專利名稱：蜂窩無線定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線定位系統(tǒng)。為了使用無線傳播特性識別一個移動單元的位置，正在開發(fā)多種系統(tǒng)。一個這樣的系統(tǒng)是全球定位系統(tǒng)(GPS)，其特征在于便攜單元使用來自太空衛(wèi)星的無線傳輸進(jìn)行位置確定。這種系統(tǒng)是高度精確的，但是需要特殊設(shè)備，而且在天空可見度很差的位置是不可靠的，因為幾個很分散的衛(wèi)星必須與手機(jī)處于視線關(guān)系才能進(jìn)行定位。
為這種使用蜂窩無線系統(tǒng)的無線傳播特性提供蜂窩無線移動單元定位的系統(tǒng)做了幾種建議。它們使移動單元本身作為尋找位置的裝置。眾所周知，蜂窩無線系統(tǒng)允許攜帶便攜手機(jī)(一個“移動單元”)的用戶通過無線鏈路，或者向另一個移動單元或者向常規(guī)的固定端機(jī)，發(fā)出并接收電話呼叫。無線鏈路在移動單元和分散在所覆蓋區(qū)域的固定無線基站網(wǎng)中的一個之間建立。系統(tǒng)允許任何移動單元通過任何基站進(jìn)行通信；通常移動單元將通過提供最佳質(zhì)量無線信號的基站進(jìn)行通信。
因為移動單元在通話過程中可能移動，那么可能很必然的是它會移出最初建立呼叫的基站范圍。因此蜂窩無線系統(tǒng)包括切換系統(tǒng)，允許與第二個基站建立通信，與第一個切斷，并不會讓通話的任一方覺察到通話本身的中斷。在已知的GSM系統(tǒng)(Global System for Mobilecommunication移動通信全球系統(tǒng))中，移動單元經(jīng)常監(jiān)視周圍基站的BCCH(Broadcast Control Channel廣播控制信道)以便確定哪個基站提供最佳的信號，并因此確定通過哪個基站建立新的呼叫，或者是否應(yīng)該啟動一次切換。這個過程發(fā)生在空閑和激活模式中，即不需要用戶進(jìn)行一次呼叫。
GPS技術(shù)的發(fā)展意味著現(xiàn)在可以相對便宜地在每個蜂窩無線基站站址實現(xiàn)高度精確的同步源。一個好的同步源有幾個好處，包括改善的切換、降低相鄰基站之間干擾影響的能力、以及在無線接口允許高度精確的輻射頻率。應(yīng)該注意到不同于簡單的廣播時間信號，GPS同步信號考慮到GPS接收機(jī)的位置，而且因此可以補(bǔ)償由于無線電波速率有限而帶來的時間延遲。
歐洲專利說明EP0320913(Nokia)描述了一種系統(tǒng)，其特征在于由GPS系統(tǒng)得到的定時脈沖從三個或多個基站中的每一個發(fā)送，它們到達(dá)移動單元的不同時間用于識別該單元的位置。這個現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要移動單元輪詢每個基站，這就要求它切換不同基站之間的通信，以便完成這種輪詢。這樣需要使用幾個業(yè)務(wù)信道，或者輔助信道而且也需要與每個臨近基站建立可靠的無線通信。
在國際專利申請WO95/00821(Omniplex)中，每個基站發(fā)送同步分組數(shù)據(jù)信號。移動單元同時監(jiān)視所有基站，這就需要移動單元能夠同時接收幾個無線頻率，或者所有基站在相同信道上發(fā)送它們的數(shù)據(jù)分組。這些特性都不是蜂窩無線系統(tǒng)中常規(guī)的。
這些系統(tǒng)也都需要從蜂窩站址(基站)向移動單元發(fā)送特殊定時或同步脈沖，而且移動單元要識別這些脈沖。這種要求不僅增加了移動單元的信令開銷，而且需要在移動單元中附加功能以便識別定時脈沖。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種確定具有多個基站的蜂窩無線系統(tǒng)中移動單元位置的方法，包括如下步驟確定移動單元處測量的基站發(fā)送之間的定時差，由定時差確定移動單元距每個基站的距離差，并從這樣確定的距離差得到移動單元的位置，其特征在于，移動單元無線范圍內(nèi)至少幾個基站的控制信道的時分幀結(jié)構(gòu)是同步的，而且移動單元確定每個基站的控制信道所廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元處的定時差。
通過使用控制信道，移動單元能夠利用現(xiàn)有的用于確立是否要進(jìn)行切換的無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，而不需要與任何基站建立完全通信。
優(yōu)選使用的特征特性是每個基站所發(fā)送的訓(xùn)練信號，該信號可以與移動單元存儲的參考訓(xùn)練信號進(jìn)行相關(guān)，例如“同步突發(fā)”(SCH)，以及為了消除多徑干擾而標(biāo)志無線信道已經(jīng)構(gòu)成GSM標(biāo)準(zhǔn)的一部分的相關(guān)處理。因此本發(fā)明的方法可以利用現(xiàn)有的這些信號和相關(guān)分析程序。但是，為了確定位置，優(yōu)選的是系統(tǒng)應(yīng)該使用參考信號的第一個可識別的相關(guān)，而不是用于確定切換的最強(qiáng)的那個。這就保證了計算距離時使用最直接的信號路徑，而不是那個較強(qiáng)但非直接的路徑。
所得到的位置也可以做時間平均，以減少來自反射信號的假結(jié)果的影響，這樣的信號會使基站和移動站之間的距離看起來比實際長。
所得到的位置也可以通過蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠(yuǎn)端用戶，而不是移動單元用戶本身。如果所得到的位置對應(yīng)于預(yù)定的位置，可以發(fā)出一個警告信號。
根據(jù)發(fā)明的另一個方面，提供了一個用于蜂窩無線系統(tǒng)的移動單元，該移動單元包括確定移動單元位置的設(shè)備；該設(shè)備包括檢測從不同無線基站接收的信號之間定時差的裝置；以及用于從定時差確定移動單元距離每個基站的距離差的裝置；以及從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，移動單元具有確定每個基站的控制信道同步廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元處的定時差的裝置。
移動單元還可包括從目前服務(wù)的基站接收有關(guān)移動單元無線范圍內(nèi)基站的數(shù)據(jù)的裝置，該信息包括基站的地理位置。
蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)可以補(bǔ)充上面定義的本發(fā)明第二個方面的移動單元?；蛘?，位置確定功能可以由網(wǎng)絡(luò)本身完成。因此，蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以包括確定在移動單元處測量的基站所發(fā)射的信號之間定時差的裝置；從定時差確定移動單元距離每個基站的距離差的裝置；從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，基站具有廣播控制信道，以同步時分幀結(jié)構(gòu)操作，該結(jié)構(gòu)具有移動單元可檢測的特征特性，而且基站具有從移動單元接收每個基站的特征特性到達(dá)移動單元的時間指示的裝置。
根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供了使用具有多個基站的蜂窩無線系統(tǒng)確定移動單元位置的設(shè)備，確定移動單元處測量的基站操作之間的定時差的裝置；從定時差確定移動單元距離每個基站的距離差的裝置；以及從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，該系統(tǒng)包括使移動單元無線范圍內(nèi)至少多個基站所廣播的控制信道的時分幀結(jié)構(gòu)同步的裝置，而且移動單元具有確定每個基站的控制信道所廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元處的定時差的裝置。時間差測量裝置、距離差確定裝置以及位置獲取裝置都可構(gòu)成移動單元或固定網(wǎng)絡(luò)的一部分。如果在移動單元中，這個單元還可包括從目前服務(wù)的基站接收有關(guān)移動單元無線范圍內(nèi)基站的數(shù)據(jù)的裝置，該信息包括基站的地理位置。
在另一方面，提供了一種尋找位置設(shè)備，包括確定該設(shè)備的地理位置的裝置、標(biāo)識所預(yù)定的地理位置的裝置、以及向用戶發(fā)出信號告知該設(shè)備的地理位置對應(yīng)于預(yù)定的地理位置或區(qū)域的警告裝置。
在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)中，每個基站發(fā)送具有TDMA幀結(jié)構(gòu)的控制信道(BCCH)。這個幀結(jié)構(gòu)由每個235.38毫秒的“多幀”構(gòu)成。每個多幀具有51個幀的子結(jié)構(gòu)，每個幀有8個突發(fā)。每個突發(fā)由三個“拖尾(tail)”比特、142個信息比特、三個另外的“拖尾”比特、以及持續(xù)時間等于8比特的保護(hù)周期構(gòu)成。因此該幀持續(xù)156％比特，每個比特具有大約3.9毫秒的持續(xù)時間，這樣一個突發(fā)具有0.577毫秒的持續(xù)時間。每個多幀中的幀一般編號為00到50，其中5個為頻率控制幀(FCCH)，(00、10、20、30、40)；5個是同步幀(SCH)；01、11、21、31、41。因此同步幀之間的間隔一般為46.15毫秒(80個突發(fā))，但是幀41和01之間的間隔具有50.77毫秒(88個突發(fā))的較長間隔，因為中間有一個額外幀50。每個同步幀包括一個訓(xùn)練序列，在發(fā)明的這個實施例中用做特征特性。
在GSM中，時分多址(TDMA)裝置的使用意味著移動站和服務(wù)的基站必須高度同步。為了使移動單元將基站的標(biāo)識碼BSIC解碼，它必須短暫地將其本身與基站同步。因此，移動單元總是知道，從移動單元看來，每個相鄰基站與服務(wù)的基站相差一幀的幾分之一(即，多少個比特)，如果所有基站的幀周期是絕對同步的，(即，所有基站同步地發(fā)送幀的相同部分)，那么移動單元為了解碼其它基站的BSIC必須將其幀結(jié)構(gòu)移位(相對于服務(wù)基站)的大小將只是服務(wù)基站和其鄰居之間路徑長度差的函數(shù)。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，移動單元與其服務(wù)基站的同步要優(yōu)于1/4比特、0.923毫秒，以光速(3×108m/s)計，對應(yīng)于277m的分辨率。為了定位的目的，這個精度可以通過使用移動單元均衡器中提供的數(shù)據(jù)得到相當(dāng)大的改善。
在GSM實現(xiàn)中，每個基站的幀結(jié)構(gòu)在絕對意義上是不同步的，但是只是在相對意義上對每個基站而言，在幀結(jié)構(gòu)的某些點上是同步于外部的同步信號的。因此，基站幀結(jié)構(gòu)的定時彼此之間相差一個任意的、但是恒定的量，這里稱作“偏移”。在這個說明中用到的術(shù)語“同步”是在這種相對意義上使用的(即，相差恒定量)，除非上下文中清楚地需要其它情況。
重配置GSM系統(tǒng)使基站在絕對意義上完全同步是可能的。但是，在優(yōu)選的裝置中，對于每個基站，各個偏移從幀的特征特性到達(dá)移動單元的時間中減去，以便得到基站和移動單元之間的距離以及服務(wù)基站離移動單元的距離之間的差。這些計算可以在網(wǎng)絡(luò)的固定部分中完成，但是在優(yōu)選裝置中，與關(guān)聯(lián)于每個基站的偏移有關(guān)的數(shù)據(jù)從服務(wù)基站發(fā)送到移動單元，移動單元從所述偏移數(shù)據(jù)和來自每個基站的特征特性的到達(dá)時間中確定定時差。因此，發(fā)明的另一方面提供了一種與上面定義的移動單元一起使用的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，包括多個以控制信道操作的基站，這些控制信道廣播同步時分幀結(jié)構(gòu)，識別哪個基站處于特定移動單元的無線范圍內(nèi)的裝置，以及向移動單元發(fā)送有關(guān)每個這樣基站的位置以及同步偏移的數(shù)據(jù)的裝置。
定時差提供了不同基站之間路徑長度差，但是它們并沒有提供絕對的路徑長度。在上面描述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，來自最少三個基站的信號定時被稱為足以提供唯一的方位(二維)。為了實現(xiàn)它，必須不僅知道來自不同基站的信號的到達(dá)時間差，而且也要知道它們相對于一些固定時間標(biāo)度的絕對到達(dá)時間。這就需要移動單元具有一個與那些基站同步的時鐘?；究梢允褂肎PS系統(tǒng)同步，但是移動單元不可能將其本身同步到GPS系統(tǒng)，除非它們確實包括GPS接收機(jī)，因此再次引入通過使用蜂窩無線特征應(yīng)該可以避免的復(fù)雜性。
