CN1702987A - 确定基站与移动单元之间的距离的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测在一个基站与一个移动单元之间的至少一个转发器的方法和设备。这种方法包括：确定一个信号在基站与移动单元之间的无线通信链路上传播的距离的第一估计；确定所述信号在基站与移动单元之间的无线通信链路上传播的距离的第二估计；以及对第一估计与第二估计进行比较。这种方法还包括根据第一估计与第二估计的比较来确定信号是否被至少一个转发器处理过。

Description

确定基站与移动单元之间的距离的方法和设备
技术领域
本发明与通信系统有关，具体地说，与无线通信系统有关。
背景技术
诸如蜂窝电话系统之类的无线通信系统通常包括一个或多个与多个移动单元建立并行通信链路的基站。无线通信链路的作用距离受到基站和移动单元的发射功率、基站和移动单元的接收机灵敏度、基站与移动单元之间的障碍物等的限制。例如，如果无线通信链路是在自由空间内形成的，移动单元接收到的功率近似与基站发射的功率除以基站到移动单元的距离的平方成正比。另一个例子是，一个处在多山地区的基站的作用距离可能大大小于同样的基站配置在只有极少物理障碍物的区域时的作用距离。诸如建筑物和山之类的障碍物还可能使发射与接收功率之间的关系与方向有关。
在接收功率下降到一定电平以下时，移动单元与基站就可能不能形成或维持一个无线通信链路。因此，可能需要有大量基站来提供完全覆盖，以便为在诸如多山地区和多建筑物市区之类的有着大量障碍物的区域内穿行的用户提供不间断服务。除了对移动单元发射和接收信号之外，与基站关联的无线电接入网(RAN)还可以执行其他功能，诸如与其他基站协调对正在运动的移动单元的越区切换、维持与基站关联的活动移动单元的列表、确定移动单元的位置之类。这些功能通常需要附加的硬件和/或软件，这就增大了基站的配置、维持和运行成本。因此，提供可能是确保在具有大量障碍物的区域内的完全覆盖所必需的大量基站的成本可能会过高。具体地说，在一个人口稀少的多山地区设置大量基站可能经济效益是很低的。
这个问题的一个传统的解决方案是用与一个或多个基站关联的一个或多个转发器。这些转发器接收基站发射的信号，进行功率放大后向一个或多个可能处在不加放大的基站信号作用距离以外的区域内的移动单元发射。转发器还可以接收移动单元发射的信号，进行功率放大后向基站发射。然而，转发器通常不执行基站的大量其他功能。因此，可以用转发器来扩展基站的覆盖区，而成本比安装附加的基站低得多。转发器提供的附加覆盖区通常称为转发器小区(repeatercell)。
转发器也使信号时延。例如，由于转发器的接收天线与发射天线非常接近，因此转发器通常必须从接收信号中消除和/或抵消转发器发射信号，以避免或减小反馈干扰。抵消发射信号是用数字信号处理来实现的，这导致转发器的接收信号与发射信号之间的时延。
与传统的基站关联的传统无线电接入网通常不能确定一个接收信号是否为通过一个转发器传送的。转发器执行的数字信号处理对于无线通信系统是透明的。因此，无线电接入网不能区别与传播有关的时延和由于信号处理引入的时延。因此，即使是无线电接入网检测到与转发器的数字信号处理关联的时延，无线电接入网也将这个经延迟的信号解释为多径接收信号，其中最强路径不是从基站到移动单元的直达路径。传统无线电接入网也不能检测转发器提供的信号放大情况。
因此，转发器提供的时延和/或信号放大会降低传统无线电接入网提供的定位业务的准确度。例如，无线电接入网可以用一个信号的往返时延来估计与移动单元的距离。然而，传统的无线电接入网在信号经一个转发器处理时会将到移动单元的距离估计得过大，因为传统的无线电接入网不能补偿转发器引入的附加的时延。另一个例子是，无线电接入网可能通过将发射功率与接收功率相比较和应用一个适当的无线通信链路的信道模型来测量到移动单元的距离。然而，应用信道建模技术的传统无线电接入网会将到移动单元的距离估计得过小，因为传统的无线电接入网不能补偿转发器引入的功率放大。
