CN1253045C - 确定移动通信网络中的移动站位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定和实现移动电信网中移动站位置的方法，所述网络包括多个基站，基站设计为采用了下列两个状态中的至少一个，一方面是对应于有利于确定所述位置的信号的发射期的状态，移动站接收到所述有用信号，测量特别用于完成位置确定方法的所述有用信号的量值，另一方面是一个对应于没有信号发射的无声期的状态。依据本发明，方法包含提供装置，以便在周期中排列发射期和无声期，周期中至少包含一段时间的无声，分配给一个基站的周期和分配给和它相邻的任一基站的周期相同，仅仅在时间上有偏移。

Description

确定移动通信网络中的移动站位置的方法

本发明涉及一种测量在移动通信网络中的移动站位置的方法。

目前存在几种定位方法。在这些已知的定位方法中，其中一种包括在至少三个位置已知的预定固定点上读取观测角。通过由要定位的单元测量的相对于一个固定点的角度，可以做出推算，即获得移动基站在包含以预知位置辨识的点的地图上的相对位置。已知这项技术已经很长时间，以至于它是在海岸线上定位船只所采用的最古老的技术，通过在船上读取岸上灯塔发射的光信标信号来定位。

另一种定位方法包括测量要定位的单元和至少三个固定点之间的距离。通过由要定位的单元测量的这些距离，可以做出推算，即获得单元在包含以预知位置辨识的点的地图上的相对位置。雷达方位点或GPS方位点都属于这一类型的定位。

在这些方法中的一种或其它方法中，必须在每一个时刻t有三个位置已知的点。在下文中，这些点都被认为是固定点。在一个蜂窝电话网络中，这三个点由三个基站组成，如图1所示。这三个基站BS1、BS2、BS3中的每一个都发射能被移动站MS接收的定位信号。移动站测量这些信号的数值特征，数值用于实现位置确定方法。这种方法可以由移动站MS自身完成，但在实际中，是由属于网络的一个固定的位置确定单元来完成的。

在上述的第一个运行模式中，移动站MS然后测量角度1，2和3，这些角度形成了接收由基站BS1、BS2、BS3所发射的信号的相对于一个基准方向的方向。然后，在知道每一个基站BS1、BS2、BS3的位置以及每一个角度的测量值的情况下，就可以确定移动站MS的位置。

在上述的第二个运行模式中，移动站MS例如将在移动站MS的接收时间上的差值、由基站BS1、BS2、BS3分别发射的信号以及发射这些信号的时间的基础上测量移动站MS和每一个基站BS1、BS2、BS3之间的距离D1、D2、D3。

为了测量移动站MS和每一个基站BS1、BS2、BS3之间的距离，通常要利用可以发射不同信号的经过同步的固定站。移动站也被告知发射这些信号的时间上的差值。移动站MS然后测量接收基站BS1到BS3所发射的每一个信号的相对时间，并根据这些不同的时间以及全部基站BS1到BS3的坐标，由此推导出它的位置。

要注意，在现实中，特别是为了克服由于对接收由所有基站同步发射的信号的时间的差值检测所造成的时间上的模糊，必须至少有四个基站可用(而不是三个)。

为了在蜂窝网络中定位移动站，利用基站发射的作为固定点的射频定位信号有如下优点：只需要一种类型的接收机；有众多的已知固定点可用；系统可以抵抗多径效应；它不需要直接通路，可以定位建筑物内的移动站。

虽然如此，在无线通信网络中利用同步基站作为固定点来定位移动站也产生了一些问题。

在这些问题中，可以由一种情况说明，当移动站MS距离一个基站SBi很近，同时基站SBi发射一个可以是定位信号或者无线通信信号或两者都是的信号时，移动站MS将在高接收级别上接收信号。但是，来自更远的其他基站的信号将在较低的接收级别上接收。如果这些信号也是在同样时间频率资源上发射(例如在码分多址(CDMA)网络中)，则从最近的基站接收的信号将和来自其它基站的信号发生干扰。将不能测量来自其它基站的信号，因此定位失败。

为了解决这个特定问题，已经提出了一个解决方案，方案所包括的基站不时地增加其定位信号的发射功率到一个足够的量级以确保正确接收，无论移动站在这些基站中的位置是和其中的一个接近或者不接近。