已經(jīng)建議使用定時提前來確定相距服務(wù)基站的距離。定時提前是服務(wù)基站用于指示移動單元相對于移動單元所接收的信號提前其發(fā)送的量，以便使來自移動單元的發(fā)送在TDMA幀中所分配的點上到達(dá)基站。定時提前對應(yīng)于無線電波傳過基站與移動單元之間往返距離所需的時間，即路徑長度的兩倍。但是，定時提前只能在移動單元具有一個正在進(jìn)行的通話時確定。此外，定時提前是為最強(qiáng)信號確定的，如果存在多徑干擾就不一定是最直接的路徑，而且它的精確度也是相當(dāng)粗糙的。
相反，在一個根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選裝置中，確定了至少四個基站之間的定時差(很合適的，這是當(dāng)前服務(wù)基站和三個相鄰基站中的每一個之間的差別)，藉此使移動單元的絕對位置在二維中確定。正如下面所描述的，四個基站的使用提供了二維中唯一的結(jié)果，而不需要移動單元中的絕對參考。在另一個優(yōu)選裝置中，確定了至少五個基站之間的定時差(服務(wù)基站與其它四個)，藉此使移動單元的絕對位置在三維中確定。如果基站及/或移動單元的高度差相對于系統(tǒng)的總精度來說較大，這后一種裝置就是優(yōu)選的。
雖然如此，發(fā)明的實施例也可以使用定時提前信息，在移動單元所檢測的基站數(shù)目少于最小值的情況下對基本方法做一個補(bǔ)充。在需要諸如有關(guān)移動單元相對于天線方向的信息這樣的情況下，其它補(bǔ)充信息也可以使用。如果蜂窩無線系統(tǒng)的多個基站中的一個或多個具有非常有限的范圍，該方法可以包括一個附加步驟，其中，如果移動單元被識別為處于一個所述的范圍有限基站的范圍之內(nèi)，那么移動單元的位置被確定為處于所述范圍有限基站的位置。
現(xiàn)在將參考附圖描述發(fā)明的實施例，其中

圖1表示蜂窩無線系統(tǒng)的一部分；圖2是圖1中系統(tǒng)一部分更詳細(xì)的示意性說明，并且表示發(fā)明的方法所實現(xiàn)的計算中所用的不同參數(shù)。
圖3說明多徑傳播；以及圖4表示訓(xùn)練序列對應(yīng)于時間的圖。
圖1表示一個蜂窩無線系統(tǒng)，包括移動單元M、目前為移動單元M服務(wù)的基站A、以及六個相鄰的基站B、C、D、E、F、G。每個基站被表示為具有六角形的覆蓋區(qū)域，或“服務(wù)小區(qū)”，但是實際上因為地形的原因以及基站的選址，服務(wù)小區(qū)是更不規(guī)則的。特別是，無線電波的傳播特性意味著覆蓋區(qū)域?qū)嶋H上是重疊的，而且移動單元可以檢測到來自幾個相鄰基站的信號，雖然它們沒有來自當(dāng)前服務(wù)基站A的信號那么強(qiáng)。為了說明起見，假設(shè)移動單元M至少可以檢測到基站A、B、C、D以及E的BCCH(控制信道)。
基站A的覆蓋區(qū)域被表示為分成三個120度的扇區(qū)A1、A2、A3，每個扇區(qū)由基站A的相應(yīng)扇區(qū)天線來服務(wù)，各有自己的信道分配。
同樣在基站A的覆蓋內(nèi)有一個微服務(wù)小區(qū)H。這是一個具有自己的低功率(而且因此范圍短)基站的服務(wù)小區(qū)，對一些有限地區(qū)提供服務(wù)，這些地區(qū)具有高呼叫業(yè)務(wù)需求，并且/或者不能由主蜂窩結(jié)構(gòu)很好地服務(wù)，例如由于高建筑物的原因。
在圖2中，表示了移動單元M并表示了五個基站A、B、C、D、E，帶有它們各自的三維坐標(biāo)(Xa，Ya，Za；Xb，Yb，Zb；Xc，Yc，Zc；Xd，Yd，Zd；Xe，Ye，Ze)，以及移動單元分別距每個基站的距離da、db、dc、dd、de。未知的移動單元M的坐標(biāo)表示為(x，y，z)。
為了說明起見，實施例將描述為根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)，使用GPS數(shù)據(jù)操作，但是這不意味著具有限定性。在GSM中，每個基站，(例如，基站A)，具有與其本身和六個相鄰基站B、C、D、E、F、G有關(guān)的信息。為了本發(fā)明的目的，只使用了六個中的四個相鄰基站B、C、D、E，所討論的四個一般是在移動單元M處提供最強(qiáng)信號的那些。基站在它的BCCH(廣播控制信道)上向移動單元M發(fā)送數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)包括每個基站的BCCH的無線頻率，使移動單元可以周期性地對每個BCCH的信號質(zhì)量抽樣，并基于這種抽樣結(jié)果進(jìn)行越區(qū)切換。
在發(fā)明的這個實施例中，除了GSM系統(tǒng)所需的信息以外的附加信息發(fā)送到移動單元，或者通過BCCH或者在獨立的數(shù)據(jù)消息中。這個信息包括基站A、B、C、D、E中每一個的位置、以及它們的相對幀偏移(如上所定義)。這個偏移表示TDMA幀結(jié)構(gòu)的定時如何關(guān)聯(lián)于參考時間幀，這個參考可以是服務(wù)基站A的時間幀，或者是一個統(tǒng)一參考。
移動單元M和基站A之間的無線鏈路是一個時分多址(TDMA)系統(tǒng)，其中不同的移動單元在同一個無線頻率、不同時間與基站A通信。每當(dāng)基站A向其它移動單元發(fā)送時(未表示)，移動單元M監(jiān)視基站A告知它的鄰近基站B、C、D、E、(F、G)的BCCH頻率。
每個基站周期性發(fā)送訓(xùn)練序列(SCH)。特別是在GSM中，SCH在BCCH的每個多幀中發(fā)送五次，即TDMA幀01、11、21、31、和41。這個訓(xùn)練序列對應(yīng)于移動單元中存儲的一個序列，用于標(biāo)識存儲序列和BCCH發(fā)送之間的相關(guān)性，藉此使移動單元和基站同步并進(jìn)行信號質(zhì)量估計。
圖3說明一種稱為“多徑”的現(xiàn)象。在典型的環(huán)境中，由于建筑物以及其它障礙物所引起的反射和折射的原因，無線信號可能在基站A和移動單元M之間以多條不同路徑傳播。通常這些路徑具有不同的長度；例如直接路徑41比建筑物40所反射的路徑42短。因此訓(xùn)練序列的相關(guān)可以識別出發(fā)生在不同時間的多于一個的相關(guān)。在圖4中說明了這個問題，其中在時間t31出現(xiàn)第一次相關(guān)31，在時間t32出現(xiàn)第二次比較強(qiáng)的相關(guān)32。當(dāng)直接路徑41受到例如植物的衰減、而直接路徑?jīng)]有衰減時可能會出現(xiàn)這種情況。在圖3的例子中，如果建筑物40是無線電波的良好反射物，那么會出現(xiàn)很強(qiáng)的非直接信號42。
