CN1127880C - 下行链路观测时间差测量的改进 - Google Patents

Abstract

无线通信网络中的移动通信台(MS1)用来测量分别由网络中多个无线电发射机(23，28)发送的无线电信号的各个到达时间。所述移动通信台备有实时差信息(RTD)，后者表示服务于所述移动通信台的无线电发射机使用的时基(60)和其它无线电发射机使用的各个时基之间的差值。所述移动通信台对实时差信息作出反应并相对于服务于所述移动通信台的无线电发射机使用的时基来确定预期各个无线电信号到达所述移动通信台的许多时间点。对于每一个无线电信号，在预期无线电信号到达的时间点之后的时段内，所述移动通信台监视所述无线电信号的到达。

Description

下行链路观测时间差测量的改进

本申请是1998年8月7日申请的美国专利申请US系列号09/131150(代理机构档案No.34645-423)的部分继续申请。

发明领域

本发明一般涉及无线通信网络中对移动通信单元的位置进行定位，更具体地说，涉及进行下行链路观测时间差测量。

发明背景

对在无线通信系统(例如蜂窝通信系统)中工作的移动通信单元的位置进行定位的能力提供了许多众所周知的优点。这种位置定位能力的典型使用包括安全应用、紧急响应应用和导游应用。用于提供位置定位的几个已知的技术包括测量通信信号的某些特性，诸如到达时间(TOA)、往返行程延迟或通信信号的到达角。这些技术中的某些还可以分成上行链路或下行链路方法。在上行链路类别中，基站收发信台(BTS)或其它接收机对移动通信单元(或移动台)产生的通信信号进行测量。在下行链路方法中，移动台对基站收发信台或其它发射机产生的信号进行测量。

用于对移动台的位置进行定位的下行链路技术的一个例子是观测时间差(OTD)技术。现将根据全球移动通信系统(GSM)来描述这种技术，GSM是蜂窝通信系统的例子，下行链路观测时间差技术可用于这样的系统。例如通过使移动台测量所选择的从不同基站收发信台发送的无线电信号的到达时间之间的时间差值来实现OTD技术。假设图1所示的几何形状，并且还假设从基站收发信台BTS1和BTS2同时发送两个信号，并用T1和T2表示各个信号到达所述移动台的到达时间，则观测时间差OTD由下式给出：

T1-T2＝(d1-d2)/c                         (式1)

其中d1和d2是从BTS1和BTS2到所述移动台的各个距离。BTS1和BTS2的位置是已知的，并且所述移动台的可能位置由图1所示的双曲线15表示。通过结合至少三个基站收发信台的测量，可以得到所述移动台的位置估计。

大多数传统蜂窝通信系统(包括GSM系统)是异步的，即每一个基站收发信台使用其自己的内部时钟基准来产生其帧和时隙结构。因此，不同基站收发信台的帧结构相对于另一个将趋于偏移，因为时钟不完全稳定。结果，OTD测量对确定移动台的位置无真正意义，除非所用基站收发信台之间的定时差是已知的。这个差值，经常被称为实时差或RTD，表示来自各个基站收发信台的各个信号(例如GSM中各个同步突发)的传送之间的绝对时间的实际差值，如果所述基站收发信台的帧结构完全同步，则将同时发送信号。

在确定基站收发信台之间的实时差RTD的几个可能的方法中，两个传统的例子是：各个基站收发信台中的绝对时间标记；和利用位于已知位置的固定基准移动台。在后面的例子中，所述基准移动测量各个基站收发信台发送的下行链路信号。因为已知各个基站收发信台和固定基准移动台之间的各个距离，因而可以容易地计算来自基站收发信台的各个信号的到达时间的预期时间差。基站收发信台之间的实时差RTD只是预期到达时间差和在基准移动台实际观测的观测到达时间差之间的差值。基准移动台可以定期地进行下行链路的到达时间测量并将它们报告给网络中移动定位节点，以便网络可以保持RTD的刷新记录。

基于已知OTD方法的技术非常相似于由移动台传统地用来同步到服务基站收发信台的过程，该技术对所述服务小区控制的许多邻近基站收发信台进行测量(就象在移动辅助越区切换操作那样)。对于OTD测量，移动台需要知道哪些基站收发信台将被监视。一般，在所述小区中广播的传统系统信息消息中提供这种信息，例如以GSM小区的BCCH(广播控制信道)频率来提供。这种系统信息一般包括将被测量的邻近小区的频率表。所述移动台扫描指定的频率来检测频率纠正突发，所述突发是易于识别的突发，该突发在G SM中大约每50ms出现一次。

在成功地检测频率纠正突发后，移动台知道在GSM中下一个帧将包含同步突发SB。同步突发SB包含基站识别码(BSIC)和表示其中有同步突发SB出现的当前帧的帧号的信息。所述移动台测量同步突发SB到达与移动台自己的服务小区的定时有关的所述移动台的到达时间。由于现在所述移动台知道与其自己服务基站收发信台定时有关的邻近基站收发信台的帧结构，因此有可能重复到达时间测量来提高精度。这一过程被重复直到所述表中的所有频率(即所有BTS)被测量。然后由所述移动台记录的观测时间差值被传送到蜂窝系统中的移动台定位节点，所述节点根据所述观测时间差值、实时差值和所述基站收发信台的地理位置来执行位置确定。

