CN1290458A

CN1290458A - 移动通信系统中定位移动台的装置和方法

Info

Publication number: CN1290458A
Application number: CN99802808A
Authority: CN
Inventors: 孔胜铉
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-04-04
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2002532979A; CA2318038C; BR9908209A; KR100378124B1; JP2004215302A; KR20000038962A; RU2193286C2; AU738612B2; CN1153481C; AU1693200A; CA2318038A1; WO2000035208A1; JP3967329B2; US6275186B1; EP1055335A1

Abstract

一种在移动通信系统中定位移动台(MS)的装置和方法。在MS定位装置中,MS从至少3个邻近基站接收与预定时间同步的信号并且置于这三个基站中的一个服务基站内,模数转换器(ADC)将接收到的BS信号转换为数字码片样本数据,存储器存储码片样本数据,专用搜索器通过离线处理对从存储器接收到的码片样本数据进行相关运算,以检测至少两个信号,并计算出这两个信号的信干比(SIR)和到达时间差(TDOA),控制器基于从专用搜索器接收到的SIR和TDOA来估计MS的位置。

Description

移动通信系统中定位移动台的装置和方法

发明背景

1．本发明领域

本发明一般涉及无线通信领域，具体涉及在移动通信系统中确定移动台(MS)位置的装置和方法。

2．相关技术说明

美国的FCC(联邦通信委员会)提出，在2001年10月之前，对于在125m或更小的误差内的概率达到67％的紧急情况911(E911)，应该实施MS定位服务。因此，CDMA(码分多址)标准(IEA／EIA／IS-95)和IMT-2000(国际移动通信-2000)系统通过采用称为“PUF”(功率增大功能)的反向链路功能，尽可能地提供MS定位服务。PUF是MS定位方案，在该方案中，MS在紧急情况下采用逐渐增大的功率通过反向信道向多个邻近的基站(BS)发送示踪信号(probe)，以通知BS其所在位置，这样，每个BS就能通过估计信号到达BS所用的时间来计算BS和MS之间的距离。PUF由IS-95B提供。

然而，PUF的实施导致了干扰的增加和系统执行的减少。为了克服这个问题，本发明提供了用于连续定位的MS定位方法。MS定位方案操作所遵循的原则是，在CDMA通信系统中MS接收前向链路信道上的激活导频或其它相邻导频，并从相邻的BS估计其相对位置。另外，通过采用至少两个从BS接收的信号的到达时间差(TDOA)，来确定MS距离至少三个BS的相对位置。在本发明中，通过测量每个BS信道的TDOA和SIR(信干比)，来有效地确定MS在与GPS(全球定位系统)同步的CDMA通信系统中的位置。

本发明概述

因此，本发明的一个目的是，提供一种在同步操作的移动通信系统中，通过测量从相邻BS接收到的前向导频的TDOA和SIR，定位MS的装置和方法。

本发明的另一个目的是，提供一种在移动通信系统中，采用专用搜索器来定位MS的装置和方法。

简言之，通过为MS提供MS定位装置，来实现上述和其它目的。MS从至少三个邻近的BS接收与预定时间同步的信号，并置于这些至少三个BS中的服务BS中。在MS定位装置中，模数转换器(ADC)将从BS接收到的信号转换为数字码片样本数据，存储器存储码片样本数据，专用搜索器通过离线处理将从存储器接收到的码片样本数据作相关运算，以检测至少两个信号，并计算出这两个信号的信干比(SIR)和到达时间差(TDOA)，并且控制器控制专用搜索器以获取对SIR和TDOA的较好估计值。

附图的简要说明

通过参照附图以及下面的详细说明，将会更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中：

图1是表示其中的服务BS置于中心并且四周有六个BS的六边形小区中；

图2A是表示按照本发明的第一个实施例，包含了用于MS定位的专用搜索器的MS接收器的方框图；

图2B是表示按照本发明的第二个实施例，包含了用于MS定位的专用搜索器的MS接收器的方框图；

图3A是表示按照本发明的第三个实施例，包含了用于MS定位的专用搜索器的MS接收器的方框图；

图4是表示按照本发明的实施例，用于MS的专用搜索器的方框图，该专用搜索器既用作搜索器，也用作时间跟踪器，以准确测量TDOA；

图5是表示按照本发明的实施例，当专用搜索器获取了TDOA和SIR时，MS定位控制操作的流程图；

图6A和6B是表示按照本发明的实施例，当获取了其SIR大于SIR阈值的三个导频信号时，MS定位算法的方框图；

图7是表示按照本发明的实施例，当从BS获取了其SIR大于SIR阈值的两个导频信号时，MS定位算法的方框图；以及

图8是表示按照本发明的实施例，当从BS获取了两个导频信号时，采用这两个导频信号的SIR和BS测量的RTD(往返程延迟)的MS定位算法的方框图。

优选实施例的详细描述

下面将参照附图说明本发明的优选实施例。在下面的说明中，没有详细说明公认的功能或结构，以避免出现不必要的细节而混淆本发明。

下面的描述遵循的是，在本发明中，尽管前向导频信道被描述为用作测量BS和MS之间的距离的介质，但这是一个示范例。显然，所有或一些MS共享的信道是候选信道，如当前IS-95系统中提供的辅助导频信道、同步信道、以及寻呼信道。

