CN1288645A - 包括至少两个用于定位移动台的测量装置的蜂窝无线*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜂窝无线***,在该***的每个小区中,包括至少一个与位于其区域内的终端(106)通信(104)的基站(100、102)。为了有效地定位终端,本发明的***包括至少一组测量装置(112、114),用于监听终端所发送的信号,并为至少两种不同的终端定位方法收集测量数据。

Description

包括至少两个用于定位移动台的 测量装置的蜂窝无线***

本发明涉及一种蜂窝无线***，在该***的每个小区中，包括至少一个与位于其区域内的终端通信的基站。

移动电话***一般覆盖广阔的地理区域，包括多个覆盖区域，或者小区，每个小区通常由一个基站提供服务。小区的大小一般根据该区域中的电话业务量而定，相差很大。在高业务量密度区域中，小区大小一般小于呼叫较少的区域。不论小区大小如何，通常都会出现这样的情况，即知道移动电话的地理位置和移动方向会比较有利的情况。

为了确定终端的地理位置，已经开发出多种不同的方法。一种已知的现有技术方法是方向搜寻(DF)方法，该方法中至少由两个DF接收机接收终端所发送的信号。网络事先必须大致知道终端的位置，才能够控制终端发送信号的覆盖区域中的DF接收机，同时接收终端所发送的信号。换句话说，DF接收机必须知道从终端来的信号的传输参数，例如所用的信道、时隙和任何跳频。这样，信令消息在网络中产生了负荷。每个DF接收机估计终端所发送的信号的到达方向。根据该信息和DF接收机的已知位置，每个DF接收机可以导出一个扇区，该扇区指示了终端所在的方向。终端可以通过两个或多个扇区的交集来定位。扇区的数量越多(即DF接收机)，位置精确度越好。每个DF接收机将其测量结果通知给负责计算的网络单元，例如移动定位中心MPC。

在现有技术方案中，DF接收机位于基站或其它适当的位置。该方案需要天线组来估计信号的到达方向。为了允许DF接收机更好地测量来自终端的信号，可以要求终端以全发射功率进行小区内切换。DF方法不适合要求连续位置监控的情况，因为所需的信令加重了网络负荷。需要定位数量众多的终端的情况也会加重网络负荷。DF方法的精确度在市区不高，这是因为市区内建筑物所造成的多径传播和反射使得信号到达方向的确定不够精确。

另一已知定位方法基于信号的到达时刻(TOA，到达时刻；TDOA，到达时差)。在这种方法中，基站中增加了一个接收机。该接收机监听发往服务该终端的另一基站的终端传输。为了允许接收机更好地测量从终端发出的信号，要求终端以全发射功率进行小区内切换，邻接基站中的附加接收机接收终端针对越区切换发出的接入消息。

上述方法要求每个基站能够通过应用同一时间标准来精确确定接入消息的时刻。这要求接收机的共同同步。实际上，可以在接收机中安装GPS接收机以提供同步。问题在于，邻接基站能够收听终端的传输。这限制了该方法，使得该方法只能在基站相当分散的区域，例如乡村。此外，该方法的容量有限，因为每个附加接收机一次只能可靠地测量一个终端。

第三种已知方法基于信号间的观察时差(OTD)。在该方法中，终端测量基站间的定时差。如果基站不同步，那么该方法还需要基站间同步差(RTD，实际时间差)的信息。根据该信息确定基站的位置。该方法在专利申请FI954705中详细描述。

总之，可以说仍没有适用于不同环境的终端位置。

因此，本发明的目的是提供一种蜂窝无线***，该***能够有利地利用一种或多种定位方法来定位终端。这通过前序中描述的***来实现，其特征在于，该***包括至少一组测量装置，用于监听终端所发送的信号，并为至少两种不同的终端定位方法收集测量数据。

本发明的优选实施例在相关的权利要求中公开。本发明的基本思想在于，不同的定位方法包括的特性和功能可以由同一个设备实现。例如，在数字时分多址***，例如GSM***中，OTD和TOA定位方法需要类似的测量和设备，因而提供同时支持两种方法的测量装置较为有利。

本发明的方案具有多个优点。如果同一设备可以通过不同方法定位终端，则可以容易地选出最适合特定情况或环境的定位方法，或者定位方法的组合。本发明的方案还在设备配置方面较为有利，因为可以避免重复实现，从而可以在网络的不同点提供统一形式的定位设备。这使得维护开销可以大量节省。***运营商可以利用本发明的方案，以所需步进量逐渐增加测量装置的数量以构造定位业务。测量设备的数量决定了测量精度，即业务参数之一。