因为所述移动台不知道频率纠正突发(因此也不知道随后的同步突发SB)将在何时出现，因此必须使用上述的强制法，即监视频率纠正突发。

捕获同步突发所需的时间将依赖于测量方式。例如，当在GSMSDCCH(独立专用控制信道)执行呼叫建立时、或在所述移动台处在呼叫方式时的空闲帧期间、或在话音中断期间，可以进行OTD测量。例如，如果移动台在呼叫方式下进行测量，则移动台只能在空闲帧期间进行测量，按照惯例，在GSM中，空闲帧每120ms出现一次。将在空闲帧中出现特定同步帧的概率约为十分之一，因为按照惯例，在GSM中，每十个帧中出现一次同步突发。因此，平均来说，将需要5个空闲帧，意味着每个基站收发信台为0.6秒。因此，如果需要测量6个邻近基站收发信台，将需要3或4秒的平均测量时间，在许多应用中这个时间可能过长。

如果移动台连续10帧地捕获并存储所有信号(例如在GSM中BTS的BCCH频率的所有信号)，则保证移动台测量到同步突发SB。可是不利的是，向移动台提供连续10帧捕获(以及此后处理)所有信号信息的存储器和计算的能力是复杂的。

而且，在诸如以高干扰电平为特征的市区区域和基站收发信台相距遥远的乡村区域，检测到同步突发SB的概率可能低得难以接受，因为所述信号通常是以低信噪比为特征。

还是由于低信噪比的缘故，通常很难对同步突发SB中的BSIC解码。因此不利的是，在低信噪比的情况下，增加了得到幻像尖峰信号而不是同步突发SB的概率。

为了对利用码分多址(CDMA)空中接口在网络中工作的移动台进行定位，一种已被建议标准化的已知的下行链路OTD方法利用CDMA网络中提供的某些传统的小区搜索信号。这种已知的下行链路OTD方法在下文中还被称为“建议的”方法和技术。利用CDMA空中接口的传统移动通信系统的例子包括所谓的宽带CDMA(WCDMA)系统，诸如ETSI通用移动电信系统(UMTS)和ITU的IMT-2000系统。在这样的系统中，在预定各空闲周期由移动台来执行建议的下行链路OTD定位技术，其中，为了提高移动台检测邻近基站收发信台发送的信号的能力，所述移动台的服务基站收发信台停止所有发送。用于上述CDMA系统中小区搜索而以传统方式提供的某些信号，即第一搜索码(FSC)和第二搜索码(SSC)也被用来执行下行链路OTD定位。

在其服务基站收发信台的各空闲周期期间，移动台利用匹配到第一搜索码FSC的匹配滤波器，就象在传统的小区搜索中进行的那样。在诸如上述的CDMA网络中，以传统方式由所有基站收发信台发送FSC。FSC为256个码片长并由每一个基站收发信台在每一个时隙发送一次、即十分之一的时间发送一次(每个时隙为2560码片长)。每一个基站收发信台在所述移动台可听范围内的每次发射(ray)产生匹配滤波器信号输出的峰值。在传统的峰值检测处理中，通常非相关地组合来自几个时隙的结果以增强峰值检测。在传统的小区搜索中，移动台通常选择最强的检测峰值。可是，在建议的下行链路OTD定位技术中，移动台利用传统的到达时间测量技术来测量每一个被检测峰值的到达时间(TOA)，因此可以计算各个峰值的到达时间之间的观测时间差(OTD)。

每一个工作在上述CDMA网络中的基站收发信台还以传统方式发送有关的第二搜索码(SSC)，后者包括一组按一定顺序安排和发送的16个码。16个码被连续地发送，每个时隙一个码，并且16个码中的每一个码与那个时隙中发送的FSC同时发送。上述典型的传统CDMA系统在每帧中具有16个时隙，因此每帧重复一次包括所有16个码的整个SSC码型。其16个码按一定顺序排列的SSC码型从许多可能的码组中指定与所述基站收发信台有关的单个码组。每一个码组包括多个CDMA扩展码，并且每一个基站收发信台利用其有关码组的各扩展码之一。

对于可听范围内的每一个基站收发信台，执行建议的下行链路OTD定位技术的移动台将那个基站收发信台的FSC峰值的当时位置与其SSC码型的16个码相关联，正如在传统的小区搜索中进行的那样。这种相关处理通常利用非相关组合。如果所述峰值成功地与某个SSC码型相关，则这种相关结果表示与产生FSC峰值的基站收发信台有关的码组。

然后，与所述FSC峰值检测处理期间和所述FSC-SSC相关处理期间进行的功率和质量测量一道，将每一个被检测的基站收发信台的FSC峰值定时(即测量的TOA和/或OTD)和码组报告给网络中的移动定位节点。

