稀疏化的u-tdoa無線定位網絡的制作方法

專利名稱：稀疏化的u-tdoa無線定位網絡的制作方法
技術領域：
本發明通常地涉及用于定位無線設備的方法和裝置，該無線設備又稱 為移動站(MS)，如用在;f莫擬或數字蜂窩式系統、個人通信系統(PCS)、 增強型專用移動無線電(ESMRs)以及其他類型無線通信系統中的MS。 特別地，但不排他地，本發明涉及用于減小無線定位系統(WLS)的接收 器部署密度和由此降低這種部署的總成本的方法。
背景技術：
在1994年7月5號提交的題目為"Celluler Tel印hone Location System"的第5,327,144號美國專利中描述了關于無線定位系統的早期成果，其公 開了一種利用到達時間差(TDOA)技術來定位蜂窩式電話的系統。該專 利以及其他示例性專利(在下面所討論的)被轉讓給本發明的受讓人 TruePosition公司。，144專利描述了可被稱作上行鏈路到達時間差 (U-TDOA)蜂窩式電話定位系統的系統。所描述的系統可配置成監控來 自一個或多個蜂窩式電話的控制信道傳輸，以及使用中央的或基于站 (station-based)的處理來計算電話的地理位置。TmePostion和其他公司繼 續研究對初始的發明構思的顯著增強。圖1中描繪了 U-TDOA WLS的一 個例子。如圖所示，該系統包括四個主要的子系統信號采集系統(SCS) 10、 TDOA定位處理器(TLP) 12、應用處理器(AP ) 14以及網絡操作控 制臺(NOC) 16。每個SCS負責在控制信道和語音信道上接收由無線發射 器發射的RF信號。通常，SCS (現在有時被稱作丄A^1/或定在^/,卓^) 被優選地安裝在無線運營商的蜂窩基站(cell site),因此與基站并行操作。 每個TLP 12負責管理SCS 10的網絡并且負責提供可被用于定位計算的一 組集中的數字信號處理(DSP)資源。SCS 10和TLP 12—起操作以確定 無線發射器的位置。SCS10和TLP12都包括大量的DSP資源，并且這些 系統中的軟件可動態地運行以基于處理時間、通信時間、排隊時間和成本 的權衡(tradeoff)來確定在哪里執行特定的處理功能。此外，WLS可包括多 個SCS區域，每個SCS區域包括多個SCS 10。例如，"SCS區域1"包括 SCS IOA和10B,它們位于各自的蜂窩基站并且與在那些蜂窩基站處的基 站共用天線。插分(Drop and insert)單元11A和liB用于將部分T1/E1線 通過接口連接到全T1/E1線，全T1/E1線又被耦合到數字訪問和控制系統 (DACS) 13A。 DACS 13A和另 一個DACS 13B用于SCS IOA、 10B等 以及多個TLP12A、 12B等之間的通信。如圖所示，TLP通常^皮經由以太 網(主干網)和第二個冗余以太網來布置和互連。多個AP14A和14B、 多個NOC 16A和16B、以及終端服務器15也被耦合到以太網。路由器19A 和19B被用于將一個WLS耦合到一個或多個其他無線定位系統。
圖1A描繪了代表標準無線通信系統(WCS) 100的組件，其可采用 蜂窩式電話網絡的形式或類似的形式。雖然在圖1A中所表現的技術采用 了全球移動通信系統(GSM)基礎設施的典型的一些術語來表達，但該技術還同等地應用于并且有利于與其他標準(例如描述通用移動通信業務
(UMTS)的第三代合作伙伴計劃(3GPP)技術規范)相一致的蜂窩式無 線通信的實施。在圖1A中，無線移動通信單元或移動站(MS) 101經由 承載去往和來自基站收發臺(BTS) 102的傳輸的射頻(RF)鏈路進行通 信。如在圖1A中以虛線圏所突出顯示的，BTS設施包括上行鏈路接收
(U一Rx)天線和下行鏈路發射(D_Tx)天線以及用于承載著無線通信的 合適信號的相關聯的電纜。 一組(通常為三個)BTS蜂窩扇區(cell sector)
(或扇區化的蜂窩操作區)覆蓋由部署在BTS終端位置的天線所服務的局 部的通信區或蜂窩小區(cell)(包圍著服務BTS)。每個蜂窩扇區通過其獨 特的小區全球識別碼(CGI，該詞語在此也被用來指BTS蜂窩小區設施) 來被識別。在規范公差內，每個BTS可基于以標稱時基頻率操作的獨立振 蕩器單獨地或獨立地為其發送的下行鏈路信號產生其時基或時間標準/時 間參考。對于GSM業務，規定兼容的標準BTS時基頻率在0.05ppm或 0.65Hz的公差內以13MHz進行操作。覆蓋更寬工作區域的一組不同的BTS 由基站控制器(BSC) 103控制。BSC管理在其管區(domain)內操作的 MS和BTS，這種管理包括當MS從一個BTS的蜂窩小區的蜂窩覆蓋范圍 移動到另一個BTS的蜂窩小區的蜂窩覆蓋范圍時，將RF鏈路與特定的 MS的集成的職責從一個BTS切換到另一個BTS。以類似的方式，在通信 管理的較低水平上，BSC還管理MS從一個BTS扇區到另 一個BTS扇區 的切換，并且BTS在其管區內檢測切換的成功執行。在管理的較高水平上， 移動交換中心(MSC) 104管理多個BSC。為了支持WCS的操作，在MS 的特定的服務CGI (SCGI)的控制下操作的任何MS被用于使其自身與 SCGI的被發送的BTS下行鏈路"信標"信號同步，因此不需要來自不同 BTS的信號與共同的時間標準例如GPS時基同步。
圖1B示出作為無線通信系統的輔助物協作的WLS。在本例中，WLS ;故稱為服務移動定位中心(SMLC) 110。基于基礎設施或"疊加(overlay)" 的WLS可采用在圖IB中描述的組件的疊加配置來表示。在圖IB中，通 信信道中的來自所關注的MS/UE 101的RF上行鏈路信號由LMU 112接收 和測量，LMU 112部署在遍及通信系統的操作區分布的位置處。fS看， ^:f術'語.'在JG尸尸GSM術'語A河語'SM丄C"措整個『丄S,而在其必漆裙# ^MLC"措妓務為"TLP"Wf,秀鍵遂伴。如還^^炎y^^， 河語7JW77"指她理J:》教^ 遂斧，該SWLC/『/J遂伴凝炎
f辨如定在初^^J /#"##征，，然'而這舉的逾斧在 岸必語裙4'##戎^^澥迷*^"被#為/^子^漠,秀鍵"SGS"。J通常，如 利用圖1B在圖1A之上的"疊力口"可以設想的，LMUU2^皮部署在BTS 102 設施中，因此LMU通常通過多路耦合到相同的信號饋線來為定位相關的 測量獲得或"接入(tap)"其上行鏈路接收(U一Rx)信號，該相同的信號饋 線由BTS根據為通信而部署的天線來使用。如圖1B中的虛線圈所突出顯 示的，對于在分布的LMU站點的(定位相關的)數據采集和測量的時基 同步，LMU經由帶有電纜的GPS接收(GPS_Rx)天線獲得GPS信號。 此外，LMU經由帶有電纜的下行鏈路接收(D—Rx)天線感測BTS下行鏈 路傳輸。如在圖1B中所描繪的，盡管LMU通常但不是必須地部署在BTS 站點，但是它們也不一定與BTS—對一地部署。由多個LMU提取出來的 接收信號的特征的測量通過無線定位處理器(WLP) 203管理和釆集，每 個WLP 203指導多個LMU的操作。WLP監督特定LMU的選擇，特定 LMU被分配任務以為所關注的特定MS提供測量。 一旦接收被適當測量的 信號數據，可能包括通過其他WLP而管理不在其直接控制下的LMU, WLP將典型地還評估該數據并且基于該數據確定最佳(位置)估計。典型 地，WLP可管理覆蓋地理區域的LMU的操作，多個BSC為該地理區域提 供相應的通信業務。SMLC的無線定位網關(WLG) 114執行總體控制和 給WLP分配任務。WLG典型地(但不一定)與MSC104定位在同 一地點 (并且可與其通過4秦口相連)。WLG與其在通信系統內所服務的多個BSC 通過4妄口相連并交換定位相關的請求、信息或數據。WLG驗證定位業務 請求并將定位確認結果傳播到被授權的接收者。
U-TDOAWLS (和其他定位系統)的性能通常表示為一個或多個圓形 誤差概率(circular error probability).作為增強型9-1-1階段II要求的部分， 美國聯邦通信委員會(FCC)要求基于網絡的系統例如U-TDOA系統部署 成產生以下精度，即為67%的緊急業務呼叫者產生100米(100m或328.1 英尺)準確度和為95%的緊急業務呼叫者產生300米(300m或984.25英 尺)準確度。精度的要求隨所部署的定位業務而變，但是如果U-TDOA定
10位系統的精度(例如由Cramer-Rao約束所預期的)使得通過部署比BTS 少的LMU來超過定位服務質量，則這樣的部署是有利的，因為其將減少 系纟充的成本。
在此描述的發明性技術和構思應用于時分復用和頻分復用 (TDMA/FDMA)無線電通信系統，該無線電通信系統包括廣泛使用的 IS-136 (TDMA)、 GSM和OFDM無線系統，以及碼分無線電通信系統如 CDMA (IS-95, IS-2000)和通用移動通信系統(UTMS)，其后者也被稱 為W-CDMA。上面討論的全球移動通信系統(GSM)模型是本發明可在 其中使用的示例性的非排他的環境。
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在非稀疏化的U-TDOA系統(每個BTS中部署1個LMU的U-TDOA 系統)中，'LMU能夠檢測和解調來自常駐小區的下行鏈路信號(信標或廣 播控制信道(BCCH))。所測量的定時接著與由LMU的基于GPS的時鐘 確定的系統時間進行比較，然后被發送到SMLC以存儲或轉發給其他 LMU。既然在泉位請求中提供了信道和時隙，并且每個相鄰的蜂窩小區和 扇區的與系統時間的幀定時偏移是已知的，那么每個LMU將能夠快速解 調上行鏈路的報文發送(messaging)。
在稀疏化的U-TDOA系統(部署比例小于每個BTS中1個LMU的 U-TDOA系統)中，無線電發射器(移動設備)和無線電接收器(LMU) 間由選擇性部署("稀疏化")導致的增加了的距離將對U-TDOA定位準確 度產生不利的影響，并且將抑制在GSM環境中所需的LMU確定幀定時偏 移的能力。為產生TDOA所需要的時間戳，LMU應該(1)檢測和解調 蜂窩小區下行鏈路信標以確定蜂窩小區定時，以及(2)檢測和解調上行 鏈路信號。要求LMU在噪聲、相鄰信道間千擾、共用信道內干擾存在時 以及在幾個蜂窩小區半徑距離處接收和解調上行鏈路信號和下行鏈路信 號使得最小化LMU部署的成本變得困難。
概述下面的概述是用于解釋在下面更詳細描述的說明性實施方式的幾個 方面。本概述并非意指涵蓋公開的主題的所有的發明性方面，也并非意指 限制下面陳述的權利要求的保護范圍。
