专利名称：移动通信系统的定位系统和定位服务的请求方法
技术领域：
本发明一般涉及移动电话系统领域，尤其涉及一种移动通信系统中确认移动台位置的方法。
传统的蜂窝无线电通信系统包括移动台(MS)，用于接收无线电服务；基站收发信台(BTS)，用于向特定区域内的移动台(MS)提供无线电服务；基站控制器(BSC)，用于连接BTS和移动交换中心(MSC)；和移动交换中心(MSC)，用于连接基站控制器(BSC)和公用交换电话网(PSTN)。
随着移动通信系统的发展，已引入了新的服务。例如定位服务确定多个移动台位置。这在下面情况下是十分有用的，例如在‘119’(类似于美国的‘911’)的紧急呼叫、或者在跟踪未授权用户、或在每当需要对实际分布进行管理的的情况下(即，搜索被盗移动台或确认已登记的移动台)。
根据传统的移动通信网络技术，移动台的位置是通过给每个单独的接收装置装备BTS来确定的，每个BTS从移动台接收无线电波。在多个BTS中的每个中，使用接收到的无线电波来确定到达时差(TDOA)。
对于上述系统，移动台必须针对定位服务发射单独的专用无线电波。因此，定位系统必须独立于移动通信网络单独配置，从而需要双重的硬件资源。
题为“采用时间和空间分集传输的用于确定接收机位置的无线电话分布系统(Wireless telephone distribution system with time and space diversitytransmission for determining receiver location)”的美国专利NO.5,614,914公开了一种确定移动台位置的方法，该方法是通过使用在位于空间不同位置处的多个天线上延时接收的移动台信号进行的。但是，根据所公开的方法的定位服务存在着这样一个问题，即该方法需要分离的定位系统。因此，本发明的目的在于提供一种用于不需分离的专用硬件即可为现有移动通信系统提供定位服务的系统和方法。
本发明提供一种移动通信网络中的全新的定位系统，用于计算和识别移动台(MS)的位置。此外，本发明提供一种允许移动交换中心(MSC)根据移动台或网络的需要来请求定位服务的方法。
根据本发明的一个方面，移动通信系统包括(a)至少3个基站收发信台(BTS)，用于从移动台接收功率增大功能(PUF)信号以及确定移动台的位置所需的检测参数；和(b)移动交换中心(MSC)，包括用于通过接收和组合检测参数来计算移动台位置的装置。
本发明在此以优选实施例方式被描述为一种移动通信系统，该移动通信系统包括连接于与移动台通信的信道的服务基站收发信台(BTS)、与服务BTS邻近的至少2个相邻BTS、控制服务BTS和各相邻BTS的基站控制器(BSC)、和将BSC连接到公用交换电话网(PSTN)的移动交换中心(MSC)，该方法包括如下步骤(a)MSC向BSC请求定位服务；(b)根据MSC的定位服务请求，BSC向各相邻BTS请求到移动台的信道分配；(c)连接移动台到各相邻BTS的信道，并且根据步骤(b)的BSC请求，各相邻BTS向BSC发送响应信号；(d)BSC指令服务BTS向移动台请求功率增大功能(PUF)信号；(e)根据步骤(d)的BSC指令，服务BTS指令移动台发送PUF信号；(f)根据步骤(e)的服务BTS的指令，移动台向服务BTS和各相邻BTS发送PUF信号；(g)由服务BTS通过接收移动台发送的多个PUF信号检测计算移动台位置所需的参数，每个PUF信号以不同的时间延迟发送；(h)服务BTS和各相邻BTS向BSC报告检测到的参数；(i)BSC向MSC发送由服务BTS和各相邻BTS报告的参数；和(j)使用检测到的参数，MSC计算移动台的位置。
根据本发明的一个方面，请求定位服务的步骤可在移动台请求或在网络操作者请求移动台的位置信息时起动。
根据本发明的另一方面，在BSC从MSC接收定位服务请求后，立即起动第一定时器，并且当MSC再次请求移动台的定位服务时或当报告移动台的定位服务完成时，停止第一定时器。
根据本发明的又一方面，BSC从在服务BTS的相邻BTS的列表中包含的所有BTS中请求至少2个BTS，以在步骤(b)分配移动台的信道。
根据本发明的又一方面，步骤(d)，即由BSC指令服务BTS请求PUF信号的步骤是通过由BSC向服务BTS发送满足IS-95B标准的PUF信号信息来进行的。
根据本发明的又一方面，有关PUF信号的信息包括功率电平间隔、时间间隔和发送时间。
根据本发明的又一方面，该方法还包括当MSC在第一临界时间(第一定时器)内再次请求移动台的定位服务时返回到步骤(b)、即向各相邻BTS请求到移动台的信道分配的步骤的步骤，其中第一临界时间被定义为从MSC向BSC请求定位服务的时刻到BSC从MSC接收到定位服务信号的时刻。
