CN102405418A - 网络自主无线定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种网络自主无线定位系统(NAWLS)被设计成在没有互连到局部无线通信网络的情况下以及在局部无线通信网络的最小中断的情况下允许移动设备(例如，蜂窝电话)的精确定位。使用分布式无线电网络监视器(RNM)和管理的网络仿真器(NE)，移动设备被采样、获取或捕获。一旦由RNM或NE触发，不受限无线定位系统(U-WLS)就用于计算精确的位置。包括移动接收机站点的U-WLS利用各种基于网络的以及基于手持通话器的无线定位技术，取决于部署选择，每个移动接收机站点能够自定位，与NAWLS的其它组件交换信息，以及接收或交换来自移动设备的信号。此外，NAWLS包括使U-WLS、NE和RNM互连的数据链路。

Description

网络自主无线定位系统
交叉引用
本申请要求在2009年4月22日提交的美国申请号12/428,325的优先权，其内容特此通过引用被并入本文。
本申请就主题来说与在2005年8月8日提交的题为“Geo-Fencing in aWireless Location System”的美国申请号11/198,996有关，美国申请号11/198,996是在2005年6月10日提交的题为“Advanced Triggers forLocation Based Service Applications in a Wireless Location System”的美国申请号11/150,414的继续，美国申请号11/150,414是在2004年1月29日提交的题为“Monitoring of Call Information in a Wireless Location System”的美国申请号10/768,587的部分继续，美国申请号10/768,587现在是美国专利号7,167,713，是在2001年7月18日提交的题为“Monitoring of CallInformation in a Wireless Location System”的美国申请号09/909,221的继续，美国申请号09/909,221现在是美国专利号6,782,264B2，是在2000年3月31日提交的题为“Centralized Database for a Wireless LocationSystem”的美国申请号09/539,352的部分继续，美国申请号09/539,352现在是美国专利号6,317,604B1，是在1999年1月8日提交的题为“Calibration for Wireless Location System”的美国申请号09/227,764的继续，美国申请号09/227,764现在是美国专利号6,184,829B1。
技术领域
本发明大体上涉及用于定位无线设备的方法和装置，无线设备也称为移动台(MS)，例如在模拟或数字蜂窝系统、个人通信系统(PCS)、增强型专用移动无线电(ESMR)以及其它类型的无线通信系统中使用的那些移动台。更具体地，但不是排他的，本发明涉及在没有连接到基础无线通信网络的情况下定位移动设备。
背景
本发明的目的是提供能够识别和定位移动设备的专设(ad hoc)网络自主无线定位系统(NAWLS)。这些网络自主系统将优选地被用于法律实施和灾难恢复的目的以获取MS标识符，例如TMSI、IMEI以及IMSI(也就是，分别为临时移动用户识别码、国际移动台设备识别码，以及国际移动用户识别码)，并定位所识别的移动设备。本申请的主题涉及在无线定位和其它相关的领域中的各种系统。该“背景技术”在下面被简要概括。
基于网络的无线定位系统
基于网络的无线定位系统(WLS)在过去被部署为覆盖网络或集成到无线网络基础设施中。这些“网络内”解决方案允许在商业无线网络中的移动设备的位置确定和广域监视。虽然“网络内”解决方案提供强大的智能和法律实施能力，但它并不总是可能具有到所关注的网络的硬线连接，因为无线网络使用不兼容的信令传输，缺乏必要的触发-任务分配-供应接口，或简单地，是非合作的。然而，“网络内”定位解决方案的许多定位能力可在没有到所关注的无线网络的硬线连接的情况下获得。
早期的基于网络的WLS的一个实例在1994年7月5日提交的美国专利号5,327,144“Cellular Telephone Location System”中被描述。TruePosition公司的专利描述了用于记录一个或多个移动蜂窝电话的位置的蜂窝电话定位系统。所公开的系统包括三个或多个小区站点系统，每个小区站点系统位于蜂窝电话系统的小区站点处。每个小区站点系统包括天线，其可被安装在同一塔上或构造为由蜂窝电话系统以及可容纳在相应的小区站点的设备外罩内的设备采用的天线。小区站点系统经由T1通信链路耦合到中央站点。中央站点可与蜂窝电话系统的MTSO并置。中央站点还被耦合到数据库，其可定位成远离中央站点并对用户是可用的。
另一甚至更早期的实例在由本申请人拥有的1988年3月1日提交的美国专利号4,728,959“Direction Finding Localization System”中被描述。该专利描述了使无线电信号的相角差对城市环境中内在的信号失真的相对不敏感性与数字信号处理技术结合来产生定位在蜂窝电话网络中的移动电话的准确和经济的方式的系统。表示移动发射机站的方向离多个地面站的每个的角的相角测量被获得并被处理以产生概率密度函数。概率密度函数被组合以产生代表移动发射机站的位置的不确定的区域。
具有移动LMU的无线定位系统
TruePosition公司所拥有的在2006年12月27日提交的公布的专利申请US20080158059A1“Portable，Iterative Geolocation of RF Emitters”公开了通过使用TDOA的固定RF发射机的迭代地理定位可包括单个便携式地理定位传感器、一对便携式地理定位传感器和三个或多个便携式地理定位传感器的使用。将便携式地理定位传感器添加到迭代过程减少了对待定位的信号的约束，以及提供获得提高的定位准确度所需的迭代的数量的减少。
高级触发器和地理围栏
TruePosition公司所拥有的在2005年8月8日提交的公布的专利申请US20060030333A1“Geo-fencing in a Wireless Location System”公开了由WLS采用的用于定位在由无线通信系统服务的地理区域中操作的无线设备的方法。示例性方法包括界定地理围栏区域。该方法然后包括监控无线通信系统的一组预先确定的信令链路，以及检测移动设备已关于地理围栏区域执行了以下行为的任一个：(1)进入地理围栏区域，(2)退出地理围栏区域，以及(3)出现在地理围栏区域附近的预先确定的接近度范围内。高准确度定位功能然后可被触发，以便确定移动设备的地理位置。在该申请中，改变运营商网络的信标设置的方法被描述为产生地理围栏区域用于检测和定位GSM和UMTS移动设备的方式。从根本上，使用联网接收机技术定位移动发射机不需要与网络的物理/有线连接。只要地理上分布的接收机可确定它们自己的三维位置以及它们自己的三维速率——如果是移动的，同时它们获取和收集所关注的信号(SOI)，则发射移动设备就可被定位。因此，以下在此描述的类型的网络自主结构提供与所关注的网络的“仅无线”连接的方便性及便携式和移动操作的次要优点，因为不需要硬线网络连接。与网络内无线定位解决方案比较，为这个方便性付出的代价是附加的硬件和软件。
TruePosition公司所拥有的在2005年6月10日提交的公布的专利申请US20060003775A1“Advanced Triggers for Location-based ServiceApplications in a Wireless Location System”公开了一种示例性方法，其包括监控无线通信系统的一组信令链路，以及检测在至少一个预先确定的信令链路上发生的至少一个预先确定的信令交易。然后，响应于至少一个预先确定的网络交易的检测，至少一个预先确定的定位服务被触发。
使用下行链路接收机的自动化配置
TruePosition公司所拥有的在2006年12月1日提交的公布的专利申请US20080132247A1“System For Automatically Determining CellTransmitter Parameters To Facilitate The Location Of Wireless Devices”描述了用于定位无线设备的技术，该技术包括MS对在无线网络内的地理上分布的基站所传输的信号进行测量。如果关于这些发射机的一些关键站点信息例如发射机位置、发射信号功率、信号传播以及发射信号定时是已知的，则这些发射信号通过MS的测量可用于确定MS的位置。提出了检测发射机、识别关键发射机信息以及利用基站发射信号来执行定位的自动方法。此外，该系统促进作为多个无线网络的部分的小区站点发射信号的使用。
TruePosition公司所拥有的在2006年12月27日提交的公布的专利申请US20080132244A1“Subscriptionless Location Of Wireless Devices”描述了无线定位技术，其包括无线设备对在无线网络内的地理上分布的基站所传输的信号进行测量。如果关于这些发射机的一些关键站点信息例如发射机位置、发射信号功率、信号传播以及发射信号定时是已知的，则这些发射信号通过待定位的设备的测量可用于确定设备的位置。在该实例中，在设备和定位节点之间的所有信息交换由数据链路促进，该数据链路不是由提供在定位估计过程中使用的信号的无线网络提供的。因此，设备可基于由设备进行的下行链路信号测量而被定位，其中设备不是无线网络的部分，不是由网络提供的无线服务，且没有将信号发送到无线网络的能力，以及其中无线网络的通信资源不会被消耗来促进定位。
IMSI捕集器
2003年9月7日公布的Frick等人的欧洲专利EP1051053“Method ForIdentifying A Mobile Phone User Or For Eavesdropping On Outgoing Calls”公开了用于使用虚拟基站收发站(VBTS)和仪表化测试移动电话来识别在GSM无线电通信网络中的MS的方法。该方法要求VBTS和测试移动电话与目标移动电话极接近以获取与目标移动电话相同的广播信道(BCCH)信息。VBTS使用所获取的BCCH信息来模拟BTS而不是目前服务于MS的BTS。使用新的定位区域代码(LAC)来检测新的更高功率信标的MS然后执行对VBTS的定位更新，允许早已存在的TMSI、IMEI和IMSI被收集。
在2006年7月17日提交的Pridmore等人的美国专利申请序列号11/996,230“Acquiring Identity Parameters by Emulating Base Stations”公开了通过模拟多个基站来获取多个GSM或双模GSM/UMTS设备的识别码(早已存在的TMSI、IMEI、MS-ISDN和IMSI)的方法。
虽然以上描述的方法和系统允许移动设备的识别码的收集，但适合于识别和定位GSM或双模GSM/UMTS设备同时智能地最小化局部无线通信网络的中断的广域系统没有被公开。虽然在EP1051053中描述的系统可由于需要极接近于被询问的MS而拥有被询问的移动设备的位置，在申请11/996,230(Pridmore等人)中的系统将覆盖区域扩大到多小区区域，增加了干扰的影响，但然后不能比小区/扇区级别更精确地定位被询问的MS；也就是，系统看起来不能够比GSM小区全球标识符(CGI)或UMTS小区识别码(CI)级别更精确地定位MS。
如上面提到的，法律实施和灾难救援人员使用专设网络自主无线定位系统(NAWLS)将是有利的，该定位系统能够在没有局部无线网络运营商的合作的情况下快速地识别和定位移动设备。这类系统将优选地在没有到基础无线电网络的进一步连接的情况下使用标准化无线电消息发送来获取MS标识符，例如TMSI、IMEI、MS-ISDN和IMSI。本申请描述了实现这些目标的系统。
概述
以下概述旨在提供在此描述的发明性系统和方法的综述。该概述决不是用来限制出现在本说明书的结尾处的权利要求的保护范围。
本发明的实施方式通常规定经由无线电消息发送来在无线网络中使用移动设备定位收集移动设备特有和用户特有的信息——包括临时和永久标识符，而不需要到局部无线网络的物理或有线连接。例如，使用包括与一个或多个网络仿真器(NE)收发机耦合的一组地理上分布的接收机和移动定位服务器的网络自主不受限WLS，移动GSM和多模移动设备的识别和定位可在没有到基础通信网络的连接的情况下在广阔的区域上被完成。该同一系统可运行以通过监控无线网络和仿真网络并按需要调整仿真网络传输和参数来最小化局部网络的中断。系统也可被用于生成专设的地理围栏区域，包括静音区，其中用户服务可被限制。例证性实施方式也可用在无线网络的边界区域中以及在无线通信网络覆盖损失或间断的区域中。这些专设的网络可能不需要运营商合作或意识，特别是如果被建立在建筑物内。
在此描述的发明性技术和概念应用于蜂窝频率再使用通信系统。这些系统通常是时分和频分复用(TDMA/FDMA)无线电通信系统——包括广泛使用的全球移动系统(GSM)以及正交频分多址(OFDMA)无线系统(E-TRAN/LTE和WiMAX)，以及码分无线电通信系统例如CDMA(IS-95、IS-2000)和通用移动电信系统(UMTS)，后者也被称为W-CDMA。
本发明的其它特征在下面被描述：
附图的简要说明
上述概述以及以下的详细描述在结合附图阅读时被更好地理解。为了说明本发明的目的，在附图中示出了本发明的示例性结构；然而，本发明不限于所公开的具体方法和工具。在附图中：
图1是不受限无线定位系统的示例性部署。
图2a是在单模(例如，GSM)无线通信网络中的网络组件和接口的方框示意图。
图2b是在多模(例如，GSM、UMTS和LTE)无线通信网络中的网络组件和接口的方框示意图。
图2c是部署有U-WLS、分布式NE以及协同定位的RNM和LMU组件的网络自主无线定位系统的例证性实例。
图3a是用于移动/便携式不受限无线定位系统部署的增强型轮上小区(COW)站点。
图3b是用于航空或混合航空/陆地不受限无线定位系统部署的增强型UAV(侧视图)。
图3c-用于航空或混合航空/陆地不受限无线定位系统部署的增强型UAV(前视图)。
图3d是用于航空或混合航空/陆地不受限无线定位系统部署的增强型UAV(顶视图)。
图4a是用于在定位更新时临时移动设备标识符和位置的被动收集的操作流程图。
图4b是用于在移动设备主叫和被呼时临时移动标识符和位置的被动收集的操作流程图。
图5a是用于临时和永久移动设备和用户标识符以及高准确度位置的主动采样的操作流程图。
图5b是用于临时和永久移动设备和用户标识符以及高准确度位置的主动收集的操作流程图。
图5c是用于临时和永久移动设备和用户标识符以及高准确度定位置的主动获取的操作的流程图。
图6是用于附加的移动标识符的主动收集的操作流程图。
图7是具有RNM和U-BTS的双模GSM/UMTS系统。
图8a是用于活动计划和建模的局部信标位置和信标信息内容的收集的操作流程图。
图8b是用于活动计划和建模的移动网络交易和移动设备标识符以及位置的被动收集的操作流程图。
图8c是用于监控局部无线通信网络和仿真网络以在活动期间用于仿真网络的实时调整和优化的操作流程图。
图9a是用于使用仿真控制信道并基于用户识别码和对仿真网络的接近度来实现选择性的用户服务拒绝的操作流程图。
图9b是用于使用仿真业务信道并基于用户识别码和对仿真网络的接近度来实现选择性的用户服务拒绝的操作流程图。
图10a是支持网络自主专设无线定位的无线定位系统节点、互连和数据库设施的描述。
图10b是在不受限服务移动定位中心处的定位计算资源的描述。
