專利名稱：一種定位移動臺的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定位技術，尤指一種在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，定位移動臺(MS，Mobile Station)的方法。
背景技術：
定位業(yè)務是無線蜂窩通信系統(tǒng)中一項重要的業(yè)務，在CDMA系統(tǒng)中，常用的移動臺定位方式有輔助全球定位系統(tǒng)(A-GPS)定位、高級的前向鏈路三角定位(AFLT)、增強型前向鏈路三角定位(EFLT)、小區(qū)定位(Cell ID)等，這些定位方式實際上是指實現(xiàn)定位所需數(shù)據(jù)的測量手段，在得到測量數(shù)據(jù)及其它相關信息后，還必須采用合適的定位計算方法進行計算，才能得到移動臺的位置信息如經(jīng)緯度、高度、移動速度和方向等信息。定位計算可以在移動臺中進行，也可以在網(wǎng)絡側(cè)的設備如基站控制器(BSC)或位置確定實體(PDE)中實現(xiàn)。
在AFLT或EFLT定位方式中，測量傳播時間的同時，還可以通過測量得到導頻信號強度。導頻信號強度為Ec/Io，即移動臺檢測到的導頻信號場強Ec與移動臺接收到的總信號功率Io之比，通常以對數(shù)形式表示，在CDMA協(xié)議中，為了便于在消息中傳遞，將導頻信號強度用正整數(shù)表示，具體表示由相關協(xié)議規(guī)定。
AFLT、EFLT定位技術屬于到達時間(TOA，Time of Arrival)定位技術，TOA定位是通過測量無線電波在移動臺和基站(BS，Base Station)之間的傳播時間，以獲取移動臺與BS間的距離，再根據(jù)一組距離值及相應的基站位置來估計移動臺的位置，實現(xiàn)對移動臺的定位?；緦μ幱谄涓采w范圍內(nèi)的移動臺進行測量獲得TOA，不同BS對同一移動臺測量可獲得一組TOA，根據(jù)TOA數(shù)量的不同，可以采用多種方法對MS進行定位，TOA數(shù)量越多，對移動臺的定位精度越高。
得到一組TOA之后，可以利用多種算法計算移動臺的位置。比如1)若一組TOA中包括三個以上的TOA，則常見的算法有最小二乘法、泰勒級數(shù)法、陳氏算法即求雙曲線交點的方法等，通常情況下，通過這些算法能得到唯一解；2)若一組TOA中包括兩個TOA，可以使用雙圓相交法，解出兩個可能的解，再根據(jù)基站覆蓋范圍或其它信息選擇其中一個解作為定位移動臺的結果；3)若一組TOA中只有一個TOA，那么僅僅根據(jù)獲得的TOA是得不到結果的。此時，如果移動臺所在小區(qū)的天線是定向天線，則可以將該TOA確定的圓與天線朝向確定的射線的交點作為定位移動臺的結果，即CELL_ID+TOA定位方法。其中，CELL_ID是小區(qū)定位。
由于TOA的測量存在比較大的誤差，尤其是EFLT定位，上述根據(jù)TOA進行定位的方法得到的結果誤差往往很大，多TOA定位算法有時還會無解，而雙TOA定位還可能出現(xiàn)選錯解的情況。
另外，TOA定位算法沒有充分利用天線的朝向信息和導頻信號強度等有用信息，數(shù)據(jù)利用率低，不能充分抑制各種誤差因素的影響。
常用的多TOA定位算法通常比較復雜，需要消耗較多的處理器能力即CPU占用率很高，在網(wǎng)絡側(cè)進行位置計算時，對系統(tǒng)容量有不利影響。
除了上述TOA定位外，目前，還有根據(jù)到達角度(AOA，Angle of Arrival)確定移動臺的位置的到達角度定位。其中，到達角度是指基站檢測到的移動臺信號的入射角。理論上，根據(jù)兩個AOA可以唯一確定移動臺的位置。AOA定位通常需要基站采用多副張角非常窄的天線，或者采用智能天線，形成很窄的波束，這樣才能保證定位的準確度，而CDMA系統(tǒng)通常采用三扇區(qū)覆蓋或全向覆蓋，天線張角很大，因此，單獨使用AOA定位移動臺會大大降低定位的準確度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種定位移動臺的方法，能夠充分利用測量數(shù)據(jù)，簡單、有效地定位移動臺。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種定位移動臺的方法，該方法包括以下步驟A.網(wǎng)絡側(cè)獲取各站址中不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度；B.根據(jù)獲得的可信度，分別在各站址中選擇可信度最高的基站天線的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同基站天線的測量數(shù)據(jù)分別獲取各站址中移動臺的到達角度；C.根據(jù)各站址中選擇的測量數(shù)據(jù)、所選的測量數(shù)據(jù)對應的可信度及獲得的到達角度，獲取移動臺的位置信息。
步驟A之前，該方法還包括設置用于將可信度轉(zhuǎn)換為便于理解和使用的數(shù)值的第一調(diào)整參數(shù)A和第二調(diào)整參數(shù)K、用于調(diào)節(jié)所述測量數(shù)據(jù)中到達時間TOA與導頻信號強度對可信度的貢獻的第一比重參數(shù)k1和第二比重參數(shù)k2；獲取小區(qū)邊緣導頻信號強度；步驟A中所述獲取可信度的方法為可信度＝A-K×(TOA×光速/所述測量數(shù)據(jù)中基站天線最大覆蓋距離)k1×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度)k2；或者，可信度＝A-(k1×(TOA×光速/所述測量數(shù)據(jù)中基站天線最大覆蓋距離)+k2×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度))。
