CN1111748C - 在通信系统中进行位置搜索的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在通信系统中确定用户单元位置的方法包括的步骤有，在一个第一基站接收用户单元(1390)的信号，在第一基站根据一个扩展符号序列确定信号的第一接收时间，在第一基站确定信号的第一到达角度，并且根据第一接收时间，第一到达角度和有关基站的预定信息确定用户单元的位置。利用扩展符号序列通过调制构成信号。

Description

在通信系统中进行位置 搜索的方法和装置
本发明涉及无线通信系统，更具体地，是涉及在码分多址(CDMA)无线通信系统中确定用户单元的位置的方法和装置。
在无线通信系统中，通常希望确定发出呼叫的用户的位置。针对这种技术的应用会包含911应急服务，以便为发出呼叫的用户分派警察/消防/救护服务。其它的应用会包含欺诈检测，警务调查等等。
已经建立的蜂窝系统很少有这样的能力。例如，在AMPS(先进移动电话系统)蜂窝无线系统中，通过确定被用来服务用户的基站天线可能把该用户定位在一个小区内。但一个小区的半径会有4.8-8公里，这样上述定位信息实际上是没有用处的。由于许多密集市内小区点变得越来越小，并且通过分扇区天线把信道服务区域限制成一个小区的一个扇区，使得许多市区/郊区小区点被划分了扇区，所以小区的覆盖区域变得更小了。但是即使在这些小扇区中的区域也能大于1平方英里。这样的系统多数情况下不适于对用户进行定位。类似美国数字蜂窝(USDC)和全球数字移动(GSM)的其它无线系统使用相同的识别小区或扇区的方法，并且不会比AMPS系统性能更好。
还有其它的定位方法，例如在用户单元中使用全球定位系统(GPS)单元，或者对发送用户单元进行三角测量，这些和类似的方法对于多数用户而言过于昂贵，在三角测量的情况下，还需要其它费钱费时的专用资源。
因而仍然需要一种经过改进的，费用较低的在无线通信系统中对用户进行定位的方法。
通过基于本发明的改进方法和装置可以解决这些和其它问题。根据第一方面，在通信系统中估测用户单元位置的方法，该方法包括的步骤有：在一个第一基站接收用户单元的信号，该信号利用一个扩展符号序列通过调制而形成；在第一基站根据扩展符号序列确定信号的第一接收时间；在第一基站确定信号的第一到达角度的估测，使用固定的射束天线确定该估测；并且根据第一接收时间，第一到达角度的估测和有关第一基站的预定信息确定用户单元的位置。
根据另一方面，估测用户单元位置的方法包括的步骤有，执行具有第一置信度的第一位置测量，执行具有第二置信度的第二位置测量，并且根据第一和第二位置测量确定用户单元的估测位置。通过在第一基站接收用户单元的信号，在第一基站根据扩展符号序列确定信号的第一接收时间，在第一基站确定信号的第一到达角度来确定第一位置测量。利用扩展符号序列通过调制构成该信号。
根据另一方面，通信系统包括一个控制器，该控制器响应第一和第二基站，第一和第二基站均包括一个接收器，该接收器可以从通信单元接收信号，利用扩展符号序列通过调制可以构成该信号，该接收器与固定的射束天线连接并且使用该固定的射束天线确定该信号的第一到达角度的估测，一个检测器，该检测器根据扩展符号序列可以确定信号的接收时间；一个位置处理器，该处理器响应该控制器，可以请求第一和第二基站根据该扩展符号序列确定信号的第一和第二接收时间，并且根据第一，第二接收时间，信号第一到达角度的估测和有关第一，第二基站的信息确定通信单元的位置。
根据另一方面，确定用户单元位置的方法包括从多个基站中的第一基站接收第一信号并且从多个基站中的第二基站接收第二信号，根据第一接收序列确定第一接收时间并且根据第二接收序列确定第二接收时间，根据第一，第二接收时间和有关第一，第二基站的信息确定用户单元的位置。根据第一符号序列和第二符号序列分别构成第一和第二信号。
参考下面结合附图所进行的详细描述可以更好地理解本发明及其优点，其中
图1示出了可以使用本发明的蜂窝系统的简图；
图2是用户单元上基于本发明第一实施例的CDMA接收器的模块图；
图3示出了基于本发明一个实施例的CDMA用户单元位置搜索的图例；
图4示出了基于本发明一个实施例的，用于确定CDMA用户单元位置传播延迟的定时序列的图例；
图5示出了基站上基于本发明一个实施例的一个CDMA接收器的模块图；
图6示出了基于本发明一个实施例的，用于计算用户位置的传播和延迟时间的时序图；
图7示出了基于本发明一个实施例的，用户测量基站信号的过程的流图；
图8示出了基于本发明一个实施例的，基站测量用户信号的过程的流图；
图9-13示出了基于本发明第二实施例的用户单元位置搜索的图例；
图14-15示出了基站从用户单元接收信号的过程的概图；
图16示出了当在用户单元和基站之间存在障碍时所进行的用户单元位置搜索的图例；
图17是基于第二实施例的，在一个基站中实现并且用于位置搜索的第一接收器的模块图；
图18是基于第二实施例的，在一个基站中实现并且用于位置搜索的第二接收器的模块图；
图19是基于第二实施例的，在一个基站中实现并且用于位置搜索的第三接收器的模块图。
本发明的第一实施例是一个在码分多址(CDMA)蜂窝系统中确定用户位置的系统。利用CDMA调制信息，通过用户单元上的第一到达射线估测传播时间。接收的第一射线通常表示基站和用户单元之间的最短路径，并且传播时间估测允许计算出用户单元和基站之间的距离。通过计算到多个，例如三个站点的距离，可以计算出由测量定时和其它处理延迟精确度限定的特定用户位置。
在第一实施例中，在一个相关接收器内自动计算出各个基站和用户单元之间的信号传播时间。处理步骤包括传输在某个码片精度(例如一个码片的1/16)下时间对齐的伪噪声(PN)序列编码信号，并且使用一个相关算法在接收器上对该信号进行相关处理。由于调制序列(例如一个PN序列)已知并且被用于同步/解扩展，所以可以确定给定码片的精确接收时间。通过确定多个接收信号的接收时间，一个时间延迟可以被计算出来并且被用来确定一个位置估测。
在一种实现中，用户使用已知的PN序列和偏移信息，确定来自多个基站(标准和/或辅助基站)并且同时发送的相关PN码片，并且也确定这些相关码片的接收时间。根据接收时间差可以确定出时间差和距离差。利用距离差和已知的基站位置确定一个位置估测。在一个用户单元只同一或两个基站通信的情况下，附加的基站(如果需要，包括辅助站点)可以被强置激活以便用户可以进行时间测量。
在另一个实施例中，控制接收基站以对选定的码片进行时间测量，并且接收时间差被用来近似计算出用户位置。在因干扰和类似情况而需要附加接收站点时，控制辅助站点以便接收从用户单元发送的信号。如果必要，在紧急情况下，用户单元被提升到最大功率电平以便至少有三个基站可以接收信号并且对信号进行时间估测。并且，在不需要精确测量的情况下，可以向用户发送特殊的位置消息。当接收时，用户测量响应信号的码片/时间偏移，对偏移进行编码并且发送响应信号。对偏移进行解码并且比较该用于确定偏移的同一码片(例如一帧中的第一个码片)的不同接收时间后，可以针对不同的传播路径确定一个延迟补偿时间值，并且从中确定出位置。最后，由于可能很难从很远的基站获得一个接收信号，可以在相邻基站执行紧急负载调度以便提供额外的范围，这是由于在CDMA无线系统中可以在容量和范围之间寻求一种折衷。这样就改进了覆盖范围，并且使位置搜索更可靠。
