CN1778135A - 在带中继器的无线通信网络中进行位置确定的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在一个带中继器的无线(例如，蜂窝)通信网络中进行位置确定的方法和设备。首先识别由一个终端接收的一个信号来自于一个中继器。获得(例如，从一个中继器数据库)识别的中继器的位置和位置的不确定度并在下列情况下提供为该终端的位置估计和位置不确定度：如果(1)不能获得该终端的更精确的一个位置估计，(2)认为该终端处于一个室内环境或(3)该终端位于与所识别的中继器足够近处。如果可以得到与所识别中继器相关的附加时延信息，那么可以基于识别的中继器的“补偿的”时间测量(即，已去除附加时延)和由该终端接收的至少两个其他发射机的时间测量得到该终端的位置估计。

Description

在带中继器的无线通信网络中 进行位置确定的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2003年3月3日提交的美国临时申请No.60/452,182的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及位置确定，更特别地涉及一种用于在一个带中继器的无线通信网络(例如蜂窝网络)中进行位置确定的方法和设备。

背景技术

一种用来确定一个终端的位置的普通技术是确定从在已知位置处的多个发射机发射的信号到达该终端所需要的时间量。信号的传播时间典型地被转换为“伪距”，其为终端和发射机之间的距离估计。利用通常称为“三边测量”的过程，基于到发射机的伪距和发射机的位置就可以估计终端的位置。

一种从在已知位置处的多个发射机(卫星)提供信号的系统是著名的全球定位系统(GPS)。基于由一个终端从足够数量的GPS卫星(典型地为四颗)接收的信号可以为该终端获得一个精确的三维位置估计(或“定位”)。然而，在某些工作环境中(例如室内)可能不能得到所需数量的GPS卫星来得到这一定位。另一种从在已知囿于地球的位置处的多个发射机(基站)提供信号的系统是无线(例如蜂窝)通信网络。基于由一个终端从足够数量的基站(典型地为三个或更多)接收的信号可以为该终端获得两维(2-D)位置估计。

许多蜂窝网络采用中继器为该网络内的指定区域提供覆盖或扩展该网络覆盖。例如，一个中继器可以用来覆盖由于衰落情况(即，网络中的“洞”)未被基站覆盖的地理区域。中继器还可以用来覆盖在基站覆盖区域外的乡村区域(例如高速公路沿线)。中继器在前向和反向两个链路上接收，调节和转发信号。前向链路是指从基站到终端的通信链路，以及反向链路是指从终端到基站的通信链路。

在一个采用中继器的网络中确定一个终端的位置会遇到各种挑战。在前向链路上，每个中继器在其覆盖区域内以大功率和带附加时延地向终端发射一个中继的信号。由于中继信号的大功率加上通常与中继器的覆盖区域关联的隔离，位于一个中继器覆盖区域内的一个终端经常不能接收来自基站的信号。此外，在许多使用中继器的情况中(例如在建筑物、隧道、地铁等内)，来自GPS卫星的信号没有足够的功率水平，以及也不能被该终端接收。这样，只有有限数量的信号(可能仅只有一个来自中继器的信号)可以用来确定该终端的位置。

而且，由中继器引入的附加时延会歪曲终端对从中继器接收的信号进行的测量。因此，中继器接收的信号的测量通常会被丢弃而不用作位置确定。在某些情况下，只有极少数测量可以用来计算对终端的位置估计。如果丢弃来自中继器的信号，那么基于剩余信号的位置估计的精度就会非常的差。

因此在本领域中有对这样的一种方法和设备的需求，即用于在一个采用中继器(或具有类似特性的其他传输源)的无线通信网络中提供一个终端的位置估计的方法和设备。

发明内容

在此提供一种用于在一个带中继器的无线通信网络(例如，一个蜂窝网络)中进行位置确定的方法和设备。如下所述，该方法和设备利用了一个包含在该网络中的中继器的各种类型的信息的中继器数据库。可以基于(1)由该终端对由该终端所接收的信号进行的测量，(2)在该中继器数据库中的信息以及(3)可得到的其他信息来获得对终端的位置估计。

根据公开的方法和设备的一个实施方式，为在带中继器的该网络中进行位置确定，首先识别由该终端接收的一个信号来自于一个中继器。获得(例如，从中继器数据库)所识别中继器的位置以及如果不能获得终端的更精确的一个位置估计提供该中继器的位置作为该终端的位置估计。同样可以获得(同样，从中继器数据库)所识别中继器的位置不确定度并提供为终端位置估计的不确定度。由于各种各样的原因，例如，(1)缺乏与中继器相关的附加时延信息和/或(2)缺乏为终端进行三边测量所需的足够数量的测量可能不能获得该终端的更精确的位置估计。

也可以确定该终端是处于一个室内还是一个室外环境。也可以进一步确定该终端是否位于离所识别的中继器足够近处。这可以通过将所识别的中继器的接收信号强度与一个阈值进行比较来完成。如果认为终端(1)处于一个室内环境或(2)位于离所识别的中继器足够近处(即，接收信号强度超过阈值)提供所识别中继器的位置作为终端的位置估计。

如果与所识别的中继器相关的附加时延信息可利用，那么可以处理由终端报告的该中继器的时间测量以去除附加时延。因而可以基于所识别中继器的“补偿”时间测量(即，已去除附加时延)和由终端接收的至少两个另外发射机的时间测量来得到该终端的更精确的位置估计。