图11是在不受限无线定位系统的暂时控制下使用基于移动的定位技术的操作流程图。
图12是用于经由TDOA、基于移动设备的GNSS技术或TDOA与GNSS混合的移动设备定位的已失效的无线网络的航空轮询的图示。
图13是用于经波束成形的移动设备定位的已失效的无线网络的航空轮询的图示。
图14是被动无线定位系统的方框示意图。
图15是使用在单模GSM无线通信网络中的分布式U-BTS收发站的TOA定位确定的图示。
例证性实施方式的详细描述
GSM基站(BTS)模拟器和仪表化测试移动设备数十年来用于为安全和法律实施机构提供在极接近GSM BTS模拟器处快速采样(询问和识别移动设备)的方法。由于与局部无线通信网络的干扰和移动设备定位的损失，该技术被证明对按比例放大到较大的区域是不合适的。
通过使用具有定位能力的一组分布式接收机，而没有与局部通信网络的连接(不受限无线定位系统和无线电网络监视器的基础)，其中局部通信网络与GSM基站模拟器收发机(网络仿真器)一起形成网络自主无线定位系统(NAWLS)，广阔的地理区域可被询问。因为接收机可接收和定位局部无线通信网络基站，发射信息元件以及GSM基站模拟器的发射功率可被调整以在优化所使用的广播功率时最小化干扰。此外，通过调整发射信息，移动采样的速率可通过平衡采样网络能力同时最小化通信网络影响来优化。
作为最小化对无线通信网络的影响的结果，新的应用成为可用的。如果NAWLS对移动台采样并然后将移动台收集到仿真网络，主动局部选择性服务控制可被完成。如果需要持续的跟踪，NAWLS通过将移动设备放置在静音业务信道上来采样、收集和保护移动设备，导致对无线定位系统的服务拒绝和持续的可视性。
主动局部选择性服务控制定位和跟踪能力也可使用板载移动设备定位能力例如GPS、EOTD或OTDOA以及其它技术来完成，WLS和移动设备通过仿真网络的无线电连接而合作。可选地，如果需要完全被动的采样系统，不受限(网络自主的)WLS(U-WLS)可被用于执行实时定位并记录空中无线电数据用于以后分析和提取加密的和未加密的移动设备识别信息。
U-WLS可以在多个形式中实现，取决于可用的资源和定位服务质量要求。在被动的基于网络的无线定位系统中，移动设备以标准方式操作以向无线网络注册，进行和接收呼叫，发送和接收消息并发起或连接到数据会话。对移动设备的电路或软件的变化对基于网络的无线定位系统的操作不是必需的。
在主动的基于网络的无线定位系统中，移动设备以标准方式操作以向无线网络注册，进行和接收呼叫，发送和接收消息并发起或连接到数据会话。这里再次，对移动设备的电路或软件的变化对基于网络的无线定位系统的操作不是必需的。然而，无线电消息发送可被发送或与移动设备交换以引起响应。该响应可包括移动设备的重新注册、页面响应、移动设备在控制信道(或控制信道组)上的放置、和/或移动设备在业务(语音或数据)信道上的放置。(见2000年8月1日的美国专利号6,097,336“Methodfor Improving the Accuracy of a Wireless Location System”)。
基于网络的无线定位系统的触发和任务分配被标准化以用于紧急服务(J-STD-036“Enhanced wireless 9-1-1 phase II”)和商业服务(用于GSM的3GPP TS 43.059“Functional stage 2 description of Location Services(LCS)in GERAN”以及用于UMTS的3GPP TS 25.305“User Equipment(UE)positioning in Universal Terrestrial Radio Access Network(UTRAN)；Stage2”，LTE定位在本申请时还没有被标准化)。
触发指的是发起定位估计的事件(例如在被叫号码中的一串被拨的数字的识别)。对于无线电和网络触发事件以及相关信息的描述，见例如美国专利申请序列号11/150,414“Advanced Triggers for Public SecurityApplications in a Wireless Location System”以及美国专利申请序列号6,119,000 Method And Apparatus For Tracking Identity-Code Changes In ACommunications System”。
任务分配包括将网络和无线电信息传递到基于网络的WLS，该WLS需要使用基于功率的测距定位估计来计算低准确度小区-ID或开始对到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角(AoA)或TDOA/AoA混合定位估计使用在服务区域中的地理上部署的接收机(LMU)。对于具有板载定位能力的移动设备，U-WLS可通过模拟各种服务器来收集来自手持通话器的定位信息以支持增强型小区ID(ECID)、增强型观测时间差(EOTD)、观测到达时间差(OTDOA)、全球导航卫星系统(GNSS)定位、辅助GNSS定位以及混合的基于手持通话器/网络的定位。GNSS系统的当前功能实例是导航星全球定位系统(GPS)。
图1
图1示出了使用增强型轮上小区站点(COWS)的专设网络实现的U-WLS的例证性实施方式。移动设备101被示为将上行链路信号102发送到服务小区103。虽然该上行链路信号是低功率的以便最小化与其他局部小区站点104的干扰，但可由局部U-WLS接收站点105检测。在宽带系统(例如IS-95、IS-2000以及UMTS)中，服务小区可以是使用扩展频谱系统的软的和较软的切换能力的多个小区。
在该实例中，U-WLS使用GNSS星座107来提供无线电信号以为每个U-WLS接收站点105确定精确的位置、定时和速度(U-WLS接收机也被称为无线电网络监视器(RNM)接收机、定位测量(LMU)接收机和不受限BTS(U-BTS)收发机)。也可使用其它时间和频率稳定定时资源例如高清电视(HDTV)或为特定目的建造的精确定时无线电广播或甚至有线系统来代替或补充GNSS接收机。在该实例中，U-WLS经由通信卫星106使用节点间信令。节点间信令可使用其它无线电分组数据系统，其作为例子包括商业无线数据系统、未使用的无线电波段、未许可的频谱无线电传输或甚至光波段传输。
航空组件108可被使用来在U-WLS站点之间提供非卫星无线电中继服务、提供机载成像，或甚至用作向U-WLS网络提供扩展的覆盖和三维分集的U-WLS平台。(见2008年9月23日的美国专利号7,427,952“Augmentation Of Commercial Wireless Location System(WLS)With MovingAnd/Or Airborne Sensors For Enhanced Location Accuracy And Use OfReal-Time Overhead Imagery For Identification Of Wireless DeviceLocations”)。航空组件——不管是无人驾驶飞机、轻型飞机、小型飞船、气球还是直升飞机——的使用在示例性系统中是可选的。然而，U-WLS根据所期望的部署配置可以是完全基于航空的。
图2a
图2a描述了网络自主无线定位系统的部署的示意图。所示为功能组件以及有线和无线互连。在图2a中，单个无线电空中接口(例如，GSM)类型的使用被描绘。
移动设备201(也被称为移动台(MS)，用户设备(UE)或手持通话器)能够经由无线电空中接口202与局部无线通信网络(WCN)203通信。无线电空中接口202包括上行链路和下行链路通信信道，如在用于无线电空中接口类型的互操作标准集中定义的(例如，GSM无线电空中接口(Um接口)由欧洲电信标准协会(ES TI)定义，并且现在在ETSI的授权下由第三代合作伙伴计划(3GPP)修改)。
局部无线通信网络(WCN)203包括无线电接入网络(RAN)204和核心网络(CN)205。无线电接入网络(RAN)204在移动设备201和核心网络(CN 205)之间提供无线电信令202。CN 205管理移动性管理和在移动用户之间以及在移动和固定网络(陆上线路)用户之间的呼叫的转换。RAN 204和CN 205共同组成无线通信网络(WCN)203，其使用转换(转换的电路)和路由(转换的分组)以及包括基于定位的服务的各种电信服务来给移动设备201提供通信连接。
RAN 204、CN 205和其它外部有线和无线网络的互连(未示出)如在国家和国际电信互操作标准中定义的。
NAWLS 206包括三个功能节点：网络仿真器(NE)207、不受限无线定位系统(U-WLS)208以及无线电网络监视器(RNM)209。前面提及的功能节点可被物理地或电子地组合。
NE 207包括一个或多个地理上分布的不受限基站(U-BTS)以及控制功能，并提供独立的无线通信网络，其按需要模拟RAN和CN网络(例如GSM基站子系统(BSS)和GSM网络交换子系统(NSS))。U-BTS的现有实例为Rhode Schwartz GA900测试基站。NE 207提供仿真空中接口210，其包括用于主动采样、获取或捕获移动设备201的广播信标(在GSM中的BCCH)。在业务/数据信道分配对识别、定位移动设备201或使移动设备201静音是必要的情况下，NE 207提供的空中接口210在单独移动设备的基础上也可包括具有到移动设备201的移动上行链路以及伴随的下行链路的一组双工信道。NE 207将用于定位发起和接收机调谐的触发和任务分配信息提供到U-WLS。NE 207也执行管理功能，协调NAWLS的活动。
U-WLS 208提供基于网络的上行链路到达时间差(U-TDOA)、到达角(AoA)和/或TDOA/AoA混合定位技术以使用上行链路移动传输来定位移动设备201，这类上行链路传输可以在WCN提供的空中接口202上或在仿真空中接口210上。U-WLS 208也为基于手持通话器的定位技术例如增强型观测时间差(E-OTD)、观测到达时间差(OTDOA)以及A-GNSS(辅助全球导航卫星系统，例如U.S.AF导航星全球定位系统)提供定位服务器容量和功能。U-WLS 208也可使用混合技术例如U-TDOA/A-GNSS来优化定位。
U-WLS 208经由数字数据链路213连接到NE 207。数字数据链路213由NE 207使用以触发U-WLS 208来执行定位。数字数据链路213也由U-WLS使用以通知NE 207定位已被完成(成功或失败，原因代码)，附加功率被需要来定位移动设备201，RAT间切换被需要，和/或到业务信道的分配被需要。数字数据链路213可包括无线连接。数据链路213也可由U-WLS 208和NE 207使用以使用存在于移动设备201上的板载定位技术(EOTD、GPS、OTDOA、A-GPS等)并使用移动设备的内置定位技术来发展定位。
无线电网络监视器(RNM)209是被动的软件定义的无线电接收机，其能够从移动设备201、RAN 204和/或NE 207接收上行链路和下行链路传输(包括广播)。RNM 209可以用各种方式例如分立的一组窄带或宽带接收机来部署，可与地理上分布的U-WLS 208的接收机协同定位，可与网络仿真器的不受限基站(U-BTS)收发机协同定位或可被合并到接收机或收发机中以利用共享电路和天线。
RNM 209的早期版本在例如2005年6月10日提交的TruePosition的美国专利申请11/150,414“Advanced Triggers for Location-based ServiceApplications in a Wireless Location System”中被描述。
RNM 209经由数字数据链路214连接到U-WLS 208，允许RNM 209给U-WLS 208分配任务以定位在网络交易中涉及的移动设备201。数字数据链路214可包括无线连接。网络交易包括用于移动设备主叫、移动设备被呼、定位更新、小区改变命令、任何时间询问(AnyTimeInterrogation，专门的寻呼)、SMS发起以及SMS终止的消息。
RNM 209经由数字数据链路215连接到NE 207，允许RNM 209向NE 207通知WCN无线电空中接口202的设置，例如所接收的信标(例如，BCCH)频率、功率级别和信息内容。数字数据链路215可包括无线连接。RNM 209也可监控具有仿真BCCH下行链路以及仿真上行链路和下行链路控制和业务信道的NE 207提供的仿真无线电空中接口210，以检测干扰并使NE 207部分地或在任何一个或一组上行链路和下行链路信道上减少广播无线电功率级别和减少在无线电空中接口210中使用的功率。
RNM 209也可触发U-WLS以基于预先编程的触发器来执行定位估计，如在2005年6月10日提交的TruePosition的美国专利申请11/150,414“Advanced Triggers for Location-based Service Applications in a WirelessLocation System”中详细说明的。
图2b
图2b描述了在多模情景下网络自主无线定位系统的部署的示意图，其中多个空中接口(例如GSM和UMTS、GSM和LTE、或具有UMTS和LTE的GSM)对于移动设备201是可用的。所示为功能组件以及有线和无线互连。
移动设备201为(也称为移动台(MS)、用户设备(UE)或手持通话器)能够通过使用第一无线电空中接口202或第二无线电空中接口211与局部无线通信系统(WCN)203通信。第一和第二无线电空中接口202、211包括上行链路和下行链路通信信道，如在用于无线电空中接口类型的互操作标准集中定义的(例如，GSM无线电空中接口(Um接口)最初由欧洲电信标准协会(ESTI)开发，以及UMTS(Uu接口)和LTE空中接口都由第三代合作伙伴计划(3GPP)开发)。
局部无线通信网络(WCN)203包括无线电接入网络(RAN)204和核心网络(CN)205。无线电接入网络(RAN)204在移动设备201和核心网络(CN 205)之间提供无线电信令202。CN 205管理移动性管理和在移动用户之间以及在移动和固定网络(陆上线路)用户之间的呼叫的转换。RAN 204和CN 205共同组成无线通信网络(WCN)203，其使用转换(转换的电路)和路由(转换的分组)以及包括基于定位的服务的各种电信服务来给移动设备201提供通信连接。
RAN 204、CN 205和其它外部有线和无线网络的互连(未示出)如在国家和国际电信互操作标准中定义的。
NAWLS 206包括三个功能节点：网络仿真器(NE)207、不受限无线定位系统(U-WLS)208以及无线电网络监视器(RNM)209。前面提及的功能节点可以在硬件中被组合或组合为共享公共计算和无线电硬件的软件应用。
NE 207提供独立的无线通信网络，其模拟RAN和CN网络(例如GSM基站子系统(BSS)和GSM网络交换子系统(NSS))。NE 207提供第一仿真空中接口210和第二仿真空中接口212，其都包括用于主动采样、获取或捕获移动设备201的广播信标(在GSM中的BCCH、在UMTS中的BC、在LTE中的BCCH)。在业务/数据信道分配对识别、定位移动设备201或使移动设备201无声是必要的情况下，NE 207提供的第一仿真空中接口210在单独移动设备的基础上也可包括具有到移动设备201的移动上行链路以及伴随的下行链路的一组双工信道。NE 207也执行管理功能，通过控制器的集中式或分布式网络来协调NAWLS的活动。作为无线网络运行的NE 207也可基于网络交易来提供用于移动设备定位的触发器。