现在回到图1，一个蜂窝系统通常被表示成100，该系统具有一个六边形小区模式，其中具有基站110，120，130和一个用户140。辅助基站单元121也被定位在基站110，120，130之间。通过确定第一射线的传播时间估测基站110，120，130和用户单元140之间的距离，其中在从预定参考时间到接收器对发送信号进行相关处理的时间点之间的时间段上测量传播时间。由于距离估测可能过分或者不够，这样做会更加困难，其原因是测量被安排到接收器中的一个任意时间参考点上(只有在用户单元140中使用更精确的(并且更昂贵的)，诸如根据GPS信号或原子钟导出的系统的定时系统时，才可以进行精确的测量)。这样，根据与码片速率(接近814纳秒(ns)的码片速率(即，在TIA(电信工业协会)临时标准IS-95A中通过PN序列速率确定的完全扩展信号的速率)，或接近每码片250米(m)的速率；因而期望得到比码片速率更快的时间测量)的相关关系得到的距离150，160和170分别大于或小于各个基站110，120，130与用户单元140之间的实际距离。在图1中，距离150被过高估测，其指示的点125超过了用户单元的实际位置。类似地，点115和135也被过分估测了。下面描述的距离处理会校正这些点以便产生更接近用户真实位置的估测。
图2示出了一个CDMA用户单元200的模块图，该单元具有一个CDMA接收器201，定位器单元202和发送器203。接收器201具有一个公共RF(射频)前端205，该前端馈送三个独立的瑞克分支输入210，220，230。这些分支单元210，220和230可以锁定到三个不同的接收射线上，这些射线彼此相距一个或更多的PN码片时间，这对于直接序列扩展频谱(DSSS)接收器而言是常见的。搜索器240以高于码片速率的速度(在最好的情况下允许象50ns时钟速率那样的分辨率)扫描新的相关尖峰，并且根据对当前信道状况的最优估测可以重新分配分支输入。通常，针对分支210，220，230的相关器锁定到三个可以得到的最强射线上，并且在一个第二或第三基站可以提供足够强的信号时，保留这些相关器使之锁定到这些其它基站的信号上，如IS-95A标准所述，这些信号分别被延迟了多于一个PN码片的时间。如果只有两个基站信号足够强，则指定两个射线，每个基站一个，而第三射线针对两个基站的最强保持射线。
当用户200期望执行位置搜索功能时，最好尝试找到三个不同的基站，每个基站有一个射线，使得拥有足够的信息以便精确地进行定位。这样，为了连接到三个基站，调整分支210，220，230以便对至少三个基站单元信号进行解码。如果可能，根据一个信标请求可以激活物理上位于基站之间的紧急导频信号发生器(例如图1的辅助基站单元121)，以便用附加的参考信号覆盖区域，从而允许用户根据这些导频信号发生器和标准基站进行位置估测。与周围的基站相比，这些辅助单元具有不同的PN偏移，并且通常配备有一个进行正确同步/定时的GPS接收器。通过任何方便的装置，例如无线或双绞电缆可以把它们连接到基站或设施中的其它控制器。当用户指示没有三个可用基站时，最好通过对控制器的请求或在其控制下从服务基站发送到本地辅助单元的命令来完成对发生器的激活。可选地，可以为辅助单元配备扫描接收器，该接收器会根据用户的请求信号在一个有限的周期(例如，5秒，以便使系统干扰最小)内开始发送。通过合适的放置，这样的辅助单元可以被用来减少某些位置上的不确定性，或者通常被用来增加在重要区域，例如主要高速公路，商场或中心商业区内进行位置搜索的精确度。由于CDMA系统的干扰限制特性，在某些情况下只有一个基站能够接收用户信号，反之亦然，因而需要用辅助单元获取必要的多种读数。
通过使用关于搜索器中有关相关尖峰的前缘(或尖峰)的信息，并且将尖峰调整一个在精细时间对齐电路(例如与滤波器250-270相连的，针对各个分支的延迟锁相环(DLL)215，225或235)中确定的偏移，可以确定各个信号的相对接收时间。有关的相关尖峰最好是那些在不同的分支上并且彼此在一个码片内接收的尖峰。在这种方案中，确定前缘的精确时间和PN序列号(即，重复的PN序列(例如长度接近16,000个码片的序列)的码片位置(例如编号245))。利用已经确定的PN序列偏移，和各个基站具有相同的基本PN序列并且在相同系统时间上加上或减去一个唯一PN序列偏移的时间后发送该序列的系统设计，相对时间差产生了传播路径延迟差。在图3中说明了这种情况。在时间T0两个基站B1和B2正在进行发送，但基站B1发送PN码片0，而由于基站B2具有256个码片的PN序列偏移，该基站发送PN码片256。在某个时间T1上，在激活位置搜索之后，用户确认接收到来自B1的PN码片4的前缘。在1/8码片之后的时间T2上接收到下一个来自B2的PN码片的前缘，并且确定该码片是PN序列中的第280个码片。根据这些接收时间和PN号，传播延迟差被计算成((PNB2-偏移)+(接收时间差，T2-T1))-(PNB1-偏移)＝((261-256)+(1/8))-(4-0)＝11/8码片*814ns/码片＝916ns。对于具有接近1/3米(m)每ns传播速度的无线信号，这产生大约300米的传播路径距离差。位置的精确度只受使用的系统时钟速率和同步程度的限制。在所有基站均使用GPS定时信息的情况下，目前可以实现50ns以内(或接近码片速率的1/16)的同步传输(即，码片前缘的同步传输)。在本地时钟至少产生相同的20MHZ时钟速率的情况下，可以定位在100ns或30米以内。
回到图2，DLL 215，225和235被分别反馈到分支210，220和230以便调整信号并输出精细时间对齐信号。如上所述，DLL输出可以被用作调整PN码片接收时间的精细相位偏移信息，最好是在低通滤波器(LPF)250，260，270分别对各个信道进行滤波并且有效求出各个DLL 215，225，235的平均值以后才进行时间调整。这些平均精细相位偏移信息和来自搜索器240(也适用于PN码片/时间检测)的码片编号/时间/基站标识或偏移(即B1-B3信息)被传送到位置搜索器/处理器280。位置搜索器/处理器280从各个分支得到精细相位偏移信息并且校正从搜索器240接收各个码片的时间，以便给出接收各个分支的正确相对时间。根据最早的时间，例如B1(即接收到基站1的信号的时间)，确定其它信号B2和B3的接收时间差tB21和tB31，并且确定相应的距离dB21和dB31。这样就知道了从基站1(110)，2(120)，3(130)开始的距离为dB1，(dB1+dB21)，(dB1+dB31)。并且，根据PN偏移，可以知道基站的标识并且从存储器281中可以检索出基站的地理位置。如图4所示，执行搜索进程以确定移动站的地理坐标是一件简单的事情。在图4的例子中，已知基站位置被用来定义三条线L12(151)，L23(152)，L13(153)。分别从连线L12(151)，L23(152)和L23(152)，L13(153)中减去距离dB21和dB31，并且其余部分被法线N12(154)，N23(156)和N13(155)平分。这些连线N12(154)，N23(156)和N13(155)的交点在用户单元140的位置上。这个信息可以被发送到服务基站以便传送到服务位置寄存器的请求方，或者可以被传送以便用户(例如在一个地图网格或其它定位设备上，未示出)使用。