本发明实施例的观念是，最优的未编码的前向导频信道数据，根据其时序和相位，用于MS的定位。本发明实施例的MS定位方法可应用于按需定位和连续定位。当MS或BS发出请求时，都可确定进行MS定位。另外，系统和MS可以支持MS定位，以进行导航服务。正规六边形小区用作MS-BS地理模型，其中有一BS，此时为BS1，四周有六个BS的BS1，如图1所示。

为了确定MS的位置，MS应该从包括服务BS，即BS1在内的多个BS接收具有可测量SIR的导频信号。再者，当MS在服务BS或其它BS的附近时，由于从附近BS发送的信号干扰了来自其它BS的导频信号，所以，MS将不能从其它BS中接收具有足够SIR的导频信号。距BS1特定距离的MS中接收的前向导频信号P1的SIR通常表示为：

(Ec / It) | p 1 = \frac{β \times p 1 \times L (d 1)}{[p 1 \times L (d 1) + Σ (pi \times L (di))]} i = 1, 2, 3 \dots \dots (1)

这里，β是导频发送功率与BS1的总发送功率的比率，p₁是BS1的总前向发送功率，p_i是BS i的前向发送功率，d_i是MS与BS i之间的距离，一般表示为L(d_i)=Cxd_i ^-4，其中C是常数。在特定位置的MS中接收到的P_i(i=1，2，3，…)的SIR可用方程1估计出来。反之，对于特定位置的MS，通过采用邻近BS的SIR和位置信息、PN偏移量、方向、每个扇区的角度、以及地理信号衰减因子，可估计出地面上每个位置上的每个导频信号的SIR。通过比较估计的SIR和MS实际测量得到的SIR，确定MS的位置。

下面将详细描述采用SIR的MS定位方法。

当要确定MS的位置时，MS计算接收到的每个导频信号的TDOA和SIR。此处，TDOA是指在特定的MS，两个BS同步信号(如导频信号)之间的到达时间差。目前的IS-95 CDMA MS中可用的搜索器，对前向导频的TDOA和SIR进行测量。但是，当搜索器试图测量下一个导频信号的TDOA和SIR时，由于IS-95 CDMA MS搜索器可一次测量一个导频信号的TDOA和SIR，因此参考时间会由于为MS提供参考时间的激活导频信号的无线电传播路径的变化而发生变化。

为了解决所导致的TDOA测量不准确的问题，在本发明实施例中，MS存储所有接收到的信号，并通过离线处理计算每个导频信号的TDOA和SIR。基本上，可采用至少三个BS信号来确定MS的位置。下面将描述通过离线处理在具有专用搜索器的MS，如何获取至少三个BS信号。

在如图2A所示的MS接收器中，AGC(自动增益控制器)214的输出存储在暂时存储器218中，专用搜索器220通过离线处理从存储数据中计算TDOA和SIR。在本发明的实施例的连续定位中，将接收到的码片样本数据存储在暂时存储器中，并从码片样本数据连续地计算TDOA和SIR。专用搜索器的分配表明，除了用于支持现有IS-95 MS所用的瑞克接收器的搜索器以外，还可以为MS定位服务增加其它的搜索器。在控制器219的控制下，将专用搜索器220中用于MS定位的相关积分时间(此后称作相关长度)调整为所需值，以检测相应导频信号的相位，从而在专用搜索器220中计算其TDOA。为此，专用搜索器220在干扰严重的区域增加相关长度，这样甚至可检测具有低SIR的导频信号的相位。也就是说，通过增加相关长度，能够检测具有低SIR的导频信号或干扰太大的导频信号的相位。

由三个测量到的TDOA确定MS位置的方法在数学上已存在，称为“闭合形解”。但是，由于BS(多个BS)的导频信号是经多径到达MS的，所以通过这种机理确定的MS位置可能不准确。在MS定位中多径的传播成为严重的误差。在上述采用TDOA的计算方案中，很难补偿多径传播延迟误差并且估计那些延迟误差是如何介入MS定位的。另外，由于多径信号分量的间歇、瞬时、或连续接收，MS定位中会含有连续误差分量。因此，本发明的实施例采用导频信号的SIR来增加基于TDOA的MS定位的可靠性。理论上，从每个BS发送的导频信号的SIR基于MS的位置而变化，并代表一个固定的MS位置，这样可以通过测量从多个BS发送的导频信号的SIR，确定MS的位置。

实际上，特定MS位置上的SIR既不等于理论SIR，也不是常数。根据本发明的实施例，在采用SIR的MS定位方法中，对接收到的导频信号的SIR由特定的滤波器(如平均滤波器，或设置了上、下限的滤波器)进行滤波，计算MS和每个BS之间的距离，并基于SIR和该距离来估计MS的位置。然后，通过将由SIR(SIR定位)估计的MS位置与由TDOA(TDOA定位)估计的MS位置进行比较，最后确定MS的位置。从而，使得基于TDOA的MS定位方法成为可靠的方法。