在疊加的、基于U-TDOA的無線定位系統中，通常被與BTS定位在 相同地點的LMU用于采集前向信道和反向信道中的無線電信令。當不在 每個BTS站點中部署LMU時，稀疏部署、信標接收以及上行鏈路接收會 限制U-TDOA系統的性能和服務面積。本發明的目的是提供一種用于減小 LMU部署成本的方法和系統。說明性實施方式提供了用于通過稀疏化來減 小U-TDOA部署成本的多種技術。可對這些技術進行如圖3所示的應用以 減小LMU相對于BTS的部署比例并因此減小U-TDOA無線定位系統的總 成本。
本發明可體現為一種用于設計稀疏無線定位系統(WLS )的迭代方法， 并如同用于執行該迭代設計方法的一種軟件工具。例如，在一個示例性實 施方式中，所述迭代方法包括執行智能網絡設計過程以產生初始網絡設 計；執行初步網絡設計分析以確定影響所述初始網絡設計的下述性能限制 因素中的至少一個下行鏈路信標發現、準確度以及上行鏈路解調；以及 基于確定為影響所述初始網絡設計的性能限制因素修改所述初始網絡設 計。
WLS可包括U-TDOA系統，該U-TDOA系統包含多個地理上分散的 定位測量單元(LMU),所述WLS可疊加在包括多個地理上分散的基站收 發臺(BTS)的GSM無線通信系統上。此外，所述迭代方法的當前優選 的實現方式還包括在執行所述智能網絡設計過程之前識別被協同同步的 蜂窩扇區的至少一個群集。
在說明性實施方式中，所述方法還包括，基于確定影響所述最初網絡 設計的性能限制因素是準確度，將至少一個LMU添加到所述網絡設計。 說明性實施方式可還包括基于確定沒有性能限制因素影響所述初始的網 絡設計，來從所述網絡設計中移除至少一個LMU。
當所述性能限制因素是下行鏈路信標發現時，所述方法可還包括部署 至少一個增強型下行鏈路天線、部署下行鏈路干擾消除、部署BTS同步、將至少一個LMU添加到所述網絡設計、或這些中任何幾個的組合。此外， 當所述性能限制因素是下行鏈路信標發現時，所述方法還包括確定是否部 署了 Abis監控系統(AMS)，且如果沒有，在被識別的站點部署至少一個 僅限于下行鏈路的LMU。如果部署了 AMS，所述方法包括啟用對增強型 信標同步(EBS)和源自AMS的信標定時功能的使用。
當所述性能限制因素是上行鏈路解調時，所述方法還包括確定是否啟 用了通信系統解調數據，且如果啟用了所述通信系統解調數據，則啟用了 經解調的數據特征，如果沒有啟用所述通信系統解調數據，則確定沒有部 署AMS并啟用單獨訓練序歹'J(mid-amble)的校正(correction)特征。此外，如 果沒有啟用所迷通信系統解調數據，則所述方法可包括確定部署了 AMS 并啟用源自AMS的被解調的數據特征。當影響所述初始網絡設計的所述 性能限制因素是上行鏈路解調時，所述方法可還包括將至少一個LMU添 加到所述網絡設計，以及/或添加專用天線設施。還應該注意到的是，從鏈 路監控系統例如AMS中獲得解調比特可減少LMU的成本和復雜性，即， 即使在非稀疏環境中也是如此。
下面描述了在此公開的實施方式的其他方面。


當結合附圖來閱讀時，能更好地理解前面的概述以及后面的詳細描 迷。為了說明本發明，在圖中示出了本發明的示例性結構，然而，本發明 并不限于所公開的具體方法和手段。在圖中
圖1示意地描繪了無線定位系統。
圖1A描繪了無線通信系統(WCS)的主要組件的代表性配置。圖1B 示出了疊加的WLS的主要組件的代表性配置，疊加的WLS有時又稱為服 務移動定位中心(SMLC )。
圖2示意地描繪了 GSM/GPRS參考模型。
圖3A-3G是或提供了示出可用于基于預先安裝的分析的結杲、仿真模 擬以及實地確定的經驗結果來稀疏化U-TDOA系統的一系列技術的流程
13圖。
圖4說明信標發現的過程和報文發送，其可用于單獨信標的LMU。
圖5說明稀疏化的TDOA網絡，并在下面解釋TDOA雙曲線的寬度 是由多路徑無線電傳播所導致的不可辨的信號定時和LMU時鐘之間的定 時誤差引起時，進行引用。GDOP可成倍增加這些誤差。
詳細描述
現在我們將描述本發明的說明性實施方式。首先，我們提供對問題的 詳細綜述，然后提供對我們的解決方案的更詳細描述。
爿，祭迷
在減小U-TDOA系統的成本的努力中，接收器可安裝在通信網絡的蜂 窩基站的子集中。如上面所討論的，在U-TDOA系統中每個BTS有一個 LMU，每個LMU可檢測和解調來自其常駐蜂窩小區(例如，其定位在相 同地點的BTS)的下行鏈路信標或廣播控制信道(BCCH)。測量的定時可 與如由LMU的基于GPS的時鐘確定的系統時間進行比較，然后發送到 SMLC以存儲或轉發到其他LMU。這使每個LMU能夠解調上行鏈路報文 發送。
在稀疏U-TDOA系統(部署比率小于每BTS 1個LMU的U-TDOA系 統)中，由選擇性部署("稀疏化")所導致的無線電發射器(移動設備) 和無線電接收器(LMU)之間增加的距離將對U-TDOA定位準確度產生 不利的影響，因為SNR隨距離和共用信道千擾的增加而減小，且GDOP 的影響被放大。此外，在稀疏化的U-TDOA系統中，要求LMU不僅確定 常駐蜂窩小區和扇區的無線電信號定時，還確定不具有常駐LMU的任何 周圍的蜂窩小區和扇區的無線電信號定時。接收和解調該LMU附近的非 常駐蜂窩小區和扇區的信標的能力用于確定幀定時偏移。
幀定時的先驗知識用于GSM設備如移動電話的U-TDOA定位。每個 GSM頻率信道^i多達8個移動站共享。既然每個頻率有最多8個用戶，那 么每個GSM幀便有8個時隙(TS)。因此，每個移動站使用該信道用于一個時隙，然后等待在下一個幀中屬于它的時隙的再次到來。移動發射器僅 在其主用時隙期間啟用。在單個時隙發射而在剩余的七個時隙期間閑置的 要求導致急迫需要RF功率的開/關切換的機制。如果移動站不根據規范執
行，其將千擾相鄰時隙和相鄰信道中的其他移動站。來自定位請求的WLS
任務分配信息包括由無線通信系統或由添加的監控子系統提供的信道信
息，所述信道信息包括分配給所關注的移動站的時隙；但是如果沒有從信 標發現過程推得的幀定時信息，便沒有使LMU可靠地區別一個時隙與另 一個時隙的簡單方法。
不能從周圍蜂窩小區和扇區中檢測信標意味著幀定時不能在定位請 求之前得到，因此從分配的信道采集長時間段無線電能量的需要嚴重減小 了 LMU定位速率，這消除了 WLS執行大部分控制信道定位的能力，且由 于在U-TDOA定位的信號采集階段的呼叫切換而導致了更嚴重的失敗的 定位。
為產生TDOA所需要的時間戳，LMU應該(1 )檢測和解調蜂窩小 區下行鏈路信標以確定蜂窩小區定時，以及(2)檢測和解調上行鏈路信 號。下行鏈路信號將來自相鄰的蜂窩小區和扇區以及來自那些可能地能夠 由LMU服務的蜂窩小區和扇區。上行鏈路信號發往常駐蜂窩小區或近鄰 的任何服務蜂窩小區，而且可產生于由這些蜂窩小區所服務的任何點。要 求LMU在噪聲、相鄰信道間干擾、共用信道干擾存在時以及在幾個蜂窩 小區半徑距離處接收和解調上行鏈路信號和下行鏈路信號，使得很難最小 化LMU部署成本。本發明的目標是提供用于最小化這種LMU部署成本的 一種多方面的(multi-pronged)技術。
綜上所述，信標發現是由下述因素導致的問題
*共用信道干擾；
*相鄰信道干擾；
*接收器飽和；
*定向天線部署；
*天線下傾；參遠近效應；
當在城市地區的GSM網絡中以相對于BTS的小于1: 1的比率部署 LMU時，我們已經觀察到限制因素是信標(BCCH)發現和上行鏈路解調， 而不是定位準確度。上行鏈路解調是由下迷原因導致的問題TDOA值的 成功測量依賴于"千凈的"(高SNR、低相位噪聲、低干擾等等)的參考 信號，來自多個站點的測量信號與所述參考信號相關聯以提供對所述參考 信號和在每個站點接收到的信號之間的TDOA的估計(見第5,327,144號；
第6,047,192號；第6,400，320號;第6,483,460號以及第6,661,379號美國專 利)。在受上行鏈路解調限制的地區，在任何LMU處都沒有足夠高質量的 信號可充當參考信號。
上行鏈路解調是由下述因素導致的問題
*共用信道干擾；
*相鄰信道千擾；
*接收器飽和；
*定向天線部署；
*天線下傾；
參遠近效應；
由輻射傳播損耗、信號吸收和衍射損耗以及多路徑信號惡化引 起的路徑損耗。
TruePostion已經研究了多種通過稀疏化來最小化U-TDOA部署的成 本的技術。如圖3A-3G所示，這些技術被用來減小LMU相對BTS的部署 比率，從而降低U-TDOA無線定位系統的總成本。圖3A-3G是根據本發 明的過程的示例性實現的流程圖。所說明的步驟總結如下。
步驟300:開始稀疏化設計過程；
步驟301:識別被協同同步的蜂窩扇區的群集；
步驟302:執行智能網.絡設計過程；
步驟303:執行初步網絡設計分析；步驟304:確定性能限制因素
(A) 下行鏈路信標發現——轉到圖3B， 3C;
(B) 準確度一一轉到圖3D;
(C) 無性能限制因素一一轉到圖3E，移除LMU (步驟321);或
(D) 上行鏈路解調——轉到圖3F和圖3G。
如圖3B所示，在"受下行鏈路信標發現限制"情況下，執行下述步
驟
步驟305:部署增強型下行鏈路天線； 步驟306:部署下行鏈路千擾消除； 步驟307:部署BTS同步； 步驟308:將額外的LMU添加到服務區。
此外，在步驟310，該過程包括確定是否部署了 AMS(Abis監控系統) (見圖3C)。如果沒有部署，進行到步驟311。如果部署了，進行到步驟 312。
步驟311:在^L識別的站點部署單獨下行鏈路LMU;
步驟312:啟用對EBS (增強型信標同步)和源自AMS的信標定時 功能的使用。
如圖3B和圖3C所示，這些過程之后是步驟309:再次執行智能網絡 設計過程，這次采用了被更新的設計規范。
如圖3D所示，在"受準確度限制"情況下，執行下述步驟
步驟313:增加信號積分時間(integration time );
步驟314:部署TDOA/ECID混合技術；
步驟315:部署TDOA/AoA混合技術；
步驟308:將額外的LMU添加到服務區。
圖3F和圖3G描繪了用于"受上行鏈路解調限制"情形的過程步驟。
17步驟包括
步驟316:確定是否啟用了通信系統解調數據。如果沒有，進入步驟 310;如果啟用了，進入步驟319。
步驟319:啟用經解調的數據特征；
步驟317:啟用單獨訓練序列的校正特征；
步驟318:啟用源自AMS的經解調的數據特征。(從AMS中獲取解 調數據可降低LMU的成本和復雜性。這即使當稀疏化不成問題時仍是有 利的。)
還如圖3G所示，對于"受上行鏈路解調限制"的情況，該過程包括 步驟308:將額外的LMU添加到服務區； 步驟320:添加專用天線設施。
再如圖3F和圖3G所示，這些步驟之后是步驟309:執行智能網絡設 計，采用了被更新的設計規范。
在下面的子部分C中，我們將更加詳細地描述我們的發明性技術。然 而，首先我們提供對GSM參考才莫型的非限制的討論，討論提供了示例性 的(然而非排他的)和適當的背景，在該背景中可使用本發明的實施方式。
及GSM河潛^孝^^費