可选地，如果用户没有基站位置信息，则可以通过一个位置请求信号向服务基站发送相位偏移，码片，定时和基本偏移信息。这里，位置搜索器可以访问其本身的数据库并且确定用户位置。接着通过一个位置响应消息，位置信息被回送到用户或其它请求实体。
参照图5可以看到一个使用基础设备进行定位的最优方案，其中描述了一个CDMA基本系统300的模块图，该系统具有一个第一CDMA基站301。基站具有一个公共RF前端305，该前端馈送四个独立的分支输入310，320，...，330。这些分支可以锁定到四个不同的接收射线上，这些射线彼此至少相距一个PN码片时间，这对于DSSS接收器而言是常见的。两个搜索器340扫描新的相关尖峰，并且根据对当前信道状况的最优估测可以重新分配分支。通常，分支310，320，...，330的四个相关器锁定到四个可以得到的最强射线上。
当期望执行位置搜索功能时，有两个均可使用的，被动(即没有用户单元响应)或主动的方案。在两种情况下，都最好找到至少三个能够接收用户信号的不同基站，使得拥有足够的信息以便估测位置。在第一实施例的被动模式中，基站301的四个310，320，...，330分支被用来检测一个上行链路信号。对于各个分支，一个延迟锁相环(DLL)被用来产生相关射线的定时(即调整)估测。与上述用户单元使用的过程类似，这样可以更精确地估测相关时间。搜索器和码片/时间检测器340对各个分支上的信号进行峰值相关，并且确定最好的分支以便使用(最好根据相同码片的最早接收尖峰，但可以使用其它技术确定当前最优分支)；与用户搜索器240中的处理类似，这个最优分支信号被用于确定PN码片并接收时间信息。
为了启动定位过程，在一个最优实施例中，在系统300内，很可能是在诸如移动交换中心(MSC)365，操作中心的区域性实体上，或者在诸如PSTN(公共交换电话网)375的连接网络内产生一个命令。接着通过归属位置寄存器(HLR)366处理定位请求以便确定当前的服务基站。当接收到定位命令时，基站301的处理器350(和其它基站的类似处理器)使用检测器340确定一个码片接收时间。最好所有基站均完成这种操作以便确定指定PN码片组的前缘出现时间，例如通过确定第64个码片(即PN序列号0，64，128等等)在预定码片数目(例如10)的出现时间。接着这个信息及其ID(标识)被各个基站接收器传递到一个指定的实体，例如BSC(基站控制器)360的位置搜索器361或HLR 366的位置搜索器367等等。这样，相同码片的接收时间差可以被来确定传播延迟差，其中根据相同的单个码片传输导出各个码片。也就是说，对于各个码片编号，不同基站上的接收时间差产生一个传播延迟差，并且以类似于图5的方式根据这个信息和接收基站的已知位置可以确定最终的位置。通过在相对较短的时间帧内获取多组信息(例如，在大约500毫秒内每64个码片获取10次)，并且求平均值或利用确定的位置进行最优拟合计算，可以使位置误差最小。技术人员可以理解，在实际计算中可以使用其它的方法。例如，在相同系统时间上对指定时间的一个码片内的前缘的检测，距离指定系统时间的时间差和码片编号可以被用于确定传播延迟(由于用户的时钟速率的精度限制不同码片的发送时间会导致额外的误差；即使在出现50ns时钟周期的情况下，仍然会有比传输相同码片(没有定时误差)时出现的误差还多的误差)。重要的是码片ID(例如PN序列中的编号/位置)和不同基站上的精确接收时间(例如以过采样的时钟速率接收前缘或尖峰)被用于确定用户位置。
在一个主动定位的最优实施例中，利用码片接收时间信息和某个来自用户的响应信息实现了一个双向测距系统。在这个实施例中，再次用系统设施中产生的一个定位请求启动过程，该请求被传递到与用户进行通信的基站301。处理器350传递一个定位请求信号(LOC S 351)以便编码器352和扩展调制器355进行正确的编码。利用一个系统时钟353(最好根据GPS导出，但也可以使用诸如原子钟的精确装置)，精细时间调节器354(例如一个选通脉冲发生器)控制调制器355最好以50ns以内的精度精确输出输出码片的前缘。处理器350也通过调制器355和时钟353为上个参考码片(例如16384个码片构成的序列在系统时间TS(0)上的码片1024)确定一个精确的系统时间，而后可以根据该系统时间确定其它的码片传输时间。接着，输出码片序列被发送到用户。
再次参照图2，在对定位请求信号351进行解调和接收之后，位置搜索器/处理器280以类似于前面的方式控制搜索器240确定下一个PN码片的ID和定时信息。为了进行说明，我们令用户相对时间TR(0)上确定的码片为(基本PN序列中的)1088。为了针对用户单元内的恢复时间提供精确信息，位置搜索器/处理器280接着确定一个本地时间，在该时间上会接着发送用户PN序列中的预定码片。为了方便，这个预定码片最好被选成一个需要发送的重复序列(例如用户PN序列中的每第50个码片)中的一个码片(例如码片100)；可以选择几乎所有其它的码片，例如下一个20ms帧中的第一个码片；但最好使用户精确定时输出需求和系统定位处理最少。在任何情况下，通过确定码片的输出时间(例如通过PN/时间检测器292)并且前向计算以确定预定码片的输出时间(例如在TR(24 1/16)上的码片100，这里以码片速率间隔测量相对时间)，确定从发送器电路203的调制器291输出选定码片的本地时间。当然，如果当前没有正在进行的传输，则会给基站提供足够的延迟时间(例如接近2秒)以便在传输预定码片之前指向用户PN序列。处理器接着会传递一个定位响应信号RESP 282以便编码器290进行编码，并且会控制调制器291以确定的时间(即TR(241/16))精确输出预定的码片，并且如果要监视周期性的码片组，则控制调制器291以预定的周期精确输出周期性码片组(例如码片150，200等等)的任意连续码片。RESP 282会包含基本码片信息(1088，TR(0))，预定码片信息(100，TR(24 1/16))，并且在基本设施不知道是用户单元简表(prefile)的一部分的情况下，还包含一个用于预获取和后输出延迟(即，信号从天线到达搜索器240，并且在调制器291提供时间精确的输出后从天线发射一个输出信号的时间)的预定(即校正/计算)用户延迟因子。
回到图5，系统在相同的时间控制基站301发送定位请求信号351，并且还通知其它正在通信的基站开始存储定位信息。在进行通信(即软跨区切换)或能够接收用户信号的基站不足3个的情况下，发出请求的实体(例如位置搜索器/处理器361或367)会命令服务基站附近的，诸如基站356的一或多个辅助基站开始以用户的指定频率进行接收。这样，在最简单的实现中，辅助基站可以是具有精确系统时钟(例如一个GPS校正时钟)的可调接收器；如果一个辅助基站没有通过有线线路连接到BSC，则辅助基站可以被实现成固定用户单元(例如无线接入固定单元(WAFU))，与用户单元的唯一差别是WAFU按照系统时间(例如通过GPS时钟)进行操作。在这个实施例中，WAFU会通过其本身的服务基站，例如基站301传输其定位响应信息。