NE 207可被设置成触发呼叫连接事件或无线电接口事件(被认为是‘网络交易’)。这些事件可包括单个消息或一系列消息，每个消息涉及呼叫连接或无线电事件。对于用作例证性实例的单模GSM网络和移动设备，这些事件包括：(1)网络测量报告被接收，(2)移动设备发起的呼叫被发出，(3)移动设备终止的呼叫被接收，(4)移动设备发起的SMS被发送，(5)移动设备终止的SMS被接收，(6)切换(开始)，(7)切换(完成)，(8)定位更新，(9)RF信道分配，(10)IMSI附加，(11)IMSI分离，(12)移动设备发起的呼叫断开(13)移动设备终止的呼叫断开，以及(14)识别设备响应，(15)呼叫失败。
U-WLS 208提供基于网络的到达时间(TOA)、上行链路到达时间差(U-TDOA)、到达角(AoA)和/或各种基于网络的定位技术的混合以使用在WCN提供的空中接口202、211或仿真空中接口210、212上进行的上行链路移动传输来定位移动电话201。U-WLS 208也为基于手持通话器的定位技术例如增强型观测时间差(E-OTD)、观测到达时间差(OTDOA)以及A-GNSS(辅助全球导航卫星系统，例如U.S.AF导航星全球定位系统)提供定位服务器容量和功能。U-WLS 208也可使用混合技术例如U-TDOA/A-GNSS来优化定位。
U-WLS 208经由数字数据链路213连接到NE 207。数字数据链路213由U-WLS使用以通知NE 207定位已被完成(成功或失败，原因代码)，附加功率被需要以定位移动设备201，RAT间切换被需要，和/或到业务信道的分配被需要。数字数据链路213也由NE 207使用以在一些情况下(例如当移动识别码为触发器时，或当切换被执行时)触发U-WLS 208来执行定位。数字数据链路213也可包括无线连接。数据链路213也可由U-WLS 208和NE 207使用以使用存在于移动设备201的板载定位技术(EOTD、GPS、OTDOA、A-GPS等)，并使用移动的内置定位技术来发展定位。基于移动设备的技术可与基于网络的技术组合以为了更大的定位准确度和/或收益确定混合定位估计。
无线电网络监视器(RNM)209为被动的软件定义的无线电(SDR)接收机，其能够从移动设备201、RAN 204和/或NE 207接收上行链路和下行链路传输(包括广播)。RNM 209可以用各种方式例如分立的一组接收机来部署，可与地理上分布的U-WLS接收机协同定位，可与网络仿真器的不受限基站(U-BTS)收发机协同定位或可被合并到接收机或收发机中以利用共享电路和天线。
RNM 209的早期版本在例如2005年6月10日提交的TruePosition的美国专利申请11/150,414“Advanced Triggers for Location-based ServiceApplications in a Wireless Location System”被描述，其作为可用的无线电和网络交易触发机制。
无线电网络监视器(RNM)209允许无线定位系统在上行链路和下行链路上被动地监控在移动电话和BTS之间的业务。对于用作例证性实例的单模GSM网络和移动设备，作为位于所关注的区域内的宽带接收机或一组窄带接收机实现的RNM 209扫描和发现或预置有频率、时隙、代码和/或跳频序列，以为所关注的消息监控随机接入信道(RACH)、接入允许信道(AGCH)和控制信道(在GSM/GPRS中的SDCCH)。因为在该实施方式中RNM 209没有解密加密的信息的能力，所关注的GSM消息交易将被限制为：(1)呼叫发起，(2)呼叫终止，(3)短消息服务(SMS)发起，(4)SMS终止，(5)定位更新请求，以及(6)识别码请求。
无线设备可通过RNM 209的使用通过接收在来自BTS的下行链路传输上的接入允许信道(AGCH)并访问包含在其中的消息发送信息来在没有到无线载体的基础设施的物理连接的情况下被定位，该信息包括时间提前量(TA)、信道参考号和帧号。该信息通过从BTS的下行链路传输检测、解调和解码未加密的AGCH来获得。这被用作用于无线定位系统的网络自主触发器，使它能够通过在SDCCH上从移动设备接收随后的上行链路传输来定位具有UTDOA的无线设备。无线设备的位置也可使用CGI+TA来估计，虽然比UTDOA或AoA有小得多的准确度。CGI+TA可以使用来自AGCH的其它信息以及关于无线网络的其它先验信息来改进。解调和解码来自移动设备的初始SDCCH传输将提供关于移动设备的识别信息，特别是TMSI或IMSI。如果译成密码不能在无线网络中实现，来自无线设备的SDCCH传输的进一步解调和解码将提供其它识别信息，例如IMEI、MSISDN以及主叫号码或被叫号码。
RNM 209经由数字数据链路214连接到U-WLS 208，允许RNM 209给U-WLS 208分配任务以定位在网络交易中涉及的移动设备201。数字数据链路214可包括无线连接。网络交易包括用于移动设备主叫、移动设备被呼、定位更新、小区改变命令、任何时间询问(专门的寻呼)、SMS发起以及SMS终止的消息。
RNM 209经由数字数据链路215连接到NE 207，允许RNM 209向NE 207通知WCN无线电空中接口202的设置，例如所接收的信标(例如，BCCH)频率、功率级别和信息内容。数字数据链路215可包括无线连接。RNM 209也可监控具有仿真信标下行链路以及仿真上行链路和下行链路控制和业务信道的NE 207提供的仿真无线电空中接口210、211，以检测干扰并使NE 207部分地或在任何一个或一组上行链路和下行链路信道上减少广播无线电功率级别和减少在仿真无线电空中接口210 211中使用的功率。
图2c
图2c描述了部署有不同的子系统的NAWLS的例证性实例，其包括具有分布式网络仿真器(NE)网络以及协同定位的无线电网络监视器(RNM)和定位测量小区(LMU)组件的不受限无线定位系统。
在该示例性部署配置中的U-WLS 208包括多个被动接收机(也称为定位测量小区(LMU))217、服务移动定位中心(SMLC)219和集中式数据库220。在该图2c的实例中，U-WLS 208也包含与LMU 217协同定位的无线电网络监视器(RNM)209的接收机。LMU 217包括地理上分布的接收机的网络。这些LMU的早期实施方式(在早期TruePosition的美国专利中以前称为信号收集系统)在2001年7月24日提交的TruePosition的美国专利6,266,013“Architecture For A Signal CollectionSystem Of A Wireless Location System”中被详细说明。LMU具有上行链路(移动设备到基站)和下行链路(基站到移动设备)无线电监控能力。LMU包括无线电定时接收机或用于精确的时间同步的高度准确的内部时钟。
分布式RNM 209在这里被示为包括在LMU硬件和软件中并使用由LMU 217提供的上行链路和下行链路通路和相关的天线。在LMU 217和RNM 209之间的互连(在该部署选择中)经由数字数据链路225产生，数字数据链路225可为有线的或无线的。
可选地，RNM 209可为单独的系统并由有线或无线数据链路214互连，如在图2a和2b中所示的。
地理上分布的RNM 209在TruePosition的美国专利申请序列号11/150,414“Advanced Triggers for Public Security Applications in a WirelessLocation System”中被介绍和详细说明。在图2c的示例性系统部署中，RNM209提供上行链路(移动设备到网络)和下行链路(网络到移动设备)宽带监控能力。RNM监控能力被用于检测移动设备发起的传输、WCN发起的传输和NE发起的传输。RNM 209被动监控能力可被用于经由基站广播传输来检测和定位局部无线电接入网络(RAN)204例如局部GSM、CDMA、UMTS和/或LTE网络的基站，如在2007年11月30日提交的美国专利申请11/948,244“Automated Configuration of a Wireless LocationSystem”中详细说明的。
在图2c的实例中，SMLC 219被示为经由无线或有线数字数据链路221连接到LMU 217的一组处理器。在其它实现中，由有线或无线电互连所互连的多个分布式SMLC处理器是可能的。SMLC 219一般与集中式数据库220协同定位。数据库220在2001年11月13日提交的美国专利6,317,604“Centralized Database System For A Wireless Location System”和美国专利申请11/948,244“Automated Configuration of a Wireless LocationSystem”中被给出进一步的细节。
在GSM无线电接入网络中运行的LMU和SMLC的标准化操作在3GPP技术标准43.059“Functional stage 2 description of Location Services(LCS)in GERAN”中被详细地说明，以及在UMTS无线电接入网络中的操作在3GPP技术标准25.305“Stage 2 functional specification of UserEquipment(UE)position ing in UTRAN”中被详细地说明。对基于OFDM的长期演进(LTE)的3GPP标准成果在此申请时仍然在发展中。
为了克服完全被动的网络自主系统的限制，在图2c的示例性系统中描述的NAWLS系统也实现网络仿真器(NE)207。网络仿真器的实施方式可包括一个或多个不受限基站收发站(U-BTS)224和容纳在计算机服务器上的管理实体(ME)223。U-BTS 224在局部RAN 202中模拟蜂窝基站的无线电空中接口以暂时吸引移动设备201并激发允许移动设备定位和识别的通信。在U-BTS 224和ME 223不共享电路的情况下，ME 223在整个有线或无线数据链路222中预备、启动和以其它方式控制U-BTS224。ME 224也从越过有线或无线数据链路213推进的SMLC 219收集定位信息。正是ME 223服务器托管需要移动设备定位和/或识别的(在NAWLS)外部的定位应用或与定位应用相互作用。
因为来自移动设备201的上行链路无线电传输将暂时在NE 207的控制下，ME 223可查询和收集移动设备识别码信息，例如国际移动台标识符(IMSI)、国际移动设备标识符(IMEI)和移动用户国际服务数字号(MS-ISDN)。ME 223也可控制与移动设备201的通信，允许SMLC 219对各种基于移动设备的定位技术作为定位服务器起作用。
图3-a-b-c-d
在图3a中，增强型COW 105被描述。COW(或轻型卡车上小区)平台301是可容易得到的，并用于在无线通信网络中提供专设的覆盖或容量。COW 105包含不受气候影响的有效载重舱302以容纳电子电路(其包括LMU 205并可包括SMLC 206的组件)以及基于地面的NAWLS单元105的功率存储或生成组件。COW 301拥有GNSS(例如，GPS)接收机303，其用于确定允许在静止或移动时使用的COW的位置和速度。可使用其它时间和频率稳定的定时源例如高清电视(HDTV)或为特定目的建造的精确的定时无线电广播系统来代替或补充GNSS接收机。天线系统304(被示为可伸缩的两桅杆配置)允许装有COW的LMU 205接收来自无线通信系统(WCS)的上行链路和下行链路信令。回程链路由回程天线305创建和保持。在该实例中，回程天线305提供卫星中继微波数据链路。局部通信系统(例如，VHF无线电)天线306可被用于在COW单元之间的语音介导协调或低比特率单元间通信。
为了提供扩展的覆盖区域，为了加速LMU接收机的部署，为了提供3维分集或为了充当机载中继器，NAWLS可部署有航空组件108。图3b示出了在无人驾驶飞机(UAV)机身309上实现的机载NAWLS节点108的实例的侧视图，虽然航空NAWLS节点108的部署也可使用各种有人驾驶的或无人驾驶的航空器——包括轻型飞机、气球或小型飞船——完成。如同基于地面的NAWLS 105一样，航空NAWLS节点108包括在此被显示在装入了电子设备有效载重舱302的气动整流装置内的上行链路天线304。上行链路天线304支持无线通信系统的波段和带宽，允许LMU 205(容纳在有效载重舱302内)检测和定位在任何控制和业务信道上的上行链路信令。如同基于地面的NAWLS一样，GNSS接收机303向LMU提供精确的定位、定时以及速度信息。光学传感器308可被用于提供视觉或多频谱影像以帮助所定位的移动设备的搜索者。在多个机载NAWLS组件108、基于地面的NAWLS组件105、SMLC 206以及NAWLS命令和控制功能节点202之间的高数据率数字信令链路由附加的通信天线305提供。局部通信系统(例如，VHF无线电)天线310可被用于与命令和控制实体202的低比特率通信。
图3c示出了基于UAV的航空NAWLS节点310的前视图。该图示出了GNSS接收机天线303和可选的光学传感器封装308。航空NAWLS组件108也支持下行链路接收机天线307以为LMU提供来自局部无线通信系统的广播信息和定时。腹侧设置的电子设备舱302容纳LMU 205和上行链路接收机天线304。
图3d示出了基于UAV的航空NAWLS节点301的顶视图。该图示出了GNSS接收机天线303、下行链路接收机天线307以及数字通信链路天线305(在该实例中，背部安装的天线将为卫星通信收发机，其它天线和配件将被用在其它实现中)。腹侧设置的电子设备舱302容纳LMU 205和上行链路接收机天线304。
虽然被示为地面105或航空108的车上安装的系统，更小的人易携带的或基于背包的NAWLS单元也是可能的。使用分布式天线系统(DAS)的建筑物内或校园系统例如分配由网络仿真器使用的U-BTS无线电信令的漏泄同轴电缆也是部署选择。
图4a-经由SDCCH LU监控的被动定位
图4a示出了在示例性GSM定位更新过程期间用于定位和识别移动设备的过程的例证性实现。
被动网络自主地理定位系统在图14中示出。NAWLS的所关注的区域(覆盖区域)由U-WLS和RNM的部署限制(401)，U-WLS和RNM可被协同定位或以重迭的覆盖分开。RNM被设置成监控局部无线电波段并可在定位更新时触发U-WLS(402)。因为NAWLS覆盖区域可能不包含定位区域(LA)边界或与不同的定位区域邻接，定位更新程序仅被保证来收集在所关注的区域内通电的那些移动设备的移动设备位置和移动设备识别码(403)。使用被动无线定位系统，所关注的区域是被动接收机网络的覆盖区域(403)。对于在所关注的区域内通电的移动设备，移动设备位置可被产生，以及永久的国际移动用户识别码(IMSI)可被获得。
对于漫游到在所关注的区域内的新位置区域的移动设备，移动设备位置可被计算，但识别将在大多数情况下被限制到临时移动用户识别码(TMSI)。
如在图4a中所示的，被动无线定位系统(NAWLS)被部署到所关注的区域及其部署的被动接收机网络，以及无线电网络监视器(RNM)设置成触发对发生在被动发现和监控的上行链路独立专用控制信道(S-DCCH)上的定位更新的定位企图(401)。一旦移动设备开始定位更新交易(402)，RNM就经由SDCCH消息发送来检测交易，并收集在使用中的小区/扇区识别码(在GSM中的小区全球标识符(CGI)、在UMTS中的小区识别码(CI))以及移动设备识别码(IMSI或TMSI)(403)。RNM将所收集的信息传递到定位应用用于评估和存储(404)，同时也给无线定位系统分配任务以基于所收集的服务小区/扇区和RF信道信息来执行控制信道定位。WLS完成高准确度TDOA、AoA或TDOA/AoA混合定位(405)，并将定位估计返回到定位应用用于评估和存储(407)。