按照本发明的实施例确定MS位置的方法可从两个方面来考虑。首先，为了确定TDOA位置，要获取其SIR大于SIR阈值的导频信号的PN偏移量、发送导频信号的BS的位置、以及导频信号的TDOA，然后计算对于BS的MS的相对位置。另一方面，为了使基于SIR的定位可行，采用了除衰减改变的导频SIR的因子以外的所有因子(包括PN偏移量和导频信号的TDOA、BS的位置和天线高度、扇形天线情况下扇形天线的方向和波束宽度、以及地理信号衰减信息)，来检测BS发出的其SIR大于SIR阈值的导频信号的SIR分布。此处，可通过在预定时间周期进行平均来减少衰减影响。然后，采用特定位置的导频信号的SIR来计算MS与相应BS之间的距离，并且根据计算出的距离，确定相对于各邻近BS的MS的相对位置。

由通过上述方法获得的TDOA和SIR位置，来确定MS的最终位置，MS位置的最终确定可用很多种算法实现：

(1)通过对平均SIR位置和平均TDOA位置进行求平均值，确定MS的最终位置；

(2)通过使用TDOA位置的变化量和SIR位置变化量的倒数作为TDOA运算的权值，来确定MS的最终位置；

(3)标准偏差的倒数代替(2)中的权值；并且

(4)计算TDOA位置和SIR位置之间的差值，差值的倒数用作平均SIR位置和平均TDOA位置的权值，从而，计算出最终位置。

在方法(2)、(3)以及(4)中，当两个测量的位置相差很多时，计算最终位置时采用小的权值，当两个测量的位置相近时，计算最终位置时采用大的权值。

当MS测量到三个不同BS导频信号的强度时，本发明的实施例基本上提供了定位MS的方法。也就是说，MS应能够接收来自至少三个BS的具有足够SIR的导频信号，这在很多区域内是不可能的。因此，本发明的实施例提出，即使是在只获取到两个导频信号的最坏的情况下，也能在MS的定位方法中确定MS的位置。通过采用由两个不同的BS导频强度测量值生成的一个TDOA而计算出的MS可能位置，在两个BS之间形成抛物线(parabola)。在抛物线上的任一位置，MS测量得到的两个导频SIR是不同的。因此，通过对从两个SIR得到的SIR位置进行滤波，可获取可靠的SIR的最终位置。然后，通过检测与最终SIR位置匹配最佳抛物线上的位置，确定MS的位置。

当BS发送其SIR大于SIR阈值的两个导频信号时，不能根据两个导频信号计算TDOA。在这种情况下，利用SIR和往返程延迟(RTD)定位MS。也就是说，如果两个导频是从同一个BS接收的，则意味着MS处于BS扇区的相交区域。根据两个导频的SIR的平均，确定从BS到MS的方向。然后，利用MS的方向和RTD，确定MS的最终位置。

图2A是表示按照本发明的第一个实施例，通过使用专用搜索器，暂时存储前向信道数据并确定MS位置的MS接收器的方框图。

参照图2A，RF(射频)模块211将通过天线接收到的RF信号降频转换为IF(中频)信号。然后，将IF信号转换为基带信号。在AGC 214的控制下，放大器212将RF模块211的输出放大，以适合ADC(模数转换器)213的动态范围。通过采样和量化，ADC 213将放大器212的输出转换为数字信号。ADC 213的输出数据是码片样本数据。AGC 214控制放大器212的增益，从而将放大器212的输出信号的范围保持在预定电平。瑞克(rake)接收器215解扩从AGC 214接收到的多径信号，并合成解扩信号。消息处理器216对瑞克接收器215的输出进行解码，从而恢复原始数据。此处，控制数据加到控制器219。控制器219对从消息处理器216接收到的恢复后的消息数据进行处理，并为MS提供总体控制。例如，控制器219在测量请求时刻控制开关217以定位MS，并且通过开关217来分配地址，从而将码片样本数据存储在暂时存储器218中，然后控制存储的码片样本数据，传送给为MS定位而计算TDOA和SIR的专用搜索器220。在控制器219的控制下，开关217切换，以将AGC 214的输出数据提供给暂时存储器218使用。在控制器219的控制下，暂时存储器218在相应地址对通过开关216接收到的前向信道数据(即码片样本数据)进行存储，并将存储的数据馈送给专用搜索器220。专用搜索器220采用从控制器219接收到的相关长度和PN偏移量，对从暂时存储器218接收到的码片样本数据进行相关运算，计算其SIR大于SIR阈值的前向导频信号的SIR和TDOA，并将计算出的SIR和TDOA馈送给控制器219。将SIR和TDOA提供给数字信号处理器(DSP)，从而使MS估计其位置；或者，将SIR和TDOA提供给反向发送器，从而使BS估计MS的位置。

