CN1533508A - 用于确定发射机与移动通信设备位置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种确定位于一个移动通信设备(MS1)附近的一个发射机(BS1)的位置的方法，该设备能够确定其自身位置，该方法包括步骤：(i)将移动通信设备(MS1)移动到多个参考位置；(ii)确定移动通信设备(MS1)位置以及从移动通信设备(MS1)到位于每个参考位置(pn)的发射机(BS1)的距离；以及(iii)使用步骤(ii)中确定的位置和相应距离来确定发射机(BS1)位置。还公开了一种确定使用上述方法的移动通信设备(MS1)位置的方法。

Description

用于确定发射机与移动通信设备位置的方法和设备
本发明涉及一种用于确定发射机位置的方法和对应设备，并且涉及一种用于确定移动通信设备位置的相关方法和对应设备。
为了提供一个GPS定位，典型的GPS接收机需要接收至少4个GPS信号，因此必须有四个GPS卫星处于看得见的地方。然而不幸的是，在树叶茂密的地方或是在都市峡谷中，任一时刻能够看到的卫星经常少于4个。此外，当GPS接收机移动时，例如当它为乘车旅行的用户所持有时，能够看到的卫星数目以及处于可视位置的卫星将会快速变化。
从至少是相关的美国专利5982324、6236359以及6249245中可知，提供了一种移动蜂窝电话，其中结合了一个GPS接收机，并且使用移动电话与该电话所注册的蜂窝网络基站之间的测距测量(rangingmeasurement)来补充GPS接收机获取的伪距，以便在可视卫星少于四个时获取一个定位。这种方案要求基站位置已知，并且在移动电话所处位置是在电话上确定的情况下，基站位置被发送到电话。然而，如果基站位置未知，或者在该位置是在电话中确定的情况下，并未将基站位置发送到移动电话，那么，基站与电话之间的这种测距是毫无价值的。
因此，本发明的一个目标是提供一种方法和相应设备，用于确定位于移动通信设备附近的一个发射机的位置，并且还提供了一种相关方法和相应设备，用于确定移动通信设备的位置。
根据本发明的第一方面，提供了一种确定发射机位置的方法，其中发射机位于一个能够确定自身位置的移动通信设备附近。该方法包括步骤(i)将移动通信设备移动到多个参考位置；(ii)确定移动通信设备位置以及从移动通信设备到位于每个参考位置的发射机的距离；以及(iii)使用步骤(ii)中确定的位置和相应距离来确定发射机位置。
为了避免产生疑问，“参考位置”并不是表示用某种方式固定或是预先确定该位置，取而代之的是，在步骤(ii)中，一旦确定其位置，那么，该位置就是相对于步骤(iii)中所确定的发射机位置的一个参考位置。
这种方法能够确定发射机位置，然后，该位置可被用作一个参考，以便随后确定移动通信设备更进一步的位置。因此，根据本发明的第二方面，提供了一种确定移动通信设备位置的方法，包括步骤(a)使用根据本发明第一方面的方法来确定位于移动通信设备附近至少一个发射机的位置；(b)确定从移动通信设备到所述一个发射机的距离或是到所述每个发射机的距离；以及(c)使用步骤(a)中确定的一个发射机或每个发射机位置以及步骤(b)中确定的一个距离或是每个距离来确定移动通信设备的位置。
在步骤(ii)中，可以使用一个GPS接收机来确定移动通信设备的位置，在这种情况下，在步骤(c)中，借助于使用GPS接收机所获取的伪距、步骤(a)中确定的一个发射机或每个发射机位置以及步骤(b)中确定的一个距离或每个距离的组合，从而确定移动通信设备的位置。这在步骤(c)中当GPS接收机无法独立得到一个清楚定位时是便利的。
根据本发明，还提供了根据权利要求9到13中任何一个的移动通信设备。
现在参考附图来只是举例对使用了根据本发明定位方法的设备进行描述，其中：
图1显示的是蜂窝电话网络的布局；
图2更为详细的显示了移动蜂窝电话MS1的结构；
图3描述了固定基站BS1与处于位置p1、p2、p3和p4的移动电话MS1之间的测距；以及
图4描述了移动电话MS1与基站BS1、BS2、BS3以及BS4之间的测距。
图1示意性显示了传统的GSM蜂窝电话网络1的布局。该网络包括多个基站BS，其中显示了BS1到BS7这七个基站，它们位于各个相互隔开的地理位置。在任何一个地点或服务区域，这些基站中的每一个都包括一个由干线系统控制器操作的无线电发射机和接收机整体。这些基站的相应服务区域SA1到SAT如断面线所示地重叠，以便共同覆盖所示的整个区域。该系统还可以包括一个系统控制器SC，它与每个基站BS1到BS7之间各具有一条双向通信链路CL1到CL7。其中每条通信链路可以是，例如一条专用陆线。此外，系统控制器SC可以连接到一个公共电话交换网(PSTN)，以使移动蜂窝电话MS1能与该网络的一个用户进行通信。提供了多个移动电话MS，其中显示了MS1、MS2和MS3这三个移动电话，其中每一个都能在整个区域乃至区域之外自由漫游。
