无线移动通信网络内使用移动站确定基站位置参数的制作方法

专利名称：无线移动通信网络内使用移动站确定基站位置参数的制作方法
相关申请本申请对于美国临时申请序列号60/343748有优先权，后者提交于2001年12月27日。申请还对于美国专利号10/097041有优先权，后者提交于2002年3月12日。
本发明背景本发明领域本发明一般涉及移动通信，尤其是在移动通信网络内基站位置的确定。
相关技术描述移动通信网络日渐提供更成熟的提供定位网络内移动终端位置的能力。管辖的一般要求可能要求网络操作者在移动终端呼叫紧急服务诸如美国的911呼叫时能报告移动终端的位置。在码分多址(CDMA)数字蜂窝网络中，位置定位能力由高级前向链路三角测量(AFLT)提供，这种技术用移动站测量的来自基站的无线电信号到达时间而计算移动站(MS)的位置。更高级的技术是混合位置定位，其中移动站使用全球定位系统(GPS)接收机，且位置是基于AFLT和GPS测量被计算。
用于使用AFLT、GPS和混合接收机的CDMA位置定位的消息协议和格式可用于基于MS和MS辅助的情况，这些协议和格式公布于TIA/EIA标准IS-801-12001、双模式扩频系统的位置确定服务标准-附录内，在此引入作为参考。该标准的第4到43页规定每个基站应发送基站天线的GPS基准时间纠正，该天线发送CDMA导频伪随机(PN)序列。
另一位置定位技术是测量由网络实体进行，而不是由移动站。这些基于网络的方法的一示例是由服务基站执行的RTD测量。移动站进行的测量可以与基于网络的测量组合以增强计算的位置的可用性以及准确度。
与基站时间偏移的校准和重新校准、基站天线位置和其他参数相关的数据被存储在被称为“基站日历”内。基站日历数据库提供用于确定寻求GPS伪范围搜索的初始位置估计的信息。基站日历数据库提供信息，用于解决关于哪个观察到的伪随机噪声序列(PN)等同于具有GPS能力的IS-95 CDMA网络的哪个物理扇区的模糊性。基站日历数据库提供信号出现的蜂窝基站扇区天线位置。对这些天线位置进行AFLT范围测量。
本发明概述在无线通信系统中，无线基站一般用作确定移动站位置的基准。为了使用基站作为基准，应准确地知道基站天线位置和基站信号定时信息。基站天线位置和定时信息被记录在基站日历数据库内，为位置确定实体所使用。获取该天线位置和时序信息会冗长而代价昂贵。
经常当重新定位了基站天线，或基站收发机经修理或被替换时，会引起基站天线位置或定时信息的改变。经常基站可以被逻辑地移动，例如当两个物理基站交换其标识信息。虽然没有一个基站移动，但它们看上去(对于BS用户)交换了位置。
在该情况下，可能数据库内对应的信息会有差错，除非数据库在继续服务基站前经更新。经常天线位置由调查或参考从地图读出的坐标而经确定，且天线坐标被手工输入数据库，可能会有人工差错。基站定时信息也受到人工差错的影响，其中用户的硬件用于测量定时信息，而定时偏移被人工地输入数据库。
为了解决以上问题，本发明使用与基站通信的移动站用于确定基站的位置参数。例如，确定了移动站的位置，然后基站的位置从移动站的位置和基站以及移动站间发送的信号经确定。虽然对至少一个基站会有差错的基站位置参数，如果移动站配有全球卫星接收机，通常可以从其他基站的基站位置参数或从移动站接收到的全球卫星信号而确定移动站的位置。
另外，在移动站的位置独立于与基站通信的基站的位置而经确定的情况下，数据库内的基站位置信息可以在正常的位置对话期间被检查。这可以通过从基站和移动站间发送的信号确定基站和移动站间的距离。当该距离与数据库内的基站位置信息不符合时，数据库可以经修改以包括纠正的基站位置信息。这样，可能找到有差错的基站信息并在已知基站的正确位置前中断其在位置定位服务内的使用。
一旦在基站和位置已知的移动站间确定了充分数量的独立距离，则有差错的基站定位信息可以自动被纠正。在有充分独立距离测量数目的情况下，可能以与单个移动站位置可比的确定度确定基站位置。这样，可能自动维持并改善数据库内的基站位置信息。这可以在提供正常的位置定位服务时完成，而不需要改变任何基站和移动站间的通信协议。
在最优实现中，移动站的位置和定时偏移可以独立于基站的位置和定时偏移而经确定。如果移动站的位置和定时偏移从全球定位卫星或从位置和定时偏移已知的基站的多个质量信号而经确定，则移动站的位置和定时偏移可能很准确，经常能准确到米和纳秒级的水平。现在对于移动站已知的位置和定时偏移连同移动站和基站间的信号传输测量，给出了基站的可能位置上的限制。在从来自几个不同位置的一个或多个移动站收集了关于基站的多个测量后，这些测量被用作到常规位置和时间偏移计算过程的输入，这些计算过程诸如最小均方或卡尔曼滤波器，这在导航领域内是众知的(例如GPS和AFLT)。该计算过程用于从多个移动站的已知位置和已知时间偏移确定基站的位置和时间偏移，而不是按照常规的使用从多个基站的已知位置和已知时间偏移计算移动站的位置和时间偏移的计算过程。
