專利名稱：用于確定移動無線終端位置的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及移動無線通信領域，具體地，涉及用于確定移動無線終端的地理位置的方法和系統。
相關技術描述移動無線位置確定是近來正在呈現很大興趣的領域，因此，現在希望把位置確定能力包括在將來的蜂窩移動無線系統中。到達時間差(TDOA)位置確定方法(這是從軍事應用中獲知的)已經被成功地使用來確定移動無線終端的位置。典型的TDOA位置確定系統可以是基于終端的(其中在移動臺(MS)對“下行鏈路”進行到達時間(TOA)測量)，或者是基于網絡的(其中網絡在無線基站(BS)對“上行鏈路”執行TOA測量)。這些TOA測量值然后被用來計算TDOA參量，并估計MS的位置。
一個用于蜂窩移動無線位置確定的位置確定系統已經以TruePositionTM商標在市場上銷售。這個系統已被用來確定按照IS-54標準運行的標準模擬移動無線終端的位置。當前，這些終端構成正在美國使用的移動無線終端的極大多數。帶有它自己的偵聽無線基站的TruePosition系統是獨立于蜂窩系統運行的，它可服務于在相同的地理區域內的有線(“A”頻段)和非-有線(“B”頻段)操作者。這樣，這些操作者可共享同一個TruePosition位置確定系統。在請求后，TruePosition系統提供單獨的蜂窩移動無線終端的位置信息。否則，位置確定系統通常不與蜂窩移動無線系統通信。
如上所述，TruePosition系統所使用的TDOA位置確定方法是基于已知的軍事應用。實際上，通過TDOA方法，由移動無線終端發送的上行鏈路消息的絕對的TOA在至少三個固定的無線BS中被登錄。這個信息在位于中心的處理器中處理，該處理器計算終端的位置。在TruePosition系統中的上行鏈路消息的登錄主要針對(模擬)接入信道(即，在IS-54標準下的“反向控制信道”)上的上行鏈路控制消息。特別是，在IS-54標準下，這些控制消息中的某些消息(例如，登錄消息和尋呼響應消息)包含以非加密的代碼的終端識別號，它使得TruePosition系統能確定特定終端的位置，而不必從負責所涉及的終端的蜂窩網操作者處得到任何信息。IS-54標準通過使所有的接入信道被分配以幾個很窄的頻帶，而不是把它們分布在業務信道中間的很寬的頻帶(例如，正如對于IS-136標準的情況)，從而使得定位任務易于完成。
然而，主要使用接入信道是指移動無線終端在空閑模式下更容易實行位置確定，因為接入信道只被空閑的終端使用(例如，當登錄時，或在被尋呼后)。如果移動終端的位置要被確定而同時它處在對話模式，則TruePosition系統可任選地利用幾個業務信道來用于話音信道跟蹤。因此，例如，如果在行動期間而同時在手提無線電話上談話時，要確定一個警察的位置，則需要網絡切換到由TruePosition系統監視的業務信道，或原來就為無線電話分配由TruePosition系統監視的業務信道。
授權給Stilp等的美國專利NO.5,327,144揭示了TDOA蜂窩電話定位系統(顯然與TruePosition系統有關)。按照這個專利，由移動無線終端在反向(模擬)控制信道上周期地發送的上行鏈路信號(例如，可在IS54協議下的每15分鐘發生的蜂窩登錄消息)被至少三個無線基站接收和記錄。每個信號的TOA在各個無線基站處連同發射終端的識別號(被包含在上行鏈路消息中)一起被記錄。這個信息被轉移到處理器，它使用由三個TOA造成的TDOA以及無線基站的已知位置來計算這樣辨認的移動無線終端的位置。
授權給Stilp等的PCT專利NO.WO 94/27161揭示了用于確定移動發射機的位置的TDOA系統(也顯然與TruePosition系統有關)。由移動無線終端應答地而不是周期地發射的上行鏈路信號(例如，蜂窩尋呼應答消息)連同發射終端的識別號一起(被包含在上行鏈路消息)被多個BS接收，用TOA來對其加上時間印記，以及進行記錄。這個信息被傳送到處理器，后者使用TOA和無線BS的已知的位置來計算這樣辨認的移動無線終端的位置。
雖然上述的文件顯示了在蜂窩位置確定領域中的很大進步，但仍舊有許多問題留待解決。例如，上述的TDOA方法通常不能應用于IS54系統中的模擬話音信道，因為話音信道頻率按照頻率規劃被分配給無線基站。如果要把預定的話音信道(頻率)使用于位置確定測量，而不是預定的接入信道，則某些無線基站將不能把話音信道分配在這些預定的頻率，因為BS的組合器被調諧到不一定包括有預定頻率的基站-特定的頻率。因此，當與這些無線BS通信的終端運行在談話模式時，那些終端的位置不能用上述的方法來確定。
當上述的定位方法被應用到處在業務信道上的談話模式的移動無線終端時，上述方法的另一個問題具體地涉及移動無線終端的功率控制。如果移動終端靠近服務的無線基站，則地面系統將發送功率控制命令給請求低的上行鏈路功率的移動無線終端。如果離移動無線終端的距離使得干擾超過某個極限值，被命令來進行測量TOA的更遠的無線基站則將接收不到足夠強的信號來進行TOA測量和讀出終端識別號。
上述的移動終端定位方法的再一個問題是，它不能應用于IS-54系統中的數字話音信道，以及在可以使用定位方法以前，移動終端必須被切換到多個預定的模擬話音信道中間的一個信道。而且，上述的定位方法很難在純數字信道下應用，諸如IS-136系統(尤其是如此)，因為控制信道可以是分配的頻段中的任何頻率，以及不可能在接收到位置確定請求之前提前記錄在所有的信道上的所有業務。而且，在某些蜂窩移動無線系統(諸如，數字全球移動通信系統(GSM))中，跳頻模式被使用于業務信道，這使得按照上述方法確定移動終端的位置實際上不可能。
總之，需要有在任何的上行鏈路業務信道或控制信道上以及按照任何現在的和將來的移動通信標準確定任何蜂窩移動無線終端的位置的方法。
發明概要本發明解決的一個問題是如何在把上行鏈路TDOA方法應用到普通的數字和模擬業務信道(例如，話音信道)的同時確定任何的數字或模擬移動無線終端的地理位置，但是要認識到，運行在業務信道上的談話模式的移動終端通常不在上行鏈路上發射它們的識別號，以及業務信道可在跳頻模式下被利用。
