CN1320793C

CN1320793C - 判断移动通信终端位置的设备和方法

Info

Publication number: CN1320793C
Application number: CNB021057591A
Authority: CN
Inventors: 李用雨
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: Ao Pudisi cellular technology Co., Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: EP1251709A2; JP2002369242A; US20020167444A1; US7057557B2; CN1383282A; DE60209051T2; ES2257477T3; DE60209051D1; EP1251709B1; EP1251709A3; JP3820177B2; ATE317625T1

Abstract

一种在使用CDMA(码分多址)的蜂窝网络中判断移动通信终端的位置的设备和方法，通过组合基于网络的位置判断方法而改善了位置判断功能，包括：移动通信交换机，接收在移动通信终端和各个基站间发送/接收的信号；位置计算单元，包括用于计算信号到达角度的到达角度(AOA)计算单元，利用信号到达时间计算移动终端和基站间距离的到达时间(TOA)计算单元，和利用接收信号的到达时间差计算移动终端和基站间距离的到达时间差(TDOA)计算单元；以及位置判定单元，将通过组合位置计算单元的计算值而计算出的位置判定为移动终端的位置。

Description

判断移动通信终端位置的设备和方法

发明领域

本发明涉及判断移动通信终端位置的设备和方法，特别是涉及在使用CDMA(码分多址)技术的蜂窝网络中通过结合多种基于网络的位置判断方法而能够改善位置判断功能的判断移动通信终端位置的设备和方法。

背景技术

在移动通信系统中有各种判断终端位置的方法。在这些方法中，适用于基于CDMA(码分多址)的蜂窝网络的方法可分为需改变终端的方法和不需改变终端的方法。

上述需改变终端的方法中有代表性的就是基于终端的定位方法，这种方法需要在用户携带的移动通信终端中安装GPS(全球定位系统)接收器。

图1显示了利用GPS卫星的移动通信终端定位方法。

如图所示，当为了发送移动通信终端的位置信息而按下移动通信终端上的预定按钮操作GPS接收器101时，安装在移动通信终端上的GPS接收器101从GPS卫星102接收信号以计算移动通信终端与各个卫星之间的距离(r11，r12，r13和r14)。这时，为了判断三维位置，GPS接收器101需从四个以上的GPS卫星接收信号，为了判断二维位置，GPS接收器101需从三个以上的GPS卫星接收信号。移动通信交换机103利用从GPS卫星102上收到的附加信息来计算移动通信终端的位置，此后，计算出的位置被自动传输到使用CDMA蜂窝网络的应用服务器上。

另一方面，在不需改变终端的方法中有一种基于网络的终端位置判断方法。这种方法可分为利用传输到各基站的信号的到达时间的TOA(到达时间)法，利用传输到各基站的移动通信终端信号的到达时间差的TDOA(到达时间差)法，利用传输到各基站的信号的到达角度的AOA(到达角度)法，以及利用通过预先分割服务区而测得的基站信号强度数据的RFFP(射频鉴别，Radio Frequency FingerPrinting)法。

图2显示了利用信号到达时间的TOA法。如图所示，移动通信终端201周围的多个基站202接收从移动通信终端201传输来的信号，此后，各个基站202测量传输信号的到达时间以计算移动通信终端201和基站202之间的距离(r21，r22，r23和r24)。以基站202为圆心，距离r21、r22和r23为半径作一个假想圆，然后这些圆相交的位置就被判断为移动通信终端201的位置。

图3显示了利用信号到达角度的AOA法。如图所示，移动通信终端301周围的多个基站302接收从终端301传输来的信号，各个基站302测量传输信号的到达角度(θ₁，θ₂)。另外，作出沿上述方向的假想直线，这些直线相交的位置即被判断为移动通信终端301的位置。

图4显示了利用信号到达时间差的TDOA法。如图所示，移动通信终端401周围的多个基站402接收从终端401传输来的信号。另外，利用传输到基站402的信号的到达时间差计算出距离r41，r42和r43，并利用这些距离作出一个双曲线。这些双曲线相交的位置即被判断为移动通信终端401的位置。

但是，根据使用GPS的位置判断方法，要在终端上附加地安装GPS接收器，所以，移动通信终端的制造成本提高，尺寸和重量也增大。另外，GPS接收器使用终端电池的能量，终端的功耗也提高了。

并且，在使用GPS的位置判断方法中，从GPS卫星发出的信号到达地面上的终端时会非常微弱，因此如果在终端和GPS卫星之间有障碍，比如市区或室内，则难以接收GPS信号，由此减弱了这项功能。