附图的简要描述通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中

图1示出使用GPS系统用于定位移动电话单元并校准基站的蜂窝电话网络；图2是图1的蜂窝电话网络内的基站框图；图3是图1的蜂窝电话网络的静态组件框图，包括访问基站日历数据库的位置确定实体；图4是包括多个小区扇区的小区覆盖地图；图5和图6包括一流程图，示出位置确定实体如何确定移动站的位置；图7、8和9包括一流程图，示出如何从多个移动站位置、移动站时间偏移和基站和移动站位置间的伪范围确定基站的位置和时间偏移；以及图10是用于估计基站天线高度的例程流程图。
虽然本发明可以有各种修改和其它形式，但在附图内示出的是其特定实施例且会详细被描述。然而值得注意的是，这不是为了将发明限制在示出的该特定形式，相反，这是为了覆盖如所附权利要求书定义的本发明范围内的所有修改、等价和变体。
本发明的详细描述图1示出使用GPS系统定位移动电话单元并校准基站的CDMA蜂窝电话网络。本发明以下参考该示例经描述，但可以理解本发明不限于使用CDMA或GPS。例如，本发明可以在时分多址(TDMA)蜂窝电话网络内实现，且本发明还可以不使用任何辅助位置定位的全球卫星系统而被使用。
一般，为了用任何无线通信网络诸如TDMA蜂窝电话网络实现本发明，最好查询应用的工业标准对于兼容定位服务的规定。例如，TIA/EIA标准IS-801-12001、双模扩频系统的位置确定服务标准特别适用于使用AFLT和GPS的CDMA网络。TIA/EIA标准ANSI-136(通过卫星的系统辅助移动定位)用于美国的TDMA数字PCS系统。第三代合伙人计划标准3GPP TS 04.31和TS 25.331定位服务(LCS)(使用OTDAO的UE位置)适应于一定的欧洲GSM无线电话网络。
图1示出了五个CDMA基站11、12、13、14和15，位于地球16的表面六边形阵列的固定位置。在地球以上11000海里处，有与基站11到15直视线通信的至少五个GPS卫星17、18、19、20、21。在基站的电信范围内，有多个移动CDMA电话单元22、23，这些在上述的TIA标准文档内被称为移动站(MS)。这些移动站(MS)包括只有AFLT移动站，诸如AFLT移动站22以及诸如混合移动站23的混合移动站。
CDMA网络能使用众知的移动站的AFLT技术定位AFLT移动站22和混合移动站23的位置，AFLT技术测量所谓的来自基站的导频无线电信号的到达时间。到达时间由与移动站的时间基相关的导频相位测量指明。计算来自相应各对相邻基站的导频相位测量差以去除移动站的时间基内的任何时间偏移的影响。在大多数情况下，每个差定位特定双曲线上的移动站。双曲线的交点提供了移动站的位置。
CDMA网络还能使用已知的GPS技术定位混合移动站23的位置。每个CDMA基站11到15有接收至少一个GPS卫星17到21的载波和伪随机码序列的GPS接收机，以提供参考GPS系统时间基的CDMA系统时间基。当混合移动站参与CDMA网络的位置定位对话时，服务基站可以将GPS获取数据发送到混合移动站。混合移动站23可以使用GPS获取数据在大致十秒或更少的时间内获取每个GPS卫星17到21和移动站间的伪范围测量。在MS辅助解决方案中，混合移动站向服务基站发送伪范围测量。如在以下将参考图3描述的，位置确定实体(PDE)可以从四个或更多的伪范围测量中计算混合移动站23的地理位置。或者，在基于MS方案情况下，移动站的地理位置可以由移动站本身计算。
图2示出图1的蜂窝电话网络中的每个基站内的功能模块。基站11包括提供参考GPS系统时间的基站时间基32的GPS接收机31。GPS接收机31从GPS天线39获取信号。基站还包括CDMA收发机33，用于与CDMA网络内的移动站通信。CDMA收发机33从基站时间基32获取CDMA系统时间。CDMA收发机33通过CDMA天线40发送并接收无线信号。
图3是图1的蜂窝电话网络的静态组件框图。移动交换中心(MSC)34接口基站11和多个电话线(诸如铜线或光纤)间的语音信号和电信数据。移动定位中心(MPC)36连接到移动交换中心(MSC)34。MPC 36管理位置定位应用程序以及通过交互工作函数(IWF)37和数据网络链路38将位置数据接口到外部数据网络的。位置确定实体(PDE)41收集并格式化位置定位数据。PDE 41向移动站提供无线帮助，并且它可执行位置计算。PDE 41连到MPC 36和MSC 34。PDE 41访问由基站日历数据库服务器43管理的基站日历数据库44。PDE 41以及基站日历数据库服务器43用例如常规的数字计算机或工作站实现。基站日历44存储在基站日历数据库服务器43的计算机的硬盘内，如以下将进一步描述。