本发明旨在解决以上所提出的这些问题中的一个或多个问题的影响。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种检测一个基站与一个移动单元之间的至少一个转发器的方法。这种方法包括：确定一个信号在基站与移动单元之间的一个无线通信链路上传播的距离的第一估计；确定所述信号在基站与移动单元之间的无线通信链路上传播的距离的第二估计；以及对第一估计与第二估计进行比较。这种方法还包括根据第一估计与第二估计的比较来确定信号是否被至少一个转发器处理过。在本发明的另一个实施例中，提供了一种实现这种方法的设备。
附图说明
从以下结合附图的说明中可以很好地理解本发明，在这些附图中同样的标号所标识的是同样的单元，其中：
图1在原理上例示了按照本发明设计的无线通信系统的第一典型
实施例；以及
图2在原理上例示了按照本发明设计的无线通信系统的第二典型
实施例。
虽然本发明很容易修改成其他各种形式，但在这里作为例子在附图中示出了本发明的一些具体实施例，予以详细说明。然而，应该理解，在这里对这些具体实施例的说明并不是要将本发明限制在所揭示的这些具体形式，本发明要涵盖属于如由所附权利要求书给出的本发明的精神实质和范围的所有修改、等效和替换。
具体实施方式
以下将对本发明的一些例示性实施例进行说明。为了清晰起见，在本说明书中并没有说明一个实际实现的所有特征。当然，可以理解，在开发任何这样的实际实施例中应该作出大量取决于实现的决策，以达到开发者的具体目标，诸如遵从与系统有关和与事务有关的约束，这些将随具体实现而改变。此外，还可以看到，这样的开发工作可能是复杂的和费时间的，但也是一般熟悉该技术领域的人员可从本发明得到启迪而能承担的例行工作。
图1在原理上例示了作为本发明的第一典型实施例的无线通信系统100。在所示的这个实施例中，无线通信系统100假设是一个采用码分多址(CDMA)协议的通用移动通信系统(UMTS)。然而，一般熟悉该技术领域的人员可以理解，本发明并不局限于按照CDMA协议运行的UMTS系统。在另一些实施例中，也可以使用按照任何所希望的协议运行的任何所希望的类型的通信系统。例如，无线通信系统100可以按照诸如全球移动通信系统(GSM)、个人通信业务(PCS)、CDMA-2000、IS-95、时分多址(TDMA)、无线保真(WiFi)或其他802.11协议、蓝牙之类的协议进行工作。就其他的例子来说，无线通信系统100可以应用红外、激光或微波链路，以及超宽带CDMA。
无线通信系统100包括至少一个用于与一个或多个移动单元120(图1中所示的只有一个)建立一个或多个并行无线通信链路的基站105。在所示的这个实施例中，无线通信链路包括一个或多个在母小区110内的射频链路段107(图1中所示的只有一个)。在所示的这个实施例中，基站105用定向发射和/或接收形成射频链路段107，如母小区110的扇形状几何形状所示。然而，本发明并不局限于定向基站105。在另一些实施例中，基站105可以在任何所希望的方向或一些方向的范围内发射和/或接收信号。例如，基站105可以基本上各向同性地发射和/或接收信号。此外，如一般熟悉该技术领域的人员可以理解的那样，母小区110的确切形状还可能取决于诸如山、建筑物、天气之类的环境特征。
转发器115配置在母小区110内。虽然在这里所说明的转发器115是一个传统转发器115，但本发明并不局限于传统转发器115。例如，在另一个实施例中，转发器115可以是第二基站。虽然图1中只示出了一个转发器115，但本发明并不局限于在母小区110内就只有一个转发器115。在另一些实施例中，在母小区110内可以配置所希望的任意数量的转发器115。而且，在母小区110内可以有一个或多个移动单元(未示出)，这些移动单元可以与基站105建立并行无线通信链路。
