CN101536596B - 用于确定移动通信网络中终端设备的位置的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定移动通信网络中终端设备(110)的位置的改进方法。已知的定位方法在建筑物内部是不精确的，或者是不可用的，或者具有较差的可用性。即使在只有相对不精确的定位方法可用于第一终端设备自身的情况下，尤其是在处于建筑物内部时，该新方法可以结合附近的第二终端设备(120)进行相对精确的定位。利用第一定位方法确定第二终端设备(120)的绝对位置。然后利用第二定位方法确定第一终端设备(110)相对于第二终端设备(120)的相对位置。最后，根据第二终端设备(120)的绝对位置和第一终端设备(110)相对于第二终端设备(120)的相对位置，确定第一终端设备(110)的绝对位置，其中第一定位方法和第二定位方法是不同的方法。

Description

用于确定移动通信网络中终端设备的位置的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于确定移动无线网络中用户设备的位置的改进方法和装置。
背景技术
确定用户设备的位置的能力是现代移动无线网络的重要特性。在此上下文中，用户设备可以是移动电话，不过尤其还可以是安装有在移动无线网络中用于发送和接收的装置的任何计算机。各种位置确定方法是可用的。
在简单的小区定位的情况下，用户设备在其上运行的无线小区的位置被确定。精确性取决于无线小区的大小和形状。无线小区越小，实际的位置与所确定的位置将更精确地一致。
利用所谓的TDOA方法(TDOA为到达时间差)，基于用户设备发送的信号到达多个不同接收机上的接收时间之间的差值，确定移动无线网络中该用户设备的位置。利用在已知位置的两个接收机，可能的发射机位置被设置在双曲面上。如果第三接收机存在，那么可能的位置被设置在由两个双曲面的交点形成的曲线上。精确的位置确定需要至少四个接收机。
然而，TDOA方法的一个缺点是定位不够精确，这可以从接收机和/或发射机的布局、接收机***的时间测量结果、接收机***的同步或者所发送的脉冲的带宽中找到可能的原因。
为了确定用户设备的位置，所谓的E-OTD方法使用已存在的GSM基础设施。通过穿过三个基站的三角测量确定用户设备的位置，其中计算是基于用户设备(例如，移动电话)的无线信号到达的时差。这些时差或者从用户设备被发送至网络以便用于位置确定，或者用户设备从网络接收另外的数据，并利用此数据计算其自身位置。该方法也在建筑物内部使用，但与实际位置偏差100米，达不到GPS的精度。另外，用户设备必须专门适用于E-OTD。
具有相对高的精度的一种方法是所谓的AGPS方法(辅助GPS)。该方法通过移动无线网络传输临时数据以用于更快的GPS定位。参考移动电话所使用的无线小区，移动电话的近似地点为已知。通过测量来自于被设置在附近的其它移动无线电杆的信号延迟时间，该位置能够更精确地被确定。为了精确地计算该地点，需要通过至少三个基站接收。如果仅仅两个基站来接收，那么该地点可能被限制到仅仅两个位置。
该信息能够用于缩小卫星信号(可见卫星的特征、近似的延迟时间以及多普勒位移)的搜索范围，从而加速测量。
利用传统的GPS，接收机有两个任务。接收机测量信号的到达时间并且读取从卫星发送的数据，该数据包含航道参数和误差校正等。在A-GPS的情况下，基准接收机读取卫星数据，该基准接收机以固定方式被设置并且对天空具有良好的可见度。基准接收机的精确的位置数据已被测量。因此，移动接收机仅仅需要测量卫星信号的到达时间，这需要低至30dB的电平。
依赖于该位置的实际计算在其上被实施的地点，在基于网络的方式与基于终端设备的方式之间存在差别。在基于网络的A-GPS的情况下，用户设备发送各个卫星信号的被测量的信号延迟时间，移动无线网络中的服务器利用这些时间计算确切的位置，该位置最终被发送回用户设备。在这种情况下，临时数据不包括搜索区域的参数。在基于终端设备的方式的情况下，用户设备仅仅接收卫星数据和辅助数据，并且在测量之后计算其自身位置。
A-GPS方法的一个缺点是移动用户设备中需要接收机以便用于GPS卫星信号，这产生额外的成本。另一个缺点是在建筑物内部，仅仅有非常弱的GPS信号能被接收到，或者根本接收不到GPS信号。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于定位移动无线网络中用户设备的方法和***，即使只有相对不精确的定位方法可用于所述用户设备自身，本发明也允许相对精确的定位。具体地说，本发明的目的在于允许精确地确定建筑物内部用户设备的位置，其中例如不可能使用AGPS。
通过根据独立权利要求1所述的用于确定移动无线网络中用户设备的位置的方法和根据独立权利要求13所述的相应的***，能够实现根据本发明的目的。有利的实施例被限定在从属权利要求中。
在本发明的一个实施例中，一种用于确定移动无线网络中第一用户设备的绝对位置的方法包括：利用第一位置确定方法确定第二用户设备的绝对位置；利用第二位置确定方法确定第一用户设备的相对位置；以及根据第二用户设备的绝对位置和用户设备相对于第二用户设备的相对位置，确定第一用户设备的绝对位置。第一位置确定方法和第二位置确定方法是不同的方法。
