专利名称：移动终端位置测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动终端定位系统、无线电基站装置和其中使用的移动终端定位方法及其程序，更具体地说，涉及使用下一代通信系统中的蜂窝电话无线电基站装置的定位方法。
背景技术：
在下一代通信系统中，定位技术是一种重要的应用。尽管当前已在实际中应用定位技术，但是有必要研究在能够进行高速下行通信的下一代通信系统中定位移动终端的过程。
如图1所示，示出了一种用于利用无线电基站装置来定位移动终端的过程，该过程是基于移动无线电终端装置3通过传输路径100将接收自无线电基站4的信号发送回去的功能而实现的(例如参见日本专利申请公开JP11-178038)。
定位装置6通过通信控制中心5被连接到无线电基站4。定位装置6根据已发送信号和从移动无线电终端装置3发送回来的信号测量传播延时(相位)，并且基于无线电波的传播速度测量无线电基站4和移动无线电终端装置3之间的距离。
移动无线电终端装置3包括控制器31、收发机32和具有回送装置34的通话单元33。无线电基站4包括控制器41和收发机42。通信控制中心5包括控制器51和电路接口单元52。定位装置6包括控制器61、相位测量单元62和计算处理器63。
但是，上述具有定位功能的移动通信系统存在问题因为未示出调制过程等的特定示例，所以没有关于实际如何操作系统的足够信息。正如在当前的第三代移动通信系统中所使用的W-CDMA(宽带码分多址)一样，对于实际应用必需给出已建立的某种方案的特定系统。
此外，上述具有定位功能的移动通信系统的一个缺点在于它易于引起传播时间错误。尽管在图1所示的传输路径100提供空旷无障碍环境的情形中不会出现问题，但是现实中传输路径100中会存在某些障碍。尤其是在市区中，由于建筑等导致遮挡，并且来自其他方向的反射到达无线电基站4，从而导致多径衰落，使得难以沿直线距离定位移动无线电终端装置3。
为了解决上述问题，已提议了利用OFDM(正交频分复用)无线电基站装置的移动终端定位系统，作为具有定位功能的传统移动通信系统，如在下面给出的文献1中所公开的。
文献1“The Institute of Electronics，Information and CommunicationEngineers，Technical Report RCS2001-32”，2001年5月。
已提议了一种利用路径搜索的定位过程作为用于减少多径环境中的基站和移动终端之间的传播时间错误的过程，如在下面给出的文献2中所公开的。
文献2“IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS”，Vol.E85-B，No.10，2002年10月。
文献2中的文章给出了一种移动无线电终端装置的系统，其结合了用于W-CDMA和OFDM的路径搜索。该系统的配置如图2所示。
图2示出了一种系统，该系统能够测量从不同的无线电基站(未示出)发送的下行定位信号之间的到达时间差。移动无线电终端装置7具有接收机(#1，#2)8、9，它们测量依赖于来自不同无线电基站的下行定位信号的到达时间。
接收机(#1)8具有用于生成已知导频信号的拷贝的时间信号拷贝发生器83，和用于计算副载波的互相关值的相关器82-1到82-N。延时模式(delay profile)发生器86基于输出信号的总和生成延时模式，其中该总和是由加法器84计算的。延时模式发生器86由阈值设置单元85设置为用于路径搜索的阈值。第一路径检测器87检测第一到达路径，并且到达时间计算器88测量到达时间。
在图2中，移动无线电终端装置7由接收机(#1、#2)8、9和到达时间差计算器10构成。接收机(#1)8包括S/P(串行/并行)转换器81、相关器82-1到82-N、时间信号拷贝发生器83、加法器84、阈值设置单元85、延时模式发生器86、第一路径检测器87和到达时间计算器88。尽管未示出，但是接收机(#2)9具有与接收机(#1)8相同的构造。