为了能测量例如TOA和DF方法中的正确信号，测量装置必须知道终端正在发送的信道(例如数字时分多址蜂窝***的频率和时隙)。控制测量装置的网元，例如移动定位中心或基站控制器，可以将该时隙通知给测量装置，但是测量装置仍必须知道终端的定时。测量装置然后测量服务该终端的基站的传输，得到基站和终端的定时信息。在TOA和TDOA方法中，在测量装置测量了终端所发送的信号之后，它们必须对测量结果打上时间戳。一种可选方案是使用GSP信号作为时间基准。另一方案是测量装置利用适当基站(例如服务该终端的基站)的定时生成时间戳。测量装置在从基站接收传输时获知定时。此外，测量装置还可以测量其它基站的信号以得到基站间的定时差。根据测量装置进行的基站测量，网元，例如移动定位中心，可以确定基站间的定时差，从而允许不同测量装置所报告的终端信号的时间戳彼此对应(换句话说，参与特定终端定位的所有测量装置不一定要能够测量服务该终端的基站并使用该基站的定时)。

在OTD方法中，基站必须同步，或者必须知道基站间的定时差。为了得知定时差，测量装置能够测量基站发出的信号，确定信号到达时间差。该过程类似于TOA方法中所需的过程(不需要基站进行同步传输)，即TOA和TDOA方法对测量装置提出的要求类似于OTD方法所提出的要求。如果TOA/TDOA方法中的测量装置包括为TOA/TDOA测量打时间戳的GPS接收机，则可以利用GPS同步不同基站的传输，只要测量装置位于基站。这种情况下的另一种可能性是基站的定时与GPS中的时钟相比较，得到的信息被前转给例如移动定位中心，用于得出基站间的定时差。

下面针对优选实施例和附图详细描述本发明，在附图中：

图1说明了本发明的蜂窝无线***；

图2a和2b说明了本发明测量设备的结构的例子；

图3说明了本发明***在定位操作中的信令的例子；以及

图4说明了本发明***在定位操作中的信令的另一例子。

下面结合图1，考察按照本发明的蜂窝无线***的结构。以下以GSM类型的无线***为例，尽管本领域技术人员显然明了，本发明的方案也可以应用于其它***。

该***包括多个基站100、102，它们与位于其区域的终端通信。图1示出了第一基站100与终端106通信104的情况。该***还包括控制基站的基站控制器107、108。在该图所示***中，第一基站100由第一基站控制器107控制，第二基站102由第二基站控制器108控制。一个基站控制器可以控制一个或者(通常)多个基站。为简明起见，该图示出了每个基站控制器仅控制一个基站的情况。

基站控制器则与移动交换中心110通信，后者监控并协调基站控制器的操作，将呼叫转发到网络的其它部分，以及外部网络。

本发明***包括至少一组测量装置112、114(GEMU，通用测量单元)，它们至少为两种不同的终端定位方法搜集测量数据。图1示出了第一和第二测量装置112和114。该测量装置可以位于基站，例如图1所示第二装置114；它们可以集成到基站；或者作为独立装置。另一种方案是，测量装置可以与其它网元分离，例如图1的第一测量装置112。测量装置所支持的定位方法包括例如上述DF、OTD和TOA/TDOA方法。

该***还包括移动定位中心(MPC)116，它通过应用一种或多种定位方法，利用测量装置112、114所搜集的信息，以及其他可能的信息来计算所需终端的位置。定位也可以在其它地方计算，例如在移动台中，只要将附加信息，例如基站间的定时差和基站坐标发送给移动台。移动定位中心与测量装置和移动交换中心10通信。测量装置112、114逻辑上可以由一个或多个网元控制。测量装置可以是例如移动定位中心单独控制的设备，它们也可以由移动定位中心和基站控制器同时控制。

