CN102232194A - 用于确定位置的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种无线位置确定方法和设备(10)。该无线位置确定包括：测量单元(100)，用于测量通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；提取器(200)，用于基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；以及获得与计算单元(300)，用于基于该延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。

Description

用于确定位置的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于通过无线确定位置的方法和设备。具体地，本发明涉及使用延迟扩展通过无线确定位置的方法和设备。
背景技术
无线位置确定技术是用于在诸如全球定位系统(GPS)的卫星导航系统或在诸如码分多址(CDMA)无线局域网(WLAN)、超宽带(UWB)、蓝牙等的无线通信系统中确定终端的位置的技术。当前，随着对于位置信息的需求的增加，无线位置确定技术的利用正在发展。
GPS扮演具有非常高精度的基础架构的角色，但是具有的问题在于，其不能覆盖每个地点。详细地，GPS的第一问题在于不能在关于视线(其后称为“LOS”)从卫星不可见的区域中(并具体地，在多数结构内部)接收到GPS信号。例如，在移动电话的情况下，其中安装了GPS接收机的移动电话使用具有仅大约25％概率的GPS位置确定。为了克服该问题，可考虑一种用于从地面重传GPS信号的方法。在该情况下，由于从接收节点到地面站的距离与从接收节点到卫星站的距离彼此不同并且应廉价地建造地面站，所以出现信号干扰问题、近-远问题、同步问题等。GPS的第二问题在于仅其中安装了GPS接收机的接收节点能够接收GPS信号。
所以，已研究了无线位置确定技术，所述技术与使用GPS的位置确定技术相比具有降级的性能但是能在其中不能使用GPS的环境中使用。即使在其中不能使用GPS的环境中，也存在先前知道位置的传送方和接收方。
在下行链路无线位置确定的情况下，想知道位置的节点从传送站接收信号并使用有关该信号的信息，使得其直接执行位置确定或向网络提供该信息以执行位置确定。
作为除了下行链路无线位置确定方法之外的无线位置确定方法，存在到达角(AOA)方法、到达时间(TOA)方法、到达时间差(TDOA)方法、接收信号强度指示符(RSSI)方法等。
使用接收信号的角度的AOA方法具有在不存在LOS的情况下显著降级精度的问题。
使用接收信号强度的RSSI方法具有由于无线电波遮蔽(shadowing)和快速衰落引起大误差的问题。
与AOA或RSSI方法相比，相对频繁地使用利用接收信号的时间(即，延迟值)的TOA和TDOA方法。然而在TOA和TDOA方法中使用的传输信号通过无线电信道在时间轴上扩展。这时，每一扩展时间延迟抽头具有相对随机的尺寸。为此原因，具有支配尺寸的延迟抽头可在每个瞬间改变，从而TOA和TDOA方法在选择哪个时间位置作为延迟值以及降级精度方面具有问题。
该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对于本发明的背景的理解，并所以其可包括不形成本领域技术人员在该国家已知的现有技术的信息。
发明内容
技术问题
已作出本发明，致力于提供一种能够改善终端的位置确定信息的估计性能的用于确定无线位置的方法和设备。
解决问题的方案
为了实现以上目的，本发明的示范实施例提供了一种用于确定位置的无线位置确定方法，包括：
测量由接收方的终端通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；基于该延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离；和基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。
本发明的另一实施例提供了一种用于确定位置的无线位置确定设备，包括：
测量单元，用于确定通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；提取器，用于基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；以及获得与计算单元，用于基于该延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。
本发明的另一实施例提供了一种用于确定位置的无线位置确定方法，包括：
测量由接收方的终端通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；向传送方传送该延迟扩展信息；和接收与该延迟扩展信息对应的传送方和接收方之间的距离与该接收方的位置的计算结果。
发明的有利效果
根据本发明的实施例，该无线系统使用延迟扩展来执行无线位置确定，以改善无线位置确定的精度，这使得可能提供更精确的无线位置确定信息。此外，根据本发明的实施例，改善的无线位置确定信息可导致后面的各种基于位置的服务的激活。