基站时间基(图2内32)应在基站被安装或修改时被校准。每个基站有相应的GPS系统时间和CDMA信号传输间的时间偏移，该偏移是由GPS天线(图2内39)到GPS接收机(图2内31)、从GPS接收机到CDMA收发机(图2内33)以及从CDMA收发机到CDMA天线(图2内40)的传播延时或相位偏移变化而引起的。因此，为了减少AFLT位置确定内的范围误差和混合位置确定内的范围和时间误差，每个基站应在基站安装完成后经校准，例如可以通过为基站日历数据库(图3内的44)存储时间偏移，该偏移为PDE所用(图3内41)。而且，最好能重新校准基站并为任何接着的硬件改变而更新数据库。
为了校准或重新校准基站，当混合站用户正常进行电话呼叫或当不是从正常位置定位对话时，现场服务人员开到选定位置并进行呼叫以获得位置测量数据，GPS和AFLT位置测量数据在正常位置定位对话期间从混合移动站获得。这样，PDE(图3内的41)可以内部地计算校准数据并将校准数据存储在连续基础上存储在基站日历数据库中(图3内的44)。另外，为了保证机密性，正常的位置定位对话可以只在混合移动站的操作者进行或回答无线电话呼叫时才发生。这样，CDMA系统不会在操作者不知道和不同意的情况下确定操作者的位置。
基站天线位置信息对于性能结果很重要，这些结果涉及在纯AFLT或混合模式下使用AFLT测量用于初始近似位置确定和最终位置确定。例如，MS提供导频相位测量数据给PDE。PDE使用向天线位置信息提供的或从天线位置信息导出的值以建立初始近似位置。该数据内的大差错的存在会造成性能次优。在最终位置计算期间，PDE会或者单独(AFLT模式)或与GPS(混合模式)数据组合地使用导频相位测量数据。在两种情况下，应提供天线位置和海拔(高度)以保证最佳准确性。期望基站天线位置信息(纬度、经度和海拔)是WGS-84内的“测量级”其差错小于一米，虽然可以使用合适的、已知、不确定的质量较差天线位置。
图4示出基站天线61、62、63和64的相应小区扇区覆盖区域(扇区A、扇区B、扇区C和扇区D)。中继器65扩展基站天线64的覆盖区域。可能在开始固定过程前，就在移动66进入话务信道前，记录扇区标识信息。一段时间后，移动66在通信状态，移动开始进行位置固定。移动66记下当前的PN号并将其连同记录的扇区标识信息在IS-801.1消息内发送到PDE。值得注意的是移动66可以切换到不同于扇区标识信息被记录的扇区内；例如，移动在到达虚线表示示出的位置67时从扇区A切换到扇区B。这样，当前PN号和扇区标识信息可能属于不同小区。扇区标识信息属于服务扇区，而PN号属于基准扇区。值得注意的是PN不是唯一的，且一般在任何蜂窝网络内重复多次。
在该初始IS-801.1消息内还发送的由移动单元在那时看见的扇区范围测量，包括基准扇区和可能的其他扇区。这些只可由PN号标识，且被称为测量扇区。值得注意的是基准扇区以及如果仍看见的服务扇区也是测量扇区。这些范围测量用于生成粗估计，被称为前缀，该前缀只使用AFLT测量，且一般没有以后实现的最终固定准确。
前缀的目的是为了生成更准确的初始位置估计，这样比起只使用基准扇区的信息能有更准确的GPS辅助信息。更准确地GPS辅助信息改善了GPS准确性和收益并减少了处理时间。前缀是可任选的，且如果因为某个原因不可用，则使用基于基准扇区的初始位置估计。
在GPS辅助信息被发送到移动后，移动收集第二AFLT测量集合以及GPS测量集合，这被称为最终固定。因为PN号不是唯一的，则PDE必须决定哪个看见的PN号属于哪个物理扇区。这可能是个复杂的过程，因为带有相同PN号的扇区经常相互间的间隔接近8公里甚至更近，这会导致PN的模糊性。该间隔用于从服务扇区确定基准扇区以及从基准扇区确定测量扇区。只有在一距离阀值内的小区才被考虑。距离阀值通过比例缩放BSA的最大天线范围参数而经确定。
如果没有找到带有目标PN和频率的扇区，则查询失败。同样，如果找到多于一个扇区有该目标PN和频率，且PDE不能确定哪个是真实的，则查询失败。如果找到一个带有目标PN的扇区，则查询成功，且该扇区被认为属于观察到的PN。如果当试图从服务扇区确定基准扇区时查询失败，则服务扇区被假设为基准扇区。如果当试图从基准扇区确定测量扇区时查询失败，则该测量PN不可用，且被忽略。如果扇区标识信息完全不能在BSA内被找到，则使用存储在PDE的配置文件或注册表内存储的缺省初始位置估计信息尝试GPS固定。
还可能基于网络ID/系统ID以及覆盖区域重心进行初始位置估计。例如覆盖区域重心是被确定在基站扇区天线的覆盖区域内的移动站位置的平均。在该方法中，PDE通过检查BSA内所有扇区用每个唯一的网络ID和系统ID确定所有小区的覆盖区域的位置和不确定性。该信息有几种用途。如果没有更好的初始位置估计可用，则可以使用网络ID/系统ID位置和不确定性。这在当例如MS所见的扇区标识信息在BSA内未被找到时会发生。值得注意的是初始位置估计在该情况下会有很高的不确定性，这会减少GPS的准确性和收益，且会导致更长的MS处理时间。如果没有任何用于确定最终固定位置的更佳的方法，则网络ID/系统ID重心位置和不确定性将被报告。