然而这样的技术要求对于所有基站不能在同一时刻都进行这些更高功率的发射。而且，定位信号的功率剧烈增加，会损害无线通信信号。

另一个解决方案中，基站在短时间内不再发射信号(包括无线通信信号和射频定位信号)。因此，当基站无声时，与基站很近的移动站可以从它接收到的来自其它基站的不再受这个无声基站干扰的信号，做出测量。

这种方法，与前面的相比较，提供了一种更加稳定的无线通信网络的特性。这是因为它仅仅降低了由无声基站正常发射的无线通信信号，另一方面，同时帮助了其它基站在此期间发射的无线通信信号。后者不再会受来自无声基站的信号的干扰。但是，执行这种方法，会损害无线通信信号，在无声期会中断发射无线通信信号。

为了减少定位过程对无线通信信号的影响，必须将无声的时间减少到可以接受的最小值，这就是说，通常是在无线通信网络上发射一个要发射的数据块所必须的一小部分时间，同时在接收这个数据块时观察不到太大的退化。

但是，如果基站不发射的时间减少得太多，则移动站就没有充分的时间测量定位信号。

而且，这个方法假设定位信号是被连续发射的。这是因为如果情况不是这样，周围基站的定位信号在无声基站的无声期间可能不存在，那么，移动站就不能进行测量。然而，只能期望定位信号的连续发射是在不过分地干扰无线通信信号的范围内。

应该注意，相邻基站在相同的时刻不能都无声，否则，移动站在无声的时段将不能进行测量。

本发明的目的是提出一种方法，它不具有上述的缺点，并且能够协调相邻基站。

依据本发明的一个方法是这样的类型，其中，所述网络包括多个基站，这些基站设计为采用了下列两个状态中的至少一个，一方面是对应于有利于确定所述位置的信号的发射期的状态，所述移动站在接收到所述有用信号时，测量特别用于完成位置确定方法的所述有用信号的量值，另一方面是一个对应于没有信号发射的无声期的状态。

该方法的特征在于，它包含提供装置，以便在周期中排列所述发射期和所述无声期，周期中至少包含一段时间的无声。分配给一个基站的周期和分配给和它相邻的任一基站的周期相同，仅仅在时间上有偏移。所述时间上的偏移有利地等于一个周期持续时间的约数。

根据本发明的另一个特征，每个周期中无声期的数目大于1，并且两个相邻的无声期之间的时间间隔等于一个基本期，它是一个周期持续时间的约数。有利地，两个基站在时间上的偏移是所述基本期的整数倍。

依据本发明的另一个特征，每个周期除了至少一个电信信号的发射期和至少一段无声期之外，还包括一个传送特定定位信号期。

根据本发明的另一个特征，两个相邻定位信号发射期之间的时间间隔、一个在定位信号发射期和相邻的无声期之间的时间间隔、一个在无声期S和相邻定位信号发射期E之间的时间间隔以及在两个相邻的无声期之间的时间间隔都相同，并且等于所述基本期。

依据本发明的另一个特征，特定定位信号的发射功率比电信信号的发射功率大。

依据本发明的另一个特征，定位信号发射期是与无声期S相同的持续时间。

依据本发明的另一个特征，网络中的每一个基站为了被控制，接收两条信息：一方面，一条表示分配给它的周期图的信息，另一方面，一条表示它的周期在时间上相对于一个参考点的偏移的信息。

依据本发明的另一个特征，通过将相邻的基站分成一个组，来将所述网络的基站分组，同一个组的基站具有相同的周期模式，但是偏移不同，并且，从一个组到另一个组相互匹配成对的两个基站具有不同的时间偏移。