附图说明
图1和2是示出了根据本发明示范实施例的与传送方和接收方之间的距离对应的传播延迟的图。
图3是示出了根据本发明示范实施例的无线位置确定设备的图。
图4是示出了根据本发明示范实施例的在下行链路位置确定中通过接收方终端计算位置的方法的流程图。
图5是示出了根据本发明示范实施例的在下行链路位置确定中通过网络计算位置的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，已仅示出和描述了本发明的某些示范实施例，只是作为图示。如本领域技术人员将认识到的，可按照各种不同方式修改所描述的实施例，而全部不脱离本发明的精神或范围。因此，这些图和描述应被看作本质上示意性的而非限制性的。相同的附图标记在说明书中始终指定相同的元件。
在本说明书中，除非进行了相反明确的描述，否则单词“包括(comprise)”以及例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变形将被理解为暗指包括所阐明的元件但是不排除任何其他元件。
在本说明书中，终端可指定移动站(MS)、移动终端(MT)、订户站(SS)、便携式订户站(PSS)、用户设备(UE)、接入终端(AT)等，并可包括移动站、移动终端、订户站、便携式订户站、用户设备、接入终端等的全部或部分功能。
其后，将参考附图来详细描述根据本发明示范实施例的无线位置确定方法和设备。
首先，根据本发明示范实施例的无线位置确定方法使用接收方通过信道从传送方接收的信号的延迟扩展。这里，延迟扩展意味着在无线电波的多径环境中经由不同路径接收的第一无线电波和从另一路径反射的接收无线电波之间的延迟时间。这时，接收方和传送方中的任一个的位置先前已知并一般固定。所以，接收方和传送方中的另一个的位置成为位置确定的对象。
该无线位置确定方法可包括下行链路位置确定方法和上行链路位置确定方法。
该下行链路位置确定方法确定接收方的位置，而该上行链路位置确定方法确定传送方的位置。该上行链路位置确定方法和该下行链路位置确定方法在获得延迟扩展信息或计算位置的方面彼此类似。
详细来说，在下行链路位置确定的情况下，作为位置确定的对象的接收方的终端获得该延迟扩展信息，从而其直接计算该位置，或向传送方的网络提供信息来计算该位置。
在上行链路位置确定方法的情况下，接收方的终端从作为位置确定的对象的传送方的终端获得该延迟扩展信息，从而接收方的网络直接计算该位置，或向传送方的终端提供该信息来计算该位置。
尽管将根据本发明示范实施例的无线位置确定方法和设备应用到下行链路位置确定和上行链路位置确定两者，但是这里将描述下行链路位置确定。然而，本发明不限于此。
一般来说，从其位置已知的传送方的每一终端到作为位置确定的对象的接收方的终端的接收方的信道的脉冲响应被改变为随着时间的过去具有扩展形状。
使用无线电波的到达时间来确定位置的方法具有关于在具有延迟扩展的接收信号中将哪个时间位置看作无线电波的到达时间的问题。为此原因，该方法具有使用无线电波的到达时间精确确定位置的限制。这里，无线电波的到达时间可以是具有最强接收强度的延迟抽头的位置以及超出阈值并最早到达的延迟抽头的位置之一。
根据本发明示范实施例的无线位置确定方法使用利用无线电波的延迟扩展的传送方和接收方之间(其后称为“传送和接收方之间”)的距离估计。
接下来，将参考图1和2来描述与传送和接收方之间的距离对应的传播延迟。
图1和2是示出了根据本发明示范实施例的与传送和接收方之间的距离对应的传播延迟的图。
参考图1和2，如果传送和接收方之间的距离增加，则每一延迟抽头时间与距离成比例，使得延迟时间差与距离差成比例地增加。
详细来说，如果距离加倍，则
d2a-d1a＝2(d2-d1)
。结果，延迟时间差加倍并且延迟扩展增加。然而，在图1和2中，由于两个传播路径的相对接收功率比与两个距离的路径衰减系数(μ)成比例，所以
Figure BDA0000065479600000051
从而其不改变。路径衰减系数(μ)是指示传播路径中的信号功率的衰减度的传播系数的实数部分。
同样，传播延迟抽头的分布与传送和接收方之间的距离成比例地在时间轴上扩大和缩小。可基于传播延迟抽头的分布来获得传送和接收方之间的距离信息。
换言之，可基于传播延迟抽头的分布来计算传送和接收方之间的距离信息。其间，一旦计算了距离信息，则是否需要用于在传送和接收方之间传送信息的消息流取决于计算主体是什么。
在下行链路位置确定的情况下，当要测量的接收方的终端直接从接收信号执行位置计算时，不再传送除了最后位置信息之外的信息。甚至可能不需要最后位置信息的传送。然而，为了复杂精确的计算，如果在网络中执行位置计算，则接收方的终端应向网络传送有关传播延迟抽头的整个分布或简化延迟扩展的信息。
接下来，将参考图3来详细描述无线位置确定设备。
图3是示出了根据本发明示范实施例的无线位置确定设备的图。
首先，根据本发明示范实施例的无线位置确定设备10是使用下行链路位置确定方法的接收方的终端。
下行链路位置确定方法是允许作为位置确定的对象的接收方的终端获得延迟扩展信息的方法，并且接收方直接计算位置或向传送方的网络提供该信息以计算该位置。这里，无线位置确定设备10是位于接收方的终端，并确定接收方的位置。
