CN101583078A

CN101583078A - 一种蜂窝定位方法

Info

Publication number: CN101583078A
Application number: CNA2009100861705A
Authority: CN
Inventors: 崔琪楣; 张一衡; 陶小峰; 许晓东; 张平
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: CN101583078B

Abstract

本发明公开了一种蜂窝定位方法，所述方法包括以下步骤：A.向参考节点发送协助定位请求，所述参考节点为能够与待定位移动台进行点对点通信的装置；B.所述参考节点返回协助定位响应，所述协助定位响应包括参考节点的位置信息和移动台与参考节点之间的距离信息；C.根据视距基站的数量和所述协助定位响应对所述待定位移动台进行定位。本发明在移动台不能与3个或者3个以上的视距基站建立连接时，利用参考节点的位置，或者参考节点的定位参数，结合视距基站的位置，共同确定移动台的位置，从而提高了无线定位的精确性。

Description

一种蜂窝定位方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种蜂窝定位方法。

背景技术

传统蜂窝定位方法通常要求移动台必须与3个、或者3个以上的基站(又称信标节点)建立连接，以便测量TOA(Time OF Arrival，到达时间)/TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)/RSS(Relative Signal Strength，相对信号强度)等参数，然后通过这些参数以及基站的位置来确定移动台的位置。基站是指地理位置已知，并且地理位置固定，同时，还能够与移动台进行通信的装置。根据移动台与基站之间的测量距离中是否包含非视距误差，可将基站分为视距基站和非视距基站：包含非视距误差的基站为非视距基站，不含非视距误差的基站为视距基站。

如果移动台不能与3个或者3个以上的基站建立连接，则定位失败；如果移动台与基站之间为非视距传播环境，则定位误差较大。例如，在基站密集分布的城区，虽然移动台较容易与3个或者3个以上的基站建立连接，但是，移动台较难同时与3个或者3个以上的视距基站建立连接。在郊区，基站分布较稀疏，移动台处于小区中心时较难与多个临近小区的基站建立连接，因此定位失败的概率会偏高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种蜂窝定位方法，以克服现有技术中由于移动台不能与3个或者3个以上的视距基站建立连接而造成定位误差较大的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种蜂窝定位方法，所述方法包括以下步骤：A、向参考节点发送CLQ(Cooperative LocationreQuest，协助定位请求)，所述参考节点为能够与待定位移动台进行点对点通信的装置；B、所述参考节点返回CLR(Cooperative LocationResponse，协助定位响应)，所述CLR包括参考节点的位置信息和移动台与参考节点之间的距离信息；C、根据视距基站的数量和所述CLR对所述待定位移动台进行定位。

其中，在步骤C中，具体包括：当视距基站的数量为1，且已知位置的参考节点个数≥2时，根据视距基站和参考节点的信息协同定位；当视距基站的数量为1，且已知位置的参考节点个数≤1时，根据所有基站和参考节点的信息协同定位移动台的位置，其中所有基站包括一个视距基站和至少一个非视距基站；当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数≥1时，根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，根据需要进一步消息指示来定位。

其中，当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，移动台或网络端根据所有基站的信息共同确定移动台的位置。

其中，当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，网络端确定参考节点的位置或确定参考节点的参数，根据所述位置或参数，以及视距基站的信息进行协同定位，所述参数包括TOA和RSS。

其中，当视距基站个数为2、已知位置的参考节点个数为0且网络端不能精确确定参考节点的位置时，通过两个视距基站的信息，获知移动台的两个候选位置构成候选位置集合，再对候选位置进行鉴定判别。

其中，所述对候选位置进行鉴定判别具体包括：若参考节点能够与1个视距基站建立连接，依次选取移动台的候选位置，设d₁、d₂、d₃分别表示参考节点与移动台之间、参考节点与该视距基站之间、移动台候选位置与该视距基站之间的距离，判定d₁+d₂＞d₃是否成立，若成立，则保留该候选位置，若不成立，则剔除；当候选位置集合中只有一个候选位置时，该位置为移动台最终的位置估计；若参考节点能够与2个视距基站建立连接，则获取参考节点的两个候选位置构成参考节点候选位置集合，依次取出移动台候选位置集合、参考节点候选位置集合中的候选位置，计算出各个移动台候选位置与参考节点候选位置的距离，存在四个，比较四个距离值与实际移动台和参考节点之间相对距离的接近程度，构成接近程度最大的移动台候选位置和参考节点候选位置为最终的位置估计。