為了評價越區(qū)切換的恰當(dāng)性、以及為了與基站的同步，會使用最強(qiáng)的相關(guān)32，即使這個相關(guān)對應(yīng)于比最早的、較弱的相關(guān)31長的路徑42。但是，為了標(biāo)識位置的目的，需要自基站的直線距離，因此使用第一個相關(guān)31的到達(dá)時間，而不是最強(qiáng)的相關(guān)32。如果沒有直接的視線路徑，那么第一個相關(guān)可能本身關(guān)聯(lián)于反射信號，但它仍最接近直接信號可能到達(dá)的時間。
移動單元M從各個BCCH中識別來自每個鄰近基站B、C、D、E的訓(xùn)練序列第一次到達(dá)的時間TB、TC、TD、TE，并將它們與來自服務(wù)基站A的訓(xùn)練序列的到達(dá)時間TA相比較，以便得到時間間隔T1＝TB-TA；T2＝TC-TA；T3＝TD-TA；T4＝TE-TA；通過計算這些信號到達(dá)之間出現(xiàn)的數(shù)字比特數(shù)就可以精確地測量這些間隔。這樣可以給出1毫秒量級的精度。由于如下三個因素造成間隔是有差別的路徑長度的差別；不同的相對幀偏移；以及不同幀中的發(fā)送。首先必須排除后兩種因素，以便確定路徑長度的差別。
每個基站在每個控制信道多幀中發(fā)送五次相同的同步訓(xùn)練序列，時間間隔為tF。由于移動單元用一種預(yù)同步的方法監(jiān)視控制信道多幀，因此它不能總是能夠在多幀周期性結(jié)構(gòu)的相同部分上識別出來自所有基站A、B、C、D、E的相關(guān)性。但是，控制信道多幀內(nèi)同步突發(fā)(SCH)之間的時間差tF足夠使無線電波傳播幾千公里(大約13,800km)，因此多個幀長度可以很容易地消除。
通過在每個基站測量控制信道多幀序列相對于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，例如GPS同步信號的發(fā)送時間可以考慮多幀內(nèi)SCH的不同偏移。服務(wù)基站A在BCCH上發(fā)送代表相鄰基站偏移的信號(相對于統(tǒng)一參考，或者優(yōu)選地，相對于它自己的發(fā)送)，因此可以補(bǔ)償這些偏移。
用這種方法，可以得到時間差t1＝T1-(n1tF+QB)，這里QB是基站B相對于基站A的偏移，tF是幀長，而且n1是選為使t1的大小最小的整數(shù)。GPS提供精確到50納秒的時間信號，而且可以在基站使用，提供確定偏移值所需的定時信息。幀長度是系統(tǒng)中的常數(shù)。因此t1值的精度大部分由T1被測量的精度所確定(以便在1毫秒量級，正如已經(jīng)討論過的)。
注意t1的值可以是負(fù)的，如果基站B比正服務(wù)基站A更接近移動單元，這種情況可能發(fā)生在盡管A的距離遠(yuǎn)，但在移動單元處基站A的信號比基站B強(qiáng)，或者基站B沒有可供使用的業(yè)務(wù)信道。如上所述，SCH幀之間的間隔或者是88個突發(fā)、或者是80個，因此tF有兩個可能值(46.15或50.77毫秒)。多幀內(nèi)的位置可以通過移動單元以及所選定的合適的tF值而很容易地確定。
值t2＝T2-(n2tF+Qc)、t3＝T3-(n3tF+QD)、以及t4＝T4-(n4tF+QE)可用類似方法得到。
值t1、t2、t3及t4，當(dāng)乘以無線電波的傳播速度c時，得到值d1、d2、d3及d4，它們分別是路徑長度da和路徑長度db，dc，dd以及de之間的差(見圖1)。特別的，d1＝da-db；d2＝da-dc；d3＝da-dd且d4＝da-de。
應(yīng)當(dāng)理解的是移動單元本身沒有辦法檢測GPS同步脈沖，因為它不是GPS接收機(jī)。因此訓(xùn)練序列的到達(dá)時間只能相對彼此進(jìn)行測量，而不是相對一個絕對的時間尺度，因此訓(xùn)練序列從基站A到達(dá)移動單元M所需的時間ta是未知的。因此，移動單元M距基站A的距離da(它很簡單的只是無線電波在這個未知時間ta內(nèi)傳播的距離)不能直接得到(基站B、C、D、E有同樣的情況)。相對的到達(dá)時間只是表明，例如，基站B與移動單元M的距離比基站A遠(yuǎn)d1＝da-db。
為了使移動單元能夠計算它的位置，必須了解它的區(qū)域內(nèi)基站站址的位置。這個信息或者可以通過使用“服務(wù)小區(qū)廣播”消息或一些蜂窩系統(tǒng)中提供的短消息業(yè)務(wù)(SMS)傳遞到移動單元；它們的消息長度都能達(dá)到足夠的160個字符。從基站發(fā)送到移動單元的信息可以包括該基站的坐標(biāo)以及有關(guān)相鄰基站的信息，例如它們的位置以及它們的偏移(訓(xùn)練序列相對于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、或者相對于服務(wù)基站的定時)、表示基站是否精確同步的標(biāo)志、時間及日期。
服務(wù)基站A不僅發(fā)送它自己的詳細(xì)數(shù)據(jù)，而且發(fā)送它的鄰居B、C、D、E的詳細(xì)數(shù)據(jù)。然后移動單元M可以得到它所需的所有信息，而不必切換到其它基站。這種信息廣播的速率必須大到使移動單元能夠很快地計算它的位置，這對于跟蹤業(yè)務(wù)使用該信息是相當(dāng)重要的。當(dāng)顧客最初請求了GSM系統(tǒng)中提供的“短消息業(yè)務(wù)”(SMS)時，可以使用該業(yè)務(wù)提供鑒權(quán)和防止非法使用。一旦一個顧客成為一個有效用戶，SMS可以傳遞一個密鑰到移動單元，允許它對服務(wù)小區(qū)廣播消息解碼。這個系統(tǒng)會比較安全，因為在無線接口傳遞的消息已經(jīng)受到GSM的加密系統(tǒng)保護(hù)。
可以使用SMS而不是服務(wù)小區(qū)廣播系統(tǒng)向移動單元傳遞所有的基站站址位置信息并允許它計算其位置。相比服務(wù)小區(qū)廣播，這種方法不太容易做假，因為SMS是點到點系統(tǒng)。但是到達(dá)相當(dāng)大數(shù)目的移動單元所需的大量消息肯定會對網(wǎng)絡(luò)造成太大的開銷?；赟MS的系統(tǒng)所帶來的另一個問題是，在首先不知道移動單元在哪里的情況下，要識別哪個基站站址的詳細(xì)數(shù)據(jù)送到該特定的移動單元。因此，移動單元的服務(wù)基站ID必須在有關(guān)它的相鄰基站信息可以通過SMS發(fā)送之前被網(wǎng)絡(luò)知道。
如果要將位置傳遞到遠(yuǎn)端中心，例如急救服務(wù)或船只控制中心，跟蹤業(yè)務(wù)需要使用發(fā)自移動單元的SMS。從移動單元發(fā)送的位置信息可以包括一個時間標(biāo)志，以便考慮到SMS網(wǎng)絡(luò)延時以及移動單元的移動。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述從定時差確定位置。從下面可以看出，如果距各個基站的絕對距離都不知道的話，五個基站是確保得到三維中的明確結(jié)果所必須的最小數(shù)目。如果只需考慮二維，四個基站就足夠了。
