CN1212043C

CN1212043C - 在一个cdma微蜂窝系统中的定位一个移动站的系统和方法

Info

Publication number: CN1212043C
Application number: CN01806938.XA
Authority: CN
Inventors: J·卡尔森; F·奥维是杰
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: WO2001054422A3; JP2003520532A; ATE269628T1; US6671514B1; CN1421112A; AU2001228996A1; WO2001054422A2; DE60103848T2; JP4549603B2; EP1249150B1; DE60103848D1; EP1249150A2

Abstract

本发明公开了在电信系统中改善位置估计测量精确度的系统和方法。来自从周围基站(12A，12B，12C，12D)的传输被基准定位设备(12)接收并且解决了任何基站内收发机系统定时差的问题。从而获得了电信系统内的移动站(10)位置估计。

Description

在一个CDMA微蜂窝系统中的定位一个移动站的系统和方法

发明背景

发明领域

本发明一般的涉及无线通信系统，具体的涉及提高移动站定位的系统和方法，更具体的涉及在一个码分多址蜂窝系统中提高移动站定位的系统和方法。

发明背景和目标

自从Guglielmo Marconi 1897年证明了无线电能够为英吉利海峡中航行的船只提供不间断的联系后，无线通信在过去的100年中取得了显著发展。因为Marconi的发现，新的有线和无线通信方法、服务和标准被世界各地的人们广泛采用。这种发展，特别在过去的10年中，已经大大加速，这期间移动无线通信工业有大规模成长，通过大量的技术进步的推动，使得便携无线设备更小，更经济和更可靠。在未来的几十年中，移动电话还将继续呈指数增长，因为移动网络将和现有的有线网络相互作用并最终超过其发展。

依照新近联邦通信委员会的规则和程序，美国境内的蜂窝电话服务提供商在2001年10月以前，在提供商系统125米内，必须具有为一个拨打应急电话(911)的蜂窝或移动电话提供定位的能力，成功概率为67％，即，在一个统计偏差内。目前，各种各样的技术方法正在研究当中，以便在现有和计划中的系统中实现地理定位技术。

当然，获得一个移动终端或移动站(MS)位置的粗略指示的简单方法是，确定当前服务小区的识别。一个更精确，但还是近似的方法是，基于切换(包括软件切换)，在移动站和相关的收发基站(BTS)间的传播时间按这种方法测量。此切换方法的实现简单，因为在无线部分它涉及的变化很小。而且，这种系统中的各种BTS不需要绝对的时间基准。但是，一般的认为切换技术不够满意，因为很少切换到2个其它地理分布的BTS(需要用来做3边测量)，特别是，如果电话通信系统使用现有技术已知的1-小区频率重用的情况。

一个天线阵解决方案已经提议，通过它可以从一个估计的方向和通信信号的往返延迟来计算MS的地理定位。当然，包括在MS中的全球定位系统(GPS)装置可以解决地理定位问题，但是，作为代价，MS中需要过度的计算和MS中复杂的接收器。

上述问题的另外一个计划解决方案是发表在题为“在一个CDMA蜂窝系统中定位一个移动站的系统和方法”的PCT公开文本WO、99、21388中。在PCT公开文件中，提议了一个修改的下行链路测量解决方案，其中BTS和MS的信号反复闲置以提高更远距离系统的接收(或接听力)，因此能使时间信息和三边测量从那里交换。

美国专利5,293,645公开了一种在具有多个基站的无线网络中定位移动站和手提无线终端的装置和方法。所述美国专利中的每个BS包括一个接收机和发射机。多个BS发射和来自其它基站的定时基准信号同步的或者和主定时基准信号同步的定时基准信号。

对于码分多址(CDMA)系统，下行链路测量由MS通过BTS传输的信号进行，例如，在导频信道数据中。但是，这些方法要求一个在BTS中的绝对时间基准(或同步的)。前述PCT申请WO99/21388的下行链路的方法通过信号中止来获得所需的定时基准。

其它提议的解决方案包括上行链路测量，通过BTS基于MS信号进行，如，一个长的，已知的练习序列。但是，这种方法因为使用下行链路技术，在各个BTS中要求一个绝对的时间基准或者BTS内定时已知。本申请的受让人提出的组合上行/下行链路解决方案，解决定时/同步要求，已经在1999年4月1日出版的专利申请WO99/15911中发。所述申请的结合解决方案包括利用上行/下行链路信号传播的空中时间来确定一个移动站和一个基站之间的距离，因此避免对绝对的时间基准或同步的要求。

最后，功率测量地理定位技术已经被用来估计信号路径损失，和距离。但是，这种技术并不十分精确。

上述解决方案，仅仅下行链路，上行链路和组合下行链路/上行链路的技术是远距离可行的，但是每一个技术都有根本问题。

单独的下行链路的解决方案，如，在接听大量的BTS时有内在的问题。这就是所谓的“近远”问题，在CDMA系统中尤其严重。组合技术在这方面也有一些缺点，因为下行链路和上行链路都需要测量，定位可能占用相当长的时间。组合技术的可靠性较差，因为接听力受限于有最坏性能的链路(上行或下行)。最后，在组合技术中需要更多的信息带宽。