所有接收基站，例如基站301和辅助基站356在初始化定位请求时均开始存储用户码片/时间信息。存储信息可以是在预定周期内针对各个接收码片的时间(例如前缘接收时间)和码片编号。不是保存每个码片，因为这样会在一个20ms的帧中保存将近25000个条目，而是保存所有接收基站使用的具有周期性编号的码片(例如序列中每第50个码片)；在这种情况下会按照上述方式配置用户单元以便选择一个预定码片，该码片是上述周期性码片中的一个(例如码片100)。技术人员会理解可以使用任意的周期数或特定的码片(例如一帧中的第一个码片)，直到在所有基站上收集到关于相同码片的信息以便使误差最小。为了方便，一个合理配置的用户最好选择预定的码片以便和基站监视的码片一致，这样就简化了后面的计算；可以根据预编程或指示被监视的码片/周期(其中只需要精确输出预定的码片)的定位请求信号351中的数据来进行选择。
当接收到来自用户的扩展RESP信号时(最好通过带内信令利用任何正在进行的语音/数据通信进行发送)，基站301和356的处理器350和358检测信号和预定的码片信息，并且把预定数量的码片/时间对传递到位置搜索器361或367。例如，为了允许求平均值以改进精度，各个基站301，356可以传递从预定码片及其接收时间(例如{100，TS(28 7/16)}，{150，TS(78 7/16)}，...，{450，TS(378 8/16)})开始的8个码片/时间对，和RESP信号信息(例如基本码片/时间对{(基本)1088，TR(0)}，预定码片/时间对{(用户)100，TR(24 1/16)}，和已知延迟因子{4/32})。图6中示出了一个图解该序列的时序图。TS(0)表示开始系统时间，为了方便表示成系统时钟中的第0位，TR(0)表示用户的相对时钟时间。PNB1(1088)表示第一基站(301)的PN序列中的第1088个码片，PNS(100)表示用户单元的PN序列中的第100个码片。这样，在系统时间0输出基本码片1088，并且在经过一个发送延迟时间DtB1后从基站天线发送该码片。在经过传播延迟DP1和用户接收延迟DrS(即，从用户天线到检测器240)之后，检测器240确定在TR(0)接收到码片1088。位置搜索器/处理器280接着确定用户序列中下一个第50个码片是码片100，并且根据当前用户码片/时间计算出码片100的输出时间为TR(24 1/16)。在知道校正延迟DrS和DtS(从输出到天线发射之间的延迟)，例如知道均为2/32码片之后，用户发送RESP信号282，该信号包含诸如[{1088，TR(0)}，{100，TR(24 1/16)}，{4/32}]的信息。
基站301检测器240在系统时间TS(28 7/16)接收用户码片100，基站357在时间TS(29 7/16)接收该码片，上述码片分别具有延迟DP2，DrB1和DP3，DrB2。也进行类似的重复测量，例如基站301在时间TS(787/16)接收码片150，用户单元把码片150的输出时间控制到TR(74 1/16)，即精确地在50个码片(40700ns)以后。
在确定预定数量的码片/时间对之后，码片/时间信息和响应信号信息被传递到位置搜索器361或367。搜索器361或367接着使用其它已知信息计算传播延迟，例如DP1-DP3。在这种情况下，令校正基站延迟DtB1，DrB1和DrB2为5/32，3/32和3/32码片。由于DP1基本上与DP2相同，那么ZDP1＝(TS(28 7/16)-TS(0))-(DtB1+DrB1)-(TR(24 1/16)-TR(0))-(DrS+Dts)
                                               方程1
＝(28 7/16)-(8/32)-(24 1/16)-(4/32)＝4码片
这样，DP1为2个码片或1628ns，传播路径长度大约有488米(+/-30米，即100ns的总误差)。一旦知道了DP1，可以类似地计算出DP3，从而在所示的情况下产生一个3码片的时间和733米的距离。通过计算至少三个接收器的传播路径长度，并且检索接收基站的位置信息(例如从数据库362或368中)，通过计算各个传播路径均可交叉的唯一点可以确定用户的位置。针对每个时间/码片组重复这种处理。接着每个计算出的点(或可能区域的中心)被用于确定用户的位置，例如最简单的方法是求平均值，尽管可以使用任意合适的过程从多个点/区域中确定一个最可能的点/区域。最可能的点/区域的位置最好被存储在HLR 366的用户简表(profile)数据库369中。另外，在一或多个时间周期后按照秒或分钟的级别可以重复整个过程，其中多个最可能的区域被用于确定用户移动的速度和方向；如果正使用一个足够精确的用户时钟，则对于一个几分钟的扩展周期误差在50ns以内(即，在该周期上用户时钟与系统时间的偏移是已知的)，在基站上可以重复进行检测并且不需要重复请求信号。最后，确定的位置和移动速度/方向被传递给最初发出请求的实体，例如公司370或PSTN 375。
与非主动过程相比，使用主动定位过程的一个特别的优点是，如果需要，可以更精确地确定出三维信息。这一点在市区或丘陵地区非常有用，其中传播路径的倾斜角度大大高于水平的0度。虽然基站的三维坐标和第一近似用户位置的地形可被用来增加被动过程的精度，但技术人员会理解与只测量传播时间差相反，根据测量的传播时间可以导出更加接近的位置。由于确定的传播路径具有三维的精度，确定可能位置的三维区域只需要对基站位置的Z轴(即第三维)坐标，X和Y轴坐标进行额外的处理。如果是与已知建筑物或地形信息相比较，则可以在一个单独的建筑物内定位到+/-8层(100ns的误差)或更小的范围内。诸如相对接收信号强度和可能损失在建筑物内的路径特征的额外信息可被用于缩小可能位置的范围。
通常被表示成400的图7是关于用户测量基站信号以获取位置估测的系统过程的图解流图。该过程从模块405开始，该模块表示出现一个要求用户单元执行的定位命令(例如通过用户单元启动，或者根据诸如指示车辆冲撞的移动传感器的其它指示器自动启动)。模块410检查用户状态并且根据用户是否处于3向软跨区切换状态来进行判决415。如果不处于该状态，则执行模块420测试在候选组中是否有三个基站。如果没有，则执行判决模块425以确定增加基站到候选组的阈值。如果阈值不是最小值，则模块430减少阈值并且返回到步骤420。如果模块425发现已经是最小值，则执行模块450。该模块区分定位功能是紧急还是非紧急功能。如果正在处理一个非紧急功能，则允许只在使用水平不高时修改系统水平，其原因是这样做会通过提高干扰电平而使用户失去服务。在处于高系统负载的非紧急功能处理中，执行模块460。如果执行的是紧急功能，则在执行模块460之前执行模块455。最好是根据辅助导频信号发生器调谐到的紧急信标信号启动该模块，并且自动对其作出响应；可选地，可以向服务基站发送一个紧急信号并且控制辅助基站处于活跃状态。在后面的情况下，可以类似地使用一个第二非紧急请求信号，其中在控制处理器(例如图5中BSC 360的处理器/搜索器361)指示系统负载低于一个负载阈值时产生一个激活命令。这样模块455激活了附近的，为多个站点的服务区域提供更完全的覆盖的导频信号发生器，从而允许用户从多个基站接收信号。模块460测试用户是否处于3向软跨区切换状态。如果不处于该状态，则用户被导向465以便利用更大的，从至少三个基站发出的射线构成一个3向软跨区切换状态。如果处于该状态，或者完成了模块465，则执行模块440并且如图2所述收集数据。这些数据被用于位置估测(例如，在位置搜索器/处理器280中使用来自图2的存储器281的额外数据)，并且系统返回到主状态445。
