CN104780603B - 分布式天线系统中的无线定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分布式天线系统中的无线定位方法。一种分布式天线系统的定位方法（200）包括：为多个天线端口的下行信号分别加扰；根据一个用户设备关于所述加扰的下行信号的接收反馈来确定主服务天线端口；基于以多个主服务天线端口为焦点的传播时间差算法来确定所述用户设备的位置。在分布式天线系统中，由于天线端口与基站设备的分离、天线端口的分布式布置、以及各天线端口的传输线缆的布置差异和长度差异，使得传统OTDOA技术中的焦点确定、到达时间估计均产生很大的误差，从而使得定位结果不再可靠。而发明内容部分所描述的定位方法则克服了上述问题，使得能够实现分布式天线系统下的精确定位。
Description
技术领域
本发明大体上涉及无线定位技术。
背景技术
现有的蜂窝通信网络中的无线定位技术大体上包括以下三种：基于卫星信号的定位，基于小区（Cell）ID的定位，基于观察到达时间差（Observed Time Difference ofArrival，OTDOA）的定位。
其中，OTDOA是根据多个基站与移动终端信号传播的时间差值进行定位的技术。OTDOA通过测量用户设备（User Equipment，UE）到两个基站的无线信号传播时间差来计算移动终端到两个基站的距离差。从数学的观点来看，UE的运动轨迹，就是以这两个基站为焦点、以其距离差为定差的双曲线。要实现精确定位，还至少需要另外一个基站参与进行相同的测量与计算，获得另外一条双曲线。不同双曲线的交点成为用户设备的位置的估计。
发明内容
本发明的一个主要目的在于提供新的分布式天线系统并能够克服现有技术中的上述缺陷。
根据本发明的一个实施例，提供了一种分布式天线系统的定位方法，包括：为多个天线端口的下行信号分别加扰；根据一个用户设备关于所述加扰的下行信号的接收反馈来确定主服务天线端口；基于以多个主服务天线端口为焦点的传播时间差算法来确定所述用户设备的位置，或者直接以主服务天线端口来表示所述用户设备的位置。
在一个实施例中，定位涉及的多个主服务天线端口附属于多个基站设备。
在一个实施例中，定位方法中的加扰步骤以间歇、短时的方式执行。
在一个实施例中，定位方法中的加扰步骤在下行空闲周期（Idle PeriodDownlink，IPDL）执行。
在一个实施例中，定位方法中的加扰步骤同时针对不同基站设备的邻近天线端口同时执行。
在一个实施例中，分布式天线系统还包括多个功率变化器，每一个功率变化器集成到多个天线端口之一，定位方法中的加扰步骤包括控制所述多个功率变换器之一以改变相应天线端口的下行信号功率。
在一个实施例中，分布式天线系统中的任一功率变换器包括串联连接于相应天线端口的开关以及旁路连接于该开关的衰减器或功放器。
在一个实施例中，前述的定位方法应用于室内分布式天线系统。
在分布式天线系统中，由于天线端口与基站设备的分离、天线端口的分布式布置、以及各天线端口的传输线缆的布置差异和长度差异，使得传统OTDOA技术中的焦点确定、到达时间估计均产生很大的误差，从而使得定位结果不再可靠。而发明内容部分所描述的定位方法则克服了上述问题，使得能够实现分布式天线系统下的精确定位。
以上概述了本发明的技术特征和优点以使得本发明以下的详细说明更易于理解。本发明的其他特征和优点将在下文中描述，其形成了本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应能理解，所揭示的概念和实施例可以容易地被用作修改或设计其他的用于实现与本发明相同的目的的结构或流程的基础。本领域技术人员还应理解，这样的等同构造并未背离所附权利要求书的精神和范围。
附图说明
结合附图，以下关于本发明的优选实施例的详细说明将更易于理解。本发明以举例的方式予以说明，并非受限于附图，附图中类似的附图标记指示相似的元件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的分布式天线系统的配置示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的定位方法的流程图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的功率变换器的电路示意图；
图4示出了根据本发明的另一个实施例的定位方法的流程图。
具体实施方式
附图的详细说明意在作为本发明的当前优选实施例的说明，而非意在代表本发明能够得以实现的仅有形式。应理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本发明的精神和范围之内的不同实施例完成。
本领域技术人员应能理解，此处描述的手段和功能可以使用结合程控微处理器和通用计算机的软件功能来实现，和/或使用特定应用集成电路（ASIC）来实现，和/或使用分立元件构建的特定电路来实现。还应理解的是，尽管本发明主要以方法和装置的形式进行说明，本发明也可以具体化为计算机程序产品以及包含计算机处理器和联接到处理器的存储器的系统，其中存储器用可以完成此处揭示的功能的一个或多个程序来编码。