依据本发明的另一个特征，所述的基站被以一个数N分组，所述基站的周期具有M个基本期PB，M大于N。

本发明也涉及一个移动无线通信网络，该网络被设计成为能够实现具有上述必要特征的方法。

如上所述的本发明的特征以及其它的一些特征，通过阅读下面一个具体实施例的描述，将会更清晰地体现出来，上述的描述将在附图中给出，其中：

图1是一个具有3个基站的网络的示意图，图示了在这个网络中确定一个移动站的位置，

图2a和2b分别是网络中这3个基站发射功率的两个时间图，一方面，这个网络和图1中的网络一致，另一方面，采用了第一种模式和第二种模式来实现依据本发明的方法，

图3是用于实现依据本发明的方法的带有7个基站的网络的示意图，

图4a和4b分别是网络中这7个基站发射功率的两个时间图，一方面，这个网络和图3中的网络一致，另一方面，采用了第一种模式和第二种模式来实现依据本发明的方法，

图5a到5c是在一个相同的网络中图示了在7个不同的时刻实现本发明方法的模式的示意图，

图6是在一个相同的网络中图示了在3个不同的时刻实现本发明方法的模式的示意图，

图7是由一个网络中的3个基站发射的功率的时间图，一方面，这个网络和图1中的网络一致，另一方面，采用了一种实现依据本发明的方法的模式。

在图1中，可以看到基站BS1、BS2、BS3由一个控制单元10控制，因此，它们能够采用至少两个传输状态：一个对应于无线通讯信号发射期的状态，也包括用户信号、信令信号和同步信号，以及一个对应于无声期的状态，在此期间没有信号传输。

为了能够确定一个移动站MS的位置，后者必须实现一个测量它接收到的来自基站的定位信号的物理量的方法，比如到达的时间或者入射角。这些信号可以是包含在由基站发射的无线通信信号中的同步信号。

根据本发明的一个特征，网络中的基站被控制，以便在包含至少一个无声期的周期中安排无线通信信号发射期和无声期。分配给基站的周期和分配给其它相邻基站的周期相同，但时间上有一个偏移。

这里用到的相邻的概念例如是由控制网络中基站BS1，BS2和BS3功能的单元10的控制单元定义的。因此，这个控制单元10对每一个时间t例如确定必须发射无线通信信号的基站和必须保持无声的基站，同时，考虑分配给每一个基站的周期。

图2a以一个时间t的函数的形式，描绘了图1中给出的网络中基站BS1，BS2和BS3的发射功率。在图2a中，基站BS1，BS2，BS3中的每一个与用S表示的无声期交替地发射一个通信信号，也包括用户信号、信令信号和同步信号。无线通信信号发射期由T表示。在图2a中显示了分配给基站BS1的发射周期Cy。要注意，在这一特定的情况中，一个周期Cy仅包括一个无声期S。

与周期Cy比较，分配给基站BS2的周期(未完全显示)在时间上有一个用时间D2表示的偏移，分配给基站BS3的周期在时间上有一个用时间D3表示的偏移。要注意，在这里基站BS1作为一个参考点。时间D2和D3在控制单元10中确定或预先确定。

根据本发明的另外一个特征，每个周期除了至少一个无线信号发射期和至少一个无声期之外，还包括至少一个发射特定定位信号期。

因此，像在图2b中所看到的，一个基站BS1，BS2或者BS3可以处在三种传输状态：一个对应于由T表示的无线信号发射期的状态，一个对应于由E表示的特定信号发射期的状态，一个对应于用S表示的无声期的状态，在此期间，相应的基站不发射无线通信信号和定位信号。

要注意，特定定位信号的发射功率通常比电信信号的发射功率高。

根据本发明的一个特征，定位信号发射期E是与无声期S相同的持续时间。

在图2b中，要注意到，分配给基站BS1的周期和分配给基站BS2的周期之间的时间偏移D2等于分开无声期和发射期E的时间间隔。因此，当至少一个基站是处于无声期时，在这种情况下是基站BS1在时间t1或者基站BS2在时间t2，那么，基站BS2和BS3在时间t1以及基站BS1和基站BS3在相邻的时间t2将处于定位信号发射期。

应该注意，基站以一种规律的方式交替无声期、定位信号发射期和正常通信期，并且这是在所涉及基站(图1的这种情况，是指基站BS1，BS2和BS3)所属的网络的控制单元10的控制之下。

图3描绘了一个包含7个基站BS1到BS7的网络，每个基站的覆盖区域，在这一领域也称为蜂窝，以相邻六边形的形式图示。在实际中，基站BS1到BS7发射的信号可以在各自的蜂窝之外被接收。对于它们发射的特定的定位信号，这尤为正确，例如，在图3中所示，每一个移动站都可以接收这些信号。

网络中的所有基站BS1到BS7都是由一个控制单元10控制，控制单元尤其提供了它们各自发射所需的同步。

图4a描绘了在第一个实施例中控制单元10控制的网络中每一个基站的发射功率。在图4a中，无线通信信号发射期用T表示，定位信号发射期用E表示，无声期用S表示。如图所示，每一个基站BS1到BS7依据一个周期发射信号，该周期包括一个无声期S，随后跟着6个将发射期T相互分隔开的发射期E。因此，在时间t1，基站BS1无声，其它的基站BS2到BS7发射它们的定位信号。同样，在时间t2，基站BS2无声，其它的基站BS1，BS3到BS7发射它们的定位信号。依次类推…

