CN101790189A

CN101790189A - 一种移动台定位的方法

Info

Publication number: CN101790189A
Application number: CN 200910214341
Authority: CN
Inventors: 周冠宇; 李建中; 廖俊; 马俊涛
Original assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Current assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明涉及移动通信***的技术领域，特别涉及移动通信***中GSM制式的一种移动台定位方法，该移动台定位的方法，包括如下步骤：A、收集目标城市的数据，并生成以地理栅格为对象的传播特征表；B、采集测量报告，将测量报告按每个通话分拣；C、合并处理同一通话中的若干条连续测量报告；D、将基站色码BSIC和广播频率号BCCH对应到小区编号CellID；E、根据合并后的测量报告，判断通话是否发生在室内，若是，则所处的室内为移动台的定位，若不是，则通话是发生在室外，转向下一步；F、将合并后测量报告的特征数据与步骤A生成的地理栅格的传播特征表的相似度进行对比，找出移动台所处的地理栅格，从而实现精确的移动台定位。

Description

一种移动台定位的方法

技术领域

本发明涉及移动通信***的技术领域，特别涉及移动通信***中GSM制式的一种移动台定位方法。

背景技术

在移动通信***的GSM制式中，其网络协议约定，处于呼叫状态的移动台以480ms的周期向网络侧上报其测量报告，测量报告中包含了移动台所处的服务小区、时间提前量及其下行接收场强，以及最多6个邻小区的色码、频点和下行接收场强。这些信息是当前所有移动台定位技术的基础数据源。

目前，GSM的移动台定位的技术主要基于信号传播时间、无线电波能量衰减测量、三角关系和运算等技术。

一般性的定位方法有信号到达角(AOA)定位、场强定位和Cell-ID TA定位，这些定位方法的精度低(大于300m)，对于目前城市内日渐缩小的基站间间距(200m至300m)，这种定位精度甚至大于很多基站小区的覆盖区，没有任何定位意义。

针对这种情况，一些新的定位方法有增强型观察时间差E-OTD、上行链路到达时间定位TOA、上行链路到达时间差定位TDOA以及A-GPS，这些方法有效的提高了定位精度，但它们又有诸多的限制条件，E-OTD需要对移动台进行协议改造和软件升级，TOA/TDOA需要对移动网进行改造，A-GPS需要增加硬件模块和软件升级定位，因此，这些新定位方法实用性较差，而且应用范围很难推广，不适用于整个城市移动网的全网移动台定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种对网络设备和移动台设备无依赖性且能提高现有GSM定位技术的精度的移动台定位方法，该移动台定位方法具有实用性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种移动台定位的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、收集目标城市的数据，并生成以地理栅格为对象的传播特征表；

B、采集测量报告，将测量报告按每个通话分拣；

C、合并处理同一通话中的若干条连续测量报告；

D、将基站色码BSIC和广播频率号BCCH对应到小区编号CellID；

E、根据合并后的测量报告，判断通话是否发生在室内，若是，则所处的室内为移动台的定位，若不是，则通话是发生在室外，转向下一步；

F、将合并后测量报告的特征数据与步骤A生成的地理栅格的传播特征表的相似度进行对比，找出移动台所处的地理栅格，从而实现精确的移动台定位。

其中，步骤A所述的目标城市的数据包括目标城市网络工程参数表和目标城市三维地图数据，其中网络工程参数包括小区编号CellID、广播频率号BCCH、基站色码BSIC；通过商业无线仿真软件加载目标城市的网络工程参数表、三维地图数据，以三维射线跟踪模型进行无线覆盖仿真，并将无线覆盖仿真结果导出生成以地理栅格为对象的传播特征表。

步骤B所述的将测量报告按每个通话分拣是按测量报告所在的小区编号CellID、信令消息的链路标识NTEI、信令消息的时隙编号标识NTSN、信令消息的子信道标识NSUBCH、信令消息的日期TDATE和时间TTIME和信令消息的通话标识callid的顺序依次分类。亦即按如下步骤进行分类：

1)根据测量报告中的服务小区编号CellID，将测量报告进行分类；

2)在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的链路标识NTEI，将测量报告进行再分类；

3)在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的时隙编号标识NTSN，将测量报告进行再分类；

4)在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的子信道标识NSUBCH，将测量报告进行再分类；

5)在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的日期TDATE和时间TTIME，将测量报告进行时间升序排序；