考虑到单独的上行链路的技术，其也有一些缺点。如，这种系统中的远近问题可以通过增加MS的发射功率和在长时间传输一个已知信号来解决，这些对系统性能都产生严重影响。发送一个已知序列要求，不是在语音信道上的覆盖语音，很可能引起语音中断，就是平行的传送模式，引起MS复杂性增加，电池消耗和信息带宽使用的增加。如果在一个较长时间内传输信号，上述问题就更严重。

如上所述，上行链路和下行链路技术要求已知BTS间相对的定时。尽管这种问题可以通过在每一个BTS中包含一个GPS接收器而马上解决，这种昂贵的选择对小型基站系统(BSS)，特别是微型和超微型BSS是不可行的。此外，对一个独立系统的信赖意谓着操作员不能控制系统性能。

还有一个问题，特别与目前宽带CDMA标准(WCDMA)有关，就是尽管MS能发现从相邻BTS发出的主和次同步码，那些发送BTS的特定标识是未知的，这将意味着任何获得的时间信息都是没用的。但是，可能通过检查各个BTS的广播控制频道(BCCH)，为每一个信号确定正确BTS。然而，这要求信噪比(S/I)相当高，从而更好地从更多远程BTS捕捉信号。

通过背景介绍，现在讨论时分多址系统和码分多址系统的基础，以便更好地说明前述在这两个系统地理定位中的一些问题，在PCT公开文本WO99/21388中也已经公开。如，在时分多址通信系统中，仅仅在一个典型的8序列和重复的时隙中，一个移动终端或站(MS)与一个特定基本收发站或系统(BTS)进行通信。其它MS在其它时隙期间与BTS分别通信。因此，MS可以利用一个或多个其它未用的(被那个移动站)时隙作其它用途，如，定位。通过这种方法，可以对TDMA协议的时隙和帧结构进行开发。

参阅图1，显示了蜂窝电信系统的一部分，该系统有一个移动站10与第一个BTS12进行通信，当然也与链接的其它用户进行通信，如通过一个公共电话交换网(PSTN)14。另外的移动站10A，10B和10C，也与BTS12进行通信，如图所示。

如同通信技术中已知那样，MS10监控其与BTS12链路的信号强度并保持此链路直到出现更好的信号链路，如，MS10可以离开BTS12向邻近的BTS移动，如BTS12A-12D中的一个，并交由那个BTS控制。为完成此项切换，MS10也监控其与邻近的BTS12A-12D的信号强度(和范围内的其它此类系统)。TDMA系统使用频率重新使用算法，用一个不重复的方法分配离散频率组，从而使各个BTS覆盖的连续通信区域或服务小区不共享频率。这种方法中，TDMA系统中的MS10可以在未使用的时隙上，容易地测量特定的BTS的接收功率并且使用与临近BTS不同的频率。

另一方面，码分多址(CDMA)系统与前述的TDMA系统作用不同，并且提供更少的有利机会来开发标准的内在特性。CDMA协议不能象在TDMA和频率分多址系统中一样，通过不同用户在时间或频率上的划分完成其多址特性，而是通过分配给每一个用户一个不同的编码进行划分，此编码用于把一个用户信号转换成和来自其他用户的其它这种信号结合的宽带或传播频谱信号，其它用户的此类信号也可以加入。如同技术中已知那样，接收多宽带信号的接收器，在返回的联合信号中，使用分配给特定用户的编码，把从用户来的组合信号中的宽带信号转换成原始信号。此外，再参考图1，CDMA系统的每一个BTS使用同一频率，因此更限制区别特征的开发。

因此，CDMA协议之下，特别是目前的IS-95标准，修改标准以符合FCC的要求是一项有价值的工作。遇到的一个特殊问题是，当MS距一个特定的BTS相当近的时候，估计一个MS的位置，如，图1中的MS10和BTS12。操作中，确定MS的位置需要使用几个基站，如BTS12和BTS12A-D，测量至少3个信号到MS的延迟的时间，或MS10自己测量到几个BTS基站的延迟时间。如图1所示，如果MS10距BTS12近，并且邻近的BTS12A-12D正在进行定位测量，如，通过信号时间延迟，从MS10发出的信号可能对于如此长距离的基站来说太微弱而不能测量，如，BTS12。相反的，如果在这种情况下，MS10进行测量，相邻的BTS12C的强大传输功率可以从所有更远距离BTS12A-D发出的信号中识别出在同一频率上发送的信号。

因此，需要提供一种改进的系统和方法，用来确定在一个CDMA环境中的移动站的地理位置。

因此，本发明的第一个目标是提供这样一种改进的系统和方法，用于移动站定位。

本发明的一个目标是本发明的系统和方法基本上遵守CDMA协议，如，IS-95标准，并遵守用于宽带CDMA的通用移动电话系统(UMTS)协议。

本发明的另一个目标是所述系统和方法使在CDMA(和WCDMA)中运行的电信系统符合将要施行的FCC关于在美国境内移动站定位的要求和任何其它要求此精确地理定位的国家的要求。

本发明还有一个目标是，系统和方法有助于在不同的环境中定位移动站，包括移动站与一个基站收发系统相近并远离连续或相邻基收发系统的情况。

发明摘要

本发明涉及一个在电信系统中改进移动站的定位估计测量精确度的系统和方法。通过一个优选的定位设备，接收附近基收发系统的传输信号，并且分辨任何内部基站收发系统定时差异问题。然后取得在电信系统中移动站的位置估计。