圖2描繪了 GSM網絡參考才莫型(該圖是GSM 03.71、修訂8.9.0、章 節5.6的3GPP標準化的普通LCS邏輯結構的更改)。現在我們將討論該參 考模型，從而為我們的發明性技術的目前優選的實施方式的其余描述提供 進一步的背景。我們的關于該GSM網絡參考模型的概括性描述絕不意味 著建議將我們的發明限制于符合該GSM網絡參考才莫型的系統。下述段落 總結了在圖2中所描繪的元件
210 BTS——在GSM系統中，BTS (基站收發臺)端接 (terminate)GSM無線電接口 。每個BTS包括多個TRX (收發器)、放 大器、濾波器以及天線。詞語BTS包括電源以及需要用以容納電子 設備的環境防護罩(environmental shelter)和環境控制器。BTS經由Um無線電接口連接到MS (移動站)以及經由Abis接口連接到BSC。
220 U-TDOALMU——LMU(定位測量單元)進行無線電測量以 支持U-TDOA,并典型地被與BTS定位在相同地點，允許共同使用 無線電天線和設施。LMU得到的所有定位和輔助測量都提供給與該 LMU相關聯的特定的SMLC。關于這些測量的定時、性質以及任何 周期性的說明由該SMLC提供或在該LMU中預先處理。地理上分散 的U-TDOALMU由專用連接連接到該SMLC。
223 Le接口——3GPP標準Le接口 (如在3GPP TS 23.171中標 準化的OMA/LIF移動定位協議3.2.1)被LBS應用(LCS客戶端) 用來與GMLC通信，用于請求定位和接收定位響應。提供的業務包 括標準的即刻定位、緊急情況即刻定位、標準的定位l良告、緊急情 況定位報告以及被觸發的定位報告。
224 Lb接口——Lb接口是啟用BSC和SMLC之間的通信的標準 化的報文發送接口 。通過這個接口 ， GSM網絡觸發直接到WLS的定 位請求，然后WLS從BSC獲得附加的信道數據以完成定位過程。該 定位信息接著由GSM網絡路由(route)到請求中的或被分配的LBS應 用。使用SS7或SIGTRAN端口時Lb接口是可用的。如果安裝了具 有所有相關的接口和探測器(probe)的AMS,貝'J Lb接口是可選的。 AMS和Lb可在同一網絡中操作。
225 A被動接入(passive tap)——AMS借助于使用被動接入， 通過接口連接到A接口 。被動接入的典型的實現是通過數字交叉連接 或數字訪問交換(DAX)復制接口報文發送。
226 Abis被動接入——AMS借助于使用被動接入通過接口連接 到Abis4秦口。被動接入的典型的實現是通過數字交叉連接或數字訪 問交換(DAX)復制接口報文發送。
227 HLR—一HLR (歸屬位置寄存器)是HPLMN (歸屬公共陸 地移動網絡)中的數據庫。HLR負責維護用戶簽約(subscription)信息。 HLR為MT (移動設備終端的)呼叫和SMS (短消息業務)提供路
19由信息。HLR為定位請求路由和任意時間查詢(ATI)操作提供蜂窩 小區/扇區4言息。
228GSMSCF——gsmSCF (GSM業務控制功能)為請求智能網 絡(IN)業務的每個呼叫定義了 IN控制環境。gsmSCF還存儲與IN 業務相關的業務邏輯。對基于定位的業務，gsmSCF使用Lc接口互 連到GSM MAP網絡。Lc接口僅在CAMEL階段3和4可用。與 gsmSCF關聯的程序和信令分別定義在GSM 03.78 (現在是3GPP TS 23.078 )和GSM 09.02 (現在為3GPP TS 29.002 )中。關于gsmSCF 的IN功能的定位包括使用ATI程序(任意時間查詢)和ALR (主動 位置檢索)程序對用戶位置的查詢。
229 E5+接口——E5+接口 229基于在ANSI/ESTI標準J-STD-036 "增強型無線9-1-1階段II "中描述的E5接口 。在SMLC WLG組件
和GMLC之間的這個接口允許GMLC直接從SMLC請求定位。E5+ .接口還允許SMLC將自發發展的定位直接推(push)到GMLC,用于經 過Le接口到LBS應用的立即發送或高速緩存。
230 MSC——MSC (移動交換中心)包括負責MS簽約授權功能 和管理呼叫相關和非呼叫相關的GSMLCS的定位請求的功能。MSC 通過Lg接口可訪問GMLC，通過Ls接口可訪問SMLC。如果通過 Gs接口連接到SGSN，則其檢查移動站是否附帶GPRS的移動站，以 決定是否在A接口或Gs接口上尋呼移動站。
231 Lg接口——GMLC (網關移動定位中心)和VMSC (訪問移 動定位中心)之間的3GPP標準化接口 。
232 Lh接口——GMLC和HLR之間的3GPP標準化接口 。使用 該接口的通信發生在GSM-MAP網絡中。
233 Lc接口——GMLC和gsmSCF之間的3GPP標準化接口 。使 用該接口的通信發生在GSM-MAP網絡中。
238 GSM MAP網絡——使用MAP協議的基于SS7的網絡，其 啟用移動蜂窩式網絡的分布式的節點之間的實時訪問、路由和通信。240 BSC——BSC (基站控制器)是GSM架構中的功能性實體， 其負責將RR (射頻資源)分配到移動站、頻率管轄和由BSC控制的 BTS間的切換。對于U-TDOA定位系統，BSC為SMLC提供無線電 信道信息和特征。BSC通過Abis接口連接到BTS 、通過A接口連接 到MSC以及通過Lb接口連接到SMLC。
250 AMS——在TruePostion的2004年8月24日的第6,782,264 號美國專利"Monitoring of Call Information in a ^Vireless Location System"中描述了 AMS (A/Abis監控子系統)，并在2005年6月10 提交的美國<^布的專利申請20060003775 "Advanced Triggers for Location- based Service Applications in a Wireless Location System"中 作了進一步擴展。AMS (或LMS )被動地監控Abis接口和/或A接 口，用于定位觸發事件、報文發送以及用戶信息，允許SMLC執行自 發的(從無線通信系統的角度)U-TDOA、 CGI、 CGI+TA以及ECID 定位計算。AMS經由數字通信鏈路連接到SMLC。如果安裝了 Lb接 口 ，則具有相關接口和探測器的AMS是可選的。AMS和Lb都可在 相同網絡中操作。
260 SMLC—一服務移動定位中心(SMLC)包括用于支持LCS 的功能。在一個PLMN中，可有多于一個的SMLC。 SMLC管理用于 執行對MS的定位的資源的總體協調和調度。SMLC還計算最后的定 位估計和準確度。SMLC通過到為目標MS服務的BSC的Lb接口上 的信令來支持定位。SMLC支持Lp接口以能夠訪問為另 一個SMLC 所擁有的信息和資源。SMLC控制多個LMU以達到獲得無線電接口 測量來定位或幫助定位其所服務的地區中的MS用戶的目的。釆用由 SMLC的LMU中的每一個產生的測量的能力和類型來管理SMLC。 SMLC和U-TDOA LMU之間的信令通過專用數字連接來傳送。到 AMS的數字連接和到GMLC的E5+接口允許SMLC和LMU基于 AMS提供的觸發信息和射頻信息產生自發定位，并將自發定位推到 GMLC。
270 WLP——采用由WLG選擇的單項或多項技術，SMLC群集
21的無線定位處理器(WLP)組件將來自^皮服務的LMU的信息集成， 以計算呼叫者或無線設備的位置。WLP通過數字通信鏈路連接到被 服務的LMU和WLP。
280 WLG——無線定位網關(WLG)與無線網絡通信，接收定 位請求，為應用確定最佳定位方法，以及將定位記錄發送回網絡。使 用AMS,到無線網絡的連接可以是被動(passive)的，或使用到BSC 的Lb接口互聯，其可以是主動(active )的。
290 Abis——Abis接口是BTS與BSC之間的GSM標準化信令接a 。
295 A—A接口是GSM網絡架構中BSC與MSC之間的標準化接 口 。該接口支持傳輸信令和業務的信道。
296 GMLC——GMLC (網關移動定位中心)包括用于支持基于 定位的業務(LBS)(也稱為LCS (定位業務))的鑒權、訪問控制、 管理以及記賬(accounting)功能。在一個PLMN (>^共陸地移動網絡) 中，可有多于一個的GMLC。 GMLC是外部LBS或LCS客戶端接入 GSM或UMTS網絡的第一個節點。網關移動定位中心(GMLC)的 能力由以下標準來定義GSM 03.71 (定位業務(LCS) —一功能性 描述)，3GPPTS 23.271 (LCS的功能性階段2描述)，移動應用部分 協議(3GPP TS 09.02 "MAP")以及CAMEL( 3GPP TS 23.079 )。 GMLC 功能的附加功能包括
*定位客戶端控制功能(LCCF ):定位客戶端控制功能(LCCF) 管理面向多個應用服務器/定位客戶端功能(LCF)的外部接 口。 LCCF通過與定位客戶端授權功能(LCAF)交互作用而 請求客戶驗證和授權(即，驗證允許LCS客戶端定位用戶)， 由此識別無線運營商中的LCS客戶端。LCCF處理定位業務 (LCS)的移動性管理，例如將定位請求轉發給VLR。 LCCF 確定最后的定位估計是否滿足QoS的要求，以達到重試/丟棄 的目的。LCCF提供同時發起的定位請求之間的定位請求的 流程控制。其可命令定位客戶端坐標轉換功能(LCCIF)執行到本地坐標的轉換。其還產生通過定位系統賬單(billing)功 能(LSBF)為LCS產生收費(charging)和賬單相關的數據。
*定位客戶端授權功能(LCAF ):定位客戶端授權功能(LCAF ) 負責提供對客戶端的訪問和簽約鑒權。具體地，其提供對LCS 客戶端請求接入網絡的授權并授權客戶的簽約。LCAF提供 對特定MS的LCS客戶端請求定位信息的授權。
定位系統賬單功能(LSBF ):定位系統賬單功能(LSBF )負 責與定位業務(LCS)有關的網絡中的收費和賬單活動。其 包括客戶端和用戶的收費和賬單。具體地，LSBF釆集收費相 關的數據和用于PLMN間記賬的數據。
*定位系統操作功能(LSOF ):定位系統操作功能(LSOF )負 責提供數椐、定位能力、與客戶端和簽約有關的數據(LCS 客戶端數據和MS數據)、驗證、GMLC的故障管理(fault management)以及性能管理。
*定位客戶端坐標轉換功能(LCCTF ):定位客戶端坐標轉換功 能(LCCTF )提供根據通用綿度和經度系統所表示的定位估 計到根據LCF所理解并被稱為定位信息的本地地理系統所表 示的估計的轉換。特定LCF需要的本地系統可從簽約信息中 了解或由LCF明確地表明。
297 LBS——LBS應用(LCS客戶端)能夠向GMLC發起定位請 求并且能夠從GMLC接收定位響應。當將AMS作為WLS的部分被 部署時，LBS應用被允許在AMS上預先配置觸發事件、報文發送或 者用戶信息，以啟用自發被動定位。