以下更详细地描述本发明的各个方面和实施方式。

附图说明

从下面结合附图给出的详细描述，本发明的特征、本质和优点将变得更加明显，在全部附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能，并且其中：

图1示出了一个具有中继器的无线通信网络；

图2示出了一个用于基于由终端从在网络中的基站和/或中继器接收的信号得到终端位置估计的过程；

图3示出了一个用于得到已经从至少一个中继器接收到一个信号的终端的位置估计的过程；以及

图4示出了在该网络中的基站、中继器、终端和位置确定实体(PDE)的框图。

具体实施方式

在此用“示例性”一词来表示“用作例子、实例或说明”的意思。在此描述为“示例性”的任何实施方式或设计并不一定要解读为相对于其它实施方式或设计来说是优选的或有利的。

图1示出了一个有中继器的无线通信网络100的示图。网络100可以是支持一个或多个CDMA标准的(例如IS-95、IS-2000、W-CDMA等)和/或支持一个或多个TDMA标准的(例如GSM)蜂窝网络。所有这些标准在本领域中是众所周知的。网络100可以包括多个基站104。然而，为简单起见，在图1中只显示了三个基站104a、104b和104c。每个基站104服务于一个特定的覆盖区域102并为位于其覆盖区域内的终端106提供通信。基站或其覆盖区域或这两者，根据术语使用的上下文，经常被称为“小区”。

可以在网络100中部署中继器114向否则不会被基站104覆盖的区域提供覆盖。例如，中继器114可以部署在对来自基站104的信号接收差的区域中，例如图1中区域112a。接收差可能是由于衰落情况或某些其他现象。中继器114通常也部署在建筑物内来改善室内的覆盖。中继器114也还可以用来扩展网络100的覆盖，例如图1中的区域112b和112c。通常中继器比基站有更好的成本效益，以及更有利地可以部署在需要附加覆盖但不需要附加容量的场合。根据网络的部署，在网络中的任何数量的基站的可以被中继。

多个终端106可以分布于整个网络中。为简单起见，在图1中只显示了一个终端106。在任何时刻每一个终端都可以与一个或多个基站在前向和反向链路上进行通信。如果网络支持“软切换”以及如果终端实际上在软切换中，终端可以同时地与多个基站进行通信。

多个基站104典型地连接于并受控于一个基站控制器(BSC)120。BSC 120协调在其控制下的基站的通信。一个位置确定实体(PDE)130可以连接到BSC 120并用于位置确定。如以下进一步的详细描述，PDE 130可以接收来自终端106的测量并可以基于接收的测量确定终端的位置。

对于一个CDMA网络，每个基站都分配了一个具有一个特定偏移或开始时间的伪随机噪声(PN)序列。基站用此PN序列在前向链路上传输之前扩频它的数据。每个基站还发射一个导频，它是一个简单的全一(或全零)序列并用分配给该基站的PN序列扩频。由每个基站发射的信号因此包括扩频数据和导频。

为了位置确定，可以基于由一个终端从基站接收到的信号估计到一个给定基站的伪距。可以基于被基站用来扩频的PN序列的相位确定信号到达终端处的时间。由于典型地通过处理导频来获得该PN相位信息，所以由终端所获得的测量通常称为“导频相位”测量(PPM)。导频相位测量用于估计信号从基站传播到终端所占用的时间量。该传播时间可以转换为伪距，它包括终端和基站之间的的“真实”或实际距离加上测量误差。

在下面的描述中，术语“时间测量”用来代表(1)基于从一个发射机(例如基站)接收的一个信号获得的测量以及(2)可用来计算一个到发射机的伪距的测量。该时间测量可以是一个导频相位测量、一个到达时间(TOA)测量、一个往返时延(RTD)测量或一个到达时间差(TDOA)测量。所有这些不同类型的测量在本领域中是已知且在此不作描述。

如上所述，中继器可以用来为未被基站覆盖的区域，例如建筑物内，提供覆盖。通过一个无线或有线链路(例如一个同轴或光纤电缆)，或直接地或通过另一个中继器，每个中继器114都连接到一个“施主”基站104。在前向链路上，一个中继器从该“施主”基站接收一个“施主”信号，调节该“施主”信号以获得一个“中继施主信号”并经由一个“服务”天线向在其覆盖区域内的终端发射该中继施主信号。在反向链路上，该中继器从该服务天线接收一个“上行”信号，调节该“上行”信号以获得一个“中继上行”信号并向该施主基站发送该中继上行信号。该上行信号包括由终端发射给该中继器的反向链路信号。一个中继器典型地包括一个用于对施主和上行信号进行信号调节的硬件单元以及用于向终端发射该中继施主信号和从终端接收该反向链路信号的服务天线。该服务天线和硬件单元可位于不同的位置或共同位于相同的位置。在任何情况下，服务天线的位置典型地用作该中继器的位置。

每个中继器都与附加时延相关，该附加时延包括(1)在施主基站和中继器之间的传输时延以及(2)由于中继器内的电路接收、调节和转发来自于施主基站的信号引起的内部时延。例如，中继器内的表面声波(SAW)滤波器、放大器以及其他元件会对由该中继器发射的中继施主信号引入时延。在某些情况下，该附加时延可能可与从施主基站到终端的传输时延相比较，或可能更大。这样，如果没有考虑中继器的附加时延，那么由终端从中继器接收的信号的时间测量就不能可靠地用来确定终端的位置。