图表说明：

参阅以下结合了相应附图的详细描述可以更完全的理解本发明的系统和方法。

图1是一个框图，说明了基收发系统和移动站，他们组成一个使用本发明原理的电信系统。

图2是一个代表性的框图，说明用于移动站的定位估计的不同时间延迟技术，如通过图1所示配置，用来实现本发明。

图3是一个主框图，说明在本发明的电信系统的各个的服务小区中，图1所示的基收发系统和移动站。

目前优选示意实施例的详细描述

下面将结合相应的附图来描述本发明，其中示意了本发明优选的实施例。本发明可以用多种不同的方式实施并且不应理解为只限于此实施例：提供这些实施例是为了使这种表达是彻底和完全的，并且对于本领域的一般技术人员来说将完全传达本发明的范围。

ELA/TLA/IS-95″双模式宽带扩频蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准″定义了使用码分多址(CDMA)技术的数字蜂窝无线公共空中接口。依照CDMA标准，基站收发站，如图1中的BTS12和BTS12A-12D，和移动站10都发送一个伪随机噪声(PN)扩频序列，导致一个1.23MHZ传输带宽。

从每一个BTS到一个移动站或终端的前进或下行链路传输有四个类型的频道：导频，寻呼，同步和话务。如本领域一般技术人员所知，这些频道在同一载波频率下传输，使用同一个PN码扩频。然而，频道通过二进制正交编码区分，如walsh函数。每一个BTS传输一个导频信道，一个同步信道和多个寻呼和话务信道。从不同BTS来的下行链路信号通过PN扩频码相位移来区分，即，每一个BTS用同一个PN扩频编码，但此编码的传输是通过来自一个主码的不同时间偏移(或码相位)实现的。

在反向或上行链路的CDMA传输，如，从移动站(MS)10到BTS12，每一个移动传输在BTS12中通过一个长的PN扩频码来区别，其中每一个MS发送由用户地址决定的编码相位时间偏移。应该理解，在分配这样的上行链路之前，MS10必须用相反或上行链路接入信道与BTS12联系。

再参阅图1，在一个地理区域中的移动站如MS10的位置计算，可以通过使用到达的时间差三边测量技术来完成，如双曲线三边测量，到达时间技术，如测距三边测量，和到达角度技术。在本发明的优选实施例中，使用到达时间差(TDOA)技术，3个BTS和1个MS之间脉冲到达恒定时间延迟的3个或更多双曲线的交叉部(在特定环境中，2个BTS即可满足MS的地理定位的精确性)。但是，应当理解，至少两个双曲线的交叉部就能正常满足。

参阅图2，示意了图1的一部分，其中MS10与BTS12进行通信。邻近的BTS12A和BTS12B也进行了示意。在一个MS 10和两个BTS之间测量前述的TDOA中，如，从MS10来的信号，形成一个双曲线，如同数学中所知道的。例如，通过参考BTS12和BTS12A，双曲线16A代表MS10可能位置的线路，每一个沿双曲线16A上的点，在两个BTS间的距离(时间)差是恒定的。同样的，双曲线16B在BTS12和BTS12B间形成，双曲线16C在BTS12和BTS12C间形成。

如图2所示，理想化地，没有测量误差，所有3个双曲线，如，双曲线16A，16B和16C，相交于MS10所在的位置。但是，应该明白，真实世界存在测量误差，交叉点的确定存在一些误差。包含更多的双曲线可以提高精确度。

进一步参阅图2，虚线圆18A，18B和18C代表从相应BTS12，BTS12A和BTS12B的到达时间，每一个代表在各个BTS和MS10之间的绝对传播时间。如同前述的双曲线一样，3个圆也交汇在MS10的所在地，说明了另一个移动站位置估计技术。

因此，应该理解此三边测量方法，即，无论TDOA，TOA或其它，可以足够精确地确定MS10的位置以符合FCC要求。

如上所述，尽管TDMA系统和协议可被调整以适应上述定位估计技术，CDMA系统和协议很难采用以符合这种要求。申请人在上述PCT申请WO 99/21388中也没有尝试提供一个前述问题的解决方案，解决在CDMA系统和建议的WCDMA系统中的定位估计技术。

再次参阅图1，将要描述本发明的第一优选实施例。如前所述，当MS10接近一个特定的BTS，如BTS12，太近的时候，在CDMA系统中发生一个定位估计问题。因为一个定位技术或运算法则，如，内置于BTS12的存储器13当中，依靠接收最少3个BTS(在某些距离2个也够)的时间信息，当MS10足够接近BTS12时，需要最远的组成其它相邻的BTS。结果，在MS和远范围的BTS之间，如，BTS12A和BTS12B，信号链路的信号/干扰比率的降低。换句话讲，当MS10接近BTS12时，BTS的信号充满MS10的接收器，阻碍从BTS12A和BTS12B(和其它的BTS)来的信号的接收。