在RNM、WLS和定位应用的活动期间，不知道已经被定位的移动设备完成定位更新，并在局部无线通信网络上呈现空闲状态(406)。
图4b-被动MO-MT
图4b示出了在示例性GSM移动设备主叫或被呼事件期间用于定位和识别移动设备的过程的例证性实现。
如在图4b中所示的，被动无线定位系统(WLS)被部署到所关注的区域及其部署的被动接收机网络，以及无线电网络监视器(RNM)设置成触发发生在被动发现和监控的上行链路独立专用控制信道(S-DCCH)上的移动设备主叫和被呼的定位企图(408)。一旦移动设备开始移动设备主叫和被呼并被分配到S-DCCH，RNM就经由SDCCH消息发送来检测交易，并收集在使用中的小区/扇区识别码(在GSM中的小区全球标识符(CGI)、在UMTS中的小区识别码(CI))以及移动设备识别码(IMSI或TMSI)(410)。RNM将所收集的信息传递到定位应用用于评估和存储(404)，同时也提供解调的但仍然加密的上行链路和下行链路消息流的持续馈送。RNM也收集用于给无线定位系统分配任务以基于所收集的服务小区/扇区和RF信道信息来执行控制信道定位的RF信道信息(412)。WLS完成高准确度TDOA、AoA或TDOA/AoA混合定位(412)，其被传递到定位应用或评估和存储。
同时，定位应用解密信道分配消息(415)，允许定位应用给WLS分配任务，WLS然后完成业务信道定位并将新的定位估计返回到定位应用(416)，用于使用所收集的移动设备标识和小区/扇区来评估和存储(417)。
在RNM、WLS和定位应用的活动期间，不知道已经被定位的移动设备继续其会话(414)。
图5a-主动采样
图5a示出了用于在示例性强制性未完成的GSM定位更新过程期间定位和识别移动设备的过程。该过程被称为“主动采样”，其中采样包括对NE的未完成的定位更新的使用，其中移动ID被收集，以及移动设备的当前位置被计算用于检查和数据库存储。
在NE的管理实体组件的控制下的NE的U-BTS无线电收发机组件被用于通过广播嵌有唯一的定位区域代码(LAC)的信标(广播信道和同步)来创建临时地理围栏区域(502)(地理围栏区域由U-BTS的范围或分布式U-BTS的覆盖区域确定)。NE可使用单个U-BTS构造以创建单个地理的地理围栏区域，或多个U-BTS可由管理实体(ME)协调以提供更大的相连的地理围栏区域或多个单独的地理围栏区域。包括部分NE覆盖区域的每个U-BTS可广播唯一的LAC或可以与一个或多个其它U-BTS共享LAC，在NE覆盖区域内生成更小的主动地理围栏。
RNM被设置成在定位更新和唯一的LAC上触发(501)。在某个时间，空闲的移动设备通过移动、通过U-BTS启动或移动设备通电而进入地理围栏区域(503)。移动设备检测新的定位区域(504)以及开始定位更新过程(505)，将U-BTS视为候选的基站以及将网络仿真器(NE)视为局部无线电通信网络。NE继续进行定位更新(506)。
RNM使用具有设置到定位更新的建立原因值的初始随机接入信道(RACH)信道请求、立即分配下行链路消息或通过在独立专用控制信道(S-DCCH)上的随后的定位更新请求来检测定位更新(509)。RNM提取移动设备识别码信息、服务小区、RF信道信息，然后将信息传递到定位应用数据库(510)以及NA-WLS。根据作为NAWLS的部分采用的定位技术(使用基于定时的测距的小区-ID、使用基于功率的测距的小区-ID、TOA、ECID、TDOA、AoA和/或混合)，定位估计被计算(511)。
在定位更新交易期间，NE向移动设备询问识别码信息(507)，以及移动设备使用所请求的识别码来作出响应(508)。(对于关于识别码询问的附加的细节，见图6。)
定位估计和定位错误信息被传递到定位应用用于评估、分析和最终存储(512)。移动设备然后使其定位更新失败，并返回到在完全不知道识别和定位行动被执行的局部WCN上的空闲状态(513)(或完成正常的通电注册)。
图5b-主动获取
图5b示出了用于在示例性强制性完成的GSM定位更新过程期间定位和识别移动设备的过程。该过程被称为“主动获取”，其中获取包括对NE的完成的定位更新的使用，其中移动设备ID被收集，当前位置被计算，以及移动设备在NE而不是局部WCN的控制下分配模拟的或假的控制信道资源，允许随意重新定位和服务拒绝。
如同主动采样一样，NE的U-BTS被用于通过广播嵌有唯一的定位区域代码(LAC)的信标(广播信道和同步)来创建临时地理围栏区域(502)(地理围栏区域由U-BTS的范围或分布式U-BTS的覆盖区域确定)。由于单个U-BTS可被用于创建单个地理围栏区域，或多个U-BTS可由NE的管理实体(ME)协调以提供更大的区域或多个单独的地理围栏区域。
RNM被设置成在定位更新和唯一的LAC上触发(501)。在某个时间，空闲的移动设备通过移动、通过U-BTS启动或移动设备通电而进入地理围栏区域(503)。移动设备检测新的定位区域(504)，并开始定位更新过程(505)，将U-BTS视为候选的基站以及将网络仿真器(NE)视为局部无线电通信网络。NE继续进行定位更新(506)。可选地，NE可被设置成在无线电或网络事件上触发。
RNM使用具有被设置到定位更新的建立原因值的初始随机接入信道(RACH)信道请求或通过在独立专用控制信道(S-DCCH)上的随后的定位更新请求来检测定位更新(509)。RNM提取移动设备识别码信息、服务小区、RF信道信息，然后将信息传递到定位应用数据库(510)以及NA-WLS。根据作为NAWLS的部分采用的定位技术(使用基于定时的测距的小区-ID、使用基于功率的测距的小区-ID、TOA、ECID、TDOA、AoA和/或混合)，定位估计被计算(511)。
在定位更新交易期间，NE向移动设备询问识别码信息(507)，以及移动设备使用所请求的识别码来作出响应(508)。(对于关于识别码询问的附加的细节，见图6。)
定位估计和定位错误信息被传递到定位应用用于评估、分析和最终存储(512)。
移动设备完成定位更新并返回到被注册到网络仿真器而不是局部无线通信网络(WCN)的空闲状态(514)。该注册包括模拟上行链路和下行链路控制信道的分配，这些信道在NE而不是局部WCN的控制下，防止移动设备接收来自局部WCN的消息并允许定位应用经由NE在任何时间触发附加的定位。
图5c-主动捕获
图5c示出了用于通过主动网络仿真器来进行移动设备的服务控制和定位的过程。该过程被认为“捕获”移动设备。捕获包括对NE的完全的定位更新的使用，其中移动设备ID被收集，当前的定位被计算，以及移动设备分配模拟控制信道和业务信道资源以允许持续的定位和服务拒绝。
使用在图5c中详细说明的获取过程，移动设备首先被获取(515)。使用所分配的模拟控制信道和网络仿真器NE的能力，NE经由服务U-BTS寻呼移动设备，并将其放置在业务信道上，而没有响铃或以其它方式警告电话的用户(516)。移动电话调谐到NE提供的业务信道并保持在该信道上，直到从NE的覆盖区域退出、用户挂断电话，或NE释放呼叫(518)。在呼叫的持续时间期间，NE监控用于将请求切换回局部WCN或用于由电话用户拨叫的呼叫(519)。如果拨叫被检测到，NE可播放服务音(例如拥塞音)，使用户终止呼叫。
无论为了什么原因，一旦业务信道被丢失或释放，移动电话就将使用局部WCN执行定位更新(520)。可选地，RNM可被设置成使用局部WCN来检测该定位更新交易，并被动地收集移动设备识别码信息、小区/扇区以及RF信道信息(512)，允许通过WLS的被动定位(522)以及在离开NE的覆盖区域之后的最终的高准确度定位和速度估计。
移动设备使用局部WCN完成其定位更新，并返回到被注册到局部无线通信网络(WCN)的空闲状态(523)。
图6
如果移动设备识别码被定位应用需要(601)且不能通过强迫定位更新来确定，则识别码请求过程被进入。NE(经由服务U-BTS收发机)和移动设备以前建立了双工通信，其中U-BTS模拟GSM基站。NE经由U-BTS在无线电接口上将识别码请求消息发送到移动设备(603)。移动台以识别码响应消息响应于该请求，该识别码响应消息包括MS的国际移动设备识别码(IMEI)和SIM的国际移动用户识别码(IMSI)。无线电网络监视器(RNM)在无线电空中接口上接收和检测识别码响应消息并收集IMEI、IMSI和TMSI(如果是可用的)(605)。U-BTS也接收识别码响应并收集IMEI、IMSI和TMSI(如果是可用的)(606)。NAWLS存储IMEI、IMSI和TMSI(如果在局部存储器中是可用的)(607)，而不考虑源。NAWLS然后将移动设备识别码信息转发到定位应用(608)。可选地，当RNM被用于监控局部无线电波段并为NAWLS提供无线电信道数据时，NE可被设置成在预设的无线电或网络事件上触发NAWLS。
图7-使用NAWLS的多模LTE/GSM/UMTS系统
图7示出了使用GERAN/UTRAN/LTE/GAN网络的简化的例证性网络参考模型(NRM)的结构。该结构最初在3GPP技术报告23.882“3GPP  System Architecture Evolution：Report on Technical Options and Conclusions (Release 8)”中被建立。
在图7中，无线通信网络(WCN)701由移动设备(MD)702、无线电接入网络(RAN)720、核心网络(CN)721组成。WCN 701又被连接到外部交换电路网络718和分组数据网络719。
RAN 720被示为在各种RAN技术之间使用可能的无线电接入技术间切换的多模系统。
使用Um无线电接口703的GSM RAN技术由基站收发站708以及经由Abis接口互连的基站控制器实现。
使用Uu无线电接口704的UMTS RAN技术由节点B 708以及经由Iub接口互连的无线电网络控制器(RNC)711实现。
UMTS的毫微微小区基本RAN技术使用在移动设备702和家庭节点B(HNB)712之间变化的基于约束功率Uu无线电接口705经由家庭节点B网关(HNBGW)713连接到核心网络。
使用基于OFDM的无线电接口706的LTE(也称为E-TRAN)RAN技术由eNodeB 714实现，eNodeB 714直接连接到核心网络721的分组数据核心717。
使用自己的无线电通信链路707的WLAN(例如WiMAX或HiperLan无线电网络)RAN技术由无线电基站(BS)715实现，无线电基站(BS)715直接连接到核心网络721的分组数据核心717。
附到WCN网络的是网络自主无线定位网络(NAWLS)722。NAWLS包括无线连接到远程自主SMLC 727的地理上分布的元件(RNM 726、U-BTS 725以及LMU 724)，远程自主SMLC 727可经由有线或无线链路(未示出)进一步连接到外部LCS客户端(未示出)。
RNM
无线电网络监视器(RNM)726为宽带多信道无线电接收机，实际上是一组专设的可调谐窄带接收机，其可调谐到在频带中的任何位置的上行链路和下行链路信道。RNM 726被优选地实现为无线电接收机的分布式网络，其能够接收RACH和SDCCH消息用于定位服务的自主产生。RNM 726调谐到有向频率以收集系统的数据。RNM 726可然后将所收集的数据转发到A-SMLC 727。在网络中的所有RNM 726通过全球定位卫星(GPS)星座(未示出)的使用被优选地时间和频率同步。
RNM 726最初在LMU无线电接收机平台上实现(LMU先前在TruePosition的美国专利号6,782,264中被描述，可部署为宽带软件定义的无线电(SCS)或作为一组可调谐窄带无线电接收机(LMU))。RNM 726使用其无线电接收机以收集信令来触发无线定位系统。RNM 726可检测和监控上行链路(移动设备到BTS或NodeB或eNodeB或BS)和下行链路无线电通信。GSM上行链路和下行链路无线电空中接口703是需要的，第二上行链路和下行链路无线电空中接口723为可选的。RNM 726在无线通信系统内被动地监控消息业务，以便基于预设标准来触发无线定位系统(WLS)以及网络仿真器(NE)。
RNM 726及其操作、能力和功能在美国申请序列号11/150414“Advanced triggers for location-based service applications in a wirelesslocation system”中被更详细地描述。
LMU
以前被称为信号收集系统(SCS)且也被称为移动接收机站点的LMU724是通常部署在载体的小区站点处的主要组件，但在这种情况下将一般以移动或便携式的形式容纳有附随的天线和设施。LMU 703调谐到有向频率以收集系统的数据。LMU 703然后将所收集的数据转发到SMLC 712用于到达时间(TOA)、上行链路到达时间差(TDOA)、到达角(AoA)、信号强度测量(SSM)、到达功率差(PDOA)或基于混合的定位的估计。在网络中的LMU 703通过全球定位系统(GPS)或可比较的广域定时源(未示出)的使用或使用预设到公共系统时间的高度稳定的内部时钟来优选地被时间和频率同步。GPS或陆上无线电广播定时信号的使用也可被用于定位LMU 703。
SMLC
NAWLS网络722还包括自主服务移动定位中心(A-SMLC)727。A-SMLC 727优选地为高容量定位处理平台。SMLC 727包含U-TDOA、AoA、FDOA、PDOA和用于计算位置、置信区间、速度以及行进方向的多路径减轻算法。A-SMLC也包含软件、数据结构和数据库以经由U-BTS725提供的与移动设备702的无线通信链路来实现基于移动设备的定位技术的使用。这些基于移动设备的和移动设备辅助的定位技术包括地理技术，例如ECID、OTDOA、A-GNSS(A-GPS)以及EOTD。
网络自主SMLC 727的主要功能是在信号检测时从RNM 726接收报告，给LMU 724分配任务，接收来自LMU 724的信号和定时信息，执行定位处理，以及计算对每个信号的定位估计。SMLC 727管理LMU 724和RNM 726网络，并提供对定位记录的局部或远程接入。SMLC 727负责定位记录的收集和分配。SMLC 727也保持配置信息并支持网络管理。在所描述的实例中的A-SMLC 727执行命令、控制、协调、数据处理和数据收集的所有网络仿真器功能，除所需的无线电信令的传输外。请注意，在图7中所示的部署中，A-SMLC 727提供服务移动定位中心、网络仿真器管理实体、GPS辅助服务器以及OTDOA服务器的功能。
U-BTS
网络仿真器的组件——不受限基站收发站(U-BTS)725是由NAWLS727使用来吸引、采样、获取或捕获移动设备702的无线电收发机。在A-SMLC 727的控制下的U-BTS 725在局部RAN 720中模拟蜂窝基站的无线电空中接口以暂时吸引移动设备702并激发允许移动设备定位和识别的通信。
MD
GSM、双模或多模移动设备(MD)702应能够接入GSM网络，并可能能够接入任一其它无线电空中接口类型(UMTS、LTE和/或WLAN)。移动设备702也被称为移动、移动电话、移动台(MS)、用户元件(UE)或移动用户单元。
CN
核心网络721提供对WCN的用户的互连服务以及网络运营商的管理能力。
交换电路核心
交换电路核心716允许在无线用户和基于路侧的用户之间产生的基于电路的语音和数据连接的互连。经由无线智能网络能力的各种基于呼叫的服务也存在于CN 721的该部分中。
分组数据核心
分组数据核心717允许在无线用户和基于路侧的用户之间产生的基于分组的语音和数据连接的互连。分组数据核心提供基本的路由和桥接功能以及各种网络服务。
部署-BTS、节点B映射
