專利名稱：一種確定(個人)移動臺和基站之間距離的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種確定移動臺和基站之間的距離的方法。
無線電移動網絡中一個移動臺的位置和如此的一個移動臺的用戶的當前位置，可以通過不同的標準化方法來確定，例如象小區(qū)確認，延時時間測試，GPS支持等等。不同的辦法基本上可以得到不同的定位準確度。準確度依賴于對計算值的合適的預處理或者后處理和當前無線信道的狀況。
為了通知移動臺它啟動它的突發(fā)脈沖的發(fā)送的時間，定義了在移動無線電網絡中移動臺與基站之間的無線連接的所謂的定時超前值。這保證了突發(fā)脈沖在準確的時間到達基站，不依賴于移動臺和基站之間的距離和基站之間的信號延時。定時超前值于是表征了一個延時補償。
從定時超前值，可以推算移動臺與基站之間的距離。在已有技術中，在現在的用于移動通信的全球系統(tǒng)(GSM)系統(tǒng)中，計算出的定時超前值是一個整數并可以假定是0和63之間的值，在符號間隔為3.7μs和傳播速度為300000km/s的情況下，增量對應于大約554米的距離。
如果移動臺和基站之間的距離變化，定時超前值必須能適應。為此，基站中的接收機接收來自移動臺的信號并為每個接收的突發(fā)信號規(guī)定一個所謂的到達時間值。這個到達時間值是指示在突發(fā)信號內的一個已知的訓練序列的位置的一個相對時間值。為此，接收的訓練序列(對移動臺是已知的一個二進制比特序列)與理想的序列進行比較(例如，通過相關)。這提供了所謂的信道脈沖響應(CIR)。到達時間值被規(guī)定為例如信道脈沖響應具有最大值的采樣時刻。在GSM系統(tǒng)中，到達時間值可以假定為正和負的整數值，定量對應于一個發(fā)送符號的間隔。在一個所謂的測量報告時間內，所有的到達時間值被收集并且之后被濾波。濾波的到達時間值被取整為一個整數。如果這個取整的值偏離一個設定值，例如0，例如由于移動臺和基站之間的距離改變，則定時超前值根據偏離增加或減少一個取整的到達時間值。新的定時超前值經由空中接口傳達給移動臺。移動臺之后相應地調整它的發(fā)送時間。這導致取整的到達時間值在下一個測量報告時間期間，重新假定希望的設定值，例如0。運用已知的方法，能夠被精確執(zhí)行的距離確定只在大約554米內。從一個為0的定時超前值，可以推斷移動臺位于距離基站0米到554米之間的一個距離上，從一個為1的定時超前值，可以推斷移動臺位于距離基站555米到1108米之間的一個距離上。
因此，本發(fā)明的目的是建立一種基于延遲時間補償的方法，運用該方法，可以增加距離確定的準確度。
根據本發(fā)明，該目的可以獲得，通過一種確定基站和移動臺之間的距離的方法，其中，基站計算用于各個到移動臺的無線鏈路的一個定時超前(TA)值和一個濾波的到達時間(TOA)值TOA’，其中至少TOA’值有小數位。計算的TOA’值和TA值相加形成一個新的TA值TA’。之后移動臺和基站之間的當前距離根據TA’值被確定。
與已有技術相比，根據本發(fā)明的方法使得移動臺和各個基站之間的距離以小于554米(GSM)的準確度被確定，并且之后允許一個對移動臺的更準確的位置的確定。與已有技術相比，同時產生了不再是整數的定時超前值。移動臺和基站之間的距離于是能以更高的分辨度被確定。
提高已知方法的位置確定的準確度是可以想象的，即通過根據本發(fā)明的以某種形式使用定時超前值的方法。
根據本發(fā)明的方法同時被用來降低用于位置確定的計算費用。這特別是在下面的情況下當使用一種已知的方法，移動臺的可能位置必須被確定并且根據對應于本發(fā)明的方法對移動臺和基站之間的距離的確定被用來限制可能的位置。在例如小區(qū)確認方法中的位置確定的情況下，移動臺所位于的小區(qū)是已知的。基站的天線的主瓣輻射方向和孔徑角也是已知的。這些參數指示移動臺位于的方向。在這個方向上移動臺距離基站的距離用根據本發(fā)明的方法可以準確地確定。
在優(yōu)選的方法變更中，TOA值被定義為具有小數位。以示例的方式而不是限制的方式，在為信道的脈沖響應規(guī)定一個包絡曲線時這會發(fā)生。通過這個包絡曲線、信道脈沖響應的兩個采樣值和采樣值之間的已知間隔T，計算采樣值的位置和信道脈沖響應的最大值是可能的。如果選擇例如函數sin2(x)作為包絡曲線，這導出y1＝A*sin2(x1)y2＝A*sin2(x2)＝A*sin2(x1-T)其中，y1是采樣的信道脈沖響應的最大值(CIRmax)，y2對應于CIRmax左邊的信道脈沖響應，x1，x2是采樣時間。T是采樣時間之間的間隔。從上面的等式，例如采樣時間x2可以計算為x2=arctan(sin(T)(y1y2)1/2-cos(T))]]>可以計算出采樣時間x2和信道脈沖響應的包絡曲線的最大值之間的間隔。這個間隔可以作為小數部分加到與CIRmax(x1)相關聯的整數TOA值，從而產生具有小數位的TOA值。通過這個測量，移動臺和基站之間的距離的改變能夠被快速地檢測。
