[发明专利]使用蜂窝通信系统的位置确定系统

说明书

本申请是申请日为2002年12月12日申请号为第02828118.7号发明名称为 “使用蜂窝通信系统的位置确定系统”的中国专利申请的分案申请。

发明背景

相关申请

本申请对于美国临时申请号60/340804有优先级，该申请提交于2001年 12月14。

本发明领域

本发明涉及位置定位系统，该系统使用无线信号以确定电子设备的位置。

相关技术的描述

现存的基于GPS的位置定位技术使用在地球轨道上的一个卫星网络，该网 络在已知时间发送信号。地面上的GPS接收机测试从它“可见”的空中的每个 卫星来的信号的到达时间。信号的到达时间连同卫星的准确位置以及信号从每 个卫星被发送的准确时间被用于对GPS接收机的位置进行三角测量。GPS接收 机需要四个卫星进行三角测量，且产生的位置定位的性能随着可以被检测到的 卫星数目的增加而增加。

如果只能找到三个(或更少)的卫星，会导致GPS一个问题，在该情况下它 不可能准确地定位GPS接收机。例如，如果GPS接收机可见的空中范围受阻(例 如接近较高的大楼)，它可能不能定位足够的GPS卫星以确定位置。

GPS的另一问题涉及GPS接收机扫描空中以定位所有可用的卫星需要的时 间量(“冷开始”)。来自卫星的GPS信号是非常有方向性的，且本质上很弱， 因此甚至在开放场所找到所有的可用卫星可能需要几分钟。一旦卫星被GPS接 收机定位到，只有这时它们才可以很简单地被跟踪并被快速重新定位以实时更 新位置。

建议使用现存的蜂窝基站网络以与GPS类似的方式定位位置。从理论上说， 每个基站的准确位置、基站发送的准确时间以及基站信号到达移动站(例如蜂 窝电话)的时间可以被用于对移动站的位置进行三角测量。该技术被称为高级 前向链路三边测量(AFLT)。移动站面临的关键问题在于测量它从每个基站接收 到的信号到达时间。这样做的最简单的方法是为每个信号进行简单的到达时间 测量。在一示例中，单个测量包括将接收到的信号与发送信号本地生成的副本 相关，并搜索该相关的峰值。目的是为了测量从基站来的最早到达路径的到达 时间。

实际证明了很难实现可以准确确定移动站位置的AFLT系统。对于AFLT过 程关键的测量到达时间在非直视线和/或动态衰落环境中很难进行，在该动态 衰落环境中，来自同一发射机的多个路径不可预测地衰落。例如，如果移动站 在一障碍物之后，则来自基站的信号可能沿着多径在由移动站接收前反射一次 或两次或更多次。信号还可以直接通过大楼，但它与更强的反射后信号相比可 能以很弱信号被接收到。

部分由于卫星和GPS接收机间的相对较长距离，GPS系统不用于在动态衰 落和/或非直视线环境中操作。一般，GPS接收机进行每个位置的单个测量，或 有时它可以用动态积分长度进行多个测量以确定正确的积分参数，以使得可用 固定点处理器的动态范围的中心位于接收到的信号强度周围。该种方法不适用 于AFLT环境，其中来自同一发射机的多个路径不可预测地上下衰落。

最有利地是利用蜂窝基站进行位置定位用途。FCC规定蜂窝操作者提供用 于准确定位移动电话位置的系统，其原因在于与“911”呼叫相关的紧急帮助。 对于这样或其他的理由，会需要有效的AFLT系统。

本发明概述

在此揭示的方法和装置用于通过对来自蜂窝基站的信号进行一系列基本 统计独立的测量，有效利用蜂窝基站的蜂窝网络确定在非直视线和/或动态衰 落环境内的移动站位置。该方法可以本身用于AFLT算法；或者，为了增强GPS 系统的性能，现存的蜂窝基站网络可以被视为用于位置定位用途的第二卫星网 络。AFLT技术连同GPS被称为混合GPS/AFLT。

一种方法，用于使用每个发送唯一导频信号的多个蜂窝基站确定移动站位置， 包括：对来自每个所述的多个蜂窝基站的导频信号进行多个基本独立的数据测量。 每个数据测量包括每个导频信号的最早到达时间估计，从而提供多个蜂窝基站来的 每个导频信号多个独立的最早到达时间测量。使用至少一个所述的代表测量以确定 所述移动站的位置。在一些实施例中，数据测量进一步包括每个到达时间的RMSE 估计和测量时间以及所有导频信号的可分辨路径的能量测量(例如(Ec/Io)。在一些 实施例中，为导频ID计算代表测量的步骤包括包括选择数据测量，且对落在预定 窗口内的选定的到达估计时间进行平均。