在此提供一种用于在一个带中继器的无线通信网络(例如一个蜂窝网络)中进行位置确定的方法和设备。如下所述，该方法和设备利用了一个中继器数据库，该数据库包括在该网络中的中继器的各种类型的信息。基于(1)由该终端进行的测量，(2)在该中继器数据库中的信息以及(3)其他可能可得到的信息获得对一个终端的一个位置估计。

图2示出了用于基于由一个终端从在一个蜂窝网络中的基站和/或中继器接收的信号得到该终端的一个位置估计的过程200的一个实施方式的一个流程图。

开始，获得由该终端从该网络中的一个或多个发射机接收的一个或多个信号的测量(步骤212)。每个接收的信号来自于不同的发射机，其可以是基站或中继器。对每个接收的信号可以获得一个或多个测量。每个测量可以是一个时间测量(例如一个导频相位测量)、一个信号强度测量或某些其他类型的测量。例如，对每个接收的信号可以获得一个时间测量和一个信号强度测量。

对于每个接收的信号，确定该接收信号是来自一个中继器还是一个基站(步骤214)。步骤214称为中继器识别过程，以及可以基于(1)对每个接收的信号获得的一个或多个测量以及(2)在该中继器数据库中的信息完成。作为该中继器识别过程的一部分，如果一个信号是从一个中继器接收的，那么也可以确定它是否是一个室内中继器或是一个室外中继器。一个室内中继器是一个部署在一个建筑物内的中继器，而一个室外中继器是一个部署在一个建筑物外的中继器。如果不能识别一个给定接收的信号的发射机，那么可以丢弃这个信号使之不用于位置确定。下面将详细描述中继器识别过程。

然后确定是否有足够数量的(例如三个或更多)对基站的测量可利用(步骤218)。如果答案是肯定的，那么只是基于对基站的测量得到该终端的位置估计(步骤220)。对于步骤220，丢弃对中继器的测量。基于对在一个蜂窝网络中的基站的测量的得到该终端的位置估计的技术称为高级前向链路三边测量(A-FLT)，观测到达时间差(OTDOA)，增强的观测时间差(E-OTD)和上行到达时间(U-TOA)。这些技术在于XXX提交的，题为“XXX”的美国专利申请No.XXX中描述，它已经转让给本申请的受让人并通过参考在此并入。总体上，位置确定可以通过众所周知的手段，例如在可公开获得的3GPP25.305，TIA/EIA/IS-801以及TIA/EIA/IS-817标准文档中所描述的手段实现。

如果对步骤218的答案是否定的，那么可以确定一个信号是否来自于一个中继器(步骤228)。如果答案是肯定的，那么可以基于对所识别的中继器的测量以及可能地对基站的测量得到该终端的位置估计(步骤230)。下面将进一步详细描述步骤230。

如果对步骤228的答案是否定的，那么没有从终端获得足够数量的对基站的测量以及没有从终端获得对中继器的测量。在这种情况下，可以基于对所接收的基站的测量利用小区识别或增强小区识别技术来估计该终端的位置。小区识别技术基于可利用的测量提供认为该终端位于该小区内的一个小区的身份。增强小区识别技术提供认为该终端位于该扇区内的该扇区的身份。因此，小区识别和增强小区识别技术的精度分别取决于终端被认为位于其中的小区和扇区的大小。图3示出了一个用于得到一个已经从在该蜂窝网络中的至少一个中继器接收到一个信号的终端的位置估计的过程230x的一个实施方式的一个流程图。至少一个中继器的每个通过在图2中的步骤214中的中继器识别过程识别。过程230x可以用于图2中的步骤230。

开始，确定该中继器数据库是否包含该至少一个已识别中继器的“粗略”或“完整”信息(步骤312)。如下提供什么构成粗略和完整信息的描述。总之，该中继器数据库在下列情况下被视为包含一个给定中继器的粗略信息，如果(1)该中继器的位置和位置不确定度可得到以及(2)该中继器有关的时延信息不可得到。如果该中继器数据库包含该至少一个已识别中继器的粗略信息，那么一个已识别的中继器首先被选中。如果只识别了一个中继器，那么该选中的中继器就简单地为该单一已识别中继器。如果识别了多个中继器，那么该已识别中继器之一(例如该具有最强的信号接收强度的中继器)被选中。于是就提供该选中中继器的位置，作为该终端的位置估计(步骤314)。然后过程结束。

如果对步骤312的答案是否定的，那么确定终端是处于一个室内还是处于一个室外环境(步骤322)。可以基于从中继器接收的信号和/或其他可利用的信息进行该确定。例如，如果一个信号是从至少一个室内中继器接收的，则认为该终端处于室内。图2中的步骤214中的中继器识别过程可以指示一个已识别的中继器是一个室内中继器还是一个室外中继器。下面将进一步详细描述终端室内/室外环境的确定。