本發明解決的另一個問題是當定向天線(例如，天線陣列)可提供使用于無線BS時如何確定標準的數字和模擬移動無線終端的地理位置，以及從而如何用到達方向(DOA)測量來補充上行鏈路TDOA方法。
本發明解決的再一個問題是如何確定運行在使用載頻中的TDMA時隙的談話模式的移動無線終端的地理位置，其中該時隙中的“突發”在到達非服務的無線BS時可以與另一個時隙的“突發”相重疊，因為時間對準(TA)系統功能被設計來只在服務的無線基站處避免這樣的重疊。
本發明解決的再一個問題是在需要增強的移動無線終端位置確定的某個地理位置上，如何改進測量精度。例如，對精度的要求可以隨需要進行位置確定的移動終端的環境(農村室外，城市室內)而變化。
本發明解決的再一個問題是就所接收的能量來考慮，如何使得無線基站能夠測量從遠距離的移動無線基站發射的上行鏈路信號的TOA。
所以，本發明的一個目的是提供用于確定在移動無線系統的任意的模擬或數字業務信道上直接運行在談話模式下的移動無線終端的位置的上行鏈路TDOA方法和設備，其中給出非跳頻業務信道以及可能給出跳頻的業務信道。
本發明的另一個目的是提供用于確定在移動無線系統的任意的模擬或數字業務信道上直接運行在談話模式下的移動無線終端的位置的上行鏈路TDOA方法和設備，其中在系統的固定部分進行方向測量，以便補充TDOA測量。
本發明的又一個目的是提供用于確定在移動無線系統的任意的模擬或數字業務信道上直接運行在談話模式下的移動無線終端的位置的上行鏈路TDOA方法和設備，其中可以避免接收的突發的重疊。
本發明的再一個目的是提供用于確定在移動無線系統的任意的模擬或數字業務信道上直接運行在談話模式下的移動無線終端的位置的上行鏈路TDOA方法和設備，其中可以按需要地提供本地增強的精度。
本發明的再一個目的是提供用于確定在移動無線系統的任意的模擬或數字業務信道上直接運行在談話模式下的移動無線終端的位置的上行鏈路TDOA方法和設備，其中基站(包括其中遠距離的無線基站參加位置確定的情況)被提供以足夠的接收上行鏈路信號能量，從而可以確定信號的TOA。
按照本發明，通過綜合控制移動無線終端的移動無線系統的地面網的定位功能而滿足上述的和其它的目的。具體地，通過使用其中的發射機-接收機(TX-RX)附加了測量設備功能的一種改進的接收機(ModRX)，按照移動無線系統的無線基站的要求來執行對于移動終端位置確定所需要的上行鏈路TOA(以及可任選地DOA)測量。在優選實施例中，在MOdRX中不使用TX部分，所以，它可以將它排除。由網絡控制器(例如，移動業務交換中心(MSC))向一個或多個BS發送測量命令，這些命令可以辨認進行測量的無線信道。完成上述測量，并把測量結果返回報告給網絡控制器，并且再從這里(連同著與在該特定時間的無線信道有關的移動終端的識別號一起)報告給用于計算移動無線終端的位置的服務節點(SN)中的處理器。
在本發明的一個實施例中，MSC命令按照IS136標準運行的蜂窩移動無線系統的ModRX模塊通過使用用于業務信道識別的信道號(相應于相關的頻率和時隙-特定的-填補字)來測量在特定的上行鏈路業務信道上的信號的TOA。當測量過程完成時，ModRX把它的TOA測量結果連同業務信道號(CHN)發送回網絡控制器(MSC)。網絡控制器使用查找表來把CHN轉換成在該時間運行在業務信道移動終端的識別號(MS-ID)。原先，已經從在蜂窩系統中的可提供的呼叫建立記錄中對MS-ID和CHN信息進行了復制，當接到命令要進行測量時將其輸入到查找表中。TOA測量結果連同由網絡控制器提供的相關的移動終端識別號一起，作為輸入參量提供給位置確定計算步驟，該計算步驟在網絡中在SN中通過利用在三個不同的無線基站處對同一個終端的至少三個同時測量的結果來進行該位置確定計算。ModRX被同步到在其上進行測量的業務信道上的數字信息，以及相對于精確的時間基準(例如，由基于衛星的全球定位系統、GSP或某些其它已知的絕對時間基準)來進行TOA測量。
在第一實施例的另一種型式中，通過用由至少一個參考移動臺提供的相對時間基準來代替由GPS提供的絕對時間基準，可以達到改進的精度和靈活性。
在本發明的第二實施例中，通過由ModRX執行DOA測量以便對上述的移動終端位置確定方法和設備進行補充，該測量結果以與上述的TOA測量相同的方式被報告。DOA測量結果作為輸入參量被提供給SN中的位置確定算法。如果TOA和DOA測量在位置確定算法中是可供使用的，則為了得出清晰的位置確定結果(例如，使用TOA的距離圓和表示DOA的直線的相交點)，只需要一個無線BS來報告無線信道的測量結果。
在本發明的第三實施例中，在必須使用遠距離的BS來進行位置確定測量的那些環境下，在ModTX中完成的TOA測量在第一次執行切換以后執行，這樣，在同一個載波中與被測量的業務信道時隙相鄰的那些時隙沒有被其它的移動連接所使用。如上所述，這使得在附近沒有另一個BS可供使用的情況下能使用遠距離的BS進行定位，以及在不進行第一次切換的情況下使用遠距離BS會造成突發重疊干擾。
在本發明的第四實施例中，由一個遠離(但仍舊連接到的)它的無線BS的ModRX來進行TOA測量。按照這個實施例，本地位置確定精度可以用所需要的低的附加花費的代價來得到改進。
在第四實施例的一種型式中，借助于通過固定連接(例如，同軸電纜、玻璃纖維光纜、或銅線)而連接到附近的基站的固定的ModRX設備，可得到改進的測量精度。在這個實施例的第二種型式中(此后稱為“級聯的位置確定”)，改進的測量精度可以通過把移動ModRX設備安排在汽車中(例如，救護車、警察巡邏車、軍車等)來達到。按照本發明的教導，確定汽車的位置的方法可以通過在固定基站對于位于汽車中的移動臺執行TOA/DOA測量來完成。這同一個移動臺優選地用硬線連接到也位于汽車中的(ModRX)基站。這個移動臺通過蜂窩移動無線系統報告由位于汽車中的基站的ModRX執行的TOA/DOA測量結果。ModRX可包括一個GPS接收機，它允許或者通過蜂窩系統本身(或者在想要更好的精度情況下通過GPS)來確定汽車的位置。然而，測量結果報告是通過蜂窩系統完成的。一個附加的可能性是把汽車停在多個具有已知位置的預定停車場中的一個停車場，以及人工地報告該位置。