所述移动定位节点已经知道所述基站收发信台中的RTD(以传统方式从例如所述基站收发信台或固定基准移动台的绝对时间标记得到)，因此，在由于不知道所述移动台位置而产生的不确定范围中知道所述移动台应该在何时从任何给定的基站收发信台收到了FSC。利用这种已知的RTD信息，结合从所述移动台接收的上述峰值定时、功率和质量信息，所述移动定位节点可以识别对应于每一个FSC峰值的基站收发信台。例如，如果在4.5公里的不确定范围内知道所述移动台的位置，则这个范围对应于64个码片。如果在相同的码组中一个候选基站收发信台的帧结构定时比另一个候选基站收发信台的帧结构定时多64个码片的不定度，则总能确定那些基站收发信台中正确的一个。假设每一个基站收发信台的帧结构定时是随机的，则任何两个基站收发信台将具有64个码片或更少码片的帧结构定时差(即实时差RTD)的概率是64/40960，因为每一个帧包括40960个码片(16时隙×2560码片/时隙)。因此在相同的码组中，一个基站收发信台产生的峰值可以不同于另一个基站收发信台产生的峰值的概率是99.8％(1-64/40960)。其它0.2％的情况可以通过更先进的方案来处理，例如利用功率测量和选择在传统位置确定费用函数方面给出最佳满足算法的基站收发信台。

一旦每一个FSC峰值已经匹配到其对应的基站收发信台，则可结合已知的RDT信息和已知的基站收发信台的地理位置，使用TOA和/或OTD信息来确定所述移动台的地理位置。

建议的下行链路OTD定位技术具有下列典型缺点。因为在开始下行链路OTD处理时所述移动台完全不知道邻近(非服务)基站收发信台的定时，所以所述移动台必须在其基站收发信台的全部空闲周期执行FSC-SSC相关处理。因此不利的是，用于检测FSC峰值的匹配滤波器必须在每一个空闲周期的整个长度操作。还有，因为SSC码型中的码在每一个时隙中是不同的，因此所述移动台必须与几个SSC相关联，然后保存非相关结合的结果。不利的是，这需要附加计算能力和附加存储器。

因为FSC-SSC相关处理必须连续地跟随FSC峰值检测，因而不利的是，在建议的下行链路OTD方法中的采集时间会长。还有，以高干扰电平为特征的城市区域和基站收发信台之间相距遥远的乡村区域会难于以足够的概率检测到FSC和SSC并且有时这种检测是不可能的。

另一个问题是与不同的基站收发信台有关的码具有相当高的互相关性，因为FSC码都相同并且因为每一个SSC码型的16个码表示从一组17个唯一码产生的子集。这些高的互相关性不随组合相关的数目增加而消失，因为在每一个帧中重复相同的码。不利的是，这增加了所述移动台可能将给定的FSC峰值与错误的SSC码型相关的概率，特别是，如果来自强基站收发信台的FSC的到达在时间上靠近来自弱基站收发信台的FSC的到达，情况更是如此。

PCT申请No.W096 35306(Telecom Sec Cellular Radio LTD)描述了一种确定蜂窝无线电系统的移动单元的位置的方法，所述方法包括：确定移动单元测量的各个基站的发送之间的定时差；以及从所述定时差确定所述移动单元与所述各个基站的距离差、从这样确定的距离差导出所述移动单元的位置。Munday未公开利用时基差信息来定义测量搜索窗口，测量搜索窗口简化了时间间隔的测量。

因此，鉴于上文所述，需要提高用于已知的下行链路观测时间差方法的移动台检测下行链路信号的能力。

本发明企图通过提高移动台检测下行链路通信信号的灵敏度来克服上述已知下行链路观测时间差方法中的缺点，所述下行链路通信信号用于进行观测时间差测量。

附图简述

图1说明怎样利用下行链路观测时间差测量来确定移动台的位置。

图2是按照本发明的包含下行链路观测时间差测量能力的典型无线通信系统的方框图。

图3示出了诸如图2所示的基站收发信台之间的相对时间差的一个例子。

图4示出了图3中的帧的典型时隙结构。

图5示出了图4中的时隙的典型的四分之一比特结构。

图6示出了按照本发明一个实施例的具有下行链路观测时间差测量能力的移动台的有关部分。

图7示出了如何按照本发明确定典型的下行链路监视窗口。

图8示出了按照本发明的另一个实施例的具有下行链路观测时间差测量能力的移动台的有关部分。

详细描述

图2示出了按照本发明的包含下行链路观测时间差测量能力的无线通信系统的有关部分的一个例子。本发明在图2例子中的GSM网络中实现。如图2所示，GSM移动交换中心MSC与多个基站控制器BSC通信连接，所述BSC依次与一个或一个以上的基站收发信台BTS进行通信。基站收发信台能够经由空中接口与多个移动台MS进行无线电通信。经由BSC和BTS而从MSC到MS的通信是先有技术中众所周知的。

图2还包括利用传统的GSM信令协议与移动交换中心MSC进行双向通信连接的移动定位中心MLC。在图2中，MLC可以接收对移动台MS1的位置进行定位的请求。这样的请求通常是从与MLC通信连接的定位应用21接收。定位应用21可以是网络本身范围内的节点或外部定位应用。对移动台MS1的位置进行定位的请求作出反应，MLC询问网络从而确定服务BTS23(即服务GSM小区)，并决定应该选择哪一个BTS用于下行链路观测时间差测量。