另一方面，无需改变终端的基于网络的位置判断方法不需要额外的成本，因为不在移动通信终端上安装GPS接收器，并且可以原样使用普通的CDMA蜂窝网络。

但是，利用到达时间的TOA法和利用到达时间差的TDOA法要使用移动通信终端周围的至少三个基站，利用到达角度的AOA法也要使用至少两个基站。但是，若用户在郊区，则在用户周围不太可能有两个或三个基站。

通常，在用户所在的小区中只有一个基站，其它基站离用户很远。因此，来自移动通信终端的信号很难到达其它基站，即使信号到达其它的基站，信号也很微弱，并可能有许多错误。因此，很难判断移动通信终端的位置。

如上所述，在郊区如果仅仅使用一种定位方法，如信号的到达时间、到达角度或到达时间差，难以判断移动通信终端的位置。

发明内容

因此，本发明的一个目的是在使用CDMA(码分多址)技术的蜂窝网络中通过结合多种基于网络的位置判断方法而提供一种能够改善位置判断功能的判断移动通信终端位置的设备和方法。

为实现本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细叙述的，提供了一种移动通信终端的位置判断设备，包括：移动通信交换机，用于通过基站接收移动通信终端的位置信号；到达角度计算单元，以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的位置信号的到达角度计算移动通信终端的位置；到达时间差计算单元，以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的位置信号的到达时间差计算移动终端的位置；以及位置判定单元，其从到达时间差计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从到达角度计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从沿所述假想直线的移动终端位置向所述假想直线作垂线并得出垂线总长，以及在比较各个垂线总长后将到达角度计算单元或到达时间差计算单元计算出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置。

上述到达时间差计算单元可以用到达时间计算单元来代替。

还提供了一种移动通信终端的位置判断设备，包括：移动通信交换机，用于通过基站接收移动通信终端的位置信号；到达角度计算单元，利用移动终端和基站间的位置信号的到达角度计算移动通信终端的位置；到达时间差计算单元，利用移动终端和基站间的位置信号的到达时间差计算移动终端的位置；以及位置判定单元，将到达角度计算单元和到达时间差计算单元测出的移动终端当前位置连接成假想直线，从移动终端的位置向所述假想直线作垂线，将垂线的长度相加得出总长，以及比较各个总长并将到达角度计算单元或到达时间差计算单元计算出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置。

上述到达时间差计算单元可以用到达时间计算单元来代替。

为实现本发明的目的，提供了一种移动通信终端的位置判断方法，包括：以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的信号到达角度测量移动通信终端位置的步骤；以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的信号到达时间差测量移动终端位置的步骤；从利用信号到达时间差测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线的步骤；从利用信号到达角度测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线的步骤；从沿所述假想直线的移动终端位置向所述假想直线作垂线，并得出垂线总长的步骤；以及在比较各个垂线总长后，将利用信号到达时间差或利用信号到达角度测出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置的步骤。

上述到达时间差计算步骤可以用到达时间计算步骤来代替。

还提供了一种移动通信终端的位置判断方法，包括：利用移动终端和基站间信号的到达角度测量移动通信终端位置的步骤；利用移动终端和基站间信号的到达时间差测量移动终端位置的步骤；将利用到达角度和利用信号到达时间差测出的移动终端当前位置连接成假想直线的步骤；从移动终端的位置向所述假想直线作垂线的步骤；将垂线的长度相加得出总长的步骤；以及比较各个总长，并将利用到达角度或利用信号到达时间差测出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置的步骤。

上述到达时间差计算步骤可以用到达时间计算步骤来代替。

由以下的详细说明，结合附图，可以更清楚地理解本发明上述及其它的目的、特征、方面和优点。

附图说明

结合附图可更深刻地理解本发明，附图被结合且构成说明书的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。附图中：

图1显示了根据现有技术的利用GPS卫星的移动通信终端位置判断系统；

图2显示了根据现有技术的利用到达时间的移动通信终端位置判断方法；

图3显示了根据现有技术的利用到达角度的移动通信终端位置判断方法；

图4显示了根据现有技术的利用到达时间差的移动通信终端位置判断方法；

图5显示了根据本发明的移动通信终端位置判断设备；

图6显示了根据本发明的移动通信终端位置判断方法的的第一实施例；

图7显示的是根据本发明的移动通信终端位置判断方法的第一实施例；

图8显示了根据本发明的移动通信终端位置判断方法的第二实施例；

图9显示了根据本发明的移动通信终端位置判断方法的第二实施例。

优选实施例说明

以下详细说明附图中显示的本发明优选实施例。

当移动通信服务提供商要给运输公司提供汽车导航服务时，移动通信服务提供商以预定时间间隔向汽车中的移动通信终端发送汽车位置信息请求消息。收到位置请求消息的移动通信终端产生一定的信号使该终端周围的基站收到该信号。通过基站收到的信号，终端周围的基站通过利用信号到达时间差、到达角度、或到达时间的位置判断方法计算出终端位置。

