配置为，通过所述处理器，根据从所述机器到机器设备到所述用户设备的到达角度的平均到达角度和定时提前量来构建所述精细的位置估计。
35.根据权利要求31所述的装置，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从基站到所述用户设备的下行链路定时之间的观察时间差， 所述用户设备处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
36.根据权利要求31所述的装置，其中，所述装置形成服务移动定位中心的至少一部分。
37.一种装置，包括 用于根据对用户设备的位置估计来构建用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表的部件； 用于准备所述机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备的部件；以及用于基于机器对机器测量报告来构建对所述用户设备的精细的位置估计的部件，其中所述机器对机器测量报告依赖于所述用户设备处的来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号。
38.根据权利要求37所述的装置，其中，如果所述用户设备处的来自特定机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差小于最小传播延迟，并且所述用户设备处的所述参考信号的信号干扰加噪声比大于阈值信号干扰加噪声比，则所述用于构建所述精细的位置估计的部件与所述特定机器对机器设备有关。
39.一种包括存储在计算机可读介质中的程序代码的计算机程序产品，被配置为 根据对用户设备的位置估计来构建用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 准备所述机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备；以及基于机器对机器测量报告来构建对所述用户设备的精细的位置估计，其中所述机器对机器测量报告依赖于所述用户设备处的来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号。
40.根据权利要求39所述的计算机程序产品，其中，包括存储在计算机可读介质中的程序代码的所述计算机程序产品被配置为，如果所述用户设备处的来自特定机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差小于最小传播延迟，并且所述用户设备处的所述参考信号的信号干扰加噪声比大于阈值信号干扰加噪声比，则构建与所述特定机器对机器设备有关的所述精细的位置估计。
41.一种方法,包括 根据对用户设备的位置估计来构建用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表； 准备所述机器对机器设备标识符的列表，以供传送到所述用户设备；以及基于机器对机器测量报告来构建对所述用户设备的精细的位置估计，其中所述机器对机器测量报告依赖于所述用户设备处的来自所述列表上的所述机器对机器设备的参考信号。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，如果所述用户设备处的来自特定机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差小于最小传播延迟，并且所述用户设备处的所述参考信号的信号干扰加噪声比大于阈值信号干扰加噪声比，则所述构建所述精细的位置估计与所述特定机器对机器设备有关。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述构建所述精细的位置估计是根据基于来自至少两个机器对机器设备和基站或者至少三个机器对机器设备的参考信号的观察到达时间差的三角定位进行的。
44.根据权利要求41所述的方法，其中，所述构建所述精细的位置估计是根据从所述机器到机器设备到所述用户设备的到达角度的平均到达角度和定时提前量进行的。
45.根据权利要求41所述的方法，其中，所述机器对机器测量报告的每一个包括 在估计的机器对机器参考信号定时和估计的从基站到所述用户设备的下行链路定时之间的观察时间差， 所述用户设备处的估计的机器对机器参考信号的信号干扰加噪声比，以及 机器对机器设备标识符。
全文摘要
一种用于利用通信系统中的机器对机器设备来确定无线通信设备的位置的装置、系统和方法。在一个实施例中，装置包括处理器(920)和包括计算机程序代码的存储器(950)。存储器(950)和计算机程序代码被配置为，通过处理器(920)使得装置接收用于机器对机器设备的机器对机器设备标识符的列表，基于来自列表上的机器对机器设备的参考信号来产生机器对机器测量报告，并且准备机器对机器测量报告以供传送到基站以用于确定装置的位置。
文档编号H04W64/00GK102630390SQ201080053217
公开日2012年8月8日 申请日期2010年11月23日 优先权日2009年12月14日
发明者G·查比特, K·里基南, 陈滔 申请人:诺基亚公司