移动无线电终端装置7计算分别从两个基站到达的到达时间，并且产生输出信号，这些输出信号代表来自各个接收机(#1，#2)8、9的计算出的到达时间。在移动无线电终端装置7中，利用来自与各个无线电基站相对应的两个接收机(#1，#2)8、9的输出信号，到达时间差计算器10可以在移动无线电终端装置7处测量出从两个无线电基站到达的到达时间之间的相对到达时间差。在文献1、2中公开了根据到达时间差计算移动无线电终端装置7的绝对位置的方法的细节，其将在下面进行描述。
但是，上述传统移动终端定位系统在被结合到移动无线电终端装置中时存在问题因为移动无线电终端会变复杂并且尺寸变大。这种趋势与了近年来缩小移动无线电终端装置终端尺寸和降低成本的努力相悖。
传统移动终端定位系统的另一个问题是依赖于传播环境，路径搜索的精度被降低。如果SIR(信号干扰功率比)低，则由于路径易被淹没在噪声中，所以必需设置较低的阈值用于路径检测。相反，如果SIR较高，则必需设置较高的阈值来防止将噪声误检测为路径。
更具体地说，传统移动终端定位系统预期用于城区等易受遮挡的区域中，并且目的在于精确测量多径环境中的无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间。传统移动终端定位系统采用路径搜索过程来选择最早到达的路径作为第一路径，并且考虑该路径的到达时间，从而计算无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的距离。
为了执行路径搜索，必需确定延时模式并设置阈值，用于确定是否发现路径，以便检测相关峰值。但是，在蜂窝电话无线电网络的实际环境中，接收到的信号会波动并由于衰落导致衰减。
当接收SIR较低时，路径被淹没在噪声中的可能性趋于更高。如果所设置的阈值过高，则可能不能检测到路径。相反，如果所设置的阈值太低，则可能轻易地将噪声检测为路径。如果设置与接收SIR较高时相同的阈值，则由于传播环境所致，难以检测出正确的第一路径。在这种情形中，由于从错误检测出的第一路径测量出无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间，所以定位精度被降低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种移动终端定位系统、无线电基站装置和其中使用的移动终端定位方法及其程序，其能够即使在无线电传输路径由于衰落等导致波动时也增加检测出第一路径的可能性，并且能够缩小移动无线电终端装置的尺寸并降低其成本。
根据本发明，提供了一种移动终端定位系统，用于通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位该移动无线电终端装置，该无线电基站装置包括估计装置，用于相对于来自移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收SIR(信号干扰功率比)；平均装置，用于对由估计装置对各个副载波计算出的SIR求平均；阈值设置装置，用于基于由平均装置计算出的SIR设置用于路径搜索的阈值；第一路径检测装置，用于基于由阈值设置装置设置的阈值执行路径搜索来检测第一路径；以及到达时间计算装置，用于基于由第一路径检测装置检测出的第一路径，计算到达时间。
根据本发明，提供了一种无线电基站装置，用于通过检测该无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位该移动无线电终端装置，包括估计装置，用于相对于来自移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收SIR(信号干扰功率比)；平均装置，用于对由估计装置对各个副载波计算出的SIR求平均；阈值设置装置，用于基于由平均装置计算出的SIR设置用于路径搜索的阈值；
第一路径检测装置，用于基于由阈值设置装置设置的阈值执行路径搜索来检测第一路径；以及到达时间计算装置，用于基于由第一路径检测装置检测出的第一路径，计算到达时间。
根据本发明，提供了一种通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位该移动无线电终端装置的方法，该方法包括由无线电基站装置执行的以下步骤相对于来自移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收SIR(信号干扰功率比)；对为各个副载波计算出的SIR求平均；基于平均后的SIR设置用于路径搜索的阈值；基于所设置的阈值执行路径搜索来检测第一路径；以及基于所检测出的第一路径计算到达时间。