图2B是表示按照本发明的第二个实施例，除了图2A所示的部件以外，还包括第二个ADC 221的MS接收器的方框图。

参照图2B，在控制器219的控制下，第二个ADC 221控制量化电平的数目，从而能准确地检测具有很低SIR的导频信号。传统的MS忽略了对附加ADC的需要，而对采用了用于测量多个导频强度的定位专用搜索器的MS来说，附加ADC是必须的。基于测量到的激活导频的SIR，控制器219控制第二个ADC 221的量化电平数(即量化单位)。随着激活导频的SIR的增加，控制器219也增加了量化电平数。例如，根据第二个实施例，MS可以按传统方法将ADC的输出设定为4位，将第二个ADC的量化电平数设定为16。但是，如果除激活导频外的BS导频信号具有半个量化单位或低于半个量化单位的幅度，那么量化的输出几乎不包括BS的导频分量。因此，通过将第二个ADC 221的输出的位数增加到4、8或16位，控制器220控制量化电平单元变得更密，或者通过将位数设置为8、12或16的缺省值，控制器220能够检测到具有低SIR的导频信号。AGC 214控制连向第二个ADC221的放大器212的输出。通过开关217，第二个ADC 221的输出存储在暂时存储器218中。通过控制开关217，控制器219获得在所需时间周期内接收到的数据。

如上所述，按照本发明的第一个和第二个实施例，MS接收器将在预定时间周期内接收到的码片样本数据存储在暂时存储器中，并在专用搜索器中通过离线处理来处理码片样本数据，从而计算TDOA和SIR。从存储的码片样本数据获取所有的前向输入导频信号，这样为MS提供参考时间的激活导频信号的相位就能够保持为常数。

此处，在检测相关峰值点的多个导频信号之前，专用搜索器增加相关长度。稳定的相关峰值点是指专用搜索器在该点连续获取某个相关峰值的点。控制器219通过监测专用搜索器220的输出来调整相关长度。控制器219将用于从先前的码片样本数据中计算SIR和TDOA的相关长度发送给专用搜索器220，从而从存储在暂时存储器218中的新码片样本数据中计算出当前的TDOA和SIR。当得到的相关峰值大于SIR阈值时，通过以减小的相关长度进行相关运算，计算出TDOA和SIR。在减小的相关长度几乎满足SIR阈值的情况下，控制器219在从下一个码片样本数据中计算TDOA和SIR时，使用该相关长度。这种方法减少了MS的功率损耗，并且当在相对短的时间间隔内进行MS定位时，允许快速MS定位。

图3A表示是按照本发明的第三个实施例，用于连续定位的MS接收器的方框图。

参照图3A，RF模块311将通过天线接收到的RF信号降频转换为IF信号，然后将IF信号转换为基带信号。放大器312在AGC 314的控制下，将RF模块311的输出放大以适合ADC 313的动态范围。通过采样和量化，ADC 313将放大器312的输出转换为数字信号。AGC 314控制放大器312的增益，从而将放大器312的输出信号保持在预定电平。指状部件(Finger)315至335接收相应相位的信号，并解扩接收到的信号。搜索器316搜索接收到的信号，改变其相位，并将测量到的相位馈送给指状部件315至335。组合器318将从指状部件315至335接收到的信号进行组合。消息处理器320对组合器318的输出进行解码，从而恢复原始数据。此处，控制数据加到控制器320。控制器320对从消息处理器319接收到的恢复后的消息数据进行处理，并为MS提供总体控制。控制器320将相关长度和PN偏移量馈送给专用搜索器317，从而测量至少三个BS前向导频的强度。专用搜索器317采用相关长度和PN偏移量，对前向导频信号进行相关运算，计算其SIR大于SIR阈值的前向导频信号的SIR和TDOA，并将计算出的SIR和TDOA馈送给控制器320。

图3B表示是按照本发明的第四个实施例，除了图3A所示的部件外，还包括第二个ADC 321的MS接收器的方框图。

参照图3B，与图2B中的第二个ADC 221类似，第二个ADC 321用于获取具有低SIR的相邻导频的量化输出。ADC 321基于激活导频的SIR来改变量化电平数，或从开始就设置4和或更多(如，8、12和16)的量化电平数。

如上所述，图3A和3B所示的MS接收器与目前的CDMA MS接收器的不同之处在于，前者还包括传统意义上用于呼叫的瑞克接收器结构(三个指状部件和有关搜索器)，以及用于检测多个前向导频信号的专用搜索器。在这种情况下，就不需要图2A和2B所示的开关和暂时存储器。但是，由于在如图3A和3B组成的MS中专用搜索器一次只检测一个前向导频信号，所以，当检测到其它导频信号的相关峰值点时，激活导频信号的相位会改变，从而导致TDOA的不准确。然后，控制器监测专用搜索器的输出，这样，专用搜索器不会对相邻列表上的所有导频偏移量进行相关运算，而只是对具有高SIR的5-6个导频信号进行相关运算。因此，几乎可以在同一时间计算TDOA。

图4是表示用于图2A到3B中所示的MS接收器的专用搜索器的方框图。

图4所示的专用搜索器可以是新配置的，也可以是在现有的搜索器部件基础上，通过在现有搜索器上增加用于使TDOA时间分辨误差最小的时间跟踪块修改而成的。或者，专用搜索器也可以是这样的构成：对于粗略获取后超过SIR阈值的最早的路径峰值，它还可以以1／8或更小的码片为单位检测导频，也就是说，在传统的搜索器中，是以1／2的码片为单位进行导频检测的。在本发明中，搜索器块执行粗略获取，然后时间跟踪器执行精细分辨搜索。当时间跟踪器搜索最佳的TDOA时，搜索器块采用其它的导频PN偏移量来搜索导频信号。这种方案的优点在于：在相同的硬件复杂程度的条件下，与1／2和1／8码片导频搜索的设计相比，从一个导频检测到最佳TDOA所需的时间减少了。