一个解决此饱和问题的方案是关闭BTS12一小段时间，在毫秒或毫秒的几分之一的数量级，在下行链路引入一个的闲置时段，这期间，MS10能够接收从更远距离BTS12A和BTS12B和其它附近BTS来的信号，如导频信道中的导频信号。这种方法中，TDMA系统静默期的优点可以包括在这种不同的信号环境中。

当然，应该理解这种中止或关闭应最小化，以免不断干扰其它的移动站，即也与BTS12通信的MS10A-10C。在现有技术中已经知道，同步信号包括了大量关于各个BTS的信息，包括一个BTS标识号，用于前述时间延迟技术的时间基准信息，和其它信息。用于导引的导频信号频道，通常组成一个零的序列。

应该理解，在前述的插入CDMA传输流的闲置时段期间，可以计算TDOA，TOA或其它距离估计测量，并结合前述方法以精确识别MS10的地理定位以符合FCC要求的精确度。应该理解，用于定位估计的3个BTS可以是如图2所示那些，即BTS12，12A和12B，仅在闲置时段之前或之后，计算临时闲置的BTS12的时间延迟信息。作为选择，为了某些原因，如果所有的测量同时发生，3个相邻的BTS，如BTS12A，12B和12C，可以被用于计算MS10在BTS12静默时段期间的位置。

通过不同的装置，BTS12可以在下行链路CDMA宽带传输信号中引入前述的闲置时段。首先，相关的BTS可以从正常传输中挪用持续时间中特定时间间隔的必要闲置时段，并且依靠常规的屏蔽技术纠正信息间隙。其次，通过对TDMA协议的开发，开发CDMA的空中接口标准或其它类似的协议，以提供必要的闲置时段。

因为2个或多个相邻的BTS同时关机，如BTS12或BTS12A，使得可以在无价值的闲置时段期间进行测量，依照随机的或不随机的技术，在一个特定的BTS中产生闲置时段，以避免周期的，同时发生的BTS关闭。当然应该理解，在一个特定的BTS中，闲置时段的一个必要的、伪随机的重复可以由与每一个BTS关联的唯一的BTS值来决定。

本发明另一个可选择的实施例中，前述闲置时段以一个不随机的，周期性的方式分布，代表一个更简单的空中接口设计决定。如前所述，使用随机闲置时段的优点是，一个特定的MS可以较少遇到用来进行定位测量的BTS的同时闲置时段。然而，如果在BTS附近的MS，如，MS10，向服务的BTS如，BTS12，报告每一个同时发生(或几乎同时发生)的相冲突的闲置时段，，这种周期性可以通过使用周期性的闲置时段来取得。通过检测(附近)同时发生的信号，BTS12可以发送一个时间信号22到一个相关的BTS，如，BTS12A，为相关BTS调整闲置时段的周期性，从而不再与BTS12的相冲突。另外，BTS12可以调整其自身的闲置时段定时，以避免与BTS12A相冲突。应该理解，这种定时或周期性调整还可以构成一个在CDMA帧结构中的闲置时段的重新定位或整个帧结构的时间偏移。

因为MS10必须确定一个闲置时段已经发生，以完成前述的导频信号测量，BTS12可以先发送一个闲置时段信号以预报一个即将来临的闲置时段。另外，MS10可以使用前述唯一BTS值以计算各个BTS的闲置时段出现的时间。进一步，MS10可以识别一个闲置时段的出现并因此按照一个特定的周期性或与这种出现的算法相关的模式，确定后续的闲置时段的伪随机出现。但是应该理解，MS10，完成前述距离测量后，如，时间延迟估计或功率测量，恢复与BTS12通信后，从邻近的BTS发送测量的距离值给BTS12，其包括一个存储器和存储和完成实际定位计算的程序。

应该理解，所有到MS的下行链路传输不需要象在本发明的第一个实施例中那样在BTS12中关闭。相反，在本发明的第二个实施例中，在前述闲置时段期间，所有从BTS12来的传输，除了导频信号外都是中止的。如同现有技术当中已知那样，特别是在IS-95标准之下，MS10使用上述导频信号寻找BTS。MS10使用同步或同步频道以确定找到的是哪一个BTS。

MS10用来确定一个已找到的BTS的标识的结构是让MS10为此BTS发送已找到的PN-序列偏移，每一个BTS有其自己的PN-序列偏移，导频信道独自识别BTS(在得出这个确定的BTS12被服务相关信息后)。但是，应该理解，尽管本实施例涉及当前的IS-95 CDMA标准，将来的CDMA标准可能使用另外的和其它能够用于识别发现的BTS的广播频道。因此，本发明的范围不应局限于当前标准的单独使用。还应该理解为，在第二个实施例中，如果MS10使用导频信号测量，不需要伪随机地产生闲置时段。

在上行链路情况下，即从MS10到BTS12的传输，BTS12利用前述闲置时段可由BTS使用完成时间延迟或在远程MS上的其它测量。如，与邻近的BTS12A通信的MS20A，20B和20C中的一个。在本发明的第三个实施例中，通过使所有或至少大多数移动站，如，BTS12附近的MS10，10A，10B和10C，静默，或者利用BTS12，12A和12B和其它BTS，使用三边测量或其它技术于远距离的MS20A来进行远距离的MS20A的位置估计。如前所述，工作在与MS10和MS10A-10C相同频率的MS20A，通过一个信号24也与BTS12通信，当本地业务停止的时候，如，在一个闲置时段期间，可以到达BTS12和其它三边BTS，如，BTS12B。

