[发明专利]用于定位用户设备的方位的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及电信网络领域。具体地说，本发明涉及用于在蜂窝电信网络中定位用户设备的方位的方法和系统。

背景技术

无线移动通信装置不断塑造我们的世界。使用一些移动装置的益处之一是可确定或另外估计移动装置的位置，以及有望是用户的位置。例如，在紧急情况期间定位用户将明显有助于寻求对紧急情况做出响应的那些人。

相应地，移动装置定位技术已实现以确定或另外估计移动装置的位置。

如本领域技术人员所熟知的一样，到达时间(TOA)和到达时差(TDOA)是用于地理定位应用的广泛使用技术。这两种方法在诸如全球定位系统(GPS)和伽利略(Galileo)等基于卫星的系统和诸如远距离导航(LORAN)等基于地面无线电的系统及其它无线定位系统中发挥着十分重要的作用。基于TOA的定位技术通常称为分别用于2D或3D位置的圆形或球形，而基于TDOA的那些技术称为双曲线或双曲面。

此外，随着定位技术的发展，观测到达时差(OTDOA)已成为现代蜂窝电信网络中主要定位技术之一。UE的方位能够基于下面的测量的参数计算出：

1)下行链路无线电信号的TDOA测量；

2)在进行TDOA测量时在基站(BS)的传送之间的实际相对时差(RTD)；以及

3)其信号被测量的BS的地理方位。

图1示出采用OTDOA技术的情形。如图1所示，在此类情形中，要定位UE 100的方位，至少需要涉及三个BS 101、102和103，这是因为如图1所示，UE的方位能够通过至少两个双曲线的相交来确定。更多的TDOA测量带来更佳的准确度。

这些测量每个的准确度因此影响方位估计的总体准确度。有数种确定RTD的方案。一种方案是同步BS的传送。在此情况下，RTD是可在数据库中输入并在进行方位估计时由计算功能使用的已知常数值。同步应实现大约几十纳秒的准确度级别，这是因为10纳秒不确定性在方位估计中影响3米误差。同步定时中的漂移和抖动也应得到很好的控制，这是因为它们也影响方位估计中的不确定性。到此准确度级别的同步当前只可通过基于卫星的时间传送技术轻松提供。通常在TDD操作模式中，BS是同步的。

备选，BS可在最大频率误差的某一约束内保持自由运行。在此情形中，RTD将随时间更改，在此情况下缓慢更改。更改的速率将取决于在BS之间的频率差别和抖动。

OTDOA方法可在两种模式中操作：UE辅助OTDOA和基于UE的OTDOA。两种模式不同之处在于执行的实际方位计算。在UE辅助模式中，UE测量几个小区的TDOA，并且将测量结果发送到网络，其中，位置服务器执行方位计算。

在基于UE的模式中，UE进行测量，并且也执行方位计算，并且因此要求另外的信息。例如，UE可要求测量的BS的方位和它们之间的定时关系以用于在基于UE的模式中的方位计算。

OTDOA已经由3GPP GERAN标准化，它在其中称为E-OTD，但尚未在实际网络中部署。

在E-UTRAN中，已在物理层信号设计中考虑了用于OTDOA的参考信号，这使得OTDOA变得甚至更具前景。一些美洲运营商已启动计划在2010-2011年度的LTE-OTDOA部署的规划。另外，也很明显的是，E-UTRAN中OTDOA有关的协议将直接由例如用于用户平面定位的OMA等其它标准化组织采用。因此，OTDOA极可能在不远的将来使用迅猛上升。

OTDOA定位基本上属于双曲位置，这是因为测量是对应于一组双曲线的一组时差。对于有关解决方案/算法已进行了广泛的研究，其中，两种方法得到最广泛的采用和讨论：

方法1：泰勒级数线性化和迭代加权最小二乘(WLS)算法的组合，最早由W. H. Foy所著“泰勒级数估计的方位定位解决方案”(Position-location solutions by Taylor-series estimation, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. AES-12, pp. 187□194, Mar.1976)提议，下文称为泰勒方法。

方法2：二次校正最小二乘(QCLS)，又被称为在“用于双曲位置的简单、有效估计量”(A simple and efficient estimator for hyperbolic location, IEEE Trans. Signal Processing, vol. 42, pp. 1905□1915, Aug.1994)中提议的Chan算法。此方法在下文称为Chan方法。