参照图4，搜索器411执行与现有的搜索器相同的功能，但它不对预定数目的高相关峰值进行分类，而是存储所有大于SIR阈值的相关峰值。也就是说，搜索器411检测搜索到的导频信号的峰值，并输出峰值的时间偏移量索引(时间延迟)和SIR。此处，时间偏移量索引是指MS从其参考时间的信号传播延迟。

在从搜索器411接收到的时间偏移量索引中，路径选择器412检测与最早路径对应的时间偏移量索引，并在对应于时间偏移量索引的时间点输出SIR。最早路径的时间偏移量索引可以与为MS提供参考时间的激活导频的偏移量索引不同，并且它们之间的差异可在最终输出TDOA时进行补偿。

基于从路径选择器412接收到的时间偏移量索引，PN码发生器413生成相应导频信号的PN码。这个过程与传统的过程是一样的，在传统的过程中，传统的指状部件从搜索器接收偏移量索引，并按照时间偏移量索引生成相应导频信号的PN码。

抽选器(decimator)414采用当前的采样时间输出1／2码片(Tc／2)早期样本和1／2后期样本(Tc／2)，从而校正最高的相关峰值的采样定时。

相关器415对从PN码发生器413接收到的PN码和抽选器414的输出进行相关运算。由于抽选器414输出早期信号分量和后期信号分量，所以，相关运算采用的是早期信号样本和后期信号样本。

时间跟踪器416接收早期信号相关值和后期信号相关值，通过1／8码片单元或更小的单元计算时间偏移量补偿值，并生成得出的补偿值，作为用于抽选器414的控制信号。另外，抽选器414按照时间跟踪器416的输出调整抽选点。

累加器417累加时间跟踪器416的时间偏移量补偿值，并将累加值输出给累积装置418。

基于从路径选择器412接收到的最早路径的偏移量索引的总和以及从累加器417接收到的时间延迟补偿值，累积装置418计算整个时间延迟。也就是说，累积装置418的输出是相对于MS参考时间的相对TDOA值。

当MS根据服务BS和激活导频的相位进行操作而激活导频的最早路径变化，并且参考时间发生误差时，参考时间补偿器419补偿参考时间误差，并通过参考时间补偿的应用，对与其它导频有关的TDOA进行补偿，从而输出准确的TDOA。

一般地讲，搜索器按以下次序检测导频信号：激活(t₀)、相邻(t₁+t₀)、相邻2(2*t₁+t₀)、…相邻N(N*t₁+t₀)、激活((N+1)*t₁+t₀)、相邻1((N+2)*t₁+t₀)、相邻2((N+3)*t₁+t₀)、…相邻N(2*N*t₁+t₀)、激活((2*N+1)*t₁+t₀)、…。此处，括号()中的内容指明了检测时间。如果激活导频的检测时间是t₀，并且要开始检测其它导频信号的时间是t₀+t₁，那么第十个导频的测量时间为t₀+10*t。由于搜索器是周期地或顺序地检测导频信号，所以当检测到相邻导频时，激活导频的相位可能会改变。但是，本发明只检测具有高SIR的几个相邻导频，从而几乎在同一时间获取TDOA，并且图4所示的参考时间补偿器419对检测激活导频信号时获取的当前参考时间与原始参考时间的偏差进行补偿。

图5是表示用于MS的控制操作的流程图，其中，控制器控制专用搜索器采用多个TDOA和SIR进行MS定位。尽管控制操作可应用于图2A到3B所示的任意一个MS接收器，但是，下面将仅根据图2A所示的MS接收器的上下文进行说明。

参照图5，控制器219在步骤511，确定用于对存储在暂时存储器中的码片样本数据进行相关的相关长度N(^2K(1))，并在步骤513确定PN偏移量。该相关长度用于先前的码片样本数据，而且PN偏移量从关于相邻BS的信息中选择，相邻BS的信息是从参考BS和具有高SIR的相邻导频信号接收的。在步骤515，专用搜索器220采用相关长度和PN偏移量，对从存储器218接收到的码片样本数据进行相关运算，并将得出的TDOA和SIR输出给控制器219。此处，专用搜索器220在控制器219控制下只向DSP或反向发送器输出其SIR大于SIR阈值的导频信号的TDOA和SIR。

在步骤517，控制器219监测专用搜索器220的输出，以确定是否获取了其SIR大于SIR阈值的导频信号。SIR阈值设定为等于或大于由相关长度确定的干扰信号相关值。如果该值等于或大于阈值，那么控制器219进到步骤519。否则，进到步骤521。在步骤519，控制器219确定是否已从不同的BS获取了至少三个导频信号。如果获取的信号的数目至少是三个，那么控制器219进到步骤531。如果获取的信号的数目少于三个，那么控制器219进到步骤521。