换句话说，仅仅在本地的BTS12完成远距离的MS20A测量期间，MS10，10A和10B是静默的。但是，当BTS12A正在测量“远程”的MS10时，仅仅那些接近BTS12A的MS，即，本地的MS20A-C，应该静默。当然，这种传输中止的次数和持续时间应该保持在一个最小水平，以避免对正常传输通信产生干扰。

相反的，进一步参阅图1，在与BTS12A通信的MS12A-C被静默之后，MS10的位置估计可以通过利用BTS12A来完成，如同结合图2所示技术描述的那样。

因此，应该理解，控制BTS，如，BTS12，在其控制范围内，必须向MS10和10A-10C传输时间校准命令，从而在它们之间同步闲置时段。完成这个校准的一个方案是校准MS10和10A-10C的CDMA帧，如前所述。

因为MS10A-10C不仅受来自邻近的BTS12，而且受来自所有其它相邻的BTS信号的影响，如，BTS12A-12D，时间校准的一个策略是让各个MS按范围内最强的BTS的命令执行，这个策略确保多数接近特定BTS的MS将被校准。

再次参阅本发明的第一个和第二个实施例的下行链路情况，显然，在其自己的闲置时段，BTS12可以测量来自其它BTS，如，BTS12A-12D，的特性，如位置估计的时间延迟。这种通过关闭BTS的闲置时段测量在此情况下是有用的，即因为传统的定位解决方案要求知道由其它BTS使用的绝对时间，由MS完成一些时间延迟测量。常规系统通常通过一个骨干网传送这种信息，如，通过PSTN14或通过一个专线。通过让BTS，如，BTS12，对其邻近的BTS，如，BTS12A和12B，进行所需的时间测量，包括在其自己的闲置时段期间，可以容易的确定MS的位置，而不用通过网络传送邻近的BTS的绝对时间。

此外，通过采用现存的系统，特别是如导频信号的信号，来完成FCC移动定位要求，本发明避免专用范围收发器和其它此类用于定位的设备的使用，如同在Dumn等的美国专利NO.5,600,706中标准所描述的一样。这种复杂的插入设备不必要地消耗系统资源并且运转方式十分不同于本发明的系统和方法。

应该理解，上述闲置时段不仅被引入现存的CDMA标准中，还可以被包括在将来的CDMA标准中，此标准能使闲置时段引入而数据不丢失。

尽管本发明目前优选的实施例利用传输停止的时间间隔来定位移动站，应该理解本发明的范围更广泛的包含为了其它目的，使用由本地的基站收发系统插入的这种传输中止。

尽管前述技术是以前技术难题的一种改进，PCT公开文本WO99/21388解决了在这种不断进步的技术中存在的另外一些问题。例如，前述在BTS或BTS内定时的绝对时间基准要求就是一个问题。在这个部分继续申请中，申请人进一步发现，这种问题(和其它问题)可以通过不同技术和实施例的方法有效解决，如，应用一个闲置时隙下行链路(IS-DL)技术，这将在下面详细论述。

所需的定时信息最好通过使用参考的MS来获得，MS测量在不同的BTS间的相对的定时。这种定时的完成是考虑了从BTS到参考MS的传播时间。当然，参考MS的实际位置，因此其名称必须被获知。在一个没有闲置时隙的系统中，如，CDMA中，MS更适合位于接近服务小区边界的地方，以便解决前述的近远问题，即，太接近服务的BTS而离环绕的BTS太远。这种要求十分不便，因为参考的MS必须有足够的功率并且最好是一个网络连接，以及一个提高的位置(以降低多径效应)。但是，应该理解，参考的MS可以与BTS共同设置。

从参考的MS得到的定时信息的地方，如，图1中的MS10，有内在的冗余，因为仅仅需要一个参考的MS来确定BTS间的定时，如，BTS12覆盖的服务小区22中，MS12和MS12A或BTS12和另一个BTS20之间，如图3所示。应该理解，BTS20，覆盖了服务小区22的一部分22A，可能是服务于22A内的区域内的微型或超微型BTS，如，一个建筑或公共停车场。在这种简单的情况下，如果在BTS12和BTS12A间有足够的接听能力，BTS12和BTS20间也一样，通过相关的MS10，可以稳定获得时间信息并能地理定位。

再参阅图3，覆盖服务小区22的服务BTS12被BTS12A-12B包围着，每一个都各自覆盖服务小区22A-22D中的邻近区域。如前所述，BTS彼此联络。为了简单，表示服务BTS，即BTS12，为BTS0，邻近的BTS表示为BTS1.....BTSN，如，BTS1到BTS4分别代表BTS12A-12D。以服务BTSi，即BTS0的时间基准中测量的的时间标注BTSi发送其DL帧的时间Ti。应该理解，尽管用于计算位置的特定时间基准最好是服务小区BTS的时间，也可以使用其它的BTS的时间基准。用Δij

表示BTSi和BTSj之间的时间差。或者：

T_j＝T_i+Δ_ij (1)