圖2表示了移動單元可用的信息。(星號表示該值未知)。值x、y和z代表將要計算的移動單元在三維中的位置。值Xa等表示基站的已知位置，通過BCCH發(fā)送到移動單元M。
考慮五個基站基站A在(Xa，Ya，Za)與移動單元的距離是da基站B在(Xb，Yb，Zb)與移動單元的距離是db基站C在(Xc，Yc，Zc)與移動單元的距離是dc基站D在(Xd，Yd，Zd)與移動單元的距離是dd基站E在(Xe，Ye，Ze)與移動單元的距離是de移動單元掃描這些基站并測量服務(wù)基站和每個周圍基站之間的定時差t1、t2、t3、t4，如上所述。這些定時差正比于路徑長度差d1＝t1c，這里c是無線電波的傳播速度，大約每毫秒300米。因此移動單元可以很容易地計算出d1到d4，其中d1＝da-dbd2＝da-dcd3＝da-ddd4＝da-de下列五式代表基于球體公式的移動單元的位置；(x-Xa)2+(y-Ya)2+(z-Za)2＝da2——式[1](x-Xb)2+(y-Yb)2+(z-Zb)2＝db2——式[2](x-Xc)2+(y-Yc)2+(z-Zc)2＝dcz——式[3]
(x-Xd)2+(y-Yd)2+(z-Zd)2＝dd2——式[4](x-Xe)2+(y-Ye)2+(z-Ze)2＝de2——式[5]現(xiàn)在，d1＝da-db.另寫做d1-da＝-db，兩邊平方，得到；d12-2d1da-da2＝db2——式[6]將[1]和[2]代入[6]；d12-2d1da+(x-Xa)2+(y-Ya)2+(z-Za)2＝(x-Xb)2+(y-Yb)2+(z-Zb)2重新整理，將已知變量放在右邊，得到；-d1da-x(Xa-Xb)-y(Ya-Yb)-z(Za-Zb)＝k1/2 ——式[7a]這里k1由已知值組成；k1＝-d12-Xa2-Ya2-Za2+Xb2+Yb2+Zb2為了簡單起見定義；Xab＝Xa-Xb，Yab＝Y(jié)a-Yb，且Zab＝Za-Zb。式7a變成；-d1da-xXab-yYab-zZab＝k1/2 ——式[7]對式[3]到[5]重復(fù)這個過程，得到；基站A和C-d2da-xXac-yYac-zZac＝k2/2 ——式[8]這里；k2＝-d22-Xa2-Ya2-Zc2+Xc2+Yc2+Zc2基站A和D-d3da-xXad-yYad-zZad＝k3/2 ——式[9]這里；k3＝-d32-Xa2-Ya2-Za2+Xd2+Yd2+Zd2基站A和E-d4da-xXae-yYae-zZae＝k4/2 ——式[10]這里；k4＝-d42-Xa2-Ya2-Za2+Xe2+Ye2+Ze2考慮da重新整理式[7]；
將[11]代入[8]導(dǎo)出； ——式[12]x(Xabd2-Xacd1)+y(Yabd2-Yacd1)+z(Zabd2-Zacd1)-(d1d2-d2k12)=0]]>將[11]代入[9]導(dǎo)出； ——式[13]x(Xabd3-Xadd1)+y(Yabd3-Yadd1)+z(Zabd3-Zadd1)-(d1k3-d3k12)=0]]>將[11]代入[10]導(dǎo)出；——式[14]x(Xabd4-Xabd1)+y(Yabd4-Yaed1)+z(Zabd4-Zaed1)-(d1k4-d4k12)=0]]>對于二維定位，可以忽略所有z坐標(biāo)。這會導(dǎo)致一個誤差，因為四個基站和移動單元不可能精確地處于同一平面內(nèi)。特別是，為了改善范圍，無論何時基站都可能處于山上或很高的結(jié)構(gòu)上(建筑物或為此而建的桿)，而移動單元一般在靠近地平面的地方操作。但是，當(dāng)高度差很小時(總體上在系統(tǒng)精度量級內(nèi))，該誤差是無關(guān)重要的。
受到這些限制，我們可以通過從等式以及從k1，k2等項的計算中忽略z坐標(biāo)而在二維求解。式[12]變成；x(Xabd2-Xacd1)+y(Yabd2-Yacd1)-(d1k2-d2k12)-0]]>且式[13]變成；x(Xabd3-Xadd1)+y(Yabd3-Yabd1)-(d1k3-d3k12)=0]]>這兩個式子都代表xy平面內(nèi)的直線。這兩條線的交叉點代表移動單元的位置。這個點可以通過將一個式子代入另一個而得到。
在三維中，式[12]、[13]以及[14]都代表空間中的平面。兩個平面的交集代表一條直線，因此在唯一地確定移動單元的位置(x，y，z)時這三個式子都需要。
一個平面的一般方程是；Ax+By+Cz+D＝0對于式[12]；A＝Xabd2-Xacd1；B＝Y(jié)abd2-Yacd1；C＝Zabd2-Xacd1；而且D=-(d1k2-d2k12)]]>為了解出三個平面的交集，這些式子必須寫成Hessian形式。對于式[12]；n12=A2A2+B2+C2]]>n22=B2A2+B2+C2]]>n32=C2A2+B2+C2]]>p42=D2A2+B2+C2]]>現(xiàn)在平面可以簡單表示為矢量；nx＝-p，這里n＝n1i+n2i+n3k一旦所有平面都表示成這種形式，交集就可以很容易地計算出來。
使用上述定時差進(jìn)行的計算可以在移動單元中實現(xiàn)，只給網(wǎng)絡(luò)帶來很小的開銷。這樣的系統(tǒng)能夠支持大量用戶，因為除了歸初的鑒權(quán)SMS消息之外，它不需做大量的呼叫。應(yīng)該注意到處理時間差信息所需的多數(shù)軟件已經(jīng)存在于移動單元中。但是，系統(tǒng)確實需要在移動單元中附加特殊的軟件，以便擴(kuò)行必要的計算。信號處理技術(shù)的改進(jìn)，例如通過使用從移動單元均衡器得到的只用于比特同步的數(shù)據(jù)，也可以用于分辨到優(yōu)于1/4比特(0.923毫秒，等價于277米)。移動單元均衡器中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)該允許分辨到1比特的4％，等價于大約50米。
諸如多徑、陰影效應(yīng)以及衰落這樣的因素可能引起位置計算的精確性隨時間變化。因此，最好使用位置計算算法中的時間平均來改善精確性。
存在多種可能的業(yè)務(wù)可以作為定位業(yè)務(wù)的附加物而提供。由于非法行為導(dǎo)致大量的錢從蜂窩無線業(yè)騙走，例如“無性繁殖”，這是將一個合法移動單元的電子識別號賦給另一個單元的欺騙行為，后者通常是偷來的。在“無性繁殖物”上進(jìn)行的呼叫都由蜂窩網(wǎng)絡(luò)計費到合法的用戶上。這種“無性繁殖物”的存在通常只是當(dāng)合法用戶得到他的帳單時，或者無性繁殖物與合法用戶同時試圖接入系統(tǒng)時才會檢測出來。提供內(nèi)置的定位業(yè)務(wù)意味著可以很快地定位并發(fā)現(xiàn)被偷的或其他可疑的移動單元。
