在小区的无线覆盖区域中定位移动台的方法和系统以及实现该系统的无线蜂窝网络

技术领域

本发明涉及在小区的无线覆盖区域中定位移动台的方法和系统，以及实现该系统的无线蜂窝网络。

背景技术

在无线蜂窝网络中，基站限定无线覆盖小区。

在下文中，使用无线蜂窝网络中常见的术语，诸如，CDMA(码分多址)、GSM(全球移动通信系统)或UMTS(通用移动电信系统)网络。

存在这样的基站，其连接至多个分布式远端无线电天线，每个远端天线限定小区中相应的无线覆盖区域。这种基站对于确保一个或若干建筑物中的室内蜂窝无线覆盖而言是有用的。为此，例如，远端天线放置在建筑物的不同楼层上。通常，这些远端天线通过本地网络连接至同一收发器，从而移动台从多个物理上分离的无线电天线接收同一信号。移动台将该同一信号的多个副本作为无线反射来处理。

可能有必要在这种小区的特定区域中定位移动台。为此，移动台定位可以使用在数据上行链路传输上测量的时间偏移来确定。应当注意，上行链路传输是从移动台到基站的数据传输。相反，下行链路传输是从基站到移动台的数据传输。

这种定位方法并不容易实现，而且仅在分布式远端天线的数目保持较小(即，少于10个)的时候有效。

在Feder等人的US 2005/0157675中描述了具有分布式无线电天线的无线蜂窝网络的示例。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供简单的移动台定位方法。

本发明提供了一种移动台定位方法，包括：

-构造第一时间序列，其表明移动台在哪些时间间隔期间被分配了要通过蜂窝网络发射的上行链路传输资源，

-针对每个远端天线，构造第二时间序列，其表明由这一远端天线同时接收的上行链路传输的总功率强度，以及

-将第一时间序列与第二时间序列的至少一个相关，第一时间序列和第二时间序列在时间上是同步的，

-根据相关结果来定位(58)所述移动台。

容易确定上行链路传输资源在哪个时刻分配给了特定移动台。由此，容易构造第一时间序列。还容易测量每个远端天线接收的总无线功率强度。由此，容易构造第二时间序列。因此，上述定位方法实现起来很简单。

上述终端的实施方式可以包括一个或若干以下特征：

-移动台定位是通过选择由如下远端天线限定的无线覆盖区域而获得的，其中针对该远端天线的第二时间序列是与第一时间序列最相关的；

-移动台定位通过利用相应的相关结果对不同远端天线定位进行加权而产生的，以便利用严格小于特定分布式远端天线的无线覆盖区域的分辨率来获得移动台定位。

终端的上述实施方式带来了以下优势：使用若干相关结果来定位移动台实现了优于无线覆盖区域的定位分辨率。

本发明还涉及一种在无线蜂窝网络的无线覆盖区域中定位移动台的系统，其中该系统包括：

-上行链路分配监测器，能够构造第一时间序列，其表明移动台在哪些时间间隔期间被分配了要通过蜂窝网络发射的上行链路传输资源，

-针对每个远端天线，上行链路功率监测器能够构造第二时间序列，其表明由这一远端天线同时接收的上行链路传输的总功率强度，以及

-定位测量单元代理，能够根据第一时间序列与第二时间序列的至少一个之间的相关结果来定位移动台，第一时间序列和第二时间序列在时间上是同步的。

本发明还涉及无线蜂窝网络，包括：

-移动台，

-分布式天线系统，其具有多个分布式远端天线，每个远端天线限定无线覆盖小区的无线覆盖区域，

-基站，其限定无线覆盖小区，基站包括通过本地网络链接到远端天线的至少一个收发器，收发器能够将通过蜂窝网络接收的数据向远端天线多播或广播，使得相同的数据由多个远端天线通过空中接口进行传输，