然后，MLC可以产生用于移动台MS1的定位请求消息，后者指示所选被监视的基站收发信台的频率和BSIC(BSIC是以传统方式在诸如GSM网络的网络中得到的)、以及服务BTS和每一个所选BTS之间的实时差RTD。定位请求消息可以经由MSC、BSC21、BTS23和BTS21与MS1之间的空中接口而从MLC传送到MS1。因为MS1知道同步突发将在何时从其自己的服务BTS到达，因而MS1可以利用RTD信息来近似计算同步突发将在何时从所选邻近BTS到达。下文将更详细地描述这一点。

在例如呼叫建立期间，上述信息还可以作为专用消息发送到MS1。而且，上述信息还可以作为系统信息消息通过广播控制信道定期地发送到MS1。可以由MLC利用从基准移动台接收的OTD信息来计算RTD，如上所述，或可以利用其它传统的技术向MLC提供RTD。

图3到5示出了在诸如图2的典型GSM网络部分的GSM中基站收发信台之间的实时差的概念。

图3示出了图3中标示为BTS2和BTS1的一对基站收发信台的帧结构定时之间的实时差。在GSM中，基站收发信台使用的TDMA帧以重复循环模式编号，每一个循环(也称为超帧(hyperframe))包括编号为帧0到帧2715647的2715648个帧。在图3的例子中，BTS1的帧0与BTS2的帧828在时间上(timewise)重叠。

现参考图4，GSM中的每一个TDMA帧被分成八个时隙TS，编号为时隙0到时隙7。如图5所示，每一个GSM时隙还被分成625个四分之一比特QB，因此在每一个时隙期间，总共有625/4＝156.25个比特被发送。因此，BTS2和BTS1之间的实时差被以传统方式表示为三元组(FND，TND，QND)，其中FND是BTS2和BTS1的TDMA帧号数之间的差(FN2-FN1)，TND是BTS2和BTS1的时隙号数之间的差(TN2-TN1)，QND是BTS2和BTS1的四分之一比特号数之间的差(QN2-QN1)。例如，参考图3到5，如果BTS1的帧0的时隙0的四分之一比特0在时间上与BTS2的帧828的时隙6的四分之一比特37对准，则BTS2和BTS1之间的实时差RTD由三元组(FN2-FN1，TN2-TN1，QN2-QN1)给出，其中NF2、TN2和QN2是BTS2的帧号数、时隙号数和四分之一比特号数，而NF1、TN1和QN1是BTS1的帧号数、时隙号数和四分之一比特号数。这样，所述三元组为(828-0，6-0，37-0)，或简单地为(828，6，37)。

当移动台MS1从MLC接收其自己的服务基站收发信台(例如图3的BTS1)和另一个将进行下行链路到达时间测量的基站收发信台(例如图3中的BTS2)之间的实时差RTD时，与服务基站收发信台BTS1的已知帧结构定时(FN1，TN1，QN1)一道，移动台MS1可以使用RTD三元组(FND，TND，QND)来确定相对于BTS1帧结构定时的BTS2帧结构定时。移动台MS1可以进行下面的计算来确定BTS1时基中任何给定点(FN1，TN1，QN1)的BTS2的当前帧号数NF2。

QN2’＝QN1+QND                                      (式2)

TN2’＝TN1+TND+(QN2’div625)                        (式3)

FN2’＝FN1+FND+(TN2’div8)                          (式4)

FN2＝FN2’mod2715648                                (式5)

在上面的等式中，“div”整数除法，“mod’是模n除法，其中“x mod n”＝“x除以n的余数”。

GSM中的同步突发SB包含78个编码的信息比特和预定的64个比特训练序列，正如先有技术中众所周知的那样。78个编码的信息比特包含BSIC和所谓的归一化帧号数(reduced frame number)，以传统方式表示为三个部分T1、T2和T3’。在同步突发SB的帧号数(FN)和参数T1、T2及T3’之间的传统关系表示如下：

TI＝FN div(26×51)                        (式6)

T2＝FN mod26                              (式7)

T3＝FN mod51                              (式8)

T3’＝(T3-1)div10                         (式9)

这样，一旦BTS2的当前帧号数FN2相对于等式2到5而按照上面所示的计算后，则可通过将FN2插入到上面的等式8来确定参数T3。

在传统的GSM网络中，同步突发SB出现在通过BTS的BCCH(广播控制信道)载波发送的TDMA帧的51-帧重复序列的帧1、11、21、31和41的时隙0中。这样，上面的T3表示当前帧FN2位于51-帧重复序列中。因为，如上所述，同步突发SB出现在所述51-帧重复序列的帧1、11、21、31和41的时隙0中，因而满足关系(T3-1)mod10＝0的下一个T3(称它为T3n)将表示下一个同步突发SB将出现的BTS2的帧。于是通过下式来确定对应的帧号数(称它为FN2n)：

FN2n＝(FN2+DT3)mod2715648                (式10)

其中DT3＝(T3n-T3)mod51。

现在，可以通过将FN2n插入到等式6和7并将T3n插入到等式9来确定参数T1、T2和T3’。按照GSM标准，参数T1、T2和T3’可以与BSIC一道利用25个比特表示。可以从在MS1处接收的BSIC信息来确定BSIC比特，而可以根据等式6、7和9来确定表示T1、T2和T3’的比特。于是移动台MS1可应用于上述的25个比特，即GSM标准中说明的众所周知的编码算法(ETSI GSM规范05.03)，以便从这25个比特产生同步突发中的78个编码比特。