当U-WLS首先部署到区域时或在其后的任何时间，RNM 206的下行链路监控设施将被用于扫描局部信标(BCCH、BCH)。如在TruePosition的美国专利申请11/948,244“Automated Configuration of a WirelessLocation System”中描述的，WLS可使用下行链路TDOA来地理地定位这些信标，并将信标频率、天线地理位置以及广播信息内容存储在SMLC数据库中。U-WLS可使用BTS/节点B地理定位，其用于计划NE的部署、设置NE发射机功率以最小化干扰，以及在定位计算中涉及基于手持通话器的技术例如ECID、E-OTD、OTDOA以及A-GPS。
A.NE信标调整
网络仿真器(NE)节点模仿基站信标来诱使在NE传输的范围内的移动设备向NE注册。通过改变信标广播(在现有技术中，NE信标是具有改变的定位区域代码(LAC)的最接近的信标的副本)，移动设备与NE的上行链路通信可对存在于同一地理区域中的不受限无线定位系统(U-WLS)变得更可见。
如在2003年9月7日公布的Frick等人的欧洲专利申请EP1051053“Method for identifying a mobile phone user or for eavesdropping onoutgoing calls”以及在2006年7月17日提交的Pridmore等人的美国专利申请序列号11/996230“Acquiring Identity Parameters by Emulating BaseStations”中描述的，测试移动设备被用于扫描局部信标，其中‘虚拟基站’或‘模拟基站’然后通过改变定位区域(在系统信息-定位区域识别参数块中的广播)来模拟局部基站，以便移动设备尝试定位注册，将具有当前分配的TMSI的定位更新请求传输到NE。
对于GSM系统，通过空闲移动设备的小区重新选择或通过刚刚通电的移动设备对NE的小区选择需要定位更新。对于UMTS移动设备，对NE的定位更新后面是NE向由NE提供的GSM小区发起小区重新选择。NE发起的小区重新选择通过将UE移动到连接模式(cell dch)并然后发出CELL CHANGE ORDER命令(3GPP TS 25.931章节7.13.5)来完成。
NE可使用定向天线来形成获取区域并避免与局部基站的干扰。获取区域的形成可被执行来限制移动设备尝试注册或对特定区域增加信标功率的次数。
A1.主动信标广播功率设置
NAWLS可保持RAN信标传输和NE信标的实时监控。使用地理上分布的RNM接收机、历史信息、网络传播建模以及地形映射，NAWLS可主动地调整NE的发射功率以限制同信道干扰。NAWLS也可调整信标发射功率以主动限制移动设备尝试接入NE随机接入信道以在识别和定位移动设备时防止NE或U-WLS的超载的次数。
信标信息元件
在蜂窝频率再使用无线通信网络中，移动设备需要基站广播网络和小区信息来接入无线通信系统。该广播通常被称为信标。
在GSM系统中，四个不同的系统信息块(数字1-4)在BCCH上传输，而一旦无线连接在适当的位置，块5和6就经由下行链路慢速相关的控制信道(SACCH)被发送。GSM的系统信息块的细节可在ETSI规范04.08“GSM Mobile radio interface layer 3 specification”中找到。基于GERAN(EDGE)的系统以及基于UTRAN(UMTS)和E-UTRAN(LTE)的系统的网络广播系统信息可在3GPP技术规范(TS)24.008“Mobile radiointerface Layer 3 specification；Core networkprotocols；Stage 3”中找到。
在现有技术中，(在2003年9月7日公布的Frick等人的欧洲专利EP1051053)虚拟基站(VBTS)获得来自BCCH的基站的广播分配(BA)列表，并使用仪表化移动设备复制来自局部网络基站信标广播的这些系统信息块以向局部网络注册。对于经由定位更新过程收集移动设备的VBTS，所接收的定位区域标识(定位区域代码(LAC))将在信标被重新广播前被改变。
在最新设想的NAWLS中，分布式RNM在没有向局部无线通信网络注册的情况下从局部基站收集信标信息，且然后NE在从所收集的信标得到的系统信息块内改变参数，以使移动上行链路对无线定位系统变得更加可见，最小化对局部网络的影响，并防止U-WLS和相关的组件的超载。因为移动设备通过仿真信标的传输来获取，信标参数可被改变，使得WLS的准确度和收益被提高。
1)紧急呼叫(EC)控制参数
为了减少移动设备识别码和定位扫描的影响，NE的信标可以设置有设置成禁止紧急呼叫的紧急呼叫RACH控制参数元件。
除系统信息-设置成禁止紧急呼叫的RACH控制参数紧急呼叫(EC)标志以外，具有接入级别11-15的GSM移动设备可被阻止在NE处注册，因为移动接入控制组11-15在EC标志被设置时没有被阻挡。
2)信标设置-呼叫重建
除了系统信息-RACH控制参数外，呼叫重建标志可被设置成不允许重建。
3)信标设置-接入控制
所有GSM移动设备是在10个随机分配的移动设备群体组中的一个的成员，这些组被定义为接入级别(AC)0到9，如最初在GSM规范02.11中定义的。某些GSM移动设备可具有允许高优先权接入的附加的接入级别。接入级别11-15被分配到特定的高优先权用户：
11-对于网络运营商使用(例如，测试移动设备)
12-安全服务
13-公共设施(水/电/气/等)
14-紧急服务
15-对于网络运营商使用(例如，雇员电话)
使用分布式RNM来扫描移动设备注册、主叫以及被呼，局部网络业务的直方图可在不影响载体网络的情况下被生成。使用该呼叫密度图，NE的U-BTS生成的信标功率以及允许注册到NE的接入级别可通过对信标广播信息元件的改变来控制，以最小化对无线网络的影响并最大化NE的资源使用。
例如，具有大的小区(乡村的)和低的业务密度(如RNM所发展的)的区域将允许NE使用高功率U-BTS广播，其具有允许缩短采样周期的所有接入级别。在具有小的小区和高的业务密度(再次如RNM所发展的)的区域中，NE将调低单独的U-BTS天线功率设置，并通过改变在系统信息-RACH控制参数数据块中的接入级别来依次应用每个接入级别。
为了保持NE的潜在地隐密的性质，接入级别11-15可一直被封锁。
4)小区选择
NE可改变在模仿的信标中的系统信息块3以受益于NAWLS。SIB 3块包括小区选择参数。在小区选择参数内的是信息元件PWRC和DTX。
PWRC为功率控制。TDOA、AoA或混合无线定位系统在移动设备广播功率最高时更加精确。所以，PWRC由NE设置以使功率控制失效。
DTX为断开传输。TDOA、AoA或混合无线定位系统在传输为持续的时更加精确。所以，DTX将由NE设置，所以当与U-BTS通信时移动设备不是必须使用DTX。
在SACCH上
一旦移动设备被采样并然后由NE注册到仿真网络，附加的信息就可由慢相关控制信道(SACCH)传递。系统信息块4可被用于转送到移动新小区选择参数，其包括可被重置到高达14dB的小区重选滞后元素。也是在SACCH上，系统信息块5可被传递以传输新的邻小区描述参数来限制移动设备的切换和重选可能。
图8a用于说明用于收集关于在网络自主无线定位系统(NAWLS)中使用的局部无线通信网络的信息的过程。一旦NAWLS部署在所关注的地理区域中(801)，无线电网络监视器(RNM)就用于扫描BCCH(GSM)和BCH(UMTS)信标广播的已知频带(802)。RNM接收机从具有相关的频率、波段和信道信息的每个信标收集广播信息(803)。RNM然后给SMLC分配任务以定位每个信标，将所收集的信号和广播内容信息传递到SMLC(804)。U-WLS的SMLC使用其相关的LMU的下行链路接收机能力(其可与RNM共享)和TDOA和/或TDOA/AoA定位能力来定位所有信标并将定位信息以及广播内容信息存储在WLS数据库中(805)。NE的管理实体(ME)将使用所收集的信标位置、信标内容信息以及具有地图、传播模型和潜在地测试呼叫信息的无线电信号特征来明确地表达活动，其中移动台识别码和定位信息可被收集(806)。
在图8b中，呼叫业务图从被动地监控的网络交易创建以更明确地表达移动设备获取和定位活动。NAWLS必须被部署到所关注的局部地理区域(801)。无线电网络监视器使用在步骤803中收集的所收集的信标信息内容来扫描移动设备到网络控制信道交易，例如移动设备主叫、被呼、注册，并收集与那些事件相关的临时移动设备标识符(808)。U-WLS的SMLC在每个控制信道事件上被分配任务，且然后定位这些控制信道事件(如在TruePosition的1994年7月5日提交的美国专利号5,327,144“CellularTelephone Location System”以及1997年3月4日提交的5,608,410“SystemFor Locating a Source of Bursty Transmissions”中详细描述的)，并将结果和相关的信息存储在WLS数据库中(810)。ME将然后使用单独地识别的移动设备位置和具有间接信息的信标位置来对局部无线通信网络(WCN)建模(811)。
图8c用于说明用于使用无线电网络监视器和无线电传播建模来管理来自仿真网络的广播以最小化干扰同时最大化NE资源利用和移动设备获取率的过程。以步骤811开始，活动以在适当位置的所有NAWLS系统组件和最初的信标、信道无线电强度以及信标内容设置开始。RNM被用于监控仿真网络和局部无线通信网络的信标传输。信号信息被传递到管理实体用于对照先前创建的模型(811)来分析(813)。ME调整NR广播以最小化与局部无线网络的干扰级别并最大化在获取和收集移动设备时使用的NE资源(814)。ME也调整由NE信标广播的信息以将获取速率保持在调整的功率级别(815)。
图9a
图9a用于说明用于使用U-WLS来创建专设的地理围栏区域的过程，其中用户服务可使用仿真的、模拟的控制信道资源被选择性地拒绝。一旦NAWLS部署在地理区域中(901)以及活动和覆盖计划和建模已经完成(902)，网络仿真器(NE)就被设置成获取所有空闲的移动设备(903)，且然后通过将它们分配到伪控制信道来收集它们(904)。所收集的移动设备ID由ME对照允许的(白名单)、不允许的(黑名单)或有条件地允许的(灰名单，包括条件逻辑如一天的时间、允许的主叫/被叫号码、优先权级别等)预设的数据来检查。为了阻挡来自不允许的移动设备的外发(移动设备发起的)呼叫，NE经由U-BTS收发站通过模拟拥挤的网络来模拟RACH信道和SDCCH，允许迅速的断开(在下行链路S-DCCH上的DISCONNECT消息，其具有原因值#42“交换设备拥堵”二进制(0101010))(905)。因为NE的信标在系统信息类型1信息词的RACH控制参数块中被设置有紧急呼叫标志，紧急服务呼叫将强迫移动设备取消选定当前扎营的NE，并对具有最强的信标信号的局部无线网络小区执行定位更新和接下来的移动设备主叫。ME经由无线电网络监视器监控局部无线电业务用于通过来自始终发起对U-WLS的定位请求的所收集的移动设备的定位更新请求消息在NE群集之外进行小区重选(906)，如基于定位的服务应用所需要的。即使移动设备离开地理围栏区域，在移动设备-网络交易(发起、终止、任何时间询问、SMS)上的识别和定位仍然是可能的，直到TMSI由局部网络改变。
图9b
图9b用于说明用于使用U-WLS来创建专设的地理围栏区域的过程，其中用户服务可使用仿真业务信道资源被选择性地拒绝。一旦NAWLS部署在地理区域中(901)以及活动和覆盖计划和建模已经完成(902)，网络仿真器(NE)就被设置成获取所有空闲的移动设备(903)，并然后通过给它们分配伪控制信道来收集它们(904)。所收集的移动设备ID由ME对照允许的(白名单)、不允许的(黑名单)或有条件地允许的(灰名单，包括条件逻辑如一天的时间、允许的主叫/被叫号码、优先权级别等)的所存储的数据来检查。对于指定的不允许的移动设备，NE使用U-BTS的仿真控制信道资源来执行修改的移动终止的呼叫，其中移动电话的响铃被抑制，但业务信道被分配(907)。在修改的移动终止的呼叫期间，拥塞音在信道上由NE播放。ME监控NE和所收集的移动设备用于切换，按需要通过基于定位的服务应用发起对U-WLS的定位请求(908)。如果切换企图是针对小区而不是NE群集的部分，ME立即终止呼叫，否则呼叫被允许切换到在分布式群集中的其它网络仿真器节点。在呼叫终止之后，移动设备将使用局部无线通信网络执行定位更新。即使移动设备离开地理围栏区域，在移动网络交易(发起、终止、任何时间询问)上的识别和定位仍然是可能的，直到TMSI由局部网络改变。
图10a示出了当前部署的覆盖无线定位系统，其包括LMU 1001、GPS接收机天线1002、下行链路接收机天线1003、无线电频率电缆1005、需要安全地将LMU 1001通过接口连接到外部安装的天线1002、1003的地线1004和输入保护1004。虽然被描述为当前部署的，网络自主系统将优选地使用无线链路，且需要更扩展的SMLC数据库1009(如所示)。如在图10a中所示的，LMU 1001经由有线或无线连接1007连接到SMLC 1008，有线或无线连接1007传送基于TCP/IP分组的通信。SMLC 1008托管WLS数据库1009，其包含网络小区标识符、网络天线标识符、网络天线位置、LMU位置、LMU标识符、无线网络小区位置、无线网络小区识别信息以及历史位置和其它无线网络数据。LMU的下行链路接收天线子系统的使用允许LMU检测和解调来自周围小区和扇区的信标广播。最初被用于接收和解调驻留的小区和扇区的信标、LMU附近的未驻留的小区和扇区的信标并因此收集CGI、BSIC以及每个信标的帧定时偏移的LMU的下行链路接收天线子系统可与用于被动定位网络基站和移动设备的无线电网络监视器集成。
在专设的U-WLS中，下行链路接收天线子系统将被用于接收和解调基础无线通信网络的地理上接近的小区和扇区的信标。LMU的下行链路接收机子系统也被用于对由LMU检测的每个CGI/CI的基于TDOA的定位估计的信号收集。
在U-WLS的初始化期间，来自部署区域的小区和扇区的所有可检测的信标经由被上传到SMLC的CGI或CI以及CGI/CI的列表来识别。在SMLC的指导下，无线定位系统(WLS)对每个小区或扇区的下行链路传输天线执行TDOA定位计算。CGI/CI值和CGI/CI天线位置的所产生的表格将被用于提供SMLC连同通过局部基站U-BTS广播的无线系统信息。
可检测的信标通过下行链路接收机子系统的周期性或专设的扫描可被用于检测在局部无线通信系统的配置中的改变。根据活动持续时间，这可能不是必要的。
GSM系统使用广播控制信道或SCCH——一种下行链路(BTS到移动设备)信道——来在每CGI基础上传达信标功能。UMTS网络使用广播信道——一种下行链路UMTS传输信道，其被用于在每CI基础上广播小区和系统信息。由移动台(MS)或用户设备(UE)使用来选择和访问GSM或UMTS系统的可用信息广播被存储于在CGI/CI基础上编索引的中央数据库中。
在图10b中，SMLC定位计算资源和界面的表示被描述。SMLC 1008为一般的计算平台或一组这样的平台。SMLC 1008在其编程中包含用于使用多种定位技术和所述技术的混合来进行定位计算的算法和数据结构(此后被认为是“引擎”或“服务器”)。根据由无线定位方法使用的可用的基于网络的、基于移动设备的或基于卫星的接收机。SMLC 1008可包含(根据用户选择)上行链路到达时间差(U-TDOA)引擎1010、到达角引擎1013、独立辅助服务器(SAS)1011、SUPL服务器1014、增强型到达时间差(EOTD)和观测时间差引擎1012以及到达功率差(PDOA)和增强型小区ID(ECID)引擎1015以及小区ID引擎1016(在这里小区ID包括具有基于定时的或和/或基于功率的测距(例如，CGI+TA、CI+RTT、CGI+RSSI等)的小区ID)。
