估测无线通信系统服务区域中用户位置的方法技术方案

在一个无线通信系统服务区域（２２）中的接收器位置上，测量一组描述用户信号的接收射线的特征。在一个无线通信系统服务区域模型中，确定（３４）从无线通信系统服务区域模型中的一个对应于无线通信系统服务区域中接收器位置的位置上发射的模拟射线的传播路径，其中射线具有基于描述用户信号的接收射线的特征组的模拟信号特征。之后，根据模拟射线的传播路径估测无线通信系统服务区域中的用户位置。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及序号为08／924，151，1997年9月5日提交，标题为“在杂乱区域中估测用户位置的方法和系统”的专利申请，在这里参考引用了该申请。本专利技术涉及通信系统，更具体地讲，是涉及估测无线通信系统中用户位置的方法。在无线通信系统中，经常希望确定正在通话的用户的位置。使用这种估测技术的应用可以包含确定请求911紧急服务的用户的位置，以便警察，消防或急救服务能够被有效地提供给用户。定位技术的其它应用包含蜂窝电话欺骗检测，协助警察调查，基于位置的计费，为用户提供基于位置的信息等等。估测蜂窝通信系统中用户位置的已知方法包含使用用户单元中的全球定位系统(GPS)单元，使用到达基站的信号的时差计算用户位置，和记录并频繁识别来自用户服务区域中多个已知位置的用户射频信号。虽然这些方法在某些情况下是有效的，但仍然有一些缺点。例如，使用用户单元中的GPS接收器的缺点是增加用户单元体积，重量和耗电量。另外，在价格控制很紧的用户单元中包含GPS单元费用可以很高。使用到达信号的时间差的缺点是在诸如具有高大建筑的市区或商业区的杂乱区域中可以无法工作。在杂乱区域(cluttered area)中，信号的反射和散射延长了用户单元和基站之间传播路径。当传播路径被延长时，信号到达时间无法精确反映从基站到用户的发射距离。这样，由于信号到达时间的误导，无法使用常规几何和定位算法。对于事先记录射频信号特征的系统，缺点包含充分测量以产生具有可用分辨率的精确数据库的难度，系统对接收小区地点配置或环境的微小变化的敏感，和精确确定数据库中记录的已知位置的难度。因而，显然需要一种经过改进和，估测无线通信系统服务区域中用户位置的方法和系统，其中在用户单元中不需要昂贵的部件并且在不需要手动测量无线信号的情况下可以在杂乱环境中精确估测用户位置。在所附权利要求书中提出了被认为是本专利技术的新颖特性的特征。但通过下面参照附图对一个图解实施例所进行的详细描述可以最好地理解专利技术本身，最优使用模式，其目标和优点，其中附图说明图1和图2包括图解根据本专利技术估测用户位置的方法和系统操作的高层逻辑流程图；图3是一个无线通信系统服务区域的图示；图4是图3的无线通信系统服务区域的计算机模型表示；图5是图3的计算机模型更详细的视图；图6是根据本专利技术估测用户位置的系统的高层模块图；图7描述了一个可以被用来实现本专利技术的方法的一个实施例的数据处理系统；图8是一个图解具有多射线的接收信号的信号强度与时间之间的关系的图表。参照图1和图2，其中描述了图解根据本专利技术估测用户位置的方法和系统操作的高层逻辑流程图。如图所示，所描述的过程从模块20开始并且接着进行到选择一个无线通信系统服务区域模型的模块22。在本专利技术的一个实施例中，通过一个计算机模型可以实现这样一个模型，其中计算机模型表示可能反射，散射或影响通信系统服务区域中用户单元发送的射频信号的建筑物或其它结构的相对位置。计算机模型可以是二维模型或三维模型。例如，图3是无线通信系统服务区域100的一个图示或映像。服务区域100包含如图所示彼此相对定位的建筑物102-122。在这个例子中，建筑物是唯一指出的，可能影响射频信号传播的结构。在服务区域中还可以出现诸如指示牌的其它目标。服务区域100还包含与用户单元128通信的基站124和126。当用户单元128发送信号时，该信号的不同射线沿着用户单元128和基站124，126之间的不同传播路径被反射和散射。在图3所示的例子中，射线130-134具有三个从用户单元128到基站124的路径。类似地，射线136和138示出了用户单元128和基站126之间的路径。射线130-138表示某些从服务区域100中所示的位置上的用户单元128到达基站124和126的最强和最先到达射线。