根据本发明的又一方面，该方法还包括当由于MSC请求BSC进行定位服务而使MSC在第一定时器的临界时间内不再次请求移动台的定位服务时终止定位服务的步骤。
根据本发明的又一方面，其中步骤(g)，即服务BTS和各相邻BTS接收PUF信号的步骤还包括如下步骤如果至少一个相邻BTS未在由第二定时器确定的预定时间内在移动台发送PUF信号后接收到PUF信号，则相邻BTS释放移动台和未接收到PUF信号的相邻BTS之间的预分配信道。
根据本发明的又一方面，该方法还包括当由于MSC请求BSC进行定位服务而使MSC在第一定时器的临界时间内请求终止定位服务时终止定位服务的步骤。
根据本发明的方法，其中的参数是在每个BTS中测量的PUF信号的时间延迟值。
根据本发明的又一方面，其中步骤(i)，即向MSC发送参数的步骤还包括当已向BSC报告检测到的参数的BTS的数目低于或等于2时向MSC报告故障的步骤。
根据本发明的又一方面，其中步骤(i)，即向MSC发送参数的步骤还包括这样一步骤，即如果已向BSC报告检测到的参数的BTS的数目低于或等于2时，由BSC指令尚未报告已检测到的参数的至少一个BTS重新连接到移动台的信道。
参照附图对本发明的详细描述，本发明的上述目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中
图1表示根据本发明的移动通信系统的定位系统的配置；
图2表示基站收发信台(BTS)中PUF(Power Up Function，功率增大功能)信号的接收；图3是表示以距离为函数的每个BTS接收的PUF信号的接收功率电平的图形；图4是表示根据本发明的获得移动交换中心的定位服务的方法的信号发送流示意图；及图5表示根据本发明的获得移动交换中心的定位服务的方法的流程图。
本发明公开了移动通信系统中提供定位服务的方法。在描述本发明的一般方法之前，将解释本发明方法中所使用的功率增大功能(PUF)信号和3个定时器。功率增大功能(PUF)信号在支持作为移动台和基站收发信台之间的空中接口的IS-95B的码分多址(CDMA)蜂窝系统或个人通信服务(PCS)中，基站收发信台(BTS)可向移动台请求功率增大功能(PUF)信号，并且，支持IS-95B的移动台可根据BTS的请求发送PUF信号。
PUF信号是由移动台根据BTS的请求发送的极大功率信号。移动台以特定的时间间隔发送脉冲，其中该脉冲在预定时间内以特定功率电平增量增强。由于与移动台的一般的发送功率相比，PUF信号是以相当高的功率电平发送的，因此，该BTS和相邻BTS可很容易地接收该信号。3个定时器(1)第一定时器位置基站控制器(BSC)使用一旦移动交换中心(MSC)请求定位服务，则立即起动该定时器，而当该定时器从MSC接收到定位服务的完成消息时，则被停止。如果第一定时器计满，则BSC终止定位服务。(2)第二定时器位置基站收发信台(BTS)使用一旦基站控制器(BSC)请求信到指定，则立即启动该定时器，而当该定时器从移动台接收到PUF信号时，则被停止。如果第二定时器计满，则相邻BTS通知该BTS未接收到该PUF信号。(3)第三定时器位置移动台(MS)使用一旦从服务BTS接收到PUF消息并发送PUF信号，则立即起动该定时器，然后被停止。如果第三定时器计满，则该移动台确定尚未发送该PUF信号。
参照图1，根据本发明的蜂窝电话定位系统包括至少3个BTS 10、11、12，它们中的每个均从移动台接收功率增大功能(PUF)信号，每个BTS还检测搜索移动台的位置所需的参数，也就是说，BTS从移动台接收PUF信号，并测量接收PUF信号的时间，所测量的时间是计算移动台位置所必需的参数值；移动交换中心(MSC)30，它包括用于通过组合经基站控制器(BSC)20从3个BTS10，11，12中的每个接收到的参数来计算移动台的位置的装置；位置数据库32，它与MSC同址，用于存储和管理计算出的移动台的位置数据；操作维护中心(OMC)，它与MSC同址，用于提供单点控制(即为操作者提供整个定位系统的配置状态)、控制能力、状态、告警、诊断和报告功能；公用交换电话网40(PSTN)的应用处理器(AP)41，用于通过从位置数据库32访问数据来获取必要的信息，并且负责该定位的维护、配置和控制。
当移动台与BTS 10通信时，BTS 10称作服务BTS。当服务BTS 10想要得知移动台的位置时，该服务BTS 10通过连接移动台和BTS的前向业务信道向移动台发送PUF消息，以请求PUF信号。
如果移动台接收到PUF消息，它就在规定的时间间隔(第三定时器)内的短时间内持续增大发送输出电平，然后通过反向业务信道(即从MS至BTS)发送包括前置码的PUF信号。