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為了在最少數目的站點部署LMU同時保持U-TDOA性能的指定水 平，可以執行在圖3A-3G中示出的稀疏化過程。在下述的子部分中，我們 對下述主題進行更加詳細的說明基站定時分析；用于稀疏化的智能系統 設計；預測的覆蓋面積、預測的站點密度以及預測的責任面積；下行鏈路覆蓋要求和副(secondary)扇區覆蓋要求；用于稀疏化分析的初步系統設計；下行鏈路信標發現限制性能；上行鏈路解調限制性能；提高下行鏈路信標發現限制性能、用于提高下行鏈路信標發現限制性能的增強型下行鏈路天線，以及用于提高下行鏈路信標發現限制性能的鏈路監控；增強型信標同步；單獨下行鏈路LMU部署；提高上行鏈路解調限制性能、用于提高上行鏈路解調限制性能的鏈路監控、用于提高上行鏈路解調限制性能的已知的序列相關；以及可選擇的實施方式。
基站定時分析(見圖3A中的步驟301)
一旦建立了性能參數和釆集了相關的無線系統數據，但在可完成初步的系統設計之前，應評估無線網絡定時資源。在基于TDMA的系統中，例如GSM中，基站收發臺(BTS) —般不同步，即，不采用共用時鐘參考來部署基站。ETSI組織(歐洲電信標準協會)在GSM 05.10建議"無線子系統同步"中闡述了對GSM基站收發臺的準確度要求，要求如下
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該要求導致單個CGI內的信道^L同步。(CGI在全向天線的情況下可以是蜂窩小區，或在定向天線的情況下可以是蜂窩小區的扇區。)由于基于共用系統時鐘參考大規模地理BTS部署的困難，沒有對其他GSM BTS間的信道同步的要求。GSM基站傳統上通過將基站內的石英振蕩器與來自TI/EI線回程(backhaul)設施的恢復的時鐘信號同步，來得出它們需要的頻率準確度。基于主參考源(PRS)經由回程傳輸的定時信號保持嵌入的振蕩器校準到足夠的準確度之內。
盡管不是GSM的要求，由于制造商的裝備部署和設計選擇，共同定時的、協同同步的扇區和偶然靠近的蜂窩小區的群集可在無線定位系統的服務區中存在。通過從GPS無線電信號和報文發送得到的定時來使GSM系統協同同步，其同樣未被GSM規范所需要，但在引入導航星(NavStar)全球定位系統(GPS)衛星導航系統的美國空軍部署之后，其可為GSM運營商廣泛利用。期望等同的定時能力可從任何全球的或區域的衛星導航系統得到。
24關于BTS同步的進一步的信息可在2005年4月25日提交的"BaseTransceiver Station (BTS) Synchronization"的國際專利申請WO06088472A1中找到。該文件描述了在GSM或UMTS通信網絡的網絡疊加無線定位解決方案中，如何通過同步BTS更加有效地使用頻語，其要求將定時信號分配到所有BTS,或將基于衛星的定時單元安裝在每個站點中。在該解決方案的例子中，LMU被安裝在一些或所有BTS站點，以達到定位無線設備的目的。在支持各種定位然術的蜂窩式網絡中，LMU用于測量各種上行鏈路信號和/或下行鏈路信號的定時。這些LMU可包括基于GPS的定時參考模塊，其可用于同步所有LMU的時基。為降低BTS同步的總成本，LMU將包括周期性電脈沖和時間描述信息的定時信號分布在串行接口或其他接口上，其他節點都可獲取該定時信號以用于同步。電脈沖和時間描述信
例如，具有定位在相同地點的LMU的BTS可以用很少的硬件成本或根本不需要硬件成本來接收同步信號。外部接口單元(E1U)可用于適應各種BTS硬件格式。對于沒有配置LMU的BTS站點，可使用定時測量單元(TMU)。 TMU具有提供與LMU所提供的格式相同的格式的BTS時間信號的單個功能。TMU提供的時間信號與LMU提供的信號同步。該僅定時的TMU比LMU具有更低的成本，因為其不支持上行鏈路信號測量功能或下行鏈路信號測量功能。該方法允許蜂窩運營商以相對低的成本同步BTS。
一旦完成BTS的定時分析，從而完成服務區中的無線電信道的定時分析，便可產生下行鏈路信道的成幀圖。當完成總服務區定時分析時，可執行初步的部署設計。用于稀疏化的智能系統設計(見圖3A中的步驟302)。
本發明的受讓人TruePostion公司準備了 一種智能系統設計工具。系統規劃應用提供了在市場設計過程中自動化的LMU站點選擇。這一特征包括了在市場中以LMU對BTS的小于100%的部署比例("稀疏化的"系統)對LMU站點進行基于標準的選擇。
智能系統設計工具自動選擇將提供最佳定位性能的一組LMU站點。為了做到這一點，系統規劃軟件工具通過冗余矩陣來安排載波基站，然后一次移除一個具有最低冗余矩陣的站點，除非對于該站點來說下行鏈路覆蓋要求或副扇區覆蓋要求不被滿足。在每次移除之后，重新計算冗余矩陣。
繼續移除站點，直到達到目標LMU部署比率或直到站點集合被耗盡。站點的冗余矩陣通過站點的幾個基礎矩陣相乘得到
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#戶尤=0.5，丄=7, M=/。注意常數K、 L、 M是憑經驗確定的。
覆蓋面積基站覆蓋面積是以平方公里為單位的近似面積，其中基站扇區用作WLS中的合作者。該面積通過找到達到確定的閾值功率時的距離而被計算。功率計算是基于復雜的無線電傳播/路徑損耗模型的(例如擴展的COST231-Hata模型)。因此，對覆蓋面積計算有貢獻的天線參數為
高度(agl)(站點越高覆蓋越好)高于平均海平面的高度(amsl)(用于提供省^放高度)
豎直束寬(beam width)(該值越小覆蓋越好)
水平束寬
傾斜(越接近0越好，例如10度傾斜會嚴重減小覆蓋)
天線增益(增益越大，覆蓋越好)
扇區數
天線參數對于說明天線的各個特性是必需的。
站點密度站點密度是在所關注的基站附近，每平方公里的站點的平均數目。該值僅考慮距基站距離小于R公里的站點。R選為到第20個最近的站點的距離。對于系統規劃工具計算，僅使用初始的(在任何移除之前)站點密度。初始的站點密度與安裝基站的環境有關。例如，城市、郊區以及鄉村的環境將具有不同的站點密度。
責任面積這是限制一個區域(Kora"o/區域)的面積，其上的每個點離當前基站比任何其他基站都近。在每次從配置中移除基站后，責任面積都^^皮重新計算。該重新計算促進了站點的均勻分布和合作者的更好的幾何結構，來用于U-TDOA計算。
下行鏈路覆蓋要求智能系統設計工具應該確保在從載波站點圖中移除LMU后，站點的下行鏈路信道仍然能由安裝在剩余LMU站點上的下行鏈路天線很好地監控。這些要求可包括處'/、 7Vf鏈潛SA^以及處小炎"的7Yf遂潛乂建，該最小下行鏈路SNR可包括某種安全邊界，該最小數目的下行鏈路天線應該能夠監控由非LMU塔處理的呼叫。為了檢查這些要求，該工具釆用了說明地面損耗的傳輸;漠型。取決于網絡的協同同步設置，程序對該要求有不同的解釋。在通常非同步的網絡中(例如GSM)，如果兩個或多個蜂窩扇區(CGI)被同步，使得他們具有相同的相對幀定時和幀數，這樣，那些蜂窩扇區被稱為是協同同步的。這有時通過使所有蜂窩扇區位于互相協同同步的指定的站點(通常2， 3或6)而出現在GSM網絡中。
副扇區覆蓋要求"副扇區，，是扇區/CGI，而不是仍然能夠從移動站解調上行鏈路信號的服務扇區。主扇區和副扇區都被分配解調上行鏈路信號的任務以提供冗余。副扇區覆蓋要求確保在準確度網格(accuracy grid)的每個代表點中，能夠發現足夠數目的副扇區。這些要求包括#力#力禱且W處V、S7V仏以及#才0、 7, 2以及3個#/4^樣浚^^為、化。為了檢查這些要求，智能系統設計工具釆用了說明地面損耗和運營商提供的覆蓋多邊形的初始的傳播模型。智能系統設計工具允許運營商產生每站點使用少于一個LMU的克發的U-TDOA系統設計(基線設計)。這允許運營商為任何需要的準確度水平部署最小數目的LMU,并節約與非必要的LMU部署有關的成本。
初始基線設計(圖3A歩驟300、 301、 302)
智能系統設計工具是定義在稀疏LMU部署情景中哪些站點留下來不被部署的工具。
利用期望的節約的目標部署比率(小于每站點一個LMU的比率)，智能系統設計工具將被用于識別站點，所述站點應該被部署有那些LMU以取得產生系統設計的最好的系統性能。該設計被稱為初始基線設計。該初始基線設計可包括受信標發現限制的區域、受上行鏈路解調限制的區域或
27受準確度限制的區域。在稀疏化設計過程的每次迭代中，形成了新的候選設計。
智能系統設計工具通過為地理服務區中的每個點創造來自服務區內
或服務區附近的每個潛在LMU站點的一組TDOA基線而工作。對使用潛在地包括在TDOA定位(如由從來自無線電傳播模型的預測的接收到的信號強度來確定)中的LMU的任意點，潛在的TDOA基線的數目由以下公式給出
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限制網絡部署比率的因素可在一系列步驟中看出。
要^f全查的第一項是下行鏈路信標發現。這可通過考慮每個信標的發射功率和從發射天線到每個站點的下行鏈路信號的路徑損耗來分析，所述站
點是具有被部署的LMU的候選對象。這將在每個LMU處產生接收的功率水平。基于接收器的靈敏度特征，可確定是否每個LMU可發現指定的下行鏈路信標。只要每個信標可由至少一個LMU (如果需要冗余則會更多)發現，則設計便不受下行鏈路信標發現的限制。如果任何信標都不能由至少一個LMU發現，那么系統設計便受該因素的限制，并且應該在該設計中添加LMU，直到這種情況得以解決。
一旦所有信標可由至少一個LMU發現，可估計下一個限制因素_一上行鏈路解調。基于基站的接收器的靈敏度以及到該站點所服務的不同地區的路徑損耗，可在每個位置確定維持該鏈路所需的移動設備上行鏈路信號的最小發射功率。基于該移動設備上行鏈路發射功率以及類似的路徑損耗計算，可確定在周圍LMU站點的接收的功率水平。如果該接收的功率大于LMU在至少一個站點解調信號所需的最小信號強度，那么系統設計便不受上行鏈路解調限制，所述站點是被部署有LMU的候選對象。如果具有在其中移動設備可由蜂窩基站來服務的區域，但上行鏈路信號沒有以足以允許解調的功率水平傳播到任何LMU站點，那么系統受上行鏈路解調限制，并且應該在該設計中添加LMU，直到這種情況得以解決。一旦所有信標都被發現，以及設計中的蜂窩基站可服務的所有區域也
