专利名称：稀疏化的u-tdoa无线定位网络的制作方法
技术领域：
本发明通常地涉及用于定位无线设备的方法和装置，该无线设备又称 为移动站(MS),如用在模拟或数字蜂窝式系统、个人通信系统(PCS)、 增强型专用移动无线电(ESMRs)以及其他类型无线通信系统中的MS。 特别地，但不排他地，本发明涉及用于减小无线定位系统(WLS)的接收 器部署密度和由此降低这种部署的总成本的方法。
背景技术：
A无线定位
在1994年7月5号4是交的题目为"Celluler Tel印hone Location System"
7的第5,327,144号美国专利中描述了关于无线定位系统的早期成果，其公 开了一种利用到达时间差(TDOA)技术来定位蜂窝式电话的系统。该专 利以及其他示例性专利(在下面所讨论的)被转让给本发明的受让人 TruePosition公司。，144专利描述了可被称作上行链路到达时间差 (U-TDOA)蜂窝式电话定位系统的系统。所描述的系统可配置成监控来 自 一个或多个蜂窝式电话的控制信道传输，以及使用中央的或基于站 (station-based )的处理来计算电话的地理位置。TruePostion和其他^^司继 续研究对初始的发明构思的显著增强。图1中描绘了 U-TDOA WLS的一 个例子。如图所示，该系统包括四个主要的子系统信号采集系统(SCS) 10、 TDOA定位处理器(TLP) 12、应用处理器(AP ) 14以及网络操作控 制台(NOC) 16。每个SCS负责在控制信道和语音信道上接收由无线发射 器发射的RF信号。通常，SCS (现在有时被称作LMU或定位测量卓元) 被优选地安装在无线运营商的蜂窝基站(cell site),因此与基站并行操作。 每个TLP12负责管理SCS IO的网络并且负责提供可被用于定位计算的一 组集中的数字信号处理(DSP)资源。SCS IO和TLP 12—起操作以确定 无线发射器的位置。SCS 10和TLP 12都包括大量的DSP资源，并且这些 系统中的软件可动态地运行以基于处理时间、通信时间、排队时间和成本 的权衡(tradeoff)来确定在哪里执行特定的处理功能。此外，WLS可包括多 个SCS区域，每个SCS区域包括多个SCS 10。例如，"SCS区域1"包括 SCS 10A和10B，它们位于各自的蜂窝基站并且与在那些蜂窝基站处的基 站共用天线。插分(Drop and insert)单元11A和1 IB用于将部分T1/E1线 通过接口连接到全T1/E1线，全T1/E1线又被耦合到数字访问和控制系统 (DACS ) 13A。 DACS 13A和另 一个DACS 13B用于SCS 10A、 10B等 以及多个TLP 12A、 12B等之间的通信。如图所示，TLP通常被经由以太 网(主干网)和第二个冗余以太网来布置和互连。多个AP 14A和14B、 多个NOC 16A和16B、以及终端服务器15也被耦合到以太网。路由器19A 和19B被用于将一个WLS耦合到一个或多个其他无线定位系统。
图1A描绘了代表标准无线通信系统(WCS) 100的组件，其可采用 蜂窝式电话网络的形式或类似的形式。虽然在图1A中所表现的技术采用 了全球移动通信系统(GSM)基础设施的典型的一些术语来表达，但该技术还同等地应用于并且有利于与其他标准(例如描述通用移动通信业务
(UMTS)的第三代合作伙伴计划(3GPP)技术规范)相一致的蜂窝式无 线通信的实施。在图1A中，无线移动通信单元或移动站(MS) 101经由 承载去往和来自基站收发台(BTS) 102的传输的射频(RF)链路进行通 信。如在图1A中以虚线圈所突出显示的，BTS设施包括上行链路接收
(U—Rx)天线和下行链路发射(D_Tx)天线以及用于承载着无线通信的 合适信号的相关联的电缆。 一组(通常为三个)BTS蜂窝扇区(cell sector)
(或扇区化的蜂窝操作区)覆盖由部署在BTS终端位置的天线所服务的局 部的通信区或蜂窝小区(cell)(包围着服务BTS)。每个蜂窝扇区通过其独 特的小区全球识别码(CGI，该词语在此也被用来指BTS蜂窝小区设施) 来被识别。在规范公差内，每个BTS可基于以标称时基频率操作的独立振 荡器单独地或独立地为其发送的下行链路信号产生其时基或时间标准/时 间参考。对于GSM业务，规定兼容的标准BTS时基频率在0.05ppm或 0.65Hz的公差内以13MHz进行操作。覆盖更宽工作区域的一组不同的BTS 由基站控制器(BSC) 103控制。BSC管理在其管区(domain)内操作的 MS和BTS，这种管理包括当MS从一个BTS的蜂窝小区的蜂窝覆盖范围 移动到另一个BTS的蜂窝小区的蜂窝覆盖范围时，将RF链路与特定的 MS的集成的职责从一个BTS切换到另一个BTS。以类似的方式，在通信 管理的较低水平上，BSC还管理MS从一个BTS扇区到另 一个BTS扇区 的切换，并且BTS在其管区内检测切换的成功执行。在管理的较高水平上， 移动交换中心(MSC) 104管理多个BSC。为了支持WCS的操作，在MS 的特定的服务CGI (SCGI)的控制下操作的任何MS被用于使其自身与 SCGI的被发送的BTS下行链路"信标"信号同步，因此不需要来自不同 BTS的信号与共同的时间标准例如GPS时基同步。
图IB示出作为无线通信系统的辅助物协作的WLS。在本例中，WLS 被称为服务移动定位中心(SMLC) 110。基于基础设施或"叠加(overlay)" 的WLS可采用在图IB中描述的组件的叠加配置来表示。在图IB中，通 信信道中的来自所关注的MS/UE 101的RF上行链路信号由LMU 112接收 和测量，LMU 112部署在遍及通信系统的操作区分布的位置处。f注意， 夬于术语在30P尸OSM术语中，词语"SM丄C"措整个『LS，而在其他语境中"SM丄C"指被^为的子系銃ifi件。如还在此使用的，JOP尸 词语"ZMt/"措她理J:分散的SM丄C/^XS纽伴，该SM丄OWZ^纽件接收 发射的信号并测量f例如定位初^的)信号持征，然而这样的纽伴在 其他语境戚紫景技术的猫述中可被^r为信号釆桌杀銃"SGT。J通常，如 利用图1B在图lA之上的"叠力o"可以设想的，LMU 112被部署在BTS 102 设施中，因此LMU通常通过多路耦合到相同的信号馈线来为定位相关的 测量获得或"接入(tap)"其上行链路接收(U—Rx)信号，该相同的信号馈 线由BTS根据为通信而部署的天线来使用。如图1B中的虚线圈所突出显 示的，对于在分布的LMU站点的(定位相关的)数据采集和测量的时基 同步，LMU经由带有电缆的GPS接收(GPS—Rx)天线获得GPS信号。 此外，LMU经由带有电缆的下行链路接收(D_Rx)天线感测BTS下行链 路传输。如在图1B中所描绘的，尽管LMU通常但不是必须地部署在BTS 站点，但是它们也不一定与BTS—对一地部署。由多个LMU提取出来的 接收信号的特征的测量通过无线定位处理器(WLP) 203管理和采集，每 个WLP 203指导多个LMU的操作。WLP监督特定LMU的选择，特定 LMU被分配任务以为所关注的特定MS提供测量。 一旦接收被适当测量的 信号数据，可能包括通过其他WLP而管理不在其直接控制下的LMU, WLP将典型地还评估该数据并且基于该数据确定最佳(位置)估计。典型 地，WLP可管理覆盖地理区域的LMU的操作，多个BSC为该地理区域提 供相应的通信业务。SMLC的无线定位网关(WLG) 114执行总体控制和 给WLP分配任务。WLG典型地(但不一定)与MSC104定位在同一地点 (并且可与其通过4妄口相连)。WLG与其在通信系统内所服务的多个BSC 通过接口相连并交换定位相关的请求、信息或数据。WLG验证定位业务
请求并将定位确认结果传播到被授权的接收者。
U-TDOAWLS (和其他定位系统)的性能通常表示为一个或多个圆形 误差概率(circular errorprobability)。作为增强型9-1-1阶段II要求的部分， 美国联邦通信委员会(FCC)要求基于网络的系统例如U-TDOA系统部署 成产生以下精度，即为67%的紧急业务呼叫者产生100米(100m或328.1 英尺)准确度和为95%的紧急业务呼叫者产生300米(300m或984.25英 尺)准确度。精度的要求随所部署的定位业务而变，但是如果U-TDOA定
10位系统的精度(例如由Cramer-Rao约束所预期的)使得通过部署比BTS 少的LMU来超过定位服务质量，则这样的部署是有利的，因为其将减少 系统的成本。
在此描述的发明性技术和构思应用于时分复用和频分复用 (TDMA/FDMA)无线电通信系统，该无线电通信系统包括广泛使用的 IS-136 ( TDMA )、 GSM和OFDM无线系统，以及码分无线电通信系统如 CDMA (IS-95, IS-2000)和通用移动通信系统(UTMS)，其后者也被称 为W-CDMA。上面讨论的全球移动通信系统(GSM);漠型是本发明可在 其中使用的示例性的非排他的环境。
5.建立稀疏存在的/'。7题
在非稀疏化的U-TDOA系统(每个BTS中部署1个LMU的U-TDOA
系统)中，LMU能够检测和解调来自常驻小区的下行链路信号(信标或广 播控制信道(BCCH))。所测量的定时接着与由LMU的基于GPS的时钟 确定的系统时间进行比较，然后被发送到SMLC以存储或转发给其他 LMU。既然在定位请求中提供了信道和时隙，并且每个相邻的蜂窝小区和 扇区的与系统时间的帧定时偏移是已知的，那么每个LMU将能够快速解 调上行链路的报文发送(messaging)。
在稀疏化的U-TDOA系统(部署比例小于每个BTS中1个LMU的 U-TDOA系统)中，无线电发射器(移动设备)和无线电接收器(LMU) 间由选择性部署("稀疏化")导致的增加了的距离将对U-TDOA定位准确 度产生不利的影响，并且将抑制在GSM环境中所需的LMU确定帧定时偏 移的能力。为产生TDOA所需要的时间戳，LMU应该(1 )检测和解调 蜂窝小区下行链路信标以确定蜂窝小区定时，以及(2)检测和解调上行 链路信号。要求LMU在噪声、相邻信道间干扰、共用信道内干扰存在时 以及在几个蜂窝小区半径距离处接收和解调上行链路信号和下行链路信 号使得最小化LMU部署的成本变得困难。
概述
ii下面的概述是用于解释在下面更详细描述的说明性实施方式的几个 方面。本概述并非意指涵盖公开的主题的所有的发明性方面，也并非意指 限制下面陈述的权利要求的保护范围。