其中：

-无线蜂窝网络包括上行链路分配监测器，其能够构造第一时间序列，其表明移动台在哪些时间间隔期间被分配了要通过蜂窝网络发射的上行链路传输资源，

-每个远端天线包括上行链路功率监测器，能够构造第二时间序列，其表明由其天线同时接收的上行链路传输的总功率强度，以及

-该网络包括定位测量单元代理，其能够根据第一时间序列与第二时间序列的至少一个之间的相关结果来定位移动台，第一时间序列和第二时间序列在时间上是同步的。

上述无线蜂窝网络使得构造在建筑物内延伸的无线覆盖小区成为可能。

本发明的这些和其他方面将在以下描述、附图和权利要求中变得显然。

附图说明

图1是具有基站、分布式远端天线系统和移动台定位系统的无线蜂窝网络的示意图；

图2是在图1的无线蜂窝网络的小区的无线覆盖区域中定位移动台的方法的流程图；

图3-图5是用于示出如何在图1的无线蜂窝网络中确定移动台定位的矩阵。

在附图中，相同的附图标记用于指代相同的元素。

在下文描述中，未详细描述本领域普通技术人员公知的功能或结构。

具体实施方式

图1示出了广域无线蜂窝网络2。在下文中，仅出于说明目的，在CDMA(码分多址)网络的特定情形中进行描述。

网络2具有连接至核心网4的多个基站。

在图1中，为了简单起见，仅示出了一个基站6。基站6通过链路8连接至核心网4。

基站6被设计为创建在建筑物16的每个层10-14中延伸的无线覆盖小区。为此，基站6连接至分布式天线系统7。例如，根据US2005/0157675的教导来构造基站6和系统7。因此，已经在US2005/0157675中公开的部分便不进行详述了。

基站6主要包括：

1)网络接口20，用于与核心网4的其他组件对接(例如，无线网络控制器(RNC))；

2)CDMA调制解调器单元(CMU)22，用于对传入和传出的消息业务进行编码和解码，以及

3)收发器24，其连接至CDMA调制解调器单元22。

网络接口20、CMU 22和收发器24放在箱38中容纳的数字机架上。箱38物理上可以位于建筑物16中，或者备选地，可以在建筑物外部。CMU 22链接至接口20。

系统7包括：

1)高速数据网络26，其有线连接至收发器24，

2)交换/求和节点，在此称为无线分发器/聚集器(RDA)28，其有线连接至网络26，

3)多个分布式远端天线，在此称为远端无线头端(radio head)(RRH)30-34，其有线连接至RDA 28。

4)移动台36。

例如，网络26是吉比特以太网。

每个RRH 30-34具有网络接口设备、定时和频率同步设备、信号处理元件、功率放大器和用于通过空中接口发射无线信号的一个或多个天线。RRH 30-34分别位于层10-14上，使得每个RRH创建的每个无线覆盖区域对应于相应的层。

例如，移动台36是移动用户或诸如移动蜂窝电话之类的移动终端。

基站6还包括移动台定位系统。此系统具有：

-容纳在每个RRH内的上行链路功率监测器(UPM)40，

-例如位于箱38内的上行链路分配监测器(UAM)42，和

-例如位于箱38内的定位测量单元代理(LMUA)44。

UPM 40在时间间隔期间测量通过该UPM 40被安装在其中的RRH的天线接收的上行链路传输的总功率强度。这些测量在若干连续时间间隔上执行，并存储在时间序列S2j中。序列S2j表明所测量功率强度随着时间间隔的演进。索引j标识RRH。每个序列S2j与从其构造该S2j的RRH的RRH标识符相关联。RRH 30-34分别对应于标识符rrh1到rrh5。

UAM 42为小区中的每个移动台构造时间序列S1i。序列S1i表明上行链路传输资源在哪个时间间隔期间被分配给此移动台。索引i标识移动台。每个序列S1i与针对其构造此序列的移动台的标识符相关联。例如，UAM 42使用TMSI(临时移动订户身份)或IMSI(国际移动订户身份)来标识移动台。

例如，UAM 42根据在集中资源分配模块(未示出)中收集的数据来构造时间序列S1i。通常，具有待发送业务数据的移动台向集中资源分配模块请求资源分配。通过对来自不同移动台的多个资源分配请求和包括在资源分配请求消息中的特定参数(即，用户类型)加以考虑，集中资源分配模块向移动台分配资源。

一般性术语“资源”在本发明的框架内应当理解为无线资源，即，为无线台站预留以与无线射频网络通信的帧的时隙和/或频率信道。频率信道和时隙是通常分别在FDMA网络和TDMA网络中使用的资源。资源可以是CDMA网络中的码，其也可以是频率信道、时隙和码的组合。

时间序列S1i和S2j在时间上是同步的。例如，时间起点对于每个时间序列而言是相同的。为此，UAM 42和每个UPM 40可以具有内部同步时钟。时钟同步由通过网络26的数据分组交换产生。

LMUA 44根据时间序列S1i和S2j来确定移动台的定位。关于UPM 40、UAM 42和LMUA 44的更多细节将参照图2给出。

现在，描述基站6的一般性操作。

对于下行链路信号，作为对通过空中接口接收和发射编码的蜂窝无线信号的替代，收发器24通过高速数据网络26将移动用户编码基带信号向RDA 28转发，并随后向所有远端无线头端转发，在该处，基带信号被变换为射频，并且继而通过空中接口向诸如移动台36之类的消息接收方广播。