当在步骤519至少获取了三个信号的情况下，至少会得到三对TDOA-SIR。例如，假设给出导频信号i、j和k，其中i是激活导频，计算出的TDOA是tdoa_ij(导频信号i的到达时间-导频信号j的到达时间)、tdoa_ik以及tdoa_jk。而计算出的SIR是sir_i、sir_j以及sir_k。因此，控制器219在步骤531基于TDOA和SIR估计最佳位置。当MS从不同的BS接收到至少三个导频信号时，采用上述方法。

当在步骤519至少获取了三个信号的情况下，在步骤521，控制器219判断是否已获取(相关运算得到)所有的相邻导频信号，也就是说，是否已完成了采用用于MS定位的预定PN偏移量值的相关操作。如果相关操作已完成，则控制器219进到步骤523。如果确定还剩余有用于相关操作的PN偏移量，那么控制器219返回执行步骤513，从而采用其它相邻导频的PN偏移量对输入信号进行相关运算。

在步骤523，控制器219判断相关长度是否达到最大值。如果是最大相关长度，那么控制器219进到步骤525，否则，控制器219进到步骤535 。控制器219在步骤535将相关长度增加一个单元，并返回步骤515进行相关运算。

在步骤525，控制器219判断是否已获取了其SIR大于SIR阈值的两个信号。如果获取信号的数目是两个，那么控制器219进到步骤527。另一方面，如果获取信号的数目少于两个，那么控制器219在步骤537执行定位失败例程。

在检测到两个导频信号的情况下，控制器219在步骤527判断是否已从一个基站接收到两个信号。如果已从一个基站接收到两个信号，那么控制器219进到步骤533。如果是从不同的基站接收到的信号，那么控制器219进到步骤529。

在步骤529，控制器219基于从两个获取的导频信号得到的一个TDOA(tdoa_ij)和两个SIR(sir_i和sir_j)，估计最佳的MS位置。到这里，已经说明了第二种方法。

如果在步骤527从一个BS接收到两个信号，那么在步骤533，控制器219基于从专用搜索器220接收到的SIR，估计MS的方向，并利用由激活BS计算出的RTD计算MS和BS之间的距离，从而估计最终的位置。这是第三种定位方法。此处，在MS或在用于测量MS位置的上层系统中，执行步骤529、531和533。

如上所述，可以有三种方法确定MS的位置：(1)如在步骤531从不同的BS接收到至少三个导频信号时；(2)如在步骤529从不同的BS检测到两个导频信号；以及(3)如在步骤533从一个BS接收到两个导频信号。

第一种方法将参照图6A和6B进行说明。

首先，将参照图6A说明采用三个TDOA来确定MS的位置。计算器612计算从专用搜索器611接收到的不同BS的导频信号i、j和k的TDOAtdoa_ij、tdoa_ik以及tdoa_jk。存储器613从在位置(x，y)由位于i、j和k的BS接收到的导频的TDOA中求出TDOA映射(map)。也就是说，对在位置(x，y)的MS中接收到的导频i、j和k的TDOA进行计算和存储。然后，比较器614将三个TDOA的组合(tdoa_ij，tdoa_ik)、(tdoa_ij，tdoa_jk)以及(tdoa_ik，tdoa_jk)与TDOA映射进行比较，并获取最好的匹配位置坐标(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)。滤波器615对代表三个位置坐标的信号进行滤波，并且获得最终的MS位置(X，Y)。此处，滤波器是移动平均滤波器。

三个SIR的MS定位方法将参照图6B进行说明。计算器622计算从专用搜索器621接收到的不同BS的导频i、j和k的SIR，sir_i、sir_j以及sir_k。存储器623在考虑了包括每个BS的位置、天线增益和天线高度在内的所有的SIR影响因素情况下，计算在任一位置(x，y)接收到的每个BS导频的SIR，并求出先前计算出的SIR映射。计算器624将三个SIR与SIR映射进行比较，从而获取最好的匹配位置(x，y)。滤波器625对三个结果进行滤波，从而得到最终位置(X，Y)。此处，滤波器是移动平均滤波器。通过比较TDOA位置和SIR位置得到最终的MS位置。这里，可以进一步地考虑，是对SIR位置而不是对TDOA位置进行滤波，并且对得出的TDOA和SIR位置进行平均，从而得到最终估计的MS位置。

第二种方法将参照图7进行说明。

计算器712计算从专用搜索器711接收到的不同BS的导频信号i和j的SIR和TDOA，sir_i、sir_j以及tdoa_ij。存储器713在考虑了包括每个BS的位置、天线增益和天线高度在内的所有的SIR影响因素情况下，计算在任一位置(x，y)接收到的每个BS导频的SIR，并求出SIR的映射。存储器713还从在位置(x，y)接收到的导频i和j的TDOA求出TDOA映射。也就是说，对在位置(x，y)的MS中接收到的导频i和j的TDOA进行计算和存储。然后，比较器714将sir_i、sir_j以及tdoa_ij与SIR和TDOA的映射进行比较，并获得最佳匹配位置。滤波器715对代表了三个位置的信号进行滤波，并且获得最终的MS位置(X，Y)。此处，滤波器是移动平均滤波器。如上所述，第二种方法是在只接收到两个其SIR大于SIR阈值的不同BS导频的情况下应用。也就是说，MS可能的位置表示为从两个导频的TDOA的抛物线，并且在抛物线上检测与测量到的SIR相近的SIR的位置。