在作为从基站105到在转发器小区125内配置的一个或多个移动单元120的无线通信链路(例如下行链路)的一部分时，转发器115与一个或多个移动单元120形成一个或多个射频链路段130(图1所示的只有一个)。转发器115在射频链路段107上(例如在一个下行链路信道上)接收来自基站105的一个或多个信号，以及在射频链路段130上为处在转发器小区125内的移动单元120提供所述一个或多个信号。在一个实施例中，转发器115将从基站105接收的信号放大后再提供给移动单元120。转发器115还可以对从基站105接收到的信号执行数字和/或模拟信号处理后再提供给移动单元120。例如，如以上所说明的那样，转发器可以用一个数字信号处理器(未示出)处理一个或多个所接收和/或经放大的信号，以避免或减小反馈干扰。如以上所说明的那样，转发器115的处理可能在从基站105接收到信号与随后将这个信号发送给移动单元120之间引入一个时延。
在作为从一个或多个移动单元120到基站105的无线通信链路(例如上行链路)的一部分时，转发器115在射频链路段130上(例如在一个上行链路信道上)接收来自移动单元120的一个或多个信号，再在射频链路段107上将这一个或多个信号提供给基站105。在一个实施例中，转发器115将从移动单元120接收的信号放大后再提供给基站105。转发器115还可以对从移动单元120接收到的信号执行数字和/或模拟信号处理后再提供给基站105。如以上所说明的那样，转发器115的处理可能在从移动单元120接收到信号与随后将这个信号发送给基站105之间引入一个时延。
处理单元135与基站105连接。在图1所示的这个实施例中，处理单元135示为一个独立的方框。例如，处理单元135可以是一个无线电接入网(RAN)的一部分。然而，本发明并不局限于处理单元135包含在无线电接入网内。在另一些实施例中，处理单元135的一些部分可以并入基站105、转发器115和/或移动单元120。处理单元135可以包括一个运行实现如下所述操作中一些操作的软件的计算设备。一般熟悉该技术领域的人员可以理解，处理单元135可以是在该技术领域内已知的任何种类的适当操作系统上操作的、在该技术领域内已知的任何种类的处理器。
用处理单元135测量一个或多个信号传播时间。在一个实施例中，处理单元135提供一个触发基站105测量从基站105到移动单元120的往返时间的信号。一般熟悉该技术领域的人员可以理解，本发明并不局限于测量一个通过射频链路段107、130从基站105到移动单元120传播的信号的往返时间。在另一些实施例中，处理单元135可以提供一个信号，该信号可以用来测量从基站105到移动单元120的信号传播时间、从移动单元120到基站105的信号传播时间、从移动单元120到基站105的信号往返传播时间等等。
处理单元135用测得的时间估计基站105与移动单元120之间的距离140。例如，如果在基站105与移动单元120之间的无线通信链路内不存在转发器115，处理单元135就可以从测得的往返时间中减去一个与移动单元处理关联的已知延迟，将经校正的往返时间乘以光速来估计基站105与移动单元120之间的往返距离，再除以2来估计距离140。然而，如以上所说明的那样，转发器115引入了转发器115接收到信号与转发器115发射信号之间的时延。测得的往返时间包括转发器115引入的时延。因此，在转发器115将信号从基站105转发给移动单元120和/或从移动单元120转发给基站105时，估计距离140通常将比从基站105到移动单元120的实际距离145大，除非针对转发器115引入的延迟进行时间校正。
一个或多个接收和发射功率也用处理单元135测量。在一个实施例中，处理单元135提供一个信号以触发基站105测量基站105发射的功率和移动单元120接收的功率。然而，一般熟悉该技术领域的人员可以理解，本发明并不局限于测量基站105发射的功率和移动单元120接收的功率。在另一些实施例中，基站105可以测量基站105发射的功率和基站105接收的功率、移动单元120发射的功率和基站105接收的功率、移动单元120发射的功率和移动单元120接收的功率，诸如此类。