在本發明的第五實施例中，服務的無線基站非常靠近移動無線終端(MS)。在命令由遠距離的BS中的ModRX來進行TOA測量以前，迫使移動無線終端(MS)增加其發射功率。這種增加可以通過使得網絡控制器命令MS在測量期間用高的功率發射、或通過操縱MS斷開與更遠距離的服務BS的聯系(這也會導致MS的更高的發射功率)來完成。
在本發明的第六實施例中，測量TOA的無線BS的ModRX沒有接收到足以進行可靠的測量的信號能量。然而，由于在業務信道上不讀出可變的信息是與按照本發明進行的TOA測量有關聯的，所以接收一個以上的消息，這樣，就在比起一個消息更長的積分時間上積累了非可變的信息(例如，同步字，CDMA碼圖形等)的接收能量，這就改進了要對其進行TOA測量的信號的信噪比。
在本發明的第七實施例中，測量TOA的無線BS的ModRX沒有接收足以進行可靠的測量的超過干擾電平的信號能量。在命令由在該遠距離的BS中的ModRX進行測量以前，移動無線終端(MS)被切換到同一個服務的BS中的另一個業務信道(BS內切換)，其中新的業務信道被選擇為能較少地受執行TOA測量的遠距離BS的干擾。
本發明的一個重要的技術優點是，位置確定方法可被使用于任何的模擬和數字系統以及電路交換的和分組交換的業務與控制信道，只要所涉及的移動無線終端可輸送、或可被導致輸送任何上行鏈路數字(或數字化的)信息，因為，ModRX提前在任何特定的上行鏈路無線信道上監聽已知的數字信息(例如，同步字)，而不需要讀取任何終端識別信息或信道上的其它可變的信息。
本發明的另一個重要的技術優點是，多種通用的移動通信系統(例如，Ericsson(愛立信)CMS88系統)具有用于在切換前進行“校驗”(即，檢驗目標BS中的上行鏈路信號強度)時測量上行鏈路信號強度的模塊，因此，本發明的測量模塊可通過修改這樣的模塊而得到，由此，對于位置確定所必須的程序和信號協議可容易地從切換功能中得到提供。
本發明的又一個重要的技術優點是，本位置確定方法在移動終端處在空閑模式時與在呼叫期間同樣地適用，因為(如上所述)所需要的是所涉及的移動終端能發送數字信息上行鏈路，以及在進行測量時不讀取可變的信息。這個總的能力對于某些緊急情形，例如在警察行動期間，可能是重要的。
本發明的再一個重要的技術優點是，有可能把測量模塊ModRX安裝在遠離無線BS的地方，由此，只需要通過使測量模塊在多個不同的位置提供使用來改進位置確定測量的本地精確度，而不需要多個完整的無線BS。當有移動測量模塊ModRX位于參加救援、警察或軍事行動的汽車中時，這個技術優點甚至更為明顯，因為在最需要測量精度的時間期間，剛好局部地改進了測量精度。
本發明的另一個重要的技術優點是，有可能在跳頻信道上進行測量，因為有關跳頻序列的信息在移動無線地面網絡中是容易提供使用的。
本發明的再一個重要的技術優點是，當需要時，通過綜合在一個以上的消息上的接收機中的能量(因為消息的內容沒有關系使之成為可能)、通過增加MS中的發射功率(通過把位置確定功能歸并到蜂窩系統中使之成為可能)、或通過由BS內切換把MS切換到較少受執行TOA測量的BS中的干擾打擾的業務信道(通過把位置確定功能歸并到蜂窩系統中再次使之成為可能)，則使得能在無線BS中增加接收信號能量。
本發明的另一個重要的技術優點是，在確定移動臺的位置時，有可能使用至少一個參考移動臺而不使用諸如GPS和國家無線發射機的絕對時間基準。使用參考移動臺而不使用GPS國家無線發射機的更明顯的技術優點在于，在參考移動臺與要被定位的移動無線終端的頻率是相同的或類似的，而與GPS國內無線發射機有關的頻率與移動臺是明顯地不同的。
附圖簡述當結合附圖參照以下的詳細說明可以更全面地了解本發明的方法和設備，其中
圖1是顯示按照本發明的優選實施例的帶有綜合的位置確定功能的蜂窩移動無線系統的示意方框圖；圖2是顯示圖1所示的修改的接收機(ModRX)130的細節的示意方框圖；圖3是顯示按照本發明的用于在其上進行TOA測量的根據IS-136標準的反向(上行鏈路)時隙的格式的圖；圖4是顯示按照本發明的用于在其上進行TOA測量的根據IS-54標準的反向(上行鏈路)話音信道消息流的格式的圖；圖5是顯示按照本發明的可結合圖1所示的系統使用的位置確定方法的流程圖；以及圖6是顯示按照圖1所示的優選實施例帶有綜合的位置確定功能、但被修改成實現“級聯的位置確定”的新穎概念的蜂窩移動無線系統的示意方框圖；圖7是顯示按照圖1所示的優選實施例但被修改成使用參考移動臺而不是使用GMS和時間基準單元的蜂窩移動無線系統的示意方框圖。
附圖詳細說明通過參照附圖的圖1-7可最好地了解本發明的優選實施例及其優點，相同的數字被使用于各個附圖上的相同的和相應的部件。
實際上，本發明提供了用于確定移動無線終端位置的上行鏈路TDOA方法，在優選實施例中，它是基于適用于按照IS-54、IS-136、和太平洋數字蜂窩(PDC)標準運行的Ericsson系統中切換的校驗程序進一步的開發。當把切換請求發送到MSC時，MSC命令在目標小區中的特定的基站模塊進行校驗。在Ericsson系統中，這樣的模塊被稱為按照IS136標準的定位與校驗模塊(LVM)，以及按照PDC標準的校驗接收機(VRX)。這個功能的目的是驗證目標小區中移動終端的存在。校驗模塊調諧到老的信道，以及校驗在老的信道上移動終端的存在。校驗結果被發送到MSC。
按照本發明，由BS實行的位置確定上行鏈路測量可包括時間的(例如，TOA)和角度的測量。TOA測量構成一個優選的測量方法。然而，角測量可被用來補充TOA測量，特別是如果BS配備有自適應天線(天線陣列)，它使得能夠容易地估值來自移動終端的信號的DOA。可以從一個BS所執行的TOA和或DOA測量來估值移動終端的位置。替換地，多個BS的TOA和DOA測量可被組合來估計移動終端的位置。