回到模块415，如果用户处于3向软跨区切换状态，则执行模块440。回到模块420，如果在候选组中有三个基站，则执行模块435，从而把三个不同的基站放在活动组中。接着执行模块440，如上所述，然后执行模块445。
通常被表示成500的图8是关于用户测量基站信号以获取位置估测的过程的图解流图。当定位功能被激活时过程从模块505开始。模块510检查用户状态并且根据用户是否处于3向软跨区切换状态来进行判决515。如果不处于该状态，则执行模块520测试在候选组中是否有三个基站。如果没有，则执行判决模块525以确定增加基站到候选组的阈值。如果不是最小值，则模块530减少阈值并且返回到步骤520。如果模块525发现已经是最小值，则执行模块535，该模块会继续位置估测处理，但目前只有两个基站，比期望的使用三个基站进行测量的精度要低。回到模块515，如果用户处于3向软跨区切换状态，或者回到模块520，如果在候选组中有三个基站，则执行模块540。模块540保证三个基站处于接收用户信号的活跃状态。接着执行模块545。该模块测试基站是否可以接收用户信号。如果可以，则执行模块550，该模块在处于活跃状态时发送定位请求信号，并且在两种模式下收集可用的数据并且以上述方式处理位置估测。模块555接着把所有参数返回到普通状态并且完成测量。回到模块545，如果能够接收用户信号的基站没有三个，则模块546检查辅助基站单元可以使用。如果有，则在模块547中激活本地辅助站点，并且模块560检查是否紧急功能。如果不是，则在测量中只可以使用处于接收的基站，并且这样会降低估测的质量。如果指示是紧急功能(例如通过拨号数字911的用户信号，或来自与设施相连的一个授权实体的紧急请求)，则执行模块565以便检查用户单元是否处于最大功率状态。如果没有，则执行模块570以便增加功率并且处理回到模块540。如果模块565处于最大功率状态，则模块575检查各个基站是否可以接收用户信号。如果可以，则执行模块550；否则通过模块580减少小区负载，以便增加活跃组中难以接收用户单元信号的小区的有效范围。接着模块585检查是否达到负载调度极限，如果是，则执行模块550；否则再次执行判决模块575以便检查各个基站现在是否可以接收用户信号。
负载调度包括多个降低蜂窝负载或转移这种负载以便能够使用较多的基站提供更精确的位置估测的方法。用户负载可以被中止，或者可以被转移到其它的CDMA载波上，甚至可以转移到AMPS信道上。这样，当需要时，可以清除有关的CDMA信道，或者可以把需要定位的用户切换到负载较轻的信道上。另外，可以改变系统参数以便改进测量用户单元的能力。以与负载变化相结合的方式或以独立的方式，导频信号及(PPG)功率的变化可以被用来改变各个基站的覆盖区域以便增加基站覆盖有关区域的能力。基站上的一部分PPG功率可以有选择地提供给一个射束以便跟踪一个指定的用户单元，使得指定用户单元与指定基站通信的能力得到增加。
在本发明的第二实施例中，提供了一个确定用户位置的方法和装置。如上所述，通过同时导出到达至少三个站点的距离可以确定现场中用户单元的位置。站点越少，通常确定用户位置的误差越大。通过使用角度信息，可以减少这些误差，当使用不足三个的站点时，这种方法尤为重要。另外，即使在三个或更多的站点可以用于定位时，通过使用角度信息也可以改进置信度。
首先参照图9，其中说明了一个单独的与用户单元(S)920通信的基站910。由于只有一个基站参与位置测量，时间或距离计算(根据第一实施例)只会给一个从该站点出发的半径，例如970。由于在没有进一步信息的情况下用户可能在半径970定义的360度角930内的任意位置上，因而产生了很大的角度误差。通过使用瞄准角度如向量940，950和960所示的分扇区天线，来自各个分扇区天线的接收信号电平之间的比较允许识别出最强的信号，这样就指示出接收最强传播路径的方向。这通常是对用户定位的方向的最优估测。这样，在基站向量为950的扇区天线接收到最强信号的情况下，用户920的可能位置在扇区角度方向和确定的距离970(+/-距离和角度的误差)所定义的弧980上；通过进一步的改进(下面讨论)，即使只使用一个基站也可以进行更好的估测。图9中的虚线将分扇区天线940，950和960分开，其中最好的覆盖区域在扇区之间切换。如果两个扇区邻近相同的接收信号电平，则用户单元通常被认为是在两个扇区的边界上。
参照图10，在基站1010上，扇区天线被一个天线阵列，或一组窄固定射束天线取代，从而提供了更高的角度分辨率。射束模式1040相当窄。(可选地，一个旋转天线也可以被用来找到用户的最优角度。)角度1070表示向最优传播路径的角度，或者是在方向1060上具有最短传播延迟的角度。可以通过上述计算传播延迟的方式确定一个半径1050，该半径是从基站1010到用户单元1020的距离测量。通过找到用户1020的最优角度1070，可以得到一个经过改进的，基于半径1050和角度1070的位置估测。
可以使用其它定义了接收/发送角度的天线配置；例如，可以使用一个旋转天线以便根据其掠过期望区域(全部，扇区，或类似区域)时出现的最强信号电平确定最优角度。除了水平测量用户单元之外，在某些应用中也可以进行垂直测量。一个额外的估测高度的方法是使用微小区站点提供垂直射束操纵模式以便估测用户高度，经度和纬度。
参照图11，其中说明了基站1110上的一个天线阵列，该阵列能够把一个天线模式1140中的槽口调整到用户单元1120的方向上。在本领域中把槽口调整到用户单元1120的方向上也被称作零点操纵。尽管图11说明天线模式在角度1170上有一个槽口，并且在所有其它方向上具有几乎固定的增益，但可以类似于射束1040，该射束被从用户1120方向调开，使得从尖峰中减去了用户1120方向上的增益。通过把主射束调到用户的两边，减少了用户1120方向上的增益。当减少指向用户单元1120的天线增益时，作为IS-95 CDMA系统规格一部分的标准功率控制环路使得用户单元1120增加其发送功率电平。当用户1120增加其发送功率时，(作为基站接收器一部分的)搜索器可以识别出到达基站1110的潜在信号路径，该路径可以有更短的传播时间，但更难以检测在从基站到用户单元的传播路径上受到比角度1170的强信号路径更多衰减的信号。通过调整主射束穿过区域，可以把提高的增益提供到存在更短传播延迟的方向上。如果检测到从具有更短延迟时间的路径接收的信号，则通过锁定并测量具有更短延迟的路径的角度可以确定一个校正的角度。增加用户功率是改进其它基站接收信号潜力的基本方法，而把槽口调到用户1120方向上是另一个允许其它基站从增加用户功率得到好处的方法。
图12说明了综合两个站点1210，1211的角度和距离估测以便改进用户(1290)位置估测的方法。两个站点1210，1211可以具有固定的分扇区窄射束天线，或者由天线阵列或可移动射束天线构成的可操纵自适应天线。这里，可操纵射束为1240，1241。通过估测信号的时间延迟，可以得到半径值1250和1260。注意这些半径跨过两个不同的位置，这样在没有任何角度信息的情况下，用户1290的位置存在误差。由于天线的角度分辨率，可以估测到达角度测量1230和1231，从而允许对用户1290进行更精确的位置估测。图12中示出了两个估测从基站到用户的距离的方法。根据绝对时间测量得到半径1250和1260。第二条线1270表示也被称作到达时间差(TDOA)的相对时间差。在TDOA方法中，在从用户到两个基站的两个路径之间计算时间差。TDOA测量产生了线1270所示的双曲线固定时间差。利用绝对时间测量，TDOA，或二者组合可以实现图12所示的改进位置估测的角度估测。