简单地说，来自混合基站的GPS和AFLT位置测量信息可以经组合以生成伪范围偏移和基站时间基偏移。除了为基站校准提供基站时间基偏移外，在无线覆盖区域内的各个物理位置处，诸如各个小区扇区的伪范围偏移，可以被编译并用于纠正被确定在小区扇区邻域内的移动站的位置固定。例如，距离纠正被量化为前向链路校准值(FLC)。特别是，FLC被定义为移动站发送的数据上的时间戳和实际传输时间间的时间差。
对FLC有贡献的分量是基站GPS接收天线的电缆延时、输出到发射硬件定时闸门输入的GPS接收机定时闸门以及基站发射天线。基站日历数据库服务器自动基于来自混合移动站的GPS和AFLT位置测量数据调整基站日历数据库内的FLC字段。通过对扇区使用更准确地FLC值，范围测量可以改善0％到30％。
由于GPS伪范围要准确得多，如果看见足够数量的GPS卫星，则最终报告的固定会几乎只基于GPS。幸运地是，在这些情况下，到扇区天线的距离估计仍被测量，且保存在PDE日志文件内。因此所有确定新校准的FLC值需要的信息都可用。该信息包括旧“缺省”或“平均”FLC值；使用GPS测量确定的固定位置；来自基站日历数据库的扇区天线位置；以及使用AFLT技术以及导频相位测量确定的到每个小区扇区天线的测量的距离估计。以下的等式将这些输入与新FLC值相关New_FLC＝Old_FLC-(丛固定位置到天线的距离-测量的距离估计)以上的等式略去了单位转换常数。例如，如果FLC是以所谓的伪随机数Chip_x_8为单位被测量，则以下新FLC值的公式为 其中FLCNEW＝新的前向链路校准值，以Chip_x_8为单位FLCOLD＝在PDE收集期间使用的前向链路校准值，以Chip_x_8为单位留数＝特定扇区伪范围测量的留数，以米为单位，这是如果不知道真实范围时PDE中出现的30.52＝每Chip_x_8单位的米数调整FLC的关键在于位置固定要有高度准确性，因为任何固定位置误差会转换成新的FLC值内的误差。固定位置可以使用“水平估计的位置差错”(HEPE)质量度量而以高置信度经评估，该度量是每个位置固定误差的PDE本身的估计。因此，只有符合一定质量阀值的固定-诸如HEPE值小于50米-可以用于这些计算。
为所有带有每个固定的手机听见的扇区计算导频测量。取决于环境，这一般至少有中等数量的扇区，经常在密集的城市环境中有多达20个甚至更多。因此，每个固定导致许多距离估计，所有这些估计都可以在本过程中使用。
初始基站日历数据库应在该过程中存在，使得PDE能解决每个看见的扇区的扇区标识。然而，这些扇区的FLC值的质量不重要。可以使用“缺省”或“平均”值。关键在于手机所见的扇区标识在基站日历数据库内存在。最好天线位置要较合理地准确，但不需要在任何时间准确地知道天线位置。如果对天线位置的了解随着时间改善，则这可以对获得更大确定性的天线位置起到作用，并用于改善前向链路校准准确性。另外，基站日历数据库服务器可以确定是否天线已被移动，且在该情况下，可以从基站日历数据库中取出准确但过时的天线位置，并用更新的位置取代。
图5和6示出PDE如何经编程以确定移动站的位置定位的示例。在图5的第一步骤81内，PDE基于开始时从MS发送到PDE的AFLT测量进行初始位置估计。在步骤82，PDE试图将移动站所见的PN与基站日历数据库内记录的特定小区扇区相关联。如果服务MS的扇区不能经唯一标识，则AFLT不可能，因为PDE不能确定AFLT范围测量来自哪个基站天线塔。因此，如果不能唯一地标识服务MS的扇区，则执行从步骤83到步骤84的分支。否则，执行继续从步骤83到步骤85。
在步骤84，敏感度辅助(SA)和获取辅助(AA)数据基于网络ID/系统ID重心或缺省位置经生成。SA/AA数据会被送回MS(图6的步骤90)以帮助MS进行GPS获取和GPS伪范围测量。因为服务小区还未被找到，则AFLT是不可能的，且GPS准确性和收益可能严重受损。执行从步骤84进行到图6内的步骤90。
在图5内的步骤85中，PDE试图确定基准扇区和所有测量扇区。如果测量PN不能唯一地与单个扇区相关联，则不使用该范围测量。如果所有的基准扇区不能经唯一确定，则在其位置使用服务小区。接着，在步骤86，PDE只基于AFLT计算“前缀”。则在步骤87内，如果步骤86的“前缀”计算不成功，则执行分枝到步骤89。否则，执行继续从步骤87到步骤88。
在步骤88中，SA/AA数据基于小区扇区信息被生成。执行继续图6的从步骤88到步骤90。
在图5的步骤89内，SA/AA数据基于前缀位置和不确定性经生成。初始位置不确定性越小，AA数据越准确，MS内处理将越快，且可以获得更佳最终固定准确性和收益。执行图6的从步骤89继续到步骤90。
在图6的步骤90中，SA/AA数据被发送到MS。MS使用SA/AA数据用于GPS获取和GPS伪范围测量。MS搜索在辅助数据内指明的GPS卫星，并实现第二轮AFLT伪范围搜索。在步骤91中，PDE从MS接收GPS和AFLT伪范围。在步骤92中，PDE再次试图标识所有测量PN。如果PN不可以唯一地用单个扇区标识，则不使用范围测量。在步骤93中，PDE基于GPS和AFLT范围测量生成最终固定。