根据本发明，提供了一种用于以下方法的程序，所述方法通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定该移动无线电终端装置，该程序使计算机能够执行以下步骤相对于来自移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收SIR(信号干扰功率比)；对为各个副载波计算出的SIR求平均；基于平均后的SIR设置用于路径搜索的阈值；基于所设置的阈值执行路径搜索来检测第一路径；以及基于所检测出的第一路径计算到达时间。
即使由于无线电区域中产生的衰落等导致难以检测出从移动无线电终端装置到达的路径，根据本发明的移动终端定位系统也可以在估计无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间时减少错误发生。
更具体地说，在根据本发明的移动终端定位系统中，SIR(信号干扰功率比)估计器从在无线电基站系统中接收到的信号(来自导频调制器的输出信号)计算各个副载波的接收SIR。
整个信号的SIR作为各个副载波的SIR的平均被计算出。计算出的SIR被输入到设置用于路径搜索的阈值的阈值设置单元。阈值设置单元针对输入的SIR，设置阈值。第一路径检测器基于由阈值设置单元设置的阈值执行路径搜索。
利用根据本发明的移动终端定位系统，如上所述，由于利用由SIR表示的接收到的信号的水平，设置了用于路径搜索的适当阈值，所以即使在衰落环境中发生接收SIR波动，检测第一路径的精度也得到提高，从而提高了测量传播时间的精度，这提高了定位移动无线电终端装置的精度。
因此，根据本发明的移动终端定位系统具有依赖于接收SIR来设置用于路径搜索的阈值的功能。如果SIR较高，则阈值被设置为较高的值来防止错误地检测出路径，并且如果SIR较低，在该阈值被设置为较低的值以便能够捕捉到路径。因此，即使由于衰落等导致无线电传输路径波动，也增加了检测出第一路径的可能性。
此外，在根据本发明的移动终端定位系统被结合到无线电基站装置的情形中，移动无线电终端装置的电路布置被最小化，从而缩小了移动无线电终端装置的尺寸，并且降低了其成本。
此外，由于根据本发明的移动终端定位系统采用了被预期抵抗多径衰落的多载波调制，所以降低了在对来自移动无线电终端装置的上行导频信号进行解调时的信号恶化，从而提高了估计SIR的精度。
图1是采用传统无线电基站装置的移动终端定位系统的框图；图2是结合了路径搜索的传统无线电基站装置的系统的框图；图3是根据本发明实施例的无线电基站装置的框图；图4是示出了OFDM帧的配置示例的图，其用于本发明实施例中并且描述时间和频率之间的关系；图5是示出了在本发明实施例中利用上行信号进行定位的方式的图；以及图6是图3中示出的无线电基站装置的操作序列的流程图。
具体实施例方式
现在将参考附图来描述本发明的实施例。图3是根据本发明实施例的无线电基站装置的框图。如图3所示，无线电基站装置1包括S/P(串行/并行)转换器11、导频解调器12-1到12-N、SIR(信号干扰功率比)估计器13-1到13-N、SIR平均器14、阈值设置单元15、相关器16-1到16-N、时间信号拷贝发生器17、加法器18、延时模式发生器19、第一路径检测器20、到达时间计算器21和记录介质22。无线电基站装置1连接到具有定位单元31的通信控制中心3。记录介质22存储用于实现无线电基站装置1中的各种处理细节的程序(可由计算机执行的程序)。
来自移动无线电终端装置的接收信号(未示出)被输入到S/P转换器11。通过QPSK(正交移相键控)等对接收到的信号调制。S/P转换器11将接收到的信号划分为各个副载波的信号。划分后的信号被输入到与各个副载波对应的各个导频解调器12-1到12-N。
导频信号相对于副载波的位置假设利用图4所示的帧格式。由于导频信号是已知的，所以可由时间信号拷贝发生器17生成与它们相对应的时间信号波形的拷贝。