SMLC 1008使用如在TruePosition的美国专利5,327,155中介绍的TruePosition的约束加权最小平方算法、作为混合引擎1021的部分的“Cellular telephone location system”来使用可用的定位技术以最高的收益产生最高准确度定位估计。
SMLC 1008以双工方式与U-TDOA和/或AoA接收机(定位测量单元(LMU))的分布式网络通信(1017)，将信道信息分配到接收机网络并从被分配任务的接收机接收所关注的信号数据。附加的LMU网络内务处理、管理和提供消息发送使用同一双工链路(1017)。
SMLC 1008经由分组数据链路1018从GNSS接收机接收定时信息、星历数据以及年历数据，用于在创建由SAS服务器1011实现的基于移动设备的和移动设备辅助的GNSS技术所使用的辅助数据包时由SAS服务器1011或SUPL服务器1014使用。
与网络仿真器(NE)的双工分组数据链路1019由SMLC 1008保持。SMLC-NE链路1019由SMLC使用来与由NE捕获的移动设备通信，允许结合由RNM收集并存储在SMLC数据库1009中的局部无线电通信网络数据来使用基于移动设备的定位技术(ETOD、OTDOA、PDOA、ECID、小区-ID)。
SMLC 1008保持到无线电网络监视器(RNM)系统的分组数据链路1020。该链路1020被用于从局部无线通信网络和网络仿真器传送由RNM收集的无线电信号信息。附加的RNM系统内务处理、管理和提供消息发送使用同一双工链路1020。
在图11中，U-WLS可如何利用移动设备的板载定位能力的实例可用于移动设备定位。在U-WLS被部署到期望的区域(1101)以及活动和覆盖区域被确定(1103)之后，网络仿真器被用于获取和收集局部空闲移动台(1103)。NE给移动设备分配一组伪控制信道，并限制邻居列表以防止移动设备在定位可被完成之前切换。
一旦网络仿真器获取了移动设备，移动设备的板载定位能力(如果有的话)就对NE变为可用的，以在定位移动设备时使用。
作为获取和收集过程的部分，管理实体(ME)记录移动台的定位能力(如在3GPP24.008v7.0.0中定义的移动台分类标号类型3的部分)(1105)。移动LCS能力和粗略定位(小区/扇区、具有定时提前量的小区/扇区或具有路径损耗的小区/扇区)由ME使用来确定具有服务的优先权、周期性以及准确性质量的定位计划。该定位计划连同相关的无线电信道、设备能力以及粗略定位信息一起被传输到SMLC(1106)。
如果ME被选择用于基于移动设备的定位估计，则SMLC使用先前收集的局部网络信息(信标标识和天线位置)以及——如果需要——由基于LMU或RNM的GPS接收机收集的GPS参考信号来对技术(EOTD、OTDOA、GPS、A-GPS、SUPL)模拟定位服务器。SMLC在NE提供的无线电信道上向移动设备发送网络发起的定位请求的信号，以及同时移动设备辅助的或基于移动设备的定位估计被发展(1109)。
如果ME被选择用于基于网络的定位估计，则SMLC基于LMU部署能力给LMU网络分配U-TDOA或AoA定位的任务(1112)。无线定位系统(LMU网络和SMLC)收集无线电信号并计算位置(1113)。
如果ME被选择用于混合的移动设备-网络定位，SMLC对所请求的基于移动设备的技术模拟定位服务器，并给LMU网络分配任务(1110)。SMLC从移动设备和LMU网络收集信号信息，并基于所有可用的信号和间接(例如，地图数据或传播模型；对于对WLS有用的关于间接信息的更多细节，见标题都为“Enhanced Time-Difference Localization System”的美国专利6,108,555和6,119,013)信息计算混合位置(1111)。TDOA/A-GPS混合无线定位系统的实例可在2008年10月21日提交的美国专利号7,440,762“TDOA/GPS Hybrid Wireless Location System”中被找到，其在此通过引用被并入。无论使用移动设备、网络还是混合无线定位技术，SMLC都存储定位估计和相关的信息(如在图10中所示的)，并可例如基于ME服务器实时地、在请求时或周期性地将位置传递到定位应用。
使用移动定位能力-ECID
如果NAWLS选择不使用TDOA或AoA定位技术，增强型小区ID(ECID)对于可所有具有GSM能力的移动设备是可用的。当使用NE来获取移动设备并将移动设备调谐到静音业务信道时，ECID对于在地理围栏应用中的长持续时间定位系列是尤其有用的。
如在美国专利申请序列号11/150,414“Advanced Triggers ForLocation-Based Service Applications In A Wireless Location System”中描述的，测量报告(MR)可在主动语音或数据会话期间周期性地由GSM移动设备发送，并可在移动设备在控制信道上时被发送。MR由移动设备使用来向无线网络通知移动设备对切换的潜在需要，并包含对邻近的发射机(扇区天线或全向小区天线)的下行链路(基站到移动设备)测量。
对于所有数字蜂窝无线网络，在语音或数据会话期间，移动设备使用空闲时间来返回其接收机以监控附近基站天线的广播信道(也称为信标)。对于服务或主小区，移动设备测量信标接收级别和接收质量；对于在测量报告中的所有其它邻小区，仅接收级别是正常可用的。在一些扩展频谱技术中，返回路径损耗测量而不是接收信标强度。
在GSM测量中，请求仅在FACCH上的主动(加密的)会话期间是可用的，以及因此RNM 209在没有密钥共享的情况下不能正常地被使用。然而，已经由NE 207获得的移动设备可在允许RNM 209获取MR的NE会话的持续时间内抑制译码，或NE可将MR直接传递到U-WLS 208以用在ECID定位中。
基于ECID手持通话器的定位技术依赖于移动设备记录多个潜在的切换候选/邻小区的功率级别(RXLev)的能力。该技术添加从现有GSM测量报告(MR)得到的到达功率差(PDOA)测量，以便改进基于CGI+TA的定位估计。
PDOA值基于由移动设备对服务小区和至少三个邻小区的收集的接收信号级别(RXLEV)。因为PDOA数据收集需要对三个或多个邻小区站点的可见性，收益将小于100％。RF多路径、移动接收机质量以及7-比特RxLEV测量的间隔尺寸的效应起作用以减少定位准确度。
因为ECID使用PDOA多边法(multi-lateration)，邻小区的地理布局也通过精确度的地理削弱来影响定位的质量。存在于MR中的仅6个邻小区RxLEV测量的限制通过借助于站点选择限制潜在的GDOP减少而限制了准确度。因为NE可在BCCH中控制邻小区列表广播。因为NE可从移动设备收集MR报告，在TDOA或AoA定位是不可获得的情况下，或当NE将移动设备分配到业务/数据信道的情况下，ECID技术可被用于定位。
使用移动定位能力-E-OTD
如果NE 207确定所获取的移动设备拥有E-OTD(增强型观测时间差)能力(如在3GPP TS 03.71中描述的)。NE 207可向移动设备发送信号以通过向MS 201发出定位请求并在响应中接收定位估计或测量结果来执行这样的定位企图。基于MS的或MS辅助的E-OTD可由NE 207选择。
使用移动定位能力-GNSS
如果NE 207确定所获取的移动设备拥有GNSS能力，它通过数据链路213通知U-WLS。如在3GPP TS25.305“UE positioning in UTRAN-Stage2”中定义的，模拟3GPP定义的独立-辅助服务器(也称为独立-SMLC)的U-WLS 208可然后选择经由数据链路213、NE 207以及第二移动上行链路和下行链路211向移动设备201发出定位请求。
独立GPS接收机必须搜索卫星信号，并在计算其位置-任务之前解码卫星导航消息，所述任务需要强大的信号和额外的处理时间。蜂窝电话网络可通过提供接收机的初始接近位置和所解码的卫星星历以及时钟信息来帮助GPS接收机(b)。接收机可因此利用更弱的信号，并且也更快地确定其位置。
使用移动定位能力-A-GNSS
如果NE 207确定所获取的移动设备拥有A-GNSS能力，它通过数据链路213通知WLS。模拟3GPP定义的单独-辅助服务器(SAS)的WLS可然后选择经由数据链路213、NE 207以及第二移动上行链路和下行链路211向移动设备201发出定位请求。U-WLS 208模拟独立辅助服务器(SAS)并向GNSS接收机提供：精确的GNSS卫星轨道和时钟信息；初始位置和时间估计、卫星选择、范围以及范围-速率信息。
在优选的MS辅助模式中，U-WLS 208通过网络仿真器经由无线电链路将辅助数据提供到手持式通话器的A-GPS引擎。手持式通话器然后测量离视野中的GPS卫星的表观距离，并将数据发送到U-WLS 208，其计算电话的位置。辅助模式减轻在移动设备的GNSS接收机上的负载，GNSS接收机简单地收集范围测量并经由仿真网络无线电连接来将它们传输到WLS。
使用移动定位能力-SUPL
如果NE 207确定所获取的移动设备拥有A-GNSS能力，它通过数据链路213通知WLS。模拟OMA定义的SUPL服务器的U-WLS 208可然后选择经由数据链路213，NE 207以及第二移动上行链路和下行链路211向移动设备201发出定位请求。
仿真SUPL A-GNSS服务器208是完全OMA相容的定位解决方案。OMA标准使用NE 207提供的分组数据链路来在移动手持式通话器201(配备GNSS的移动电话被称为启用SUPL的终端或SET)和在SMLC内的仿真A-GNSS服务器之间传输数据以支持定位。仿真SUPL系统208使用NE 207提供的数据通信和服务，例如短消息服务(SMS)、交换电路数据和GPRS。仿真SUPL服务器208支持基于移动台(MS)的和MS辅助的A-GNSS模式。在所描述的系统中，仅网络发起的定位过程被支持，允许移动设备201由网络定位。
使用移动定位能力-OTDOA
如果NE 207确定所获取的移动设备拥有OTDOA能力，它通过数据链路213通知WLS。模拟UMTS服务SMLC的U-WLS 208可然后选择经由数据连接213、NE 207以及第二移动上行链路和下行链路211向移动设备201发出定位请求。相对时间偏移的标准化将出现在WLS。OTDOA使用与在RAN网络中的不同的节点B相关的公共导频信道(CPICH)的相对时间偏移。每个OTDOA测量描述恒定差的线(双曲线)，沿着该线UE可被定位。对于至少三对节点B，UE的位置由双曲线的交叉点确定。在这种情况下，节点B将与局部UMTS无线通信网络和可能NE 207相关。在局部节点B CPICH之间的时间差将由RNM 209确定并传递到U-WLS208用于经由数据链路214使用。
作为唯一的特征，因为U-WLS 208和RNM 209对每个网络运营商定位所有的局部节点B，NE 207可强迫移动设备(在UMTS中的UE)201找到每个局部网络的CPICH，以及具有最佳信号强度和拓扑的最佳配置可被使用在定位确定中。
如果在同一NE 207下的多个NE 207或多个U-BTS 224部署在具有公共时钟的区域中(例如，GPS导出的系统时间、预先同步的高度稳定的内部时钟、或用于陆地无线电定时信号的接收机)，NE 207仿真的BCH 210的CPICH可被使用以及绝对时间偏移可被确定。
也被称为多边法的TDOA基于测量在地理上分布的接收机站点对之间的信号传播时间以及经由相关性处理来确定定位。U-TDOA(上行链路到达时间差)通过比较小区信号到达多个(三个或多个)定位测量单元(LMU)的时间来确定移动电话的位置。LMU在运营商的基站被正常地安装。在不受限制的模式中，U-TDOA LMU接收机被分散在所关注的区域内及周围。因为U-TDOA的定位准确度由接收机部署密度和LMU的网络布局影响，不受限专设的无线定位系统U-TDOA的准确度可通过在最有利的位置处放置接收机天线来优化。
因为U-TDOA依赖于移动电话上行链路(移动设备到基站)传输，U-TDOA不需要对移动电话的修改。作为基于网络的技术，U-TDOA仅要求移动电话为了定位而发射，因此控制信道和业务(数据/语音)信道定位是可能的。
上行链路到达角(AOA)定位方法使用包含多个元件阵列的天线，其中每个AOA(到达角)元件的准确位置被精确地知道。每个元件是小的并且能够接收单独的信号。通过测量信号强度、到达时间以及在阵列的每个元件处的相位，计算从发射机到接收机的视线路径是可能的。在不同的位置处放置具有相同的天线配置的另一接收机允许重复该过程。两个视线路径的交叉点代表发射移动电话的位置。
与U-TDOA一样，除了在现有小区塔上的定向天线阵列的结构以外，AOA还使用基站处的专用接收机。在不受限制的部署中，AOA LMU接收机被分散在所关注的区域内及周围。因为通过接收机部署密度和LMU的网络布局的AOA的定位准确度，不受限专设的无线定位系统AOA的准确度可通过在最有利的位置放置接收机天线来优化。
移动设备的混合定位
不受限无线定位系统(U-WLS)可被设计成支持多种同步定位技术。每种定位技术具有优势和劣势。通过组合多种技术的优势，混合解决方案确保高定位性能，而不考虑手持式通话器或环境。虽然混合定位解决方案可以使用不同类型的手持式通话器和基于网络的定位技术(例如，小区ID(CID)、增强型小区ID(E-CID)、到达时间(TOA)、到达功率差(PDOA)、基于时间或功率的单个站点测距、到达角(AOA)、上行链路到达时间差(U-TDOA)以及辅助全球定位系统(A-GPS))来配置以满足应用的需要，在准确度、时延和收益方面的最佳版本是组合A-GPS和U-TDOA。
混合定位解决方案的A-GPS和U-TDOA版本可以用两种不同的方式操作。在后退模式中，A-GPS和U-TDOA定位以串行或并行的布置被执行，其中定位系统在另一定位系统的性能由于环境条件而恶化时求助于一种方法。例如，U-TDOA将是在城市区域中和室内的操作方法，其中A-GPS产生较少的结果或完全失败。相反地，A-GPS将在极端的乡村区域中被选择，其中它可产生非常准确的结果。技术选择可在决策中使用预测性的或历史的数据，或这两种技术可并行地操作以及最佳结果被返回。见美国专利号6,603,428“Multiple Pass Location Processing”、6,873,290“Multiplepass location processor”以及7,023,383“Multiple pass location processor”。
其次，诸如A-GPS和U-TDOA的两种定位技术可同步地操作，以及结果在数学上组合以获得增强的结果。组合的定位计算以实质上比单独的A-GPS或U-TDOA更高的准确度产生定位估计。见美国专利号7,440,760“TDOA/GPS Hybrid Wireless Location System”和2008年8月14日提交的美国专利申请序列号12/192,057“Hybrid GNSS and TDOA WirelessLocation System”。组合多种定位技术来平衡每个中的益处的TruePosition混合定位解决方案可获得比任何其它单个定位技术更高的准确度和一致性。
可选的实施方式