類似地，如果汽車被偷的話，置于車內(nèi)的移動單元可以使汽車被定位。為了使這種業(yè)務(wù)有效，定位軟件必須由遠(yuǎn)端啟動，或者通過官方主管或者由警方。
在另一方面，精確的位置信息對急救服務(wù)來說是不可估價的。該業(yè)務(wù)可以及時地直接給從移動單元打急救電話的病人快速而有效的幫助。最好是顧客能夠控制是否啟動該業(yè)務(wù)，以避免使顧客感覺到官方在監(jiān)視他們。
急救服務(wù)、以及其他擁有大量同業(yè)人員的組織，例如公共事業(yè)公司，可能本身利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，而不是專用的移動網(wǎng)絡(luò)(PMR)，跟蹤業(yè)務(wù)可以使控制者監(jiān)視他的業(yè)內(nèi)職員的分布。
跟蹤業(yè)務(wù)也可以用于監(jiān)視 有價值或敏感貨物的運輸過程。系統(tǒng)可以設(shè)計為對預(yù)定路徑的偏移發(fā)出警告。另一個應(yīng)用是一種警告業(yè)務(wù)，當(dāng)疲倦的火車旅客到達(dá)他們的本站時提醒他們。
如上所述，信號需要從四個基站接收，以便提供二維中的定位，(三維為五個站)。存在一些這樣的情況所在范圍內(nèi)的基站很少。在這些情況下，可以使用各種補(bǔ)充方法得到定位。
在一種可能的設(shè)計中，可以迫使移動單元從目前服務(wù)基站A切換到相鄰基站，例如基站B(見圖1)。這個基站具有與基站A不同的“鄰居表”(盡管表中會有幾個基站是相同的)。在這兩個鄰居表中會有足夠的基站處于移動單元的范圍內(nèi)，以便得到一個定位。每個鄰居表中的基站將各自具有根據(jù)相應(yīng)的基站A或B確定的他們的偏移，但是由于基站A和B在彼此的鄰居表內(nèi)，因此可以考慮到基站B相對于基站A的偏移是已知的。
其它補(bǔ)充方法也可以使用。例如，到當(dāng)前服務(wù)基站的絕對距離可以從定時提前中得到；即，為了使移動單元的發(fā)送在正確的時隙中到達(dá)基站，需要相對于從基站接收的信號提前的量。這只能精確到大約600米，而且定時提前一般只能在呼叫進(jìn)行時計算，不能在移動單元待機(jī)時進(jìn)行。
如圖1所示的基站A，一個(或多個)服務(wù)小區(qū)可以分成扇區(qū)，即，基站有幾個天線，每個服務(wù)一個有限的角度范圍(典型的為60或120度)。服務(wù)移動單元的扇區(qū)A1的標(biāo)識可以用于識別方程的哪個解是正確的。但是，當(dāng)基站具有全向天線，或者當(dāng)兩個或多個可能的結(jié)果都出現(xiàn)在同一扇區(qū)A1中時，這種方法是不可行的。特別是，由于分扇區(qū)是按角度的，不能分辨出z坐標(biāo)(高度)中的不明確性。此外，可能會檢測到扇區(qū)天線的旁或后瓣。
另一種可能性是從可能的解中識別出最接近于以前所識別的移動單元位置的那個，這個解最可能是新的位置。如果相比位置更新之間的時間，移動單元移動緩慢，那么這可能是相當(dāng)可靠的。
圖1也標(biāo)識了一個微服務(wù)小區(qū)H。微服務(wù)小區(qū)是由低功率基站服務(wù)的非常小的服務(wù)小區(qū)，基站經(jīng)常放置在比屋頂?shù)秃芏嗟母叨认禄蛘呱踔猎谑覂?nèi)，對非常高需求的位置提供額外的覆蓋。很可能GPS接收機(jī)不會在這樣的基站內(nèi)操作，因為它對衛(wèi)星來說不是一定可見的，而且其成本也有所限制。特別是，因為微服務(wù)小區(qū)H的天線很可能處于低高度上或者室內(nèi)，可能處于微服務(wù)小區(qū)基站范圍內(nèi)的移動單元不會在多于四個基站的無線范圍內(nèi)，而且可能除了正服務(wù)的微服務(wù)小區(qū)H以外不處于其它基站的范圍內(nèi)。但是，因為微服務(wù)小區(qū)H只覆蓋很小的區(qū)域，所以移動單元M處于微服務(wù)小區(qū)H中這個信息可以對定位移動單元提供與基本系統(tǒng)相同精度的足夠精確性。
所有這些補(bǔ)充處理都存在系統(tǒng)偏差的可能性，而且精度比基本系統(tǒng)低，也需要額外的處理，但是當(dāng)移動單元范圍內(nèi)的基站比最小數(shù)目四(或五)更少時，這些方法也可獨立地或結(jié)合地使用，以便維持該業(yè)務(wù)。
GPS系統(tǒng)存在系統(tǒng)偏差，導(dǎo)致精度大約100米。對于諸如運輸?shù)纫恍?yīng)用，需要更大的精度，稱為“差分GPS”的系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，可以克服這個問題。包括將GPS接收機(jī)放在精確已知的“燈塔”位置處并測量GPS所測量的位置偏差，再將這個偏差值發(fā)送到其它用戶。本發(fā)明的定位系統(tǒng)需要相當(dāng)多的已經(jīng)準(zhǔn)備了GPS接收機(jī)的蜂窩基站，以便提供精確的同步信號。既然蜂窩基站的位置固定，可以通過其它方式以更高的精度確定它們，使它們可用于提供這種差分GPS燈塔業(yè)務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種確定具有多個基站的蜂窩無線系統(tǒng)中移動單元位置的方法，包括如下步驟確定移動單元處測量的基站發(fā)送之間的定時差，由定時差別確定移動單元距每個基站的距離差，并從這樣確定的距離差得到移動單元的位置，其特征在于，移動單元無線范圍內(nèi)至少幾個基站的控制信道的時分幀結(jié)構(gòu)是同步的，而且移動單元確定每個基站的控制信道所廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元處的定時差。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，確定至少四個基站之間的定時差，藉此實現(xiàn)二維內(nèi)移動單元絕對位置的確定。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，確定至少五個基站之間的定時差，藉此實現(xiàn)三維內(nèi)移動單元絕對位置的確定。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3的方法，其特征在于，如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，與服務(wù)基站通信所需的定時提前用于得到移動單元與服務(wù)基站之間的距離。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求2、3或4的方法，其特征在于，如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，與移動單元相對于一個或多個基站的方向有關(guān)的信息可附加地用于識別正確的位置。