只要移动台从BTS接收到PUF消息，则第三定时器立即起动，并且在通过反向业务信道发送PUF信号的时刻停止。
位于移动台周围的3个BTS 10、11、12中的每个发送PUF消息并相应地接收从移动台发送的PUF信号。通过将从发送PUF消息到接收PUF信号的时间一分为二，每个BTS测量各延迟时间(即TOA(到达时间))。MSC 30然后使用每个BTS(即，BTS 10、11、12)测量到的延迟时间来计算移动台的位置。
图2示出BTS中PUF信号的接收。如图2所示，移动台50与BTS 10通信。服务BTS 10向移动台50发送PUF消息。移动台50接收到PUF消息信号后，发送PUF信号(15)，此时，PUF信号在预定的时间间隔内逐渐增大到规定的电平。
BTS 10和其相邻的BTS 11、12接收该PUF信号。每个BTS记录基于到移动台和无线电环境的各距离的不同的时间延迟值TDOA(到达时间差)。
图3表示以距离为函数的每个BTS接收的接收PUF信号的功率电平的图形。如图3所示，移动台50按恒定间隔的连续时间增量发送PUF脉冲(1)、(2)、(4)(即，第一脉冲在1ms时发送，第二脉冲在2ms发送)。另外，在每个连续的时间间隔中，功率以固定的增量增大(即1ms10时为dBm，2ms时为12dBm，3ms时为14dBm)。然后，处于最接近于移动台50的位置的BTS 10接收PUF脉冲(1)。但是，随着距离的增大，PUF脉冲(1)逐渐减弱，从而BTS11不能接收到减弱的PUF脉冲(1)。然而，以较高的电平来下一个发送的PUF脉冲，即PUF脉冲(2)，从而BTS 11可接收到PUF脉冲(2)。因此，BTS 12只能接收最高电平的PUF脉冲(4)。
每个BTS 10、11、12向MSC 30发送TDOA，将其作为对由每个BTS接收的最强信号的PUF脉冲(4)测量的时间延迟。每个BTS还发送用于计算网络位置的信息。然后，MSC 30采用TDOA算法来计算移动台50的位置。然后将所计算出的移动台50的位置存储在位置数据库32。
本发明还公开了一种通过移动交换中心请求定位服务的方法。
由于BTS向移动台发送PUF消息，因此MSC应通过BSC向BTS请求定位服务。BSC分配到移动台的业务信道，从而服务BTS和该BTS的各相邻BTS可接收由移动台发送PUF信号。
也就是说，当网络操作者需要或者用户需要得知移动台的位置时(例如移动台拨“911”时)，MSC向BSC发出定位服务请求。然后，BSC通过未通信的信道向与移动台进行通信的BTS或移动台与之同步的BTS请求定位服务。一旦建立了前向业务信道，BTS便通过该前向业务信道向相应的移动台发送PUF消息。
参照预先存储的相邻列表，BSC使用移动台的长伪随机噪声(PN)码指令移动台周围的各相邻BTS为移动台分配一信道，从而各相邻BTS可接收由移动台发送的PUF信号。如果完成了各相邻BTS的信道分配，则移动台发送该PUF信号，而BTS接收该PUF信号，然后向MSC发送所测量的参数(例如TOA、延迟角、到达角等)。
图4是表示根据本发明的请求移动交换中心的定位服务的方法的信号发送流程图。
当通过业务信道与服务BTS 10进行通信的移动台50发出紧急呼叫(如‘119’)时，或者当网络操作者请求移动台50的位置信息时，MSC 30通过经E1链路(100)向BSC 20发送Loc_Svc_rqst来请求定位服务。
然后，根据MSC 30的请求，通过向移动台的各相邻BTS 11、12发送TCE_Asgn，BSC 20请求业务信道单元指定(110)。此时，通过使用与移动台50连接进行通信的服务BTS 10的相邻BTS列表，BSC 20分配到两个或多个相邻BTS的信道。
相邻BTS 11、12接收业务信道单元分配的请求，使用移动台50的信息来指定至移动台50的业务信道，并将相应的应答消息TCE_Asgn_ack发回BSC20(120)BSC 20从相邻BTS 11、12接收应答消息，并且通过向与移动台50进行通信的服务BTS 10发送PUF_msg_rqst，指令服务BTS 10发送PUF消息PUF_msg(130)。PUF_msg_rqst包括要由BTS 10发送给移动台50的信息，即有关增大PUF信号的电平增量的信息(如2dBm增量，4dBm增量等)和有关发送PUF信号的时间间隔的信息。
服务BTS 10通过预先连接的业务信道向移动台50发送PUF消息信号PUF_msg(140)。移动台50根据包含在接收到的PUF_msg的信息发送PUF信号来作出响应(150)。该PUF消息信号包括功率电平间隔、时间间隔和发送时间等。