这样，就其自己的服务BTS1帧结构定时而言，移动台MS1现在知道将出现同步突发的BTS2的帧号数FN2n。如上所述，同步突发总是出现在时隙0，因此移动台MS1现在确切地知道BTS2将在何时发送同步突发。而且，移动台MS1现在还知道同步突发的所有78个比特与所有64个训练比特。知道了142个比特而不是仅仅64个比特，与只知道64个比特的传统情况相比较，移动台在进行到达时间测量时可以获得更高的精度。而且，有了142个已知比特，移动台MS1有可能在更大的噪声环境下获得与在较低的噪声环境下利用64个比特所得到的精度相同的精度。

因为移动台MS1相对于给定的邻近BTS(例如图2中的BTS28)的位置不知道，因此来自那个BTS的同步突发SB将不会在所述移动台计算的精确时间到达所述移动台MS1。图7示出了如何把搜索窗口定义为把预期同步突发到达移动台MS1的时间包含在内的例子。令FN表示预期从邻近(非服务)BTS2到达的下一个SB(SB2)的帧号数。可从等式10得到计算这样的帧号数的方法。MS1知道具有相同帧号数的相应的SB(SB1)将何时从服务BTS1到达或何时已经从服务BTS1到达。相对于所述移动台的时基，用T0表示这个时刻。

MS1处在圆圈71中。例如可以通过小区半径确定或从时间提前量导出所述圆圈的半径。考虑两种极端的情况。一种极端情况是MS1在74的情况。由于SB2传送比SB1传送远d12，于是SB2在时间T0+RTD+d12/c到达。另一个极端的情况是MS1在75。于是SB2在时间T0+RTD+(d12-2r)/c到达。这样，当所述移动台在75和74之间时，SB2在窗口[T0+RTD+(d12-2r)/c-k，T0+RTD+d12/c+k]中，其中k说明所提供的RTD和d12值的误差。

由于RTD已知，MS 1可以以某种不确定性预测来自BTS2(非服务)的SB2将何时到达。

与完全不知道到达时间时相比较，计算搜索窗口的能力允许以较高的可靠性检测同步突发，并且与先有技术的移动台相比较，所述移动台的复杂性降低。例如，可以实时接收并存储来自整个搜索窗口的数据，用于后面的处理，由于必须利用传统的技术来保证捕获同步突发，如果搜索窗口需要10个TDMA帧长，则上述实时接收和存储来自整个搜索窗口的数据实际上不可行。另外，搜索窗口使得可以减少整个测量时间。

利用RTD知识来计算开始时间和用于同步突发SB的搜索窗口可显著地减少进行下行链路OTD测量的测量时间。如果没有接收RTD信息，移动台按惯例需要连续不断地搜索，直到检测到频率纠正突发，因此移动台知道同步突发将在下一个帧出现。由于RTD信息对应于所有待测量的基站收发信台，因而移动台可以调度各种测量并把监视时间限制在搜索窗口时段，而这利用先有技术是不可能达到的。

图6示出了按照本发明的用于进行下行链路观测时间差测量的图2中的移动台MS1的有关部分的典型实现方案。所述移动台包括同步突发确定器(determiner)61，后者接收作为输入(例如经由MSC、BSC21和BTS23从图2的MLC)的用于OTD测量的每一个被选基站收发信台的频率、BSIC、和相对于服务基站收发信台的RTD。同步突发确定器还接收有关其服务基站收发信台和所有邻近基站收发信台之间的距离的信息，连同所有邻近基站收发信台的小区半径信息。该信息可由MLC定期地更新(当MS1漫游时)，并存储在图6中63所示的存储器中，或者，所述信息可以包含在由MLC提供给同步突发确定器的定位请求消息中。

同步突发确定器61为每一个被选的BTS确定同步突发相对于服务小区(服务基站收发信台)帧结构时基60的近似预期到达时间，并在64把该信息输出给到达时间监视器65。而且在64，同步突发确定器向所述到达时间监视器输出每一个被选BTS的同步突发的78个加密比特和64个训练比特。同步突发确定器还为每一个被选基站收发信台计算搜索窗口，并在62把该搜索窗口信息输出给到达时间监视器。

到达时间监视器对在68从BTS接收的信号进行到达时间测量。到达时间监视器可以利用计算的到达时间信息、窗口信息和142比特序列信息而对每一个被选基站收发信台进行到达时间测量。有了该信息，到达时间监视器可以有效地调度各种测量，并且如果必要的话，可以捕获并存储各个搜索窗口期间接收的信号，然后在后面的时间处理这些信息。可以以任何所需的传统方式、或者以通过引用结合于此的1997年11月26日申请的同时待审的美国专利申请U.S.系列号08/978960中详细描述的方式来进行用于到达时间确定的接收信号处理。

在执行所需的到达时间测量后，到达时间监视器可以在66向MLC(经由BTS23、BSC21和MSC)输出或者到达时间信息或者观测时间差信息。然后MLC以传统的方式利用该信息来确定移动台MS1的位置，然后所述位置在适当的消息中提供给图2中的请求应用21。另外，如果MS1知道被测BTS的地理位置，则MS1可以计算其自己的位置。