参考图3，无线位置确定设备10包括测量单元100、提取器200、以及获得与计算单元300。
测量单元100测量传播延迟抽头。这里，传播延迟抽头的分布与传送和接收方之间的距离成比例地在时间轴上扩大和缩小。
提取器200基于测量的传播延迟抽头来提取延迟扩展信息。
详细来说，提取器200提取具有各种形式的延迟扩展信息，以便从传播延迟抽头的分布获得传送和接收方之间的距离。这时，各种形式包括下面将描述的第一测量到第三测量。
(1)第一测量是其接收功率高于噪声功率电平并且是阈值或更高的传播延迟抽头之中的最小延迟值和最大延迟值之间的差，该阈值是考虑到平均接收信号强度来确定的。
(2)第二测量是延迟抽头的绝对延迟值的加权均方根(加权RMS)。第二测量是基于延迟抽头的绝对时间计算的，所述延迟抽头的绝对时间包括接收方应该知道传送方的绝对时间的限制条件，这与TOA环境类似。
(3)第三测量是延迟抽头的相对加权标准偏差。
当延迟抽头是
t1，t2，t3，……
并且每一延迟抽头的接收功率是
p1，p2，p3，……
时，所述多个测量等效于等式1到3。
(等式1)
第一测量＝
max{(ti一tj)|ti≥tj，pi≥pn，pj≥pn，pi≥pth，pj≥pth}
这里，
Pn，Pth分别是噪声功率电平和阈值。
(等式2)
Figure BDA0000065479600000061
(等式3)
Figure BDA0000065479600000071
这里，m是延迟抽头时间的加权平均值。
当提取具有各种形式的延迟扩展信息时，第二测量需要绝对时间值，并且如果存在ti的彼此相对的时间值，则可提取第一测量和第三测量。换言之，对于第二测量，接收方应知道每一传送方的绝对时间，但是第一测量和第三测量具有的优点在于，传送方和接收方不需要知道彼此的时间，并且传送方的终端不需要彼此同步。
从提取器200提取的延迟扩展信息包括信息元素(IE)。IE具有{抽头时间戳，抽头值}、矩阵、或向量的形式。抽头时间戳是当测量信道的传播延迟抽头时感测到有效功率的信道的时间信息，并将该信道的时间信息表示为相对或绝对值。抽头值是与对应抽头时间戳对应的测量功率值，并可将测量功率值表示为相对或绝对功率。这里，测量功率值可以可替换地表示为幅度而不是功率。此外，除了{抽头时间戳，抽头值}之外，可按照诸如处理对应信息的加权均方根、加权标准偏差、延迟宽度、平均值等的形式，来报告IE。信息的处理形式可使用利用本发明的基本信息的所有方法。
所述获得与计算单元300基于具有各种形式的延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。这时，传送和接收方之间的距离可根据总体信道环境(诸如载波频率、通信系统的种类、通信区域、天气等)而改变。
所述获得与计算单元300通过信道测量构造近似等式或数据库，并基于所述近似等式或数据库而获得传送和接收方之间的距离。这里，在现有信道模型中，延迟抽头的时间差一般固定，而不管传送和接收方之间的距离。为此原因，照现在的样子使用信道模型的方法(这主要在现有技术中使用)是不合适的。
信道模型考虑到小区内的位置来提供平均延迟抽头。例如，在ITU-RPedestrian A信道模型的情况下，遍布0ns到410ns存在四个延迟抽头，并且每一延迟抽头的平均接收功率被定义为0dB到-22.8dB。
所述获得与计算单元300难以通过信道测量构造数据库。为此原因，使用现有信道模型，但是信道模型的延迟抽头的位置可根据传送和接收方之间的距离而线性增加。这时，如果传送和接收方之间的距离增加，则所有延迟抽头时间按照相同比率增加。
接下来，将参考图4和5来详细描述基于下行链路位置确定方法来计算位置的方法。这里，下行链路位置确定方法是通过接收方的终端直接计算位置或向传送方的网络提供信息以执行位置确定的方法。
图4是示出了根据本发明示范实施例的在下行链路位置确定中通过接收方终端计算位置的方法的流程图。
首先，根据本发明示范实施例的无线位置确定设备10是使用下行链路位置确定方法的终端。这里，无线位置确定设备10位于接收方以测量接收方的位置。
参考图4，无线位置确定设备10测量通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头(S310)。这里，无线电波抽头的分布与传送和接收方之间的距离成比例地在时间轴上扩大或缩小。
无线位置确定设备10基于测量的传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息(S320)。
接下来，无线位置确定设备10基于所提取的延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置(S330)。
如果必要的话，无线位置确定设备10向网络传送作为与所计算的接收方的位置对应的信息的位置信息(S340)。
接下来，将参考图5来详细描述通过网络在下行链路位置确定中计算位置的方法。
图5是示出了根据本发明示范实施例的在下行链路位置确定中通过网络计算位置的方法的流程图。