图4是示出了OFDM(正交频分复用)帧的配置示例的图，其用于本发明的实施例中，并且描述时间和频率之间的关系。如图4所示，导频信号A1被插入到帧的开始部分中。导频信号的符号数目需要权衡，如果符号的数目大，则在计算SIR时可以实现较高的可靠性，但是定位时间会增加。因此，将不具体描述符号的数目。
SIR估计器13-1到13-N基于理想波接收水平和干扰波接收水平，根据从导频解调器12-1到12-N获得的数字信号计算SIR。由于SIR估计器13确定各个副载波的SIR，所以需要用SIR平均器14对SIR进行平均，以便最终对总体的载波计算一个帧中的SIR。
当SIR平均器14计算出SIR后，阈值设置单元15根据预定的SIR和阈值之间的关系来确定阈值。在这里将省略SIR和阈值之间的特定关系，因为它与本发明不直接相关。但是，由于从归一化的互相关生成的延时模式的值在0到1的范围内，所以如果接收SIR低，则执行设置较低阈值的操作，以便能够捕捉到路径。
来自S/P转换器11的接收信号被输入到相关器16-1到16-N以及导频解调器12-1到12-N。相关器16-1到16-N使用相对于导频信号的来自时间信号拷贝发生器17的输出信号，并针对各个副载波，计算在接收信号和拷贝信号之间的某一时刻t处的互相关的值R，如下所示。互相关值R根据下式计算[式1]R=∫0nArI(t)AI(t)dt+∫0nArQ(t)AQ(t)dt]]>其中，ArI(t)、ArQ(t)代表拷贝信号的I和Q相位的幅度，AI(t)、AQ(t)代表接收信号的幅度，并且n代表与导频信号A1相对应的片段的时间。与导频信号A1相对应的片断中的互相关可以根据上式计算出。
加法器18将来自相关器16-1到16-N的输出信号相加，以产生代表所有副载波的总和的信号，并且将该信号输出到延时模式发生器19。第一路径检测器20利用阈值设置单元15产生的阈值，检测具有最早的到达时间的路径。具体而言，第一路径检测器20在从时刻0到时刻n的序列中将延时模式的值与阈值相比较。第一路径检测器20将超过阈值的第一个延时模式作为检测出的路径，并且计算当检测到时的时间。
到达时间计算器21计算要被定位的移动无线电终端装置与无线电基站装置1之间的传播时间。无线电基站装置连接到通信控制中心3，并且将由各个到达时间计算器21计算出的到达时间指示给作为主系统的通信控制中心3。当通信控制中心3接收到移动无线电终端装置和每个无线电基站装置1之间的传播时间后，定位单元31最终确定移动无线电终端装置的绝对位置。
图5示出了在本发明的实施例中用于利用上行信号进行定位的方式。在图5中，假设一个在各个小区中利用不同的频率的系统。因此，来自要被定位的移动无线电终端装置的信号可由相邻小区中的无线电基站装置接收到。
如果对于一个移动无线电终端装置存在三个无线电基站装置#1到#3，则可以计算出三个到达时间，从而可以确定出移动无线电终端装置的绝对位置。确定移动无线电终端装置的绝对位置的过程对于本领域技术人员来说是公知的，并且在上面提到的文献1中有所公开，在下面将不详细描述，因为其与本发明不直接相关。
本发明还适用于利用MC-CDMA(多载波码分多址)而不是OFDM作为多载波传输过程的系统。
图6是图3中示出的无线电基站装置1的操作序列的流程图。下面将参考图3到图6描述根据本发明实施例的无线电基站装置1的操作。图6中示出的处理序列在无线电基站装置1的CPU(中央处理单元，未示出)执行存储在记录介质22中的程序时实现。
在无线电基站装置1中，S/P转换器1将来自移动无线电终端装置的接收信号从串行信号转换为并行信号(图6中的步骤S1)，并且将整个时间信号划分为各个副载波的时间信号。导频解调器12-1到12-N对来自悖S/P转换器1划分的时间信号的导频信号进行解调，并且确定QPSK信号点中的信号点(图6中的步骤S2)。
由S/P转换器1划分的时间信号还被输出到相关器16-1到16-N。相关器16-1到16-N使用相对于已知导频信号的来自时间信号拷贝发生器17的输出信号进行计算，并且针对各个副载波计算互相关的值R(图6中的步骤S3)。
SIR估计器13-1到13-N基于由导频解调器12-1到12-N获得的信号点，估计SIR(图6中的步骤S4)，并且SIR平均器14对SIR求平均(图6中的步骤S5)。SIR平均器14针对所有副载波，对通过SIR估计器13-1到13-N对各个副载波确定的SIR求平均。