应该理解，为了把参考MS报告的时间转换成一个公共时间基准，需要估定时间差。因此，如果时间基准BTS0用作参数，对于Δ_oj(其中j＝1，...N)估计是需要的。应该理解，一些j不可以提供直接估计，但通过使用简单识别和关系式，可以容易地进行估计，如：

Δ_ij＝-Δ_ji；and (2)

Δ_ij＝Δ_ik+Δ_kj (3)

尽管Δ_oj的直接估计可用的，应该理解使用上述等式(2)和(3)改进估计是有价值的。例如，如果有Δ_oj的K估计，从直接测量或通过等式(2)和(3)从其它BTS中测量都能得到，并且如果测量i表示为Δi并有一个已知(或估计的)标准差δ_i，从下面表示的加权总数可以得到一个改进的估计。

其中的各种加权符合下列条件：

Σ_{i = 1}^{K} w_{i} = 1 - - - (5)

假设各测量彼此独立，方程式(4)的变化由下列决定：

Σ_{i = 1}^{K} w_{i}^{2} σ_{i}^{2} - - - (6)

相对于等式(5)的因数有关的加权(W_j)，最小化等式(6)产生最佳加权，这是一个标准的二次方程式问题，解决方案如下：

应该理解，前述改进的估计技术是使用内在冗余的一种方式。另一种技术，实际可能更稳固，是使用额外估计以探测时间估计中的非正常值，如，大于正常预期的误差。

现在转到WCDMA标准中的一些问题上，如同通用移动电话系统(UMTS)协议建议的，WCDMA使用2个编码：一个主要的同步编码(PSC)和一个次同步编码(SSC)，用于完成服务小区搜寻。如，在WCDMA中，前述IS-DL定位方法能够使用PSC和SSC编码完成定位测量。特别的，每一个BTS，如，图1和图3中的BTS12和12A-12D，使用一个普通的256切片PSC编码，在每一个时隙(一个帧分为16个时隙)期间传输一次。

如图1和图3所示，MS10将范围内的PSC传输相关，如，通过内部的匹配滤波器，并发现区域内的BTS的相应的定时，如，BTS12和12A-12D，或其中的子集。但是，因为PSC的传输是一样的，此相关不能识别相应PSC传输的BTS源。

SSC的配置是不同和唯一的，使MS能够识别。具体的，SSC通过从一系列(17)256切片编码中以一定顺序选择16个码来配置。从总共32个SSC中，可以确定一个特定的BTS编码组。SSC的不同部分作为PSC被同时传输，即，一次一个256切片部分。当然，当MS10检测从一个特定的BTS来的SSC时，BTS的编码组和帧定时被检测。在常规服务小区搜寻中，MS接着检测所谓的BCCH使用的长编码。但是，在定位中，信号干扰电平(S/I)可能太低而不能获得长编码而且相关时间可能增加。因此，需要确定特定的传输信号而不存取BCCH的BTS的识别。

当MS10被指令定位自己的时候，其已经与一个BTS相连，如，图1和图3中的BTS12。因此，会存在额外的信息帮助搜寻。应该理解，如果MS处于闲置，首先必需建立连接。有用的信息包括，但不仅限于，相邻的BTS的近似定时，那些BTS正在使用SSC编码(或对应的那些BTS的编码组)，相邻BTS的位置和准确定时。当需要的定时信息是可用的时，MS可以搜寻到一个非常小的时间窗口。进一步，MS可以同时完成PSC和SSC相关。为了改进接听微弱BTS的概率，可以使用不同闲置时隙上相关不相干组合。另外，当近似时间已知时，直接使用BCH而不是PSC/SSC变得更易计算变得可能。

上述BTS的位置和准确定时可以由MS用来计算其自己的位置，这在连续跟踪位置的情况下将有用，如，导航。不需反相-链路通信就能得到位置。

应该理解，信号中止的总闲置时段应至少一个时隙长，以确保从所有BTS来的所有可能的PSC/SSC组合都被收听。但是，通过将闲置时隙划分为几个段可以覆盖整个时隙。例如，一个时隙的第一半在一帧中可能被闲置，而在下一个帧中第二半时隙是闲置的。每个闲置时段最好包含一个保护段，以确保整个码在每个闲置时段期间被接收。因此，在使用的全部防卫时间和闲置时段的长度之间有一个权衡。较短的闲置时段导致一个较小的比特错误率(BER)和帧错误率。

移动定位面临的另一个问题，特别是在发展的UMTS WCDMA标准中，是一个到达时间/BTS(TOA-BTS)对问题，因可用的SSC的数量有限所引起。因为，在定位中，MS10报告一个特定SSC的一个TOA，如图2所示，TOA-BTS对问题是确定哪一个BTS传输特定的SSC。已经发现这种问题可以通过适当设计的系统和网络而减轻。例如，如果系统，只有一部分显示在图中，设计为有许多识别SSC，非常容易确定从哪一个BTS产生给定的SSC。使用传播Hadamard编码的一个优选的解决方案是一个合适设计的例子，其有多SSC，不会显著增加识别的计算负担。显然，更大的频率重用距离也可以帮助TOA-BTS配对。为间隔近的BTS使用同样的SSC的情况，偏移计划容许使用不同次，因此有助于始发BTS的识别。这种方法的问题是准同步BTS的需要，即，GPS或稳定的网络连接。尽管可以不同步而安排这些，如，2个相同传输时间偏移定时的BTS，这种方法也面临问题。