6)在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的通话标识callid，将其连续时间内的测量报告归并为属于一个通话的测量报告。

也即是说，分拣出一个通话的测量报告是根据一段连续时间内CellID-NTEI-NTSN-NSUBCH-callid来识别，其基本原理是：某一时刻，在一个小区的，一个链路上的，一个时隙上的，一个子信道上只会存在一个通话，也就只存在一个通话的测量报告。

步骤C所述的合并处理是将一个通话中的连续5-10个测量报告进行合并处理。

步骤D通过采用如下工作步骤来保证二者之间的正确对应关系，

D1、以服务小区的邻区表为信息基础，查找基站色码BSIC和广播频率号BCCH所对应小区编号CellID；

D2、若D1步骤不能找到相对应的CellID，则说明该基站色码BSIC和广播频率号BCCH信息出现解码错误，应该将该邻小区从测量报告排除。

步骤E通过以下方法判断，

E1、在网络工程参数中查询测量报告的服务小区CellID是否是微蜂窝或微微蜂窝，若是，则认为该测量报告发生在该服务小区CellID所在建筑物内；

E2、在E1步骤不成立的情况下，若测量报告中的时间提前量TA大于3，则在网络工程参数中查询测量报告的服务小区CellID是否下挂有直放站，若是，则认为该测量报告发生在该直放站所在建筑物内；

E3、在E1和E2不成立的情况下，通话是发生在室外。

步骤F所述测量报告的特征数据与步骤A生成的地理栅格的传播特征表的相似度对比的方法如下，

一个合并后的测量报告或一个地理栅格传播特征作为一个向量，在向量中，以小区编号(包括服务小区和邻小区)作为其维度空间，以小区编号对应的接收电平作为维度空间内的度量值，采用向量相似度的计算方法：

设两个向量X＝(x₁，x₂，...x_n)，Y＝(y₁，y₂，...y_n)，则：

内积：

[X, Y] = Σ_{i = 1}^{n} x_{i} * y_{i},

向量范数(长度)：

| | X | | = \sqrt{[X, X]} = \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {x_{i}}^{2}},

向量夹角：

θ = \arccos \frac{[X, Y]}{| | X | | \cdot | | Y | |},

向量正交：θ＝90°，

计算两向量之间的相似度：

长度：

α = 1 - \frac{| | | X | | - | | Y | | |}{| | X | |},

方向：

向量相似度：γ＝α·β

该移动台定位的方法根据需要步骤B与步骤C之间还包括步骤B+，

B+、修正测量报告中异常的时间提前量，对初始接入和切换进入的首个测量报告进行修正。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明在不增加对移动台和移动网额外要求的前提下，多维度和多层次的运用移动台测量报告信息，结合网络工程参数和三维射线跟踪的仿真结果，区分移动台所处的室内和室外，运用向量相似度方法，将室外定位精度提升到100米以内。

本发明的移动台定位方法作为GSM移动网的网络规划和网络优化的基础性方法，为有效的部署基站和优化的频率规划，以及快速的网络调优和排障，提供了更有效、更准确的支撑。

附图说明

图1是本发明移动台定位方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明提供了一套对网络设备和移动台设备无依赖性的移动台定位方法。移动台定位的实施是一项***工程，包括了移动网检查、移动网测试、移动网仿真、数据分析与处理、结果生成及应用，其最终的载体是软件工具。

在实施移动台定位之前，需要预定义定位的基本地理栅格大小，通常设置为100米，这是与本发明的定位精度是相匹配的，后续的具体实施步骤如下：

步骤S1：对目标城市的覆盖区域生成无线覆盖仿真

步骤S1.1：收集准确的目标城市网络工程参数表，该工程参数表中小区编号CellID、广播频率号BCCH、基站色码BSIC、天线挂高、天线方位角、天线水平半功率角、天线增益、发射功率等需要进行检查，核实这些参数项的真实性；