具体地，在下行链路中，当信号被发往建筑物16中的移动台36时，示例性收发器24接收由CMU 22产生的数字I和Q基带信号，并将其存储在缓冲器中。一旦缓冲器到达预定水平，或者过去了预定量的时间，则收发器24形成具有目的地地址的那些信号的以太网分组。通常，目的地地址是广播地址，从而所有的RRH都接收相同的信号。

这些分组继而经由网络26从收发器24向RDA 28发送。对于下行链路信号，RDA基本上作为具有多个端口的交换机。RDA上的每个端口对应于用于路由消息的可寻址无线覆盖区域。例如，RDA 28的每个端口被标识为单独的无线覆盖区域。因此，每个无线覆盖区域继而对应于一个远端无线头端(RRH)，诸如RRH 30-34，该远端无线头端对应于建筑物16内的无线覆盖区。

当RDA 28从收发器24接收具有广播地址的消息时，RDA 28将分组的副本向每个端口转发，以进一步传播到对应的RRH。每个目的地RRH的网络接口设备从网络接收分组，并从分组中移除报头。继而将I和Q基带信号向定时和同步设备转发，在该定时和同步设备处对信号进行缓冲。这些信号继而被处理、转换成RF格式以及输出至功率放大器，并经由天线通过空中接口向移动台36广播。由此，移动台可能从多个物理上分离的天线接收相同的信号。移动台将仅能够将这些信号作为无线反射来处理，而不能够识别哪个特定天线与整体的接收无线信号的哪个部分相关联。在这种情况下，基站收发器或移动台做出的任何范围测量将是无意义的，并且不能用于对移动台定位做出可靠的估计。

类似地，在上行链路中，当移动台36发射消息时，这些消息经由RRH 30-34、RDA 28和网络26向收发器24和CMU 22发射，以进行进一步处理以及经由网络接口20和无线网络4进行分发。然而，在上行链路中，RDA 28作为求和节点并聚集上行链路数据分组。

现在，将在分别定位具有标识符ID01到ID05的五个移动台的特定情形中，针对图2来描述移动台定位系统的操作。

最初，在步骤50，UAM 42为五个移动台中的每一个构造时间序列S_1i。

继而，例如，UAM 42聚集五个序列S_1i以形成表52(图3)。表52的第一行中的编号1到4是时间间隔标识符。在此简化示例中，每个时间序列S_1i仅在这四个连续时间间隔上构造。第一栏包含移动台标识符ID01-ID05。当上行链路传输资源在相应的时间间隔期间分配给移动台时，表52的单元格包含“1”。否则，该单元格什么都不包含。例如，与标识符ID01相关联的行解读如下：

-在时间间隔“1”和“3”期间，向移动台ID01分配上行链路传输资源，以及

-在时间间隔“2”和“4”期间，不向移动台ID01分配上行链路传输资源。

在步骤50的末尾，向LMUA 44传输表52。

在与步骤50并行的步骤54中，每个UPM 40构造其自己的序列S_2j。在步骤54的末尾，经由RDA 28和网络26向LUMA 44传输每个序列S_2j。

一旦LUMA 44从UAM 42和每个UPM 40接收了数据，例如，其聚集接收的序列S_2j以形成表56(图4)。表56的第一行类似于表52的第一行，包含时间间隔标识符“1”至“4”。第一栏包含每个RRH 30-34的标识符rrh1-rrh5。表26的单元格包含在相应的时间间隔期间测量的无线功率强度的值。例如，与标识符rrh1相关联的行解读如下：RRH 30在时间间隔“1”、“2”、“3”和“4”期间接收的上行链路传输的功率强度分别是“1.8”、“0.9”、“0.7”和“0”。此处，空单元格表示0。

随后，在步骤58中，LUMA 44根据包含在表52和56中的数据来定位移动台。

最初，在操作60中，LUMA 44计算每个序列S_1i和每个序列S_2j之间的相关。为此，其使用包含在表52和56中的数据。例如，与标识符ID01相关联的序列S_1i和与标识符rrh1相关联的序列S_2j的相关结果R₁₁根据以下关系式进行计算：

R₁₁＝1*1.8+0*0.9+1*0.7+0*0＝2.5

在操作60的末尾处获得的相关结果R₁₁在表62中示出(图5)。表62的第一行和第一列分别包含移动台标识符ID01-ID05和RRH标识符rrh1-rrh5。单元格包含不同的相关结果R_ij。例如，序列S₁₁和S₂₁之间的相关结果R₁₁存储在分别与标识符ID01和rrh1相关联的行和列交叉处的单元格中。