如果认为该终端处于室内，那么提供该选中中继器的位置，作为该终端的位置估计(步骤324)。在室内环境下，该中继器的位置典型地足以作为该终端的位置估计。此外，在室内环境下，有可能不能获得更精确的该终端的位置估计，因为可能不能得到来自基站和/或GPS卫星的所需数量的信号用于三边测量。

如果该终端不是处于室内环境，那么确定从任何已识别中继器接收的信号强度或功率是否超过一个特定的信号强度阈值(步骤332)。如果答案是肯定的，那么认为该终端位于离这个中继器足够近处。在这种情况下，提供具有强接收信号强度的该已识别中继器的位置，作为该终端的位置估计(步骤334)。该信号强度阈值的选择可基于多种因素，如下将进一步详细描述。

对于步骤314、324和334，该终端位置估计的不确定度可以设为等同于这样的一个已识别中继器的位置不确定度，其中该中继器的位置已作为该终端的位置估计。例如，对于一个覆盖一个大型建筑物并经由一个漏泄电缆连接到施主基站的中继器，一个大的位置不确定度可以与这个中继器相关。在这种情况下，一个相当大的不确定度可以用于该终端位置估计，其已设置为这个中继器的位置。

如果对步骤332的答案是否定的，那么这表明(1)该终端不是在一个室内环境中，(2)没有从任何已识别中继器接收到一个足够强的信号以及(3)该中继器数据库包括关于至少一个已识别中继器的时延信息。在这种情况下，该终端的位置估计可以基于(1)对从基站接收的信号的时间测量以及(2)对从中继器接收的信号的“补偿”时间测量得到(方框340)。对从一个中继器接收的信号的时间测量(即由该终端所报告的)包括(1)从施主基站到该中继器的传输时延，(2)该中继器的内部时延以及(3)从该中继器到该终端的传播时延。可以通过处理对该中继器的时间测量以去除与该中继器相关的附加时延来获得这个中继器的补偿时间测量(步骤342)。对于一个给定中继器i的补偿时间测量可表示为：

${\tilde{p}}_i=p_i-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{int},i}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{br},i}$                                                等式(1)

其中：p_i为由该终端报告的对中继器i的时间测量；

τ_int，i为中继器i的内部时延；

τ_br，i为从该施主基站到中继器i的传输时延；以及

为中继器i的补偿时间测量。

中继器i的附加时延是内部时延τ_int，i和传输时延τ_br，i的组合。对于知道其附加时延(即在该中继器数据库中可获得)的每个中继器，就可以获得其补偿时间测量。

对一个中继器的补偿时间测量可用来得到到该中继器的伪距。相应地，对一个基站的时间测量可用来得到到该基站的伪距。于是该终端位置估计可以基于(1)到基站的伪距以及基站的位置以及(2)到中继器的伪距以及中继器的位置(步骤344)得到。步骤344可以通过使用A-FLT方法来实现。然后过程结束。

图2和3代表在一个带中继器的蜂窝网络中进行位置确定的特定实施方式。可以对公开的实施方式进行各种修改，并且这是在本发明范围之内的。例如，图3中所示的过程的各步骤可以重新排列。作为一个例子，方框340可以移到步骤312和322之间。在这种情况下，如果可以的话(即如果可以获得分别对于足够数量的基站和中继器的时间测量和补偿时间测量)，可以使用三边测量来得到该终端的位置估计。典型地，使用三边测量了来得到该终端位置估计需要到三个或更多发射机的伪距，其中每个发射机可以是一个基站或是一个中继器。如果不可利用到足够数量的发射机的伪距，那么一个已识别中继器的位置可以作为终端的位置估计。作为另一个例子，可以去除步骤322以及324和/或步骤332以及334。

下面将进一步详细描述图2和3中的某些步骤。

中继器识别

可以使用各种方法确定由一个终端接收的信号是来自一个基站还是一个中继器。这些方法包括一种传统网络(legacy network)方法，一种调制方法和一种标识符PN方法。

对于传统网络方法，基于获得的对信号测量以及可得到的在该网络中的基站和中继器的信息，每次一个信号地，识别由该终端接收的每个信号的发射机。这种方法是迭代的，在每次迭代中识别一个接收信号的发射机。下面描述该传统网络方法的两个实施方式-一种覆盖重叠方法和一种相对相位方法。

该覆盖重叠方法基于该终端的一个识别覆盖地区(以下描述)以及被识别信号的一系列候选发射机的覆盖区域识别每个接收信号的发射机。首先，从所有接收的信号中识别该来自参考基站或中继器的信号。这可以例如基于该接收信号的PN偏移/序列、该接收信号的到达时间、该接收信号的功率水平、某些其他测量或其中的组合实现。对于每次迭代，选择剩余的接收信号之一用于识别。对于第一次迭代，该识别覆盖地区设定为该参考基站或中继器的覆盖区域。对于每一个随后的迭代，该识别覆盖地区形成为是由在先前的迭代中已识别的所有基站和中继器的覆盖区域的合成。然后确定在当前迭代中识别的信号的PN序列。接下来获得分配了这个相同的PN序列的基站和中继器的列表。然后确定在该列表中的每个基站和中继器的覆盖区域。可以基于存储在该中继器数据库中的该中继器的位置不确定度或最大天线范围，以及该中继器位置获得一个中继器的该覆盖区域。然后评估列表中的每个基站和中继器。然后选择具有一个最大程度地与该识别覆盖地区重叠的覆盖区域的基站或中继器作为当前迭代中在识别的该信号的发射机。