所述獲取小區(qū)邊緣導頻信號強度的方法為通過現(xiàn)場路測統(tǒng)計獲取，或從網(wǎng)絡規(guī)劃配置在網(wǎng)絡側(cè)的數(shù)據(jù)中獲取。
該方法還包括設置一個可信度低閾值；步驟B中所述獲取移動臺的到達角度之前，該方法還包括分別判斷各站址中所得到的可信度是否低于所述可信度低閾值，若是，則放棄該可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)；否則，確定該可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)為有效測量數(shù)據(jù)。
步驟B中所述獲取移動臺的到達角度的方法為若移動臺在一個站址中，只存在一個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，則將該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的基站天線朝向作為該站址中基站信號到達移動臺的到達角度；或者，若移動臺在一個站址中，存在多個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，則所述移動臺的到達角度為分別計算該站址中各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線的測量數(shù)據(jù)中天線朝向與該基站天線對應的可信度之積，將各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線所得到的積值相加，得到第一和值；計算各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線對應的可信度之和，得到第二和值；最后計算第一和值與第二和值之商，將所得商值作為移動臺的到達角度。
步驟C中所述獲取移動臺的位置信息的方法為C1.根據(jù)選出的測量數(shù)據(jù)、獲得的移動臺的到達角度，分別確定各站址的定位結果；C2.根據(jù)得到的各站址的定位結果，通過加權平均獲取所述移動臺的位置信息。
所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線是定向天線；步驟C1中所述確定各站址的定位結果的方法為以該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的基站位置為原點，在所述到達角度方向射線上，距離該基站天線為到達時間與光速相乘得到的長度，高度為小區(qū)平均高度的點。
所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線是全向天線；步驟C1中所述確定各站址的定位結果的方法為采用該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度和小區(qū)平均高度作為定位結果。
步驟C2中獲取移動臺的位置信息的方法為分別計算各站址的定位結果與該站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之積，將各站址所得到的積值相加，得到第一定位和值；計算各站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之和，得到第二定位和值；最后計算第一定位和值與第二定位和值之商，將所得商值作為移動臺的位置信息。
由上述技術方案可見，本發(fā)明通過對各基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度計算，以站址為單位，選取可信度高的測量數(shù)據(jù)作為該站址的定位移動臺的有效測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)該有效測量數(shù)據(jù)獲取移動臺的到達角；最后通過對各站址的定位結果進行加權平均，獲取移動臺的位置信息。所述的測量數(shù)據(jù)包括基站及基站天線的固有特性決定并配置在網(wǎng)絡側(cè)的，比如基站的位置信息、基站天線的朝向等信息；以及通過測量得到的，比如TOA、基站導頻信號的強度等信息。
本發(fā)明方法充分利用了AFLT、EFLT定位技術中可以利用的天線方向、導頻信號強度等各種測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)利用率高，有利于減小定位誤差。同時，本發(fā)明采取加權平均方法，降低了非可視路徑(NLOS)、多徑效應等因素而產(chǎn)生的誤差的影響。測試表明，本發(fā)明提供的定位移動臺的方法與單獨利用TOA的定位方法相比，定位精度的統(tǒng)計結果更好。
本發(fā)明方法計算簡單有效，節(jié)省了CPU的處理能力，提高了系統(tǒng)的容量。