6.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，基站時分幀結(jié)構(gòu)的定時相對彼此有偏移，而且其特征在于，對于每個基站，各個偏移要從幀特征特性的到達(dá)時間中減去，以便得到基站距移動單元的距離與服務(wù)基站距移動單元的距離之間的差。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，與每個基站關(guān)聯(lián)的有關(guān)偏移的數(shù)據(jù)從服務(wù)基站發(fā)送到移動單元，而且移動單元從所述的偏移數(shù)據(jù)以及特征特性的到達(dá)時間中確定距離計算。
8.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，所使用的特征特性是每個基站所發(fā)送的訓(xùn)練信號，而且移動單元識別從每個基站接收的信號與移動單元存儲的參考訓(xùn)練信號的相關(guān)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于蜂窩無線系統(tǒng)根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)操作，而且訓(xùn)練信號是根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)射的同步突發(fā)(SCH)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的方法，其特征在于首先識別的參考信號的相關(guān)，對應(yīng)于最直接的信號路徑，用于計算距離。
11.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，所得到的位置是時間平均的。
12.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，蜂窩無線系統(tǒng)中多個基站中的一個或多個具有很短的范圍，而且包括額外的步驟，其特征在于，如果移動單元被認(rèn)為處于所述范圍有限基站中一個的范圍內(nèi)，那么移動單元的位置確定為處于所述范圍有限基站的位置上。
13.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，所得到的位置通過蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)端用戶。
14.一種根據(jù)前面任何權(quán)利要求的方法，其特征在于，如果所得到的位置對應(yīng)于預(yù)定的位置，那么就發(fā)送一個報警信號。
15.用于蜂窩無線系統(tǒng)的移動單元，該移動單元包括確定移動單元位置的裝置；該裝置包括檢測從不同無線基站接收信號的定時差的裝置，以及從定時差確定移動單元與每個基站距離差的裝置；以及從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，移動單元具有確定每個基站的控制信道所同步廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元的定時差的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的移動單元包括檢測至少四個基站在移動單元處的定時差的裝置，以及藉此確定二維內(nèi)移動單元位置的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的移動單元包括檢測至少五個基站在移動單元處的定時差的裝置，以及藉此確定三維內(nèi)移動單元位置的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的移動單元，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，那么從與服務(wù)基站通信所需的定時提前量中得到移動單元與服務(wù)基站之間的距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求16、17或18的移動單元，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，那么確定移動單元相對于一個或多個基站的方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19的移動單元，還包括接收有關(guān)基站位置的數(shù)據(jù)的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的移動單元，還包括這樣的裝置接收關(guān)于基站的幀定時相對目前服務(wù)基站的偏移量的數(shù)據(jù)，以及這樣的裝置對于每個基站，從幀的到達(dá)時間中減去偏移，以便得到基站距移動單元的距離與服務(wù)基站距移動單元的距離之間的差。
22.根據(jù)權(quán)利要求15到21任何一個的移動單元，設(shè)計為根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)操作，而且其特征在于，特征特性是根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)射的同步突發(fā)(SCH)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15到22任何一個的移動單元，還包括識別處于移動單元無線范圍內(nèi)的基站的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求15到23任何一個的移動單元，還包括識別預(yù)定地理位置的裝置，以及通知用戶該設(shè)備的地理位置對應(yīng)于預(yù)定位置的報警裝置。
25.與權(quán)利要求21、22、23或24中任何一個的移動單元一起使用的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，包括以控制信道操作的多個基站，該信道廣播同步時分幀結(jié)構(gòu)，識別哪個基站處于特定移動單元的無線范圍內(nèi)的裝置，以及向移動單元發(fā)送有關(guān)每個這種基站位置和同步偏移的數(shù)據(jù)的裝置。