在步骤94，PDE可以并行使用几种方法以计算最终位置，且可以使用最可能获得最小位置误差的方法。首先尝试GPS固定，因为准确性远远高于任何其他方法。如果GPS固定失败，则PDE从几个其他方法中选择，且使用带有最小相关误差的结果。这些其他方法包括只用AFLT、由已知扇区取向和大致范围使用RTD测量(当可用时)确定的位置、使用移动站所见的扇区知识确定“混合小区扇区”固定以及每个扇区的位置和取向、当前服务扇区覆盖范围重心位置确定(或如果不可能确定当前服务扇区，则使用原始服务扇区覆盖范围重心位置确定)、当前网络ID/系统ID覆盖区域的重心位置、以及最终PDE配置文件内存储的缺省位置。
对每个扇区使用FLC纠正在扇区邻域内的MC的位置可以通过到每个扇区内的各个移动站(最好来自扇区覆盖区域内的不同位置)的多个距离估计的累加和统计分析而经改善。通过收集采样集合，集合的统计处理可以被应用于确定要使用的最优新FLC值。平均该数据并使用从每个扇区的覆盖区域内的不同位置集合能产生更准确的FLC值。
采样集合可以从混合移动站来或到混合移动站的正常电话呼叫期间以及/或来自开车到处实地收集期间的正常位置定位对话中被收集。对于收集数据的附加质量，开车到处实地收集可以通过在车辆内的实地技术人员实现，每辆车配有链接到外部PCS天线和外部活动GPS天线的混合移动手机。在多个CDMA频率被使用的区域内，可以在每个频率上收集数据，因为每个扇区CDMA频率排列是分开校准的。例如，当使用到处开车收集方法时，应使用多个手机以保证充分的频率分集。
本发明尤其涉及使用移动站以确定基站天线位置信息。这不仅可以提供移动站更准确的位置固定，还可以保证从基站来的合适的蜂窝覆盖，该覆盖可能由于基站日历内的错误的天线位置信息或是被物理重新定位或是受到损坏。在最差情况下，天线位置的改变会导致小区扇区标识问题，其中手机(即无线移动站)观察到的信号不能合适地与基站日历数据库内的信息相关。
基站日历数据库服务器发现手机观察到的标识在基站日历数据库内不能被找到的情况，且时间上跟踪该种事件发生。基站日历数据库服务器标识被加入网络的新扇区，且告知系统操作者该变化。基站日历数据库服务器生成基站日历数据库项，这些项包括确定天线位置、观察到的标识、自动计算的校准和不确定性参数以及缺省值。基站日历数据服务器还标识一些扇区，这些扇区的标识由手机观察或蜂窝基础设施报告因为网络改变或重新配置而改变，不再与基站日历数据库匹配。基站日历数据库服务器自动地改变基站日历数据库以反映新的标识。
对于陆地范围测量，天线位置帮助PDE解决基准扇区和测量扇区标识，且天线位置是范围测量起源的位置。天线位置误差转换成陆地范围误差。天线位置在生成“初始位置估计”内是必要的，该估计被用于生成GPS辅助信息。
基站日历数据库服务器标识与测量的位置不符合的基站日历数据库扇区天线位置。这源自移动小区(COW和COLTs)或源自基站日历数据库内的类型。基站日历数据库服务器告知系统操作者该种问题，且如果这样经配置，基站日历数据库服务器会自动解决问题。
为了快速标识扇区天线位置内的任何明显改变，期望在无线通信系统的例行使用期间在正在进行基础上测量扇区天线位置。这可以使用反扇区天线定位方法完成。反扇区天线定位是从来自移动站的数据确定扇区天线的位置。
在一些情况下，基于扇区信号的手机测量知道存在小区扇区，但不知道扇区天线位置。如果手机的位置可以基于其它测量而被确定，则该手机位置和到扇区天线的测量的范围可以作为很重要的输入，用于确定扇区天线的位置。
在许多情况下，手机位置可以在不知道未知扇区的源的情况下被确定-例如基于好的GPS固定或AFLT或混合固定，该混合固定不使用来自未知扇区的测量。如果这从不同位置发生多次，则这些位置固定的每个用作起源点(手机位置)以及到这个未知的扇区天线位置的范围。
这些位置和范围可以用作到导航处理器的输入，该处理器可以以以下相同的方式计算扇区天线位置，例如与GPS卫星位置和范围用于计算GPS接收机的位置相同的方式。进行该导航处理有许多可用方法，诸如最小均方迭代以及卡尔曼滤波，这些是领域内的技术人员众知的。
如同领域内的技术人员可以理解，很重要的是基准点比起到扇区天线的范围充分隔开，使得几何能充分准确地计算扇区天线位置。另外，来自手机位置的每个输入范围应有与之相关的基于例如可能的过度路径长度信号延时的误差估计，该估计组合了基准手机位置内的不确定性以及范围内估计的不确定性。这些测量误差估计可以在导航处理算法内经组合以估计在扇区天线位置的确定中的误差。
而且，到扇区天线的范围测量可以包含由于扇区发射机时间偏差引起的相当恒定的偏差。该前向链路校准可以在扇区天线位置的同时被解决。因此，三维扇区天线位置以及时间偏差可以在相同操作内被计算-与GPS接收机定位类似的方式。