阈值设置单元15预先确定SIR和阈值之间的关系，并且根据SIR平均器14计算出的SIR确定阈值。具体而言，如果SIR＞x(图6中的步骤S6)，则阈值设置单元15将阈值设置为“A”(图6中的步骤S7)，并且如果SIR≤x(图6中的步骤S6)，则阈值设置单元15将阈值设置为“B”(图6中的步骤S7)。本实施例将阈值有选择地设置为两个值。但是，也可以将阈值有选择地设置为三个或更多个值。
加法器18将相关器16-1到16-N获得的互相关值相加，以产生全部副载波的总和。延时模式发生器19基于全部副载波的总和，生成延时模式(图6中的步骤S9)。在本实施例中，延时模式是时间的函数D(t)。
第一路径检测器20从t＝0开始，将D(t)的值与设置的阈值进行比较，以检测第一路径(图6中的步骤S10、S12)。第一路径检测器20计算在D(t)的值初次超过阈值(“A”或“B”)的时刻的值t，作为移动无线电终端装置和无线电基站装置1之间的信号的到达时间(图6中的步骤S11)。
当无线电基站装置1计算出到达时间时，它向作为主系统的通信控制中心3指示该到达时间。通信控制中心3的定位单元31利用从多个无线电基站装置获得的到达时间，确定要定位的移动无线电终端装置的绝对位置。
如上所述的本实施例具有阈值设置单元15，用于依赖于接收SIR设置执行路径搜索的阈值。如果接收SIR高，则阈值设置单元15设置较高的阈值来防止错误检测出路径。如果接收SIR低，则阈值设置单元15设置较低阈值以便能够捕捉到路径。因此，即使由于衰落等导致无线电传输路径波动，仍然增加了检测到第一路径的可能性。
此外，根据上述移动终端定位系统被结合到无线电基站装置1中的本实施例，移动无线电终端装置的电路布置被最小化，从而缩小了移动无线电终端装置的尺寸并且降低了其成本。
此外，根据本实施例，因为采用了被预期抵抗多径衰落的多载波调制，所以降低了在对来自移动无线电终端装置的上行导频信号进行调制时的信号恶化，从而提高了利用其估计SIR的精度。
工业实用性本发明不限于上述实施例，而是可以应用于处理根据诸如W-CDMA(宽带码分多址)等调制过程的其他数字调制信号的无线电基站装置。本发明适用于结合了蜂窝电话等的采用无线电基站装置的移动通信系统。
权利要求
1.一种移动终端定位系统，用于通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位所述移动无线电终端装置，所述无线电基站装置包括估计装置，用于相对于来自所述移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收信号干扰功率比；平均装置，用于对由所述估计装置对各个副载波计算出的信号干扰功率比求平均；阈值设置装置，用于基于由所述平均装置计算出的信号干扰功率比，设置用于路径搜索的阈值；第一路径检测装置，用于基于由所述阈值设置装置设置的阈值，执行所述路径搜索，以检测第一路径；以及到达时间计算装置，用于基于由所述第一路径检测装置检测出的第一路径，计算所述到达时间。
2.根据权利要求1所述的移动终端定位系统，其中，所述阈值设置装置在所述信号干扰功率比较高时将所述阈值设置为较高的值，并且在所述信号干扰功率比较低时将所述阈值设置为较低的值。
3.根据权利要求1所述的移动终端定位系统，其中，所述无线电基站装置还包括导频解调装置，用于基于来自所述移动无线电终端装置的接收信号，对导频信号解调；其中所述估计装置基于从所述导频解调装置获得的数字信号的干扰波接收水平和理想波接收水平，估计所述信号干扰功率比。
4.根据权利要求1所述的移动终端定位系统，其中，至少正交频分复用和多载波码分多址中的一种被用作多载波传输过程。
5.根据权利要求1所述的移动终端定位系统，其中，至少宽带码分多址调制过程被采用。