两个定位信号发射期E之间、定位信号发射期E和无声期S之间以及无声期S和定位信号发射期E之间的无线通信期的持续时间是相同的，并且等于以下称为基本期PB的时期。两个基站之间在时间上的偏移是这个基本期PB的整数倍。例如，基站BS1和BS2之间的时间偏移等于PB，基站BS1和BS3之间的时间偏移等于2.PB，等等。

可以看到，当一个单独的基站是无声的(例如，基站BS1在时间t1)时，其他的基站发射定位信号(例如，基站BS2到BS7)。一个移动站MS在此期间接收来自移动站BS2到BS7的定位信号，并因此通常可以在这些信号的基础上立即确定出自己的位置。尽管该特定实施例满足全部的要求，但有时会出现基站在同一时间发射信号的相互干扰的情况。

图4b描绘了在第二个实施例中控制单元10控制的图3的网络中，每一个基站的发射功率。如图所示，每一个基站BS1到BS7依据一个周期发射，该周期包括一个发射期E，随后跟着6个将发射期T相互分隔开的无声期S。在时间t1，基站BS1发射定位信号，其它的基站BS2到BS7无声。同样，在时间t2，基站BS2发射定位信号，其它的基站BS1，BS3到BS7无声。依次类推…

要指出，可以看出，这个实施例等效于前一个实施例，其中交换了无声期和定位信号发射期。它也具有在时间上的相同的偏移特性。

在该实施例中，当一个基站(例如，基站BS1)发射定位信号时，其他的基站(例如，基站BS2到BS7)处于无声期。其结果是，一个移动站在此期间仅仅接收到一个特定的定位信号，不会和由其它基站发射的其他信号相互干扰。不过，为了能够进行定位，必须要进行多次测量。

也可以提供其他的实施例。例如，对于每一个基站，在一个周期，几个发射期E跟着几个无声期S，结果可以看作是图4a和图4b中描绘的实施例的组合。

根据一个具有优势的实施例，控制单元10给网络中的每一个基站BS1到BS7发射两条信息：一方面，周期Cy的模式，即发射期E和无声期S的构成，他们各自的数目，在周期中的位置，以及，另一方面，相对于一个参考点的在时间上的偏移Di(I＝1到7)。有利的是，这个时间上的偏移是基本期PB的倍数。

在图4a的例子中，周期的构成如下：一个无声期S，其后是6个定位信号发射期E。基站BS1的时间偏移为0，基站BS2的偏移等于一个基本期PB，基站BS3的偏移等于两个基本期PB，等等。

同样，在图4b的例子中，周期的构成如下：一个定位信号发射期E，其后是6个无声期S。基站BS1的时间偏移为0，基站BS2的偏移等于一个基本期PB，基站BS3的偏移等于两个基本期PB，等等。

依据本发明的另一个特征，通过将相邻基站分在同一组，来将网络中的基站分组。在每一组中，基站的周期构成相同，但时间偏移不同。从一组到相同网络中的另一组，基站结成对。相互对应的两个基站在组中相对于同组其他基站的位置相同，并且两者时间偏移相同。

例如，在图5a到图5c中，基站由其相应的单元图示地表示。他们被分成组(在图5a到图5c中可以看到6组，GR1到GR6，)，组中的7个基站的排列如图3。在图5a到图5c中，这些组用实线包围。图5a到图5c中，在两个相互对应的不同组中的基站用相同的符号表示。

图5a到图5c中用灰色描绘其中的基站处于第一个发射状态(或无声状态，或发射定位信号的状态，或发射无线通信信号的状态)的单元，用白色描绘其中的基站处于第二个发射状态(分别处于发射定位信号的状态，或发射无线通信信号的状态，或无声状态)的单元。

图5a到图5c描绘了在7个不同的时间t1到t7基站的不同的发射状态。

在时间t1，当基站7处于第一个发射状态(无声状态或发射状态)时，其他的基站1到6处于第二发射状态(分别处于发射状态或无声状态)。

在时间t2，每一组的基站6处于第一个发射状态(无声状态或发射状态)，其他的基站1到5和7处于第二个发射状态(分别处于发射状态或无声状态)。

依此类推，直到时间t7，此后从时间t1再次开始。

可以看到，在每一个组的特定几何结构中，并且注意发射周期的构成，处于第一个发射状态的一个基站总是被处于第二个发射状态的6个基站包围。也可以看到，两个相邻组中相互对应的两个基站至少由两个基站将其分隔开。