其中，由移动台或网络端进行所述蜂窝定位方法。

其中，所述参考节点的位置信息包括坐标位置和位置误差，所述移动台与参考节点之间的距离信息包括距离和距离误差。

其中，如果参考节点不知道自身的位置，则坐标位置和位置误差均为空或为预先设定的特定值；如果参考节点知道自身的位置，但不知道位置误差，则位置误差为空或为预先设定的特定值；如果参考节点不能测量移动台与自身之间的相对距离，则距离和距离误差均为空或为预先设定的特定值；如果参考节点能够测量移动台与自身之间的相对距离，但不知道距离误差，则距离误差为空或为预先设定的特定值。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明在移动台不能与3个或者3个以上的视距基站建立连接时，利用参考节点的位置，或者参考节点的定位参数，结合视距基站的位置，共同确定移动台的位置，从而提高了无线定位的精确性。

附图说明

图1为本发明的一种蜂窝定位方法的流程图；

图2a为本发明的移动台端实施定位过程中的参考节点的第一种响应方式的示意图；

图2b为本发明的移动台端实施定位过程中的参考节点的第二种响应方式的示意图；

图3a为本发明的网络端实施定位过程中的参考节点的第一种响应方式的示意图；

图3b为本发明的网络端实施定位过程中的参考节点的第二种响应方式的示意图；

图4为本发明的一种移动台能够与2个视距基站建立连接，参考节点能够与1个视距基站建立连接时的拓扑结构图；

图5为本发明的一种移动台能够与2个视距基站建立连接，参考节点能够与2个视距基站建立连接时的拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种蜂窝定位方法如图1所示。本发明要求移动台与参考节点之间的相对距离能够被获知。例如，移动台与参考节点之间以点对点的方式进行协同通信，在通信过程中测量彼此之间的相对距离。但是，在本发明中，获知移动台与参考节点之间相对距离的方法并不局限于此，任何获知移动台与参考节点之间相对距离的方法均包含在本发明中。其中，参考节点是指能够与移动台进行点对点通信的装置。参考节点即可以是位置已知的，如某些固定的中继站，也可以是位置未知的，如其他移动台或者无线终端。同时，本发明要求系统能够辨别移动台与基站之间的测量距离是否包含非视距误差。

一般来说，实施蜂窝无线定位的实施过程可以分为两种方式，一种是在移动台端实施定位过程，另外一种是在网络端实施定位过程。因此，根据定位过程的实施方式，本发明包含移动台端的定位方法和网络端的定位方法。

1 移动台端实施定位过程

当定位过程在移动台端实施时，首先，移动台检查自己能否与3个或者3个以上的视距基站建立连接，或者基站向移动台发送信息，包含视距基站的位置、视距基站与移动台之间的距离。如果移动台只能与2个、或者1个视距基站建立连接，则移动台通过协同通信向周围的参考节点发送CLQ。周围的参考节点响应移动台所发送的协助定位请求，包含两种响应方式。在第一种响应方式中，参考节点向移动台发送CLR，如图2a所示。在第二种响应方式中，参考节点向基站发送协助定位响应CLR，如图2b所示。

在第一种响应方式和第二种响应方式中，CLR均包含参考节点的LI(Location Information，位置信息)和移动台与参考节点之间的DI(Distance Information，距离信息)。其中位置信息LI又包含CL(Coordinate Location，坐标位置)和LE(Location Error，位置误差)，而距离信息DI包含DS(Distance，距离)和DE(Distance Error，距离误差)。如果参考节点不知道自身的位置，则CL和LE均为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点知道自身的位置，但不知道位置误差，则LE为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点不能测量移动台与自身之间的相对距离，则DS和DE均为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点能够测量移动台与自身之间的相对距离，但不知道距离误差，则DE为空，或者可以设定为某一特定值。

移动台根据视距基站的个数，选择以下操作之一：

(1)如果视距基站的个数为1，并且已知位置的参考节点个数≥2，则移动台根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(2)如果视距基站的个数为1，并且已知位置的参考节点个数≤1，则移动台根据所有基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(3)如果视距基站的个数为2，并且已知位置的参考节点个数≥1，则移动台根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(4)如果视距基站的个数为2，并且已知位置的参考节点个数＝0，则移动台选择以下操作之一：

(a)移动台根据所有基站的信息共同确定移动台的位置；

(b)移动台向网络发送请求，要求基站尝试确定参考节点的位置，或者确定参考节点的某个或者多个参数，这些参数种类包括TOA和RSS。移动台根据这些参数确定位置。

2 网络端实施定位过程

当定位过程在网络端实施时，首先，网络检查移动台能否与3个或者3个以上的视距基站建立连接。如果移动台只能与2个、或者1个视距基站建立连接，则网络向移动台发送CLQ，移动台向周围的参考节点转发CLQ。周围的参考节点响应移动台所转发的CLQ，包含两种响应方式。在第一种响应方式中，参考节点直接向网络发送协助定位响应CLR，如图3a所示。在第二种响应方式中，参考节点向移动台发送CLR，然后移动台向网络转发CLR，如图3b所示。