该相对相位方法基于该终端的识别覆盖地区和一系列候选发射机的时间测量识别每个接收信号的发射机。类似于该覆盖重叠方法，在每次迭代中，选择接收信号之一用于识别。对于每次迭代，如上所述，获得识别覆盖地区，确定在当前迭代中识别的信号的PN序列，获得分配了这个PN序列的基站和中继器的列表。

然后为在该列表中的每个候选基站和中继器计算一个时间增量测量(Δp_i)和一个距离增量(Δd_i)。一个给定候选发射机i的时间增量测量是在该在识别信号的时间测量(p_i)与一个选择的发射机的时间测量(p_s)之间的差(即Δp_i＝p_i-p_s)。该选择则的发射机可以是在先前的迭代中识别的基站和中继器的任何一个。候选发射机i的距离增量是下列距离之间的差：(1)从候选发射机i到该识别覆盖地区中心的距离(d_i)和(2)从选择的发射机到识别覆盖地区中心的距离(d_s)(即Δd_i＝d_i-d_s)。距离d_i是基于可以从该中继器数据库中获得的候选发射机i的位置确定的。评估列表中的每个基站和中继器。然后选择增量时间测量最接近于增量距离(即最小的(Δp_i-Δd_i))的基站或中继器作为当前迭代中识别的信号的发射机。如本领域中所知，时间测量可以通过乘以光速常数C转换为距离。

如果一个给定候选中继器的时延信息可得到，那么从由该终端报告的时间测量中减去这个中继器的附加时延以获得该中继器的时间测量p_i。反之，如果对于该候选中继器这样的时延信息不可得到，那么可基于在该终端的候选基站处测得的往返时延(RTD)来估计该中继器的附加时延。这个RTD测量约为下列总和的两倍：(1)从施主基站到中继器的距离(d_br)和(2)从中继器到终端的距离(d_rt)(即RTD/2≈d_br+d_rt)。对于距离d_rt，估计该终端位于识别覆盖地区的中心。然后从由终端报告的时间测量中减去距离d_br以获得中继器的时间测量p_i。

对于调制方法，由中继器修改由该中继器在反向链路上发送到施主基站的中继上行信号以包括一个识别签名(identifyingsignature)。该签名可以以在振幅、频率和/或在中继器的服务天线处接收的上行信号时延中可识别的改变的形式。对于时延调制方法，由中继器发送到施主基站的中继上行信号可以包括该上行信号和一个或多个该上行信号的时延的版本。每个时延的版本可以通过将上行信号延迟特定量的时间产生。可以以各种方式获得该终端的签名。例如，该签名的获得可以基于(1)用于上行信号的时延的版本的一组特定时延，(2)用于在不同上行信号的时延的版本之间切换的特定频率，或(3)用于在上行信号的时延的版本之间切换的特定模式或码序列。

对于频率调制方法，可以通过以某些特定方式对中继信号的载频施加轻微的扰动获得该签名。对于振幅调制方法，可以通过对中继信号的幅度施加扰动获得该签名。

来自中继器的中继上行信号可以由施主基站接收和处理以检测由中继器包括在该中继上行信号中的签名。可以评估该签名以确定发射该中继上行信号的特定中继器的身份。包括在这个中继上行信号中的所有反向链路信号都与该识别的中继器相关。

对于标识符PN方法，一个中继器通过用分配给该中继器的PN序列扩频一个导频来产生一个标识符信号。这个PN序列可以是特别为中继器识别保留的多个PN序列之一。该标识符信号可以与在前向链路上从施主基站接收的施主信号相加。该标识符信号设在足够低的功率水平上(例如-15dBc)从而它不会对施主信号导致过多的干扰。此外，可以适当地时延该标识符信号以允许终端可以检测出该标识符信号是来自一个特定的中继器。包括施主信号和标识符信号的中继施主信号由中继器发射到终端。

来自中继器的该中继施主信号由一个终端接收和处理以检测该标识符信号。然后评估该检测到的标识符信号以确定发射该中继施主信号的特定中继器的身份。

中继器数据库

中继器数据库的完整性和精确性对在带中继器的蜂窝网络中终端的位置估计的精确度有巨大的影响。一个完整和精确的中继器数据库是优选的。然而，可能难以或不可能组织这样的数据库。取决于可得到的网络中的中继器的信息的类型，中继器数据库可以分类为“粗略”或“完整”。

一个粗略的中继器数据库可以包含表1中列出的所有或某些参数。

                              表1

参数	描述
		中继器ID	分配给中继器的唯一的ID。
相应的PN	分配给该中继器的施主基站的PN偏移/序列。
		位置和位置不确定度	中继器的位置和此位置的不确定度。中继器的位置可以由纬度、经度和海拔坐标提供。
室内/室外指示符	指示中继器是室内中继器还是室外中继器。

中继器ID可以是用来识别该中继器的任意码。例如，中继器ID可以对应于由中继器向施主基站发送的中继上行信号中的签名(对于调制方法)，用于产生标识符信号的该PN序列(对于标识符PN方法)，等等。