在一个为帮助TOA-BTS对而设计和配置的网络中，有不同的方法可以完成。作为初始的一步，应该选出相似的候选者，而放弃不相似的。这种初始选择可以基于不同的技术：估计功率，以前的BTS和时间偏移。在估计功率的技术中，在MS服务小区中对来自每一个候选BTS的平均接收功率上做出预测。那些低于给定功率阈值的被拒绝。这种技术的优点是，相关的计算可以脱线进行，并且当网络改变时才重新计算。其余的BTS构成一个初始的候选列表。同样的，如果一个BTS没有被涉及在一个定位或当前服务小区中的MS的SOHO中，甚至很长一段时间后，早先的BTS技术把那个BTS从候选列表中移去。最后，在时间偏移技术中，使用一个近似的MS位置，简单的预报MS将为给定BTS报告的适当TOA，由MS向特定的BTS报告的TOA是简单的。如果预报的TOA与向特定BTS报告的TOA之间的差异大于MS位置的不确定性，此特定的BTS从候选列表中被除去。服务小区相对小和BTS定时随机时，这种技术拒绝错误的BTS的可能性大。例如，如果符合位置不确定性的时间不确定性是64时间切片间隔，错误BTS拒绝的可能性为99.8％。SSC定时被设计的地方，这种可能行将上升。

实际上，应用上述技术后，有很大的可能性，最好是其组合，只有一个BTS重候选列表被保留。但是，应该理解，一小部分情况，2个(或更多)BTS保留在特定SSC的候选列表中。假设为了简单化，有2个保留的BTS在候选列表中(尽管以下方法可能对于较大数目来说是复杂的)，存在2种不同的情况。第一种情况中，只有一个为SSC报告的TOA，而另一种情况有2个。简单讲，第1种情况，问题是确定被检测SSC从哪一个BTS始发，第2种情况，问题是用正确的TOA匹配BTS。为达到这种更精确的选择，可以应用一种长编码(LC)检测，计算或/和估计功率技术。

如上所述，如果MS可以检测BTS中的一个LC，如，BCCH，配对问题就可解决。但是，在这个例子中S/I必然非常高。在计算技术中，给出一个成本函数，此方法选择能提供最好曲线配合的BTS。上述第二种情况，选择TOA-BS组合中最适合成本函数的一个。如果无需SSC可以计算SSC(及其不确定性)的位置，那么该位置可以用于消除其它的可能性选择。然而，如果在MS位置的BTS定时相同，计算技术选择正确的BTS时有困难，因为两种“匹配”也是一样的。因此，最好把这种不明确性从选择过程中分开，尽管如果必要计算技术将做出选择。应该理解，如果在MS位置上2个BTS的时间差很小，由于选择错误的BTS引起的位置误差就小。

计算技术有精度困难和没有TOA的帮助，MS位置不能被计算的地方，可以使用前述的结合初始选择描述的估计功率技术，选择有最好的功率适合的BTS。

以上所述是实现本发明的优选的实施例，本发明的范围不应仅限于此。被发明的范围在以下权利要求中加以详细说明。

Claims

1.一种用于确定其中的移动站(MS)的地理位置的无线通信系统，所述无线通信系统的特征在于包括：

基准定时装置，用于从至少一个相邻基站收发机系统(BTS)和一个服务基站收发机系统(BTS)，接收多个相应的到达时间(TOA)信号，所述基准定时装置在所述无线通信系统中的一个基准位置(12)；

用于选择至少一个近似TOA-BTS对的装置；和

计算装置，利用所述基准位置定位和所述至少一个近似TOA-BTS对计算所述无线通信系统中所述移动站(MS)的地理位置。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中所述无线通信系统还包括一个码分多址蜂窝电话系统。

3.根据权利要求2所述的无线通信系统，其中所述无线通信系统还包括一个宽带码分多址蜂窝电话系统。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中所述的基准定时装置计算所述各个传输定时之间的相应时间差。

5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其中所述计算装置使用一个闲置时隙下行链路链接。

6.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统，每一个在到所述移动站的各个下行链路上引入各自的闲置时段。

7.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的各自闲置时段不同时出现。

8.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中任何一个所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统的至少两个所述相应闲置时段同时出现。

9.根据权利要求8所述的无线通信系统，其中所述移动站向所述服务基站收发机系统报告所述至少两个闲置时段的同时出现，以及与其相对应的相应的同时闲置基站收发机系统的标识。

10.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中所述服务基站收发机系统向所述至少一个同时闲置的基站收发机系统发送一个时间信号，所述时间信号为至少一个所述同时闲置的基站收发机系统确定一个调整时间，用以调整所述闲置时段的计时。

11.根据权利要求10所述的无线通信系统，其中所述的时间信号在所述至少一个同时闲置基站收发机系统的帧结构中，确定所述闲置时段的再分配。

12.根据权利要求10所述的无线通信系统，其中所述的时间信号确定了所述至少一个同时闲置基站收发机系统的帧结构的移位。

13.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述移动站通过所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个计算后续闲置时段的出现时间。