图6描绘了与图5a到图5c的图相同的示意图，但组中仅有3个基站。同图5a到图5c的情况相同，可以看到，在时间t1，基站3处于第一个发射状态(无声状态或发射状态)，其他的基站1和2处于第二个发射状态(分别处于发射状态或无声状态)。同样，在时间t2，每一组的基站2处于第一个发射状态(无声状态或发射状态)，其他的基站1和3处于第二个发射状态(分别处于发射状态或无声状态)。最后，在时间t3，每一组的基站1处于第一个发射状态(无声状态或发射状态)，其他的基站2和3处于第二个发射状态(分别处于发射状态或无声状态)。

从这两个实施例中可以看出，所用的组的大小决定了在相同的周期内定位信号发射期的数目以及无声期的数目。在每一个组包括7个基站的情况下，周期的数目是7，在每一个组包括3个基站的情况下，数目是3。

在上面给出的例子中，基站在第一个状态的发射期的数目等于1，基站在第二发射状态的发射期的数目分别是6和2。也可以看到不偏离本发明范围的周期的其他构成方式。

图7描绘了分别分配7个基本期PB的周期的三个基站BS1，BS2和BS3的发射功率。概括地说，网络中的基站可以用数字N分组，这些基站的周期为M个基本期PB，M大于N。这样可以保证，在网络增加新基站时，不需要太经常地产生新的分组方案。

在参考图7给出的上述例子中，基站的数目可以不止被加倍，而不需要完全重新修改整个时间偏移方案。事实上，在同样的分组中，它足以分配可供组内增加新的基站时使用的时间偏移。

Claims (12)

1.确定一个移动无线通信网络中的一个移动站位置的方法，所述网络包括多个基站，所述基站设计为采用了下列两个状态中的至少一个，一方面是对应于有用于所述移动站来确定所述位置的信号的发射期的状态，另一方面是一个对应于没有信号发射的无声期的状态，其特征在于，它包含提供装置，使得所述发射期和所述无声期排列在至少包含一个无声期的周期中，分配给一个基站的周期和分配给与它相邻的任一基站的周期相同，但在时间上有偏移。

2.依据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述时间上的偏移等于一个周期的持续时间的约数。

3.依据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于每个周期的无声期的数目大于1，并且两个相邻的无声期之间的时间间隔等于一个基本期，基本期是一个周期的持续时间的约数。

4.依据权利要求3所述的测量方法，其特征在于两个基站之间的在时间上的偏移是所述基本期的整数倍。

5.依据权利要求1所述的测量方法，其特征在于每一个周期除了至少一个电信信号发射期和至少一个无声期之外，还包括有一个特定定位信号发射期。

6.依据权利要求5所述的测量方法，其特征在于在两个相邻定位信号发射期之间的时间间隔、在定位信号发射期和相邻的无声期之间的时间间隔、在无声期S和相邻定位信号发射期E之间的时间间隔、以及在两个相邻的无声期之间的时间间隔都相同，并且等于所述基本期。

7.依据权利要求5所述的测量方法，其特征在于特定定位信号的发射功率大于电信信号的发射功率。

8.依据权利要求5所述的测量方法，其特征在于定位信号发射期与无声期S有相同的持续时间。

9.依据权利要求1所述的测量方法，其特征在于网络中的每一个基站为了被控制，接收两条信息：一方面，一条表示分配给它的周期配置的信息，另一方面，一条表示它的周期在时间上相对于一个参考点的偏移的信息。

10.依据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，将所述网络中的基站，分组为相邻基站的相同的组，同一个组的基站具有相同的周期配置、但不同的偏移，并且，从一个组到另一个组相互成对对应的两个基站具有相同的时间偏移。

11.依据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，网络中的所述基站被以一个数N分组，所述基站的周期具有M个基本期PB，M大于N。

12.移动电信网，包括由一个控制单元控制的多个基站，使得所述基站采用下列两个状态中的至少一个，一方面是对应于有用于移动站通过采用位置确定方法确定其位置的信号的发射期的状态，另一方面是一个对应于没有信号发射的无声期的状态，其特征在于，所述控制单元被设计以使得所述发射期和所述无声期排列在至少包含一个无声期的周期中，分配给一个基站的周期和分配给与它相邻的任一基站的周期相同，但在时间上有偏移。

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