然后，服务BTS 10和相邻BTS 11、12(它们每个均有与移动台50相连的业务信道)接收具有不同时间延迟的PUF信号。如果这些相邻BTS 11、12中的一个或多个BTS尚未在规定的时间期间(即由第二定时器定义的)内接收到PUF信号，则BTS释放业务信道并终止第二定时器。
也就是说，只要相邻BTS从BSC接收到信道分配的请求，就立刻起动第二定时器，并且当从移动台接收到PUF信号时停止该第二定时器。
如果所有BTS 10、11、12接收到PUF信号，则BTS 10、11、12通过BSC 20向MSC 30发送诸如对PUF测量的时间延迟的位置参数，以及MSC30根据所接收到的位置参数来计算移动台的位置(160)。
此时，如果响应的BTS的数目小于2，例如多个BTS中仅一个BTS因定位服务请求而将业务信道连接到移动台，则BTS由于第二定时器的停止而释放业务信道，那么，就不可能计算移动台的位置。结果，BSC 20就必须向MSC 30报告故障，或者向尚未报告位置参数的至少一个BTS请求业务信道的再分配。
已经在步骤100接收到Loc_Svc_rqst的BSC 20开始操作第一定时器。一旦BSC从MSC接收到Loc_Svc_rqst，就立即起动第一定时器，并且在从MSC接受到相同移动台的Loc_Svc_rqst或Loc_Svc_Complete的时刻停止。
如果在终止第一定时器操作之前从MSC 30接收到相同移动台50的Loc_Svc_rqst，则BSC 20再次向相邻BTS 11、12请求信道分配(170)，并重复步骤110～150。如果在第一定时器计满之前未接收到Loc_Svc_rqst，则BSC 20终止定位服务和第一定时器。
如果在第一定时器操作终止之前MSC 30发送Loc_Svc_Cmpt(即定位服务完成)，则BSC 20通过向相邻BTS 11、12发送TCE_release指令信道释放，并且终止定位服务(180)。定时器描述尽管已对各定时器做了一般性描述，下面仍将参照图4的信号发送流程图来更全面地对其进行描述。
1.第一定时器位于BSC中，并且在从MSC接收到Loc_Svc_rqst的时刻启动，并在从MSC接收到相同移动台的Loc_Svc_rqst或Loc_Svc_Complete的时刻结束。
2.第二定时器位于BTS中，并且在从BSC接收到用于定位服务的TCE_asgn的时刻启动，并在从移动台接收到PUF信号的时刻结束。
3.第三定时器位于移动台中，并且在从BTS接收到PUF_msg的时刻启动，并且在向BTS发送PUF信号的时刻结束。
图5表示根据本发明第二实施例的请求移动交换中心的定位服务的方法的各步骤流程图。
如上所述，本发明的优选实施例提供具有使用基于IS-95B标准的PUF信号进行定位服务能力的移动台。该方法涉及由MSC起动定位服务的请求并且支持BSC中的定位服务请求。这样，本发明的优点为可采用现有的一般移动通信系统来计算移动台的位置而不需要分离的定位系统。
尽管上面以示例形式参照附图详细描述了本发明的具体实施例，但本发明可适用于各种变化和替换形式。应理解的是，本发明不局限于所公开的特定形式，相反，本发明将覆盖落入所附权利要求限定的宗旨和范围内的所有变化、等效和替换形式。
权利要求
1.一种移动通信系统的定位系统，用于确定移动台位置，它包括(a)至少3个基站收发信台(BTS)，用于接收从移动台(MS)发送的功率增大功能(PUF)信号，并且检测确定移动台的位置所需的参数；和(b)移动交换中心(MSC)，用于接收来自至少3个基站收发信台(BTS)的所述检测到的参数，所述MSC包括用于通过所述组合接收到的参数来计算所述移动台位置的参数。
2.一种移动通信系统的定位服务方法，所述移动通信系统包括与移动台通信的服务基站收发信台(BTS)、与所述服务BTS邻近的至少2个相邻BTS、控制所述服务BTS和所述各相邻BTS的基站控制器(BSC)、和将所述BSC连接到公用交换电话网(PSTN)的移动交换中心(MSC)，所述方法包括如下步骤(a)从所述MSC向所述BSC转送定位服务请求；(b)根据所述MSC的所述定位服务请求，所述BSC向所述各相邻BTS请求到所述移动台的信道分配；(c)将所述分配的信道连接到所述移动台，并且所述各相邻BTS响应于所述BSC信道分配请求向所述BSC发送响应信号；(d)在接收到所述响应信号时，BSC指令所述服务BTS从所述移动台请求PUF信号；(e)响应于所述BSC的PUF信号请求指令，所述服务BTS指令所述移动台发送所述PUF信号；(f)响应于所述服务BTS的所述PUF信号发送指令，所述移动台向所述服务BTS和所述各相邻BTS发送所述PUF信号；(g)通过接收所述移动台发送的所述PUF信号，检测所述服务BTS和所述各相邻BTS要求的参数；(h)所述服务BTS和所述各相邻BTS向所述BSC报告所述检测到的参数；(i)向所述MSC发送由所述BSC接收到的所述检测到的参数；和(j)使用所述检测到的参数，所述MSC计算所述移动台的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述MSC接收所述移动台和所述网络的操作者之一的定位服务请求。