圖1是本發(fā)明定位移動臺的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是網(wǎng)絡側(cè)獲取各站址中不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度；根據(jù)獲得的可信度，分別在各站址中選擇可信度最高的基站天線的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同基站天線的測量數(shù)據(jù)分別獲取各站址中移動臺的到達角度；根據(jù)各站址中選擇的測量數(shù)據(jù)、所選的測量數(shù)據(jù)對應的可信度及獲得的到達角度，獲取移動臺的位置信息。
為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉較佳實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明定位移動臺的流程圖，包括以下步驟步驟100網(wǎng)絡側(cè)獲取各站址中不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度。
同一基站，或距離很近如五十米以內(nèi)的不同基站天線組成的一個區(qū)域范圍稱為同一站址。
不同基站天線的測量數(shù)據(jù)包括移動臺與基站天線之間的無線信號TOA、移動臺收到并上報給網(wǎng)絡側(cè)的基站導頻信號強度、基站的位置信息如經(jīng)緯度和高度、基站天線的類型如定向或全向、基站天線的朝向、基站天線的最大覆蓋距離/小區(qū)平均高度等。在基站天線的測量數(shù)據(jù)中，一些是基站及基站天線的固有特性決定并配置在網(wǎng)絡側(cè)的，比如基站的位置信息、基站天線的朝向等；一些是通過測量得到的，比如TOA、基站導頻信號的強度等，本發(fā)明中，將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為基站天線的測量數(shù)據(jù)，基站天線的測量數(shù)據(jù)的獲取與本發(fā)明無關，可以通過現(xiàn)有各種測量方法獲得，這里，假設網(wǎng)絡側(cè)已獲得了本發(fā)明所需的基站天線的測量數(shù)據(jù)。
不同基站天線的信號到達移動臺的傳播距離、傳播路徑不同，因此，由NLOS效應、多徑效應等因素而產(chǎn)生的誤差也不同，所以對應于不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度也不同。獲取不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度的方法為可信度＝A-K×(TOA×光速/基站天線最大覆蓋距離)k1×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度)k2；或者，可信度＝A-(k1×(TOA×光速/基站天線最大覆蓋距離)+k2×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度))。
上述兩種獲取可信度的方法中，第一調(diào)整參數(shù)A、第二調(diào)整參數(shù)K、第一比重參數(shù)k1、第二比重參數(shù)k2是常數(shù)。其中，調(diào)整參數(shù)A、K用于將可信度轉(zhuǎn)換為便于理解和使用的數(shù)值，比如通過A、K的調(diào)整，使得計算得到的可信度的取值隨著可信度的增加而增大，比如最高可為100或1.0；比重參數(shù)k1、k2用于調(diào)節(jié)TOA與導頻信號強度對可信度的貢獻，為0～1之間的數(shù)值，比如若測量得到的TOA比導頻信號強度更可信，則設置k1大于k2，即TOA對可信度的影響占的比重大于導頻信號強度。為了獲得比重參數(shù)k1、k2，可以通過在實際環(huán)境中對已知位置的移動臺進行多次的定位測量，采用不同的預先設定的比重參數(shù)k1、k2，采用本發(fā)明的方法進行定位計算，將計算結果與已知位置進行比較，直到統(tǒng)計誤差滿足預設誤差要求時，認為比重參數(shù)比較合理，從而確定比重參數(shù)。
這里的導頻信號強度按照CDMA協(xié)議中所用的方法，用正數(shù)表示，數(shù)值越大，表示信號強度越弱；數(shù)值越小，則信號越強。小區(qū)邊緣導頻信號強度是根據(jù)現(xiàn)場路測統(tǒng)計出的小區(qū)邊緣的導頻信號質(zhì)量，也可以從網(wǎng)絡規(guī)劃時配置在網(wǎng)絡側(cè)的數(shù)據(jù)中獲取。其中，現(xiàn)場路測統(tǒng)計是現(xiàn)有技術，運營商在建設移動通信網(wǎng)絡時，預先規(guī)劃小區(qū)邊緣的信號質(zhì)量。所謂路測，是指網(wǎng)絡建好后，工作人員開著車在路上網(wǎng)絡覆蓋各處測量，檢查各處的網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量并記錄。
本發(fā)明中，同一站址中的不同基站天線是指同一基站的不同基站天線，或距離很近如基站天線間相距五十米以內(nèi)的不同基站天線。
步驟101根據(jù)獲得的可信度，分別在各站址中選擇可信度最高的基站天線的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同基站的測量數(shù)據(jù)分別獲取各站址中移動臺的到達角度。