图13说明了综合三个站点的角度和距离估测以便改进用户(1390)位置估测的方法。三个站点1310，1311，1312可以具有固定的分扇区窄射束天线，或者由天线阵列或可移动射束天线构成的可操纵自适应天线。这里，可操纵射束为1340，1341，1342。通过估测信号的时间延迟，可以得到半径值1350，1351和1352。注意这些半径跨过一个唯一的位置，并且如果时间延迟信息完全精确，则不需要角度信息。但由于任何真实系统的延迟时间信息中都有误差，所以使用三个站点的角度信息可以改进位置估测。分别从站点1310，1311，1312得到角度估测320，1321，1322。利用绝对时间测量，TDOA，或二者组合可以实现图13所示的改进特定移动用户单元位置估测的到达角度估测。在某些定位应用中，由于绝对时间参考不必要，所以TDOA是最优的。并且，可以理解TDOA可被用于取代或补充这里公开的任何实施例中的绝对时间测量。
参照图14，其中说明了一个试图找到表示基站和用户之间最直接传播路径的第一到达射线的接收指针管理方法。当只有标称多路径散射影响第一到达射线时，信号在图14所示的窄定义时间上到达。峰值振幅1420说明相关接收器的位置被设置到接收功率延迟剖面1410的第一个主尖峰。当存在明显的散射并且有足够的间距展开第一个到达的尖峰时，基站中相关接收器的搜索器的处理可以试图找出一个单独的尖峰，并且把一个相关接收器指针锁定到图15描述的单个尖峰上。完全根据功率分配指针的常规搜索和锁定方法的缺点是经常忽略第一个到达射线的前缘，在到达用户的最短路径上更为明显。在散射导致第一到达射线扩展成功率延迟剖面1510那样的情况下，这个问题尤其突出。例如，接收信号的第一射线1530可以在信号的尖峰1520之前到达。
为了克服这些问题，可以对搜索器编程以便提前扫描，从而发现仍然在一个固定的尖峰阈值内的、最早到达的射线。通过把相关接收器设置到一个尖峰外位置，一个第二相关器有时可以锁定到第二射线1540以便获取某些信号分集，其中第一射线1530和第二射线1540可以产生比在尖峰1520上进行相关处理更好的混合结果。为了估测最短延迟时间和最优位置，第一射线1530提供了比只利用功率电平更好的估测。
图16示出了一个情况，其中两个基站正在从用户1690接收信号，但由于路径1663上有阻塞，所以信号微弱并且没有在其真实方向上被站点1611检测到，而反射导致从1661到1641的路径较强并且角度被估测成所示的1631。预计的距离1660是基于路径1661+1662的距离，使得估测距离超过了用户的实际位置1690。对于站点1610，对距离1650和角度1630的估测处于直接路径规定的精度限制之内。在这种情况下，发现来自两个基站1610，1611的信息是矛盾的，并且不能进行简单的位置计算。根据距离估测1650，1660和角度1631进行的位置估测1691会显得合理些，但角度1630与这个估测冲突。距离1650和角度1630指示了真实位置1690，但其它输入与此冲突。对于这种情况，非常需要一个误差估测和恢复方法。
由于反射通常只会使测量的传播距离更长，所以给较短的距离更多的权重。通过分析各个路径受到强反射的可能性，确定发现一个反射的概率。另外，在分析中加入阻塞路径的可能性以便改进估测，使得路径是实际路径，并且应当产生最优位置估测。
从前面产生的障碍物数据库中扫描出1631方向上能够产生强反射的路径。在整个半径上检查该路径并且位置1695被确定是具有强反射可能性的位置。通过计算距离，位置1690被发现是针对路径1661&1662的合适位置。注意路径1663被阻塞到一个显著的程度，在前面记录的数据库中也存储了该路径。在检查其它站点时，在从1610到1690的路径上没有发现障碍物，这样该路径被认为是可靠的。这样，在分析可用输入时，位置1690被确定为用户单元真实位置的最优估测。
现在描述这种误差估测和恢复方法的一个例子。
步骤1，利用估测范围和到达基站的角度，根据各个站点确定位置估测。
步骤2，确定所有输入是否一致(complimentary)，如果是，计算位置估测，其中在各个输入提供的信息的程度上包含所有输入。
步骤3，如果不是，则开始误差估测和恢复步骤。
误差估测和恢复步骤：
步骤1，对于各个站点，分析角度信息指示的方向上的路径以确定出现前面数据库中记录的强反射的可能性。
步骤2，对于没有已知反射的站点，假定位置估测合理并且继续。
步骤3，由其它站点进行并行检查。检查所示方向上的反射并且确定是否存在能够具有合适长度并且以合适角度到达所示的可能反射物的路径。如果有，则验证了位置估测。如果没有，则不能验证，并且存在误差直到另一个诸如用户跟踪的方法能够消除该误差。作为一个中间步骤，站点用最短距离作出的位置估测可以被假定为正确的位置，但在给定的可靠性级别下两个位置可以被用于某种目的，直到得到一个更可信的估测。本领域的技术人员会理解，可以执行一个类似的，使用TDOA而不是绝对时间测量的方法。
虽然大家都知道无线通信系统有许多具体的，可以进行距离测量和到达角度估测的实现方法，这里还是想描述一些示例性的系统。参照图17，其中示出了一个适于进行上述定位的无线通信系统。系统1700包含一个角度检测单元1702和一个基站301。注意在前面已经详细描述了基站301。角度检测单元1702包括多个天线(M个，最好是2的幂，例如8个)1706，各个天线均通过一个信号线1704与一个巴特勒(butler)矩阵1708相连。各个巴特勒矩阵1708均通过一个信号线1710与一个天线选择器和RF前端单元305相连。巴特勒矩阵1708对M个单元1706进行振幅和相位混合并且提供N个输出，其中N最好是2的幂，例如4。各个天线1706均是一个单元，该单元构成一个指向有关的不同角度的窄射束天线模式。最好每个天线塔面(未示出)均有一个天线1706。在一个具体的例子中，一个120度扇区可以被4个均有30度的相邻窄射束覆盖。本领域的技术人员会理解，通过使用窄射束天线模式并且检测与这些窄射束天线模式对应的信号，可以，例如通过选择具有最强信号强度测量的射束确定来自用户单元的接收信号的角度估测。尽管只示出一个单独的角度检测器1702和基站301，但应当理解在一个完整的无线通信系统，例如蜂窝CDMA系统内可以使用具有多个角度检测器1702的多个基站301以便对用户单元进行位置估测。
参照图18，其中示出了一种可选的实现到达角度检测的方案。在图18的系统1800中，扇区天线1802，1804，1806被用来取代图17的系统1700中使用的固定窄射束天线1706和巴特勒矩阵1708。每个扇区使用两个天线并且通常在相距几米的距离上安装天线以便提供空间去相关和分集接收。在这个例子中各个扇区被定位在彼此相距1200度的方向上。根据各个扇区1802，1804，1806的信号强度，例如通过估测具有最强信号测量的扇区方向上接收的角度得到估测的到达角度。除了固定窄射束天线或扇区天线之外，可以通过许多其它的方式，例如使用具有合适控制和反馈电路的射束形成网络，可以实现角度检测单元1702。