6.一种无线电基站装置，用于通过检测所述无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位所述移动无线电终端装置，包括估计装置，用于相对于来自所述移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算信号干扰功率比；平均装置，用于对由所述估计装置对各个副载波计算出的信号干扰功率比求平均；阈值设置装置，用于基于由所述平均装置计算出的信号干扰功率比，设置用于路径搜索的阈值；第一路径检测装置，用于基于由所述阈值设置装置设置的阈值，执行所述路径搜索，以检测第一路径；以及到达时间计算装置，用于基于由所述第一路径检测装置检测出的第一路径，计算所述到达时间。
7.根据权利要求6所述的无线电基站装置，其中，所述阈值设置装置在所述信号干扰功率比较高时将所述阈值设置为较高的值，并且在所述信号干扰功率比较低时将所述阈值设置为较低的值。
8.根据权利要求6所述的无线电基站装置，还包括导频解调装置，用于基于来自所述移动无线电终端装置的接收信号，对导频信号解调；其中所述估计装置基于从所述导频解调装置获得的数字信号的干扰波接收水平和理想波接收水平，估计所述信号干扰功率比。
9.根据权利要求6所述的无线电基站装置，其中，至少正交频分复用和多载波码分多址中的一种被用作多载波传输过程。
10.根据权利要求6所述的无线电基站装置，其中，至少宽带码分多址调制过程被采用。
11.一种通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位所述移动无线电终端装置的方法，所述方法包括由所述无线电基站装置执行的以下步骤相对于来自所述移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收信号干扰功率比；对为各个副载波计算出的信号干扰功率比求平均；基于平均后的信号干扰功率比，设置用于路径搜索的阈值；基于所设置的阈值，执行所述路径搜索，以检测第一路径；以及基于检测出的第一路径，计算所述到达时间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述设置阈值的步骤包括以下步骤在所述信号干扰功率比较高时将所述阈值设置为较高的值，并且在所述信号干扰功率比较低时将所述阈值设置为较低的值。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括由所述无线电基站装置执行的以下步骤基于来自所述移动无线电终端装置的接收信号，对导频信号解调；其中所述计算接收信号干扰功率比的步骤包括以下步骤基于所述解调后的导频信号的干扰波接收水平和理想波接收水平，估计所述信号干扰功率比。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线电基站装置采用至少正交频分复用和多载波码分多址中的一种作为多载波传输过程。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线电基站装置至少采用宽带码分多址调制过程。
16.一种用于以下方法的程序，所述方法通过检测无线电基站装置和移动无线电终端装置之间的信号的到达时间来定位所述移动无线电终端装置，所述程序使计算机能够执行以下步骤相对于来自所述移动无线电终端装置的接收信号对各个副载波计算接收信号干扰功率比；对为各个副载波计算出的信号干扰功率比求平均；基于平均后的信号干扰功率比，设置用于路径搜索的阈值；基于所设置的阈值，执行所述路径搜索，以检测第一路径；以及基于检测出的第一路径，计算所述到达时间。
全文摘要
提供了一种无线电基站设备，即使在无线电传输路径由于衰落等导致波动时，其也能够提高第一路径的检测可能性，缩小移动终端设备的尺寸并降低成本。SIR估计单元(13－1到13－N)根据导频解调单元(12－1到12－N)的输出对每个副载波计算接收SIR。SIR平均单元(14)计算每个副载波的SIR的平均，并计算整个信号的SIR。根据计算出的SIR，阈值设置单元(15)设置用于路径搜索操作的阈值。第一路径检测单元(19)根据阈值设置单元(15)设置的阈值执行路径搜索。到达时间计算单元(21)根据第一路径检测单元(19)检测出的第一路径计算到达时间。
文档编号H04W64/00GK1875650SQ200480031840
公开日2006年12月6日 申请日期2004年9月15日 优先权日2003年10月29日
发明者稻叶新 申请人:日本电气株式会社