26.一種蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，包括多個以控制信道操作的基站，該信道廣播同步時分幀結(jié)構(gòu)，識別哪個基站處于特定移動單元無線范圍內(nèi)的裝置，識別在移動單元處測量的基站所發(fā)射的信號之間定時差的裝置；從定時差確定移動單元距每個基站的距離差的裝置；從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，基站具有廣播控制信道，以同步時分幀結(jié)構(gòu)工作，該結(jié)構(gòu)具有移動單元可檢測的特征特性，而且基站具有從移動單元接收每個基站所發(fā)射的特征特性到達(dá)移動單元的時間指示的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計為根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)操作，而且其特征在于特征特性是根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)射的同步突發(fā)(SCH)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25、26或27的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，包括檢測至少四個基站在移動單元的定時差的裝置，以及藉此確定二維內(nèi)移動單元位置的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求25、26或27的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，包括檢測至少五個基站在移動單元的定時差的裝置，以及藉此確定三維內(nèi)移動單元位置的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求27、28或29的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，從與服務(wù)基站通信所需的定時提前量中得到移動單元與服務(wù)基站之間的距離。
31.根據(jù)權(quán)利要求27、28、29或30的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，確定移動單元相對于一個或多個基站的方向。
32.根據(jù)權(quán)利要求26到31任何一個的蜂窩無線系統(tǒng)，其特征在于，基站的幀定時相對彼此有偏移，而且還包括這樣的裝置從幀特征特性在移動單元的到達(dá)時間中減去各個偏移，以便得到基站距移動單元的距離與服務(wù)基站距移動單元的距離之間的差。
33.使用具有多個基站的蜂窩無線系統(tǒng)確定移動單元位置的設(shè)備，包括確定移動單元處測量的基站操作的定時差的裝置；從定時差確定移動單元距離每個基站的距離差的裝置；以及從距離差得到移動單元位置的裝置，其特征在于，該系統(tǒng)包括使移動單元無線范圍內(nèi)至少多個基站所廣播的控制信道的時分幀結(jié)構(gòu)同步的裝置，而且移動單元具有確定每個基站的控制信道所廣播的時分幀結(jié)構(gòu)的特征特性在移動單元處的定時差的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的設(shè)備，其特征在于，時間差測量裝置、距離差確定裝置以及位置獲得裝置構(gòu)成移動單元的一部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，還包括識別移動單元無線范圍內(nèi)的基站的裝置，以及向移動單元發(fā)送有關(guān)所述基站的地理位置的數(shù)據(jù)的裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求33、34、或35的設(shè)備，還包括確定并補(bǔ)償基站發(fā)送之間同步偏差的裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求33到36中任何一個的設(shè)備，設(shè)計為根據(jù)根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)操作，而且其特征在于，特征特性是根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)射的同步突發(fā)(SCH)。
38.根據(jù)權(quán)利要求33、34、35、36或37中任何一個的設(shè)備，包括檢測至少四個基站在移動單元的定時差的裝置，以及藉此確定二維內(nèi)移動單元位置的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求33、34、35、36、37或38中任何一個的設(shè)備，包括檢測至少五個基站在移動單元的定時差的裝置，以及藉此確定三維內(nèi)移動單元位置的裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39的設(shè)備，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，從與服務(wù)基站通信所需的定時提前量中得到移動單元與服務(wù)基站之間的距離。
41.根據(jù)權(quán)利要求38、39或40的設(shè)備，具有這樣的裝置如果移動單元檢測到少于所需數(shù)目的基站，確定移動單元相對于一個或多個基站的方向。
42.尋找位置設(shè)備，包括確定該設(shè)備的地理位置的裝置、識別預(yù)定的地理位置的裝置、以及向用戶發(fā)出信號告知該設(shè)備的地理位置對應(yīng)于預(yù)定位置的警告裝置。
43.確定蜂窩電話位置的方法，大體上按照參考附圖的描述。
44.確定蜂窩電話位置的設(shè)備，大體上按照參考附圖的描述。
全文摘要
蜂窩無線系統(tǒng)中移動單元M的位置通過確定該移動單元處測定的每個基站A、B、C、D之控制信道傳輸中的特征特性的定時之間的差別來確定。優(yōu)選地,特征特性是移動站已經(jīng)在蜂窩系統(tǒng)中為測量信號強(qiáng)度以便通知切換決定所使用的訓(xùn)練抽樣。通過確定來自四個基站A、B、C、D的發(fā)送到達(dá)時間之間的差別,就可以得到二維的位置而不需要事先知道距任何基站的實際距離。第五個基站E允許確定三維的位置。
文檔編號G01S5/10GK1189960SQ9619524
公開日1998年8月5日 申請日期1996年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月2日
發(fā)明者P·R·慕蝶, I·勾茨, S·M·加諾 申請人:蜂窩無線通訊電信保密有限公司