图1示出了根据本发明的一个实施例的室内分布式天线系统100的配置示意图。如图所示，分布式天线系统100包括：基站设备101和131、用户设备160和161。
基站设备101分布式地配置有四个天线端口111、112、113和114，通过耦合器103和104、分路器105和106、功率变化器121、122、123和124将下行信号分配到各天线端口。各天线端口例如但不限于布置于不同的房间。控制器102可通信地连接到功率变换器121-124，能够控制功率变换器121-124以改变相应天线端口的下行信号功率。
基站设备131分布式地配置有四个天线端口141、142、143和144，通过耦合器133和134、分路器135和136、功率变化器151、152、153和154将下行信号分配到各天线端口。耦合器、分路器构成射频信号传输网络的组成部分。各天线端口例如但不限于布置于不同的房间。控制器132可通信地连接到功率变换器151-154，能够控制功率变换器151-154以改变相应天线端口的下行信号功率。
控制器102和功率变换器121-124之间、以及控制器132和功率变换器151-154之间的通信连接可以采用专用控制网络连接，例如但不限于C-BUS或CAN-BUS（Controller AreaNetwork-BUS）等现场总线。此外，控制器102和基站设备101、以及控制器132和基站设备131之间还通过OAM（Operation,Administration&Maintenance）接口可通信地连接，以传递数据信号和控制信号。
图1中所示控制器102和基站设备101是两个独立的设备，各耦合器以及各分路器各有两路输出。在其他一些实施例中，控制器102也可以集成于基站设备101之中。在另一些实施例中，射频信号传输网络可以包括具有多于两路输出的耦合器和/或分路器。图1中所示的分布式天线系统的天线的数量以及设备的数量和连接关系也均是示例性而非限制性的。
图2示出了根据本发明的一个实施例的定位方法的流程图。该方法200包括步骤201、203和205。在步骤201中，为多个天线端口的下行信号分别加扰。在步骤203中，根据一个用户设备关于所述加扰的下行信号的接收反馈来确定主服务天线端口。步骤205中，基于以多个主服务天线端口为焦点的传播时间差算法来确定所述用户设备的位置。该方法200适于例如图1所示的室内分布式天线系统的环境。
具体地，步骤201中的加扰包括增大或降低某一天线端口的发射功率。
正常工作时，用户设备160接收到来自基站设备101的下行信号总接收功率可以如下式（1）所表示。
其中，PR表示下行信号总接收功率，Ω表示天线端口111-114的集合，Pi表示该集合中某一个天线端口11i的下行信号接收功率。控制器102控制某一个功率变换器以改变相应天线端口11j的发射功率，如果发射功率的改变幅度为x（无量纲比值），则在不考虑信道瞬时变化的情况下，用户设备160的下行信号总接收功率变化为如下式（2）所表示。
则该用户终端的下行信号总接收功率的变化量为(1-x)·Pj。通过用户设备160和基站设备101之间以及基站设备101和控制器102之间的信号交互，控制器102能够确定用户设备160的下行信号接收功率的变化，从而确定用户设备160对天线端口11j的下行信号接收功率Pj。接收功率最大的天线端口即为步骤203中确定的主服务天线端口。上述检测可以在保持用户设备的通信业务的情况下进行，为了不影响通信业务，发射功率变化幅度可以控制在1～3dB或-3～-1dB的范围之内。
通常而言，对于一个用户设备，每一个基站设备具有至少一个主服务天线端口。例如图1中所示，对于用户设备160，基站设备101具有主服务天线端口112，基站设备131具有主服务天线端口141。某些情况下，当一个用户设备对一个基站设备的多个天线端口的接收功率较大且接近时，例如两个天线端口的接收功率差距在0.5dB之内时，可以将该基站设备的这多个天线端口均确定为主服务天线端口。例如图1中所示，对于用户设备161，基站设备101具有主服务天线端口112和114。
步骤205中，基于以多个主服务天线端口为焦点的OTDOA算法来确定用户设备的位置。例如图1中所示，以用户设备160的主服务天线端口112和141为焦点确定的双曲线轨迹为165。选择用户设备160的其他主服务天线端口组合得到其他的双曲线轨迹，通过多条双曲线轨迹的交点即可得到用户设备160的位置估计。
在分布式天线系统中，由于天线端口与基站设备的分离、天线端口的分布式布置、以及各天线端口的传输线缆的布置差异和长度差异，使得传统OTDOA技术中的焦点确定、到达时间估计均产生很大的误差，从而使得定位结果不再可靠。而前面结合图1、图2所描述的定位方法则克服了上述问题，使得能够实现分布式天线系统下的精确定位。