图2a和2b是说明测量装置112的结构的例子的部件图。让我们首先考察图2a。测量装置首先包括天线200，用于接收需要监控的信号。测量装置还包括接收机部件202，它能够接收和测量通过天线接收的所需信号。接收机部件202可以通过现有技术方式实现，它基本上类似于基站接收机部件和/或终端接收机部件。测量装置还包括控制单元204，它通过处理器和必要的脱离电路来实现。控制单元控制接收机部件202和测量装置的所有操作。测量装置还包括收发信机部件206，测量装置利用它与网络的其它部分通信。这样，如图1所示，独立于其它网络设备定位测量装置112。测量装置具有到移动定位中心116的连接。连接118可以通过各种不同方式实现，所采用的实现方法决定了收发信机部件206的结构细节。例如，测量装置112和移动定位中心116之间的连接118可以作为调制解调连接实现，例如作为具有固定电缆的PCM连接，或者作为无线连接实现。连接118还可以通过公用或非公用数据网实现，例如通过X.25或IP协议实现的企业网和互连网。无线连接可以作为蜂窝无线***中的专用呼叫来实现，作为蜂窝无线***中的分组数据连接来实现，或者通过能够避免信令负荷的特殊实现来实现。在这些情况下，收发信机部件206符合连接所需的实现。如果采用例如无线连接，则该部件可以作为蜂窝无线***的收发信机实现，或者作为控制单元204所控制的，传送所需测量数据的调制解调器来实现。

接着我们来考察图2b。除了上述部分之外，测量装置还包括GPS接收机208，它通过天线210接收GPS信号。GPS接收机208允许测量装置同步其时钟和测量时间。但是，GPS接收机对设备的操作并不是必要的，因为同步也可以通过基站的帧速率来实现。如果测量装置位于基站，如同图1所示的测量装置114，则收发信机部件206的结构自然对应于这种实现。在这种方案中，测量装置114物理连接120到基站102。逻辑上它们可以由移动定位中心116和/或基站控制器108根据实现来控制。这通过基站控制器108和可能的移动交换中心110提供到移动定位中心116的逻辑连接122。下面结合图3，考察按照这种实施例实现的测量装置和移动定位中心116之间的通信。

让我们继续考察图1和图2a和2b。前面说过，测量装置112、114为至少两种不同的终端定位方法收集测量数据，测量装置支持，例如上述DF、OTD和TOA/TDOA方法。测量装置从终端106接收信号124、126，测量其到达时间(针对TOA方法)。测量利用控制单元204所控制的接收机部件202来实现。此外，测量装置可以测量信号的到达方向(针对DF方法)。为了确定到达方向，测量装置的天线200可以通过天线组来实现，该天线组通过定相信号来确定接收信号的到达角。天线组可以通过现有技术方法实现并控制。

对OTD方法而言，测量装置从基站接收信号128、130，进行RTD测量。测量由控制单元204所控制的接收机部件202来实现。对OTD方法而言，终端106测量从基站来的信号104、134的定时。

测量装置将测量结果前转给移动定位中心116，后者采用一种或多种定位方法，根据测量装置搜集的信息计算所需终端的位置。除了这样得到的信息之外，例如DF和TOA方法还需要其它信息，例如测量设备的坐标，这可以通过现有技术方法得到。移动定位中心还可能与基站控制器和/或移动交换中心协作控制测量装置。它还可以有与定位相关的其它功能。移动定位中心可以根据位置检查终端是否有权使用业务，是否根本无法定位终端，还是利用移动定位中心的应用是否有权定位终端。此外，呼叫的计费和话单处理可以作为移动定位中心所控制的定位功能来实现。移动定位中心116可以是网络中的单独设备，它也可以集成到其它网元(例如集成到基站控制器或者移动交换中心)，或者其功能可以分布化。

为了能够进行测量，测量装置需要终端所用的业务信道或信令信道的信息。移动定位中心可以通过查询或者自动从基站控制器或移动交换中心得到该信息，它可以将该信息传送到测量装置。移动定位中心可以例如通过MAP(移动应用部分)协议从移动交换中心查询信道信息。如果该测量装置逻辑上也由该基站控制器控制，则基站控制器可以将所需信息和任何命令直接转发给测量装置。

如果测量装置作为单独的单元与其它网络设备分离，则测量装置和移动定位中心之间的传输和信令可以自由设计，即不需要遵从蜂窝无线***的信令。例如，消息可以通过传统的电话线路传送。但是，测量装置最好位于基站，这样可以有利地利用已有传输，可能还能利用已有的信令信道。图3说明了信令图的一种可能模型，涉及的***假设为GSM***。该信令由移动定位中心控制。该信令例子假定区域中有3个基站BTS1、BTS2和BTS3，这些基站由同一个基站控制器BSC控制，每个基站具有测量装置GEMU1、GEMU2和GEMU3。让我们进一步假设终端MS位于基站BTS1区域中并与它通信。