在叠加的、基于U-TDOA的无线定位系统中，通常被与BTS定位在 相同地点的LMU用于采集前向信道和反向信道中的无线电信令。当不在 每个BTS站点中部署LMU时，稀疏部署、信标接收以及上行链路接收会 限制U-TDOA系统的性能和服务面积。本发明的目的是提供一种用于减小 LMU部署成本的方法和系统。说明性实施方式提供了用于通过稀疏化来减 小U-TDOA部署成本的多种技术。可对这些技术进行如图3所示的应用以 减d 、 LMU相对于BTS的部署比例并因此减小U-TDOA无线定位系统的总 成本。
本发明可体现为 一种用于设计稀疏无线定位系统(WLS )的迭代方法， 并如同用于执行该迭代设计方法的一种软件工具。例如，在一个示例性实 施方式中，所述迭代方法包括^执行智能网络设计过程以产生初始网络设 计；执行初步网络设计分析以确定影响所述初始网络设计的下述性能限制 因素中的至少一个下行链路信标发现、准确度以及上行链路解调；以及 基于确定为影响所述初始网络设计的性能限制因素修改所述初始网络设 计。
WLS可包括U-TDOA系统，该U-TDOA系统包含多个地理上分散的 定位测量单元(LMU ),所述WLS可叠加在包括多个地理上分散的基站收 发台(BTS)的GSM无线通信系统上。此外，所述迭代方法的当前优选 的实现方式还包括在执行所述智能网络设计过程之前识别被协同同步的 蜂窝扇区的至少一个群集。
在说明性实施方式中，所述方法还包括，基于确定影响所述最初网络 设计的性能限制因素是准确度，将至少一个LMU添加到所述网络设计。 说明性实施方式可还包括基于确定没有性能限制因素影响所述初始的网 络设计，来从所述网络设计中移除至少一个LMU。
当所述性能限制因素是下行链路信标发现时，所述方法可还包括部署 至少一个增强型下行链路天线、部署下行链路干扰消除、部署BTS同步、将至少一个LMU添加到所述网络设计、或这些中任何几个的组合。此外， 当所述性能限制因素是下行链路信标发现时，所述方法还包括确定是否部
署了 Abis监控系统(AMS)，且如果没有，在被识别的站点部署至少一个 仅限于下行链路的LMU。如果部署了 AMS,所述方法包括启用对增强型 信标同步(EBS)和源自AMS的信标定时功能的使用。
当所述性能限制因素是上行链路解调时，所述方法还包括确定是否启 用了通信系统解调数据，且如果启用了所述通信系统解调数据，则启用了 经解调的数据特征，如果没有启用所述通信系统解调数据，则确定没有部 署AMS并启用单独训练序歹'J(mid-amble)的校正(correction)特征。此外，如 果没有启用所述通信系统解调数据，则所述方法可包括确定部署了 AMS 并启用源自AMS的被解调的数据特征。当影响所述初始网络设计的所述 性能限制因素是上行链路解调时，所述方法可还包括将至少一个LMU添 加到所述网络设计，以及/或添加专用天线设施。还应该注意到的是，从链 ^各监控系统例如AMS中获得解调比特可减少LMU的成本和复杂性，即， 即使在非稀疏环境中也是如此。
下面描述了在此公开的实施方式的其他方面。
当结合附图来阅读时，能更好地理解前面的概述以及后面的详细描 述。为了说明本发明，在图中示出了本发明的示例性结构，然而，本发明 并不限于所公开的具体方法和手段。在图中
图1示意地描绘了无线定位系统。
图1A描绘了无线通信系统(WCS)的主要组件的代表性配置。图IB 示出了叠加的WLS的主要组件的代表性配置，叠加的WLS有时又称为服 务移动定位中心(SMLC )。
图2示意地描绘了 GSM/GPRS参考模型。
图3A-3G是或提供了示出可用于基于预先安装的分析的结果、仿真模 拟以及实地确定的经验结果来稀疏化U-TDOA系统的一系列技术的流程
13图。
图4说明信标发现的过程和报文发送，其可用于单独信标的LMU。
图5说明稀疏化的TDOA网络，并在下面解释TDOA双曲线的宽度 是由多路径无线电传播所导致的不可辨的信号定时和LMU时钟之间的定 时误差引起时，进行引用。GDOP可成倍增加这些误差。
详细描述
现在我们将描述本发明的说明性实施方式。首先，我们提供对问题的 详细综述，然后提供对我们的解决方案的更详细描述。
A综迷
在减小U-TDOA系统的成本的努力中，接收器可安装在通信网络的蜂 窝基站的子集中。如上面所讨论的，在U-TDOA系统中每个BTS有一个 LMU，每个LMU可检测和解调来自其常驻蜂窝小区(例如，其定位在相 同地点的BTS)的下行链路信标或广播控制信道(BCCH)。测量的定时可 与如由LMU的基于GPS的时钟确定的系统时间进行比较，然后发送到 SMLC以存储或转发到其他LMU。这使每个LMU能够解调上行链路报文 发送。
在稀疏U-TDOA系统(部署比率小于每BTS 1个LMU的U-TDOA系 统)中，由选择性部署("稀疏化")所导致的无线电发射器(移动设备) 和无线电接收器(LMU)之间增加的距离将对U-TDOA定位准确度产生 不利的影响，因为SNR随距离和共用信道干扰的增加而减小，且GDOP 的影响被放大。此外，在稀疏化的U-TDOA系统中，要求LMU不仅确定 常驻蜂窝小区和扇区的无线电信号定时，还确定不具有常驻LMU的任何 周围的蜂窝小区和扇区的无线电信号定时。接收和解调该LMU附近的非 常驻蜂窝小区和扇区的信标的能力用于确定帧定时偏移。
帧定时的先验知识用于GSM设备如移动电话的U-TDOA定位。每个 GSM频率信道被多达8个移动站共享。既然每个频率有最多8个用户，那 么每个GSM帧便有8个时隙(TS)。因此，每个移动站使用该信道用于一个时隙，然后等待在下一个帧中属于它的时隙的再次到来。移动发射器仅 在其主用时隙期间启用。在单个时隙发射而在剩余的七个时隙期间闲置的 要求导致急迫需要RF功率的开/关切换的机制。如果移动站不根据规范执
行，其将干扰相邻时隙和相邻信道中的其他移动站。来自定位请求的WLS 任务分配信息包括由无线通信系统或由添加的监控子系统提供的信道信 息，所述信道信息包括分配给所关注的移动站的时隙；但是如果没有从信 标发现过程推得的帧定时信息，便没有使LMU可靠地区别一个时隙与另 一个时隙的简单方法。
不能从周围蜂窝小区和扇区中检测信标意味着帧定时不能在定位请 求之前得到，因此从分配的信道采集长时间段无线电能量的需要严重减小 了 LMU定位速率，这消除了 WLS执行大部分控制信道定位的能力，且由 于在U-TDOA定位的信号采集阶段的呼叫切换而导致了更严重的失败的 定位。
为产生TDOA所需要的时间翟乂， LMU应该(1 );险测和解调蜂窝小 区下行链路信标以确定蜂窝小区定时，以及(2 )检测和解调上行链路信 号。下行链路信号将来自相邻的蜂窝小区和扇区以及来自那些可能地能够 由LMU服务的蜂窝小区和扇区。上行链路信号发往常驻蜂窝小区或近邻 的任何服务蜂窝小区，而且可产生于由这些蜂窝小区所服务的任何点。要 求LMU在噪声、相邻信道间干扰、共用信道干扰存在时以及在几个蜂窝 小区半径距离处接收和解调上行链路信号和下行链路信号，使得很难最小 化LMU部署成本。本发明的目标是提供用于最小化这种LMU部署成本的 一种多方面的(multi-pronged)技术。
综上所述，信标发现是由下述因素导致的问题
*共用信道干扰；
*相邻信道干扰；
*接收器饱和；
*定向天线部署；
*天线下倾；
15參远近效应；
当在^^市地区的GSM网络中以相对于BTS的小于1: 1的比率部署 LMU时，我们已经观察到限制因素是信标(BCCH)发现和上行链路解调， 而不是定位准确度。上行链路解调是由下述原因导致的问题TDOA值的 成功测量依赖于"干净的"(高SNR、低相位噪声、低干扰等等)的参考 信号，来自多个站点的测量信号与所述参考信号相关联以提供对所述参考 信号和在每个站点接收到的信号之间的TDOA的估计(见第5,327,144号； 第6,047,192号；第6,400,320号；第6,483,460号以及第6,661,379号美国专 利)。在受上行链路解调限制的地区，在任何LMU处都没有足够高质量的 信号可充当参考信号。
上行链路解调是由下述因素导致的问题
共用信道干扰；
相邻信道干扰；
接收器饱和；
參定向天线部署；
天线下倾；
远近效应；
參由辐射传播损耗、信号级.收和衍射损耗以及多路径信号恶化引
起的路径损耗。
TruePostion已经研究了多种通过稀疏化来最小化U-TDOA部署的成 本的技术。如图3A-3G所示，这些技术被用来减小LMU相对BTS的部署 比率，从而降低U-TDOA无线定位系统的总成本。图3A-3G是根据本发 明的过程的示例性实现的流程图。所说明的步骤总结如下。
步骤300:开始稀疏化设计过程；
步骤301:识别被协同同步的蜂窝扇区的群集；
步骤302:执行智能网络设计过程；
步骤303: ^L行初步网络设计分析；
16步骤304:确定性能限制因素
(A) 下行链路信标发现——转到图3B， 3C;
(B) 准确度——转到图3D;
(C) 无性能限制因素一一转到图3E,移除LMU (步骤321 );或
(D) 上行链路解调——转到图3F和图3G。
如图3B所示，在"受下行链路信标发现限制"情况下，执行下述步
骤
步骤305'.部署增强型下行链路天线； 步骤306:部署下行链路干扰消除； 步骤307:部署BTS同步； 步骤308:将额外的LMU添加到服务区。
此外，在步骤310,该过程包括确定是否部署了 AMS(Abis监控系统) (见图3C)。如果没有部署，进行到步骤311。如果部署了，进行到步骤 312。
步骤311:在被识别的站点部署单独下行链路LMU;
步骤312:启用对EBS (增强型信标同步)和源自AMS的信标定时 功能的使用。
如图3B和图3C所示，这些过程之后是步骤309:再次执行智能网络 设计过程，这次采用了被更新的设计规范。
如图3D所示，在"受准确度限制"情况下，执行下述步骤
步骤313:增加信号积分时间(integration time );
步骤314:部署TDOA/ECID混合技术；
步骤315:部署TDOA/AoA混合技术；
步骤308:将额外的LMU添加到服务区。
图3F和图3G描绘了用于"受上行链路解调限制"情形的过程步骤。
17步骤包括
步骤316:确定是否启用了通信系统解调数据。如果没有，进入步骤 310;如果启用了，进入步骤319。
步骤319:启用经解调的数据特征；
步骤317:启用单独训练序列的校正特征；
步骤318:启用源自AMS的经解调的数据特征。(从AMS中获取解 调数据可降低LMU的成本和复杂性。这即使当稀疏化不成问题时仍是有 利的。)
还如图3G所示，对于"受上行链路解调限制"的情况，该过程包括 步骤308:将额外的LMU添加到服务区； 步-骤320:添加专用天线i殳施。
再如图3F和图3G所示，这些步骤之后是步骤309:执行智能网络设 计，采用了被更新的设计规范。
在下面的子部分C中，我们将更加详细地描述我们的发明性技术。然 而，首先我们提供对GSM参考模型的非限制的讨论，讨论提供了示例性 的(然而非排他的)和适当的背景，在该背景中可使用本发明的实施方式。