可以意识到由于垂直方向上的受到限制的可观察几何，解决扇区天线的垂直高度有时可能很困难。扇区天线高度的估计可以基于在手机基准位置的平均高度以上的平均天线高度(例如10米)和/或基于查询地形海拔数据库的地形高度。虽然扇区天线的垂直高度内的误差有时用该方法很难观察到，幸运地是，当该扇区最终被加入基站日历数据库并被用作用于手机定位的基准位置时，这些相同的误差对于位置固定误差影响很小。
一旦扇区天线位置使用该方法被合理地确定了，则新扇区可以被加入基站日历数据库并接着被用于手机定位，或手机所见的未经标识信号可以被加入数据日历数据库内的项，且带有不正确的标识信息，且该标识信息可以被纠正。
参考图7到10，示出图1的无线通信网络的反扇区天线定位的实现示例流图。例如，流程图表示图3的基站日历数据库服务器43的编程，用于维持和改善基站日历44内的基站位置参数；图3内的位置确定实体41内的编程，用于确定移动站位置以及计算基站位置。
在图7的第一步骤101内，移动站进行或接收无线电话呼叫。在建立网络和移动站间的通信过程中，如以上参考图4描述的，网络试图从已接收到来自移动站信号的基站的指示确定与移动站通信的小区扇区。在图7的步骤102内，如果指示的基站在基站日历内找不到，则执行分枝到步骤103以建立基站的新数据库记录，并为基站记录“未知位置”。在步骤103之后，执行继续到步骤104。如果在基站日历内找到基站，则执行还从步骤102继续到步骤104。
在步骤104内，网络独立于与移动站通信的基站的位置确定移动站位置(值和误差估计)。例如，如果移动站有用于接收全球定位信号的全球卫星接收机，则移动站的位置可以独立于基站的位置被确定，例如使用GPS系统。如果移动站在其他位置已知的基站的通信范围内，则移动站的位置可以从移动站和这些其他基站间发送的信号用例如AFLT而经确定。
在步骤105内，如果基站天线海拔未知，则执行分枝到步骤106，以估计基站天线海拔高度，如以下参考图10描述。在步骤106之后，执行继续到步骤107。如果已知基站天线海拔高度，执行还从步骤105继续到步骤107。
在步骤107内，网络使用移动站和基站间发送的信号获得移动站和基站间的伪范围测量(值和误差估计)，例如以上述关于前向链路校准内描述的方式。在步骤108内，如果不知道基站位置，则执行继续到图8的步骤111。否则，执行分枝到图9的步骤121。
在图8的步骤111内，如果没有充分的测量以确定基站位置，则执行回到步骤101。例如，为了在已知基站天线海拔情况下确定基站的纬度和经度，必须至少有两个来自间隔开的移动站位置的伪范围测量以进行三角测量。如果基站天线海拔未知或如果伪范围测量取决于基站定时偏移，则需要附加的测量。一旦获得了充分数量的测量，执行继续从步骤111到步骤112。
在步骤112，网络使用移动站位置(值和误差估计)、移动站定时偏移(值和误差估计)以及伪范围(值和误差估计)以计算基站位置(值和误差估计)以及基站时间偏移(值和误差估计)。例如，范围测量的不确定性可以取决于导频信号强度、PN序列的分辨率、GPS范围测量情况下的卫星海拔高度以及在陆地范围测量情况下多径传播的可能性。范围测量的不确定性还取决于所基于的位置服务参数的不确定性，诸如在AFLT范围确定情况下的前向链路校准定时偏移内的不确定性、RTD范围测量情况下的反向链路校准内的不确定性以及在AFKT或RTD范围测量内的基站天线位置和地形海拔的不确定性。例如该不确定性可以以标准偏差形式经定量化，这基于何时有采样群时的统计量或基于已知的分辨率以及假设高斯分布的估计的测量误差。
计算过程可能使用常规的最小均方程序或卡尔曼滤波器，这在导航领域内(例如GPS)是众知的。该计算过程用于从多个移动站已知的位置和已知的时间偏移确定基站的位置和时间偏移，而不是如同常规的用于从多个移动站已知的位置和已知的时间偏移确定基站的位置和时间偏移的计算过程。在步骤113，基站日历经更新以指明已知基站位置，执行回到图7的步骤101。
在图9的第一步骤121内，网络计算从已知位置计算移动站和基站间的距离，并将该距离与伪范围进行比较。如果距离与伪范围测量不符，则考虑距离和伪范围测量的误差估计，执行分枝到步骤123以记录基站位置出错的可能性。如果记录到多个该种不符，则在步骤124内到达误差阀值，且执行继续到步骤125以记录基站位置未知、将误差记录在日志内并向系统操作者报告误差。执行继续从步骤125到图8的步骤111，以可能使用移动站位置值以及伪范围测量用于确定基站位置。如果没达到误差阀值，则执行从步骤124回到图3的步骤101。
在步骤122内，移动站和基站间的距离符合伪随机测量，则执行从步骤122继续进行到步骤126。步骤126处，移动站位置(值和误差估计)、移动站定时偏移(值和误差估计)以及伪范围(值和误差估计)用于改善基站位置(值和误差估计)以及基站时间偏移(值和误差估计)。在步骤126后，执行回到图7的步骤101。