在第一种响应方式和第二种响应方式中，CLR均包含LI和DI。其中位置信息LI又包含CL和LE，而距离信息DI包含DS和DE。如果参考节点不知道自身的位置，则CL和LE均为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点知道自身的位置，但不知道位置误差，则LE为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点不能测量移动台与自身之间的相对距离，则DS和DE均为空，或者可以设定为某一特定值；如果参考节点能够测量移动台与自身之间的相对距离，但不知道距离误差，则DE为空，或者可以设定为某一特定值。

网络根据视距基站的个数，决定下一步的操作：

(1)如果视距基站的个数为1，并且已知位置的参考节点个数≥2，则网络根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(2)如果视距基站的个数为1，并且已知位置的参考节点个数≤1，则网络根据所有基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(3)如果视距基站的个数为2，并且已知位置的参考节点个数≥1，则网络根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

(4)如果视距基站的个数为2，并且已知位置的参考节点个数＝0，则网络选择以下操作之一：

(a)网络根据所有基站的信息共同确定移动台的位置；

(b)网络尝试确定参考节点的位置，或者确定参考节点的某个或者多个参数，这些参数种类包括TOA和RSS，然后根据这些参数确定位置。

3 定位方法

如果视距基站的个数为2，并且已知位置的参考节点个数＝0，同时，网络不能精确确定参考节点的位置，那么，本发明提出以下利用参考节点相关参数辅助定位的方法。

方法1：移动台能够与2个视距基站建立连接，参考节点能够与1个视距基站建立连接，此时的拓扑结构如图4所示。其中，A、B为移动台，C、D、F为基站，E为参考节点。

在图4中，移动台根据与基站C和基站D的距离，能够确定A、B两点的位置为移动台的候选位置，但无法确定移动台的真实位置。在参考节点的辅助下，对A点进行鉴别。如果距离AE+EF≥AF，则保留A点候选位置；如果距离AE+EF＜AF，则在候选位置中将A点剔除。对B点进行同样的鉴别，如果距离BE+EF≥BF，则保留B点候选位置；如果距离BE+EF＜BF，则在候选位置中将B点剔除。对A、B两点进行上述鉴别后，如果候选位置中仍有A、B两点、或者候选位置中A、B两点都被剔除，则不再考虑参考节点参与定位，而采用传统定位方法。对A、B两点进行上述鉴别后，如果候选位置中只有A、B两点中的一点，则该点位置就是移动台最终的位置估计。

方法2：移动台能够与2个视距基站建立连接，参考节点能够与2个视距基站建立连接，此时的拓扑结构如图5所示。其中，A、B为移动台，C、D、F、G为基站，E、H为参考节点。

在图5中，移动台根据与基站C和基站D的距离，能够确定A、B两点的位置为移动台的候选位置，但无法确定移动台的真实位置。网络对参考节点定位，由于参考节点能与2个视距基站建立连接，因此，可以确定E、H两点的位置为参考节点的候选位置。计算距离AE、AH、BE、BH，比较这四个距离值与移动台和参考节点之间相对距离的接近程度。例如，如果AH与移动台和参考节点之间相对距离最为接近，则A点为移动台的位置估计。

下面结合实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与2个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，移动台利用2个视距基站的位置、参考节点的位置，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例2

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与1个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有2个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息。所述的2个参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述2个参考节点的地理位置。最后，移动台利用视距基站的位置、所述2个参考节点的位置，以及移动台与所述视距基站之间的距离、移动台与所述2个参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例3

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与2个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向网络发送CLR消息。接着，网络向所述的移动台转发CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，移动台利用2个视距基站的位置、参考节点的位置，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例4

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与1个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有2个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向网络发送CLR消息。接着，网络向所述的移动台转发CLR消息。所述的2个参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述2个参考节点的地理位置。最后，移动台利用视距基站的位置、所述2个参考节点的位置，以及移动台与所述视距基站之间的距离、移动台与所述2个参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例5

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与2个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息。所述的参考节点不知道自身的地理位置。接着，移动台向网络发送消息，请求确定参考节点的位置，网络向移动台发送参考节点的定位参数。最后，移动台利用2个视距基站的位置、参考节点的定位参数，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例6

移动台实施定位过程，首先，移动台获知自己能够与2个视距基站建立连接。然后，移动台向周围的参考节点广播CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息。所述的参考节点不知道自身的地理位置。接着，移动台向网络发送消息，请求确定参考节点的位置，网络向移动台发送参考节点的候选位置。最后，移动台利用2个视距基站的位置、参考节点的定位参数，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例7

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与2个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息，所述的移动台向网络转发CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，网络端利用2个视距基站的位置、参考节点的位置，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例8

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与1个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有2个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息，所述的移动台向网络转发CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，网络端利用1个视距基站的位置、2个参考节点的位置，以及移动台与所述1个视距基站之间的距离、移动台与所述2个参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例9

