專利名稱：單小區(qū)環(huán)境下基于aoa和終端移動軌跡的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線定位業(yè)務(wù)，特別涉及單小區(qū)環(huán)境下基于AOA和終端移動軌跡的定 位方法。
背景技術(shù)：
無線定位業(yè)務(wù)又稱為位置業(yè)務(wù)(Location-Based Ser-vices， LBS)，是移動通信網(wǎng) 通過一系列定位技術(shù)獲得移動網(wǎng)關(guān)的位置信息，將之提供給移動用戶本人或他人以及通信 系統(tǒng)，以實現(xiàn)與位置相關(guān)的一種增值服務(wù)。 廣義地說，只要是基于位置的信息服務(wù)均屬于位置服務(wù)，有些業(yè)務(wù)可能與用戶本
身的位置無關(guān)，例如固定地點的天氣、固定起始終止點之間的公交路線等。但在移動通信網(wǎng)
中，LBS業(yè)務(wù)應用最多的應是與終端持有者本身的位置緊密相關(guān)的那些業(yè)務(wù)。 在移動定位業(yè)務(wù)興起之前，最先服務(wù)于導航和定位服務(wù)的技術(shù)是全球定位系統(tǒng)
GPS。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，從1999年開始移動定位服務(wù)得到逐步應用，并日
益走向成熟。如今，通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的移動定位不僅日益廣泛地應用于物流管理、交
通調(diào)度、醫(yī)療救援、野外勘探等領(lǐng)域，而且正在加快走向大眾化。 目前，電信業(yè)競爭激烈，移動運營商在不斷地尋找新的途徑去創(chuàng)造新的利潤點或 者利潤增長點。在各種移動增值業(yè)務(wù)當中，移動位置信息服務(wù)是最具市場潛力的一種。另 一方面，隨著我國私人汽車市場不斷增長，以汽車移動通信平臺的需求也將有很大的發(fā)展 潛力，其中針對汽車的導航、跟蹤等位置業(yè)務(wù)是今后一個非常具有發(fā)展?jié)摿Φ氖袌觥?
實際應用包括但不限于 第一，安全應用，如緊急服務(wù)和路邊求助等。當用戶在陌生的地方遭遇危險，只要 用戶的手機支持位置服務(wù)，用戶在撥打救援中心電話(如中國的110、美國的911、日本的 411電話)時，移動通信網(wǎng)絡(luò)會自動將用戶所在的位置信息和用戶的語音信息一并傳送給 救援中心。救援中心接到呼叫后，根據(jù)得到的位置信息，就能快速、高效地開展救援活動，大 大提高救援成功率。 第二，信息服務(wù)應用，如生活信息和交通信息等。位置服務(wù)能夠提供給用戶與地圖 坐標有關(guān)的信息服務(wù)以及交互式地圖信息服務(wù)?？梢蕴峁┙o用戶交通狀況及最佳行車路 線，幫助用戶尋找目的地附近的餐廳、影院、公司等的具體位置，并進行訂票、訂座等增值服 務(wù)，還可以進行移動黃頁和移動廣告的宣傳。 第三，追蹤應用，如車隊追蹤以及對財產(chǎn)的追蹤等。在人口密集的大城市里，交通 阻塞的問題亟待解決，公眾對于車輛導航和智能交通的需求越來越迫切。作為智能交通系 統(tǒng)核心的自動車輛定位系統(tǒng)，將實現(xiàn)動態(tài)交通流分配、定位導航、事故應急、安全防范、車輛 追蹤、車輛調(diào)度等功能。 最早的LBS的發(fā)展可以追溯到1996年，當時美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)公布 了 E911定位需求，要求在2001年10月1日前，網(wǎng)絡(luò)運營商必須能對發(fā)出E-911緊急呼 叫的移動設(shè)備用戶提供精度在1 25公尺以內(nèi)的定位服務(wù)。它需要網(wǎng)絡(luò)運營商提供呼叫者的方位、回電的號碼，還要一并提供公共緊急服務(wù)。后來，歐洲和日本也提出了類似的 要求，最終促成了 LBS——基于呼叫設(shè)備的地理位置服務(wù)——的出現(xiàn)。再后來，定位系統(tǒng) (PositioningSystems)、通訊(Communication)禾口GIS (Global Information System,全球 情報系統(tǒng))領(lǐng)域的快速發(fā)展剌激了該行業(yè)從業(yè)者對LBS的想象力，電信公司開始廣泛利用 該項服務(wù)，依照移動用戶的地理位置為其提供量身定制的服務(wù)。