在另一个实施例中，所述确定第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置可包括：利用第二位置确定方法确定第一用户设备的第一绝对临时位置；利用第二位置确定方法确定第二用户设备的第二绝对临时位置；以及根据第一用户设备的第一绝对临时位置和第二用户设备的第二绝对临时位置，确定相对位置。
在又一个实施例中，所述第一位置确定方法可允许比第二位置确定方法更精确地确定绝对位置。AGPS方法可被用作第一位置确定方法。TDOA方法可被用作第二位置确定方法。
在再一个实施例中，一种用于确定移动无线网络中用户设备的绝对位置的方法也可包括检验是否能利用第一方法确定用户设备的绝对位置。如果是，则可利用第一位置确定方法确定用户设备的绝对位置。所述方法可被周期性地重复。另外，所述方法也可根据请求被专门执行。
在又一个实施例中，一种用于确定移动无线网络中用户设备的位置的方法可另外包括：执行上述步骤，以用于确定用户设备相对于多(n)个第二用户设备的多(n)个位置；以及根据多(n)个位置确定用户设备的位置。
一种用于确定移动无线网络中用户设备的绝对位置的***可包括：利用第一位置确定方法确定第二用户设备的绝对位置的装置；利用第二位置确定方法确定第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置的装置；以及根据第二用户设备的绝对位置和用户设备相对于第二用户设备的相对位置，确定第一用户设备的绝对位置的装置，其中所述第一位置确定方法和第二位置确定方法是不同的方法。
附图说明
参照附图，本发明的这些和另外的方面、特性和优点被展示在以下对示例性实施例的详细描述中。附图如下：
图1示出根据本发明一个实施例的方法可被使用的情况的示意表示；
图2示出根据本发明一个实施例的方法的流程图；
图3示出根据本发明另一个实施例的方法的流程图；
图4示出在一些相邻设备中根据本发明另一个实施例的方法可被使用的情况的示意表示；
图5示出根据本发明又一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1提供用户设备110被布置在建筑物内部的情况的示意表示。建筑物以这样的方式屏蔽用户设备110，使得用户设备110只能不完全地接收或者根本接收不到卫星导航***的信号。相比而言，相邻的用户设备120不被屏蔽，使得对于其部件来说，用户设备120能使用卫星导航***的信号以用于位置确定。
现在，本发明根本的思想是将相邻的用户设备120的定位合并到用户设备110的位置确定中，从而用这样的方式增加用户设备110的位置确定的精确性。
图2示出根据本发明实施例的用于确定移动无线网络中用户设备的绝对位置的方法200的流程图。我们假设为结合图1所描述的情况。
在步骤210，利用第一位置确定方法测量用户设备120的第一绝对位置。第一位置确定方法能够以卫星导航***为基础。假设用户设备120能够接收和处理卫星导航***的信号以便提供位置确定。GPS***能够被用作卫星导航***。作为替代，能够使用伽利略(GALILEO)***或者混合***。第一位置确定方法可以是所谓的AGPS方法(辅助GPS，参看前面)。
在步骤220，利用第二位置确定方法确定第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置。在此上下文中，根据本发明一个实施例，在利用第二位置确定方法测量的每种情况下，能够确定表示相对于作为坐标原点的第一用户设备的位置的第二用户设备的位置的向量。假设第二位置确定方法既能够为第一用户设备执行，又能够为第二用户设备执行，而不考虑第一用户设备被布置在建筑物内部的事实。在本发明一个实施例中，第二位置确定方法提供与第一位置确定方法相比变差的精确性。TDOA方法可以用作第二位置确定方法。
在步骤230，根据第二用户设备的绝对位置和第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置，确定第一用户设备的绝对位置。
在本发明一个实施例中，通过利用第二位置确定方法确定第一用户设备的第一绝对临时位置和第二用户设备的第二绝对临时位置，能够确定第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置。然后第一用户设备相对于第二用户设备的相对位置作为这两个临时位置之间的差值被获得。然后第一用户设备的绝对位置能够作为第二用户设备的绝对位置与该相对位置之和被确定。在向量公式中：
a → = p → + ( r 2 → - r 1 → )
本发明另一个实施例包含以固定时间间隔重复根据步骤210至步骤230的位置确定或者仅仅基于特定的请求执行步骤210至步骤230。
图3示出根据本发明另一个实施例的用于确定移动无线网络中用户设备的绝对位置的方法的流程图。假设第一位置确定方法比第二位置确定方法运行地更精确。如果为正在讨论中的用户设备110的位置确定不能找到更好的选择，那么就只需要利用图2的上下文中所描述的方法。
因此，在步骤310，在使用第一位置确定方法和第二位置确定方法之前，执行测试以便确定第一位置确定方法是否可用于确定用户设备110的位置。如果是，那么第一位置确定方法被用在步骤320中，从而确定用户设备110的位置。
只有在第一位置确定方法不可用于用户设备110时，结合图2所描述的方法才被用在步骤330、340和350中。该流程具有的优点在于，如果精确定位还能通过另外的方式被实现，那么可以节省更昂贵的方法的实施。