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与2个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的网络发送CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，网络端利用2个视距基站的位置、参考节点的位置，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例10

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与1个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有2个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的网络发送CLR消息。所述的参考节点知道自身的地理位置，因此CLR消息中包含所述参考节点的地理位置。最后，网络端利用1个视距基站的位置、2个参考节点的位置，以及移动台与所述1个视距基站之间的距离、移动台与所述2个参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例11

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与2个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息，所述的移动台向网络转发CLR消息。所述的参考节点不知道自身的地理位置。接着，网络尝试确定参考节点的定位参数。最后，网络端利用2个视距基站的位置、参考节点的定位参数，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

实施例12

定位过程在网络端实施，首先，网络获知移动台能够与2个视距基站建立连接。然后，网络向移动台发送CLQ消息。接着，移动台向周围的参考节点广播转发CLQ消息，并且有1个参考节点响应CLQ消息，所述的参考节点向所述的移动台发送CLR消息，所述的移动台向网络转发CLR消息。所述的参考节点不知道自身的地理位置。接着，网络尝试确定参考节点的候选位置。最后，网络端利用2个视距基站的位置、参考节点的候选位置，以及移动台与所述2个视距基站之间的距离、移动台与所述参考节点之间的距离，共同确定移动台的位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种蜂窝定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、向参考节点发送协助定位请求，所述参考节点为能够与待定位移动台进行点对点通信的装置；

B、所述参考节点返回协助定位响应，所述协助定位响应包括参考节点的位置信息和移动台与参考节点之间的距离信息；

C、根据视距基站的数量和所述协助定位响应对所述待定位移动台进行定位。

2、如权利要求1所述的蜂窝定位方法，其特征在于，在步骤C中，具体包括：

当视距基站的数量为1，且已知位置的参考节点个数≥2时，根据视距基站和参考节点的信息协同定位；

当视距基站的数量为1，且已知位置的参考节点个数≤1时，根据所有基站和参考节点的信息协同定位移动台的位置，其中所有基站包括一个视距基站和至少一个非视距基站；

当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数≥1时，根据视距基站和参考节点的信息共同确定移动台的位置；

当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，根据需要进一步消息指示来定位。

3、如权利要求2所述的蜂窝定位方法，其特征在于，当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，移动台或网络端根据所有基站的信息共同确定移动台的位置。

4、如权利要求2所述的蜂窝定位方法，其特征在于，当视距基站的数量为2，且已知位置的参考节点个数为0时，网络端确定参考节点的位置或确定参考节点的参数，根据所述位置或参数，以及视距基站的信息进行协同定位，所述参数包括TOA和RSS。

5、如权利要求2所述的蜂窝定位方法，其特征在于，当视距基站个数为2、已知位置的参考节点个数为0且网络端不能精确确定参考节点的位置时，通过两个视距基站的信息，获知移动台的两个候选位置构成候选位置集合，再对候选位置进行鉴定判别。

6、如权利要求5所述的蜂窝定位方法，其特征在于，所述对候选位置进行鉴定判别具体包括：

若参考节点能够与1个视距基站建立连接，依次选取移动台的候选位置，设d₁、d₂、d₃分别表示参考节点与移动台之间、参考节点与该视距基站之间、移动台候选位置与该视距基站之间的距离，判定d₁+d₂＞d₃是否成立，若成立，则保留该候选位置，若不成立，则剔除；当候选位置集合中只有一个候选位置时，该位置为移动台最终的位置估计；

若参考节点能够与2个视距基站建立连接，则获取参考节点的两个候选位置构成参考节点候选位置集合，依次取出移动台候选位置集合、参考节点候选位置集合中的候选位置，计算出各个移动台候选位置与参考节点候选位置的距离，存在四个，比较四个距离值与实际移动台和参考节点之间相对距离的接近程度，构成接近程度最大的移动台候选位置和参考节点候选位置为最终的位置估计。

7、如权利要求1至6任一项所述的蜂窝定位方法，其特征在于，由移动台或网络端进行所述蜂窝定位方法。

8、如权利要求1至6任一项所述的蜂窝定位方法，其特征在于，所述参考节点的位置信息包括坐标位置和位置误差，所述移动台与参考节点之间的距离信息包括距离和距离误差。

9、如权利要求8所述的蜂窝定位方法，其特征在于，如果参考节点不知道自身的位置，则坐标位置和位置误差均为空或为预先设定的特定值；如果参考节点知道自身的位置，但不知道位置误差，则位置误差为空或为预先设定的特定值；如果参考节点不能测量移动台与自身之间的相对距离，则距离和距离误差均为空或为预先设定的特定值；如果参考节点能够测量移动台与自身之间的相对距离，但不知道距离误差，则距离误差为空或为预先设定的特定值。