汉GSM柯络参孝模型
图2描绘了 GSM网络参考模型(该图是GSM 03,71、修订8.9.0、章 节5.6的3GPP标准化的普通LCS逻辑结构的更改)。现在我们将讨论该参 考模型，从而为我们的发明性技术的目前优选的实施方式的其余描述提供 进一步的背景。我们的关于该GSM网络参考模型的概括性描述绝不意味 着建议将我们的发明限制于符合该GSM网络参考模型的系统。下述段落 总结了在图2中所描绘的元件
210 BTS——在GSM系统中，BTS (基站收发台)端接 (terminate)GSM无线电接口 。每个BTS包括多个TRX (收发器)、放 大器、滤波器以及天线。词语BTS包括电源以及需要用以容纳电子 设备的环境防护罩(environmental shelter)和环境控制器。BTS经由Um无线电接口连接到MS (移动站)以及经由Abis接口连接到BSC。
220 U-TDOA LMU——LMU (定位测量单元)进行无线电测量以支持U-TDOA，并典型地被与BTS定位在相同地点，允许共同使用无线电天线和设施。LMU得到的所有定位和辅助测量都提供给与该LMU相关联的特定的SMLC。关于这些测量的定时、性质以及任何周期性的说明由该SMLC提供或在该LMU中预先处理。地理上分散的U-TDOA LMU由专用连4妻连4妻到该SMLC。
223 Le接口——3GPP标准Le接口 (如在3GPP TS 23.171中标准化的OMA/LIF移动定位协议3.2.1)被LBS应用(LCS客户端)用来与GMLC通信，用于请求定位和接收定位响应。提供的业务包括标准的即刻定位、紧急情况即刻定位、标准的定位报告、紧急情况定位报告以及被触发的定位报告。
224 Lb接口——Lb接口是启用BSC和SMLC之间的通信的标准化的报文发送接口 。通过这个接口 ， GSM网络触发直接到WLS的定位请求，然后WLS从BSC获得附加的信道数据以完成定位过程。该定位信息接着由GSM网络路由(route)到请求中的或被分配的LBS应用。使用SS7或SIGTRAN端口时Lb接口是可用的。如果安装了具有所有相关的接口和探测器(probe)的AMS，则Lb接口是可选的。AMS和Lb可在同一网络中操作。
225 A被动接入(passive tap )——AMS借助于使用被动接入，通过接口连接到A接口 。被动接入的典型的实现是通过数字交叉连接或数字访问交换(DAX)复制接口报文发送。
226 Abis被动接入——AMS借助于使用被动接入通过接口连接到Abis接口。被动接入的典型的实现是通过数字交叉连接或数字访问交换(DAX)复制接口报文发送。
227 HLR——HLR (归属位置寄存器)是HPLMN (归属公共陆地移动网络)中的数据库。HLR负责维护用户签约(subscription)信息。HLR为MT (移动设备终端的)呼叫和SMS (短消息业务)提供路由信息。HLR为定位请求路由和任意时间查询(ATI)操作提供蜂窝小区/扇区信息。
228 GSMSCF——gsmSCF (GSM业务控制功能)为请求智能网络(IN)业务的每个呼叫定义了 IN控制环境。gsmSCF还存储与IN业务相关的业务逻辑。对基于定位的业务，gsmSCF使用Lc接口互连到GSM MAP网络。Lc接口仅在CAMEL阶段3和4可用。与gsmSCF关联的程序和信令分别定义在GSM 03.78 (现在是3GPP TS23.078 )和GSM 09.02 (现在为3GPP TS 29.002 )中。关于gsmSCF的IN功能的定位包括使用ATI程序(任意时间查询)和ALR (主动位置检索)程序对用户位置的查询。
229 E5+接口——E5+接口 229基于在ANSI/ESTI标准J-STD-036"增强型无线9-1-1阶段II "中描述的E5接口 。在SMLC WLG组件
和GMLC之间的这个接口允许GMLC直接从SMLC请求定位。E5+接口还允许SMLC将自发发展的定位直接推(push)到GMLC,用于经过Le接口到LBS应用的立即发送或高速缓存。
230 MSC——MSC (移动交换中心)包括负责MS签约授权功能和管理呼叫相关和非呼叫相关的GSMLCS的定位请求的功能。MSC通过Lg 4妻口可访问GMLC，通过Ls接口可访问SMLC。如果通过Gs接口连接到SGSN,则其检查移动站是否附带GPRS的移动站，以决定是否在A接口或Gs接口上寻呼移动站。
231 Lg接口——GMLC (网关移动定位中心)和VMSC (访问移动定位中心)之间的3GPP标准化接口 。
232 Lh接口——GMLC和HLR之间的3GPP标准化接口 。使用该接口的通信发生在GSM-MAP网络中。
233 Lc接口——GMLC和gsmSCF之间的3GPP标准化接口 。使用该接口的通信发生在GSM-MAP网络中。
238 GSM MAP网络——使用MAP协议的基于SS7的网络，其启用移动蜂窝式网络的分布式的节点之间的实时访问、路由和通信。
20240 BSC——BSC (基站控制器)是GSM架构中的功能性实体，其负责将RR (射频资源)分配到移动站、频率管辖和由BSC控制的BTS间的切换。对于U-TDOA定位系统，BSC为SMLC提供无线电信道信息和特征。BSC通过Abis接口连接到BTS 、通过A接口连接到MSC以及通过Lb接口连接到SMLC。
250 AMS——在TmePostion的2004年8月24日的第6,782,264号美国专利 "Monitoring of Call Information in a Wireless LocationSystem"中描述了 AMS ( A/Abis监控子系统)，并在2005年6月104是交的美国7>布的专利申i貪20060003775 "Advanced Triggers forLocation- based Service Applications in a Wireless Location System"中作了进一步扩展。AMS (或LMS )被动地监控Abis接口和/或A接口，用于定位触发事件、报文发送以及用户信息，允许SMLC执行自发的(从无线通信系统的角度)U-TDOA 、 CGI、 CGI+TA以及ECID定位计算。AMS经由数字通信链路连接到SMLC。如果安装了 Lb接口，则具有相关接口和探测器的AMS是可选的。AMS和Lb都可在相同网络中操作。
260 SMLC——服务移动定位中心(SMLC)包括用于支持LCS的功能。在一个PLMN中，可有多于一个的SMLC。 SMLC管理用于执行对MS的定位的资源的总体协调和调度。SMLC还计算最后的定位估计和准确度。SMLC通过到为目标MS服务的BSC的Lb接口上的信令来支持定位。SMLC支持Lp接口以能够访问为另 一个SMLC所拥有的信息和资源。SMLC控制多个LMU以达到获得无线电接口测量来定位或帮助定位其所服务的地区中的MS用户的目的。采用由SMLC的LMU中的每一个产生的测量的能力和类型来管理SMLC。SMLC和U-TDOA LMU之间的信令通过专用数字连接来传送。到AMS的数字连接和到GMLC的E5+接口允许SMLC和LMU基于AMS提供的触发信息和射频信息产生自发定位，并将自发定位推到GMLC。
270 WLP——采用由WLG选择的单项或多项技术，SMLC群集
21的无线定位处理器(WLP)组件将来自被服务的LMU的信息集成，以计算呼叫者或无线设备的位置。WLP通过数字通信链路连接到被服务的LMU和WLP。
280 WLG——无线定位网关(WLG)与无线网络通信，-接收定位请求，为应用确定最佳定位方法，以及将定位记录发送回网络。使用AMS,到无线网络的连接可以是被动(passive)的，或使用到BSC的Lb接口互联，其可以是主动(active )的。
290 Abis——Abis接口是BTS与BSC之间的GSM标准化信令接口 。
295 A—A接口是GSM网络架构中BSC与MSC之间的标准化接口。该接口支持传输信令和业务的信道。
296 GMLC——GMLC (网关移动定位中心)包括用于支持基于定位的业务(LBS)(也称为LCS (定位业务))的鉴权、访问控制、管理以及记账(accounting)功能。在 一个PLMN (公共陆地移动网络)中，可有多于一个的GMLC。 GMLC是外部LBS或LCS客户端接入GSM或UMTS网络的第一个节点。网关移动定位中心(GMLC)的能力由以下标准来定义GSM 03.71 (定位业务(LCS)——功能性描述)，3GPPTS 23.271 (LCS的功能性阶段2描述)，移动应用部分协议(3GPP TS 09.02 "MAP")以及CAMEL( 3GPP TS 23.079 )。 GMLC功能的附加功能包括
*定位客户端控制功能(LCCF):定位客户端控制功能(LCCF)管理面向多个应用服务器/定位客户端功能(LCF)的外部接口。 LCCF通过与定位客户端授权功能(LCAF)交互作用而请求客户验证和授权(即，验证允许LCS客户端定位用户)，由此识别无线运营商中的LCS客户端。LCCF处理定位业务(LCS)的移动性管理，例如将定位请求转发给VLR。 LCCF确定最后的定位估计是否满足QoS的要求，以达到重试/丢弃的目的。LCCF提供同时发起的定位请求之间的定位请求的流程控制。其可命令定位客户端坐标转换功能(LCCIF)执
22行到本地坐标的转换。其还产生通过定位系统账单(billing)功 能(LSBF)为LCS产生收费(charging)和账单相关的数据。
*定位客户端授权功能(LCAF ):定位客户端授权功能(LCAF ) 负责提供对客户端的访问和签约鉴权。具体地，其提供对LCS 客户端请求接入网络的授权并授权客户的签约。LCAF提供 对特定MS的LCS客户端请求定位信息的授权。
定位系统账单功能(LSBF):定位系统账单功能(LSBF)负 责与定位业务(LCS)有关的网络中的收费和账单活动。其 包括客户端和用户的收费和账单。具体地，LSBF采集收费相 关的数据和用于PLMN间记账的数据。
*定位系统操作功能(LSOF):定位系统操作功能(LSOF)负 责提供数据、定位能力、与客户端和签约有关的数据(LCS 客户端数据和MS数据)、验证、GMLC的故障管理(fault management)以及性能管理。
*定位客户端坐标转换功能(LCCTF):定位客户端坐标转换功 能(LCCTF)提供根据通用绵度和经度系统所表示的定位估 计到根据LCF所理解并被称为定位信息的本地地理系统所表 示的估计的转换。特定LCF需要的本地系统可从签约信息中 了解或由LCF明确地表明。
297 LBS——LBS应用(LCS客户端)能够向GMLC发起定位请 求并且能够从GMLC接收定位响应。当将AMS作为WLS的部分被 部署时，LBS应用被允许在AMS上预先配置触发事件、报文发送或 者用户信息，以启用自发被动定位。