可由被部署的LMU解調，則可進行最后的檢查以確定系統設計是否受準確度限制。這首先需要確定最小移動設備上行鏈路發射功率，該最小移動上行鏈路發射功率用于維持由設計中的蜂窩基站服務的地點處的鏈路。根據此發射功率和到所有周圍LMU站點的路徑損^<,可以確定每個周圍LMU處的接收的信號功率。如果此信號功率水平大于TDOA檢測靈敏度水平，該TDOA檢測靈敏度水平明顯低于解調靈敏度水平，那么認為該LMU是用于對來自該區域的移動設備進行定位的合作LMU。所有這樣的合作LMU被識別。該地區的地形和站點密度用于估計TDOA測量中多路徑導致的擴散。基于這些合作LMU的幾何結構，以及多路徑擴散，可以計算該地區的估計的定位準確度。對由設計中的蜂窩基站服務的所有區域重復該過程，以產生整個設計的總的定位準確度。如果該準確度水平滿足設計要求，那么系統設計便不受準確度限制。如果估計的準確度水平沒達到設計的要求，那么系統受準確度限制，并且應該在設計中添加附加LMU，直到這種情況得以解決。
修改初始基線設計(圖3A，步驟303 )
爭論；摔丄Mt/添水封『LS娛^設^
如果候選設計或初始基線設計包括界定的服務區中的區域，界定的地理服務區受信標發現、上行鏈路解調或準確度限制，那么應該降低初始或當前的稀疏化比率，并且應該在初始基線設計中添加LMU。
在一個LMU接一個LMU的基礎上執行添加LMU。首先，識別性能限制和受性能限制的地理區域。識別當前未具有(host) LMU的可用的基站，標記受影響的區域或在地理上靠近受影響區域的區域(如果在受影響的地區沒有未使用的基站，可考慮可選的站點布置，例如其他無線運營商或其他無線電業務所使用的蜂窩基站)。對這些潛在站點中的每一個，將使用系統工具為釆用所描述的技術而被添加的LMU識別下一個最佳站點。
^^/t標艱華/而添》"ZJl^/("/^3萬，,嚴3朋？
當區域受信標限制時，使用系統規劃工具來為每個潛在LMU站點預測信標發現列表。然后將每個潛在LMU站點的預測的信標發現列表與沒有被預測為被現有的LMU總體所發現的信標列表相比較。在設計中添加LMU，直到所有信標都可被發現并且信標列表中的冗余量(信標被多個LMU發現的次數)被最小化。
^愛J:/f餸廖席源艱賴而添AZJW/f^3G，,嚴3朋？
當區域受上行鏈路解調限制時，使用系統規劃工具來為每個潛在LMU站點預測上行鏈路解調性能。然后將每個潛在LMU站點的預測的上行鏈路解調區域與未被現有的LMU總體充分覆蓋的區域相比較。在設計中添加LMU，直到受上行鏈路解調限制的區域被消除以及來自受影響區域附近的LMU的任何疊加覆蓋被最小化。
^^^減度成浙而添A丄MC/("^3D，
當區域受準確度限制時，使用系統規劃工具為每個潛在LMU站點預測系統準確度性能的提高。在逐個站點的基礎上，系統規劃工具為整個服務區產生準確度預測，基于此，正被添加到整個LMU總體中的站點已經出現在當前候選的設計中。如果添加單個站點并不充分提高準確度性能，則為每對潛在LMU站點重復該過程。重復添加LMU和在每個新的潛在的網絡設計中評估預測準確度的過程，直到達到準確度性能閾值，或直到所有潛在LMU站點都被LMU占據。
如果潛在LMU站點列表被耗盡，則可以考慮附加的可選的站點布置，例如由其他無線運營商或其他無線電業務所使用的蜂窩基站或具有專用設施的獨立LMU站點。
爭論.'雙『丄S說 ',哞移麼丄Mf/f^3五，,嚴？刀,
如果候選設計的初始基線設計不包括界定的地理服務區中的區域，界定的地理服務區受信標發現、上行鏈路解調或準確度限制，那么可增加稀疏化比率以及從候選設計或初始基線設計中移除LMU。
為了從設計中刪除LMU，將使用系統規劃工具識別下一個最佳LMU以進行移除。考慮候選設計中的所有LMU。對于信標和準確度，從初始基線設計中 30^不舉錄受/r標耀教W^雜W/f兆7"移餘LMf/
確定潛在的LMU以從設計中移除的第 一 步是為設計中的每個LMU檢查信標列表。使用系統規劃工具預測可被每個LMU發現的信標。然后使用系統規劃工具確定是否被預測的信標中的任一個被預測為由其他LMU發現。如果^皮LMU發現的所有信標也可由其他LMU發現，那么該LMU是要被移除的候選對象。信標冗余的水平決定哪個LMU要首先被從設計中移除。可重復從設計中移除LMU，阻止其他稀疏化相關的性能問題(準確度、上行鏈路解調等等)的引入，直到信標發現的冗余^皮最小化。在理想的被最大程度稀疏化的系統中，沒有信標冗余。
請注意，根據對LMU接收的信標列表的檢查，可在^皮部署的系統中進行信標冗余的確定，并且在系統優化或無線網絡重新配置的情況下，可使用實際的信標性能代替根據理論傳播模型確定的信標性能。
^不舉錄J:/f遂潛席源^游^發《7"移餘LiW/
確定潛在的LMU以從設計中移除的下 一 步是為設計中的每個LMU檢查上行鏈路信號強度。
采用無線電傳播模型，基于上行鏈路解調性能來識別可纟皮從更新的設計中移除的LMU被完成，該射頻傳輸模型為初始基線設計而提出，已經經過更改以反映出基于信標發現中的冗余進行的LMU的移除。該更新的模型最小化信標發現冗余，并且初始不具有受上行鏈路解調性能限制的區域。
對服務區內的所有可能的傳輸點，在本階段檢查在所有LMU處的接收的信號強度。如果在兩個或多個LMU預測成功的(足夠強，以能被解調)信號接收，那么稱該接收是冗余的。如果預測為被特定的LMU接收和解調的一組信號是完全冗余的，則該LMU可從當前設計中被移除，阻止其他稀疏化相關的性能問題(準確度和信標發現)的引入。
請注意，可根據對LMU接收的信號記錄的檢查，執行所部署系統中的上行鏈路解調冗余的確定，并且在系統優化或無線網絡重新配置的情況下，可利用實際的上行鏈路解調性能代替根據理論傳播才莫型確定的上行鏈路解調性能。
在不舉^,確^'/i游W餘況T移餘LA^7
受準確度限制應該被認為是依據滿足準確度數字的確定目標(例如基 于網絡的定位系統的FCC階段II的要求)。如果當前設計不滿足所要求的 準確度目標，則系統將受準確度限制。即，不能通過從候選設計中移除LMU 來完成附加的稀疏化，因為準確度要求沒得到滿足。
在不受限于信標發現或上行鏈路解調性能的稀疏化的WLS中，受準 確度限制的區域的主要決定因素是水平幾何精度衰減因子(HDOP或 GDOP )。
在定位誤差、測量誤差和幾何結構相互之間存在關系。幾何結構的影 響通過標量來表示，其用來放大測量誤差或降低計算結果的精度。該量被 稱為水平精度衰減因子(HDOP)并且是均方根(RMS)位置誤差與RMS 測量誤差a的比率。數學上可寫為
其中，<jn2和cje2是來自測量的協方差矩陣的水平分量的方差。物理上， 在基線LMU對之間的TDOA雙曲線的交點是正交的時，實現最佳HDOP。 當發射器在圓心以及所有的接收站點關于圓周均勻分布時，出現理想的 HDOP的情況。
通過檢查為服務區中每個點產生的每對LMU之間的TDOA基線和系 統規劃工具產生的服務區的準確度曲線，在滿足或超過準確度要求的候選 系統中，確定移除的合適的LMU。
系統規劃工具考慮預測的TDOA雙曲線基線中的冗余和基線中的正 交度。冗余基線對增加準確度并無貢獻，因此可以清除。具有低正交度的 基線實際上可放大測量的非準確度且因此必須被最小化。如果LMU產生 具有低正交度的TDOA雙曲線的基線，則其將被移除并且WLS準確度性 能凈皮重新計算。請注意，根據所計算的位置相對于用于測試性傳輸的已知 的實際位置的檢查，可確定對被部署的系統的準確度性能的評估。在被部
32署的系統因受準確度限制的區域而受到損害的情況中，可將該信息帶給射 頻傳播模型，計算出新的基線設計。根據新的基線，可重復整個智能設計
過程，并確定添加和刪除LMU的潛在站點。
用于稀疏化分析的初步系統設計(見圖3A中的步驟303 )
用于稀疏化分析的初步系統設計用來為由設計規劃和評估應用產生 的智能系統設計確定TDOA性能限制因素是否存在。將LMU以小于1: 1 的比率部署到網絡(稀疏部署)中的蜂窩基站的能力受三個主要因素的限 制下行鏈路信標發現、上行鏈路解調和準確度。這些因素表示在圖3B-C (下行鏈路信標發現限制)、圖3D-E (準確度限制)以及圖3F-G (上行鏈 路解調限制)中。
限制網絡的部署比率的因素可在一 系列的步驟中被確定。
;險查的第一項是下行鏈路信標發現。這可以通過考慮每個信標的發射 功率和從發射天線到每個站點的下行鏈路信號的路徑損耗來分析，所述站 點是使LMU得以部署的候選對象。這將在每個LMU處產生接收的功率水 平。基于接收器的靈敏度特征，可確定是否是每個LMU可發現指定的下 行鏈路信標。只要每個信標可由至少一個LMU(如果需要冗余則會更多)， 則設計便不受下行鏈路信標發現的限制。如果任何信標都不能由至少一個 LMU發現，那么系統設計便受該因素的限制，并且應該在該設計中添加 LMU，直到這種情況得以解決。
一旦所有信標可由至少一個LMU發現，可評價下一個限制因素一一 上行鏈路解調。基于基站的接收器的靈敏度以及到該站點所服務的不同地 區的路徑損耗，可在每個位置處確定保持該鏈路所需的移動設備上行鏈路 信號的最小發射功率。基于該移動設備上行鏈路發射功率以及類似的路徑 損耗計算，可確定在周圍LMU站點的接收的功率水平。如果該接收的功 率大于LMU在至少一個站點解調信號所需的最小信號強度，那么系統設 計便不受上行鏈路解調限制，所述站點是使LMU得以部署的候選對象。 如果具有在其中移動設備可由蜂窩基站來服務的地區，但上行鏈路信號沒 有以足以允許解調的功率水平傳播到LMU站點，那么系統受上行鏈路解 調限制，并且應該在該設計中添加LMU，直到這種情況得以解決。
33一旦所有信標都被發現，以及可由設計中的蜂窩基站服務的所有區域
也可由部署的LMU解調，可進行最后的檢查以確定系統設計是否受準確 度限制。這首先需要確定最小移動設備上行鏈路發射功率，該最小移動設 備上行鏈路發射功率用于保持由設計中的蜂窩基站服務的地點處的鏈路。 根據發射功率和到所有周圍LMU站點的路徑損耗，可以確定每個周圍 LMU處的接收的信號功率。如果該信號水平大于TDOA檢測靈敏度水平， TDOA檢測靈敏度水平明顯低于解調靈敏度水平，那么認為該LMU是用 于對來自該區域的移動設備進行定位的合作LMU。所有這樣的合作LMU 被識別。該地區的地形和站點密度用于估計TDOA測量中多路徑導致的擴 散。基于這些合作LMU的幾何結構，以及多路徑擴散，可以計算該地區 的估計的定位準確度。對由設計中的蜂窩基站服務的所有區域重復該過 程，以產生整個設計的總的定位準確度。如果該準確度水平滿足設計要求， 那么系統設計便不受準確度限制。如果估計的準確度水平沒達到設計的要 求，那么系統受準確度限制，并且應該在設計中添加附加LMU，直到這種 情況得以解決。
受下行鏈路信標發現限制
第一性能限制因素是下行鏈路信標發現。利用U-TDOA技術定位GSM 網絡中的移動站需要知道由移動站使用的GSM幀定時。移動設備的幀定 時通過其下行鏈路BCCH信道中的每個扇區廣播的幀定時來定義。通常， GSM網絡中的每個蜂窩扇區具有獨立的幀定時。當在每個蜂窩基站部署 LMU時，每個LMU通過解碼由那些站點發送的BCCH來獲得在該站點的 蜂窩小區的幀定時。該過程(如圖4所示)被稱為信標發現。當使用稀疏 部署時，沒有部署LMU的蜂窩小區的幀定時應該通過在相鄰站點的LMU 來發現。如果LMU部署的比率變得太低，則將會有一些沒有LMU能夠為 其發現其信標的蜂窩小區。在那種情況下，不能定位進行由具有未被發現 的信標的那些蜂窩小區所服務的呼叫的MS。這種部署被稱為受下行鏈路 信標發現限制。
