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CN1079629C - 蜂窝无线通信移动台的定位方法和设备 - Google Patents

蜂窝无线通信移动台的定位方法和设备 Download PDF

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Abstract

用至少一个固定信标(6)与一移动台(7)的用户相关联，此种信标以一个小于一单元的特征尺寸(R)的范围(r)发射一为此用户专用的信号。当此移动台探测出为此信标发出的这一无线电信号时，即给此通信网络提供一个指出此移动台是在上述信标范围内的信号。

Description

蜂窝无线通信移动台的定位方法和设备
本发明涉及蜂窝式无线电话通信移动台的定位方法以及用于这种定位方法中的设备。
已知的蜂窝系统能够在单元的水平上识别用户的位置，至少在用户建立呼叫时是如此，但申请人认为，最好是能够更精地确定用户的位置，具体地说，最好是能够以充分的精度，判定用户是否在家。这种定位方法的优点是，当用户是在家中并正在使用他的蜂窝式无线电话时，就可以给用户提供一种受权服务。确切地说，当用户是从家中使用它的蜂窝式无线电话时，可以对他提供优惠的收费，这样，蜂窝式无线电话服务就可以与固定式电话业务相竞争并使用户们获得另外的益处，即除他们的蜂窝式电话机之外不必再设置固定式电话机。
在某些特殊情形下，蜂窝式系统能用三角测量法(triangulation)确定用户的位置。但是这种方法存在若干缺点：
一方面，三角测量法只能用于移动台是在至少三个单元的覆盖范围内时，但这并非是一般情形；
另一方面，此种三角测量法要依赖对移动台与基地台之间无线电信号传输的时间进行计算，此时假定传输是视距内进行的。然而这并非常常是真实情况，特别是在城市环境中，结果对于用户的真实位置会造成相当大的不确定性，而这种不确定性则与上述目的不相容。
欧洲专利申请0568824号描述了一种蜂窝式无线电话系统，其中由信标发射用来测定移动台位置的信号。这些信标各发射它们所安装在地理区域中的特征信号。此种系统的缺点之一是，这些信标构成了要由基地台蜂窝式网络的操作人员去控制的另一个网络。为了能对用户进行精细的定位以在宽广的地域上提供相关的服务，操作人员就必须利用众多的公共地点来安装这种信标，这对操作人员本身就构成一个严重问题。
本发明的一个目标在于提供一种定位方法，使之能以可靠的方式确切地掌握用户是在家中或是在其家的邻近区域内。
为此，本发明提出了一种蜂窝式无线电话通信移动台的定位方法，此方法的特征是：至少有一个固定信标与移动台的用户相关联，此信标以一个小于一单元的特征范围的范围发射一个专用于所述用户的无线信号；而当移动台探测到此信标所发送的无线信号时，便给此通信网络提供一个表明这一移动台是在此信标的范围内的信号。
信标的发射范围通常即是一种固定的无线电话机的工作范围，具体地说小于约300m，允许覆盖与用户住宅或工作地点相应的区域。要是用户希望利用更广的覆盖范围，或要是用户希望拥有几个局部的连接区(例如主宅与副宅)，他就可以再设置若干信标。
固定的信标最好是在从蜂窝式网络的基地台到移动台的下行通信所用的相同频带上发射其无线电信号。尤为有利的是，可根据广播信道的格式，为信标提供从此网络的基地台发射到移动台的无线电信号。在这种情形下，移动台监所这样一个信道，在此信道上，此移动台的相关信标以同于移动监听此网络一基地台的方式发射，这样便简化了用来从信标探测无线电信号所需的设备。
本发明的第二个目标涉及蜂窝式无线电通信网络用户所用的一种无线电电话设备，包括一个能与此网络基地台通信的移动台，它的特征在于还包括有至少一个固定信标，此信标以一个小于此网络一单元的特征尺寸的范围发射一个为此用户专用的无线电信号，而此移动台则设计成能对信标发射的无线电信号作出响应，并根据探测到的这一无线电信号，给与其通信的基地台提供一个表明此移动台是在信标的范围内的信号。