图19示出了自适应天线阵列到CDMA接收器的连接。各个扇区由一个被说明了1902，1904，1906的自适应阵列天线表示，该天线与自适应射束形成网络305相连。一个反馈信号1972被从CDMA解调器345连接到射束形成网络。可以从几个来源导出反馈信号1972，例如从分支指针310。阵列网络从一个阵列1903接收信号，其中各个单元1910被连接到一个RF前端和下变转换器单元1920。下变转换器单元1920也对下变转换信号提供模数正交采样以便产生数字样本。分路器1930把来自下变转换器单元1920的样本分配到各个调整组1935上，各个调整组均包含增益1940调整和相位1950调整。射束形成控制处理器1970进行增益和相位调整计算并且根据诸如分支接收器310的接收器的反馈信息控制调整组1935中相应的增益1940和相位1950设备。在累加器1960中累加调整组1935的输出并且传递到相应的分支接收器310，320，330。通过估计用于调整阵列天线的增益和相位值确定对来自移动单元的接收信号的角度估测。
除了使用到达角度和距离信息之外，可以使用许多其它技术改进用户单元位置估测。例如，为了改进基站检测用户单元的能力，可以使用一些可能的方法在接入过程中或在呼叫期间增加用户的发送功率。这些方法包含下面的技术：
1)针对给定用户单元调整系统增益。该技术可以包含使用一个自适应天线阵列来归零，或减少用户方向上的增益。通过减少用户方向上的增益，出现了额外的路径损失，这需要用户发送更高的功率以便保持或完成接入呼叫。增加基站接收器的输入衰减也可以被用于减少系统增益。
2)通过响应一个初始的接入有选择地向基站加入时间延迟，用户单元会自动在指定的尝试间隔时间，限定的尝试次数和最大发送功率内，根据IS-95中规定的CDMA用户单元标准软件规格，以更高的功率电平连续发送新的接入请求。这样，通过在响应用户接入请求之前加入延迟，用户单元会以更高的功率重复发送请求，从而允许多个基站尝试测量用户单元的信号。延迟量可以具有指定的值，或者可以由多个参数控制，其中包含能够测量用户单元接入请求的基站数量。
3)通过调整用户单元的天线增益或方向，可以增加到最强基站的路径损失以便增加用户单元的发送功率，并且修改或提高其它基站方向上的发送功率。基站可以命令这个功能以更高的相似度获取多个到其它的路径。
有许多常规的对用户进行定位的方法，例如使用全球定位系统GPS。GPS的改进包括使用差分校正，其中通过FM无线站的副载波从辅助GPS接收器发送误差信号，并且可以利用较小的接收器得到该信号。可以用于车辆的其它改进包括死寂估测(dead reckoning)功能，该功能测量移动距离和角度。这些组合方法可以被用来在最坏的拥挤区域内提供误差通常小于10米的定位精度，并且在其它区域中精度会更高。不幸的是，由于费用较高，目前不能在普通用户中使用这些高精度定位方法。
但是，这种高精度高费用的系统可被用于校正蜂窝定位系统。通过驱动一个配备具有差分校正和死寂估测(和其它可能的改进方法)的GPS接收器的车辆时，可以针对各个驾驶测试记录一个位置日志。类似地，可以在一个日志中记录蜂窝基础设备所进行的位置估测。由于可以用GPS时间在每个日志上加上时间标签，可以比较两个日志以便对位置估测进行相关和校正处理。接着可以根据位置估测建立一个数据库，并且可以通过时间延迟，和基站天线射束方向角度估测的函数的形式访问该数据库。接着该数据库可以被用来改进位置估测的精度。例如，通过使用估测时间延迟和角度查询数据库，可以利用前面在校正驾驶测试期间进行的紧凑输入混合和对应记录的GPS位置提供改进的位置估测。通过这种方式也可以利用测量位置进行校正，例如测试探针可以移动到测量位置以便对位置估测进行校正。
可以通过几种方式使用这种数据库方法。如图16所示，通过分析大量的驾驶路径，可以确定非常糟的位置，其中镜面反射导致强信号沿着并非最短的路径传播。这样可以识别并且记录已知的反射和屏蔽障碍物。在定位算法收集到矛盾的信息后，可以在区域中检查会产生影响的可能异常。如图16所示，接着可以修改算法对这些影响计数以便改进位置估测的置信度，其中关于角度1631方向上的反射物的路径知识可以被用来调整沿着路径1662的半径，从而构成距离1661隐含的从已知反射物开始的半径。这样允许通过使用数据库信息改进对位置1690的估测，其中在1631方向上有一个反射物并且屏蔽路径1663使之不能到达1690的位置。
在记录过程中可以记录额外的信号，并且该信息可以被用来与当前的用户信号比较以便得到用于比较的额外信息。例如，可以针对各个位置估测出Rician因子K，功率电平和延迟射线的统计特性。
另一个改进位置估测的方法是使用预测模型。通过预测模型的改进，即通过包含建筑物数据的高级数字海拔地图(DEM)，直射投影照片(ortho-photo)，和地面干扰模型(Land Clutter model)的改进，一个完全的3D环境模型可以具有高精确度，即接近小于1米的精度。利用这些预测模型数据库，现在可以建立包含多级反射和衍射的射线跟踪传播预测模型。这样，可以根据地面或建筑物反射，在角落或屋顶衍射的情况对射线建立模型。通过使用这种结合了在基站上测量的时间延迟和角度信息的模型，可以提高位置估测的置信度。如图16所示，可以预测对路径1663的屏蔽，和路径1661-1662上的反射。这样，实际上可以预测首先发生冲突的信息，并且该信息被用来计算期望的位置，或者帮助解释测量结果。
在位置估测中一个期望的特性是在各个时间上跟踪用户位置的能力。当具有这种能力时，通过一些算法可以改进位置估测。首先，考虑图16的例子。会同时产生屏蔽和强反射的位置相对较少，并且移动用户通常以相对较快的速率通过这样的区域。通过跟踪一个用户，突然的距离和角度跳动会指示在传播路径上有反射或其它障碍，这表明在用户通过这个障碍区域时进行的位置估测可靠性较低。通过随时跟踪用户，例如跟踪阶段性的距离，角度和位置测量，对速度和位置的估测可以被用来在位置置信度较低的时间内预测若干秒内的位置。也可以使用求平均值的方法估测用户位置，从而消除估测中的随机波动。可以针对被跟踪用户，固定或未被跟踪的用户求平均值。
另一个改进位置估测的方法是使用地理数据库。地理数据库是公用的，并且包含诸如道路等级，标明的速度和道路向量图的信息。蜂窝系统的基站确定的诸如估测速度和方向的测量信息可以被用于位置估测和地理数据库，以便为用户提供正确的道路，因而通过包含道路信息提供了改进位置估测的能力，减少了误差，并且改进了位置估测的总体可靠性。例如，当公路只有几十米长时，通过对地理数据库进行相关处理，可以检测并且补偿某些误差，例如对高速通过开放区域或建筑物群的用户进行位置估测所产生的误差。
还有一些可能的方法可以允许改进定位精度，其中包括使用具有高置信度因子的移动单元，例如具有一个被回到基站的积分GPS接收器的移动单元。如果具有GPS单元的移动单元的位置估测对应于具有未知位置的用户的位置估测，则未知位置可以假定与GPS位置相同。