為了完整，現在將總結由圖4所表示的信標發現過程。如圖所示，該 過程包括以下步驟1、 MS在RACH上發送接入突發脈沖(Access Burst)。在所關注的CGI 以及任何參考CGI中發起來自移動設備的呼叫。請求專用信道的任何 MS將觸發這一過程。
2、 BTS接收RACH信號，并且BTS將信道所需的報文發送到BSC 和AMS (Abis監控系統)。信道所需的報文包括目標CGI的RFN數據。
3、 定位網關(LG)將RFN同步查詢報文發送到AMS， AMS以RFN 同步響應進行響應，RFN同步響應包括一組CGI、 ARFCN、 RFN以 及AbisTS數據。
4、 然后LG將增強型同步監控(AFRCN int)報文發送到LMU, LMU 被分配任務以在所提供的信標信道發現相對于GPS時間的51個多幀 邊界。
5、 LMU采用GSM同步才艮告(同步類型=增強型)報文回應LG。 LG 執行最后的推算以發現到GPS時間戳的調整過的RFN映射。該映射 被記錄在LG的同步表中。
6、 對所關注的其他CGI重復該過程。 受上行鏈路解調限制
第二性能限制因素是解調來自移動站的上行鏈路傳輸的能力。這是推 導出用于在合作的LMU進行TDOA測量的參考信號所需要的。
當在每個蜂窩基站部署LMU時，在其中發送呼叫或非呼叫相關的報 文的站點處的LMU可容易地解調上行鏈路信號。當采用稀疏部署時，在 沒有部署LMU的蜂窩小區上進行的用于呼叫的上行鏈路信號應該由位于 相鄰站點的LMU來解調。如果部署的LMU的比率變得太小，將會有這樣 的蜂窩小區，即，沒有LMU能夠為其解調與在其上進行的呼叫相關的上 行鏈路信號。在這種情況下，不能定位在這些蜂窩小區上進行的呼叫。這 種部署被稱為受上行鏈路解調限制。
受準確度限制
35在一些情況下，U-TDOA部署可以受準確度限制，即使不受上行鏈路 解調限制或下行鏈路信標發現限制。受準確度限制的U-TDOA部署的成因 主要是幾何精度衰減因子(GDOP)。與所有多邊系統一樣，GDOP在無線 TDOA LMU部署中由產生TDOA的雙曲線相交的淺角(shallowness of angle)引起。如果GDOP復用器的影響使得區域中的定位誤差超出設計規 范，那么該區域受準確度限制。圖5示出了稀疏化的U-TDOA網絡的說明 性例子，其中TDOA雙曲線被由無線電多路徑環境引起的定時和測量誤差 以及真實U-TDOA系統中的各種定時和測量誤差加寬了。
超出服務區的附加的LMU部署可用于降低服務區內的GDOP，因此 移除受準確度限制的區域。用于處理U-TDOA系統中的受準確度限制區域 的其他技術包括混合定位技術的添加。
圖3D,步驟314，示出將增強型Cell-ID (ECID)添加到U-TDOA系 統以補償預測的受準確度限制的區域。在U-TDOA系統中，退回到原位置 (insitu)的基于無線網絡的定位技術是可能的。基于SMLC對服務區的基本 的地理以及無線網絡的拓樸的了解，這些基于網絡的定位技術包括使用 Cell-ID或具有扇區的Cell-ID來產生定位。
無線電傳播延遲信息("定時提前"或"往返時間")和移動設備產生 的信標功率測量的使用可以是有效的(如果可用)，利用SMLC對BTS信 標功率水平的了解，來優化基本Cell-ID/扇區定位。這種增強型Cell ID (ECID )的技術是相對基本Cell-ID技術的潛在準確度提高。ECID定位通 過使用從無線網絡推出的功率測量(PM)信息和附加定時提前(TA)來 實現，以產生定位。使用cell-id( CGI )和定時提前(TA )作為退路(fall-back) 是ECID計算中固有的，因為SMLC可得到CGI和TA，而不管在網絡測 量凈艮告(NMR)中可用的信標功率測量的數目或有效性。這些基于網絡的 定位方法是本領域技術人員已知的，正如試圖為提高準確度使用歷史慣用 數據和無線電傳播模型而采用的統計方法。
在稀疏U-TDOA部署中，希望U-TDOA覆蓋對大部分服務區提供充 分的性能。然而，由于稀疏U-TDOA網絡中固有的下行鏈路信標發現、上 行鏈路解調問題，以及無線電環境的多變的(如果不是反復無常的)性質的限制，可能存在定位覆蓋漏洞(準確度不足的地區或不具備準確度的地 區)。
對覆蓋漏洞(TDOA系統受準確度限制的地理區域)的一種彌補是安 裝附加的LMU。如圖3G的步驟308和圖3D的步驟308 (受準確度限制) 所示，這種方法將提高部署(LMU:BTS)比率。如果這種方法不能使無線 運營商滿意，則可部署混合U-TDOA/ECID系統。除了潛在地消除定位覆 蓋不足問題，對混合U-TDOA/ECID系統的部署還考慮提供的基于定位的 業務(LBS)的應用的定位服務質量(quality-of-service )的差別。ECID 對LBS應用尤其有用，其需要具有周期性更新的由低到高的準確度，如在 移動設備處于談話狀態時進行跟蹤。
由于ECID定位的信號釆集是在移動設備上使用較高功率的前向(BTS 到移動設備)信道進行的，因此ECID性能與由稀疏部署反向信道采集 U-TDOA部署導致的性能限制因素無關。
GSM ECID是基于蜂窩小區和扇區(CGI)的方法，其伴隨著從服務 蜂窩基站出發的范圍(定時超前(TA)或往返時間(RTT))和到達功率 差測量(PDOA)。除了服務蜂窩小區、扇區(如果有)和定時超前，網絡 中每個信標的發射功率也都應該是已知的，并且每個服務扇區(發射天線) 的定位也應該為SMLC所知以正確地推算PDOA。作為PDOA計算的可選 方式，關于被校準的網格的信標強度的數據庫可與模式匹配一起使用。服 務蜂窩小區或扇區內的網格可通過記錄移動信標接收模式或通過復雜的 無線電傳播模型來校準。
ECID還是一種獨特地適于在不同U-TDOA服務區或網絡之間的邊界 區域上的進行中準確度定位的方法。邊界地區是由于寬的蜂窩小區間距和 差的網絡拓樸(其導致很高的GDOP)而使U-TDOA準確度可能低的地區。 寬的蜂窩小區間距是由于運營商的偏好而將邊界區域置于稀疏的服務區 域中。差的網絡拓樸是不同U-TDOA網絡部署在尖銳的線狀邊界所導致 的。由于運營商通信網絡部署邊界、U-TDOA網絡不能共享LMU產生的 TDOA信息或運營商選擇使用兩個或更多個廠商以提供基于U-TDOA的無 線定位系統，可導致U-TDOA服務區中的邊界。
37由于采用ECID，移動接收器起著信號采集點的作用，信標無線電功 率可由移動設備從服務網絡和鄰近網絡中采集。如由基于服務網絡LMU 的下行鏈路信標接收器所采集的，SMLC對鄰近網絡發射器的位置和頻率 的了解允許鄰近網絡4妻收的信標用于ECID定位計算，而不依賴于基于鄰 近區域或網絡的配合運作LMU。
圖3D，步驟315，示出將AoA添加到U-TDOA系統以防止受準確度 限制的性能。見美國專利第6,108,555號(2000年8月22日)以及第6,119,013 號(2000年9月12日)，兩者的題目都是"Enhanced Time Difference Localization System"。
提高受下行鏈路信標發現限制的性能
在非同步的網絡如GSM或UMTS中，在其中由一個基站發射的相對 于另一個基站信號的傳輸時間偏移是未知的)，LMU應該監控信標定時以 確定幀定時。當LMU部署比率小于l: 1 (BTS: LMU)時，蜂窩小區的 無線電傳輸的定時不應該由常駐LMU確定，而應該根據緊鄰或更遠的蜂 窩小區中的LMU確定。
下文是促進辨疏化部署中的下行鏈路信標發現的技術。 增強型下行鏈路天線(圖3B中的步驟305)
當性能限制因素是下行鏈路信標發現時，首要的也是最廉價的選擇是 將增強型下行鏈路天線添加到識別的在性能限制地區附近LMU站點。使 用增強型下行鏈路接收天線允許LMU更好地檢測和解調來自稀疏化部署 中的周圍的蜂窩小區和扇區的信標(GSM中的BCCH)廣播。下行鏈路天 線的部署可通過直接裝配到LMU來完成，但是裝配在基站外部或在蜂窩 小區塔上的天線提供較低衰減的環境和因此更好的接收。
然而，下行鏈路信標可遭受太少的衰減，也可遭受太多的衰減。下行 鏈鴻4妄收器可受損于信標以如此高的功率被發射的事實。例如，如杲LMU (與其接收天線一起)在一個BTS上或附近被定位，則發自該BTS的信 標將被以很高的功率接收。由于GSM波形的特性，發自這些信標的大部 分能量溢出到鄰近頻率倌道。如果LMU沒有位于其上的那些附近站點(稀疏化的站點)使它們的信標在這些鄰近信道中的一個上發送，那么來自強 本地信標的溢出使得很難檢測和解調來自遠處站點的更弱的信標。
除了鄰近信道問題，在某些情況下(像屋頂部署，其中LMU下行鏈 路接收天線被緊臨栽波發射天線放置)，本地信標很強，以至于它們使得 LMU的前端達到飽和，因此使得不可能去檢測任何遠處信標，即使這些信 標不在鄰近信道也是如此。在這種情景下，通過引入低廉的線衰減器來減 小在LMU下行鏈路接收器接收的信號水平，可成功檢測遠處信標，這樣 就不再使得LMU飽和。線衰減可導致許多之前未被發現的遠處信標被發 現。
除了優化物理天線放置和線衰減器的應用之外，可使用第三種技術， 其關于將可編程陷波濾波器應用到天線饋送。通過從定位在相同地點的主 BTS中濾除頻率，減輕了飽和問題，而沒有使遠處信標接收惡化。在這種 方法中，由于運營商頻率規劃的多變的性質和調整包括主BTS的新頻率分 配的需要，所以可編程濾波器是必需的。
用于增強型信標同步的鏈路監控(困3C中的步驟312)
在如美國專利第6,782,264號，2004年8月24， "Monitoring of Call Information in a Wireless Location System"中所公開的，以及在2005年6月 10日提交的美國公布的專利申請20060003775， "Advanced Triggers for Location-based Service Applications in a Wireless Location System"中作了進 一步擴展的，可將Abis監控系統(AMS)或鏈路監控系統(LMS)與無 線定位系統結合部署，以提供觸發定位系統的被動方式。作為節省成本的 測量，可部署疊加的LMU以僅監控Abis (BTS到BSC )鏈路或直接將需 要的LMS功能合并到BSC中。AMS功能或LMS功能的部署考慮到更低 的LMU部署密度而考慮特定技術。