以下参照图4详细说明利用到达时间差的位置判断方法。

如下利用到达时间差。计算传输到当前服务于移动通信终端401的基站402的信号与传输到另一个基站402的信号之间的到达时间差，并利用上面的计算结果得出双曲线方程：

r_i ²＝(x_i-x)²+(y_i-y)² -------(方程1)

r_i，1＝cd_i，1＝r_i-r₁ -------(方程2)

上述方程1和2是双曲线方程，x和y表示将要被计算的移动通信终端401的坐标，x_i和y_i表示第i个基站402的坐标，d_i表示信号传输到第一个基站402的到达时间和传输到第i个基站402的到达时间之间的差。

就是说，如果利用三个基站计算移动通信终端401的位置，x和y坐标可用下面方程3计算。

[\begin{matrix} x \\ y \end{matrix}] = {[\begin{matrix} x_{2,1} & y_{2,1} \\ x_{3,1} & y_{3,1} \end{matrix}]}^{- 1} \times {[\begin{matrix} r_{2,1} \\ r_{3,1} \end{matrix}] r_{1} + \begin{matrix} 1 \\ 2 \end{matrix} [\begin{matrix} r_{2,1}^{2} - K_{2} + K_{1} \\ r_{3,1}^{2} - K_{3} + K_{1} \end{matrix}]}

-----(方程3)

上述方程中，K_i表示x_i ²+y_i ²，x_i，1表示x_i-x₁。

另外，为了利用到达角度计算终端位置，在各个基站上安装有阵列天线系统，以便于找到信号传输到基站时的角度。然后，沿信号的到达角度画出假想直线，这些直线相交的位置被判断为终端的位置。

图5显示了根据本发明的位置判断系统。

如图所示，根据本发明的移动通信终端位置判断系统包括：移动通信交换机503，用于接收在移动通信终端501和各个基站502之间发送/接收的信号；到达时间(TOA)计算单元504，利用移动通信交换机503接收到的信号的到达时间计算移动通信终端501和基站间的距离；到达角度(AOA)计算单元505，由移动通信交换机503接收到的信号计算终端501的到达方向；到达时间差(TDOA)计算单元506，利用移动通信交换机503接收到的信号计算终端501和基站502间的距离；位置判定单元507，将TOA计算单元504和AOA计算单元505计算出的位置或到达时间差单元506和AOA计算单元505计算出的位置判定为移动通信终端501的位置；以及应用服务器508，其需要移动通信终端501的位置信息。

移动通信交换机503选择性地将基站接收到的信号传输到TOA计算单元504、AOA计算单505和到达时间差单元506。

位置判定单元507在以TOA计算单元504计算出的距离为半径的假想圆上沿AOA计算单元505计算出的方向作延长线。另外，位置判定单元506将这个圆和延长线的相交位置判定为终端501的位置，或通过TDOA计算单元506和AOA计算单元505判断终端位置。

移动通信终端位置判断系统如下操作。

传输到终端501所在小区的基站502和终端501周围的其它基站502的位置信号被传输到移动通信交换机503，移动通信交换机503利用传输的信号，通过围绕各个基站的TOA计算单元504、AOA计算单元505和到达时间差单元506判断出终端501的位置。

位置判定单元507判断移动通信终端501的多个假想位置，此后，位置判定单元507判定终端501的最终位置。通过使用CDMA蜂窝网络，确定的最终位置被自动发送到需要终端501位置信息的应用服务器。

以下说明根据本发明的利用上述移动通信终端位置判断系统的位置判断方法的第一实施例。

图6是根据本发明的移动通信终端位置判断方法的流程图，图7显示了根据本发明的位置判断方法的实施例。

如图6所示，不论何时移动通信提供商向各个汽车内的移动终端501发送请求汽车位置的消息(S11)，移动终端501发出预先设定的预定信号(S12)。另外，系统通过利用到达时间差(TDOA)和到达角度(AOA)的位置判断方法，利用该信号来判断移动终端501的位置(S13和S14)。