c.实观f者蔬t/-rz)04 /^/络
为了在最少数目的站点部署LMU同时保持U-TDOA性能的指定水 平，可以执行在图3A-3G中示出的稀疏化过程。在下述的子部分中，我们 对下述主题进行更加详细的说明基站定时分析；用于稀疏化的智能系统 设计；预测的覆盖面积、预测的站点密度以及预测的责任面积；下行链路覆盖要求和副(secondary)扇区覆盖要求；用于稀疏化分析的初步系统设 计；下行链路信标发现限制性能；上行链路解调限制性能；提高下行链路 信标发现限制性能、用于提高下行链路信标发现限制性能的增强型下行链 路天线，以及用于提高下行链路信标发现限制性能的链路监控；增强型信 标同步；单独下行链路LMU部署；提高上行链路解调限制性能、用于提 高上行链路解调限制性能的链路监控、用于提高上行链路解调限制性能的 已知的序列相关；以及可选#^的实施方式。
基站定时分析(见图3A中的步骤301 )
一旦建立了性能参数和采集了相关的无线系统数据，但在可完成初步 的系统设计之前，应评估无线网络定时资源。在基于TDMA的系统中，例 如GSM中，基站收发台(BTS) —般不同步，即，不采用共用时钟参考 来部署基站。ETSI组织(欧洲电信标准协会)在GSM 05.10建议"无线 子系统同步"中阐述了对GSM基站收发台的准确度要求，要求如下
5. / AS捋使屑鍵对准确產好于0.(/w"-尸w-w/肌朋)的卓个频率源屑于i F 频率,兰和为时羞计对。相同的資源将用于在处的所有裁波。
该要求导致单个CGI内的信道被同步。(CGI在全向天线的情况下可 以是蜂窝小区，或在定向天线的情况下可以是蜂窝小区的扇区。)由于基 于共用系统时钟参考大规模地理BTS部署的困难，没有对其他GSM BTS 间的信道同步的要求。GSM基站传统上通过将基站内的石英振荡器与来自 TI/EI线回程(backhaul)设施的恢复的时钟信号同步，来得出它们需要的频 率准确度。基于主参考源(PRS)经由回程传输的定时信号保持嵌入的振 荡器校准到足够的准确度之内。
尽管不是GSM的要求，由于制造商的装备部署和设计选择，共同定 时的、协同同步的扇区和偶然靠近的蜂窝小区的群集可在无线定位系统的 服务区中存在。通过从GPS无线电信号和报文发送得到的定时来使GSM 系统协同同步，其同样未被GSM规范所需要，但在引入导航星(NavStar) 全球定位系统(GPS )卫星导航系统的美国空军部署之后，其可为GSM运 营商广泛利用。期望等同的定时能力可从任何全球的或区域的卫星导航系 统得到。
24关于BTS同步的进一步的信息可在2005年4月25日提交的"Base Transceiver Station (BTS) Synchronization"的国际专利申请WO06088472A1
中找到。该文件描述了在GSM或UMTS通信网络的网络叠加无线定位解 决方案中，如何通过同步BTS更加有效地使用频谱，其要求将定时信号分 配到所有BTS,或将基于卫星的定时单元安装在每个站点中。在该解决方 案的例子中，LMU被安装在一些或所有BTS站点，以达到定位无线设备 的目的。在支持各种定位技术的蜂窝式网络中，LMU用于测量各种上行链 路信号和/或下行链路信号的定时。这些LMU可包括基于GPS的定时参考 模块，其可用于同步所有LMU的时基。为降低BTS同步的总成本，LMU 将包括周期性电脉沖和时间描述信息的定时信号分布在串行接口或其他 接口上，其他节点都可获取该定时信号以用于同步。电脉冲和时间描述信
息的格式通过硬件和软件被更改以适应各种BTS类型所要求的各种格式。 例如，具有定位在相同地点的LMU的BTS可以用很少的硬件成本或根本 不需要硬件成本来接收同步信号。外部接口单元(EIU)可用于适应各种 BTS硬件格式。对于没有配置LMU的BTS站点，可使用定时测量单元 (TMU)。 TMU具有提供与LMU所提供的格式相同的格式的BTS时间信 号的单个功能。TMU提供的时间信号与LMU提供的信号同步。该仅定时 的TMU比LMU具有更低的成本，因为其不支持上行链路信号测量功能或 下行链路信号测量功能。该方法允许蜂窝运营商以相对低的成本同步BTS。
一旦完成BTS的定时分析，从而完成服务区中的无线电信道的定时分 析，便可产生下行链路信道的成帧图。当完成总服务区定时分析时，可执 行初步的部署设计。用于稀疏化的智能系统设计(见图3A中的步骤302 )。
本发明的受让人TruePostion公司准备了 一种智能系统设计工具。系统 规划应用提供了在市场设计过程中自动化的LMU站点选择。这一特征包 括了在市场中以LMU对BTS的小于100%的部署比例("稀疏化的"系统) 对LMU站点进行基于标准的选才奪。
智能系统设计工具自动选择将提供最佳定位性能的一组LMU站点。 为了做到这一点，系统规划软件工具通过冗余矩阵来安排载波基站，然后 一次移除一个具有最低冗余矩阵的站点，除非对于该站点来说下行链路覆
25盖要求或副扇区覆盖要求不被满足。在每次移除之后，重新计算冗余矩阵。 继续移除站点，直到达到目标LMU部署比率或直到站点集合被耗尽。
站点的冗余矩阵通过站点的几个基础矩阵相乘得到
冗余矩阵=f覆j面积)A' r站^密度9 Y责任面积,
其中/;: = a5，丄=/ ，似=/。
注意常数K、 L、 M是凭经验确定的。
覆盖面积基站覆盖面积是以平方公里为单位的近似面积，其中基站 扇区用作WLS中的合作者。该面积通过找到达到确定的阈值功率时的距 离而被计算。功率计算是基于复杂的无线电传播/路径损耗模型的(例如扩 展的COST231-Hata模型)。因此，对覆盖面积计算有贡献的天线参数为
高度(agl)(站点越高覆盖越好) 高于平均海平面的高度(amsl)(用于提供有效高度) 竖直束宽(beam width)(该值越小覆盖越好) 水平束宽
倾斜(越接近0越好，例如10度倾斜会严重减小覆盖)
天线增益(增益越大，覆盖越好)
扇区数
天线参数对于说明天线的各个特性是必需的。
站点密度站点密度是在所关注的基站附近，每平方公里的站点的平 均数目。该值仅考虑距基站距离小于R公里的站点。R选为到第20个最 近的站点的距离。对于系统规划工具计算，仅使用初始的(在任何移除之 前)站点密度。初始的站点密度与安装基站的环境有关。例如，城市、郊 区以及乡村的环境将具有不同的站点密度。
责^f壬面积这是限制一个区域(Kwww/区域)的面积，其上的每个点 离当前基站比任何其他基站都近。在每次从配置中移除基站后，责任面积 都被重新计算。该重新计算促进了站点的均匀分布和合作者的更好的几何结构，来用于U-TDOA计算。
下行链路^J1要求智能系统设计工具应该确保在从载波站点图中移 除LMU后，站点的下行链路信道仍然能由安装在剩余LMU站点上的下行 链路天线很好地监控。这些要求可包括最小TV亍链路57W 以及最小数目的 "T行链路天线，该最小下行链路SNR可包括某种安全边界，该最小数目的 下行链路天线应该能够监控由非LMU塔处理的呼叫。为了检查这些要求， 该工具采用了说明地面损耗的传输模型。取决于网络的协同同步设置，程 序对该要求有不同的解释。在通常非同步的网络中(例如GSM),如果两 个或多个蜂窝扇区(CGI)被同步，使得他们具有相同的相对帧定时和帧 数，这样，那些蜂窝扇区被称为是协同同步的。这有时通过使所有蜂窝扇 区位于互相协同同步的指定的站点(通常2， 3或6)而出现在GSM网络 中。
副扇区覆盖要求"副扇区，，是扇区/CGI,而不是仍然能够从移动站 解调上行链路信号的服务扇区。主扇区和副扇区都被分配解调上行链路信 号的任务以提供冗余。副扇区覆盖要求确保在准确度网格(accuracy grid ) 的每个代表点中，能够发现足够数目的副扇区。这些要求包括作为募i/扇区 的最小SAW，以及具有0、八2以及3个富i/扇区的点的百分比。为了检查 这些要求，智能系统设计工具采用了说明地面损耗和运营商提供的覆盖多 边形的初始的传播模型。智能系统设计工具允许运营商产生每站点使用少 于一个LMU的克-验的U-TDOA系统设计(基线设计)。这允许运营商为 任何需要的准确度水平部署最小数目的LMU,并节约与非必要的LMU部 署有关的成本。
初始基线设计(图3A步骤300、 301、 302)
智能系统设计工具是定义在稀疏LMU部署情景中哪些站点留下来不
^:部署的工具。
利用期望的节约的目标部署比率(小于每站点一个LMU的比率)，智 能系统设计工具将被用于识别站点，所述站点应该被部署有那些LMU以 取得产生系统设计的最好的系统性能。该设计被称为初始基线设计。该初 始基线设计可包括受信标发现限制的区域、受上行链^^解调限制的区域或
27受准确度限制的区域。在稀疏化设计过程的每次迭代中，形成了新的候选 设计。
智能系统设计工具通过为地理服务区中的每个点创造来自服务区内
或服务区附近的每个潜在LMU站点的一组TDOA基线而工作。对使用潜 在地包括在TDOA定位(如由从来自无线电传播模型的预测的接收到的信 号强度来确定)中的LMU的任意点，潜在的TDOA基线的数目由以下公 式给出
TZXX4基线的最大数尽=aMC7的数目，* (^MC/的教目-/ ) * 入 当aM"的教每〕》3对
限制网络部署比率的因素可在一系列步骤中看出。
要检查的第一项是下行链路信标发现。这可通过考虑每个信标的发射 功率和从发射天线到每个站点的下行链路信号的路径损耗来分析，所述站
点是具有被部署的LMU的候选对象。这将在每个LMU处产生接收的功率 水平。基于接收器的灵敏度特征，可确定是否每个LMU可发现指定的下 行链路信标。只要每个信标可由至少一个LMU (如果需要冗余则会更多) 发现，则设计便不受下行链路信标发现的限制。如果任何信标都不能由至 少一个LMU发现，那么系统设计便受该因素的限制，并且应该在该设计 中添加LMU,直到这种情况得以解决。
一旦所有信标可由至少一个LMU发现，可估计下一个限制因素—— 上行链路解调。基于基站的接收器的灵敏度以及到该站点所服务的不同地 区的路径损耗，可在每个位置确定维持该链路所需的移动设备上行链路信 号的最小发射功率。基于该移动设备上行链路发射功率以及类似的路径损 耗计算，可确定在周围LMU站点的接收的功率水平。如果该接收的功率 大于LMU在至少一个站点解调信号所需的最小信号强度，那么系统设计 便不受上行链路解调限制，所述站点是被部署有LMU的候选对象。如果 具有在其中移动设备可由蜂窝基站来服务的区域，但上行链路信号没有以 足以允许解调的功率水平传播到任何LMU站点，那么系统受上行链路解 调限制，并且应该在该设计中添加LMU,直到这种情况得以解决。