对于粗略中继器数据库，中继器位置可以是粗略的并且可以进一步与一个大的位置不确定度相关。因而，粗略中继器数据库可用于只需要粗略的终端位置估计的应用。

一个完整的中继器数据库可以包含表2中列出的所有或某些参数。

                            表2

参数	描述
		中继器ID	分配给中继器的唯一的ID。
相应的PN	分配给该中继器的施主基站的PN偏移/序列。
		位置和位置不确定度	中继器的位置和位置的不确定度。在粗略中继器数据库中的相同参数的更精确版本。
最大天线范围(MAR)	从中继器服务天线测量的，在其内终端很可能从该中继器接收到信号的范围。
		室内/室外指示符	指示中继器是室内中继器还是室外中继器。

表2中的中继器的参数类似于在基站年历(BSA)中的基站参数。如上所述，在一种传统网络方法中MAR可用于来识别中继器。对于完整中继器数据库，与粗略中继器数据库相比，中继器位置更精确以及位置不确定度更小。图3中的步骤324和334中，可以提供中继器的更精确的位置和更小的位置不确定度，作为终端位置估计。

对于受中继器附加时延影响的中继器识别和位置确定方法，完整中继器数据库也可以包含表3中列出的参数。

                          表3

参数	描述
		中继器内部时延	由于中继器中的内部电路由中继器引起的时延。
基站到中继器时延	由于施主信号从施主基站到中继器的传输的时延。该传输可以通过空中，经由同轴或光纤电缆或通过某些其他手段。

中继器内部时延和基站到中继器时延组成中继器的附加时延。该时延信息可用于图3中的步骤342中以通过从由终端报告的时间测量去除附加时延获得中继器的补偿时间测量。

对于受由中继器发射的信号强度或功率影响的中继器识别和位置确定方法，完整中继器数据库也可以包含表4中列出的参数。

                         表4

参数	描述
		中继器服务天线信息	中继器服务天线的各种类型的信息，例如增益、定向，水平波束宽度(天线开度)，垂直波束宽度，下倾角等等。
施主基站到中继器的路径损耗	从施主基站到中继器的路径损耗。对于经由无线链路与施主基站通信的中继器，其也可以基于用于向施主基站发射信号的施主天线的信息得到。
		施主信号功率	在施主基站的天线处的施主信号功率。

表4列出的参数可用来确定由中继器向终端发射的中继施主信号的功率。

不同的中继器识别方法可以依赖不同的信息(例如时延或功率信息)来识别中继器。此外，不同的位置确定方法也可以依赖不同的信息来得到终端的位置估计。

中继器数据库可以是这样的(1)对网络中的每个中继器只有粗略的信息可得到或(2)对每个中继器可得到完整信息。中继器数据库也可以是“混合的”从而对某些中继器可以获得粗略的信息而对其他中继器可以获得完整的信息。对于一个混合中继器数据库，可以为每个中继器提供一个粗略/完整字段以指示对于该中继器是可以获得粗略还是可以获得完整信息。可以基于由终端接收的每个中继器可得到的粗略或完整信息得到终端的位置估计。

该中继器数据库可以存储为一个单独的数据库或作为基站年历的一部分。基站年历典型地包括在网络中的基站的各种类型的信息。

室内/室外中继器确定

对于图3所示中的位置确定过程，对终端是在一个室内还是一个室外环境加以区分。这是因为在图3中使用了不同的过程，依赖其被认为是处于室内还是处于室外来得到该终端位置估计。

可以用各种方式确定终端的环境。在一个实施方式中，在中继器数据库中为每个中继器包括一个室内/室外字段。这个字段用来指示中继器是一个室内中继器还是一个室外中继器。对于数据库中的每个中继器，如果这样的信息已知，这个字段可以填写该中继器的室内/室外信息，否则该字段可以是空的。可以在中继器部署时或在对网络中的中继器进行检查的时获得一个给定中继器的该室内/室外信息。如果终端接收到来自一个室内中继器的信号就认为该终端处于室内。否则，可以认为该终端处于室外。

在另一个实施方式中，基于由终端接收到的信号数量进行终端是处于室内还是处于室外的确定。例如，由于来自GPS卫星的信号典型地不能在室内接收，或在很低的功率水平上接收，因此如果没有信号或只有很少的信号从GPS卫星接收，就认为终端处于室内。如果(1)GPS卫星的接收信号强度低和/或(2)GPS卫星的可视角低也认为终端处于室内。类似地，基于从基站接收的信号数量和/或基站的接收信号强度可以认为终端处于室内。

信号强度阈值

对于图3中所示的位置确定过程，如果终端处于室外但距一个中继器足够近，那么该中继器的位置可作为该终端的位置估计(步骤332和334)。可以通过将中继器接收信号强度与信号强度阈值相比较来进行终端是否离中继器足够近的确定。该阈值可以以各种方式设定。

在一个实施方式中，一个给定中继器的阈值设定在期望由一个在距中继器特定范围处的终端接收的信号强度。例如，可以基于联邦通信委员会(FCC)采纳的关于增强的911(E-911)的报告和规则中规定的要求来设定该阈值。该FCC命令要求，针对基于手机的技术，终端的定位精度对于67％的呼叫在50米内，对于95％的呼叫在150米内。因而取决于在报告的终端位置估计中期望的不确定度，该阈值可以设定在期望由一个在距中继器50或150米处的终端接收的信号强度。该阈值也可以设定在在离中继器50或150米处预测的最坏情况的(即最弱的)功率上。该信号强度阈值典型地选得比常规地用来为终端的一个候选集添加一个新基站的添加阈值更高。候选集包括所有的基站，其信号被终端以足够的强度接收并可以被选择为向终端发射数据。某些示例性的可用于信号强度阈值的值有-6dB、-10dB和-13dB。其他值也可用于该阈值，这是在本发明范围之内的。