尽管上面详细描述了有关GSM同步突发的OTD测量，然而应该明白，本发明的技术还可应用于各种其它形式的突发。

在诸如上述那些的CDMA系统中，向移动台提供RTD信息导致对已知的下行链路OTD技术的显著改进。移动台可以利用RTD信息通常以上述方式来计算有关图7的搜索窗口。由于移动台现在知道其服务基站收发信台和各个邻近基站收发信台之间的定时差，因此可以如上所述地利用图7的几何形状来确定各个邻近基站收发信台的搜索窗口。

然后，对于给定的基站收发信台，仅仅在FSC和SSC信号预期到达所述移动台的搜索窗口期间，需要执行FSC峰值检测和有关的SSC相关。而且，由于RTD信息不仅标识所述移动台应该在何时监视来自给定基站收发信台的信号到达，而且还识别基站收发信台和其码组，所以，所述移动台可以推理地确定与所述基站收发信台有关的SSC码型。这样，对于感兴趣的基站收发信台，可以同时地执行FSC峰值检测和FSC-SSC相关，从而与FSC-SSC相关必须接在FSC峰值检测之后的上述已知技术相比较，有利地显著减少采集时间。采集时间的减少使得采集到达时间信息期间的空闲周期长度相应减少。这种空闲周期的减少提高了网络的下行链路能力。

作为移动台的SSC码型的推理知识的进一步结果，不需要将FSC峰值与几个SSC码型相关，正如在已知技术中的那样。这减少了移动台中的存储器和计算要求。

由于同时执行FSC峰值检测和FSC-SSC相关，所以可以在每一个时隙组合这两种操作结果，这提供增强的信号强度并因此增强了可听性。

因为对每一个被监视的基站收发信台建立搜索窗口，因而显著地减少了从错误基站收发信台选择信号的概率。此外，因为仅仅在实际峰值附近执行相关，因而还减少了选择错误峰值的既率。

向移动台提供RTD信息的另一个优点是：有了RTD信息和相应的搜索窗口，移动台可以与除FSC和SSC之外的信号相关联。例如，不是或除FSC/SSC之外，移动台可以与基站收发信台的广播信道(例如从邻近基站收发信台的邻表识别的广播信道)相关联。与RTD信息一道，网络可以为移动台识别所述基站收发信台的各个码组及所述广播信道的各个长(扩展)码。移动台可以利用传统的技术从所述码组识别信息和长码识别信息来产生给定基站收发信台的广播信道的整个长码(例如40960个码片)。

广播信道，例如上述WCDMA通信系统的公共控制物理信道(CCPCH)，通常具有与FSC信号功率加SSC信号功率之和相同量级的功率电平。而且，这种广播信道连续地发送，而不是如同FSC/SSC那样只有百分之十的时间发送。因此，广播信道的信号包含比FSC/SSC信号大得多的能量。这种更高能量的电平提供增强的可听度并使得可以更快地采集。

因为广播信道信号被连续地发送，因而使得可以比利用FSC/SSC所能获得的更高的空闲周期利用。例如，在任何给定的时隙，广播信道提供十倍于FSC/SSC所能提供的用于相关的符号。这使得可以使用较短和/或较小频率空闲周期，因此进一步提高了网络的下行链路能力。

因为广播信道只表示一个“码”，非相干组合所需的存储量是把FSC与SSC相关(两个码)时所需的存储量的一半。而且，相同附近的基站收发信台将具有唯一的广播信道，选择错误基站收发信台的概率可忽略不计。所述唯一信道提供比FSC/SSC情况下好得多的互相关性能(较低的互相关性)，因此选择错误峰值的概率比利用FSC/SSC情况时的小得多。

图8示出能在诸如上述的CDMA系统中进行下行链路OTD测量的典型移动台的有关部分。这种CDMA系统通常可具有与图2所示的相同的结构，但具有按照CDMA或WCDMA技术实现的空中接口。图8所示的移动台包括用于从网络(即图2的MLC)接收RTD信息的输入端81，所述RTD信息表示所述移动台将对其进行下行链路OTD测量的服务基站收发信台和各个邻近基站收发信台之间的实时差。输入端81还从网络接收用于各个基站收发信台的码组识别信息。在其中广播信道将被测量的实施例中，除码组识别信息外，输入端81接收每一个基站收发信台的广播信道用的长码识别信息。

窗口确定器83从网络接收RTD信息，通常以上面描述的方式计算关于图7的搜索窗口，并向CDMA时间到达(TOA)监视器85输出窗口信息。监视器85执行所需的操作(例如峰值检测和相关)，以便产生用于每一个所需基站收发信台的到达时间测量。

在利用FSC/SSC监视的一个实施例中，码发生器87从输入端81接收用于每一个基站收发信台的码组识别信息，由此产生SSC码型，并且在84将这些SSC码型提供给监视器85。在其中广播信道将被测量的另一个实施例中，码发生器87还从输入端81接收每一个基站收发信台的广播信道用的长码识别信息，对码组识别信息和长码识别信息作出反应而产生长码，并在84向监视器85提供所述长码。

监视器85按照搜索窗口在89监视CDMA空中接口，并进行所需的到达时间测量。监视器85可以在86向网络输出或者TOA信息或者OTD信息。网络(例如图2的MLC)可以以传统的方式利用该信息来确定所述移动台的位置。另外，如果移动台知道被测基站收发信台的地理位置，则所述移动台可以计算其自己的位置。