增強型信標同步特征使用LMU或AMS來監控所包括的BTS單元的 Abis鏈路，以及迅速可靠地訪問GSM幀數信息，降低延遲以及提高系統 吞吐量。這種增強型同步技術增加了系統發現GSM信標和這些信標各自 映射到GPS的時間的靈敏度。使用該技術，Abis監控器將提供部分地描述 絕對幀數(FN)映射到GPS時間的同步信息。由LMS提供的參數包括RFN(減小了的幀數，Tl，、 T2、 T3)，其為對GSM幀數的部分描述。該 信息將與由監控下行鏈路路徑的LMU直接作出的觀察和測量相結合，來 進一步匯集到定時解決方案。
具體地，"信標同步"是系統用來確定被特定CGI所使用的絕對幀時 間參考的方法，絕對時間參考用于將超-幀序列確定為時間的函數。 U-TDOA系統依靠對幀數(FN)的定時的精確掌握來在正確的時間適當地 采集正確信道上的跳頻信號。增強型信標同步結合在下行鏈路上的檢測過 程使用來自LMS的粗略幀數測量，其允許信標定時在比正常下行鏈路信 標監控低lldB的信噪比(SNRs)下進行測量。該提高了的靈敏度允許信 標由更遠的LMU來檢測，有利于更加稀疏的LMU部署。
確定絕對幀定時參考的通常功能在基本信標同步過程期間開始。LMU 執行四步過程以得到GSM幀和GPS時間之間的定時同步
1、 LMU檢測頻率控制信道(FCCH)，其用于校正BTS中的頻率偏 移。
2、 LMU檢測同步信道(SCH)以推導出正確的定時。當LMU知道 幀定時時，其不知道絕對幀數或哪個蜂窩小區在發射(CGI)。
3、 LMU解調廣播控制信道(BCCH)并且解碼幀數和CGI。注意 由于檢測比解調容易，因此對信號的解調依靠比上述步驟1和步驟2 明顯更高的SNR。
4、 LMU可使用絕對幀定時參考，以幫助U-TDOA定位過程中的信 號采集。
增強型信標同步以基本信標同步過程為基礎，該過程如下
1、 AMS為每個需要增強型過程的BTS提供多個測量。這些測量包 括CGI。
2、 執行這些報文的關聯以取得減小了的幀數(需要22位中的16位
計'
403、 將減少了的幀數(22中的16位)信息發送到LMU，然后LMU 執行FCCH和SCH檢測(上迷步驟1和2 )并返回準確的時間校準。 由于LMU不再必須解調BCCH信道，因此可在較低的SNR下執行 檢測。
4、 將由LMU提供的準確定時與之前計算的減少了的幀數相結合。然 后該幀數可用于幫助由LMU為定位而進行的信號采集。
單獨下行始咯LMU部署(圖3C的步驟311)
一種用于增強下行鏈路信標發現限制區域中的定位系統性能的技術 是對單獨下行鏈路LMU單元的目標性安裝。采用圖4所示的過程，在不 部署LMU的情況下，部署低成本、易安裝的接收器單元，以測量蜂窩基 站中的下行鏈路信標定時。通過減少部署的LMU的數目和安裝提供信標 發現的單元(但不能在定位處理中合作)以填充信標覆蓋"漏洞"，獲得 更低的總的系統成本。該單元可將有線或無線回程用到SMLC或另一個 LMU以轉發到SMLC。該回程與定時釆集無關，因此可變鏈路時延將不影 響操作。
下行鏈路LMU可用于采集原始定時數據或釆用GPS模塊進行部署使 得可以在本地計算相對GPS系統的偏移。采用GPS模塊部署簡化了提供 信標定時偏移的過程，但是GPS模塊增加了成本和單元尺寸，并且限制裝 配到具有GPS覆蓋的區域。使用本地時鐘源或相對于其他信標的偏移允許 刪去GPS模塊并且節約GPS接收器和GPS天線的成本；允許更靈活的裝 配選擇(應該能夠檢測所部署LMU的公共信標)，但依靠SMLC來計算相 對于公共被7見測信標的定時偏移。
所有的信標都能夠相對于彼此或某個其他任意時間而被定時。該定時 方法對于信標發現的目的是很好的，但對于U-TDOA測量不能產生足夠的 定時準確度，因此在LMU站點仍然需要準確的基于GPS的定時。信標發 現可被停止數微秒并且仍能起作用，但是準確的U-TDOA要求25-50納秒 的時鐘準確度用于U-TDOA計算。
下行鏈路LMU單元可使用內部天線，但是為了在接收到不充足數目的信標的情況下可支持外部天線以增加增益。
典型的單元接收器系統是支持多個天線以允許分集接收的單信道。與 多帶部署保持一致，單元能夠在多個頻帶上調諧。指定接收器單元來僅支 持下行鏈贈-接收，但是接收器單元可與無線接收器耦合以允許無線回程。 該單元專用于信標搜索以及報告信標定時或報告相對于本地時鐘或關于 其他信標的信標偏移定時。
在非常受限的情況下，使用在初始分析中獲得的對無線通信網絡的了
解，可能使用協同同步群集來從LMU可檢測到的信標到LMU不能檢測到 但與被檢測到的信標協同同步的信標來映射信標定時。這常應用于蜂窩基 站內的扇區，但如果使用經由公共時鐘的BTS同步也能應用于其他群。
提高受上行鏈路解調限制的性能(見圖3F和3G)
如果初步網絡設計分析(圖3A，步驟303 )表明稀疏化的U-TDOA 部署受上行鏈路解調限制，則可使用五種技術來減輕或校正受上行鏈路解 調限制的性能。這些技術中的第一種(圖3F，步驟319)要求無線網絡配 置成轉發來自反向信道(從移動設備到基站)無線電報文發送的比特序列 或無線電^JL，用于重新調制到無線定位系統成為用于信號相關性處理的 代表信號。
第二種^支術(圖3F，步驟318)需要AMS或LMS，以及從反向信道 無線電報文發送中提取比特序列，用于重新調制成用于信號相關性處理的 代表信號。
第三種4支術(圖3F，步驟317)通過僅^使用用于信號相關性處理的無 線電報文發送中的已知比特序列，避免需要信號解調和被動監控。
用于防止受上行鏈路解調限制的區域笫四種技術(圖3G，步驟320 ) 是將專用天線或合并了來自所有可用天線的輸入的信號處理添加到受影 響的地理區域中的LMU或受影響的地理區域附近的LMU中。基于所預測 的受影響區域中的點的SNR的提高和作為結果的TDOA雙曲線的正交性， 選擇L而。
第五種沖支術(圖3G,步驟308)是添加地區中的或地區附近的LMU，
42在該地區中當前TDOA設計受上行鏈路解調限制。基于從系統設計、規劃以及之前所描述的評估計具和模型產生的數據，選擇LMU定位。
轉發的解調數據(圖3F,步驟316和319 )
如上面所介紹的，無線通信網絡可以對發生在反向控制和/或業務無線電信道中的比特序列進行取樣和轉發。
隨后調制比特序列或樣值以產生基帶信號。然后將該重新調制的基帶信號用作參考信號。隨即可相對于接收站點處的記錄的接收信號關聯該參
考信號，在所述^l妻收站點部署LMU以提供理想參考信號和那些站點處的
接收信號間的TDOA估計。(見美國專利第5,327,144號，1994年7月5
日，"Cellular Telephone Location System，，以及美國專利第6,047,192， 2000
年4月4日，"Robust E伍cient Location System")。
該技術特別適于以下情況，其中將LMU功能并入基站接收器，采用內部BTS通信路徑迅速發送比特序列。LMU與無線通信系統的集成消除了對來自無線定位系統部署的獨立被動監控設備的需要和其成本。
為提高上行鏈路性能的鏈路監控(圖3F，步猓310和318 )
如上所討論的，鏈路監控子系統(LMS)可用來提供觸發定位系統的被動方式。LMS系統還允許考慮特定技術，該特定技術考慮通過提高上行鏈路解調性能來降低LMU部署密度。在非稀疏的U-TDOA部署中，參考信號由常駐在服務蜂窩小區中的LMU或常駐在鄰近蜂窩小區中的LMU正常地產生。在稀疏化的部署中，沒有LMU能夠成功接收具有足夠高質量的信號以便以最小的誤差進行解調。在這種情況下，LMS(或AMS)可用來捕獲包括在信號中的比特序列樣值。然后再次調制該樣值以產生基帶信號。隨即將該再次調制過的基帶信號用作參考信號。該參考信號可接著相對于接收站點處的記錄的接收號進行關聯，在該接收站點部署LMU以提供理想參考信號和那些站點處的接收的信號間的TDOA估計。(見美國專利第5,327,144號，1994年7月5日，"Cellular Telephone Location System")再如上所述，獲得來自AMS或其他鏈路監控系統的解調數據可減少LMU的成本/復雜性，這即使在稀疏化不成問題的時候也是有利的。為提高上行鏈路性能的已知的序列關聯(圖3F，步驟317)
對TDOA值的成功測量需要"干凈的"(高SNR、低相位噪聲、低千 擾，等等)參考信號，將來自多個站點的測量信號與該參考信號相關聯， 以提供對參考信號和在每個站點接收的信號間的TDOA的估計。該參考信 號通常以兩種方法中的一種在非稀疏化的U-TDOA網絡中獲得。第一種方 法是將在與移動設備4妄近的站點(例如服務蜂窩基站)處的接收信號用作 參考信號。該方法假設，鏈路預算使得在鄰近站點處的接收信號也是相當 千凈的(未摻雜無線電干擾或噪聲)。第二種方法是通過解調(且如果需 要，解碼)在一個站點處的接收信號并在該接收站點使用此數據來產生期 望波形，來重構理想的參考信號。該方法假-沒信號在一個或多個站點以充 分高的質量被接收，以便以很小的誤差進行解調。
在稀疏化LMU部署的情況下，可能這兩種方法都不提供令人滿意的 參考信號。該情況可由以下情況引起，即，移動設備處于某個位置以至于 沒有LMU從移動站"f妄收高質量信號。在這種情況下，第一種方法導致未 作為好參考信號的低SNR信號。由于在部署LMU的所有站點處的信號質 量都不好，重構參考信號的第二種方法也會失敗，因為低質量信號不能被 可靠地解調(可能會具有很多錯誤比特)。
然而很多波形具有已知的圖案(例如，GSM的訓練序列(mid-amble ) 中的訓練序列碼，IS-136中的同步信號和DVCC,等等)，所述已知的圖 案與未知的用戶數據一起傳輸，以幫助獲取、同步和/或均衡。預先知道這 些圖案，可以產生理想的參考信號，該參考信號表示與這些已知區段相關 的期待的接收波形。接著該參考信號可相對于部署LMU的接收站點處的 接收信號進行關聯，以提供理想的參考信號和那些站點處的接收信號間的 TDOA估計。(見美國專利第6，047，192號，2000年4月4日，"Robust, Efficient, Localization System")
本發明的實際范圍不受限于在此公開的目前的優選的實施方式。例 如，無線定位系統的目前的優選的實施方式的上迷公開使用了解釋性詞 語，如信號采集系統(SCS )、 TDOA定位處理器(TLP )、應用處理器(AP )、
Z).潛論定位測量單元(LMU)以及類似的詞語，這些詞語不應該;波解釋為限制下 述權利要求的保護范圍，或不應該被解釋為另外意味著無線定位系統的發 明性的方面受限于所公開的特定的方法和裝置。而且，如由本領域技術人 員所理解的，在此公開的發明性的方面中的多個方面可應用于不基于 TDOA技術的定位系統。例如，本發明不受限于如上面所述所構建的利用 SCS的系統。SCS、 TLP等等本質上是可編程的數據采集和處理設備，在 不背離在此公開的發明性的概念的情況下所述設備可采取多種形式。假設 數字信號處理和其他處理功能的成本迅速下降，例如，在不改變系統的發 明性的操作的情況下，可容易地將特定功能的處理從在此描述的功能元件 中的一個(如TLP)轉移到另一個功能元件(如SCS)。在很多情況下， 在此描述的實施的場所(例如功能元件)僅是設計者的偏好，不是嚴格的 要求。相應地，除非明確地被如此限制外，下迷權利要求的保護范圍不意 味著受限于上述的特定的實施方式。
