專利名稱：一種蜂窩網絡定位方法及蜂窩網絡定位裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術，尤其涉及一種蜂窩網絡定位方法及蜂窩網絡定位裝置。
背景技術：
隨著無線通信技術的發展，近年來無線定位技術受到人們的廣泛關注，無論是在 軍事還是民用領域都已獲得了廣泛的應用。定位過程是先獲得一定的定位參數，如多個AOA(Angle of Arrival，到達角度) 或T0A(Time of Arrival，到達時間)^TDOA(Time Differenceof Arrival，電波到達時間 差)或場強值，由這些參數就可以構成一組關于待定位移動單元位置的方位線或圓周或雙 曲線方程組，再通過求解這些方程組而獲得待定移動單元的位置信息。在已有蜂窩網絡定 位的研究成果中，電波到達時間差方法由于對移動單元改動少且無需移動單元與基站嚴格 時間同步，因而是一種理想的定位方法。由于對應的定位方程組大多由非線性方程構成，求解較為復雜。在現有技術中 已經提出多種不同計算復雜性和精度的算法，如具有解析表達式解的算法Fang，Chan, Friendlander,SX,SI等；以及遞歸算法泰勒級數展開法，分類征服法等。這些方法均屬于 靜態定位。由于待定位的移動單元的位置很可能是連續變化的，所以采用這些方法定位精 度不高。NLOS (Non Light of Sight，非視距)誤差是影響定位精度的重要因素，在傳統 的定位算法中，如Chan，Fang, Taylor級數展開等算法都沒有考慮NLOS誤差的影響，當 測量值中包含較大的NLOS誤差時，這些方法的定位精度將大大降低，達不到FCC (Federal Communications Commission，美國聯邦通信認證)的E-911要求。現有技術中能夠降低 NLOS誤差影響的方法是一部定位法，即在傳統定位算法中加以改進，改善其對NLOS的魯棒 性，如殘差加權算法等，這類方法通過對冗余定位結果進行加權或取舍處理來減少NLOS的 影響，需要至少3個基站參與定位，但必須存在L0S(Lightof Sight，視距)基站來保證定位 精度，這樣的要求在實際中不易實現。
發明內容
本發明提供了一種蜂窩網絡定位的方法及其系統，其能提高蜂窩網絡定位的精度。本發明的技術方案為一種蜂窩網絡定位方法，包括步驟步驟一、建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信連接；步驟二、檢測所述待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定位基站和所述待 定位移動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位基站和所述服務 基站的第二時間差；步驟三、對所述第一時間差和第二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第
4二估計值；步驟四、根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基站、服務基站的位置信息及所 述第一估計值和第二估計值計算所述待定位移動單元的位置坐標。一種蜂窩網絡定位裝置，包括通信模塊，用于建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信 連接；檢測模塊，與所述通信模塊連接，在所述待定位移動單元與第一定位基站和第二 定位基站的無線通信連接后，用于檢測所述待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定 位基站和所述待定位移動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位 基站和所述服務基站的第二時間差；濾波模塊，與所述檢測模塊連接，對所述檢測模塊檢測到的所述第一時間差和第 二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二估計值；計算模塊，與所述濾波模塊連接，用于根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基 站、服務基站的位置信息及所述第一估計值和第二估計值計算所述待定位移動單元的位置 坐標。本發明的蜂窩網絡定位方法及其裝置，在檢測到第一時間差和第二時間差后，對 所述第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機性和正向 偏差的影響，提高了蜂窩網絡定位的精度。且本發明不需要很多基站參與定位，只需兩個定 位基站和一個服務基站即可完成定位，而且也不須LOS基站來保證蜂窩網絡定位的精度， 實際中比較容易實現。