步骤S1.2：准备准确和详实的目标城市三维地图数据，该地图数据需要标识出地面建筑的高度和形状，采用商业的三维地图数据，精度在50米以下；

步骤S1.3：进行全面的目标城市移动网路面测试，对目标城市内的主要路段，驾车采集现在移动网的信号数据；

步骤S1.4：采用成熟的商业无线仿真软件，加载目标城市的网络工程参数表、三维地图数据，以三维射线跟踪模型进行无线覆盖仿真，导入实地采集的信号数据校正无线覆盖仿真，得到更为准确的无线覆盖仿真结果；

步骤S2：将无线覆盖仿真结果映射到地理栅格的传播特征表

无线覆盖仿真结果生成的是按三维地图的基本单位BIN为对象的，仿真结果的数据记录中包含该地理BIN的经纬度信息，以及该地理BIN接受到周边小区的无线信号场强。当仿真结果中的地理BIN与预定义的地理栅格是相同时，直接将无线覆盖仿真结果导出生成以地理栅格为对象的传播特征表；当仿真结果中的地理BIN比地理栅格小时，则将多个地理BIN的仿真结果进行合并处理，相同的多个小区条目进行平均合并，唯一存在的小区直接列入，生成以地理栅格为对象的传播特征表。

步骤S3：测量报告的数据准备

步骤S3.1：通过信令采集***，从GSM移动网的Abis接口中采集含有测量报告的信令数据，生成原始数据文件；

步骤S3.2：根据信令采集***的原始数据文件格式，解析其中的测量报告，需要解析出以下字段信息：

步骤S4：将基站色码BSIC和广播频率号BCCH对应到小区编号CellID

采用如下工作步骤来进行二者之间的对应：

步骤S4.1以服务小区的邻区表为信息基础，查找基站色码BSIC和广播频率号BCCH所对应小区编号CellID，在邻区表中不可能出现基站色码BSIC和广播频率号BCCH与CellID一对多的对应关系；

步骤S4.1若上一步骤不能找到相对应的，则说明该基站色码BSIC和广播频率号BCCH信息出现解码错误，将该邻小区从测量报告排除；

将基站色码BSIC和广播频率号BCCH对应到小区编号CellID的目的有两个：一是实现信息类型的转换；二是排除测量报告中异常的邻小区。

步骤S5：测量报告按通话分拣，并按时序排列

解析出来的所有通话的测量报告均是按时间顺序混合在一起的，从中恢复出按通话进行分类的测量报告采用以下工作步骤：

步骤S5.1：根据测量报告中的服务小区编号CellID，将测量报告进行分类；

步骤S5.2：在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的链路标识NTEI，将测量报告进行再分类；

步骤S5.3：在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的时隙编号标识NTSN，将测量报告进行再分类；

步骤S5.4：在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的子信道标识NSUBCH，将测量报告进行再分类；

步骤S5.5：在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的日期TDATE和时间TTIME，将测量报告进行时间升序排序；

步骤S5.6：在上一步基础上，根据测量报告所在信令消息的通话标识callid，将其连续时间内的测量报告归并为属于一个通话的测量报告。

分拣通话测量报告的目的在于后续的测量报告的合并处理。

步骤S6：修正测量报告中的异常数据

通话在初始接入或切换进入新小区时，首个测量报告的时间提前量TA值会被预估为“0”值或者“null”值，为了修改这个偏差，需要将后续测量报告的时间提前量TA值赋值给首个测量报告。

步骤S7：合并处理同一通话中的多条连续测量报告

对于一个通话中的连续5-10个测量报告进行合并处理，之所以选择5-10个，是考虑到城市内通话用户的移动速度较慢，在10个测量报告时长内即4.8s，用户若是36公里/小时的直线速度，将移动48米，即使是72公里/小时的直线速度，也不过移动了96米，这都是在所选择的地理栅格100米范围内，若地理栅格缩小或者用户移动速度更快，则可以将10个测量报告的合并改为5个测量报告的合并。10个测量报告合并的工作步骤如下：