同样的阈值可用于网络中的所有中继器。作为选择，不同的阈值可用于不同的中继器。在该情况下，可以基于在中继器服务天线处的中继施主信号的功率水平设定用于每个中继器的阈值。可以基于存储于中继器数据库中的服务天线和路径损耗的信息(例如在表4中所示)确定这个输出功率水平。对于每个中继器，也可以在中继器数据库中包括一个阈值字段。该字段可以用来存储中继器的信号强度阈值。

网络实体

图4示出了在网络100中的基站104x、中继器114x，终端106x和PDE 130的实施方式的框图。基站104x是该网络中的示例性基站，中继器114x是一个示例性中继器，终端106x是一个示例性终端。终端106x可以是一个蜂窝电话，手机，带无线调制解调器的计算机或某些其他单元。基站104x经由BSC 120操作性地连接到PDE 130，为简单起见图4中未示出BSC 120。

在前向链路上，基站104x向在其覆盖区域内的终端发射导频、数据和信令。这些各种类型的数据被一个调制器/发射机(Mod/TMTR)420处理(例如编码、调制、滤波，放大和上变频)以提供一个前向链路信号。前向链路信号经过双工器422发送，被分路器单元424处理以及经由天线426向在基站104x覆盖区域内的终端发射。

中继器114x从施主基站104x中的分路器单元424接收前向链路信号。在中继器114x中，前向链路信号经过双工器430发送，由调节单元432调节，经过双工器434发送以及经由天线436向在中继器114x覆盖区域内的终端发射。天线436是中继器的服务天线。

终端106x在天线452处接收来自零个或多个基站(例如基站104x)以及零个或多个中继器(例如中继器114x)的前向链路信号。这样来自天线542的接收机输入信号可以包括从多个发射机接收的多个前向链路信号，其中每个发射机可以是基站或中继器。接收机输入信号经过双工器454发送，被接收机/解调器(RCVR/Demod)456处理以提供可用于中继器/基站识别和位置确定的各种类型的信息。特别地，RCVR/Demod 456可以为在接收机输入信号中检测到的每个前向链路信号提供时间测量和信号强度测量。RCVR/Demod 456可以实现为一个瑞克接收机，它能并发地处理多个基站和中继器的多个信号实例(或多路径分量)。瑞克接收机包括多个解调处理器(或耙指)，它们的每一个可以分配来处理和追踪一个特定多路径分量。

在反向链路上，终端106x可以向参考基站(例如基站104x)发射数据、导频和/或信令。例如，终端106x可以发回在由终端接收的前向链路信号上进行的时间和信号强度测量。各种类型的数据被调制器/发射机(Mod/TMTR)464处理以提供反向链路信号，然后它经过双工器454发送并从天线452发射。

中继器114x可以在天线436处接收来自终端106x的反向链路信号。来自天线436的接收机输入信号经过双工器436发送，被调节单元438调节，经过双工器430发送以及发送到施主基站104x。

基站104x也可以在天线426处接收来自终端106x的反向链路信号。来自天线426的接收机输入信号通过分路器单元424，经过双工器422发送，并提供给接收机/解调器(RCVR/Demod)428。然后RCVR/Demod 428以互补的方式处理接收机输入信号以提供各种类型的信息，这些信息接下来可以被提供给处理器410。例如，RCVR/Demod428可以恢复由终端106x发送的时间和信号强度测量。RCVR/Demod428也可以提供在从终端106x接收的反向链路信号上进行的时间和信号强度测量。

对于图4中所示的实施方式，在基站104x内的通信(Comm)端口414操作性地连接到(例如经由BSC 120)在PDE 130内的通信端口476。通信端口414和476允许基站104x与PDE 130交换有关中继器/基站识别和位置确定的信息。该信息的某些可以是从终端106x接收的测量。

如上所述，总体上，中继器和基站识别以及终端位置的确定可以由终端106x、基站104x、PDE 130或某些其他网络实体来进行。执行中继器/基站识别和/或位置确定的实体提供有有关的信息。这样的信息可以包括，例如，由终端106x接收的一系列前向链路信号、这些前向链路信号的时间和信号强度测量、来自中继器数据库的有关信息等等。

对由终端106x接收的前向链路信号进行中继器和基站识别以及得到终端的位置估计的处理可以由在终端106x中的处理器460、在基站104x中的处理器410或在PDE 130中的处理器470来实施。存储单元462、412和472可用来存储用于中继器/基站和位置确定的各种类型的信息。该信息可以包括，例如，由终端106x接收的前向链路信号列表、这些信号的时间和信号强度测量、来自中继器数据库和基站年历的有关信息等等。存储单元412、462和472也可分别为处理器410、460和470存储程序代码和数据。PDE 130中的中继器数据库可用来存储网络中的中继器的信息，例如上述表1-4中列出的参数信息。基站年历可存储于数据库474或存储器472内。