最后，根据第三个目标，本发明提出了一种用于蜂窝式无线电电话通信移动台定位的无线电信标，这种信标的特征是，它包括有一个装置，用来以一个小于无线电话网络单元特征尺寸的范围，根据广播信道的格式，发射一个从蜂网式网络的基地台到移动台的为用户专用的无线电信号。
本发明的其它特点与优点，将表明在下面结合附图对一最终的但并非限制性的示范性实施例所作的描述中，附图中：
图1示意地表明在一基地台和本发明的移动台与信标之间的通信；而
图2是本发明的定位用信标的示意图。
在一蜂窝式无线电话系统中，基地台5分布在被分成若干单元的覆盖区上。自然，图1中的单元8、9的表示纯属一种符号，因为实际的单元一般不会是圆形的，而且，从无线电传播特性出发，单元的边界也不会是几何上良好规定的边界。一个单元的特征尺寸R乃是在它的基地台和能与其通信的移动台之间的最大距离。这一特征尺寸R在城市环境中对于微单元来说通常在约1km内，而对于郊区环境的单元一般约为35km。在以上各种情形下，这样的特征尺寸对于在一个单元内为移动台定位，以便能确定此移动台是否在用户家中是太大了。
图1示明了安装在一移动台7的用户家中的固定信标6。此信标6发射一用户的近程无线电特征信号。信标6的发射范围r小于300m，从而小于此网络中任何单元的特征尺寸R。不论移动台7是否接收到此用户特征，无线电信号都能确定此移动台是否在信标6范围内一事，相当于用户是在离开他的家后正使用着他的移动台这样一个事实。信标的发射功率小于约200mw，一般为50mw。
在所有现代的蜂窝式无线电话系统中，特别是在采用了时分多路存取(TDMA)的系统中，这些移动台将分析它们所在单元内的基地台正赖以进行发射的广播信道，同时这些移动台还能分析它们从其它单元的基地下所接收的广播信道，从而允许在移动台改变单元时进行转换。这在下面描述的GSM，DCS蜂窝式系统中，尤其是在由之导出的系统中时特别如此。有关GSM的普遍性说明可参看B.Ghillebaert等：“移动台通信用的欧洲数字蜂窝的系统”，《L’Echo des Recherches》，No.131，1988年，1季度，5-16页。
在GSM或DCS系统中，广播信道BCCH包括由基地台发射的各TDMAS帧的一个特定的时隙。此广播信道BCCH上的发射频率对各个基地台都是固定的，但是因基地台而异。这就使得移动台能在为它保留的时隙之外的时隙中来监控其它广播信道，而得以去确定能提供最佳接收质量的基地台。于是信标6所发射的无线电信号能根据广播信道BCCH的格式发射，而不给移动台7带来过多的复杂性。
信标6可按图2示意的结构组成。微控制器10产生此系统一广播信道BCCH专用的二进制序列，其中包括一用来识别作为从固定信标始发的序列的信号，还包括用于识别在例如由一系列微开关11组成的并可在安装时进行修正的接口上读取的信标的数据。调制器12根据此系统的传输方式，对来自此微控制器的二进制序列加以编制(在GSM或DCS中为GMSK调制)。发射器13通过调制器12将上述信号转换为此系统的一个信道频率。这一频率是在设置信标时由适当的接口例如一系列微开关14所确定的，以使这一频率不同于基地台所用的BCCH广播频率；由此移动台7易于在信标6范围内与移动台通信的微控制器10、调制器12与发射器13是由具有所要求的稳定性的时基15提供时钟以与系统的TDMA时帧协调的。
信标6一旦安装到用户的家中(或在其工作处或是在其所指明的任何地方)，便密封成不能移动，且不能使用微开关11、14。
由于信标6是在与基地台5相同的频带上发射，使用它时就不必修正移动台7的无线电频率级数(radio stage)。还由于发射格式与BCCH信道的相同，移动台的基带解调同样不变。移动台只需编程允许按以下所述交换信号。