一种改善图9的步骤126的基站位置和基站定时偏移的方式是保持一个属于基站位置和定时偏移的测量日志，并基于日志内的所有测量重新计算基站位置。然而当测量数目变得很大时，计算时间和存储可能变得很过度。在该点，基站位置和时间偏移可以只使用一定数目的最近测量而经计算。另外，可能使用滤波器，诸如卡尔曼滤波器以连续改善基站位置和定时偏移值。在简单示例中，最近的测量生成估计位置(Pe)，且新位置(Pnew)用旧位置(Pold)和估计位置(Pe)的加权平均而经计算如下Pnew＝α(Pe)+(1-α)(Pold)其中α是小于一的加权因子。例如根据下式，加权因子的选择基于相应的测量数目(N)以及测量的相对误差(E)的相应平均，这些测量对于旧值和估计值有贡献α＝(Ne/Ec)/(Ne/Ec+Nold/Eold)还可以以类似方式使用滤波器以从旧值和新估计计算基站定时偏移的新值，但在该情况下，最好估计随时间的定时偏移的漂移。换而言之，基站定时偏移(Toff)被建模为时间(t)的线性函数；Toff＝βt+T0。在时间上的一系列测量可以通过最小均方方法估计参数β和T0。当序列内的测量数变得过度时，只在日志内保留合理数目的最近测量，并用于生成β的估计值以及T0的估计值。新的β值从β的估计值和β的旧值中被计算，新的T0值从T0的估计值和T0的旧值中被计算。
图10示出了估计基站天线高度的例程流图。在第一步骤131内，如果基站天线位置(纬度和经度)未知，则执行分枝到步骤132。在步骤132，基站位置处的地形海拔通过计算在基站通信范围内的移动站平均高度而经估计，且执行继续到步骤134。在步骤121，如果已知基站位置，则执行继续到步骤133。在步骤133，访问地形海拔数据库以获得在基站位置处的地形高度(已知或估计的)。在步骤134，基站天线用基站位置处的地形海拔高度(已知或估计的)以上的平均天线高度(诸如十英尺)经估计，且执行返回。
以上描述了无线电信网络。基站天线位置和基站时间偏移连同其它用于在各种条件下获取最可靠的移动站位置固定的信息被存储在基站日历数据库内。提供一自动系统用于建立、更新并维持基站日历数据库。一般，自动系统使用移动站位置固定以给出陆地范围信息和其它蜂窝手机进行的测量的环境。该系统还使用位置固定以维持对蜂窝性能的可理解性并提供性能反馈给蜂窝操作者和用户。自动系统检测不完整或不准确的信息，然后进行自动固定和/或通知系统操作者。特别是，系统使用移动站的位置固定和陆地范围信息以确定基站天线位置和基站定时偏移。因此可能在不知道位置数据时自动获得基站位置数据，而不需要通信协议内的任何附加网络硬件或任何改变。基站天线位置可以连续在正常移动站位置确定中被确定，为了维持并改善天线位置数据并纠正基站天线的改变或重新定位。这样，可以在基站天线重新定位中快速从小区扇区标识丢失中恢复，并基于来自基站的范围保证移动站位置确定的准确性，以及从带有全球卫星接收机的移动站快速获取位置数据。
权利要求
1.在无线通信网络中，一种确定基站位置的方法，其特征在于包括(a)确定至少一个与基站通信的移动站的位置；(b)从移动站的位置和基站和移动站间发送的信号确定基站的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于移动站有全球卫星接收机，且移动站的位置从移动站从全球卫星接收到的信号而被确定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于移动站的位置由每个移动站的高级前向链路三角测量(AFLT)从具有已知位置的基站经确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括测量基站和移动站间发送的信号的路径延时，以确定基站和移动站间的距离，并从移动站的位置和基站和移动站的距离确定基站的位置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于移动站是包括全球卫星接收机的混合电话手机，移动站的位置由移动站从全球卫星接收到的信号而经确定的，且基站的位置是从使用高级前向链路三角测量(AFLT)的移动站的位置经确定的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于单个移动站在不同的时间在不同的位置，且可以提供用于确定基站位置的多于一个的测量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括计算至少一个移动站的时间偏差，并将该偏差用于基站位置的计算。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括从移动站的确定位置、移动站的时间偏差以及基站和移动站间发送的信号计算基站发射机内的时间偏差。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在移动站的确定的位置内以及移动站时间偏差内的误差估计用于确定基站的位置。