在步骤301，移动定位中心利用新的MAP消息从移动交换中心请求无线信道信息。

在步骤302，移动交换中心利用新的A接口消息从基站控制器请求无线信道信息。

在步骤303，基站控制器利用新的A接口消息应答并发送使用的信道信息、时隙和跳频序列给移动交换中心。

在步骤304，移动交换中心利用新的MAP消息将无线信道信息转发给移动定位中心。

在步骤305，移动定位中心确定靠近服务该终端的基站的测量装置，通过移动交换中心发送启动测量消息给控制安装该测量装置的基站的基站控制器。该消息通过新的MAP消息发送。

在步骤306中，移动交换中心利用新的A接口消息将启动测量消息转发给基站控制器。

在步骤307中，基站控制器利用新的运营和维护(O&M)消息将启动测量消息转发给基站。

在步骤308中，基站在消息中去除运营和维护头，将消息转发给测量装置。

在步骤309中，测量装置进行必要的测量，将结果转发给基站。

在步骤310中，基站将测量结果打包成运营和维护消息，将消息转发给基站控制器。

在步骤311中，基站控制器利用新的MAP消息将测量结果发送给移动交换中心。

在步骤312中，移动交换中心利用新的MAP消息将测量结果发送给移动定位中心。

图4说明了可能的信令图的另一例子。涉及的***假设为GSM***。在该例中，信令由移动定位中心和基站控制器同时控制。该信令例子假定区域中有3个基站BTS1、BTS2和BTS3，这些基站由同一个基站控制器BSC控制，每个基站具有测量装置GEMU1、GEMU2和GEMU3。让我们进一步假设终端MS位于基站BTS1区域中并与它通信。

在步骤401，移动定位中心请求移动交换中心启动定位操作所需的测量。

在步骤402，移动定位中心请求基站控制器启动定位操作所需的测量。

在步骤403，基站控制器确定靠近服务该终端的基站的测量装置，利用新的运营和维护(O&M)消息将启动测量消息转发给基站。

在步骤404中，基站在消息中去除运营和维护头，将消息转发给基站控制器。

在步骤405中，测量装置进行必要的测量，将结果转发给基站。

在步骤406中，基站将测量结果打包成运营和维护消息，将消息转发给基站控制器。

在步骤407中，基站控制器利用新的A接口消息将一些或全部测量结果发送给移动交换中心。

在步骤408中，移动交换中心利用新的MAP消息将测量结果发送给移动定位中心。

应当理解，尽管以上两个例子中，基站都由同一个基站控制器控制，但这并不一定是实际情况。这些基站也可以由不同的基站控制器控制。这样，各种方案可用于信令传输。信令传输可以从服务该终端的基站控制器通过移动交换中心发送到其它基站控制器。另一方案是移动交换中心控制所有基站控制器。

尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想内通过多种方式变化。

Claims (12)

1. 一种蜂窝无线***，在该***的每个小区中，包括至少一个与位于其区域内的终端(106)通信(104)的基站(100、102)，其特征在于，该***包括至少一组测量装置(112、114)，用于监听终端所发送的信号，并为至少两种不同的终端定位方法收集测量数据。

2.根据权利要求1的***，其特征在于，测量装置(112、114)监听基站和终端所发送的信号。

3.根据权利要求2的***，其特征在于，测量装置从终端所发送的信号中得到定时信息。

4.根据权利要求1的***，其特征在于，测量装置(114)位于基站。

5.根据权利要求1的***，其特征在于，该***包括控制一个或多个基站的基站控制器(107、108)，以及移动交换中心(110)。

6.根据权利要求2的***，其特征在于，测量装置(112、114)基于信号间的观察时差(OTD)收集定位操作的测量数据。

7.根据权利要求1的***，其特征在于，测量装置(112、114)基于信号的方向搜寻(DF)收集定位操作的测量数据。

8.根据权利要求1的***，其特征在于，测量装置(112、114)基于信号的到达时刻(TOA、TDOA)收集定位操作的测量数据。

9.根据权利要求1的***，其特征在于，该***包括装置(116)，应用一种或多种定位方法，根据测量装置所搜集的数据来计算终端的位置。

10.根据权利要求5的***，其特征在于，该***包括装置(116)，用于控制测量装置(112、114)进行定位特定终端的一种或多种定位方法所需的测量。

11.根据权利要求10的***，其特征在于，为了控制测量装置(112、114)，装置(116)与另一网元(107、108、110)协作。

12.根据权利要求10的***，其特征在于，基站(102)、基站控制器(106、108)和移动交换中心(110)发送测量装置和测量装置的控制装置(116)之间的消息。

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