圖1是顯示按照本發明的優選實施例的帶有綜合的位置確定功能的蜂窩移動無線系統100的示意方框圖。系統100包括多個無線BS(顯示了三個基站為BS1，BS2，BS3)。無線基站位于不同的站址，并通過通信鏈路101連接到有線網絡。有線網絡可以包括例如MSC 102，它又通過公共交換電話網或PSTN(未明顯地示出)連接到SN 103。連接104優選地包括干線連接。MSC 102包括查找表109，用于把信道號碼(CHN)與移動終端識別號(MS-ID)相聯系。
SN 103包括處理器103a，該處理器又包括接收單元103b、存儲單元103c、發送單元103d、以及各自的第一和第二計算單元(103e，103f)。第一計算單元103e計算由無線基站在上行鏈路上接收的信號的TDOA，其中第一計算單元103e使用報告的TOA。第二計算單元103f通過使用TDOA信息和(可任選地)任何可供使用的報告的DOA信息來計算移動無線終端的位置。存儲單元103c保持無線基站的已知的地理位置。接收單元103b和發送單元103d提供與請求/接收位置確定信息的客戶的雙向通信(例如，使用短文本消息，諸如已知的“短消息業務”消息)。
圖1也顯示了其位置是要被確定的移動無線終端(MS)108。無線基站BS1、BS2和BS3通過上行鏈路無線連接105“偵聽”由每個這樣的BS的兩個接收天線接收的MS 108的業務信道。這個兩個天線能力提供了用于無線業務的空間分集，也提供了用于按照本發明進行的位置確定測量的空間分集。每個無線基站(BS1，BS2，BS3)包括控制部分110，和多個TXRX 111，它通過分路器112被連接到接收天線106，和通過合成器113被連接到發射天線107。而且，每個這樣的BS包括時間基準單元114，它優選地從精確的時間基準(例如，基于空間的GPS 120)接收信號。時間基準信號被不斷地從時間基準單元114耦合到ModRX模塊130。
本發明的BS(例如，BS1)包括時間基準單元114和控制部分110，它能夠服務于BS中的除ModRX之外的更多的單元。優選地，ModRX 130位于BS中，但這樣的ModRX也可以是位于遠離于BS的、但被連接到BS的控制部分110和時間基準單元114的獨立的單元。如果ModRX位于BS中，則ModRX可以共用BS的接收天線。然而，如果ModRX位于遠離于BS的地方，則ModRX可包括它自己的接收天線106。
圖2是顯示圖1所示的ModRX 130的細節的示意性方框圖。在優選實施例中，ModRX執行無線BS中的TOA測量。在某些BS中，ModRX也可包括已知的DOA測量設備207，以便補充TOA測量。
ModRX 130包括計量部分201和射頻接收機部分202。計量部分201可以是三重的(圖2上沒有明顯地示出)，供IS-54和IS-136系統使用，以便于處理一幀的三個全速率時隙，相反地，射頻接收機部分202可被三重的計量部分201共用。如果ModRX包括在跳頻系統(例如，GSM)中使用的型式，則控制部分110優選地把跳頻序列輸入到接收頻率綜合器211，后者使得能在跳頻的業務信道上進行位置確定。射頻接收機部分202也包括被耦合到兩個接收天線106的接收機212、RF解調器213、和IF解調器214。在由歐洲電信標準局(ETSI)進行標準化的GSM技術規范條件中和在Michel Mouly和Marie Bernadette Pautet的題為“The GSMSystem for Mobile Communication(用于移動通信的GSM系統)”的書(國際標準圖書號2-9507190-0-7)中，提供了有關GSM的更多的細節。
在圖2上，計量部分201包括TOA-計量裝置203，它從時間基準單元114接收時間基準信號和上行鏈路信號，在其上由符號檢測器204進行TOA測量。符號檢測器204從均衡器205(或相關器，用于模擬信號)接收輸入信號。同步字和DVCC(數字校驗彩色碼)部分206從控制部分110接收標識在其上進行TOA測量的無線信道的號碼。例如，在IS-54或IS-136系統中，一組BS中的每個BS基于特定的DVCC和七個不同的同步字允許它同步在載頻的特定時隙。這個信息從控制部分110輸入到同步字和DVCC部分，控制部分又從MSC(102)接收信息。同步字和DVCC部分206把這個信息耦合到均衡器205，以使得均衡器能找到該時隙(優選地使用已知的相關方法)。可任選地，如果相關的無線BS包括陣列天線系統(相應于兩個以上的天線106)，則計量部分201可包括只被連接到控制部分110的DOA計量裝置207。DOA計量裝置207從控制部分110請求和接收這樣的無線BS中的已知波束形成功能中可提供的方向信息。因此，DOA計量裝置207僅取決于有關被規定的用于位置確定的信道的可提供的信息。當可提供時，DOA信息可在SN中被利用于位置確定算法，以便改進位置確定精度，或使得能夠用少于所涉及的三個BS來進行位置確定。例如，當只有TOA和DOA是從單個無線基站可提供的時，則移動終端的位置才可被確定為DOA所給出的直線與由TOA測量才所給出的圓(半徑等于光速乘以信號從移動終端到BS的傳播時間)的相交點。
圖3是顯示按照本發明的用于在其上進行TOA測量的反向(上行鏈路)時隙的格式301(根據IS-136標準)的圖。圖上也顯示了前向(下行鏈路)時隙格式302，以便顯示出28比特同步字的不同放置法。對于上行鏈路，供接收相關器電路(未明顯地示出)用來找到時隙的同步字被放置在遠離時隙的開始或結尾端。這種放置的理由是，載頻上的接連的時隙的上行鏈路定時是由不同的移動終端通過使用相同的載頻上的不同的時隙提供的。因此，當上行鏈路時隙從不同的移動無線終端到達無線基站時，就存在有上行鏈路時隙互相重疊的風險。同步字的或多或少集中的放置法減小了這種重疊的機會。這個問題對于下行鏈路并不存在。無論如何，假如在上行鏈路上發生這樣的重疊，至少保護同步字不被干擾是很重要的。