在一个实施例中，加扰步骤201在下行空闲周期（Idle Period Downlink，IPDL）执行。当UE距离基站较近时，由于接收机非线性而造成的远近效应，有可能导致UE解调不出较远基站的CPICH信号，影响到定位的效果。在下行空闲周期执行加扰步骤201可以克服远近效应的影响。
在一个实施例中，加扰步骤201以间歇、短时的方式执行。例如连续多次，比如四次，每200ms周期中执行50ms的扰动。每一次扰动的持续时间远小于切换（handover）操作的评估时间，从而可以避免加扰步骤201可能引起的错误切换。
在一个实施例中，加扰步骤201中同时针对不同基站设备的邻近天线端口同时执行。例如在图1所示场景中，对基站设备101的天线端口114和基站设备131的天线端口143同时执行同样强度的扰动，例如同时将发射功率下降3dB，这样也可以避免加扰步骤201可能引起的错误切换。
图3示出了图1所示功率变换器121的一个实施例的电路示意图。如图所示，功率变换器121包括开关64以及旁路连接于开关64的衰减器65。开关64的两端分别设有连接端子61和62，以串联连接于天线端口111。控制端子63可通信地连接到控制器102，如图1中虚线段所示，用于向开关64传递来自控制器102的控制信号，以控制开关64打开或闭合。当开关64闭合时，电信号直接从闭合的开关64上流过；当开关64打开时，电信号从衰减器65流过。控制器102通过控制开关64的通断状态，即可以改变天线端口111的发射功率，以实现扰动。该功率变换器121中可全部采用无源器件（例如衰减器），既便于实现，且相比于采用有源器件（如功放器）的实现方式节约了能耗。衰减器65的衰减幅度可以在1～3dB范围内，当然，采用其他衰减幅度的衰减器也是可行的。在其他实施例中，衰减器65也可以由功放器来替代。
前面结合图1、图2所描述的实施例中通过控制集成到天线端口的功率变化器以改变相应天线端口的下行信号功率。在另外一些实施例中，分布式天线系统中没有如图1中所示的功率变化器，天线端口的下行信号的扰动可以通过对下行信号的调整，例如预编码（precoding）来实现。
虽然图1所示为室内分布式天线系统，易于理解的是，图2所示定位方法200也适用于室外分布式天线系统。
图4示出了根据本发明的一个实施例的定位方法的流程图。该方法400包括步骤401、403和405。在步骤401中，为多个天线端口的下行信号分别加扰。在步骤403中，根据一个用户设备关于所述加扰的下行信号的接收反馈来确定主服务天线端口。步骤405中，以步骤403中确定的主服务天线端口来表示所述用户设备的位置。该方法400也适于室内分布式天线系统的环境。
通常的室内分布式天线系统，一个基站设备的信号覆盖区域（一个小区）可能覆盖若干楼层。而一个天线端口的信号覆盖区域覆盖了若干房间，甚至仅覆盖一个房间。现有的基于小区ID的用户设备定位的精度较差。而方法400中以主服务天线端口（的ID）来定位用户设备，提高了定位精度。
步骤403和405的具体细节均可参考前面结合图2描述的方法200中的步骤201和203的细节，在此不再赘述。
尽管已经阐明和描述了本发明的不同实施例，本发明并不限于这些实施例。权利要求中出现的“第一”、“第二”等序数词仅仅起到区别的作用，而并不意味着相应部件之间存在任何特定的顺序或连接关系。仅在某些权利要求或实施例中出现的技术特征也并不意味着不能与其他权利要求或实施例中的其他特征相结合以实现有益的新的技术方案。在不背离如权利要求书所描述的本发明的精神和范围的情况下，许多修改、改变、变形、替代以及等同对于本领域技术人员而言是明显的。
Claims (8)
1.一种分布式天线系统的定位方法，包括：
为多个天线端口的下行信号分别加扰，其中所述加扰包括改变天线端口的发射功率以改变用户设备的下行信号接收功率；
根据一个用户设备关于所述加扰的下行信号的接收反馈来确定主服务天线端口；
基于以多个主服务天线端口为焦点的传播时间差算法来确定所述用户设备的位置，或者直接以主服务天线端口来表示所述用户设备的位置。
2.如权利要求1所述定位方法，其中所述多个主服务天线端口附属于多个基站设备。
3.如权利要求1所述的定位方法，其中所述加扰步骤以间歇、短时的方式执行。
4.如权利要求1所述的定位方法，其中所述加扰步骤在下行空闲周期执行。
5.如权利要求1所述的定位方法，其中所述加扰步骤同时针对不同基站设备的邻近天线端口同时执行。
6.如权利要求1所述的定位方法，其中所述分布式天线系统还包括多个功率变化器，每一个功率变化器集成到所述多个天线端口之一，所述加扰步骤包括控制所述多个功率变换器之一以改变相应天线端口的下行信号功率。
7.如权利要求6所述的定位方法，其中任一功率变换器包括串联连接于相应天线端口的开关以及旁路连接于该开关的衰减器或功放器。
8.如权利要求1所述的定位方法，其中所述分布式天线系统为室内分布式天线系统。
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