對于同一站址的不同基站天線，分別選出可信度最高的一個天線，將該天線對應的TOA、天線高度、天線位置等測量數(shù)據(jù)，作為該站址的定位測量數(shù)據(jù)用于定位，需要說明的是，該定位測量數(shù)據(jù)同時也屬于用于計算AOA的有效測量數(shù)據(jù)；而對于該站址的其它基站天線，如果可信度非常低，比如設置一個可信度低閾值，放棄低于該可信度低閾值的可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)，將高于該可信度低閾值的可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)作為有效測量數(shù)據(jù)，用于計算該站址中移動臺的AOA；如果某個站址的所有基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度都非常低，比如均低于可信度低閾值，則可以將該站址的全部基站天線的測量數(shù)據(jù)都丟棄不用。
本步驟中，各站址獲取移動臺的到達角度的方法為若移動臺在某個站址中，只有一個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，那么，將該基站天線的朝向作為基站信號到達移動臺的AOA。
若移動臺在某個站址中，存在多個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，則按照以下方法獲取移動臺的AOA分別計算該站址中各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線的測量數(shù)據(jù)中天線朝向與該基站天線對應的可信度之積，將各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線所得到的積值相加，得到第一和值；計算各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線對應的可信度之和，得到第二和值；最后計算第一和值與第二和值之商，所得商值為移動臺的到達角度。公式如下 其中，∑表示求和運算，N表示具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線的個數(shù)，第i個基站天線的可信度i與其天線朝向i對應。
步驟102根據(jù)各站址中選出的可信度最高的基站天線對應的測量數(shù)據(jù)、所選的測量數(shù)據(jù)對應的可信度及獲得的到達角度，獲取移動臺的位置信息。
根據(jù)前面得到的每個站址的定位測量數(shù)據(jù)中的TOA、計算得到的AOA，利用每個站址的定位測量數(shù)據(jù)分別為各站址計算出一個定位結果，計算的方法可以采用現(xiàn)有技術中的各種方法，比如1)如果該站址的基站天線是定向天線，則根據(jù)基站位置、TOA、AOA進行定位，定位結果為沿著以基站位置為原點的AOA方向射線上的點，該點距離基站天線的距離為TOA與光速相乘得到的距離，高度為小區(qū)平均高度。
2)如果該站址的基站天線是全向天線，則可以采用該站址的經(jīng)緯度和小區(qū)平均高度作為定位結果。
最后，根據(jù)得到的各站址的定位結果，通過加權平均后獲得移動臺的位置信息，加權平均中的權重就是各個參與計算的基站天線對應的可信度。具體方法為分別計算各站址的定位結果與該站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之積，將各站址所得到的積值相加，得到第一定位和值；計算各站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之和，得到第二定位和值；最后計算第一定位和值與第二定位和值之商，所得商值為移動臺的位置信息，計算公式如下 其中，M表示參與計算的站址的個數(shù)，第j個站址中的基站天線的可信度j與其定位結果j對應。
移動臺的位置信息可以是經(jīng)度信息、緯度信息和高度信息等，計算公式分別如下 需要說明的是，上述加權求和應對每個站址的定位結果進行。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種定位移動臺的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A.網(wǎng)絡側(cè)獲取各站址中不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度；B.根據(jù)獲得的可信度，分別在各站址中選擇可信度最高的基站天線的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同基站天線的測量數(shù)據(jù)分別獲取各站址中移動臺的到達角度；C.根據(jù)各站址中選擇的測量數(shù)據(jù)、所選的測量數(shù)據(jù)對應的可信度及獲得的到達角度，獲取移動臺的位置信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A之前，該方法還包括設置用于將可信度轉(zhuǎn)換為便于理解和使用的數(shù)值的第一調(diào)整參數(shù)A和第二調(diào)整參數(shù)K、用于調(diào)節(jié)所述測量數(shù)據(jù)中到達時間TOA與導頻信號強度對可信度的貢獻的第一比重參數(shù)k1和第二比重參數(shù)k2；獲取小區(qū)邊緣導頻信號強度；步驟A中所述獲取可信度的方法為可信度＝A-K×(TOA×光速/所述測量數(shù)據(jù)中基站天線最大覆蓋距離)k1×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度)k2；或者，可信度＝A-(k1×(TOA×光速/所述測量數(shù)據(jù)中基站天線最大覆蓋距離)+k2×(導頻信號強度/小區(qū)邊緣導頻信號強度))。