圖1是本發明蜂窩網絡定位方法的流程圖；圖2是本發明蜂窩網絡定位裝置在一實施例中的結構原理框圖；圖3是本發明蜂窩網絡定位裝置在一實施例中的結構原理框圖；圖4是本發明蜂窩網絡定位裝置在一實施例中的結構原理框圖。
具體實施例方式本發明的蜂窩網絡定位方法及其裝置，在檢測到第一時間差和第二時間差后，對 所述第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機性和正向 偏差的影響，提高了蜂窩網絡定位的精度。且本發明不需要很多基站參與定位，只需兩個定 位基站和一個服務基站，即可完成定位，而且也不須LOS基站來保證蜂窩網絡定位的精度， 實際中比較容易實現。下面結合附圖和具體實施例對本發明做一詳細的闡述。本發明的蜂窩網絡定位方法，如圖1，包括步驟S101、建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信連接。待 定位移動單元一般為移動電話等移動設備。第一定位基站和第二定位基站是參與定位的 基站，實際中可以選擇該待定位移動單元附近的兩個基站作為第一定位基站和第二定位基 站。
S102、檢測待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定位基站和所述待定位移 動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位基站和所述服務基站的 第二時間差。服務基站是待定位移動單元所在小區的基站。具體實施時，待定位移動單元 會同時發射一定位信號分別到第一定位基站和所述服務基站，通過檢測待定位移動單元發 射定位信號的時間Tl、到達第一定位基站的時間T2和到達服務基站的時間T3來確定該第 一時間差T31= (T3-T1)-(T2-T1) = Τ3-Τ2，同理可以確定第二時間差。S103、對所述第一時間差和第二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二 估計值。即對第一時間差進行卡爾曼濾波得到第一估計值，對第二時間差進行卡爾曼濾波 得到第二估計值。對所述第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤 差的隨機性和正向偏差的影響，提高了蜂窩網絡中待定位移動單元定位的精度。S104、根據預先存儲的第一基站、第二基站和服務基站的位置信息及第一估計值 和第二估計值來計算所述待定位移動單元的位置坐標。具體實施時，可以根據預先存儲的 第一基站、第二基站和服務基站的位置信息及第一估計值和第二估計值采用Chan算法來 計算所述待定位移動單元的位置坐標。在一優選實施例中，為了提高蜂窩網絡待定位移動單元定位的精度，在步驟SlOl 之后，步驟S102之前還包括步驟同步所述第一定位基站、第二定位基站和服務基站的時 間。具體實施時，可以按預定時間向第一定位基站、第二定位基站和服務基站發送一時間信 息，第一定位基站、第二定位基站和服務基站分別根據該時間信息更新顯示的時間。這樣提 高了第一定位基站、第二基站和服務基站的時間同步性，可以精確的檢測出第一時間差和 第二時間差，為后面精確的計算待定位移動單元的位置坐標做好鋪墊。在一優選實施例中，在步驟S104之后還可以包括步驟對計算出的位置坐標進行 卡爾曼平滑處理，得到待定位移動單元的最終位置坐標。通過進一步的對計算出的位置坐 標進行卡爾曼平滑處理，可以進一步的提高對待定位移動單元定位的精度。在一優選實施例中，在步驟S104之后還可以包括步驟將所述最終位置坐標無線 發送到所述待定位移動單元。可以及時的將待定位移動單元的位置坐標隨時通知給待定位 移動單元。上述所述的本發明的蜂窩網絡定位方法中，包括2個定位基站和1個服務基站，在 實際應用中定位基站的的個數也可以為多個，即大于2個，根據實際需要來設置。但由于定 位基站個數多的話，定位基站之間會相互干擾，影響了蜂窩網絡定位的精度，在一最優實施 例中，定位基站的個數為3個，即包括2個定位基站和1個服務基站。由此可見，本發明的蜂窩網絡定位方法，在檢測到第一時間差和第二時間差后，對 所述第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機性和正向 偏差的影響，提高了蜂窩網絡定位的精度。且本發明不需要很多基站參與定位，只需兩個定 位基站和一個服務基站即可完成定位，而且也不須LOS基站來保證蜂窩網絡定位的精度， 實際中比較容易實現。