28一旦所有信标都被发现，以及设计中的蜂窝基站可服务的所有区域也 可由被部署的LMU解调，则可进行最后的检查以确定系统设计是否受准 确度限制。这首先需要确定最小移动设备上行链路发射功率，该最小移动 上行链路发射功率用于维持由设计中的蜂窝基站服务的地点处的链路。根
据此发射功率和到所有周围LMU站点的路径损耗，可以确定每个周围 LMU处的接收的信号功率。如果此信号功率水平大于TDOA检测灵敏度 水平，该TDOA检测灵敏度水平明显低于解调灵敏度水平，那么认为该 LMU是用于对来自该区域的移动设备进行定位的合作LMU。所有这样的 合作LMU被识别。该地区的地形和站点密度用于估计TDOA测量中多路 径导致的扩散。基于这些合作LMU的几何结构，以及多路径扩散，可以 计算该地区的估计的定位准确度。对由设计中的蜂窝基站服务的所有区域 重复该过程，以产生整个设计的总的定位准确度。如果该准确度水平满足 设计要求，那么系统设计便不受准确度限制。如果估计的准确度水平没达 到设计的要求，那么系统受准确度限制，并且应该在设计中添加附加LMU ， 直到这种情况得以解决。
修改初始基线设计(图3A，步骤303 )
导论将丄Mt/添加到『LS候逸设计
如果候选设计或初始基线设计包括界定的服务区中的区域，界定的地 理服务区受信标发现、上行链路解调或准确度限制，那么应该降低初始或 当前的稀疏化比率，并且应该在初始基线设计中添加LMU。
在一个LMU接一个LMU的基础上净丸行添加LMU。首先，识别性能 限制和受性能限制的地理区域。识别当前未具有(host) LMU的可用的基 站，标记受影响的区域或在地理上靠近受影响区域的区域(如果在受影响 的地区没有未使用的基站，可考虑可选的站点布置，例如其他无线运营商 或其他无线电业务所使用的蜂窝基站)。对这些潜在站点中的每一个，将 使用系统工具为采用所描述的技术而被添加的LMU识别下一个最佳站点。
为受信标限制而添加丄Aff/ ( ^ 35，步骤3朋)
当区域受信标限制时，使用系统规划工具来为每个潜在LMU站点预测信标发现列表。然后将每个潜在LMU站点的预测的信标发现列表与没
有被预测为被现有的LMU总体所发现的信标列表相比较。在设计中添加 LMU，直到所有信标都可被发现并且信标列表中的冗余量(信标被多个 LMU发现的次数)被最小化。
为受上ff链J吝鄭调限剝而添》口丄似"('恩3G，步-紫)
当区域受上行链路解调限制时，使用系统规划工具来为每个潜在LMU 站点预测上行链路解调性能。然后将每个潜在LMU站点的预测的上行链 路解调区域与未被现有的LMU总体充分覆盖的区域相比较。在设计中添 加LMU,直到受上行链路解调限制的区域被消除以及来自受影响区域附近 的LMU的任何叠加覆盖被最小化。
为受准确犮限剝而添加ZM6^慰JD，步嚴？朋9
当区域受准确度限制时，使用系统规划工具为每个潜在LMU站点预 测系统准确度性能的提高。在逐个站点的基础上，系统规划工具为整个服 务区产生准确度预测，基于此，正被添加到整个LMU总体中的站点已经 出现在当前候选的设计中。如果添加单个站点并不充分提高准确度性能， 则为每对潜在LMU站点重复该过程。重复添加LMU和在每个新的潜在的 网络设计中评估预测准确度的过程，直到达到准确度性能阈值，或直到所 有潜在LMU站点都净皮LMU占据。
如果潜在LMU站点列表被耗尽，则寸以考虑附加的可选的站点布置， 例如由其他无线运营商或其他无线电业务所使用的蜂窝基站或具有专用
设施的独立LMU站点。
寻论从『^S"设ff中移除ZMt/〖恩j￡，步潔3" 9
如果候选设计的初始基线设计不包括界定的地理服务区中的区域，界 定的地理服务区受信标发现、上行链路解调或准确度限制，那么可增加稀 疏化比率以及从候选设计或初始基线设计中移除LMU。
为了从设计中删除LMU，将使用系统规划工具识别下一个最佳LMU 以进行移除。考虑候选设计中的所有LMU。对于信标和准确度，从初始基 线设计中移除LMU的决定是基于冗余的。
30在不降低受信标限制的性能的情况下移除丄Mt/
确定潜在的LMU以从设计中移除的第 一步是为设计中的每个LMU检 查信标列表。使用系统规划工具预测可被每个LMU发现的信标。然后使 用系统规划工具确定是否被预测的信标中的任一个被预测为由其他LMU 发现。如果被LMU发现的所有信标也可由其他LMU发现，那么该LMU 是要被移除的候选对象。信标冗余的水平决定哪个LMU要首先被从设计 中移除。可重复从设计中移除LMU,阻止其他稀疏化相关的性能问题(准 确度、上行链路解调等等)的引入，直到信标发现的冗余被最小化。在理 想的被最大程度稀疏化的系统中，没有信标冗余。
请注意，根据对LMU接收的信标列表的检查，可在被部署的系统中 进行信标冗余的确定，并且在系统优化或无线网络重新配置的情况下，可 使用实际的信标性能代替根据理论传播模型确定的信标性能。
在不降低上行链路解调^能的情况T移除丄Mf/
确定潜在的LMU以从设计中移除的下一步是为设计中的每个LMU检 查上行链路信号强度。
采用无线电传播模型，基于上行链路解调性能来识别可被从更新的设 计中移除的LMU被完成，该射频传输模型为初始基线设计而提出，已经 经过更改以反映出基于信标发现中的冗余进行的LMU的移除。该更新的 模型最d、化信标发现冗余，并且初始不具有受上行链路解调性能限制的区 域。
对服务区内的所有可能的传输点，在本阶段检查在所有LMU处的接 收的信号强度。如果在两个或多个LMU预测成功的(足够强，以能被解 调)信号接收，那么称该接收是冗余的。如果预测为被特定的LMU接收 和解调的一组信号是完全冗余的，则该LMU可从当前设计中被移除，阻 止其他稀疏化相关的性能问题(准确度和信标发现)的引入。
请注意，可根据对LMU接收的信号记录的检查，执行所部署系统中 的上行链路解调冗余的确定，并且在系统优化或无线网络重新配置的情况 下，可利用实际的上行链路解调性能代替根据理论传播模型确定的上行链路解调性能。
在不降低准确度性能的積况T移除￡MU
受准确度限制应该被认为是依据满足准确度数字的确定目标(例如基 于网络的定位系统的FCC阶段II的要求)。如果当前设计不满足所要求的
准确度目标，则系统将受准确度限制。即，不能通过从候选设计中移除LMU
来完成附加的稀疏化，因为准确度要求没得到满足。
在不受限于信标发现或上行链路解调性能的稀疏化的WLS中，受准 确度限制的区域的主要决定因素是水平几何精度衰减因子(HDOP或 GDOP )。
在定位误差、测量误差和几何结构相互之间存在关系。几何结构的影 响通过标量来表示，其用来放大测量误差或降低计算结果的精度。该量被 称为水平精度衰减因子(HDOP)并且是均方根(RMS)位置误差与RMS 测量误差cj的比率。数学上可写为
其中，on2和 2是来自测量的协方差矩阵的水平分量的方差。物理上， 在基线LMU对之间的TDOA双曲线的交点是正交的时，实现最佳HDOP。 当发射器在圆心以及所有的接收站点关于圓周均匀分布时，出现理想的 HDOP的情况。
通过检查为服务区中每个点产生的每对LMU之间的TDOA基线和系 统规划工具产生的服务区的准确度曲线，在满足或超过准确度要求的候选 系统中，确定移除的合适的LMU。
系统规划工具考虑预测的TDOA双曲线基线中的冗余和基线中的正 交度。冗余基线对增加准确度并无贡献，因此可以清除。具有低正交度的 基线实际上可放大测量的非准确度且因此必须被最小化。如果LMU产生 具有低正交度的TDOA双曲线的基线，则其将被移除并且WLS准确度性 能被重新计算。请注意，根据所计算的位置相对于用于测试性传输的已知 的实际位置的检查，可确定对被部署的系统的准确度性能的评估。在被部署的系统因受准确度限制的区域而受到损害的情况中，可将该信息带给射 频传播模型，计算出新的基线设计。根据新的基线，可重复整个智能设计 过程，并确定添加和删除LMU的潜在站点。
用于稀疏化分析的初步系统设计(见图3A中的步骤303 )
用于稀疏化分析的初步系统设计用来为由设计规划和评估应用产生 的智能系统设计确定TDOA性能限制因素是否存在。将LMU以小于1: 1 的比率部署到网络(稀疏部署)中的蜂窝基站的能力受三个主要因素的限 制下行链路信标发现、上行链路解调和准确度。这些因素表示在图3B-C (下行链路信标发现限制)、图3D-E (准确度限制)以及图3F-G (上行链 路解调限制)中。
限制网络的部署比率的因素可在一 系列的步骤中被确定。
检查的第一项是下行链路信标发现。这可以通过考虑每个信标的发射 功率和从发射天线到每个站点的下行链路信号的路径损耗来分析，所述站
点是使LMU得以部署的候选对象。这将在每个LMU处产生接收的功率水 平。基于接收器的灵敏度特征，可确定是否是每个LMU可发现指定的下 行链路信标。只要每个信标可由至少一个LMU(如果需要冗余则会更多)， 则设计便不受下行链路信标发现的限制。如果任何信标都不能由至少 一个 LMU发现，那么系统设计便受该因素的限制，并且应该在该设计中添加 LMU,直到这种情况得以解决。
一旦所有信标可由至少一个LMU发现，可评价下一个限制因素一一 上行链路解调。基于基站的接收器的灵敏度以及到该站点所服务的不同地 区的路径损耗，可在每个位置处确定保持该链路所需的移动设备上行链路 信号的最小发射功率。基于该移动设备上行链路发射功率以及类似的路径 损耗计算，可确定在周围LMU站点的接收的功率水平。如果该接收的功 率大于LMU在至少一个站点解调信号所需的最小信号强度，那么系统设 计便不受上行链路解调限制，所述站点是使LMU得以部署的候选对象。 如果具有在其中移动设备可由蜂窝基站来服务的地区，但上行链路信号没 有以足以允许解调的功率水平传播到LMU站点，那么系统受上行链路解 调限制，并且应该在该设计中添加LMU,直到这种情况得以解决。
33一旦所有信标都被发现，以及可由设计中的蜂窝基站服务的所有区域
也可由部署的LMU解调，可进行最后的检查以确定系统设计是否受准确
度限制。这首先需要确定最小移动设备上行链路发射功率，该最小移动设 备上行链路发射功率用于保持由设计中的蜂窝基站服务的地点处的链路。
根据发射功率和到所有周围LMU站点的路径损耗，可以确定每个周围 LMU处的接收的信号功率。如果该信号水平大于TDOA检测灵敏度水平， TDOA检测灵敏度水平明显低于解调灵敏度水平，那么认为该LMU是用 于对来自该区域的移动设备进行定位的合作LMU。所有这样的合作LMU 被识别。该地区的地形和站点密度用于估计TDOA测量中多路径导致的扩 散。基于这些合作LMU的几何结构，以及多路径扩散，可以计算该地区 的估计的定位准确度。对由设计中的蜂窝基站服务的所有区域重复该过 程，以产生整个设计的总的定位准确度。如果该准确度水平满足设计要求， 那么系统设计便不受准确度限制。如果估计的准确度水平没达到设计的要 求，那么系统受准确度限制，并且应该在设计中添加附加LMU，直到这种 情况得以解决。