作为对以上描述的实施方式的可选方案，可使用完全被动的定位系统，以及可在随后的时间通过经由地理上分布的一组无线电网络监控器接收和解调未加密的上行链路和下行链路控制信道传输并经由TOA、UTDOA、AoA、CGI、CGI+TA、ECID或其任何组合定位移动设备且将该信息存储在数据库用于进一步的分析来完成移动设备的识别。当在商业GSM网络上操作的移动设备在没有直接连接到无线网络的情况下接入无线网络时，这些移动设备可被定位。考虑具有分布在地理区域上的多个GSM BTS的局部GSM网络以提供无线通信覆盖。接入该GSM无线网络的移动设备的地理定位可在没有直接物理连接到GSM网络的情况下通过在整个相同的接近的覆盖区域中部署互连的无线电网络监视器(RNM)的网络来完成(如在2005年6月10日提交的题为“Advanced Triggers forLocation Based Service Applications in a Wireless Location System”的美国专利申请序列号11/150,414中介绍的)。这些RNM通过监控来自网络中的BTS的下行链路传输来发现与网络相关的所有接入允许信道(AGCH)。移动设备尝试通过将RACH脉冲串发送到附近的BTS来接入网络。如果成功，BTS将在其下行链路上使用在AGCH上的立即分配命令来对移动设备作出响应。该下行链路传输由移动设备以及一个或多个RNM接收并解调。在立即分配命令中的信息允许定位系统在独立专用控制信道(SDCCH)上接收移动设备的上行链路传输并使用多种技术来定位移动设备。
使用在由TruePosition公司(本申请的受让人)拥有的各种专利中描述的近实时定位估计技术，使用AoA或UTDOA技术的地理定位不受加密的影响。经由蜂窝系统技术例如移动设备的小区-ID和ECID进行的识别和定位通过记录在移动设备和基站之间以及在多个RNM站点处接收的上行链路和下行链路SDCCH传输来完成。该信息存储在数据库用于进一步分析以及与移动设备的UTDOA或AoA定位相关。
另一可选实施方式是RNM配备有数据库和解密设施的实施方式，使得移动设备位置和解密的识别码信息可近实时地被关联，以及随后的业务信道定位可被执行。在典型的GSM网络中，来自BTS和移动设备的传输的仅仅一部分是未加密的。一旦移动设备与BTS经历译码过程，它从那时起发送的所有信息将被加密。特别地，移动设备、IMSI以及业务信道信息的唯一标识符将被加密。该信息可被解密，但解密过程通常造成一些时延或时间延迟。一旦信息被解密，移动设备就可被跟随到业务信道(TCH)，其中它可以使用各种定位技术再次被定位。再次，该信息可被存储在数据库中用于进一步分析。
在不运行的无线通信网络中的网络自主定位
在2001年9月，TruePosition的技术在纽约经受了其在2001年9月11日的攻击之后的第一次灾难响应应用。该成果使用TruePosition的TDOA设备来定位在Verizon AMPS和CDMA网络上的移动电话和设备。
与在世贸中心的场地搜索牺牲者的救援队一起工作的TruePosition的人员使用TruePosition的TDOA系统来定位1600部蜂窝电话，在世贸中心的碎石当中放置临时接收天线和接收机。从那时以来，TruePosition公开了用于从便携式的、移动的或航空的接收站定位移动设备的系统和方法。TruePosition的美国专利7,427,952“Augmentation of commercial wirelesslocation system(WLS)with moving and/or airborne sensors for enhancedlocation accuracy and use of real-time overhead imagery for identification ofwireless device locations”教导了这样的系统和方法，并在此通过引用被并入。
使用由本网络自主WLS提供的高级能力，当基础网络部分地或全部不运行时(例如，在飓风卡特里娜2005或飓风艾克2008的事件中)，改进的网络自主紧急定位系统可被提供。虽然FCC可能要求基站(见联邦通信委员会的所采纳的ORDER ON RECONSIDERATION，#FCC 07-177，“Recommendations of the Independent Panel Reviewing the Impact ofHurricane Katrina on Communications Networks”：2007年10月2日)有八小时的备用功率，移动电话可以有几天或甚至几星期的备用功率。这意味着空闲的移动电话可用于使用网络自主无线定位来轮询和定位所述移动电话的位置。
以下实例使用如在本说明书中已经描述的航空版本的LMU、RNM和NE，但便携式的、永久的以及航空的LMU、RNM和NE组件的组合也可被使用。作为仿真下行链路信标优化的部分(称为活动计划)，无线通信网络频率计划从合作的无线网络运营商的数据库到网络仿真器的提供可被执行，允许动态地设置由在下行链路信标内的网络仿真器传输的频率、小区标识符和定位区域代码。
在图12中，空中平台1201向不运行的无线通信网络1203所覆盖的地面广播信标(信标内容已被优化以激发响应上行链路信号)，导致覆盖的无线电覆盖区1204。在无线电覆盖区内的移动设备1205将尝试向仿真网络注册。该注册将由具有NE 1201的单元以及合作的单元1202检测。在所有单元上的如此配备的并在范围1201、1202内的LMU接收机将然后使用TDOA、AoA或混合方法来执行定位估计。
在图13中所示的可选的实例中，具有波束成形能力的空中平台1301被使用。波束成形能力可以是下行链路(信标)传输子系统、上行链路接收机或发射机和接收机一起的部分。使用用于信标传输的波束成形，不仅信标可在无线电覆盖区1303内的每个波束中不同，而且单独的波束覆盖区1306可被用于局部化来自移动设备1304的无线电响应1305。如果结合RNM接收机的定位触发功能以及接收机天线的位置、速度、方位和高度，波束成形覆盖区定位可与FDOA、TDOA或AoA技术一起使用或取代它们。在这两个实例中的一个或多个仿真信标已被优化来在由已失效的无线通信网络1302覆盖的地理区域中激发来自移动设备的响应，例如，使用载体提供的无线电网络拓扑地图或设置表格的活动计划。
在涉及具有不依赖于无线网络广播(例如，一个或多个GNSS系统，例如GPS)的板载定位系统的移动设备的另一实施方式中，网络仿真器可被用于代替无线电数据通信，以及SMLC可被用于模拟路侧服务器组件，允许移动设备的用于定位的板载GNSS接收机的使用。
被动网络自主地理定位系统
图14示出了完全被动的网络自主地理定位系统的例证性实施方式。天线/RF子系统1401拥有用于无线网络的下行链路和上行链路信号的接收的天线以及在适当的RF波段中的带通过滤和低噪音放大器，以及所接收的信号到在无线电网络监控子系统1403和无线定位系统1404中的接收机的分配1402。
无线电网络监控(RNM)子系统1403针对下行链路频率扫描无线网络的RF波段。一旦被检测到，下行链路频率就被监控，用于触发使用无线定位系统1404来定位移动设备的信息。不受限无线定位系统1404从由无线电网络监控子系统和/或定位应用服务器1410提供的触发信息使用UTDOA和CGI+TA来定位移动设备。根据所采用的技术，AoA或混合TDOA/AoA定位技术可由无线定位系统1404利用。
在图14中被示为独立的、的无线电网络监控子系统1403和无线定位系统1404可被部署为共享公共天线和电路。RNM 1403和U-WLS 1404的组合1405是优选的部署选择。
回程子系统提供到和来自远程定位的网络元件的数据的传输。回程可由有线或无线数据通信或其组合组成。如在图14中所示的，RNM回程链路1406可从WLS回程链路1407分离，但单个共享回程通信回程不被排除。
数据库1409用作由无线电网络监控子系统捕获的网络事件和由无线定位系统计算的位置的储存库。这包括从下行链路信标传输发展的局部无线通信网络中的基站的位置。利用定位信息的应用存在于定位应用服务器1410中。例如，在数据库中的存档的定位信息的分析可被执行以找到特定的移动设备，显示实时定位信息，等等。
远程访问网关1411允许从远程终端接入系统。根据部署，接入控制可被应用。OMA&P子系统1412允许不同网络元件的配置和提供、网络元件的状态监控和警报条件的显示。
分组数据网络1408可以是局域网或广域网，取决于被动网络自主地理定位系统的部署。
图15
所关注的移动设备(MOI)的唯一定位可在不使用LMU的情况下使用到达时间(TOA)技术获得，如果从MOI到三个或多个U-BTS的距离可被确定。NAWLS的RNM组件优选地被合并到物理和电子U-BTS底架中，但在绝缘的、高度衰减的室内环境的情况下或在非隐蔽的部署中，RNM可从NAWLS中删除。RNM的删除将使NE提供所有定位触发。
TOA定位估计可以用网络自主的方式通过使用具有一组分布式U-BTS收发机的网络仿真器(NE)来执行。在采样、获取和/或捕获的过程中，MOI利用时分多址技术(TDMA)例如GSM，NE指示MOI使其定时与U-BTS TDMA组帧调准。在GSM中，这使用从NE经由U-BTS到MOI的立即分配命令(IMM_ASS_CMD)使用定时提前量(TA)参数来完成。U-BTS确定和提供到MOI的TA值本质上是从NE到MOI的量化距离测量。
技术规范ETSI TS 05.10和3GPP TS 45.010描述了TA值调整过程。TA值正常在0和63之间，每个步长代表一个符号周期的提前量(近似3.69微秒)。由于无线电波以每秒大约300,000,000米(其为每微秒300米)的速度传播，一个TA步长于是代表大约1,100米的往返距离的改变(传播范围的两倍)。这意味着TA值在移动设备和基站之间的范围内对每个550米的变化而改变。
在UMTS网络上操作的所关注的移动设备(MOI)的定位可以使用到达时间(TOA)技术来获得，如果从MOI到三个或多个节点B的距离可被确定。这可通过使用可模拟节点B的一组分布式NE以网络自主方式来完成。从节点B的扇区到移动设备的距离的测量是经由往返时间(RTT)报告的在UMTS网络中的标准过程。RTT是标准节点B测量，其在UMTS中的专用物理信道(DPCH)上被执行。节点B测量在来自第一检测到的路径的下行链路(DL)(例如，DPCH或CPICH)帧传输的开始和相应的上行链路(UL)专用物理控制信道(DPCCH)/专用物理数据信道(DPDCH)帧的接收之间的时间差。RTT测量拥有必须被说明的UE的时延。这通过测量Rx-Tx时间差来说明，这通过UE来测量并报告到SRNC，且从RTT测量减去。
在这组分布式NE中的一个NE从商业网络中捕获MOI。NE将进行第一RTT测量。第二RTT测量可通过强迫所捕获的MOI进行到另一NE的硬切换来完成，或如果MOI在软切换或更软的切换中，则可使用另一NE获得更多的RTT测量。一旦从这组分布式NE的三个或更多个NE进行了三次或更多次RTT测量，MOI的位置就可被确定。
技术规范3GPP 25.215“Technical Specification Group Radio AccessNetwork；Physical layer-Measurements(FDD)”章节5.2.8定义往返时间(RTT)，而技术规范3GPP 25.305“3rd Generation Partnership Project；Technical Specificaion Group Radio Access Network；Stage 2 functionalspecification of User Equipment(UE)positionmg in UTRAN”章节8描述了使用具有小区-ID(CI)的RTT来确定在UMTS无线通信系统中的移动设备(在UMTS术语中的UE)的位置的方法。UMTS(UTRAN)W-CDMA空中接口带宽为5MHz，以及W-CDMA以3.84Mcps/sec的高码片速率操作，这允许在定时测量中相比于GSM的提高的分辨率。以每码片一个样本的UMTS中的RTT测量的基本定时分辨率(如在3GPP TS 25.133“Requirements for support of radio resource management(FDD)”章节9.2.8中定义的)为260纳秒，其对应于～78m的无线电传播距离间隔尺寸。过采样的使用可用于减少RTT测量步长的固有的不准确度；例如，2x码片速率(2x 3.84Mcps/秒)的过采样速率产生130纳秒的提高的定时分辨率，其对应于～39m的传播距离间隔尺寸。
一旦一组分布式U-BTS中的一个U-BTS在一个或多个NE下获取了MOI，它就可将MOI切换到在不同的但已知的位置处的另一U-BTS，以及U-BTS也将为MOI提供适当的TA值。使用3个或更多的U-BTS重复该过程提供充足数量的距离测量以使用最小平方解来确定MOI的唯一位置。
在图15中，提供了使用在单模GSM无线通信网络中的NE的分布式U-BTS收发站的TOA定位确定的例证性实例。移动设备(MD)1501经由GSM定位更新过程由NE获取和捕获。一旦移动设备1501被捕获以及业务信道分配在服务U-BTS 1502上，NE就使用切换过程。在每次切换的过程中，每个U-BTS发展无线电飞行时间估计(称为在GSM中的定时提前量)。在地理术语中，TA形成在U-BTS周围的圆环域。
对至少3个U-BTS站点一直到在最初获取的U-BTS的大致附近区域中部署的全部数量的U-BTS执行切换过程。例如在图5中，移动设备1501由U-BTS 1502获取，以及定时提前量1505被发展。所捕获的移动设备然后被切换到第二U-BTS 1503，以及第二定时提前量1506被发展。然后使用第三U-BTS 1504执行切换，以及第三定时提前量1507被发展。
使用最小平方法，概率分布函数被构造成在一组概率内确定对MOI1501的最小可能的搜索区域，在该示例性图(图15)中被示为圆形误差概率区域1508。
在多模网络(例如，GSM和UMTS)中，配备有多模网络仿真器的NAWLS可经由公知的定位更新过程来捕获和收集移动设备，识别或切换到GSM用于识别，以及然后被分配在模仿的GSM网络上的业务信道或切换到模仿的UMTS网络。在没有LMU的NAWLS部署中，例如具有所描述的多个切换和转换过程的系统可被用于定位多模移动设备。
结论
本发明的真实范围不限于在此公开的目前优选的实施方式。例如，无线定位系统的目前优选的实施方式的前述公开使用解释性术语，其不应被解释为限制以下权利要求的保护的范围，或以其它方式暗示NAWLS的发明性方面被限制到所公开的特定方法和装置。此外，如本领域技术人员将理解的，在此公开的许多发明性方面可被应用在不基于当前标准化的技术例如UTDOA、小区-ID和A-GPS的定位系统中。例如，本发明不限于使用如上所述构造的接收机的系统。接收机、网络仿真器、网络控制器和无线电网络监视器本质上是可采用各种形式和组合的可编程数据收集和处理设备，而不偏离在此公开的发明性概念。给定数字信号处理和其它处理功能的快速下降的成本，例如将特定功能的处理从在此描述的一个功能元件转移到另一功能元件而不改变系统的发明性操作无疑是可能的。在某些情况下，在此描述的功能元件的具体实现仅仅是设计者的偏好而不是硬性要求。因此，除了它们可被明确地如此限制外，以下权利要求的保护范围并不被规定为限于以上描述的具体的实施方式。

Claims (62)

1.一种配置成定位移动设备的网络自主无线定位系统(NAWLS)，所述移动设备具有用于与无线通信网络(WCN)通信的无线通信收发机，所述NAWLS包括：
a)无线电网络监视器(RNM)，其配置成被动地监控两个或多个无线电空中接口；
b)网络仿真器(NE)，其配置成仿真一个或多个WCN，所述一个或多个WCN拥有一个或多个无线电空中接口；以及