本發明還揭示了一種蜂窩網絡定位裝置，如圖2，其包括通信模塊，用于建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信 連接。待定位移動單元可以是移動電話等移動設備。第一定位基站和第二定位基站是參與 定位的基站，實際中可以選擇該待定位移動單元附近的兩個基站作為第一定位基站和第二定位基站。檢測模塊，與所述通信模塊連接，在所述待定位移動單元與第一定位基站和第二 定位基站的無線通信連接后，用于檢測所述待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定 位基站和所述待定位移動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位 基站和所述服務基站的第二時間差。服務基站是待定位移動單元所在小區的基站。具體實 施時，待定位移動單元會同時發射一定位信號分別到第一定位基站和所述服務基站，檢測 模塊通過檢測待定位移動單元發射定位信號的時間Tl、到達第一定位基站的時間T2和到 達服務基站的時間T3來確定該第一時間差T31 = (T3-T1)-(T2-T1) =Τ3_Τ2，同理可以確 定第二時間差。濾波模塊，與所述檢測模塊連接，對所述檢測模塊檢測到的所述第一時間差和第 二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二估計值。對所述第一時間差和第二時間 差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機性和正向偏差的影響，提高了蜂窩網絡 定位裝置定位的精度。計算模塊，與所述濾波模塊連接，用于根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基 站、服務基站的位置信息及所述第一估計值和第二估計值計算所述待定位移動單元的位置 坐標。具體實施時，計算模塊是根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基站、服務基站的 位置信息及所述第一估計值和第二估計值利用Chan算法計算所述待定位移動單元的位置 坐標。實際應用中，該通信模塊、檢測模塊可以分別安裝在第一定位基站或第二定位基 站或服務基站上，濾波模塊和計算模塊可以根據需要進行安裝在核心網內，即近端蜂窩定 位中心系統內。在一優選實施例中，為了提高蜂窩網絡裝置定位的精度，本發明的蜂窩網絡定位 裝置還包括時間同步模塊，如圖3，連接在通信模塊和檢測模塊之間，用于同步所述第一定 位基站、第二定位基站和服務基站的時間。具體實施時，時間同步模塊可以按預定時間向第 一定位基站、第二定位基站和服務基站發送一時間信息，第一定位基站、第二定位基站和服 務基站分別根據該時間信息更新顯示的時間。這樣提高了第一定位基站、第二基站和服務 基站的時間同步性，檢測模塊可以精確的檢測出第一時間差和第二時間差，為后面計算模 塊精確的計算待定位移動單元的位置坐標做好鋪墊。在一優選實施例中，本發明的蜂窩網絡定位裝置還包括處理模塊，如圖4，與所述 計算模塊連接，用于對計算出的位置坐標進行卡爾曼平滑處理，得到待定位移動單元的最 終位置坐標。通過進一步的對計算出的位置坐標進行卡爾曼平滑處理，可以進一步的提高 蜂窩網絡定位裝置定位的精度。在一優選實施例中，本發明的蜂窩網絡定位裝置還包括無線傳輸模塊，如圖4，與 所述處理模塊連接，用于將所述最終位置坐標無線發送到所述待定位移動單元。可以及時 的將待定位移動單元的位置坐標隨時通知給待定位移動單元。上述所述的本發明的蜂窩網絡定位裝置中，定位基站的個數是2個，服務基站為1 個，在實際應用中定位基站的的個數也可以為多個，即大于2個，根據實際需要來設置。由 于定位基站個數多的話，定位基站之間會相互干擾，影響了蜂窩網絡定位的精度，在一最優 實施例中，定位基站的個數為3個，即一個服務基站和兩個定位基站。
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綜上所述，本發明的蜂窩網絡定位裝置，濾波模塊在檢測到第一時間差和第二時 間差后，對所述第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機 性和正向偏差的影響，提高了蜂窩網絡定位的精度。且本發明不需要很多基站參與定位，只 需兩個定位基站和一個服務基站即可完成定位，且不需要LOS基站來確保定位精度，實際 中比較容易實現。以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明 的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范 圍之內。