也可以并且很可能出现没有示出的其它射线。为了简化这个例子，没有示出这些诸如地面反射射线和经过建筑物顶端的射线的其它射线，尽管有可以模拟这些射线的方法。现在参照图4，计算机模型200表示一个可以由图1所示的过程在模块22选择的无线通信系统服务区域100(参见图3)的模型。如图4所示，建筑物202-222代表一个实际服务区域(参见图3)的建筑物102-122的计算机数据表示。通过把卫星数据，航空照片和其它类似地图的数据缩减成一组表示影响信号传播的建筑物和其它目标的向量可以构成计算机模型。可以从诸如Spot Data公司的供应商购买预先设计好的建筑物数据库。用户可以选择模型的分辨率或详细程度，但分辨率或详细程度通常是一个关于所涉及的射频信号的波长的函数。在选择无线通信系统服务区域的一个模型之后，如模块24所示，过程在一个第一选择接收器位置上接收用户信号的一个最优射线。在一种实现中，接收器位置是一个诸如图3中的基站124的基站。在一个实施例中，最优射线可以是最先到达的射线，由于传播的距离最短，所以这种射线通常是最先接收的强射线。可以使用其它原则来选择最优射线。一个“最优射线”应当是提供清晰，明确并且统计上可靠的用户信号信息，允许快速，方便并且精确地计算用户位置的射线。接着，如模块26所示，过程测量接收射线的信号特征。这些测量信号特征可以包含入射角，传播时间和信号振幅。尽管不必进行所有这些测量，但更多的涉及接收射线的信息可以在估测用户位置时产生更精确的计算和假定。可以测量的接收射线的更完全的信号特征包含传播时间(TOF)，到达时间差(TDOA)，入射角(AOA)，入射角差(AOAD)，接收信号强度(RSS)，接收信号强度差(RSSD)，信号极性，和信号随时间或频率的衰减特征。在一个最优实施例中，由一个基站使用一或多个天线或天线阵列进行测量。但在其它实施例中，用户单元可以采集或测量其它信息并且发送到基站。例如，在全球移动通信系统(GSM)中，用户单元测量信号电平(被称作RXLEV的参数)和信号质量(被称作RXQUAL的参数)。类似地，在针对码分多址蜂窝通信(CDMA)的标准IS-95中，用户测量来自各个基站的信号的相对强度并且通过一个导频强度测量消息(PSMM)向基站报告这些测量结果。这样，在某些多址无线接口中，可能无法轻易得到绝对测量结果。在这种情况下，可以根据可用信息导出定位用户单元所需的信息。对于传播时间，基站可以进行往返传播延迟测量。其中涉及比较通过与上行链路信号的数字编码同步得到的时间基准，测量上行链路信号和下行链路信号之间的时间偏移并且记录该偏移，上述偏移包含用户单元的处理延迟。通过从计算的时间延迟中减去用户的处理延迟，由于进行的是往返测量，剩余的时间是从用户到基站的传播时间的两倍。因而往返传播延迟时间的一半即为传播时间(TOF)。可以预先测量用户单元的处理延迟时间以便补偿各种用户单元之间的差异。由于在某些无线接口中不太容易测量传播时间，本专利技术也可以使用到达时间差。通过测量用户发送的信号到达两个或更多的基站的时间之间的相对时间差，可以完成这些测量。并且，可以计算到达相同基站的两个射线之间的到达时间差，其中各个射线具有一个单独的从用户到共同的基站的传播路径。图8图解了一个关于接收信号强度的时间曲线，这个导频可以被称作功率延迟分布148。这个曲线把信号射线的到达描述成时间的函数，并且示出了各个射线的相对功率。信道的带宽影响曲线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
在无线通信系统服务区域中估测用户单元的用户位置的方法，该方法包括的步骤有： 在无线通信系统服务区域中的一个接收器位置上，测量一组描述用户信号的接收射线的特征； 在一个无线通信系统服务区域模型中，确定从无线通信系统服务区域模型中的一个对应于无线通信系统服务区域中接收器位置的位置上发射的模拟射线的传播路径，其中射线具有基于描述用户信号的接收射线的特征组的模拟信号特征； 根据模拟射线的传播路径估测无线通信系统服务区域中的用户位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰道格拉斯里德，舒少彼得王，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]