在例如可能長度為480ms的一次測量報告時間內，距離確定的準確度被有利地提高，所有的測量或計算的到達時間值被收集并且之后被濾波，例如平均，目的是為了獲得一個濾波的TOA’值。
在加到TA值或舍去小數位之前，對濾波的TOA’值取整也是可能的。這種取整可以對一個整數值或一個規(guī)定的小數位作用。這同樣應用到舍去小數位。這樣，例如只有以0.5或0.25增加的TOA’值被允許。具有0.5的增量的結果，產生了0；0.5；1.0；1.5等等TA’值。在這種條件下，在GSM的情況下，從一個為0的TA’值，可以推斷出移動臺位于距離基站0米到277米之間的一個距離上，而從一個為0.5的TA’值，可以推斷出移動臺位于距離基站278米到554米之間的一個距離上。
類似地，同時假定TA’值被取整或小數位被截短到一個特定的位。
在方法的變化中，至少3個基站計算用于各自的無線鏈路的一個TOA’值和一個TA’值并至少發(fā)送TA’值給位置中心，在位置中心移動臺的位置的確定通過三邊測量來起作用。根據發(fā)送到位置中心的TA’值，使用合適的算法來計算移動臺到每個基站的距離。理想地，即具有更精確的距離測量，移動臺的位置由基站周圍的具有相關的計算的間隔的圓弧的相交來獲得。在這種情況下，首先執(zhí)行用于一個基站的距離確定，之后切換移動臺到第二個基站，之后執(zhí)行用于該基站的距離確定，在移動臺切換到第三個基站的另一個切換之后，執(zhí)行另一個的距離確定是可能的。如果多于三個基站被用于位置確定，那就對每個更多的基站進行重復。
在本方法的一種改進中，由至少三個基站計算的值首先在移動臺中被收集。被收集的值例如通過SMS(短信服務)之后被發(fā)送到用于移動臺的位置中心。
在本方法的另一種改進中，由至少三個基站計算的值首先被發(fā)送到一個基站控制單元?；窘浻梢粋€接口，例如Abis接口與基站控制單元通信。這種現有的接口可以很好地用于TA’值的發(fā)送。
本發(fā)明的范圍同時包括具有用于計算一個濾波的到達時間值TOA’和用于到移動臺的無線鏈路的TA’值的裝置的基站。根據本發(fā)明，基站控制單元被分配給一個或多個基站，基站控制單元包含用于接收從基站發(fā)送的值的裝置和用于把這些值轉發(fā)到用于移動臺的位置中心的裝置。這確保了基站和位置中心之間的一種有效的通信。
本發(fā)明的范圍同時包括一個移動位置中心，它包含基于在用于移動臺和至少三個基站之間的無線鏈路的發(fā)送的TA’值，確定移動臺的當前位置的裝置。以這種方式設計的位置中心，可以更準確地確定移動臺和基站之間的距離，從而可以更準確地計算移動臺的位置。同時假定除了TA’值外，TOA’值也被發(fā)送。另外，假定TOA’值和TA值被發(fā)送并且在位置中心提供了用于計算TA’值的裝置。
本發(fā)明的原理同時包括具有至少一個移動臺和至少一個用于執(zhí)行所描述的確定基站距移動臺的距離的方法的基站的移動無線網絡。在這類移動無線網絡中，在已有技術中已知的用來確定移動臺的位置的方法可被用來大致確定位置。根據本發(fā)明的移動無線網絡同時包括用于遵照根據本發(fā)明描述的方法，實施一種對移動臺的位置更好的確定的裝置。
優(yōu)選地，移動無線網絡包含至少一個基站控制單元和/或一個位置中心。這種測量易于根據本發(fā)明方法的有效的執(zhí)行。
本發(fā)明的進一步的優(yōu)點從描述和附圖中顯而易見。根據本發(fā)明，參照前面的特征和參照下面的特征可以單獨使用或以任何組合聯合使用。示意和描述的實施例不應被考慮為決定性的，而是對本發(fā)明的描述的示例的性質。
本發(fā)明在圖中被示意并以示例性的實施例的形式作了詳細解釋。
這個唯一的附圖示意了一個移動無線網絡的原理性配置。
移動無線網絡1的一部分被在