步骤S7.1：将10个测量报告的时间提前量TA进行平均合并；

步骤S7.2：将10个测量报告的服务小区的接收电平进行平均合并；

步骤S7.3：将10个测量报告的相同邻小区的接收电平进行平均合并；

步骤S7.4：将10个测量报告的不同邻小区信息写入合并后的测量报告；

通过上述方式，将10个测量报告合并为1个测量报告，合并后的测量报告可能有0-60个(极端情况)邻小区，正常情况下是6-10个邻小区。

合并测量报告的目的有三个：一是获得一个稳定均值化的无线状态下测量报告；二是弱化异常数据影响；三是取得更多的定位参考量。从而提高定位精度。

步骤S8：判断通话发生在室内或室外

识别测量报告发生在室内需要通过以下方法步骤：

步骤S8.1：在网络工程参数中查询测量报告的服务小区CellID是否是微蜂窝或微微蜂窝，若是，则认为该测量报告发生在该服务小区CellID所在建筑物内；

步骤S8.2：在上一步骤不成立的情况下，若测量报告中的时间提前量TA大于3，则在网络工程参数中查询测量报告的服务小区CellID是否下挂有直放站，若是，则认为该测量报告发生在该直放站所在建筑物内；

步骤S8.3：在上两步不成立的情况下，则需要将测量报告与地理栅格的传播特征表的相似度进行对比，找到满足相似度要求的地理栅格，并判断相似度对比的模比门限，满足模比门限要求的，则认为该测量报告发生在该地理栅格的建筑物内。

识别测量报告发生在室内和室外是为了提高定位精度，因为移动台在室内时，其测量报告的特征量会被扭曲，从而将导致移动台定位的偏差较大。

步骤S9：测量报告与地理栅格的传播特征表进行相似度比对

设两个向量X＝(x₁，x₂，...x_n)，Y＝(y₁，y₂，...y_n)，则：

A.内积：

[X, Y] = Σ_{i = 1}^{n} x_{i} * y_{i}

B.向量范数(长度)：

| | X | | = \sqrt{[X, X]} = \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {x_{i}}^{2}}

C.向量夹角：

θ = \arccos \frac{[X, Y]}{| | X | | \cdot | | Y | |}

D.向量正交：θ＝90°

计算两向量之间的相似度：

1、长度：

α = 1 - \frac{| | | X | | - | | Y | | |}{| | X | |},

2、方向：

3、向量相似度：γ＝α·β

由于涉及到大向量的计算，借助于支持向量机技术(SVM)。

Claims

1.一种移动台定位的方法，其特征在于：包括如下步骤：

B、采集测量报告，将测量报告按每个通话分拣；

C、合并处理同一通话中的若干条连续测量报告；

D、将基站色码BSIC和广播频率号BCCH对应到小区编号CellID；

2.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤A所述的目标城市的数据包括目标城市网络工程参数表和目标城市三维地图数据，其中网络工程参数包括小区编号CellID、广播频率号BCCH、基站色码BSIC；通过商业无线仿真软件加载目标城市的网络工程参数表、三维地图数据，以三维射线跟踪模型进行无线覆盖仿真，并将无线覆盖仿真结果导出生成以地理栅格为对象的传播特征表。

3.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤B所述的将测量报告按每个通话分拣是按测量报告所在的小区编号CellID、信令消息的链路标识NTEI、信令消息的时隙编号标识NTSN、信令消息的子信道标识NSUBCH、信令消息的日期TDATE和时间TTIME和信令消息的通话标识callid的顺序依次分类。

4.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤C所述的合并处理是将一个通话中的连续5-10个测量报告进行合并处理。

5.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤D通过采用如下工作步骤来保证二者之间的正确对应关系，

D2、若D1步骤不能找到相对应的CellID，则将该邻小区剔除测量报告。

6.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤E通过以下方法判断，

E3、在E1和E2不成立的情况下，通话是发生在室外。

7.根据权利要求1所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤F所述测量报告的特征数据与步骤A生成的地理栅格的传播特征表的相似度对比的方法如下，

设两个向量X＝(x₁，x₂，...x_n)，Y＝(y₁，y₂，...y_n)，则：

内积：

[X, Y] = Σ_{i = 1}^{n} x_{i} * y_{i},

向量范数(长度)：

| | X | | = \sqrt{[X, X]} = \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {x_{i}}^{2}},

向量夹角：

θ = \arccos \frac{[X, Y]}{| | X | | \cdot | | Y | |},

向量正交：θ＝90°，

计算两向量之间的相似度：

长度：

α = 1 - \frac{| | | X | | - | | Y | | |}{| | X | |},

方向：

向量相似度：γ＝α·β。

8.根据权利要求1至7任一项所述的移动台定位的方法，其特征在于：步骤B与步骤C之间还包括步骤B+，