移动通信终端位置判断系统从使用上面两种方法计算出的两个终端位置值中选择一个被认为是最接近终端真实位置的值。

就是说，如图7所示，当前测出的移动终端501的假想坐标x-y和先前任意时间测出的移动终端501的假想坐标x-y被连成假想直线(S15)。

由此，作出了由到达时间差得出的假想直线和由到达角度得出的假想直线。这时，假想直线将当前测出的移动终端501位置与起初测出的移动终端501位置连接起来。也就是说，假想直线周围有四个判断位置，且由上面四个位置向假想直线作出垂线(S16)。

另外，分别计算由上面四个位置向假想直线所作垂线的总长(S17)。

比较利用到达时间差方法中的垂线总长和利用到达角度方法中的垂线总长(S18)。

在长度比较后，由较短总长的方法测量的移动终端501的当前位置被判定为移动终端501的位置(S19)。也就是说，如果从利用到达时间差测出的位置所作垂线的总长比从利用到达角度测出的位置所作垂线的总长短，则由到达时间差计算出的最终位置被判定为移动终端501的当前位置。

根据上述方法，即使移动终端正在移动，离实际移动路径最近的位置也可被测出。

用上面方法计算出的位置通过CDMA蜂窝网络自动地传输到需要移动终端用户位置信息的应用服务器508上。

还可以作出连接利用移动终端和基站间信号的到达角度测量出的移动通信终端当前位置和利用移动终端和基站间信号的到达时间差测量出的移动终端当前位置的假想直线，从移动终端的位置向对应假想直线作垂线，将垂线的长度相加得出总长，以及比较各个总长，并将利用到达角度或利用到达时间差测量出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置。

图8是根据本发明的移动通信终端位置判断方法第二个实施例的流程图，图9是根据第二个实施例的位置判断方法的运行结果。

以下参照图8和图9说明根据本发明的位置判断方法第二个实施例。

当移动终端501为了通报终端的当前位置而发出一定的信号时，终端501所在小区的基站502和该小区周围的基站502接收该信号(S21)。

通过移动通信交换机503，通报位置的信号被传输到TOA计算单元504和AOA计算单元505。

TOA计算单元504处理传输进各个基站的信号，并计算从移动终端501发出的信号到达各个基站的时间(S22)。如果小区大，则像郊区一样基站间的距离非常远，只有由安装在用户所在小区中基站的天线系统计算出的信号到达角度被传输到AOA计算单元505。

以下参照图9说明使用如上计算出的到达时间数据和到达角度数据的位置判断过程。

首先，对于第一基站601，利用第一基站601的移动终端信号的到达时间和到达角度，作出以第一基站601为中心，半径为R1的假想圆，并且沿到达角度方向作出假想直线。并且将第一基站601的假想圆和假想直线相交的位置设定为移动终端的第一判断位置#1(x_1，y_1)。

用上述方法，利用信号的一对到达时间和到达角度，设定各个基站判断的位置#N(x_N，y_N)(S24)。

找出在上述过程中设定的各个判断位置(#1～#N)的x坐标((x_1+x_2+....x_N)/N)和y坐标((y_1+y_2+....y_N)/N)平均值，此后，上面的平均坐标值(x，y)被判定为移动通信终端的最终位置(S25)。

在本实施例中，三个基站设定三个判断位置(#1，#2和#3)，且移动终端的最终位置被判定为((x_1+x_2+x_3)/3)，((y_1+y_2+y_3)/3)。

利用CDMA蜂窝网络，如上计算的位置被自动传输到需要用户位置信息的应用服务器508。

在本发明的另一实施例中，还可以分别将利用AOA计算单元和TDOA计算单元测出的移动终端当前位置连接成假想直线，从移动终端的位置向对应假想直线作垂线，将垂线的长度相加得出总长，以及比较各个总长，并将利用具有较短总长的方法测出的移动终端位置判定为移动终端最终位置。

如上所述，根据本发明的移动通信终端位置判断设备和方法，通过结合多种基于网络的位置判断方法而提供一种能够改善位置判断功能的判断移动通信终端位置的设备和方法。另外，当移动终端在汽车中移动时可进行准确的位置判断。

并且，根据本发明的移动通信终端位置判断设备和方法，在可以使用多个基站的市区，移动终端的位置判断功能可以与接收移动终端信号的基站数量成比例地提高。

在不脱离本发明精神或本质特征的基础上，本发明能够以多种形式实施，所以除非特别说明，前面描述的任何细节并不构成对上述优选实施例的限制，而应该在所附权利要求的精神和范围内进行广义的解释，因此落入权利要求的范围、或者这些范围的等同物内的变化和改进都应被视为包含在权利要求内。