14.根据权利要求13所述的无线通信系统，其中所述移动站在所述后续闲置时段出现期间完成位置计算。

15.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述的位置计算从到达时间差，到达时间和到达角度的组中选择。

16.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述的位置计算是对次同步码进行的，这些次同步码从一个或多个所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统发送过来。

17.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中所述移动站确定次同步码被发送的所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个。

18.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述移动站从所述位置计算中除去所述相邻基站收发机系统中给定的一个。

19.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述移动站向所述服务基站收发机系统发送位置计算。

20.根据权利要求19所述的无线通信系统，其中，所述用于计算所述移动站的所述地理位置的计算装置被设置于所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个。

21.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述服务基站收发机系统向所述移动站发送所述相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统中至少一个的所述相应传输定时。

22.根据权利要求21所述的无线通信系统，其中用于计算所述移动站的所述地理位置的所述计算装置位于所述移动站中。

23.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述移动站识别所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个的第一闲置时段的出现，根据此出现在一个给定基站收发机系统确定后续闲置时段的出现的预期时间。

24.根据权利要求23所述的无线通信系统，其中所述移动站在所述后续闲置时段出现的期间完成位置计算。

25.根据权利要求24所述的无线通信系统，其中所述的位置计算从到达时间差，到达时间和到达角的组合中选择。

26.根据权利要求24所述的无线通信系统，其中所述位置计算在由一个或多个所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统发送的次同步码上完成。

27.根据权利要求26所述的无线通信系统，其中所述移动站确定次同步码被发送的所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个。

28.根据权利要求24所述的无线通信系统，其中所述移动站从所述位置计算中除去所述相邻基站收发机系统中给定的一个。

29.根据权利要求24所述的无线通信系统，其中所述移动站向所述服务基站收发机系统发送所述位置计算。

30.根据权利要求29所述的无线通信系统，其中所述用于计算所述移动站的地理定位的计算装置被设置于所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个。

31.根据权利要求24所述的无线通信系统，其中所述服务基站收发机系统向所述移动站发送至少一个所述的相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的所述相应的传输计时。

32.根据权利要求31所述的无线通信系统，其中用于计算所述移动站的地理定位的计算装置被设置于所述移动站中。

33.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述闲置时段至少是一个时隙长。

34.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述闲置时段的每个都包括闲置和等于所述闲置时段之一的多个闲置子时段。

35.确定无线通信系统中移动站(MS)的地理位置的方法，所述方法包括步骤：

由位于所述无线通信系统中参考位置上(12)的基准定时设备，从至少一个相邻基站收发机系统(BTS)和一个服务基站收发机系统(BTS)接收多个相应的到达时间(TOA)信号；

为每一个所述至少一个相邻基站收发机系统(BTS)和所述服务基站收发机系统(BTS)测量各个相关的传输定时；

选择至少一个近似TOA-BTS对；

从所述各自的传输计时，所述参考定位位置和所述至少一个近似TOA-BTS对计算所述无线通信系统中的所述移动站的地理位置。

36.权利要求35所述的方法，还包括以下步骤：

通过所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个，计算所述各自传输计时之间的计时差，所述各定时差用所述各自的传输计时和所述基准计时设备的基准位置来计算。

37.权利要求35所述的方法，还包括以下步骤：

在到所述移动站的各自的下行链路上，闲置每一个所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统。

38.权利要求37所述的方法，其中所述闲置的步骤还包括：

随机化所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的所述闲置，所述随机化提供所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的非同时闲置。

39.权利要求37所述的方法，还包括：

通过所述移动站，计算所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统中给定的一个的的后续闲置时段的出现时间。

40.权利要求39所述的方法，还包括以下步骤：

通过所述移动站在所述后续闲置时段期间完成在移动站上的位置计算。

41.权利要求40所述的方法，其中所述位置计算从到达时间，到达时间差和到达角的组合中选择。

42.权利要求40所述的方法，还包括以下步骤：

从所述服务基站收发机系统，向所述移动站发送所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的所述各自的计时差。

43.权利要求42所述的方法，其中所述计算所述地理定位的步骤在所述移动站中完成。

44.权利要求40所述的方法，还包括以下步骤：

从所述移动站，向所述服务基站收发机系统发送所述位置计算。

45.权利要求44所述的方法，其中计算所述地理位置的所述步骤在所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个中完成。

46.权利要求39所述的方法，还包括：

通过所述移动站，确定所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统中给定的一个的第一闲置时段的出现；

通过所述移动站，计算在所述给定的一个基站收发机系统中的后续闲置时段出现的预期时间。

47.权利要求46所述的方法，其中所述位置计算从到达时间，到达时间差和到达角的组中选择。

48.权利要求46所述的方法，还包括以下步骤：

从所述服务基站收发机系统，向所述移动站发送所述至少一个相邻基站收发机系统和所述服务基站收发机系统的所述相应的计时差。

49.权利要求48所述的方法，其中所述计算所述地理位置的步骤在所述移动站中完成。

50.权利要求46所述的方法，还包括以下步骤：

51.权利要求50所述的方法，其中所述计算所述地理位置的步骤在所述至少一个相邻基站收发机系统或所述服务基站收发机系统中给定的一个中完成。