第三种方法将参照图8进行说明。

计算器812计算从专用搜索器811接收到的BS的导频信号i和j的SIR，sir_i和sir_j。基于有关BS的扇区方向、扇区的相交区域以及天线发送功率模式的信息，存储器813对从同一个BS的不同扇区在任一位置(x，y)接收到的导频信号i和j的SIR速率进行计算，并存储SIR速率信息。然后，比较器814从SIR信息中获得MS相对于BS的方向，并且滤波器815对代表MS方向的信号进行滤波，并且获得最终的MS位置。此处，滤波器是移动平均滤波器。距离计算器817由BS调制解调器816对MS和BS(RTD／2×光速)之间的距离进行计算。位置估计器818基于滤波后的MS方向和测量到的距离，估计MS相对于BS的位置。如上所述，在没有接收到足够数量的其SIR大于SIR阈值的导频信号但已从同一个BS接收到两个导频的情况下，应用第三种方法。也就是说，采用两个检测到的导频的SIR对MS相对于BS的中心的方向进行估计，并对BS和MS之间的距离进行计算，从而估计MS的最终位置。

如上所述，按照本发明，采用前向信道信号来确定MS的位置，并且采用专用搜索器来有效地产生数据。专用搜索器从其它BS以及服务BS以同样方式获得信号以减少信号干扰，从而能够确定MS的位置。此外，本发明的实施例中，基于TDOA的定位方法和基于SIR的定位方法增加了MS定位的准确性。

尽管本发明是参照特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明特定精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims

1．一种用于在移动通信系统中，基于从多个邻近的基站(BS)接收到的信号，对移动台(MS)定位的装置，包括：

模-数转换器(ADC)，用来将接收到的信号转换为数字码片样本数据；

存储器，用来在要求的测量时间内存储ADC提供的码片样本数据；

专用搜索器，用于基于相关长度和PN(伪随机噪声)偏移量从码片样本数据中检测出至少两个满足阈值的信号，并计算出检测到的信号的信干比(SIR)和到达时间差(TDOA)，以及

控制器，用于基于由专用搜索器提供的SIR和TDOA，向专用搜索器输出相关长度和PN偏移量。

2．如权利要求1所述的装置，其中，控制器为专用控制器提供至少一个用于所述邻近基站的PN偏移量的相关长度和所述PN偏移量。

3．如权利要求2所述的装置，其中，阈值基于相关长度。

4．如权利要求2所述的装置，其中，当专用搜索器未能检测到信号时，控制器将相关长度增加预定长度。

5．如权利要求1所述的装置，其中，专用搜索器采用用于先前码片样本数据的相关长度，对新近存储在存储器中的码片样本数据执行相关运算，并且当通过执行相关运算而检测到的特定信号超出基于所述相关长度接收到的信号的阈值时，所述专用搜索器在减小相关长度的同时执行相关运算，直到满足所述的阈值。