此后，在操作64中，LMUA 44为每个移动台确定序列S_2j中的哪一个是与和此移动台标识符相关联的序列S_1i最相关的。

例如，如表62所示，与序列S₁₁最相关的是序列S₂₁。由此，LUMA44确定：RRH 30是与移动台ID01最近的RRH。据此，结果是此移动台可能在建筑物16的第一层10上。

应当理解，时间序列S_1i代表移动台i在其间向一个RRH_i发射无线信号的时间间隔。因此，可以预见，在移动台i离RRH_j很近时，时间序列S_1i和S_2j强相关。相反，当移动台i不在RRH_j的无线覆盖区域中时，S_1i和S_2j之间的相关应该很低。

在表62中，在每个列中，最强相关结果已经被重点显示。这表明移动台的每一个的估计定位。在此示例中，移动台ID01和ID02位于第一层上。移动台ID03位于第三层上。移动台ID04和ID05位于第五层上。

存在很多其他实施方式。例如，上述示例性示例具体讨论了本发明在CDMA网络中的一个实现。然而，本领域技术人员将认识到，在此描述的本发明原理同样适用于GSM、UMTS、WiMAX(微波接入全球互操作性公司)或其他无线通信网络。事实上，以上教导可以应用于任何如下蜂窝网络，其中通过使用多个分布式远端天线将小区划分成多个无线覆盖区域。例如，以上教导可以应用于在US2005/0157675的现有技术中公开的分布式天线系统(DAS)。在DAS系统中，UPM实现在每个建筑物内天线中，而UAM和LMUA实现在户外基站中。假设功率测量是在每个接收天线处执行，上述定位系统还可以实现在基于RF线缆、天线和放大器的纯模拟分布式天线系统中。

UAM或LMUA可以实现在诸如位于核心网中的设备之类的其他蜂窝网络设备中。

UAM和LUMA也可以实现在分布式天线系统7中。由此，优选地，UAM 42经由对基站的下行链路控制信道进行监测和解码来构造时间序列S_1i。因此，UAM 42不需要连接至任何类型的集中资源分配模块。

作为对直接连接到箱38的数字机架的物理插槽的替代，收发器24可以是单独的组件，其连接到数字、射频(RF)或中频(IF)端口。在这种配置中，收发器可以接收数字编码的基带信号，如上所述，或者备选地，可以接收RF(射频)或IF(中频)信号，并继而将这些信号转换成数字形式以进行缓冲和封包。

在有些情况下，收发器和分布式远端天线系统之间的接口是经由基站的RF(射频)连接器的，并且由此，收发器甚至不知道其正被用来支持一组分布式远端天线。在后一情形中，省略网络26和RDA 28，并且每个远端天线广播每个下行链路信号。

本领域技术人员将会理解，RDA可以如同常规数据交换机那样灵活连接：多个RDA可以以级联方式使用。

通常，每个基站具有不止一个收发器24，其每个收发器24都对应于无线覆盖扇区。在这种情况中，每个扇区可以通过将相应的分布式天线系统连接至对应的收发器而被划分成多个无线覆盖区域。连接至不同的基站收发器的不同分布式天线系统彼此独立。

本领域技术人员将理解，为特定楼层提供覆盖所需的RRH的数量将取决于环境因素，例如，RRH附近障碍物(例如，墙壁或其他这种障碍)的数量。

序列S_1i和S_2j之间的相关可以通过使用比上述具体描述中的关系更多的其他关系来计算。

通过组合针对同一时间序列S_1i而获得的相关结果，可以得到更高的定位分辨率。例如，移动台定位可以根据以下关系式来估计：

$L_{\mathrm{MS}}=\underset{j=1}{\overset{j=n}{\Sigma }}{\alpha }_j{L}_{\mathrm{rrhj}}$

其中：

-LMS是移动台定位的坐标估计，

-L_rrhj是对应于标识符rrhj的RRH的坐标，以及

-α_j是权重，其值依赖于与此移动台相关联的序列S_1i和与rrhj相关联的序列S_2j之间的相关结果。

并不是必须为了确定移动台定位而在不同相关结果之间进行比较。在另一实施方式中，将不同的相关结果与阈值S_a进行比较。如果相关大于阈值S_a，则移动台位于对应的RRH的无线覆盖区域中。

多播地址可以替代广播地址被使用。多播地址对应于RRH的特定集合，使得在使用多播地址时，不是每个RRH都接收信号。