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取小區(qū)邊緣導頻信號強度的方法為通過現(xiàn)場路測統(tǒng)計獲取，或從網(wǎng)絡規(guī)劃配置在網(wǎng)絡側(cè)的數(shù)據(jù)中獲取。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括設置一個可信度低閾值；步驟B中所述獲取移動臺的到達角度之前，該方法還包括分別判斷各站址中所得到的可信度是否低于所述可信度低閾值，若是，則放棄該可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)；否則，確定該可信度對應的基站天線的測量數(shù)據(jù)為有效測量數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟B中所述獲取移動臺的到達角度的方法為若移動臺在一個站址中，只存在一個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，則將該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的基站天線朝向作為該站址中基站信號到達移動臺的到達角度；或者，若移動臺在一個站址中，存在多個基站天線具有有效測量數(shù)據(jù)，則所述移動臺的到達角度為分別計算該站址中各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線的測量數(shù)據(jù)中天線朝向與該基站天線對應的可信度之積，將各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線所得到的積值相加，得到第一和值；計算各具有有效測量數(shù)據(jù)的基站天線對應的可信度之和，得到第二和值；最后計算第一和值與第二和值之商，將所得商值作為移動臺的到達角度。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中所述獲取移動臺的位置信息的方法為C1.根據(jù)選出的測量數(shù)據(jù)、獲得的移動臺的到達角度，分別確定各站址的定位結果；C2.根據(jù)得到的各站址的定位結果，通過加權平均獲取所述移動臺的位置信息。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線是定向天線；步驟C1中所述確定各站址的定位結果的方法為以該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的基站位置為原點，在所述到達角度方向射線上，距離該基站天線為到達時間與光速相乘得到的長度，高度為小區(qū)平均高度的點。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線是全向天線；步驟C1中所述確定各站址的定位結果的方法為采用該基站天線的測量數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度和小區(qū)平均高度作為定位結果。
9.根據(jù)權利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，步驟C2中獲取移動臺的位置信息的方法為分別計算各站址的定位結果與該站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之積，將各站址所得到的積值相加，得到第一定位和值；計算各站址中所述測量數(shù)據(jù)對應的基站天線的可信度之和，得到第二定位和值；最后計算第一定位和值與第二定位和值之商，將所得商值作為移動臺的位置信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定位移動臺的方法，該方法包括A.網(wǎng)絡側(cè)獲取各站址中不同基站天線的測量數(shù)據(jù)的可信度；B.根據(jù)獲得的可信度，分別在各站址中選擇可信度最高的基站天線的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同基站天線的測量數(shù)據(jù)分別獲取各站址中移動臺的到達角度；C.根據(jù)各站址中選擇的測量數(shù)據(jù)、所選的測量數(shù)據(jù)對應的可信度及獲得的到達角度，獲取移動臺的位置信息。本發(fā)明方法簡單、有效，充分利用了各種測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)利用率高，減小了對移動臺的定位誤差；另外，本發(fā)明方法節(jié)省了CPU的處理能力，提高了系統(tǒng)的容量。
文檔編號G01S5/02GK101047983SQ20061007581
公開日2007年10月3日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權日2006年4月18日
發(fā)明者張志東 申請人:華為技術有限公司