現(xiàn)在多數(shù)主流標準中，LBS業(yè)務(wù)都是現(xiàn)在或未來的考慮重點。
a)基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù) 移動臺在接收當前服務(wù)基站的信號的同時，需要不停地尋找來自其它基站的信 號。如果發(fā)現(xiàn)來自其它基站的信號足夠強，移動臺需要確定來自不同基站信號的時間差，為 合并兩個信號做準備。移動臺的這種能力為實現(xiàn)定位奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。定位操作平臺可以 通過CDMA網(wǎng)絡(luò)獲取到終端的這些信息(導頻強度信息)進行定位。其它一些基于網(wǎng)絡(luò)的 技術(shù)能夠提供更高的定位精度，例如測量移動臺的環(huán)路時延、信號到達角度等，但這些技術(shù) 都需要在基站上增加相應的測量設(shè)備，代價較高。
b)輔助GPS技術(shù)(AGPS) 輔助GPS技術(shù)主要依靠GPS衛(wèi)星完成定位操作。移動臺需要接收至少4個GPS衛(wèi) 星的信號，根據(jù)這些信息完成定位計算，并將計算結(jié)果報告給網(wǎng)絡(luò)。對一般的GPS定位技術(shù) 來說，需要GPS接收機在全空域范圍內(nèi)搜索可以使用的GPS衛(wèi)星。通常這種搜索需要很長 的時間，所以不能滿足快速移動定位的需要。在輔助GPS技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)移動臺當前 所在的小區(qū)，確定所在小區(qū)上空的GPS衛(wèi)星，將這些信息提供給移動臺。移動臺根據(jù)這些信 息，縮小搜索范圍、縮短搜索時間，更快地完成可用衛(wèi)星的搜索過程。搜索完成之后，移動臺 需要通過和網(wǎng)絡(luò)的交互，將用于計算移動臺位置的信息傳送給網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)計算移動臺的 位置。 c)混合定位技術(shù) CDMA系統(tǒng)中使用的混合定位技術(shù)主要使用了前面提到的兩種基于移動臺的技術(shù)。 一般來說，GPS技術(shù)能夠提供很高的定位精度，但在很多情況下，移動臺不能夠捕獲足夠多 的GPS衛(wèi)星。這時候，移動臺可以利用基站的信號補充衛(wèi)星的不足。這樣在降低一定精度 的條件下，提高可用性，實現(xiàn)室內(nèi)定位。
d)基于移動臺的GPS定位 對于一些需要快速連續(xù)定位的LBS業(yè)務(wù)來說(例如實時動態(tài)汽車導航)，可能要 求每隔幾秒鐘刷新終端位置信息。在這種情況下，AGPS方式就很難滿足時間上的要求。因 此，為了提高連續(xù)定位情況下的定位間隔時間，提出了基于移動臺的GPS定位。與AGPS不 同的是，基于移動臺定位方式下，位置的計算全部由終端自己完成，終端始終處于GPS跟蹤 狀態(tài)，減少了與網(wǎng)絡(luò)的交互時間。但是初次定位時間(TTFF)基本上與AGPS方式下的相同， 與AGPS —樣，需要從網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取GPS衛(wèi)星的信息。
e)推算定位 基于一個已知相對參考點或起始點，連續(xù)計算目標運動過程中相對于起始點的方
向和距離，借助地圖匹配算法來確定移動目標位置，適用于運動目標的連續(xù)定位。 推算定位依賴于移動終端對于加速度，速度和運動方向的測量精度?？梢越柚?br> 程表，陀螺儀，加速計等提供相應的測量信息。
f)接近式定位 運動物體通過與之最靠近的固定參考檢測點來估計確定?；谛^(qū)ID的方法可
以看作本方法的一個分支，移動終端估計值可以通過最靠近的基站或扇區(qū)獲得。 現(xiàn)在各種技術(shù)各有優(yōu)缺點，特別在單小區(qū)環(huán)境下，在這里也包括在小區(qū)內(nèi)其他小
區(qū)信號被覆蓋的情況，基于多小區(qū)信號檢測的定位方法就不能工作，基于小區(qū)ID的方法精