圖1中作了原理性示意。一個移動臺2同時或連續(xù)地維持到基站6-8的無線鏈路3-5。在每個基站6-8中計算用于相應的無線鏈路3-5的定時超前(TA)值。移動臺2的距離到大約554米可以從計算的TA值準確地確定?；?-8包含一個接收機(未示出)，通過該接收機基站6-8接收移動臺的信號。對于每個接收的突發(fā)信號，基站6-8計算到達時間(TOA)值。TOA值在一個測量報告時間內被濾波。從每個基站6-8的被濾波的TOA值TOA’，具有小數位的一個值TA’在每個基站6-8中被計算。這些值被以一種合適的方式送到用于移動臺10的位置中心，可選的具有一個插入的基站控制單元9。根據TA’的值，在位置中心10中，執(zhí)行移動臺2距基站6-8的準確的距離計算。
移動臺2的位置由一個三邊距離來確定。在示意的例子中，在每個基站6-8周圍，確定半徑對應于在位置中心計算的移動臺2到各個基站6-8的距離的圓弧11-13的位置。理想地，移動臺2的位置由這些圓弧11-13相交來確定。實際上，圓弧11-13不是準確地相交在一個點。然而，圓弧11-13覆蓋了移動臺2位于的區(qū)域。
權利要求
1.一種用于確定基站(6-8)和移動臺(2)之間的距離的方法，包含以下的步驟a)基站(6-8)計算用于到移動臺(2)的相關無線鏈路(3-5)的一個定時超前(TA)值和一個被濾波的到達時間(TOA)值TOA’，其中至少TOA’值有小數位；b)把TOA’值和TA值相加構成一個新的TA值TA’；c)根據TA’的值，確定移動臺(2)和基站(6-8)之間的當前距離。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，TOA值被限定為具有小數位。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，為了獲得一個濾波的TOA’值，在一個測量報告時間內，所有TOA值被收集并且之后被濾波，特別地被平均。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于，在步驟(b)之前，濾波的TOA’值被取整或小數位被截短。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，在步驟(b)之后TA’值被取整或小數位被截短。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于，至少TA’值被發(fā)送到用于移動臺的位置中心(移動位置中心)(10)，在那里移動臺(2)的位置根據這個值被確定。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于，至少三個基站(6-8)計算用于相關無線鏈路(3-5)的一個TOA’值和一個TA’值，并發(fā)送至少一個TA’值到位置中心(10)，對移動臺(2)的位置確定在那里通過三邊距離來進行。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，由至少三個基站(6-8)計算的值首先被發(fā)送到基站控制單元(9)。
9.基站(6-8)具有用于計算用于到移動臺(2)的無線鏈路(3-5)的具有小數位的濾波的TOA值TOA’和一個TA’值的裝置。
10.根據權利要求9的被分配一個或多個基站(6-8)的基站控制單元(9)，包含用于接收由基站(6-8)發(fā)送的值的裝置和轉發(fā)這些值給移動臺的位置中心(10)的裝置。
11.移動位置中心(10)具有根據用于移動臺(2)和至少三個基站(6-8)之間的無線鏈路(3-5)的發(fā)送的TA’值，確定移動臺(2)的當前位置的裝置。
12.一個移動無線網絡(1)具有至少一個移動臺(2)和用于執(zhí)行根據權利要求1的方法的至少1個基站(6-8)。
全文摘要
在一種用于確定基站(6－8)和移動臺(2)之間的距離的方法中,基站(6－8)計算用于到移動臺(2)的相關無線鏈路(3－5)的一個定時超前(TA)值和一個被濾波的到達時間(TOA)值TOA’,其中至少TOA’值有小數位。TOA’值和TA值相加構成一個新的TA值TA’并且根據TA’的值,移動臺(2)和基站(6－8)之間的當前距離被確定。這允許一種更準確的對移動臺(2)到相關的基站(6－8)的距離的確定,從而允許更準確的位置確定。
文檔編號H04W64/00GK1423134SQ0215267
公開日2003年6月11日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權日2001年12月1日
發(fā)明者古恩特·科勒爾, 德克·尼科萊, 邁克爾·坦格曼 申請人:阿爾卡塔爾公司