受下行链路信标发现限制
第一性能限制因素是下行链路信标发现。利用U-TDOA技术定位GSM 网络中的移动站需要知道由移动站使用的GSM帧定时。移动设备的帧定 时通过其下行链路BCCH信道中的每个扇区广播的帧定时来定义。通常， GSM网络中的每个蜂窝扇区具有独立的帧定时。当在每个蜂窝基站部署 LMU时，每个LMU通过解码由那些站点发送的BCCH来获得在该站点的 蜂窝小区的帧定时。该过程(如图4所示)被称为信标发现。当使用稀疏 部署时，没有部署LMU的蜂窝小区的帧定时应该通过在相邻站点的LMU 来发现。如果LMU部署的比率变得太低，则将会有一些没有LMU能够为 其发现其信标的蜂窝小区。在那种情况下，不能定位进行由具有未被发现 的信标的那些蜂窝小区所服务的呼叫的MS。这种部署被称为受下行链路 信标发现限制。
为了完整，现在将总结由图4所表示的信标发现过程。如图所示，该 过程包括以下步骤
341 、 MS在RACH上发送接入突发脉沖(Access Burst)。在所关注的CGI 以及任何参考CGI中发起来自移动设备的呼叫。请求专用信道的任何 MS将触发这一过程。
2、 BTS接收RACH信号，并且BTS将信道所需的报文发送到BSC 和AMS ( Abis监控系统)。信道所需的报文包括目标CGI的RFN数据。
3、 定位网关(LG )将RFN同步查询报文发送到AMS, AMS以RFN 同步响应进行响应，RFN同步响应包括一组CGI、 ARFCN、 RFN以 及AbisTS数据。
4、 然后LG将增强型同步监控(AFRCN int)报文发送到LMU, LMU 被分配任务以在所提供的信标信道发现相对于GPS时间的51个多帧边界。
5、 LMU采用GSM同步报告(同步类型=增强型)报文回应LG。 LG 执行最后的推算以发现到GPS时间戳的调整过的RFN映射。该映射 被记录在LG的同步表中。
6、 对所关注的其他CGI重复该过程。 受上行链路解调限制
第二性能限制因素是解调来自移动站的上行链路传输的能力。这是推 导出用于在合作的LMU进行TDOA测量的参考信号所需要的。
当在每个蜂窝基站部署LMU时，在其中发送呼叫或非呼叫相关的报 文的站点处的LMU可容易地解调上行链路信号。当采用稀疏部署时，在 没有部署LMU的蜂窝小区上进行的用于呼叫的上行链路信号应该由位于 相邻站点的LMU来解调。如果部署的LMU的比率变得太小，将会有这样 的蜂窝小区，即，没有LMU能够为其解调与在其上进行的呼叫相关的上 行链路信号。在这种情况下，不能定位在这些蜂窝小区上进行的呼叫。这 种部署被称为受上行链路解调限制。
受准确度限制
35在一些情况下，U-TDOA部署可以受准确度限制，即使不受上行链路解调限制或下行链路信标发现限制。受准确度限制的U-TDOA部署的成因主要是几何精度衰减因子(GDOP)。与所有多边系统一样，GDOP在无线TDOA LMU部署中由产生TDOA的双曲线相交的浅角(shallowness ofangle)引起。如果GDOP复用器的影响使得区域中的定位误差超出设计规范，那么该区域受准确度限制。图5示出了稀疏化的U-TDOA网络的说明性例子，其中TDOA双曲线被由无线电多路径环境引起的定时和测量误差以及真实U-TDOA系统中的各种定时和测量误差加宽了 。
超出服务区的附加的LMU部署可用于降低服务区内的GDOP,因此移除受准确度限制的区域。用于处理U-TDOA系统中的受准确度限制区域的其他技术包括混合定位技术的添加。
图3D,步骤314，示出将增强型CelWD (ECID)添加到U-TDOA系统以补偿预测的受准确度限制的区域。在U-TDOA系统中，退回到原位置(in situ)的基于无线网络的定位技术是可能的。基于SMLC对服务区的基本的地理以及无线网络的拓朴的了解，这些基于网络的定位技术包括使用Cell-ID或具有扇区的Cell-ID来产生定位。
无线电传播延迟信息("定时提前"或"往返时间")和移动设备产生的信标功率测量的使用可以是有效的(如果可用)，利用SMLC对BTS信标功率水平的了解，来优化基本Cell-ID/扇区定位。这种增强型Cell ID(ECID )的技术是相对基本Cell-ID技术的潜在准确度提高。ECID定位通过使用从无线网络推出的功率测量(PM)信息和附加定时提前(TA)来实现，以产生定位。使用cell-id( CGI )和定时提前(TA)作为退路(fall-back)是ECID计算中固有的，因为SMLC可得到CGI和TA,而不管在网络测量报告(NMR)中可用的信标功率测量的数目或有效性。这些基于网络的定位方法是本领域技术人员已知的，正如试图为提高准确度使用历史惯用数据和无线电传播模型而采用的统计方法。
在稀疏U-TDOA部署中，希望U-TDOA覆盖对大部分服务区提供充分的性能。然而，由于稀疏U-TDOA网络中固有的下行链路信标发现、上行链路解调问题，以及无线电环境的多变的(如果不是反复无常的)性质的限制，可能存在定位覆盖漏洞(准确度不足的地区或不具备准确度的地区)。
对覆盖漏洞(TDOA系统受准确度限制的地理区域)的一种弥补是安装附加的LMU。如图3G的步骤308和图3D的步骤308 (受准确度限制)所示，这种方法将提高部署(LMU:BTS)比率。如果这种方法不能使无线运营商满意，则可部署混合U-TDOA/ECID系统。除了潜在地消除定位覆盖不足问题，对混合U-TDOA/ECID系统的部署还考虑提供的基于定位的业务(LBS)的应用的定位服务质量(quality-of-service )的差别。ECID对LBS应用尤其有用，其需要具有周期性更新的由低到高的准确度，如在移动设备处于谈话状态时进行跟踪。
由于ECID定位的信号采集是在移动设备上使用较高功率的前向(BTS到移动设备)信道进行的，因此ECID性能与由稀疏部署反向信道采集U-TDOA部署导致的性能限制因素无关。
GSM ECID是基于蜂窝小区和扇区(CGI)的方法，其伴随着从服务蜂窝基站出发的范围(定时超前(TA)或往返时间(RTT))和到达功率差测量(PDOA)。除了服务蜂窝小区、扇区(如果有)和定时超前，网络中每个信标的发射功率也都应该是已知的，并且每个服务扇区(发射天线)的定位也应该为SMLC所知以正确地推算PDOA。作为PDOA计算的可选方式，关于被校准的网格的信标强度的数据库可与模式匹配一起使用。服务蜂窝小区或扇区内的网格可通过记录移动信标接收模式或通过复杂的无线电传播模型来校准。
ECID还是一种独特地适于在不同U-TDOA服务区或网络之间的边界区域上的进行中准确度定位的方法。边界地区是由于宽的蜂窝小区间距和差的网络拓朴(其导致很高的GDOP )而使U-TDOA准确度可能低的地区。宽的蜂窝小区间距是由于运营商的偏好而将边界区域置于稀疏的服务区域中。差的网络拓朴是不同U-TDOA网络部署在尖锐的线状边界所导致的。由于运营商通信网络部署边界、U-TDOA网络不能共享LMU产生的
线定位系统，可导致U-TDOA服务区中的边界。由于采用ECID,移动接收器起着信号采集点的作用，信标无线电功
率可由移动设备从服务网络和邻近网络中采集。如由基于服务网络LMU的下行链路信标接收器所采集的，SMLC对邻近网络发射器的位置和频率的了解允许邻近网络^接收的信标用于ECID定位计算，而不依赖于基于邻近区域或网络的配合运作LMU。
图3D，步骤315,示出将AoA添加到U-TDOA系统以防止受准确度限制的性能。见美国专利第6,108,555号(2000年8月22日)以及第6,119,013号(2000年9月12日)，两者的题目都是"Enhanced Time DifferenceLocalization System"。
提高受下行链路信标发现限制的性能
在非同步的网络如GSM或UMTS中，在其中由一个基站发射的相对于另一个基站信号的传输时间偏移是未知的)，LMU应该监控信标定时以确定帧定时。当LMU部署比率小于l: 1 (BTS: LMU)时，虫奪窝小区的无线电传输的定时不应该由常驻LMU确定，而应该根据紧邻或更远的蜂窝小区中的LMU确定。
下文是促进稀疏化部署中的下行链路信标发现的技术。
增强型下行链路天线(图3B中的步骤305)
当性能限制因素是下行链路信标发现时，首要的也是最廉价的选择是将增强型下行链路天线添加到识别的在性能限制地区附近LMU站点。使用增强型下行链路接收天线允许LMU更好地检测和解调来自稀疏化部署中的周围的蜂窝小区和扇区的信标(GSM中的BCCH)广播。下行链路天线的部署可通过直接装配到LMU来完成，但是装配在基站外部或在蜂窝小区塔上的天线提供较低衰减的环境和因此更好的接收。
然而，下行链路信标可遭受太少的衰减，也可遭受太多的衰减。下行链路接收器可受损于信标以如此高的功率被发射的事实。例如，如果LMU(与其接收天线一起)在一个BTS上或附近被定位，则发自该BTS的信标将被以很高的功率接收。由于GSM波形的特性，发自这些信标的大部分能量溢出到邻近频率信道。如果LMU没有位于其上的那些附近站点(稀
38疏化的站点)使它们的信标在这些邻近信道中的一个上发送，那么来自强本地信标的溢出使得很难检测和解调来自远处站点的更弱的信标。
除了邻近信道问题，在某些情况下(像屋顶部署，其中LMU下行链路接收天线被紧临载波发射天线放置)，本地信标很强，以至于它们使得
LMU的前端达到饱和，因此使得不可能去检测任何远处信标，即使这些信标不在邻近信道也是如此。在这种情景下，通过引入低廉的线衰减器来减小在LMU下行链路接收器接收的信号水平，可成功检测远处信标，这样就不再使得LMU饱和。线衰减可导致许多之前未被发现的远处信标被发现。
除了优化物理天线放置和线衰减器的应用之外，可使用第三种技术，其关于将可编程陷波滤波器应用到天线馈送。通过从定位在相同地点的主BTS中滤除频率，减轻了饱和问题，而没有使远处信标接收恶化。在这种方法中，由于运营商频率规划的多变的性质和调整包括主BTS的新频率分配的需要，所以可编程滤波器是必需的。
用于增强型信标同步的链路监控(图3C中的步骤312)
在如美国专利第6,782,264号，2004年8月24, "Monitoring of CallInformation in a Wireless Location System"中所公开的，以及在2005年6月10日提交的美国公布的专利申请20060003775, "Advanced Triggers forLocation-based Service Applications in a Wireless Location System"中作了进一步扩展的，可将Abis监控系统(AMS)或链路监控系统(LMS)与无线定位系统结合部署，以提供触发定位系统的被动方式。作为节省成本的测量，可部署叠加的LMU以仅监控Abis (BTS到BSC )链路或直接将需要的LMS功能合并到BSC中。AMS功能或LMS功能的部署考虑到更低的LMU部署密度而考虑特定技术。