圖4是顯示按照本發明的用于在其上進行TOA測量的反向(上行鏈路)話音信道的消息流的格式401(在IS-136標準下)的圖。絕對的TOA可以是指消息中任何一致的點(例如，第一同步字402的結尾端)。通過時間分集可以有助于均衡器205借助于查看消息中的幾個同步字和在時間上用標稱的延時403進行校正來找到消息中的一致的點。例如，當消息中的一致的點402被衰落干擾時，這種能力是有價值的。模擬話音信道不包含數字時間基準，所有必須使得移動終端在話音信道上發送上行鏈路消息(例如，根據下行鏈路上的審查命令(audit order)。)。
圖5是顯示按照本發明的可結合圖1所示的系統100使用的位置確定方法500的流程圖。參照圖1和5，當位置確定請求進入SN 103時(步驟501)，在步驟503，通過經干線104請求MSC 102建立到移動終端的呼叫，作出要被定位的移動終端108是否處在對話模式的確定。如果移動終端108是空閑的，則在步驟507建立呼叫。如果在步驟503，移動終端已經處在對話模式，則在步驟505作出正在被使用的業務信道是否為數字業務信道的確定。如果不是(即，業務信道是模擬的)，則從MSC 102發送審查消息到移動終端108，以便于移動終端接收數字形式的上行鏈路應答(例如，根據圖4所示的格式)。否則，在步驟505，如果業務信道是數字的，則不需要審查消息。在步驟509，MSC 102確定哪些(例如哪三個)BS要參加位置確定處理過程，并且通過連接101和指示所涉及的業務信道號碼來請求由至少三個特定的基站(例如BS1，BS2，和BS3)進行TOA測量。在三個BS的每個BS中的控制部分110請求ModRX 130在規定的信道上確定移動無線終端的位置。在步驟511，這三個BS按照已知的TOA測量方法進行測量，并且把結果的測量消息連同相關的信道號碼(CHN)一起報告給MSC 102。在步驟513，MSC 102利用MSC中的查找表109把CHN轉換成移動無線終端識別號(MS-ID)。在步驟515，MSC把來自無線基站BS1，BS2，和BS3的測量結果連同MS-ID一起發送到SN 103。在步驟517，SN 103按照已知的三角形算法計算移動終端的位置108。結果的位置信息被輸送到需要請求所涉及的移動終端的位置的位置確定系統客戶。
在本發明的不同的實施例中，圖5的流程圖中的稍許修改可包括在步驟509執行TOA測量以前的切換步驟，以使得當遠距離的BS參加位置確定時可以避免相鄰時隙的重疊和TOA測量的干擾。
在本發明的又一個實施例中，圖5的流程圖中另一個稍許修改可包括當一個無線基站具有多個(例如，幾個)被連接到其上的ModRX、但這些ModRX被安裝在不同的遠端位置時命令從該無線基站進行的一個以上的TOA測量的步驟。
在本發明的再一個實施例中，圖5的流程圖中另一個稍許修改方案可包括當在MS的無線覆蓋區域內存在著能夠確定DOA的BS時，在步驟509，用“從多于或等于一個BS，在一個信道上測量TOA和DOA”的方法來代替如所示的“從3個或3個以上的BS，在一個信道上測量TOA”。在這種情況下，步驟511-517也將包括處理DOA測量。
在本發明的再一個實施例中，圖5的流程圖中另一個稍許修改方案可包括如果在步驟509確定了在指定的業務信道上的上行鏈路信號太弱而不能在某些BS中進行TOA測量，則重復位置確定步驟503-509。在這種情況下，在步驟503被重復以前可以加上一個步驟，由此，通過執行在BS之間切換到更遠的服務的BS、或通過執行BS內切換到較少受測量的BS中的干擾影響的業務信道上、或優選地通過直接命令MS增加其發射功率來增加MS的發射功率(或改進信噪比)。
圖6是顯示帶有按照圖1所示的優選實施例、但被修改為實現“級聯的位置確定”的新穎概念的綜合的位置確定功能的蜂窩移動無線系統600的示意性方框圖。參照圖1和6，除了對于圖1的所示的和上述的單元以外，系統600包括至少一個標準MS 601。MS 601優選地通過附屬單元602被連接到BS1。MS(終端)601通過無線基站BS4(603)在無線空中接口604上與MSC 102通信。在圖6所示的實施例中，無線基站BS4(603)和無線空中接口604(移動連接)替代了在BS1與MS 102之間的固定連接101(圖1所示)。因此，諸如圖6所示的示例的移動連接的移動連接(例如，BS4和空中接口604)的使用，使得有可能定位在行駛的汽車(例如，救護車、警察巡邏車、軍事汽車等等)中的BS1(或BS2，或BS3)，以及通過把一個或多個BS(例如，BS1，BS2，BS3等等)移動到相當接近于感興趣的區域(例如，相當接近于攜帶MS 108的求救的個人)從而動態地改善位置確定精度。如果在感興趣的區域中只有一個固定的BS，則很難于確定汽車以及MS 108的位置。如按照本發明的圖6所示，汽車可在時間基準單元114中包括除了由GPS控制的“時間基準”以外的“GPS接收機”。因此，在使用內部的GPS接收機很有利的這種情況下，汽車可通過MS 601報告它的位置。
在運行時，對于圖5的所示的和描述的方法也可被用來確定和報告移動臺601以及載有BS(例如，BS1，BS2，或BS3)的汽車的位置。優選地，為了減小對于圖6所示的實施例的信號干擾，由移動的無線BS(例如，BS1，BS2或BS3)所進行的TOA/DOA測量在時間上既不與固定的無線基站BS4(603)進行的TOA/DOA測量重疊，也不與通過移動連接(空中接口604和BS4(603))發送的報告重疊。
圖7是顯示按照圖1所示的優選實施例、但被修改為使用至少一個參考移動臺(MSR)709而不使用GPS 120和時間基準114(圖1)的蜂窩移動無線系統700的示意性方框圖。參照圖1和7，除了對于圖1的所示的和上述的單元以外，系統700包括一個相對于無線基站BS1、BS2和BS3具有已知位置的MSR 709。基站BS1，BS2和BS3用來接收由MSR 709發送的上行鏈路無線連接705。更具體地，MSR 709發送相對時間基準或“時間尖頭脈沖”給每個基站BS1，BS2和BS3，其中“時間尖頭脈沖”例如可包含特定的幀的起始點。