在此描述的方法和设备可以由诸如硬件、软件或其组合之类的各种方式来实现。对于硬件实现，该方法和设备可以在设计为执行在此描述的功能的一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它电子单元或其组合内实现。

对于软件实现，在此描述的方法可以用执行在此描述的功能的模块(例如过程、功能等)实现。可以将软件代码存储于存储单元(例如图4中的存储单元412、462或472)中并由处理器(例如处理器410、460或470)执行。存储单元可以在处理器内或处理器外实现，在该情况下，可以通过本领域中已知的方式将存储单元通信地连接到处理器。

对所公开的实施方式的以上描述用于使本领域中的任意普通技术人员都能够实施或使用本发明。对这些实施方式的各种修改对本领域中的普通技术人员来说是相当明显的，并且在此定义的一般原理可以应用于其它实施方式，而不脱离本发明的本质和范围。因此，本发明并非意在对在此示出的实施方式进行限制，而是符合与在此公开的原理和新颖特征相一致的最广的范围。

Claims (25)

1.一种在一个带中继器的无线通信网络中进行位置确定的方法，包括：

识别由一个无线终端接收的一个信号是来自一个中继器；

获得所述中继器的一个位置；以及

如果不能获得一个该终端的更精确的位置估计，提供所述中继器的位置作为所述终端的一个位置估计。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

如果不能获得该终端的更精确的位置估计，提供所述中继器的一个位置不确定度作为所述终端的位置估计一个不确定度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中由于缺乏与所述中继器相关的附加时延信息从而不能获得所述终端的更精确的位置估计。

4.根据权利要求1所述的方法，其中由于缺乏对该终端进行三边测量所需数量的测量从而不能获得所述终端的更精确的位置估计。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定所述终端是处于一个室内还是一个室外环境；以及

如果认为该终端处于室内环境，提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其中如果所述中继器为一个室内中继器，认为所述终端处于一个室内环境。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述确定基于由所述终端从卫星和基站接收的信号的数量。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将所述中继器的接收信号强度与一个阈值相比较；以及

如果所述接收信号强度超过所述阈值，提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计。

9.根据权利要求8所述的方法，其中基于在距离所述中继器的一个特定范围处所期望的中继器信号接收强度设定所述阈值。

10.根据权利要求1所述的方法，其中与所述中继器相关的附加时延信息是可利用的，所述方法进一步包括：

处理所述中继器的时间测量以去除与该中继器相关的附加时延；以及

基于已经去除了附加时延的所述中继器的时间测量以及由所述终端接收的至少两个另外的发射机的时间测量，得到该终端的更精确的位置估计。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别基于用于从所述中继器接收的信号的伪随机数(PN)序列。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别基于从所述中继器接收的信号的调制特性。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别基于在所述终端处获得的从所述中继器接收的信号的时间测量。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别基于在所述终端处获得的从所述中继器接收的信号的信号强度测量。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线通信网络是一个CDMA网络。

16.一种在一个带中继器的无线通信网络中的设备，包括：

用于识别由一个无线终端接收的一个信号是来自一个中继器的装置；

用于获得所述中继器的一个位置的装置；以及

用于如果不能获得该终端的一个更精确的位置估计，提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计的装置。

17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

用于确定所述终端是处于一个室内还是一个室外环境的装置；以及

用于如果认为该终端处于一个室内环境，提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计的装置。

18.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

用于将所述中继器的接收信号强度与一个阈值进行比较的装置；以及

用于如果所述接收信号强度超过所述阈值，提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计的装置。

19.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

用于处理所述中继器的时间测量以去除与该中继器相关的附加时延的装置；以及

用于基于已经去除了附加时延的所述中继器的时间测量以及由所述终端接收的至少两个另外的发射机的时间测量，得到该终端的更精确的位置估计的装置。

20.一种包含在一种有形存储介质上的程序，该程序包括可执行指令以：

识别由一个无线终端接收的一个信号是来自一个中继器；

获得所述中继器的一个位置；以及

如果不能获得该终端的更精确的位置估计，提供所述中继器的位置作为所述终端的一个位置估计。

21.一种在一个带中继器的无线通信网络中的设备，包括：

一个存储单元，可存储一个在该网络中的该中继器的信息的数据库；以及

一个处理器，可识别由一个无线终端接收的一个信号是来自一个中继器，从所述数据库获得所述中继器的一个位置，以及如果不能获得该终端的更精确的一个位置估计提供所述中继器的位置作为所述终端的位置估计。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述数据库包括在所述网络中的至少一个中继器的每个的位置和位置不确定度。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述处理器进一步可获得所述中继器的位置不确定度以及如果不能获得该终端的更精确的位置估计，提供该位置不确定度作为所述终端的位置估计的不确定度。

24.一种用于在一个带中继器的CDMA通信网络中进行位置确定的方法，包括：

识别由一个无线终端接收的至少一个信号的每个的发射机是中继器或基站；以及

如果一个信号来自一个识别的中继器，同时如果不能获得该终端的更精确的一个位置估计或如果认为该终端处于一个室内环境，那么提供该识别的中继器的位置作为所述终端的位置估计。

25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：

如果所述识别的中继器的接收信号强度超过一个阈值，提供该识别的中继器的位置作为所述终端的位置估计。

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