Claims

1.一种移动通信终端的位置判断设备，包括：

移动通信交换机，用于通过基站接收移动通信终端的位置信号；

到达角度计算单元，以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的位置信号的到达角度计算移动通信终端的位置；

到达时间差计算单元，以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的位置信号的到达时间差计算移动终端的位置；以及

位置判定单元，其从到达时间差计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从到达角度计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从沿所述假想直线的移动终端位置向所述假想直线作垂线并得出垂线总长，以及在比较各个垂线总长后将到达角度计算单元或到达时间差计算单元计算出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置。

2.一种移动通信终端的位置判断设备，包括：

到达时间计算单元，以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的位置信号的到达时间计算移动终端的位置；以及

位置判定单元，其从到达时间计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从到达角度计算单元测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线，从沿所述假想直线的移动终端位置向所述假想直线作垂线并得出垂线总长，以及在比较各个垂线总长后将到达角度计算单元或到达时间计算单元测出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置。

3.一种移动通信终端的位置判断设备，包括：

到达角度计算单元，利用移动终端和基站间的位置信号的到达角度计算移动通信终端的位置；

到达时间差计算单元，利用移动终端和基站间的位置信号的到达时间差计算移动终端的位置；以及

位置判定单元，将到达角度计算单元和到达时间差计算单元测出的移动终端当前位置连接成假想直线，从移动终端的位置向所述假想直线作垂线，将垂线的长度相加得出总长，以及比较各个总长并将到达角度计算单元或到达时间差计算单元计算出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置。

4.根据权利要求3所述的设备，其中从利用到达角度测出的移动终端位置向利用到达角度的假想直线作垂线，从利用到达时间差测出的移动终端位置向利用到达时间差的假想直线作垂线。

5.一种移动通信终端的位置判断设备，包括：

到达时间计算单元，利用移动终端和基站间的位置信号的到达时间计算移动终端的位置；以及

位置判定单元，将到达角度计算单元和到达时间计算单元测出的移动终端当前位置连接成假想直线，从移动终端的位置向所述假想直线作垂线，将垂线的长度相加得出总长，以及比较各个总长并将到达角度计算单元或到达时间计算单元计算出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置。

6.根据权利要求5所述的设备，其中从利用到达角度测出的移动终端位置向利用到达角度的假想直线作垂线，从利用到达时间测出的移动终端位置向利用到达时间的假想直线作垂线。

7.一种移动通信终端的位置判断方法，包括：

以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的信号到达角度测量移动通信终端位置的步骤；

以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的信号到达时间差测量移动终端位置的步骤；

从利用信号到达时间差测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线的步骤；

从利用信号到达角度测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线的步骤；

从沿所述假想直线的移动终端位置向所述假想直线作垂线，并得出垂线总长的步骤；以及

在比较各个垂线总长后，将利用信号到达时间差或利用信号到达角度测出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置的步骤。

8.一种移动通信终端的位置判断方法，包括：

以预定的时间间隔，利用移动终端和各个基站间的信号到达时间测量移动终端位置的步骤；

从利用信号到达时间测出的移动终端当前位置向预定时间之前测出的移动终端位置建立假想直线的步骤；

在比较各个垂线总长后，将利用信号到达时间或利用信号到达角度测出的具有较短垂线总长的位置判定为移动终端位置的步骤。

9.一种移动通信终端的位置判断方法，包括：

利用移动终端和基站间信号的到达角度测量移动通信终端位置的步骤；

利用移动终端和基站间信号的到达时间差测量移动终端位置的步骤；

将利用到达角度和利用信号到达时间差测出的移动终端当前位置连接成假想直线的步骤；

从移动终端的位置向所述假想直线作垂线的步骤；

将垂线的长度相加得出总长的步骤；以及

比较各个总长，并将利用到达角度或利用信号到达时间差测出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中从利用到达角度测出的移动终端位置向利用到达角度的假想直线作垂线，从利用到达时间差测出的移动终端位置向利用到达时间差的假想直线作垂线。

11.一种移动通信终端的位置判断方法，包括：

利用移动终端和基站间信号的到达时间测量移动终端位置的步骤；

将利用到达角度和利用信号到达时间测出的移动终端当前位置连接成假想直线的步骤；

从移动终端的位置向所述假想直线作垂线的步骤；

将垂线的长度相加得出总长的步骤；以及

比较各个总长，并将利用到达角度或利用信号到达时间测出的具有较短总长的移动终端位置判定为移动终端最终位置的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中从利用到达角度测出的移动终端位置向利用到达角度的假想直线作垂线，从利用到达时间测出的移动终端位置向利用到达时间的假想直线作垂线。