響應于接收到有關的時間基準或“時間尖頭脈沖”，于是基站BS1，BS2和BS3中的每個ModRX 130就確定“時間尖頭脈沖”的相應的TOA。然后，根據MSR 709與各個基站BS1、BS2和BS3之間的已知距離，對于每個TOA進行校正。
此后，每個ModRX 130確定與MS 108有關的TOA，其中該TOA是相對于相應的“時間尖頭脈沖”而被測量的。然后，所測量的TOA(例如，MSR和MS)被發送到服務節點103，在這里實施已知的雙曲線位置確定算法來確定MS 108的地理位置。
此外，MSR 709也可位于基站之一(例如，BS2)內，這時MSR709的位置是已知的。在這種情況下，在系統700中需要第二個MSR(未示出)，以便得到對于確定MS 108的位置所需要的、必要的數目的TOA測量，這是因為每個基站BS1、BS2和BS3應當從MSR 709接收至少一個“時間尖頭脈沖”以便確定必要的TOA。有可能在另一個基站處(例如，BS1或BS3)定位第二個MSR(未示出)，這樣，可以測量必要的TOA以便能夠確定MS 108的位置。
雖然在附圖中顯示和在上述的詳細說明中描述了本發明的方法和設備的優選實施例，但將會看到，本發明并不限于所揭示的實施例，但能夠作出多種重新安排、修改、和替換，而不背離如以下的權利要求所闡述和規定的本發明的精神。
權利要求
1.用于確定移動無線系統中移動無線終端的地理位置的方法，所述移動無線系統包括網絡控制器和至少三個無線基站，所述至少三個無線基站的每個基站包括用來與所述網絡控制器通信的上行鏈路TOA測量單元、控制單元、和用來提供時間基準信號給所述上行鏈路測量單元的時間基準單元，以及一個服務節點被用來存儲所述至少三個無線基站的已知的位置，該方法包括以下步驟接收在所述移動無線系統中的確定所述移動無線終端的位置的請求；如果所述移動無線終端或者正在發送模擬信號或者不發送信號，則引導所述移動無線終端在業務信道上發送數字信號上行鏈路；在所述上行鏈路TOA測量單元中在所述業務信道上為所述至少三個無線基站測量所述上行鏈路TOA；在所述網絡控制器中從所述至少三個無線基站接收所述上行鏈路TOA測量結果以及所述業務信道的參考號；把所述業務信道的所述參考號轉換成所述移動無線終端的識別號；把所述上行鏈路TOA測量結果和所述移動無線終端識別號輸送到所述服務節點；以及在所述服務節點中通過使用所述至少三個無線基站的所述已知位置和所述上行鏈路TOA測量結果來計算所述移動無線終端的位置。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，還包括在所述上行鏈路TOA測量期間所述網絡控制器引導所述移動無線終端增加發射功率的步驟。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，還包括把所述移動無線終端進行基站間切換到更遠的服務的基站的步驟。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，還包括以下步驟如果在執行TOA測量的遠距離的基站中，所述業務信道的信噪比小于預定值，所述第二業務信道具有的信噪比大于所述預定值，則把所述移動無線終端進行基站內切換到第二業務信道。
5.按照權利要求1的方法，其特征在于，其中所述上行鏈路TOA測量單元包括ModRX。
6.按照權利要求1的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括建立到所述移動無線終端的呼叫。
7.按照權利要求1的方法，其特征在于，所述引導步驟包括其中如果所述移動無線終端是間斷的發射類型和未激活的，則激發所述移動無線終端進行發射。
8.按照權利要求1的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括輸送信息給模擬移動無線終端，所述信息引導所述模擬移動無線終端用數字信息來應答上行鏈路。
9.按照權利要求1的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括輸送信息給分組終端，所述信息引導所述分組終端來應答上行鏈路。
10.在包括用于位置確定測量的設備的移動無線系統中所使用的測量設備，所述測量設備被連接到網絡控制器、時間基準單元、和至少一個接收天線，包括第一裝置，用于測量TOA，所述第一裝置被耦合到所述時間基準；第二裝置，用于把來自要被測量的信道的數字上行鏈路信息輸送到所述第一裝置，和使用與事先已知的信息的相關性來確定TOA；至少一個射頻接收機，所述至少一個射頻接收機包括至少一個解調器；以及接收頻率綜合器，用來把能夠在特定的業務信道上進行位置確定測量的一個頻率耦合到所述至少一個解調器。
11.按照權利要求10的測量設備，其特征在于，還包括用于接收和存儲跳頻序列的裝置，使得能在跳頻的業務信道上進行TOA測量。
12.按照權利要求10和11的測量設備，其特征在于，它被綜合到無線基站中。
13.按照權利要求10和11的測量設備，其特征在于，它相對于所述測量設備與無線基站是獨立的并且該測試設備位于遠離于該無線基站的地方。
14.按照權利要求10的測量設備，其特征在于，還包括配備有用于在業務信道上測量TOA的至少一個TOA計量裝置的第一無線基站，所述至少一個TOA計量裝置用來與所述無線基站的網絡控制器通信以及與至少一個第二基站的TOA計量裝置同步，以及其中所述第一無線基站的多個發射機-接收機不與所述至少一個第二無線基站的多個發射機-接收機同步。
15.用于確定移動無線終端的位置的網絡控制器，包括引導裝置，用于引導至少三個無線基站在特定的業務信道上執行TOA測量；轉換裝置，用于把信道識別號轉換成所述移動無線終端的識別號；以及輸送裝置，用于把所述TOA測量結果和所述移動無線終端的所述識別號輸送到用來計算所述移動無線終端的所述位置的服務節點。