權利要求
1.一種方法，其用于根據初始網絡設計來設計稀疏的無線定位系統(WLS)，所述方法包括確定初始網絡設計受準確度性能限制因素的影響；以及通過執行下述動作中的至少一個修改所述初始網絡設計增加在一個或多個定位測量單元(LMU)的積分時間；在所述WLS中部署混合的到達時間差(TDOA)/增強型蜂窩小區識別(ECID)定位過程；在所述WLS中部署混合的時間TDOA/到達角(AoA)定位過程；以及將至少一個LMU添加到所述網絡設計中。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，所述WLS包括上行鏈路到達時 間差(U-TDOA)系統，所述U-TDOA系統包括多個地理上分散的定位測 量單元(LMU)。
3. 如權利要求1所述的方法，其中，所述WLS疊加在GSM無線通 信系統上，所述GSM無線通信系統包括多個地理上分散的基站收發臺(BTS )。
4. 如權利要求1所述的方法，還包括識別被協同同步的蜂窩扇區的 至少 一個群集，以及執行智能網絡設計過程以產生所述初始網絡設計。
5. 如權利要求1所述的方法，還包括確定所述初始網絡"&計或其修 改版本受下行鏈路信標發現性能限制因素影響。
6. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所述性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟部署至少一個增強型下行鏈路天線。
7. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所迷性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟部署下行鏈路干擾消除。
8. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所述性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟部署基站收發臺(BTS)同步。
9. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所述性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟將至少一個定位測量單元(LMU)添加到 所述網絡設計中。
10. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所述性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟確定沒有部署Abis監控系統(AMS)，以 及隨后在被識別的站點處部署至少一個單獨下行鏈路定位測量單元a固)。
11. 如權利要求5所述的方法，還包括基于確定所述性能限制因素是 下行鏈路信標發現的下述步驟確定部署了 Abis監控系統(AMS);以及 隨后啟用對增強型信標同步(EBS)和源自AMS的信標定時功能的使用。
12. 如權利要求l所述的方法，還包括確定所述初始網絡設計或其修改版本受上行鏈路解調性能限制因素 影響。
13. 如權利要求12所述的方法，還包括基于確定影響所述初始網絡 設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的下述步驟確定啟用了通信系 統解調數據，以及啟用經解調的數據的特征。
14. 如權利要求12所述的方法，還包括基于確定影響所述初始網絡 :沒計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的下述步驟確定沒有啟用通信 系統解調數據，且確定沒有部署Abis監控系統(AMS)，以及啟用單獨訓 練序列的校正特征。
15. 如權利要求12所述的方法，還包括基于確定影響所述初始網絡 設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的下述步驟確定沒有啟用通信 系統解調數據，且確定部署了 Abis監控系統(AMS)，以及啟用源自AMS 的經解調的數據的特征。
16. 如權利要求12所述的方法，還包括基于確定影響所述初始網絡 設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的下述步驟將至少一個定位測量單元(LMU)添加到所述網絡設計中。
17. 如權利要求12所述的方法，還包括基于確定影響所述初始網絡 設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的下述步驟將至少 一個專用天 線設施添加到所述網絡設計中。
18. —種計算機可讀介質，其包括計算機可讀指令，所述計算機可讀 指令用于執行一種規定的方法，所述規定的方法用來根據初始網絡設計來 設計稀疏的無線定位系統(WLS),所述規定的方法包括確定所述初始網絡設計受準確度性能限制因素影響；以及通過執行下述動作中的至少 一個《務改所述初始網絡設計增加在一個或多個定位測量單元(LMU)的積分時間；在所述WLS中部署混合的到達時間差(TDOA) /增強型蜂窩小 區識別(ECID)定位過程；在所述WLS中部署混合的時間TDOA/到達角(AoA)定位過程；以及將至少一個LMU添加到所述網絡設計中。
19. 如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中，所述WLS包括上 行鏈路到達時間差(U-TDOA)系統，所述U-TDOA系統包括多個地理上 分散的定位測量單元(LMU)。
20. 如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中，所述WLS疊加在 GSM無線通信系統上，所述GSM無線通信系統包括多個地理上分散的基 站收發臺(BTS)。
21. 如權利要求18所迷的計算機可讀介質，.其中，所迷方法還包括 識別被協同同步的蜂窩扇區的至少一個群集，以及執行智能網絡設計過程 以產生所述初始網絡^:計。
22. 如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 確定所述初始網絡設計或其修改版本受下行鏈路信標發現性能限制因素 影響。
23. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟部署至少一 個增強型下4f鏈路天線。
24. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟部署下行鏈 路干擾消除。
25. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟部署基站收 發臺(BTS)同步。
26. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟將至少一個 定位測量單元(LMU)添加到所述網絡設計中。
27. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟確定沒有部 署Abis監控系銃(AMS)，以及隨后在被識別的站點處部署至少一個單獨 下行鏈路定位測量單元(LMU)。
28. 如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定所述性能限制因素是下行鏈路信標發現的下述步驟確定部署了 Abis監控系統(AMS)，以及隨后啟用對增強型信標同步(EBS)和源自 AMS的信標定時功能的使用。
29. 如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 確定所述初始網絡設計或其修改版本受上行鏈路解調性能限制因素影響。
30. 如權利要求29所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定影響所述初始網絡設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的 下述步驟確定啟用了通信系統解調數據，以及啟用經解調的數據的特征。
31. 如權利要求29所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定影響所述初始網絡設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的 下述步驟確定沒有啟用通信系統解調數據，且確定沒有部署Abis監控系統(AMS )，以及啟用單獨訓練序列的沖交正特征。
32. 如權利要求29所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定影響所述初始網絡設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的 下述步驟確定沒有啟用通信系統解調數據，且確定部署了 Abis監控系統(AMS)，以及啟用源自AMS的經解調的數據的特征。
33. 如權利要求29所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定影響所述初始網絡設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的 下述步驟將至少一個定位測量單元(LMU)添加到所述網絡設計中。
34. 如權利要求29所述的計算機可讀介質，其中，所述方法還包括 基于確定影響所述初始網絡設計的所述性能限制因素是上行鏈路解調的 下述步驟將至少 一個專用天線設施添加到所述網絡設計中。
全文摘要
在疊加的基于U-TDOA的無線定位系統中，通常被與BTS定位在相同地點的LMU用于采集前向信道和反向信道中的無線電信令。采用技術來補償稀疏LMU部署，在稀疏LMU部署中，U-TDOA服務區的扇區受到上行鏈路解調限制或下行鏈路信標發現限制。
文檔編號H04W24/02GK101690301SQ200880020378
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月17日 優先權日2007年4月18日
發明者羅伯特·J·安德森, 馬修·L·沃德 申請人:真實定位公司