通过估测用户单元的位置，并且计算出到第二用户单元的角度和距离，有关到第一用户单元的方向的信息可以被发送到第二用户单元以便显示到第一用户单元的方向和距离。另外，位置估测，街道坐标，估测速度和加速度信息可以被发送到第二用户单元。考虑一个试图找出用户位置的救护车或警车。通过向警车或救护车发送方向，距离和/或街道坐标，显示器会把警车或救护车引导到呼叫者的位置上。除了方向，距离和坐标信息之外，在显示器上可以包含有关信息的估测置信度的指示。一个跟踪应答可以显示一系列具有不同可靠度的位置以便允许用户找出最近的具有高置信度的已知位置，和之后的具有更低或更高置信度的位置，从而允许用户利用其有关该区域的知识对数据加以解释。地图显示器应当是最优的方法。
诸如路边电话亭的，具有已知位置的单元可以被用来调整或校正定位系统。这样就允许以指令方式校正基于定时(不同于用户单元内的时间延迟)的射束天线，角度和距离估测。一些这样的固定用户单元可以被用在不同的角度和距离上以便辅助系统校正。
当使用多个定位在不同相对高度的基站时，可以使用一个多维定位系统估测用户单元的高度。考虑一组基站，某些在地面上，而其它在不同的屋顶上。通过包含高度并且测量足够的路径，可以估测出高度。
垂直射束模式也可以被用来改进移动单元高度估测。
通过上述得到改进的用户单元位置估测，可以提供许多利用这种位置估测的应用和服务。例如，位置估测可以被用于数据库访问，比如针对旅馆、服务站等等的黄页查询请求等等。另一个例子是911紧急电话的主叫方ID可以包含位置估测，以及最近的道路或路口，行使速度，例如可以把驾车的用户与静止站立或在建筑物内的用户区分开。
另一个应用是用户简表(user profile)可以包含诸如分区计费的区域边界。在分区计费系统中，根据其位置可以按照不同的费率对用户计费。例如，在家里面可以使用低费率，而在用户开车时可以使用高费率。分区计费适于提供方便的单号码服务，其中用户可以在家里面，工作场所或移动环境中使用相同的电话。
另一个应用是用户简表可以包含诸如禁止区域的边界。通过基站周期性的查询，不需要使用户电话振铃就可以跟踪用户的位置。当接近一个禁止区域边界时，可以增加跟踪频率。如果用户穿过边界进入禁止区域，可以呼叫预定的号码并传递记录的信息或数据。也可以呼叫用户单元并传递记录的信息或数据。这些例子包括例如租车公司要求用户不能到某些特定地区，或者要求青少年不得进入某些特定区域。还可以将禁止区域限定为只在某些时间内是禁止的。
在另一个应用中，在某个蜂窝站点边界上，存在具有不同类型系统的不同系统公司。在某些位置上，一个公司可以具有“A”套频率，在另一个位置上，该公司可以具有“B”套频率。因而期望在没有复杂的重叠过渡带的情况下在边界上进行硬切换。通过使用位置估测，可以在正确的时间和地点进行硬切换(改变载波频率)。在切换判决中也可以包含方向和速度信息。
这里结合特定的实施例描述了本发明，显然本领域的技术人员根据前面的描述可以进行许多改造，修改和变化。例如，虽然前面根据特定的逻辑/功能电路关系描述了用户单元200的搜索器240，位置搜索器/处理器280，基站301的搜索器340和处理器350，但是本领域的技术人员会理解，可以通过许多方式对其加以体现，例如通过合理配置并且编程的处理器，ASIC(专用集成电路)和DSP(数字信号处理器)。并且，本发明不仅限于通过IS-95 CDMA系统中的码片信息确定位置，而是能够应用于任何CDMA系统或其它的通信系统。并且，虽然这里描述了许多定位应用，但本发明不仅限于任何特定的定位应用。
相应地，本发明不仅限于上述实施例，但包含所有基于所附权利要求书及其等价描述的宗旨和范围的改造，修改和变化。

Claims (15)

1在通信系统中估测用户单元位置的方法，该方法包括的步骤有：
在一个第一基站接收用户单元的信号，该信号利用一个扩展符号序列通过调制而形成；
在第一基站根据扩展符号序列确定信号的第一接收时间；
在第一基站确定信号的第一到达角度的估测，使用固定的射束天线确定该估测；并且
根据第一接收时间，第一到达角度的估测和有关第一基站的预定信息确定用户单元的位置。
2如权利要求1所述的方法，其中还包括的步骤有：
在第二基站根据扩展符号序列确定信号的第二接收时间；
在第二基站确定信号的第二到达角度的估测，使用固定的射束天线确定该估测；并且
根据第二接收时间，第二到达角度的估测确定用户单元的位置。
3如权利要求1所述的方法，其中还包括调整指定用户单元的系统增益的步骤。
4如权利要求1所述的方法，其中接收信号具有一个第一射线和一个第二射线，并且还包括根据接收信号的第一射线调整第一基站的接收器中的时间偏移的步骤。
5如权利要求4所述的方法，其中还包括根据接收信号的第一射线调整一个天线阵列的步骤。
6如权利要求1所述的方法，其中还包括的步骤有：
在第二基站上尝试接收信号；
确定在第二基站上未接收到信号；
当确定在第二基站上未接收到信号时增加信号的发送功率。
7如权利要求6所述的方法，其中在响应一个用户单元接入请求之前，通过增加延迟来增加发送功率。
8如权利要求1所述的方法，其中还包括根据一个地理数据库中的用于确定调整第一到达角度的估测的信息调整第一到达角度的估测的步骤。
9如权利要求1所述的方法，其中预定信息包括一个道路数据库。
10如权利要求1所述的方法，其中还包括通过比较确定的位置和在全球定位系统(GPS)接收器确定的位置上对用户单元进行的校正测量，对所确定的位置进行校正的步骤。
11如权利要求1所述的方法，其中还包括根据一个垂直射束操纵天线接收的信号确定用户单元的高度估测的步骤。
12如权利要求1所述的方法，其中还包括利用第二通信系统进行第二位置测量，其中通信系统包括一个CDMA系统，第二通信系统包括一个模拟蜂窝系统。
13一个具有多个基站并且能够对通信单元进行定位的通信系统，该系统包括：
一个控制器，该控制器响应第一和第二基站，第一和第二基站均包括一个接收器，该接收器可以从通信单元接收信号，利用扩展符号序列通过调制可以构成该信号，该接收器与固定的射束天线连接并且使用该固定的射束天线确定该信号的第一到达角度的估测，一个检测器，该检测器根据扩展符号序列可以确定信号的接收时间；
一个位置处理器，该处理器响应该控制器，可以请求第一和第二基站根据该扩展符号序列确定信号的第一和第二接收时间，并且根据第一，第二接收时间，信号第一到达角度的估测和有关第一，第二基站的信息确定通信单元的位置。
14一个无线通信系统，其中包括：
一个与用户单元进行无线通信的第一基站，第一基站从用户单元接收信号，利用一个扩展符号序列通过调制构成上述信号；
在第一基站上根据扩展符号序列确定信号的第一接收时间的第一到达时间检测器；
在第一基站上使用固定的射束天线，确定信号的第一到达角度的到达角度检测器，该到达角度检测器与固定的射束天线连接；
根据第一接收时间，第一到达角度，和有关第一基站的预定信息确定用户单元估测位置的位置估测单元。
15如权利要求14所述的无线通信系统，还包括：
一个与用户单元进行无线通信的第二基站；
在第二基站上根据扩展符号序列确定信号的第二接收时间的第二到达时间检测器；
其中根据第一接收时间，第一到达角度，第二接收时间，第二到达角度，和有关第一基站的预定信息确定用户单元估测位置的位置估测单元。
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