度過低，基于GPS的解決方案成本相對較高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單小區(qū)環(huán)境下基于AOA和終端移動軌跡的定位方法。為實現(xiàn)上述目的， 一種單基站定位終端的方法，包括步驟終端請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻TO ;終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻TO'和到達角a 0 ;終端移動后再次請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻Tl ;終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻T1'和到達角a 1 ;終端上報兩次定位期間的移動距離；基站定位終端位置并將定位結(jié)果發(fā)送給終端。本發(fā)明通過利用TD， AOA，以及推算算法的組合，有效的解決了定位終端不能獲得
多個信號參考源的情況下的定位問題，并同時解決了推算算法運動軌跡絕對定位的問題。


圖l是本發(fā)明的流程圖； 圖2是終端運動軌跡以及基站方向角追蹤示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過具有測量信號到達角度能力的基站和移動終端共同配合來完成。由于 牽扯到運動的軌跡，通常適用于車載方式，可以通過里程表等測量距離的儀表獲得數(shù)據(jù)。如 圖一所示。 如圖l-M101，終端發(fā)起初始定位請求，基站在接收到請求后，通過信令指示這個終 端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻TO (圖1-B101)。終端接收信令(圖1-M102)，并在約定的時刻 TO發(fā)送探測信號(圖1-M103)，基站接收探測信號，記錄信號到達的時刻，以及信號到達的 方向角aO(圖l-B102)。終端記錄經(jīng)過的運行軌跡，經(jīng)過一段運行后，發(fā)出再次定位請求 (圖l-M104)，此處要求基站和運行軌跡的兩個端點不能在一條直線上，在此基礎(chǔ)上長度可 以任意，只要基站和軌跡兩端能構(gòu)成三角形即可，基站在接收到請求后，通過信令指示這個 終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻Tl (圖1-B103)。終端接收信令(圖1-M105)，并在約定的時刻Tl發(fā)送探測信號(圖1-M106)?；窘邮仗綔y信號，記錄信號到達的時刻Tl，以及信號 到達的方向角al(圖l-B104)，?；就ㄟ^信令要求獲取終端的運行軌跡兩個端點的直線 距離d(圖1-B105)，終端在步驟圖1-M107上報。 通過這些獲得的參數(shù)，基站建立求解方程(1-B106)，其位置關(guān)系如圖2所示，
<formula>formula see original document page 6</formula> 在這里可以看出，此方程組可以化簡為一個變量rl的方程。
<formula>formula see original document page 6</formula> 這里<formula>formula see original document page 6</formula>基站和終端兩者的時間可能不同，但是由于是差 值，其結(jié)果抵消了時鐘不統(tǒng)一的因素。
按照二次方程組解法 <formula>formula see original document page 6</formula>
通常結(jié)合實際小區(qū)半徑信息，只有一個解有實際意義。解出rl并推算出r2后，結(jié)
合接收角度信息，即可確定終端的位置。 如果以基站位置為原點，天線陣列基本方向為x軸方向，則可分別計算兩個端點 的位置坐標(xl，yl)， (x2，y2)為 <formula>formula see original document page 6</formula>
基站可以將計算結(jié)果發(fā)送給終端信息?；疽部梢酝ㄟ^本身的經(jīng)緯度坐標將此結(jié)
果轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)諱度坐標發(fā)送給終端。 在這里，運行距離d根據(jù)不同的情況可能有不同的獲取方法，如果是步行移動，可 以根據(jù)地表參照物估算得到步行的距離，或用戶可以根據(jù)路面距離指示估算大致運動距 離，用戶將此距離數(shù)據(jù)通過人機交互程序輸入終端中，在車載環(huán)境下，可以利用航跡推算定 位算法獲得，航跡推算系統(tǒng)是一種已經(jīng)獲得實用的系統(tǒng)，是一種比較常用的車輛定位算法。 航位推算系統(tǒng)主要由測量航向角的傳感器和測量距離的傳感器構(gòu)成，測量航向角的傳感器 主要有羅盤儀和角速度陀螺等，測量距離的傳感器主要有里程儀和加速度計，陀螺輸出航 向角的角速率，將角速率積分可以得到載體的相對轉(zhuǎn)角，通過運動距離和相對轉(zhuǎn)角的實時 測量記錄可以得到車輛的運動軌跡，通過運動軌跡可以計算出兩次探測信號點的直線距 離。 實施例 如圖3所示， 一個終端向BS請求定位業(yè)務(wù)，基站指示在T = TA時刻發(fā)送，并在 TA+1. 414us后接收到終端發(fā)送的探測信號，此時記錄到的信號到達角度為-45度，終端運 行300米(不限于此數(shù)值)后，請求再次發(fā)送定位機會，基站指示在T二TB時刻發(fā)送，并在 TB+lus后接收到終端發(fā)送的探測信號，此時記錄的信號到達角度為-90度，基站通過信令 得到終端運行距離為300， Td = -0. 414us，光速為300米/us。
<formula>formula see original document page 6</formula>
去除一個不合理根rl = -300m取rl = 424. 2m，并推出r2 = 300m，這樣再通過角 度信息，就可以得到在AB兩點對應的位置坐標(300， -300) ， (0， -300)。
權(quán)利要求
一種單基站定位終端的方法，包括步驟終端請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻T0；終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻T0’和到達角α0；終端移動后再次請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻T1；終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻T1’和到達角α1；終端上報兩次定位期間的移動距離；基站定位終端位置并將定位結(jié)果發(fā)送給終端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述終端兩次定位位置的兩個端點和基站 構(gòu)成三角形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按下列式定位終端的位置 &-巧=((T' 「T》-(T' 。_T。))*Clight <formula>formula see original document page 2</formula>
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述終端運行包括步行或車載。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述終端的車載距離利用航跡推算定位算 法獲得。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于如果是步行，可以根據(jù)地表參照物估算得 到步行的距離，并通過人機交互程序輸入終端中。
全文摘要
一種單小區(qū)環(huán)境下基于AOA和終端移動軌跡的定位方法，包括步驟終端請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻T0；終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻T0’和到達角α0；終端移動后再次請求基站對其定位；基站通知終端發(fā)送探測信號的發(fā)送時刻T1；終端在所述發(fā)送時刻發(fā)送探測信號；基站記錄信號到達時刻T1’和到達角α1；終端上報兩次定位期間的移動距離；基站定位終端位置并將定位結(jié)果發(fā)送給終端。本發(fā)明通過利用TD，AOA，以及推算算法的組合，有效的解決了定位終端不能獲得多個信號參考源的情況下的定位問題，并同時解決了推算算法運動軌跡絕對定位的問題。
文檔編號H04W40/20GK101742609SQ20081017797
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者仲川, 周雷 申請人:三星電子株式會社;北京三星通信技術(shù)研究有限公司