图2更为详细的显示了移动电话MS1的结构，它包括一个连接到通信天线21并由微处理器(μc)22控制的通信发射机和接收机(CommTx/Rx)20，以便与移动电话注册的基站BS1进行通信。这种用于蜂窝电话网络内部双向通信的电话，其设计和制造是公知的，因而在这里不再描述并未构成本发明一部分的那些部分。
除了移动电话的传统部件之外，电话MS1还包括一个连接到GPS天线24并由微处理器(μc)22控制的GPS接收机(GPS Rx)23，以便接收轨道GPS卫星发送的GPS扩频信号。当操作时，GPS接收机24可以通过GPS天线来接收NAVSTAR SPS GPS信号，并且对这些信号进行预处理，在预处理中通常使用的是使带外RF干扰最小化的无源带通滤波、前置放大、下变换到一个中频(IF)以及模数转换。最终得到的数字化IF信号保持为已调制的，仍旧包含来自可用卫星的所有信息，并被馈送到微处理器的一个存储器(未示出)。然后可以获取GPS信号，并在若干个数字接收机信道中的任何一个信道中追踪该信号，以便获取伪距信息，通过该信息，可以使用传统的导航算法来确定移动电话位置，其中所述信道的数目通常是12。这种用于GPS信号捕获和追踪的方法是公知的，参见例如Artech House出版，ISBN号为0-89006-793-7的GPSPrinciples and Applications(GPS原理与应用)(编者Kaplan)一书中的第4章(GPS satellite signal characteristics(GPS卫星信号特征))以及第5章(GPS satellite signal acquisition andtracking(GPS卫星信号捕获和跟踪))。所示的通用微处理器22既控制基站通信也控制GPS处理，然而可以了解，可以使用替换的处理架构，例如使用一种采用分离通信和GPS IC的架构来得到相同结果。
确定基站位置
参考图3，基站BS1位于未知坐标(xbs1，ybs1，zbs1)。移动电话MS1包括一个GPS接收机，并能在n个具有坐标(xpn，ypn，zpn)的不同位置(pn)使用GPS接收机来获取定位。在这些位置，移动电话MS1能与基站BS1进行通信，其中移动站使用一种能够获取对于基站BS1测距(rpn_bs1)的方式而注册到该基站。在已经从3个不同位置获取到定位以及相应测距测量的情况下，可以通过对以下联立方程式求解来确定基站BS1的位置：
(rp1-bs1)2＝(xbs1-xp1)2+(ybs1-yp1)2+(zbs1-zp1)2
(rp2-bs1)2＝(xbs1-xp2)2+(ybs1-yp2)2+(zbs1-zp2)2
(rp3-bs1)2＝(xbs1-xp3)2+(ybs1-yp3)2+(zbs1-zp3)2
虽然上述公式需要3个定位和相应测距测量，但是可以假定基站BS1与位置p1和p2的高度相同，在这种情况下，只需在位置p1和p2获取2个定位和相应测距测量，就可以确定基站BS1的位置。同样，可以在不同位置获取4个或4个以上定位以及相应测距测量来提供一个超定方程组，该方程组可以使用一个最佳拟合类型的方法而被求解。如果有可能出现虚假定位和距离测量，那么这种方法将会更为可靠。
确定发射机位置
通过使用上述方法，可以确定任何蜂窝电话网络基站的位置，从中可以使用后续测距测量来确定移动单元位置。
参考图4，移动电话MS1目前处于未知坐标(xms，yms，zms)该坐标先前已经确定了具有坐标(Xbsn，Ybsn，Zbsn)的附近基站BS1、BS2以及BS3的位置。从这些基站中，移动电话MS1可以与这些基站进行通信，使得能够获取对于这些基站测距测量(rms-bsn)，由此确定移动电话MS1的位置。例如对以下联立方程式求解：
(rp1-bs1)2＝(xbs1-xms)2+(ybs1-yms)2+(zbs1-zms)2
(rp2-bs1)2＝(xbs2-xms)2+(ybs2-yms)2+(zbs2-zms)2
(rp3-bs1)2＝(xbs3-xms)2+(ybs3-yms)2+(zbs3-zms)2