窗口确定器83可以接收有关其服务基站收发信台和所有邻近基站收发信台之间距离的信息连同用于所有邻近基站收发信台的小区半径信息，以便帮助所述窗口确定器确定所述搜索窗口。MLC可以定期地更新所述距离信息(当移动台漫游时)，并将其存储到图8中82所示的存储器中，或者所述信息可包含在由MLC发送到所述移动台的定位请求消息中。窗口确定器利用RTD信息为每一个被监视的基站收发信台确定相对于服务基站收发信台时基80的被监视信号的近似预期到达时间，并将所述预期到达时间信息与所述距离信息结合，以便产生适当的搜索窗口。

本领域的技术人员将明白，通过在传统的移动台的数据处理部分适当地修改硬件、软件或软件和硬件两者，可以容易地实现图6和图8中的典型移动台部分。

鉴于上面的说明，应该清楚，通过向移动台提供来自同步突发SB的更多已知比特，本发明的下行链路观测时间差技术提高了下行链路观测时间差测量的灵敏度、提高到达时间和观测时间差测量的精确度、减少测量差错的风险、减少进行必要测量所需的时间、并需要移动台较小的存储器容量和较低的数据处理能力。

Claims (40)

1.一种利用无线通信网络中的移动通信台(MS1)来测量所述网络中分别由多个无线电发射机(23，28)发送的各个无线电信号的到达时间的方法，所述方法包括：

提供表示预期所述无线电信号何时到达所述移动通信台的信息；

所述移动通信台对所述信息作出反应而在搜索窗口时段期间监视(85)所述无线电信号的到达；和

在所述搜索窗口时段期间，所述移动通信台同时把无线电信号与服务于所述移动通信台的至少一个无线电发射机的真正峰值进行相关。

2.权利要求1的方法，其特征在于：所述提供步骤包括提供表示预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的各个时段的信息，而所述监视步骤包括所述移动通信台在所述相应的时段期间监视每一个无线电信号的到达。

3.权利要求1的方法，其特征在于所述提供步骤还包括：

提供实时差信息，后者表示服务于所述移动通信台的无线电发射机使用的时基(80)与正被测量的无线电发射机使用的各个时基之间的差值；和

对所述实时差(RTD)信息作出反应，相对于所述服务无线电发射机使用的所述时基来确定(83)预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的多个时间点(74，75)。

4.权利要求3的方法，其特征在于：所述提供步骤还包括利用所述时间点来确定预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的各个时段，而所述监视步骤包括所述移动通信台在所述相应的时段期间监视每一个无线电信号的到达。

5.权利要求4的方法，其特征在于所述利用步骤包括所述移动通信台利用所述时间点来确定所述各个时段。

6.权利要求4的方法，其特征在于所述利用步骤包括考虑所述无线电信号为到达所述移动通信台而传播的相应距离(82)。

7.权利要求6的方法，其特征在于所述考虑步骤包括对每一个无线电信号估计最大的可能传播距离和最小的可能传播距离。

8.权利要求7的方法，其特征在于所述考虑步骤包括：对每一个无线电信号，根据所述预期到达的时间点和所述最小的可能传播距离来建立有关时段的开始点(74)，并根据所述预期到达的时间点和所述最大的可能传播距离来建立有关时段的结束点(75)。

9.权利要求3的方法，其特征在于所述确定步骤包括所述移动通信台确定所述时间点。

10.权利要求3的方法，其特征在于在时分多址信道中发送所述无线电信号，以及所述提供实时差信息的步骤包括利用帧号数差、时隙号数(TS)差和四分之一比特号数(QB)差中的至少一个来表示实时差。

11.权利要求1的方法，其特征在于所述通信网络是蜂窝通信网络。

12.权利要求11的方法，其特征在于所述通信网络是GSM网络。

13.权利要求1方法，其特征在于所述无线电信号是码分多址(CDMA)信号。

14.权利要求13的方法，其特征在于包括提供表示分别由所述无线电发射机使用的扩展码的信息，以及所述移动通信台从所述扩展码信息来确定所述各个无线电发射机使用的扩展码，所述监视步骤包括利用所述扩展码来监视与所述各个无线电发射机有关的广播信道的无线电信号。

15.权利要求13的方法，其特征在于所述监视步骤包括：对每一个无线电信号，把所述无线电信号与由所述有关的无线电发射机定期发送的第一码相关；以及与所述相关步骤同时地，把所述无线电信号与包括由所述有关的无线电发射机继续发送的多个第二码的码型相关，使得与所述第一码的所述定期传送之一同时地发送所述码型中每一个所述第二码。

16.权利要求15的方法，其特征在于包括对每一个无线电发射机提供表示所述无线电发射机所属的码组的信息，以及还包括所述移动通信台对所述码组信息作出反应而确定所述码型。

17.权利要求15的方法，其特征在于包括通过组合所述相关步骤的结果来检测所述发送的第一和第二码。

18.一种在无线通信网络中确定移动通信台(MS1)位置的方法，它包括：

在所述移动通信台测量所述网络中分别由多个无线电发射机(23，28)发送的无线电信号的各个到达时间，包括提供表示预期所述无线电信号何时到达所述移动通信台的信息，并且所述移动通信台对所述信息作出反应而在搜索窗口时段期间监视(85)所述无线电信号的到达；