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括用移动站的平均海拔高度以上的平均天线高度估计基站的天线海拔高度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括用高于地形海拔高度数据库的查询获得的海拔高度上的平均天线高度估计基站的天线海拔高度，所述查询是为了查询在基站估计位置处的海拔高度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于其实现是根据移动站接收不在基站日历中的基站来的基站信号。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于从移动站位置确定的基站天线位置与包含在基站日历内的基站的位置相比较，以验证包含在基站日历内的基站的位置。
14.在一无线通信网络内，所述网络有用于与移动站通信的基站、基站日历以及位置确定实体，所述该实体用于从基站和移动站间发送的信号确定移动站的位置，一种用于维持基站日历内的基站位置信息的方法，其特征在于包括(a)当移动站的位置由位置确定实体独立于在移动站通信范围内的基站而经确定时，从基站和移动站间发送的信号确定基站和移动站间的距离；(b)当基站和移动站间的距离指明基站日历内的基站位置信息不正确或相当不准确时，修改基站日历以包括基站的纠正的基站位置信息。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于当移动站接收到来自不在基站日历内的基站信号时，移动站的位置是由位置确定实体确定的(独立于在移动站的通信范围内的基站的位置)。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于包括从多个移动站的位置以及基站和多个移动站间发送的信号确定基站的位置，并通过将基站的确定的位置存储在基站日历内而修改基站日历。
17.一无线通信网络，其特征在于包括(a)与移动站通信的基站；以及(b)至少一个位置确定实体，用于基于基站和移动站间发送的信号以及存储在基站日历内的信息确定移动站的位置；其中，无线通信网络经编程用于从移动站位置和基站和移动站间发送的信号确定基站的位置，并用于使用基站确定的位置以维持基站日历内的基站位置信息。
18.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于当移动站从基站接收到信号且移动站被发现不在基站日历中，则确定基站位置。
19.如权利要求17述的无线通信网络，其特征在于当确定的基站位置表明基站日历内的基站位置信息指示了基站的不准确位置，则基站日历用确定的基站位置被更新。
20.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于移动站具有全球卫星接收机，且位置确定实体从由移动站从全球卫星接收到的信号确定移动站位置。
21.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于位置确定实体由每个移动站的高级前向链路三角测量(AFLT)从具有已知位置的基站确定移动站位置。
22.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于位置确定实体测量基站和移动站间发送的信号的路径延时是以确定基站和移动站间的距离，并从移动站的位置和基站和移动站间的距离确定基站的位置。
23.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于位置确定实体从移动站的位置以及从基站和移动站间发送的信号计算基站发射机内的时间偏差。
24.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于位置确定实体用移动站的平均海拔高度以上的平均天线高度估计基站的天线海拔高度。
25.如权利要求17所述的无线通信网络，其特征在于位置确定实体用查找地形海拔高度数据库获得的基站估计位置处的海拔高度以上的平均天线高度估计基站的天线海拔高度。
全文摘要
在无线通信网络中，基站天线位置和时间偏移连同其它用于在各种条件下获取最可靠的移动站位置固定的信息被存储在基站日历数据库内。该系统使用移动站的位置固定以及陆地范围信息以确定基站天线位置以及基站定时偏移。基站天线位置在正常的移动站位置确定期间被确定，为的是维持并改善天线位置数据，并纠正基站天线改变或重新定位。可能在基站天线的重新定位期间快速恢复小区扇区标识的丢失，且可能基于来自基站的范围以及来自带有全球卫星接收机的移动站的位置数据的快速获取，从而保证移动站位置确定的准确性。
文档编号G01S19/01GK1751248SQ02828150
公开日2006年3月22日 申请日期2002年12月12日 优先权日2001年12月27日
发明者W·里雷, R·格里德, Z·比埃克斯 申请人:高通股份有限公司