再次假设减少基站的测定位置数目以及需要进行的测距测量。同样，也可以进行更多测定，以便提供一个超定方程组，该方程组可以使用一种最佳拟合方法来进行求解。作为另一种替换方案，可以将传统的到达时间差(TDOA)定位技术用于确定移动单元MS1的位置。
上述实例把对于先前未知位置的基站的测距作为GPS定位的一种完全替换，然而也并不必须是这种情况。举例来说，当MS1的GPS接收机能在3个分离位置看到4个GPS卫星时，较为便利的是，可以确定移动电话MS1所注册的单独基站的位置。然后，如果其中一个GPS卫星信号丢失，例如进入一个城市峡谷地形时，可以使用对于所述单独基站的测距，以便补充来源于看得到的剩余GPS信号的伪距，从而得到一个新的定位。
作为GPS接收机的一种替换方案，可以使用传统的基于陆地的定位系统来提供用于确定基站位置的位置pn。举例来说，可以在一个短程信息信标网络中部署移动电话MS1，其中这些信标广播其位置。当处于某个信标距离时，所广播的位置可以用作移动电话MS1的位置pn的一个估计值。
虽然已经结合定位移动电话的主要商业应用而对本发明进行了描述，但是可以了解，其他包含专用定位单元的设备也可以使用这种定位方法。
通过阅读对本公开可知，其他修改对本领域技术人员来说也是显而易见的，并且这些修改可以包含其他特征，这些特征在GPS接收机、移动通信设备及其组成部分的设计、制造和使用中都是已知的，并且，这些特征可以替换或是补充这里所描述的特征。

Claims (13)

1.一种确定位于一个移动通信设备附近的一个发射机的位置的方法，该设备能够确定其自身位置，所述方法包括步骤：
(i)将移动通信设备移动到多个参考位置；
(ii)确定移动通信设备的位置以及从移动通信设备到位于每个参考位置的发射机的距离；以及
(iii)使用步骤(ii)中确定的位置和相应距离来确定发射机的位置。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤(ii)中使用一个GPS接收机来确定移动通信设备的位置。
3.根据权利要求1或2的方法，其中发射机是蜂窝电话网络基站，移动通信设备是向该基站注册的移动蜂窝电话。
4.一种确定一个移动通信设备的位置的方法，包括步骤：
(a)确定位于移动通信设备附近的至少一个发射机的位置，每个利用包括下列步骤的方法：
(i)将移动通信设备移动到多个参考位置；
(ii)确定移动通信设备的位置以及从移动通信设备到位于每个参考位置的发射机的距离；以及
(iii)使用步骤(ii)中确定的移动通信设备的位置和相应距离来确定发射机的位置；
(b)确定移动通信设备到发射机或每个发射机的距离；以及
(c)使用步骤(a)中确定的发射机或每个发射机的位置以及步骤(b)中确定的距离或每个距离来确定移动通信设备更进一步的位置。
5.根据权利要求4的方法，其中在步骤(a)(ii)中使用一个GPS接收机来确定移动通信设备的位置。
6.根据权利要求5的方法，其中在步骤(c)中借助于使用GPS接收机所获取的伪距、步骤(a)中确定的接收机或每个接收机的位置以及步骤(b)中确定的距离或每个距离的组合来确定移动通信设备的位置。
7.根据权利要求6的方法，其中移动通信设备的位置是在GPS接收机无法本身获取一个清楚的定位的时候在步骤(c)中被确定的。
8.根据权利要求4到7中任一权利要求的方法，其中至少一个发射机是蜂窝电话网络基站，移动通信设备是向该基站注册的移动电话。
9.一种移动通信设备，包括定位装置，用于确定移动通信设备的位置；测距装置，用于确定移动通信设备到位于附近的一个发射机的距离；以及处理装置，它被配置成使用定位装置所确定的移动通信设备的位置以及测距装置所确定的相应距离来确定发射机的位置。
10.根据权利要求9的设备，其中定位装置包括GPS接收机。
11.根据权利要求9或10的设备，其中处理装置还被配置成使用处理装置所确定的至少一个发射机的位置以及测距装置所确定的一个或多个相应距离来确定移动通信设备更进一步的位置。
12.根据权利要求11的设备，其中定位装置包括一个GPS接收机，处理装置被配置成使用GPS接收机所获取的伪距、处理装置所确定的至少一个发射机的位置以及测距装置所确定的一个或多个相应距离的组合来确定移动通信设备更进一步的位置。
13.一种根据权利要求9到12中任一权利要求的移动蜂窝电话形式的设备，其中测距装置能够确定到一个以移动电话所注册的蜂窝电话网络基站为形式的发射机的距离。
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