增强型信标同步特征使用LMU或AMS来监控所包括的BTS单元的Abis链路，以及迅速可靠地访问GSM帧数信息，降低延迟以及提高系统吞吐量。这种增强型同步技术增加了系统发现GSM信标和这些信标各自映射到GPS的时间的灵敏度。使用该技术，Abis监控器将提供部分地描述绝对帧数(FN)映射到GPS时间的同步信息。由LMS提供的参数包括RFN(减小了的帧数，Tl'、 T2、 T3),其为对GSM帧数的部分描述。该 信息将与由监控下行链路路径的LMU直接作出的观察和测量相结合，来 进一步汇集到定时解决方案。
具体地，"信标同步"是系统用来确定被特定CGI所使用的绝对帧时 间参考的方法，绝对时间参考用于将超-帧序列确定为时间的函数。 U-TDOA系统依靠对帧数(FN)的定时的精确掌握来在正确的时间适当地 采集正确信道上的跳频信号。增强型信标同步结合在下行链路上的检测过 程使用来自LMS的粗略帧数测量，其允许信标定时在比正常下行链路信 标监控低lldB的信噪比(SNRs )下进行测量。该提高了的灵敏度允许信 标由更远的LMU来检测，有利于更加稀疏的LMU部署。
确定绝对帧定时参考的通常功能在基本信标同步过程期间开始。LMU ，执行四步过程以得到GSM帧和GPS时间之间的定时同步
1、 LMU检测频率控制信道(FCCH),其用于校正BTS中的频率偏 移。
2、 LMU检测同步信道(SCH)以推导出正确的定时。当LMU知道 帧定时时，其不知道绝对帧数或哪个蜂窝小区在发射(CGI)。
3、 LMU解调广播控制信道(BCCH)并且解码帧数和CGI。注意 由于检测比解调容易，因此对信号的解调依靠比上述步骤1和步骤2 明显更高的SNR。
4、 LMU可使用绝对帧定时参考，以帮助U-TDOA定位过程中的信 号釆集。
增强型信标同步以基本信标同步过程为基础，该过程如下
1、 AMS为每个需要增强型过程的BTS提供多个测量。这些测量包 括CGI。
2、 执行这些报文的关联以取得减小了的帧数(需要22位中的16位 来表示全部帧数)和对GSM帧和GPS时间之间的定时同步的粗略估 计。3、 将减少了的帧数(22中的16位)信息发送到LMU,然后LMU 执行FCCH和SCH检测(上述步骤1和2 )并返回准确的时间校准.-. 由于LMU不再必须解调BCCH信道，因此可在较低的SNR下执行检测。
4、 将由LMU提供的准确定时与之前计算的减少了的帧数相结合。然 后该帧数可用于帮助由LMU为定位而进行的信号采集。
单独下行链路LMU部署(图3C的步骤311)
一种用于增强下行链路信标发现限制区域中的定位系统性能的技术 是对单独下行链路LMU单元的目标性安装。采用图4所示的过程，在不 部署LMU的情况下，部署低成本、易安装的接收器单元，以测量蜂窝基 站中的下行链路信标定时。通过减少部署的LMU的数目和安装提供信标 发现的单元(但不能在定位处理中合作)以填充信标覆盖"漏洞"，获得 更低的总的系统成本。该单元可将有线或无线回程用到SMLC或另一个 LMU以转发到SMLC。该回程与定时采集无关，因此可变链路时延将不影 响操作。
下行链路LMU可用于采集原始定时数据或采用GPS模块进行部署使 得可以在本地计算相对GPS系统的偏移。采用GPS模块部署简化了提供 信标定时偏移的过程，但是GPS模块增加了成本和单元尺寸，并且限制装 配到具有GPS覆盖的区域。使用本地时钟源或相对于其他信标的偏移允许 删去GPS模块并且节约GPS接收器和GPS天线的成本；允许更灵活的装 配选择(应该能够检测所部署LMU的公共信标)，但依靠SMLC来计算相 对于公共^皮观测信标的定时偏移。
所有的信标都能够相对于彼此或某个其他任意时间而被定时。该定时 方法对于信标发现的目的是很好的，但对于U-TDOA测量不能产生足够的 定时准确度，因此在LMU站点仍然需要准确的基于GPS的定时。信标发 现可被停止数微秒并且仍能起作用，但是准确的U-TDOA要求25-50纳秒 的时钟准确度用于U-TDOA计算。
下行链路LMU单元可使用内部天线，但是为了在接收到不充足数目
41的信标的情况下可支持外部天线以增加增益。
典型的单元接收器系统是支持多个天线以允许分集接收的单信道。与 多带部署保持一致，单元能够在多个频带上调谐。指定接收器单元来仅支 持下行链路接收，但是接收器单元可与无线接收器耦合以允许无线回程。 该单元专用于信标搜索以及报告信标定时或报告相对于本地时钟或关于 其他信标的信标偏移定时。
在非常受限的情况下，使用在初始分析中获得的对无线通信网络的了
解，可能使用协同同步群集来从LMU可检测到的信标到LMU不能检测到 但与被检测到的信标协同同步的信标来映射信标定时。这常应用于蜂窝基 站内的扇区，但如果使用经由公共时钟的BTS同步也能应用于其他群。
提高受上行链路解调限制的性能(见图3F和3G)
如果初步网络设计分析(图3A,步骤303 )表明稀疏化的U-TDOA 部署受上行链路解调限制，则可使用五种技术来减轻或校正受上行链路解 调限制的性能。这些技术中的第一种(图3F，步骤319)要求无线网络配 置成转发来自反向信道(从移动设备到基站)无线电报文发送的比特序列 或无线电^t良文，用于重新调制到无线定位系统成为用于信号相关性处理的 代表信号。
第二种技术(图3F,步骤318 )需要AMS或LMS,以及从反向信道 无线电报文发送中提取比特序列，用于重新调制成用于信号相关性处理的 代表信号。
第三种技术(图3F,步骤317)通过仅使用用于信号相关性处理的无 线电报文发送中的已知比特序列，避免需要信号解调和被动监控。
用于防止受上行链路解调限制的区域第四种技术(图3G,步骤320 )
响的地理区域中的LMU或受影响的地理区域附近的LMU中。基于所预测 的受影响区域中的点的SNR的提高和作为结果的TDOA双曲线的正交性， 选择LMU。
第五种技术(图3G,步骤308 )是添加地区中的或地区附近的LMU，
42在该地区中当前TDOA设计受上行链路解调限制。基于从系统设计、规划 以及之前所描述的评估计具和模型产生的数据，选择LMU定位。
转发的解调数据(图3F，步骤316和319 )
如上面所介绍的，无线通信网络可以对发生在反向控制和/或业务无线 电信道中的比特序列进行取样和转发。
随后调制比特序列或样值以产生基带信号。然后将该重新调制的基带 信号用作参考信号。随即可相对于接收站点处的记录的接收信号关联该参 考信号，在所述接收站点部署LMU以提供理想参考信号和那些站点处的 接收信号间的TDOA估计。(见美国专利第5,327,144号，1994年7月5 日，"Cellular Telephone Location System，，以及美国专利第6,047,192， 2000 年4月4日，"Robust Efficient Location System")。
该技术特别适于以下情况，其中将LMU功能并入基站接收器，釆用 内部BTS通信路径迅速发送比特序列。LMU与无线通信系统的集成消除 了对来自无线定位系统部署的独立被动监控设备的需要和其成本。
为提高上行链路性能的链路监控(图3F，步骤310和318)
如上所讨论的，链路监控子系统(LMS)可用来提供触发定位系统的 被动方式。LMS系统还允许考虑特定技术，该特定技术考虑通过提高上行 链路解调性能来降低LMU部署密度。在非稀疏的U-TDOA部署中，参考 信号由常驻在服务蜂窝小区中的LMU或常驻在邻近蜂窝小区中的LMU正 常地产生。在稀疏化的部署中，没有LMU能够成功接收具有足够高质量 的信号以便以最小的误差进行解调。在这种情况下，LMS(或AMS)可用 来捕获包括在信号中的比特序列样值。然后再次调制该样值以产生基带信 号。随即将该再次调制过的基带信号用作参考信号。该参考信号可接着相 对于接收站点处的记录的接收号进行关联，在该接收站点部署LMU以提 供理想参考信号和那些站点处的接收的信号间的TDOA估计。(见美国专 利第5,327,144号，1994年7月5日，"Cellular Tekphone Location System") 再如上所述，获得来自AMS或其他链路监控系统的解调数据可减少LMU 的成本/复杂性，这即使在稀疏化不成问题的时候也是有利的。
43为提高上行链路性能的已知的序列关联(图3F，步骤317)
对TDOA值的成功测量需要"千净的"(高SNR、低相位噪声、低干 扰，等等)参考信号，将来自多个站点的测量信号与该参考信号相关联， 以提供对参考信号和在每个站点接收的信号间的TDOA的估计。该参考信 号通常以两种方法中的一种在非稀疏化的U-TDOA网络中获得。第一种方 法是将在与移动设备接近的站点(例如服务蜂窝基站)处的接收信号用作 参考信号。该方法假设，链路预算使得在邻近站点处的接收信号也是相当 干净的(未掺杂无线电干扰或噪声)。第二种方法是通过解调(且如果需 要，解码)在一个站点处的接收信号并在该接收站点使用此数据来产生期 望波形，来重构理想的参考信号。该方法假设信号在一个或多个站点以充 分高的质量被接收，以便以很小的误差进行解调。
在稀疏化LMU部署的情况下，可能这两种方法都不提供令人满意的 参考信号。该情况可由以下情况引起，即，移动设备处于某个位置以至于 没有LMU从移动站接收高质量信号。在这种情况下，第一种方法导致未 作为好参考信号的低SNR信号。由于在部署LMU的所有站点处的信号质 量都不好，重构参考信号的第二种方法也会失败，因为低质量信号不能被 可靠地解调(可能会具有很多错误比特)。
然而^:多波形具有已知的图案(例如，GSM的训练序列(mid-amble ) 中的训练序列码，IS-136中的同步信号和DVCC，等等)，所述已知的图 案与未知的用户数据一起传输，以帮助获取、同步和/或均衡。预先知道这
些图案，可以产生理想的参考信号，该参考信号表示与这些已知区段相关 的期待的接收波形。接着该参考信号可相对于部署LMU的接收站点处的 接收信号进行关联，以提供理想的参考信号和那些站点处的接收信号间的 TDOA估计。(见美国专利第6,047,192号，2000年4月4日，"Robust, Efficient, Localization System")
IX结论
本发明的实际范围不受限于在此公开的目前的优选的实施方式。例 语，如信号采集系统(SCS)、 TDOA定位处理器(TLP)、应用处理器(AP)、定位测量单元(LMU)以及类似的词语，这些词语不应该被解释为限制下 述权利要求的保护范围，或不应该被解释为另外意味着无线定位系统的发 明性的方面受限于所公开的特定的方法和装置。而且，如由本领域技术人 员所理解的，在此公开的发明性的方面中的多个方面可应用于不基于