在所述搜索窗口时段期间，所述移动通信台同时执行与服务于所述移动通信台的至少一个无线电发射机的真正峰值的信号相关；和

利用所述测量的到达时间来确定所述移动通信台的位置。

19.权利要求18的方法，其特征在于所述无线电信号码分多址(CDMA)信号。

20.一种在工作在无线通信网络中的无线电通信台(MS1)中确定无线电信号达到时间的方法，它包括：

从所述无线通信网络获得信息(63)，其中通过所述信息可以确定所述无线电信号的信息内容但所述信息本身不展示所述无线电信号的所述信息内容；

对所述信息作出反应而确定(61)所述无线电信号的所述信息内容；和

利用所述无线电信号的所述信息内容来测量所述无线电信号的到达时间，

其中，所述信息包括表示所述无线电信号的传送定时的信息，该传送定时信息是实时差(RTD)信息，后者表示所述无线电通信台知道的时基(60)和将发送所述无线电信号的无线电发射机(23)使用的时基之间的差值。

21.权利要求20的方法，其特征在于所述信息包括表示将发送所述无线电信号的无线电发射机的信息。

22.权利要求21的方法，其特征在于所述通信网络是GSM网络，以及表示所述无线电发射机的所述信息包括识别所述GSM网络中的基站的基站识别码(BSIC)。

23.一种用于确定无线通信网络中移动通信台位置的装置，它包括：

用于确定预期的多个无线电信号中每一个无线电信号何时到达所述移动通信台的确定器(61)；和

用于测量所述无线电信号的各个到达时间的无线电信号监视器(65)，所述监视器设置在所述移动通信台中并且具有连接到所述确定器的输入端，用以由此接收表示预期所述无线电信号何时到达所述移动通信台的信息，在搜索窗口时段期间，所述监视器对所述信息作出反应而监视所述无线电信号的到达，

其中，所述确定器包括用于接收表示服务于所述移动通信台的无线电发射机使用的时基(60)与发送所述无线电信号的无线电发射机(23)使用的各个时基之间的差值的实时差(RTD)信息的输入端，所述确定器对所述实时差信息作出反应而相对于所述服务无线电发射机使用的时基来确定预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的多个时间点(74，75)。

24.权利要求23的装置，其特征在于所述确定器设置在所述移动通信台中。

25.权利要求23的装置，其特征在于所述确定器确定预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的各个时段。

26.权利要求23的装置，其特征在于所述确定器可以利用所述时间点来确定预期所述各个无线电信号到达所述移动通信台的相应时段。

27.权利要求26的装置，其特征在于所述确定器可在所述时段的确定期间考虑所述无线电信号为到达所述移动通信台而传播的相应距离(63)，所述确定器可估计最大的可能传播距离和最小的可能传播距离，并且对于每一个无线电信号，根据预期到达的所述时间点和最小的可能传播距离来建立有关时段的开始点(74)，并根据预期到达的所述时间点和最大的可能传播距离来建立有关时段的结束点(75)。

28.权利要求23的装置，其特征在于所述通信网络是蜂窝通信网络。

29.权利要求28的装置，其特征在于所述通信网络是GSM网络。

30.权利要求23的装置，其特征在于所述无线电信号是码分多址(CDMA)信号。

31.权利要求30的装置，其特征在于包括连接到所述无线电信号监视器的码发生器，用于向所述监视器提供用于监视所述无线电信号的码。

32.权利要求31的装置，其特征在于所述码包括分别与所述无线电信号有关的扩展码。

33.权利要求31的装置，其特征在于所述码发生器包括接收码识别信息的输入端，所述码是响应所述码识别信息而提供的。

34.权利要求31的装置，其特征在于所述码发生器设置在所述移动通信台中。

35.权利要求31的装置，其特征在于所述码包括由所述无线电信号携带的码。

36.权利要求35的装置，其特征在于所述码包括分别与用来产生所述各个无线电信号的无线电发射机有关的码型式。

37.一种用于测量无线电信号的到达时间的装置，它包括：

用于接收信息的输入端(81)，其中通过所述信息可以确定所述无线电信号的信息内容，但所述信息本身不能展示所述无线电信号的信息内容；

连接到所述输入端并对所述实时差(RTD)信息作出反应以确定所述无线电信号的信息内容的确定器(83)，并用于计算测量搜索窗口；和

用于测量所述无线电信号到达时间的无线电信号监视器(85)，所述监视器连接到所述确定器，用于在测量所述无线电信号的到达时间中利用所述无线电信号的信息内容，并在所述搜索窗口时段期间监视所述无线电信号的到达，

其中，所述信息包括表示所述无线电信号的传送定时的信息，该传送定时信息是表示所述装置知道的时基(80)和将发送所述无线电信号的无线电发射机(23)使用的时基之间的差值的实时差(RTD)信息。

38.权利要求37的装置，其特征在于所述装置是移动无线电通信台(MS1)。

39.权利要求37的装置，其特征在于所述信息包括表示将发送所述无线电信号的无线电发射机的信息。

40.权利要求39的装置，其特征在于所述通信网络是GSM网络，并且表示所述无线电发射机的所述信息包括识别所述GSM网络中基站的基站识别码(BSIC)。

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