用来识别此信标的数据同样存储于移动台7中，在GSM或DCS的情形，移动台包括与用户标识模块(SIM)相联的标准移动装备。于是，最方便的方法是把用来识别信标的数据存储于SIM的可写入的存储区中。当移动台7采集到一识别为从固定信标6始发的无线电信号时，它就把从信标接收到的标识数据与它的SIM中所存储的数据加以比较。当一致时，就检测出存在有与之相关的信标。然后移动台例如通过显示相应的消息告知用户他本人是在此信标的范围内，以使用户能确定建立通信时将负担的费用。另一方面，要是用户建立或是接收一次无线电通信，移动台7便会发射一个信号给相关网络表明此移动台7是在与其相关的信标的范围内。
在移动台7发出上行呼叫的情形中，移动台在它所登录的单元的RACH信道上所发出的随机存取请求包括根据此移动台是否在信标6范围内的指示。然后有一专用的信令信道(SDCCH)分配给此移动台，而按通常方式建立通信，但对用户则被提供优惠的收费。
在到用户的下行呼叫的情形中，基地台首先搜索出用户的移动台(寻呼)，而响应这种寻呼的由移动台7发射出的随机存取请求则包括根据此移动台是否在信标范围内的指示，然后将一专用的信道(SDCCH)分配给此移动台，而按通常方式建立这次通信，根据具体情形给请求这次通信的一方以优惠的收费。
应该注意到由移动台指示的所请求或接收的驻留型(在信标范围内)呼叫是来自移动台与网络的第一次接触。例如如果操作者希望，可对这种类型的通信的特定资源给予优先。通过采用可用于这类应用中的保留码，在GSM或DCS型系统的随机存取信道中作上述指示是可能的。
为使欺诈行为减至最低限度，可对网络采取某些措施以检查根据由移动台7提供的指示所得到的定位。
此网络包括一个本地位置寄存器(HLR)以及一个存储有用户使用信息的数据库。这里的信息可以包括：
用户可被提供优惠费用的指示；
用来识别用户信标的数据；
安装有上述信标的单元内的基地台数，以及必要时用户的移动台在相关信标范围内时可与其通信的其它基地台数(在图1示意说明的例子中，HLR将存储其中安装有信标6的单元5中的基地台数，还存储当移动台7处于信标6范围内时可与之通信的单元9中的基地台数)；以及
供选择用的，对于根据前一项所列的各个基地台的一个距离范围〔R1，R2〕，当移动台处于其相关信标的范围内时(图1)，基地台与移动台之间的距离便容易落到上述范围内。数值范围〔R1，R2〕一般将中心设定在基地台5与固定信标6之间的距离上(通常可知当设置这一信标时，不确定性小于1km)，并将具有这样一个宽度，此宽度考虑到了信标6的发射范围以及在基地台与可动台之间间接传播路径(通常R2－R1≈2km)的可能性。
上述数据根据移动台7登录的单元被复制存入访问者位置寄存器(VLR)中。当基地台控制器(BSC)从移动台接收到一个包括在相关信标范围内定位指示的随机存取请求时，它就(通过移动服务切换中心)询问VLR，返回上述数据。然后BSC进行下列检查：
它检查用户是否真正有资格享受优惠收费；
它检查发出随机存取请求的基地台是否是它的数号已登录的那个；以及
在必要时它检查所估计的在基地台与移动台之间的距离是否与范围〔R1，R2〕相一致。这一距离正如在GSM或DCS有关内容中所规定的，是根据随机存取信道RACH的同岁延迟由基地台所估算的。
为了进一步减少被欺诈的风险和易于管理此种系统，要能够进一步禁止在处理驻留型通信时在基地台之间发生越局切换。这可以在网络水平下实现，或者可以在驻留型通信中通过禁止移动台发射从相邻单元所接收的射电场值(越局切换过程中的一种强制步骤)来实现。
最好是在位置更新中，将用于识别信标的数据从网络下载到移动台的SIM模块中。这种下载可以与进行周期性定位更新或当移动台改变单元时更新的GSM或DCS情形中的临时移动面用户标识(TMSZ)中所用的相同的方式进行。这样的布置就能避免在给用户分配新的固定信标时不得不直接插入SIM中。
为了能不使用户增加他所采用的设备，可以很方便地将信标像用来给移动台7的电池充电的装置那样装于同一机壳中，当然这种机壳则必须密封成不能移动的方式。
尽管本发明是在以其应用于整顿通信费用的特定过程中进行了描述，但应认识到这种用来测定移动台位置的方法可以包括许许多多直接与定位信息相关的应用。特别是有可能进入某些特殊服务领域，或者用于无线电资源的优先分配问题中。