c)不受限无线定位系统(U-WLS)，所述U-WLS包括多个移动接收机站点，其中每个所述移动接收机站点包括配置成接收来自所述移动设备的上行链路无线电信号的接收机以及用于确定所述移动接收机站点的精确位置和速度的装置，所述U-WLS配置成根据所述多个移动接收机站点所接收的无线电信号信息确定所述移动设备的精确位置和速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述精确位置包括经度、纬度和高度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线电空中接口包括第一下行链路信标和第二下行链路信标，其中所述第一下行链路信标和第二下行链路信标包括广播控制信道(BCCH)信标。
4.根据权利要求1所述的系统，其中每个用于确定所述移动接收机站点的精确位置和速度的所述装置包括配置成接收GNSS信号的全球导航卫星系统(GNSS)接收机。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了时间同步的目的而接收GNSS信号的接收机。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了频率同步的目的而接收GNSS信号的接收机。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了确定所述移动接收机站点的位置的目的而接收GNSS信号的接收机。
8.根据权利要求1所述的系统，其中每个用于确定所述移动接收机站点的精确位置和速度的所述装置包括配置成接收陆地无线电广播定时信号的无线电接收机。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了时间同步的目的而接收无线电广播定时信号的接收机。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了频率同步的目的而接收无线电广播定时信号的接收机。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动接收机站点还包括天线和配置成为了确定所述移动接收机站点的位置的目的而接收无线电广播定时信号的接收机。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线电空中接口包括第一无线电接入网络(RAN)技术和第二RAN技术。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线电空中接口包括第一无线电接入网络(RAN)技术、第二RAN技术和仿真无线电空中接口。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述仿真无线电空中接口包括第一无线电接入网络(RAN)技术和第二RAN技术。
15.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一下行链路信标包括第一无线电接入网络(RAN)技术，以及所述第二下行链路信标包括第二RAN技术。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一RAN技术包括GSM，以及所述第二RAN技术包括UMTS、LTE、WiMAX和CDMA中的至少一个。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述NE配置成提供独立的无线通信网络，所述独立的无线通信网络仿真RAN和CN网络。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述NE还配置成提供仿真下行链路信标。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述仿真下行链路信标配置成主动地获取所述移动设备。
20.根据权利要求1所述的系统，其中所述NE配置成在单独移动设备的基础上将第二移动上行链路和下行链路信令路径提供到所述移动设备，以在业务/数据信道分配对识别、定位所述移动设备或使所述移动设备静音是必要的情况下使用。
21.根据权利要求1所述的系统，其中所述U-WLS提供下列定位技术的至少一个以使用来自所述移动设备的上行链路传输来定位所述移动设备：到达时间(TOA)、上行链路到达时间差(U-TDOA)、到达角(AoA)以及混合TDOA/AoA定位技术。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述U-WLS还配置成为基于手持通话器的定位技术提供定位服务器功能。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述基于手持通话器的定位技术包括下列组的至少一个成员：增强型观测时间差(E-OTD)、观测到达时间差(OTDOA)、A-GNSS(辅助全球导航卫星系统)以及包括U-TDOA/A-GNSS的混合技术。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述A-GNSS为导航星全球定位系统。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述U-WLS经由数字数据链路连接到所述NE，其中所述U-WLS配置成使用所述数据链路来通知所述NE：定位已被完成、附加的功率被需要来定位所述移动设备、RAT间(无线电接入技术)切换被需要和/或到业务信道的分配被需要。
26.根据权利要求1所述的系统，其中所述网络仿真器经由数字数据链路连接到所述U-WLS，其中所述NE配置成使用所述数据链路来触发和分配任务给U-WLS以基于网络交易触发器执行定位。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述数字数据链路还配置成由所述U-WLS和NE使用来采用存在于所述移动设备上的板载定位技术。
28.根据权利要求1所述的系统，其中所述RNM包括配置成接收来自所述移动设备、所述RAN和所述NE的上行链路和下行链路传输的被动的软件定义的无线电接收机。
29.根据权利要求1所述的系统，其中所述RNM包括一组接收机并经由数字数据链路连接到所述U-WLS，允许所述RNM给所述U-WLS分配任务以在所述移动设备在无线电交易中被涉及时定位所述移动设备。
30.根据权利要求1所述的系统，其中所述NE包括一组收发机和服务器，并经由数字数据链路连接到所述U-WLS，允许所述NE给所述U-WLS分配任务以在所述移动设备在网络交易中被涉及时定位所述移动设备。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述数字数据链路包括无线连接，以及其中所述网络交易包括对下列组的至少一个成员的消息发送：移动设备主叫、移动设备被呼、定位更新、小区改变命令、任何时间询问、SMS发起、SMS终止、周期性注册以及识别码请求。
32.根据权利要求1所述的系统，其中所述RNM经由数字数据链路连接到所述NE，允许所述RNM通知所述NE广播控制信道(BCCH)频率、功率级别和信息内容。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述RNM还配置成监控NE仿真的下行链路信标以及第二移动上行链路和下行链路信号，以检测干扰并使所述NE减小广播无线电功率级别和减小仿真上行链路和下行链路信号的功率级别。
34.根据权利要求1所述的系统，包括在移动小区站点之间提供无线电中继服务的航空组件。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述航空组件还提供机载成像。
36.根据权利要求34所述的系统，其中所述航空组件还用作提供扩展的覆盖和三维接收机分集用于定位计算的移动小区站点平台。
37.根据权利要求34所述的系统，其中所述航空组件还用作提供扩展的覆盖和三维接收机分集用于定位和速度计算的移动小区站点平台。
38.根据权利要求1所述的系统，还包括用于调整所述NE的发射功率以最小化干扰同时优化广播功率的装置。
39.根据权利要求38所述的系统，还包括用于调整所传输的信息的装置。
40.根据权利要求39所述的系统，其中用于调整所传输的信息的所述装置通过平衡采样网络能力同时最小化通信网络影响来实现移动设备信号采样的速率的优化。
41.一种用于定位具有无线通信收发机的移动设备的方法，所述无线通信收发机用于与包括无线电接入网络(RAN)和核心网络(CN)的局部无线通信网络通信，所述方法包括：
使用网络自主无线定位系统(NAWLS)来在不使用到所述局部无线通信网络的有线连接的情况下经由无线电消息发送来收集移动设备特有的信息，包括临时标识符和永久标识符；以及
使用所述移动设备所传输的上行链路信号来定位所述移动设备。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述NAWLS包括互连的网络仿真器(NE)的网络，所述网络仿真器配置成通过仿真操作的商业GSM网络来捕获来自所述操作的商业GSM网络的GSM移动设备、经由定时提前量(TA)参数来确定所捕获的GSM移动设备离第一NE的距离、将所捕获的GSM移动设备切换到第二NE、经由所述TA参数确定所捕获的GSM移动设备离所述第二NE的距离、将所捕获的GSM移动设备切换到第三NE、经由所述TA参数确定所捕获的GSM移动设备离所述第三NE的距离，以及使用到达时间(TOA)地理定位技术确定所捕获的移动设备的位置。
43.根据权利要求41所述的方法，其中所述NAWLS包括互连的网络仿真器(NE)的网络，所述网络仿真器配置成通过仿真操作的GSM网络来捕获来自所述操作的GSM网络的UMTS移动设备、经由从所捕获的UMTS移动设备修改了Rx-Tx时间的往返时间(RTT)参数确定所捕获的UMTS移动设备离第一NE的距离、当所捕获的UMTS移动设备在软切换中或被切换到第二NE时从另一RTT参数确定所捕获的UMTS移动设备离所述第二NE的距离、当所捕获的移动设备在软切换中或被切换到第三NE时从另一RTT参数确定所捕获的UMTS移动设备离所述第三NE的距离，以及使用TOA定位技术确定所捕获的UMTS移动设备的位置。
44.根据权利要求41所述的方法，其中所述NAWLS包括不受限WLS(U-WLS)，所述不受限WLS包括一组地理上分布的接收机和与一个或多个网络仿真器(NE)收发机耦合的移动定位服务器，以及所述U-WLS被采用来在没有到局部无线通信网络的物理连接的情况下确定移动GSM和多模移动设备的识别码和位置。
45.根据权利要求41所述的方法，其中NAWLS被操作来通过监控所述无线通信网络和NE并按需要调整NE传输和参数来最小化所述局部无线通信网络的中断。
46.根据权利要求41所述的方法，其中所述NAWLS用于生成专设的地理围栏区域。
47.根据权利要求41所述的方法，还包括生成专设的静音区，其中用户服务被限制或拒绝。
48.根据权利要求41所述的方法，还包括通过仿真操作的商业GSM无线网络来捕获来自所述网络的GSM移动电话、引起成功的定位更新并提供伪寻呼信道和邻小区信息，同时通过在所述移动电话的定位更新控制信道传输上的地理定位来确定所述GSM移动电话的位置。
49.根据权利要求41所述的方法，还包括通过仿真操作的商业GSM无线网络来获取来自所述网络的GSM移动电话，以及通过在所述移动电话的定位更新控制信道传输上的地理定位来确定所述GSM移动电话的位置、速度和运动方向。
50.根据权利要求41所述的方法，还包括通过仿真操作的商业GSM无线网络来获取来自所述网络的GSM移动电话，以及通过使用Iden Req消息来确定所述移动电话的识别码、TMSI、IMSI和IMEI。
51.根据权利要求41所述的方法，还包括通过仿真操作的商业GSM无线网络、捕获GSM移动电话、确定所述移动电话的识别码以及将所述移动电话分配到静音业务信道而从所述网络拒绝对所述GSM移动电话的无线服务。
52.根据权利要求41所述的方法，还包括通过仿真操作的商业GSM无线网络、捕获GSM移动电话、确定所述移动电话的位置、确定所述移动电话在规定的寒带地理区域中以及将所述移动电话放置在静音业务信道上而从所述网络来拒绝对所述移动电话的无线服务。
53.根据权利要求41所述的方法，还包括通过以下操作来确定是否从操作的GSM无线网络拒绝对GSM移动电话的无线服务：仿真所述网络，捕获所述移动电话，确定所述移动电话的位置、证实所述移动电话位于寒带中，确定所述移动电话的识别码，检查来查看所述移动电话的识别信息是否在允许的列表上以及如果所述识别信息不在允许的列表上则将所述移动电话放置在静音业务信道上。
54.根据权利要求41所述的方法，还包括通过以下操作来在没有到操作的商业GSM无线网络的直接物理连接的情况下定位由所述网络提供服务的业务信道(TCH)上的GSM移动电话：仿真所述网络，捕获所述移动电话，将所述移动电话分配到静音业务信道，以及使用TOA、POA、U-TDOA、AoA、ECID、PDOA、CGI+TA或其任何组合确定所述业务信道上的所述移动电话的位置。
55.根据权利要求41所述的方法，还包括通过以下操作来定位在GSM网络上操作的拥有GPS或AGPS接收机的GSM移动电话：仿真所述网络，捕获所述移动电话，将所述移动电话分配到静音业务信道，以及向所述移动电话的内部GPS接收机请求所述移动电话的位置。
56.根据权利要求41所述的方法，还包括在没有到商业UMTS网络的直接物理连接的情况下通过以下操作来确定在所述网络上操作的移动电话的位置：仿真所述网络，以及通过在所述移动电话的定位更新控制信道传输上的地理定位来确定所述移动电话的位置。
57.根据权利要求41所述的方法，还包括在没有到UMTS网络的物理连接的情况下通过以下操作来确定在所述UMTS网络上操作的UMTS/GSM移动电话的识别码：仿真所述UMTS网络，捕获所述移动电话，命令所述移动电话移动到所仿真的GSM网络，以及使用识别码请求(Iden_Req)命令来确定所述移动电话的移动识别码。
58.根据权利要求41所述的方法，还包括在没有到任何无线网络的物理连接的情况下通过以下操作来从操作的商业UMTS无线网络拒绝对UMTS/GSM移动电话的无线服务：仿真所述网络，捕获所述移动电话，命令所述移动电话移动到所仿真的GSM网络，确定所述移动电话的识别码，以及将所述移动电话分配到静音业务信道。
59.根据权利要求41所述的方法，还包括在没有到商业UMTS网络的直接物理连接的情况下通过以下操作来确定在所述网络上操作的移动电话的位置：仿真所述网络，通过在所述移动电话的定位更新控制信道传输上地理定位来确定所述移动电话的位置，命令所述移动电话移动到所仿真的GSM网络，将所述移动电话移动到GSM业务信道，以及再次地理定位所述移动电话。
60.根据权利要求41所述的方法，还包括通过以下操作来定位在所述UMTS网络上操作的拥有GPS或AGPS接收机的UMTS/GSM移动电话：仿真所述UMTS网络，捕获所述移动电话，命令所述移动电话移动到所仿真的GSM网络，将所述移动电话分配到静音业务信道，以及向所述移动电话的内部GPS接收机请求所述移动电话的位置。
61.根据权利要求41所述的方法，还包括从在GSM网络上操作的无线设备接收未加密的和加密的上行链路传输并将其解调，以及将它们存储到高速数据库用于进一步分析。
62.根据权利要求41所述的方法，还包括在没有到GSM网络的任何物理连接的情况下通过以下操作来定位在所述GSM网络中的业务信道上的GSM移动电话：从所述移动电话和所述GSM网络接收和解调上行链路和下行链路传输，以及存储到数据库，解密适当的经解调的传输，以及经由TOA、POA、U-TDOA、AoA、ECID、PDOA、CGI+TA或其任何组合使用经解密的信息来定位所述移动电话。
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