權利要求
一種蜂窩網絡定位方法，其特征在于，包括步驟步驟一、建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信連接；步驟二、檢測所述待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定位基站和所述待定位移動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位基站和所述服務基站的第二時間差；步驟三、對所述第一時間差和第二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二估計值；步驟四、根據預先存儲的所述第一定位基站、第二定位基站、服務基站的位置信息及所述第一估計值和第二估計值計算所述待定位移動單元的位置坐標。
2.根據權利要求1所述的蜂窩網絡定位方法，其特征在于在步驟一之后，步驟二之前 還包括步驟同步所述第一定位基站、第二定位基站和服務基站的時間。
3.根據權利要求1所述的蜂窩網絡定位方法，其特征在于在步驟四之后還包括步驟 對所述位置坐標進行卡爾曼平滑處理，得到所述待定位移動單元的最終位置坐標。
4.根據權利要求3所述的蜂窩網絡定位方法，其特征在于還包括步驟，將所述最終位 置坐標無線發送到所述待定位移動單元。
5.根據權利要求1所述的蜂窩網絡定位方法，其特征在于步驟四，具體為根據預先 存儲的第一定位基站、第二定位基站、服務基站的位置信息及所述第一估計值和第二估計 值采用Chan算法計算所述待定位移動單元的位置坐標。
6.一種蜂窩網絡定位裝置，其特征在于，包括通信模塊，用于建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信連接；檢測模塊，與所述通信模塊連接，在所述待定位移動單元與第一定位基站和第二定位 基站的無線通信連接后，用于檢測所述待定位移動單元發射的定位信號到所述第一定位基 站和所述待定位移動單元的服務基站的第一時間差，及所述定位信號到所述第二定位基站 和所述服務基站的第二時間差；濾波模塊，與所述檢測模塊連接，對所述檢測模塊檢測到的所述第一時間差和第二時 間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二估計值；計算模塊，與所述濾波模塊連接，用于根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基站、 服務基站的位置信息及所述第一估計值和第二估計值計算所述待定位移動單元的位置坐 標。
7.根據權利要求6所述的蜂窩網絡定位裝置，其特征在于還包括時間同步模塊，連接 在所述通信模塊和所述檢測模塊之間，用于同步所述第一基站、第二基站和服務基站的時 間。
8.根據權利要求6所述的蜂窩網絡定位裝置，其特征在于還包括處理模塊，與所述計 算模塊連接，用于對所述位置坐標進行卡爾曼平滑處理，得到所述待定位移動單元的最終 位置坐標。
9.根據權利要求8所述的蜂窩網絡定位裝置，其特征在于還包括無線傳輸模塊，與所 述處理模塊連接，用于將所述最終位置坐標無線發送到所述待定位移動單元。
10.根據權利要求6所述的蜂窩網絡定位裝置，其特征在于所述計算模塊用于根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基站、服務基站的位 置信息及所述第一估計值和第二估 計值采用Chan算法計算所述待定位移動單元的位置坐標。
全文摘要
本發明公開了一種蜂窩網絡定位方法及蜂窩網絡定位裝置，所述蜂窩網絡定位方法包括步驟建立待定位移動單元與第一定位基站和第二定位基站的無線通信連接；檢測待定位移動單元發射的定位信號到第一定位基站和待定位移動單元的服務基站的第一時間差，及定位信號到第二定位基站和服務基站的第二時間差；對第一時間差和第二時間差進行卡爾曼濾波，得到第一估計值和第二估計值；根據預先存儲的第一定位基站、第二定位基站、服務基站的位置信息及第一估計值和第二估計值計算待定位移動單元的位置坐標。本發明蜂窩網絡定位方法，對第一時間差和第二時間差分別進行卡爾曼濾波，可以消除NLOS誤差的隨機性和正向偏差的影響，提高了蜂窩網絡定位的精度。
文檔編號H04W4/02GK101938690SQ20091015843
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月28日 優先權日2009年6月28日
發明者李秀萍, 羅竣友, 趙軍輝 申請人:澳門科技大學