图4提供用户设备410以与图1中的情况类似的方式被布置在建筑物内部的另一种情况的表示，其中一些第二用户设备420、430和440现可用于根据本发明的位置确定。
以下部分描述结合图2所提出的方法如何能够在图4所示的情况中被进一步改进。在此上下文中，再次假设第一位置确定方法不可用于用户设备410自身，而是仅仅第二方法可用。
图5示出根据本发明另一个实施例的用于确定移动无线网络中用户设备的绝对位置的方法的流程图，其中考虑到存在一些相邻的第二用户设备。以下段落中相邻的第二用户设备的个数为n。
在步骤510，利用第一位置确定方法为每个相邻的第二用户设备520、530等确定绝对位置ai，其中i＝1，...，n。在步骤520，针对每个相邻的第二用户设备520、530等，利用第二位置确定方法确定第一用户设备510相对于各个第二用户设备的相对位置ri。
在步骤530，根据结合图2所表示的公式，利用绝对位置ai和相对位置ri的组合获得用户设备510的n个位置pi，其中一些可以是相同的，而一些也可以是不同的。最终位置p的确定能通过选择和/或组合pi来实现。
例如，使与单个pi的距离的平方和最小的位置能作为最终位置p被确定：
p = min p Σ i = 1 n ( p i - p ) 2
本发明所呈现的优点在于移动无线***中用户设备的位置可以确定，即使只有相对不精确的定位方法可用于该用户设备。本发明的一个特别的优点是精确地确定建筑物内部用户设备的位置，其中例如不可能使用AGPS。

Claims (10)

1.一种用于确定移动无线网络中第一用户设备(110)的绝对位置的方法，包括以下步骤：
利用第一位置确定方法确定至少一个第二用户设备(120)的绝对位置；
利用第二位置确定方法确定所述第一用户设备(110)相对于所述第二用户设备(120)的相对位置，其中在利用所述第二位置确定方法测量的每种情况下，能够确定表示相对于作为坐标原点的第一用户设备(110)的位置的第二用户设备(120)的位置的向量；
根据所述第二用户设备(120)的绝对位置和所述第一用户设备(110)相对于所述第二用户设备(120)的相对位置，确定所述第一用户设备(110)的绝对位置，其中所述第一位置确定方法和所述第二位置确定方法是不同的方法。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述第一用户设备(110)相对于所述第二用户设备(120)的相对位置包括：
利用所述第二位置确定方法确定所述第一用户设备(110)的第一绝对临时位置；
利用所述第二位置确定方法确定所述第二用户设备(120)的第二绝对临时位置；
根据所述第一用户设备(110)的第一绝对临时位置和所述第二用户设备(120)的第二绝对临时位置，确定所述相对位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一位置确定方法允许比所述第二位置确定方法更精确地确定所述绝对位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中AGPS方法用作所述第一位置确定方法。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中TDOA方法用作所述第二位置确定方法。
6.一种用于确定移动无线网络中用户设备(110)的绝对位置的方法，包括以下步骤：
测试是否能利用第一方法确定所述用户设备(110)的绝对位置；以及
如果是，则利用所述第一方法确定所述用户设备(110)的绝对位置；
如果否，则利用根据权利要求1至5中任一项所述的用于确定移动无线网络中第一用户设备的绝对位置的方法确定所述用户设备(110)的绝对位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述用于确定移动无线网络中第一用户设备的绝对位置的方法被周期性地重复。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述用于确定移动无线网络中第一用户设备的绝对位置的方法仅根据请求被执行。
9.一种用于确定移动无线网络中第一用户设备(410)的位置的方法，具有以下步骤：
利用根据权利要求1所述的用于确定移动无线网络中第一用户设备的绝对位置的方法，以用于确定所述第一用户设备(410)相对于多(n)个第二用户设备(420、430和440)的多(n)个位置；
根据所述第二用户设备(420、430和440)的多(n)个位置，确定所述第一用户设备(410)的位置。
10.一种用于确定移动无线网络中第一用户设备(110)的绝对位置的***，包括：
利用第一位置确定方法确定至少一个第二用户设备(120)的绝对位置的装置；
利用第二位置确定方法确定所述第一用户设备(110)相对于所述第二用户设备(120)的相对位置的装置，其中该装置在利用所述第二位置确定方法测量的每种情况下，能够确定表示相对于作为坐标原点的第一用户设备(110)的位置的第二用户设备(120)的位置的向量；
根据所述第二用户设备(120)的绝对位置和所述第一用户设备(110)相对于所述第二用户设备(120)的相对位置，确定所述第一用户设备(110)的绝对位置的装置，其中所述第一位置确定方法和所述第二位置确定方法是不同的方法。
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