处理单元135用测得的发射和接收功率估计从基站105到移动单元120的距离150。在一个实施例中，处理单元135用一个与射频链路段107、130关联的信道模型比较发射和接收功率，以考虑路径衰减和/或路径损耗。然而，如以上所说明的那样，如果信号通过转发器115而转发器115对信号作了放大，接收信号就要比所预期的强。因此，将信道模型应用到发射和接收功率可能使处理单元135将从基站105到移动单元120的距离估计得过小，也就是说估计距离150将小于实际距离145。
处理单元135通过将估计距离140与估计距离150相比较，检测在基站105与移动单元120之间的无线通信链路内是否存在转发器115。在转发器115引入时延和对信号进行放大的一个实施例中，估计距离140大于实际距离145而估计距离150小于实际距离145。因此，处理单元135在估计距离140与估计距离150之差大于一个预定差值时确定存在转发器115。一般熟悉该技术领域的人员可以理解，这个预定差值与设计选择有关，可以取决于诸如信道模型的质量、环境条件之类的因素。
虽然图1所示的转发器115引入一个时延并对信号进行放大，但这对于实际应用本发明来说不是必需的。在另一个实施例中，转发器115引入一个时延但没有显著地放大信号。在这个实施例中，估计距离140大于实际距离145而估计距离150近似等于实际距离145。在另一个实施例中，转发器115放大信号但没有引入一个显著的时延。在这个实施例中，估计距离140近似等于实际距离145而估计距离150小于实际距离145。在这两个替换实施例中，处理单元135仍然可以在估计距离140与估计距离150之差大于一个预定差值时确定存在转发器115。
在一个实施例中，处理单元135根据估计距离140、150确定实际距离145。例如，如果估计距离140与150之差大于预定的差值，从而处理单元135检测到存在转发器115，处理单元135就用已知的转发器115的时延和/或放大特性重新计算估计距离140、150。如果重新计算得到的距离140与150之差小于预定的差值，处理单元135就确定实际距离145近似等于估计距离140、150之一，或者估计距离140、150的一个组合诸如平均值。如果重新计算得到的距离140与150之差大于预定的差值，处理单元135就可以确定存在一个错误状态。或者，也可以是如以下所讨论的那样，处理单元135可以确定存在的转发器115多于一个。
在一个实施例中，转发器115引入的时延和/或放大因数是预定的，并被提供给处理单元135。然而，本发明并不局限于时延和/或放大因数预定的情况。在另一些实施例中，移动单元120的位置可以用一个诸如全球导航卫星系统(GNSS)之类的定位系统确定。例如，可以用一个全球定位系统(GPS)确定移动单元120的位置。于是，处理单元135可以用所确定的移动单元120的位置确定转发器115引入的时延和/或放大因数。
图2在原理上例示了作为第二典型实施例的无线通信系统200。在所示的这个实施例中，基站205与一个或多个移动单元206(1-3)建立一个或多个并行无线通信链路。在所示的这个实施例中，并行无线通信链路包括从基站205到配置在母小区220内的转发器210(1-2)的射频链路段207(1-2)。并行无线通信链路还包括转发器210(1-2)与处在小区230(1-2)内的转发器225(1-2)和/或移动单元206(2)之间的一个或多个射频链路段222(1-2)、223。基站205与移动单元206(1)和206(3)之间的并行无线通信链路还包括转发器225(1-2)与移动单元206(1)和206(3)之间的射频链路段232(1-2)。一般熟悉该技术领域的人员可以理解，可以按需要用附加的转发器和所关联的小区来扩展无线通信系统200。