16.在蜂窩移動無線網中用來計算移動無線終端位置信息的服務節點，包括接收裝置，用于接收位置信息請求；存儲裝置，用于存儲在所述計算所述移動無線終端位置信息時使用的已知的無線基站位置信息；以及計算裝置，用于通過使用與所述移動終端相關的TOA信息和DOA信息以及所述已知的無線基站位置信息來計算所述移動終端位置信息。
17.能夠確定位于所述移動無線系統中的移動無線終端的地理位置的移動無線系統，包括網絡控制器；至少三個無線基站，所述至少三個無線基站的每個基站包括用來與所述網絡控制器通信的上行鏈路TOA測量設備、和用來提供時間基準信號給所述上行鏈路測量設備的時間基準單元；以及服務節點，用來存儲有關所述至少三個無線基站的已知位置信息，所述移動無線系統用來通過以下步驟確定所述移動無線終端的所述地理位置接收確定所述移動無線終端的所述地理位置的請求，如果所述移動無線終端正在發送模擬信號或者不發送信號，則引導所述移動無線終端在業務信道上發送數字信號上行鏈路，在至少三個無線基站的上行鏈路TOA測量設備中在所述業務信道上測量TOA，在所述網絡控制器中從所述至少三個無線基站接收所述TOA測量信息以及所述業務信道的參考號，把所述業務信道的識別號轉換成所述移動無線終端的識別號，把所述上行鏈路TOA測量結果和識別號輸送到所述服務節點，以及在所述服務節點中通過使用所述至少三個無線基站的所述已知位置信息和所述上行鏈路TOA測量信息來計算所述移動無線終端的地理位置。
18.按照權利要求17的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導運行包括建立到所述移動無線終端的呼叫。
19.按照權利要求17的移動無線系統，其特征在于，其中如果所述移動無線終端是間斷的發射類型和未激活的，則所述引導運行包括激發所述移動無線終端發射。
20.按照權利要求17的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導操作包括輸送信息給模擬移動無線終端，所述信息引導所述模擬移動無線終端用數字信息來應答上行鏈路。
21.按照權利要求17的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導操作包括輸送信息給分組終端，所述信息引導所述分組終端來應答上行鏈路。
22.按照權利要求17的移動無線系統，其特征在于，其中所述上行鏈路TOA測量設備包括DOA計量裝置。
23.用于通過使用級聯的位置確定方法來確定移動無線系統中第一移動無線終端的地理位置的方法，所述移動無線系統包括網絡控制器和至少三個無線基站，所述至少三個無線基站的每個基站包括用來與所述網絡控制器通信的上行鏈路TOA測量單元、控制單元、和用來提供時間基準信號給所述上行鏈路測量單元的時間基準單元，所述至少三個無線基站的至少一個基站是與第二移動無線終端同在一起的和被連接到第二移動終端，所述第二移動終端通過移動連接被耦合到所述網絡控制器，以及服務節點用來存儲所述至少三個無線基站的已知的位置，該方法包括以下步驟接收在所述移動無線系統中的確定所述第一移動無線終端的位置的請求；把所述第二移動無線終端移到與所述第一移動無線終端接近的地方；確定和報告所述第二移動無線終端的位置給所述服務節點；如果所述第一移動無線終端或者正在發送模擬信號或者不發送信號，則引導所述第一移動無線終端在業務信道上發送數字信號上行鏈路；在所述上行鏈路TOA測量單元中在所述業務信道上為所述至少三個無線基站測量所述上行鏈路TOA；在所述網絡控制器中從所述至少三個無線基站接收所述上行鏈路TOA測量以及所述業務信道的參考號；把所述業務信道的所述參考號轉換成所述移動無線終端的識別號；把所述上行鏈路TOA測量結果和所述第一移動無線終端識別號輸送到所述服務節點；以及在所述服務節點中通過使用所述至少三個無線基站的所述已知位置和所述上行鏈路TOA測量結果來計算所述第一移動無線終端的位置。
24.按照權利要求23的方法，其特征在于，還包括在所述上行鏈路TOA測量期間所述網絡控制器引導所述第一移動無線終端增加發射功率的步驟。
25.按照權利要求23的方法，其特征在于，還包括把所述第一移動無線終端進行基站間切換到更遠的服務的基站的步驟。
26.按照權利要求23的方法，其特征在于，還包括如果在執行TOA測量的遠離的基站中，所述業務信道的信噪比小于預定值，所述第二業務信道具有的信噪比大于所述預定值，則把所述第一移動無線終端進行基站內切換到第二業務信道的步驟。
27.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述上行鏈路TOA測量單元包括ModRX。
28.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括建立到所述第一移動無線終端的呼叫。
29.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中如果所述第一移動無線終端是間斷的發射類型和未激活的，則所述引導步驟包括激發所述第一移動無線終端進行發射。
30.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括輸送信息給第一模擬移動無線終端，所述信息引導所述第一模擬移動無線終端用數字信息來應答上行鏈路。
31.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述引導步驟包括輸送信息給第一分組終端，所述信息引導所述第一分組終端來應答上行鏈路。
32.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述確定和報告步驟包括通過使用GPS位置信息確定所述第二移動無線終端的位置，以及把所述第二移動無線終端的位置報告給所述服務節點。
33.按照權利要求23的方法，其特征在于，其中所述確定和報告步驟包括通過使用預定的位置信息確定所述第二移動無線終端的位置，以及把所述第二移動無線終端的位置報告給所述服務節點。