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述BSC从所述MSC接收定位服务请求时，起动第一定时器，并且当再次从所述MSC请求所述移动台的一个定位服务时和当报告所述移动台的定位服务完成时，停止所述第一定时器。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述从至少2个BTS请求信道分配的步骤中采用了所述服务BTS的相邻BTS列表中所包含的所有BTS。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述由BSC指令所述服务BTS请求PUF信号的步骤包括所述BSC向服务BTS发送满足IS-95B标准的PUF信号信息的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述PUF信号的信息包括功率电平间隔、时间间隔和发送时间。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述方法还包括如下步骤如果至少一个相邻BTS未在由第二定时器确定的预定时间内在所述移动台发送所述PUF信号之后接收到所述PUF信号，则所述相邻BTS释放所述移动台和所述相邻BTS之间的预分配信道，所述相邻BTS未接收到所述PUF信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括返回到步骤(b)的步骤，如果所述MSC在第一预定时间间隔内进一步请求所述移动台的定位服务，则向所述各相邻BTS请求到所述移动台的信道分配的步骤，所述第一预定时间间隔被定义为从所述MSC向所述BSC请求定位服务的时刻到所述BSC从所述MSC接收到定位服务终止的信号的时刻。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述方法还包括如下步骤一旦从所述移动交换中心向所述基站控制器请求所述定位服务，就立刻起动第一定时器；如果在所述第一定时器计满前所述移动交换中心再次请求所述移动台的定位服务，则再次起动所述第一定时器；和如果所述第一定时器计满，则所述基站控制器终止所述定位服务。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述方法还包括当由于所述MSC请求所述BSC进行定位服务而使所述MSC在所述第一预定时间间隔内请求终止所述定位服务时终止所述定位服务的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述参数是在每个BTS中测量的PUF信号的时间延迟值。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述向所述MSC发送所述参数的步骤还包括当已向所述BSC报告所述检测到的参数的BTS的数目低于或等于2时向所述MSC报告故障的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述向所述MSC发送所述参数的步骤还包括这样一步骤，即如果已向所述BSC报告所述检测到的参数的BTS的数目低于或等于2时，则所述BSC指令尚未报告已检测到的参数的至少一个BTS重新建立到所述移动台的预先建立的信道。
全文摘要
移动通信系统中请求定位服务的系统和方法。MSC向BSC请求定位服务,BSC向相邻BTS请求信道分配。BSC指令服务BTS请求功率增大功能(PUF)信号。服务BTS指令MS发送PUF信号。MS向服务和各相邻BTS发送PUF信号。服务和各相邻BTS接收具有不同时间延迟的PUF信号来检测计算位置所需的参数,并向BSC报告检测到的参数。BSC将该参数发送给MSC。MSC用这些参数计算MS的位置。
文档编号H04B7/02GK1240272SQ9910845
公开日2000年1月5日 申请日期1999年6月16日 优先权日1998年6月19日
发明者张泰俊, 许硕均 申请人:三星电子株式会社