TDOA技术的定位系统。例如，本发明不受限于如上面所述所构建的利用 SCS的系统。SCS、 TLP等等本质上是可编程的数据采集和处理设备，在 不背离在此公开的发明性的概念的情况下所述设备可采取多种形式。假设 数字信号处理和其他处理功能的成本迅速下降，例如，在不改变系统的发 明性的操作的情况下，可容易地将特定功能的处理从在此描述的功能元件 中的一个(如TLP)转移到另一个功能元件(如SCS)。在很多情况下， 在此描述的实施的场所(例如功能元件)仅是设计者的偏好，不是严格的 要求。相应地，除非明确地被如此限制外，下述权利要求的保护范围不意 味着受限于上述的特定的实施方式。
权利要求
1.一种迭代方法，其用于根据初始网络设计来设计稀疏的无线定位系统(WLS)，所述迭代方法包括执行初步网络设计分析以确定下述性能限制因素中至少一个影响所述初始网络设计下行链路信标发现、准确度以及上行链路解调；以及基于被确定为影响所述初始网络设计的所述性能限制因素而修改所述初始网络设计。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述WLS包括上行链路到达时 间差(U-TDOA)系统，所述U-TDOA系统包括多个地理上分散的定位测 量单元(LMU)。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述WLS叠加在GSM无线通 信系统上，所述GSM无线通信系统包括多个地理上分散的基站收发台(BTS )。
4. 如权利要求1所述的方法，还包括识别被协同同步的蜂窝扇区的 至少一个群集，并执行智能网络设计过程以产生所述的初始网络设计。
5. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是准确度，通过 #1行下述动作中的至少 一个来更改所述初始网络-没计增加在一个或多个定位测量单元(LMU)上的积分时间；在所述WLS中部署混合的到达时间差(TDOA) /增强型蜂窝小区识 别(ECID)定位过程；在所述WLS中部署混合的时间TDOA/到达角(AoA)定位过程；以及将至少 一个LMU添加到所述网络设计。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括基于确定没有任何性能限制因素影响所述初始网络设计，从所述网络设计中移除至少 一个定位测量单元(LMU )。
7. 如权利要求1所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤部署至少 一个增 强型下行链路天线。
8. 如权利要求1所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤部署下行链路干 扰消除。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所迷性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤部署基站收发台(BTS)同步。
10. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤将至少一个定位 测量单元(LMU)添加到所述网络设计中。
11. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤确定没有部署 Abis监控系统(AMS);以及随后在被识别的站点部署至少一个单独下行 链if各定位测量单元(LMU)。
12. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤确定部署了 Abis 监控系统(AMS);以及随后启用对增强型信标同步(EBS)和源自AMS 的信标定时功能的使用。
13. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤确定启用了通信系统 解调数据；以及启用经解调的数据特征。
14. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤确定没有启用通信系 统解调数据；确定没有部署Abis监控系统(AMS);以及启用单独训练序列的校正特征。
15. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤确定没有启用通信系 统解调数据；确定部署了 Abis监控系统(AMS);以及启用源自AMS的 经解调的数据特征。
16. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是上行链^^解调的下述步骤将至少一个定位测量 单元(LMU )添加到所述网络设计中。
17. 如权利要求l所述的方法，还包括基于确定影响所述初始网络设 计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤将至少一个专用天线 设施添加到所述网络设计中。
18. —种软件工具，其存储在计算机可读介质中，所述软件工具包括 计算机可读指令，其用于执行一种迭代方法，所述迭代方法用来设计包括 多个地理上分散的定位测量单元(LMU)的稀疏的上行链;洛到达时间差(U-TDOA )无线定位系统(WLS ),其中所述WLS叠加在包括多个地理 上分散的基站收发台(BTS)的GSM无线通信系统上，所述迭代方法包 括才是供初始网络设计；确定下述性能限制因素中的至少一个影响所述初始网络设计下行链 路信标发现、准确度以及上行链路解调；以及基于被确定为影响所述初始网络设计的所述性能限制因素来更改所 述初始网络设计。
19. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括识别被协 同同步的蜂窝扇区的至少 一个群集，并产生所述初始网络设计。
20. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括，基于确 定影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是准确度，通过执行下述动 作中的至少一个来更改所述初始网络设计增加在一个或多个测量单元LMU的积分时间；在所述WLS中部署混合的到达时间差(TDOA) /增强型蜂窝小区识 别(ECID)定位过程；在所述WLS中部署混合的时间TDOA/到达角(AoA)定位过程；以及将至少一个LMU添加到所述网络设计中。
21. 如权利要求18所示的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 没有任何性能限制因素影响所述初始网络设计，从所述网络设计中移除至 少一个定位测量单元(LMU)。
22. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述 步骤部署至少一个增强型下行链路天线。
23. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述 步骤部署下行链路干扰消除。
24. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述 步骤部署基站收发台(BTS)同步。
25. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述 步骤将至少一个定位测量单元(LMU)添加到所述网络设计中。
26. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述 步骤确定是否部署了 Abis监控系统(AMS);以及如果没有部署所述 AMS，则在被识别的站点处部署至少一个单独下行链路定位测量单元(LMU )。
27. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是下行链路信标发现的下述步骤确定是否部署了 Abis监控系统(AMS);以及如果部署了所述AMS, 则启用增强型信标同步(EBS)和源自AMS的信标定时功能的使用。
28. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤 确定是否启用了通信系统解调数据；以及如果启用了所述通信系统解调数 据，则启用经解调的数据特征。
29. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤 确定是否启用了通信系统解调数据以及如果没有启用所述通信系统解调 数据，则确定没有部署Abis监控系统(AMS),并启用单独训练序列的校 正特征。
30. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤 确定是否启用了通信系统解调数据；以及如果没有启用所述通信系统解调 数据，则确定部署了 Abis监控系统(AMS),并启用源自AMS的经解调 的数据特征。
31. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤 将至少一个定位测量单元(LMU)添加到所述网络设计中。
32. 如权利要求18所述的软件工具，所述迭代方法还包括基于确定 影响所述初始网络设计的所述性能限制因素是上行链路解调的下述步骤 将至少 一个专用天线设施添加到所述网络设计中。
33. —种方法，其用于操作无线定位系统(WLS),所述方法包括利用链路监控子系统(LMS)来提供一组经解调的数据比特；使用所述经解调的数据比特产生参考信号；以及将所述参考信号相对于在远处接收站点的被记录的至少一个接收信 号进行关联，在所述远处接收站点部署定位测量单元(LMU)以提供用于 定位处理的到达时间差(TDOA)估计。
全文摘要
在叠加的基于U-TDOA的无线定位系统中，通常被与BTS定位在相同地点的LMU用于采集前向信道和反向信道中的无线电信令。采用技术来补偿稀疏LMU部署，在稀疏LMU部署中，U-TDOA服务区的扇区受到上行链路解调限制或下行链路信标发现限制。
文档编号H04W16/00GK101682847SQ200880019945
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月18日
发明者拉什杜斯·S·米亚, 罗伯特·J·安德森, 罗纳德·勒菲弗 申请人:真实定位公司