处理单元240通过比较用上述时延和信道建模技术估计的距离，检测在基站205与移动单元206(1-3)之间的无线通信链路内是否存在转发器210(1-2)、225(1-2)。例如，处理单元240可以在用上述时延和信道建模技术估计的距离之差大于第一预定差值时，检测到在基站205与移动单元206(2)之间的无线通信链路内存在转发器210(1)。另一个例子是，处理单元240可以在用上述时延和信道建模技术估计的距离之差大于第二预定差值时，检测到在基站205与移动单元206(1)和/或206(3)之间的无线通信链路内存在转发器210(1-2)、225(1-2)。在所示的这个实施例中，第二预定差值大于第一预定差值。如以上所说明的那样，处理单元240还可以确定基站205与移动单元206(1-3)的实际距离。
熟悉该技术的人员可以理解，在所述各个实施例中所例示的各个系统层、例行程序或模块可以是可执行的控制和/或处理单元。控制和/或处理单元可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个微处理器或控制器)，或者其他控制、计算或处理器件和包含在一个或多个存储器内的可执行指令。存储器件可以包括一个或多个机器可读存储媒体，用来存储数据和指令。存储媒体可以是各种存储器，包括：诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪速存储器之类的半导体存储器；诸如固定盘、软盘、活动磁盘之类的磁盘；包括磁带的其他磁媒体；以及诸如光盘(CD)或数字视盘(DVD)之类的光媒体。构成各个系统内的各个软件层、例行程序或模块的指令可以存储在各自的存储器件内。这些指令在由各自的控制单元执行时使相应的系统执行所编程的动作。
以上所揭示的这些具体实施例只是例示性的，对于熟悉该技术领域的人员来说，从以上说明可见，本发明可以用一些不同而等效的方式予以修改和实现。此外，除了如在以下权利要求书中所述的之外，在这里所示出结构或设计的具体情况都不是限制性的。显然，以上所揭示的这些具体实施例都可以加以变更或修改，而所有这样的变形都应认为并不背离本发明的精神实质和范围。因此，本发明的专利保护范围由以下权利要求书给出。

Claims (10)

1.一种检测在一个基站与一个移动单元之间的至少一个转发器的方法，所述方法包括下列步骤：
确定一个信号在基站与移动单元之间的一个无线通信链路上传播的距离的第一估计；
确定所述信号在所述基站与移动单元之间的无线通信链路上传播的所述距离的第二估计；
比较第一估计与第二估计；以及
根据第一估计与第二估计的比较，确定所述信号是否被至少一个转发器处理过。
2.权利要求1的方法，其中所述确定第一估计的步骤包括确定与所述信号关联的往返时间、所述信号从基站传播到移动单元的时间和所述信号从移动单元传播到基站的时间中至少一个。
3.权利要求2的方法，其中所述确定第一估计的步骤包括根据与所述信号关联的往返时间、所述信号从基站传播到移动单元的时间和所述信号从移动单元传播到基站的时间中至少一个来确定第一估计。
4.权利要求1的方法，其中所述确定第二估计的步骤包括接收一个指示发射功率的量和一个指示接收功率的量。
5.权利要求4的方法，其中接收所述指示发射功率的量包括接收指示基站发射的功率和移动单元发射的功率中至少一个的量。
6.权利要求4的方法，其中接收所述指示接收功率的量包括接收指示基站接收的功率和移动单元接收的功率中至少一个的量。
7.权利要求4的方法，其中所述确定第二估计的步骤包括根据所述发射功率、所述接收功率和一个信道模型来确定第二估计。
8.权利要求1的方法，其中所述比较第一估计与第二估计的步骤包括确定第一估计与第二估计之差是否大于第一预定差值。
9.权利要求8的方法，其中确定所述信号是否被至少一个转发器处理过的步骤包括在第一估计与第二估计之差大于第一预定差值时确定所述信号被至少一个转发器处理过。
10.权利要求1的方法，还包括确定所述信号在所述基站与移动单元之间的无线通信链路上传播的所述距离。
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