6．如权利要求1所述的装置，其中，根据来自邻近BS中的服务BS的SIR，控制器控制ADC的量化单元。

7．如权利要求1所述的装置，其中，专用搜索器包括：

搜索器，用于基于控制器提供的相关长度和PN偏移量，从码片样本数据中输出满足阈值的信号的SIR和偏移量索引；

路径选择器，用于从搜索器提供的偏移量索引中选择对应于最早的路径的偏移量索引，并选择对应于所述偏移量索引的SIR；

PN发生器，用于基于来自控制器的PN偏移量和来自路径选择器的偏移量索引，产生对应信号的PN码；

抽选器，用于基于码片样本数据中的特定样本，提取早期样本以及与所述早期样本分开预定码片周期的后期样本；

相关器，用于通过基于相关长度对来自PN发生器的PN码和来自抽选器的早期和后期样本执行相关运算，输出早期信号相关值和后期信号相关值；

时间跟踪器，用于根据早期信号相关值和后期信号相关值，输出时间偏移量校正值；

累加器，用于根据相关长度累加来自时间跟踪器的时间偏移量校正值；

累积装置，用于采用通过累加器累加得到的时间偏移量校正值，校正来自路径选择器的时间偏移量索引，从而输出TDOA；以及

参考时间补偿器，用于补偿TDOA的参考时间误差。

8．一种用于在移动通信系统中，基于从多个邻近BS接收到的信号，对MS定位的装置，包括：

ADC，用于将接收到的信号转换为数字码片样本数据；

专用搜索器，用于基于相关长度和PN偏移量从码片样本数据中检测出至少两个满足阈值的信号，并计算检测到的信号的SIR和TDOA；以及

9．如权利要求8所述的装置，其中，控制器为专用控制器提供至少一个用于所述邻近BS的PN偏移量的相关长度和所述PN偏移量。

10．如权利要求9所述的装置，其中，阈值基于相关长度。

11．如权利要求所述的装置，其中，当专用搜索器未能检测到信号时，控制器将相关长度增加预定长度。

12．如权利要求8所述的装置，其中，根据来自邻近BS中的服务BS的SIR，控制器控制ADC的量化单元。

13．如权利要求8所述的装置，其中，专用搜索器包括：

参考时间补偿器，用于补偿TDOA的参考时间误差。

14．一种用于在移动通信系统中，基于从多个邻近BS接收到的信号，对MS定位的方法，所述方法包括以下步骤：

将接收到的信号转换为数字码片样本数据；

基于相关长度和PN偏移量量，从码片样本数据中检测出至少两个满足阈值的信号，并计算出检测到的信号的SIR和TDOA；以及

基于SIR和TDOA，向专用搜索器输出相关长度和PN偏移量。

15．如权利要求14所述的方法，其中，在相关长度的输出步骤中，输出至少一个所述邻近BS的PN偏移量的相关长度和所述PN偏移量。

16．如权利要求15所述的方法，其中，阈值基于相关长度。

17．如权利要求14所述的方法，其中，当未能检测到信号时，将相关长度增加预定长度。

18．如权利要求14所述的方法，其中，根据来自邻近BS中的服务BS的SIR，控制数字转换的量化单元。

19．如权利要求14所述的方法，其中，计算步骤包括以下步骤：

基于相关长度和PN偏移量，从码片样本数据中输出满足阈值的信号的SIR和偏移量索引；

从搜索器提供的偏移量索引中选择对应于最早的路径的偏移量索引，并选择对应于所述偏移量索引的SIR；

基于PN偏移量和偏移量索引，产生对应信号的PN码；

基于码片样本数据中的特定样本，提取早期样本以及与所述早期样本分开预定码片周期的后期样本；

通过基于相关长度对早期样本和后期样本执行相关运算，输出早期信号相关值和后期信号相关值；

根据早期信号相关值和后期信号相关值，输出时间偏移量校正值；

根据相关长度累加时间偏移量校正值；

采用累加的时间偏移量校正值，校正时间偏移量索引，以输出TDOA；以及

补偿TDOA的参考时间误差。

20．一种用于在移动通信系统中，基于从多个邻近BS接收到的信号，对MS定位的方法，所述方法包括以下步骤：

将接收到的信号转换为数字码片样本数据；

在要求的测量时间内，存储码片样本数据；

基于相关长度和PN偏移量量，从码片样本数据中检测出至少两个满足阈值的信号，并计算出检测到的信号SIR和TDOA，以及

基于SIR和TDOA，向专用搜索器输出相关长度和PN偏移量。

21．如权利要求20所述的方法，其中，在相关长度的输出步骤中，输出至少一个所述邻近BS的PN偏移量的相关长度和所述PN偏移量。

22．如权利要求21所述的方法，其中，阈值基于相关长度。

23．如权利要求21所述的方法，其中，当未能检测到信号时，将相关长度增加预定长度。

24．如权利要求20所述的方法，其中，根据来自邻近BS中的服务BS的SIR，控制数字转换的量化单元。

25．如权利要求20所述的方法，其中，计算步骤包括以下步骤：

基于PN偏移量和偏移量索引，产生对应信号的PN码；

根据相关长度累加时间偏移量校正值；

补偿TDOA的参考时间误差。

26．一种用于基于至少两个具有不同PN偏移量的信号对MS定位的方法，所述至少两个信号是从通过转换从多个邻近BS接收到的信号而获得的码片样本数据获取的，所述方法包括以下步骤：

(a)计算至少两个获得的信号的SIR和TDOA；

(b)判断所述两个获得的信号是否是从同一个BS接收的；

(c)当两个信号是从同一个BS接收的时，基于采用计算出的SIR和SIR映射(map)而估计出的MS的方向、以及采用根据BS和MS之间距离确定的往返延迟(RTD)而估计出的与BS间的距离，来对MS定位；以及

(d)当两个信号是从不同的BS接收的时，基于计算出的两个SIR和一个TDOA，来对MS定位。

27．如权利要求26所述的方法，其中，步骤(c)包括以下步骤：

当两个信号是从同一个BS接收的时，采用两个SIR和SIR映射，基于基站来估计MS的方向；

采用根据BS和MS之间的距离而确定的RTD，计算MS和BS之间的距离；

基于MS的估计方向和计算出的距离，定位MS。

28．如权利要求26所述的方法，其中，步骤(d)包括以下步骤：

当两个信号是从不同的BS接收的时，采用计算出的不同BS间的TDOA和TDOA映射，确定代表MS的可能方向的抛物线(parabola)；

采用不同BS间的两个SIR和SIR映射，确定代表MS的可能位置的可能的位置线；以及

基于抛物线和可能的位置线的相交点，定位MS。

29．如权利要求26所述的方法，还包括这样一步骤，用于当对至少三个BS信号计算SIR和TDOA时，采用计算出的三个SIR和三个TDOA，对MS定位。

30．如权利要求28所述的方法，其中，根据构成各相交点之间的抛物线区段的可能位置的平均值，估计MS的位置。