Claims (14)

1.用于定位蜂窝式无线电话通信移动台的一种方法，其特征在于：至少一个固定信标(6)与此移动台(7)的用户相联，并以一个小于一单元特征尺寸(R)的范围(r)发射专用于所述用户的无线电信号；而且当此移动台捡取到信标发射的无线电信号时，给此通信网络提供一信号，指明此移动台是在信标的范围内。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述由固定信标发射无线信号是在与从此蜂窝式网络的基站到移动台的下行通信中相同的频带上进行的。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于：所述无线信号是根据广播信道(BCCH)的格式，由上述信标从蜂窝式网络的基地台发送到移动台的。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：由所述移动台提供给网络表明它是在其相关信标范围內的前述信号，是在建立涉及所述移动台的通信中在一随机存取信道(RACH)上发射的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：由上述信标发送出的无线信号包括一种用于识别分配给用户且存储于所述移动台中，最好是存储于一个用户标识模块件的信标的数据；此移动台仅在核实包括在它从上述信标所接收的无线电信号中的信标标识数据与己存储的数据相符后，才发射出表明它是处在此信标范围内的信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述用来识别此信标的数据还存储于此网络的数据库(HLR)中，并在位置更新时从此网络下载到移动面。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述网络包括一数据库(HLR)，其中用来识别信标的数据与当移动台(7)处于前述固定信标范围内时要与之通信的基地台(5)的至少一个数号一起存储；而且此网络核查由此移动台发射出的用来表明此移动台是在信标范围内的这一信号，已被其数号已与用来识别此信标的数据相应地存储在一起的基地台所接收。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：除当移动台处于固定信标范围內时要与它通信的基地台的各数号外，与用来识别此信标的数据存储在一起有距离范围，该距离范围当移动台处在信标范围內时可使所述基地台与此称动台分开；并且与此移动台通信的各基地台确定出此基地台与此移动台相分开的距离；以及此网络将核查这一确定距离与所存储的距离范围间的一致性。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：上述网络对位置的核查是在此网络的基地面控制器(BSC)的水平下进行的。
10.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：信标(6)的发射范围(r)小于约300m。
11.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：此信标的发射功率小于约200mw。
12.用于蜂窝式无线通信网络的用户的无线电话设备，此设备包括一个可与此网络的基地台(5)通信的移动台(7)，其特征在于，此设备还包括至少一个固定信标(6)，它以小于此网络一单元的特征尺寸(R)的范围(r)发射一个此用户专用的无线电信号，此移动台经设计成能对此信标所发出的无线电信号作出响应，检测到这一无线电信号时，给与它通信的基地台提供一个表明它是在此信标范围內的信号。
13.如权利要求12所述设备，其特征在于：此固定信标(6)是与用来给所述移动台的电池充电的装置一起构制于共用机壳之內的。
14.用于定位蜂窝式无线电话通信移动台(7)的无线电信标(6)，其特征在于：此信标包括以一个小于无线电话网络单元的特征尺寸(R)的范围(r)，根据广播频道(BCCH)的格式，从此蜂窝式网络的基地台(5)向移动台发射用户专用的无线电信号的装置。
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