34.能夠通過使用級聯的位置確定方法來確定位于所述移動無線系統中的第一移動無線終端的地理位置的移動無線系統，包括網絡控制器；至少四個無線基站，所述至少四個無線基站的每個基站包括用來與所述網絡控制器通信的上行鏈路TOA測量設備，和用來提供時間基準信號給所述上行鏈路測量單元的時間基準單元，所述至少四個無線基站的至少一個基站是與第二移動無線終端同在一起的和被連接到第二移動終端，所述第二移動終端通過移動連接和所述至少四個無線基站的一個基站被耦合到所述網絡控制器；以及服務節點，用來存儲有關所述至少四個無線基站的至少三個無線基站的已知位置信息，所述移動無線系統用來通過以下步驟確定所述第一移動無線終端的所述地理位置接收確定所述第一移動無線終端的所述地理位置的請求，引導所述第一和第二移動無線終端在業務信道上發送數字信號上行鏈路，在至少四個無線基站的上行鏈路TOA測量設備中在所述業務信道上測量TOA，在所述網絡控制器中從所述至少四個無線基站接收所述TOA測量信息以及所述業務信道的參考號，把所述業務信道的識別號轉換成所述移動無線終端的識別號，把所述上行鏈路TOA測量和識別號輸送到所述服務節點，以及在所述服務節點中通過使用所述至少三個無線基站的所述已知位置信息和所述上行鏈路TOA測量信息來計算所述第一和第二移動無線終端的地理位置。
35.按照權利要求34的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導操作包括建立到所述第一和第二移動無線終端的呼叫。
36.按照權利要求34的移動無線系統，其特征在于，其中如果所述移動無線終端是未激活的和間斷的發射類型，則所述引導操作包括激發所述第一和第二移動無線終端發射。
37.按照權利要求34的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導操作包括輸送信息給第一模擬移動無線終端，所述信息引導所述第一模擬移動無線終端用數字信息來應答上行鏈路。
38.按照權利要求34的移動無線系統，其特征在于，其中所述引導運行包括輸送信息給第一分組終端，所述信息引導所述第一分組終端在所述上行鏈路上應答。
39.按照權利要求34的移動無線系統，其特征在于，其中所述上行鏈路TOA測量設備包括DOA計量裝置。
40.使用來確定第二移動無線終端的位置的移動單元，包括被連接到第一移動無線終端的無線基站；接收裝置，用于接收由所述第二移動無線終端在特定的業務信道上發送的測量信號的上行鏈路到達時間的命令；確定和報告裝置，用于確定和報告所述第一移動無線終端的位置；以及測量和報告裝置，用于測量和報告由所述第二移動無線終端發送的所述信號的所述上行鏈路到達時間。
41.按照權利要求40的移動單元，其特征在于，其中所述確定裝置包括GPS接收機。
42.按照權利要求40的移動單元，其特征在于，其中所述確定裝置包括預先知道所述第一移動無線終端的位置以及人工報告所述位置。
43.用于確定移動無線系統中移動無線終端的地理位置的方法，所述移動無線系統包括網絡控制器和至少三個無線基站，所述至少三個無線基站的每個基站包括用來與所述網絡控制器通信的上行鏈路TOA測量單元、控制單元、和用來提供時間基準信號給所述上行鏈路測量單元的參考移動臺，以及一個服務節點被用來存儲所述至少三個無線基站和參考移動臺的已知的位置，該方法包括以下步驟接收在所述移動無線系統中的確定所述移動無線終端的位置的請求；如果所述第一移動無線終端正在發送模擬信號或者不發送信號，則引導所述第一移動無線終端在業務信道上發送數字信號上行鏈路；在所述至少三個無線基站的上行鏈路TOA測量單元中對于每個相對時間基準信號測量所述上行鏈路TOA；根據參考移動臺與所述至少三個無線基站之間的已知距離分別校正每個測量的上行鏈路TOA；在所述至少三個無線基站的上行鏈路TOA測量單元從所述移動無線終端，相關于相對時間基準信號接收和測量上行鏈路TOA以及所述業務信道的參考號；把所述業務信道的所述參考號轉換成所述移動無線終端的識別號；把所述上行鏈路TOA測量結果和所述第一移動無線終端識別號輸送到所述服務節點；以及在所述服務節點中通過使用參考移動臺和所述至少三個無線基站的所述已知位置和所述上行鏈路TOA測量結果來計算所述移動無線終端的位置。
44.按照權利要求43的方法，其特征在于，其中移動無線終端和參考移動臺以相同的頻率運行。
全文摘要
本發明內容描述了用于基于到達時間(TOA)測量值確定在相關的移動無線系統(100,600和700)內的第一移動無線終端(108)的位置的新穎的到達時間差值(TDOA)方法(500)和系統(100,600和700),該系統包括多個無線基站(BS1,BS2,BS3)、測量裝置(130)、網絡控制器(110)、和服務節點(103)。在其它非同步的無線基站(BS1,BS2,BS3)中,測量裝置是同步的。測量裝置(130)在一個或多個無線基站(BS1,BS2和BS3)中在數字上行鍵路時隙(301和302)或在模擬上行鍵路業務信道上在數字信息上按要求測量TOA以及(可任選地)到達方向(DOA)。TOA與DOA信息和業務信道號碼被報告給移動業務交換中心(102),后者從業務信道號碼得出第一移動終端(108)的識別號,并發送終端識別號和TOA與DOA測量信息給服務節點(103)。服務節點通過使用TOA信息(當可提供時,由DOA信息補充)計算第一移動終端(108)的位置。第二移動終端(601)與帶有無線基站(BS1,BS2或BS3)之一的移動平臺(汽車,急救車等等)位于一起,它可移動到離第一移動終端(103)相對較接近的地方。因此,通過移動無線基站(BS1,BS2或BS3)之一接近到感興趣的區域(接近第一移動無線終端(108)),從而位置確定精度大大地得以改進。
文檔編號G01S5/14GK1276956SQ9881031
公開日2000年12月13日 申請日期1998年8月18日 優先權日1997年8月18日
發明者B·哈格爾曼, S·馬祖爾, W·吉斯勒, U·福森, J·E·貝里 申請人:艾利森電話股份有限公司