参考图5，无线位置确定设备10测量通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头(S410)。这里，传播延迟抽头的分布与传送和接收方之间的距离成比例地在时间轴上扩大或缩小。
无线位置确定设备10基于测量的传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息(S420)。接下来，无线位置确定设备10向传送方网络传送所提取的延迟扩展信息(S430)。
与无线位置确定设备10中包括的所述获得与计算单元300执行相同功能的传送方的网络的对应装置基于所接收的延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置(S440)。
如果必要的话，无线位置确定设备10通过传送方的网络接收作为与接收方的位置对应的信息的位置信息(S450)。
根据本发明示范实施例的无线位置确定方法和设备可应用到其中必须执行无线位置确定的无线网络(诸如蜂窝移动通信系统、传感器网络等)，但是不限于此。
根据本发明示范实施例的无线位置确定方法和设备使用延迟扩展来执行无线位置确定，使得可能改善无线位置确定的精度。此外，可通过组合使用延迟扩展的无线位置确定方法和现有技术的无线位置确定方法，来改善无线位置确定性能。
本发明的上述示范实施例不仅由设备和方法实施。作为选择，上述示范实施例可由执行与本发明的示范实施例的配置对应的功能的程序、或其上记录有该程序的记录介质来实施。这些实施例可由本发明所属技术领域的技术人员根据上述示范实施例的描述而容易地设计。
尽管已结合当前被看作实际示范实施例的内容而描述了本发明，但是应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意欲覆盖所附权利要求的精神和范围之内包括的各种变型和等效安排。

Claims (11)

1.一种用于确定位置的无线位置确定方法，包括：
测量由接收方的终端通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；
基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；
基于该延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离；和
基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。
2.根据权利要求1的无线位置确定方法，其中：
所述传播延迟抽头的分布与所述传送和接收方之间的距离成比例地以时间为基础而扩大或缩小。
3.根据权利要求1的无线位置确定方法，其中所述获得传送和接收方之间的距离的步骤包括：
通过在测量该传播延迟抽头时所使用的信道的测量，来构造近似等式或数据库；和
基于所述近似等式或数据库来获得所述传送和接收方之间的距离。
4.根据权利要求1的无线位置确定方法，进一步包括：
向该传送方传送包括所计算的接收方的位置的信息。
5.一种用于确定位置的无线位置确定设备，包括：
测量单元，用于测量通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；
提取器，用于基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；以及
获得与计算单元，用于基于该延迟扩展信息来获得传送和接收方之间的距离，并基于所获得的传送和接收方之间的距离来计算接收方的位置。
6.根据权利要求5的无线位置确定设备，其中所述具有各种形式的延迟扩展信息对应于作为其接收功率高于噪声功率电平并且是阈值或更高的传播延迟抽头之中的最小延迟值和最大延迟值之间的差的测量、作为传播延迟抽头的绝对延迟值的加权均方根的测量、和作为传播延迟抽头的延迟值的相对加权标准偏差的测量之一。
7.根据权利要求5的无线位置确定设备，其中所述传播延迟抽头的分布与所述传送和接收方之间的距离成比例地以时间为基础而扩大或缩小。
8.一种用于确定接收方的位置的无线位置确定方法，包括：
测量由接收方的终端通过信道从传送方接收的信号的传播延迟抽头；
基于该传播延迟抽头来提取具有各种形式的延迟扩展信息；
向传送方传送该延迟扩展信息；和
接收与延迟扩展信息对应的传送和接收方之间的距离以及接收方的位置的计算结果。
9.根据权利要求8的无线位置确定方法，其中所述传播延迟抽头的分布与所述传送和接收方之间的距离成比例地以时间为基础而扩大或缩小。
10.根据权利要求8的无线位置确定方法，其中所述具有各种形式的延迟扩展信息对应于作为其接收功率高于噪声功率电平并且是阈值或更高的传播延迟抽头之中的最小延迟值和最大延迟值之间的差的测量、作为传播延迟抽头的绝对延迟值的加权均方根的测量、和作为传播延迟抽头的延迟值的相对加权标准偏差的测量之一
11.根据权利要求8的无线位置确定方法，其中所述接收步骤包括：
基于该延迟扩展信息在该传送方中获得所述传送和接收方之间的距离；
基于所述传送和接收方之间的距离来计算所述接收方的位置；和
向接收方的终端传送所计算的该接收方的位置以及所述传送和接收方之间的距离。
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