CN102640011B - 估计用户设备在无线网络中的位置 - Google Patents

Abstract

一种估计用户位置的方法，包括从网络中的接入点收集数据。然后，该数据可以用于限定接入点之间的关系，例如由所传输信号经历的功耗。该关系可以存储在矩阵、数据库中，或者以任意其他合适的存储方法来存储，其可以被引用来确定用户设备在网络中的位置并与来自用户设备的相对应测量结果相关以确定用户设备在网络中的位置。

Description

估计用户设备在无线网络中的位置

技术领域

本发明涉及估计用户设备在无线网络内的位置的方法。本发明还涉及能够估计用户设备在无线网络内的位置的装置。

背景技术

除了其他方面，无线网络还包括接入点和用户设备。用户设备可以是任意具有能够利用无线网络实现无线联网的接口的设备，包括例如便携式电脑。接入点是使得用户设备能够利用例如蓝牙或Wi-Fi接入特定无线网络的设备。一旦用户设备接入无线网络，其就可以通过该网络发送和接收数据。

例如，如果提供给用户设备的服务取决于用户设备在网络内的位置，则估计用户在无线网络内的位置可能是有利的。这在用户设备移动，因而网络中的组件实际上并不静止时尤其困难。

为了确定设备在可由移动设备接入的网络内的位置，已提出若干方案。这些方案包括RF指纹识别、到达时间三边测量以及GPS设备在移动设备上的使用。

RF指纹识别包括勘察由无线网络覆盖的区域以及评价在该区域内的某些点处的RF频谱。系统或移动单元本身可以确定用户设备的RF频谱，并将其与通过勘察所测量的区域中的不同点的RF频谱进行比较。该比较可以用于限定用户设备处于网络中的什么位置。然而，该位置确定的方法需要资源来确定区域内的点的所接收RF频谱。此外，区域的RF环境中的动力学可能改变，从而增加位置估计的误差。

到达时间三边测量包括接入点确定从用户设备到接入点的传输的飞行时间。根据该飞行时间可以确定离接入点的距离，并且这些距离的汇合点是用户设备的位置的估计。然而，利用到达时间三边测量精确地估计位置需要用户设备能够与网络中的至少三个接入点进行通信，这可能意味着估计位置所需的接入点数目大于服务该网络所需的接入点数目。另外，由于用户设备上的时钟和接入点上的时钟之差导致时间误差，从而导致位置、估计误差，因而时间的估计必须精确。

最后，GRS接收机或其他位置确定装备在用户设备中的使用可以用于确定用户设备的位置。然而，这取决于用户设备所位于的点处的卫星的能见度，这在建筑物内是不可能的。给每个用户设备配备GPS接收机也会是浪费的。

因此，期望具有一种估计用户设备在无线网络中的位置的改进方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种估计用户设备在无线网络中的位置的方法，所述无线网络包括多个接入点，所述方法包括以下步骤：确定所述用户设备与所述多个接入点中的一个接入点之间的信道损耗；计算所述多个接入点中的至少一个接入点的相关值，接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的信道损耗；并且根据至少一个接入点的已知位置和所述至少一个接入点的所述相关值，估计所述用户设备的位置。

该信道损耗可以是归属于与在网络上传输的信号的功耗成比例的任意特征的测量结果。例如，假设信号的所传输功率对于网络内的所有接入点都相同，则其可以是在两个接入点之间传输的信号的所接收功率。可替代地，其可以是相同信号的信噪比，或者信号的、通过从传输信号的功率中减去由接入点接收的信号的功率而计算出的所估计功耗。

可选地，该方法可以包括以下步骤：对所述接入点和所述多个接入点中的每个接入点的计算出的信道损耗进行归一化以确定归一化后的接入点信道损耗，并且对所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗进行归一化以确定归一化后的用户设备信道损耗，其中所述相关值为归一化后的接入点信道损耗和归一化后的用户设备信道损耗的度量。通过对信道路径损耗进行归一化(即，针对接入点的路径损耗的集合关于平均信道损耗重新调整值)，可以基于路径损耗的模式匹配找到有意义的相关值。相关值应当在1到-1之间。

估计所述用户位置可包括在估计所述用户设备的位置之前对所述相关值进行归一化。进一步，估计所述用户设备的位置包括将每个接入点的矢量位置乘以该接入点的归一化后相关值，并且将加权后的矢量位置一起相加。

所述方法可以包括以下步骤：确定所述用户设备与所述多个接入点中的一数目的接入点之间的信道损耗的集合，并且通过测量信道损耗的所述集合和信道损耗的另一集合来计算相关值，信道损耗的所述另一集合为所述接入点与所述多个接入点之间的信道损耗的集合。

可以利用所选择数目的多个接入点而不是来自网络中所有接入点的测量结果来估计用户设备的位置。所选择的接入点可以是例如位于使得其能够从所述用户设备接收信号的位置的所述接入点，或者与所述用户设备信道损耗具有最大相关值的所述数目的接入点。

有利地，可以计算多个相关值。每个相关值在用户设备与网络中不同接入点之间。进一步，可以计算用户设备的信道损耗值的集合，每个信道损耗值在用户设备与接入点集合中的不同接入点之间。相关值可以是针对用户设备计算的信道损耗值的集合和每个接入点与相对应接入点集合之间的信道损耗值的集合之间的相关性。

可选地，无线网络可以被配备有传感器或传感器集。在这种情况下，所形成的相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述接入点与所述多个接入点中的每个接入点和传感器之间的信道损耗。

可替代地，所述方法可以包括：确定从用户设备到多个接入点之一的传输的到达角度，根据在用户设备与所述多个接入点之一之间传输的信号的功耗来估计用户设备离所述多个接入点之一的距离，并且利用到达角度和所确定的距离来估计用户设备的位置。针对具有最高相关值的两个接入点利用任意合适的方法来计算到达角度。

可选地，可以计算置信值用于用户位置的估计。该置信值可以基于例如信道损耗测量结果的误差值或估计用户设备所位于的区域的尺寸。

根据本发明的第二方面，提供一种被配置为估计用户设备在无线网络中的位置的装置，所述无线网络包括用户设备和多个接入点，所述装置被配置为：确定所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗；计算所述多个接入点中的至少一个接入点的相关值，接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的信道损耗；并且根据至少一个接入点的已知位置和所述至少一个接入点的所述相关值，估计所述用户设备的位置。

所述装置可以为网络控制器。

可选地，所述装置可以包括被配置为接收路径所接收信号强度的测量结果的输入设备，并且使用所接收信号强度的所述测量结果以计算信道损耗。所述装置可以包括接入点(具有已知位置)和所述网络中每个接入点与所述多个接入点之间的信道损耗的数据库。

根据本发明的方面，提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序，当在装置上执行时，该计算机程序使所述装置执行以下步骤：确定所述用户设备与所述多个接入点中的一个接入点之间的信道损耗；计算所述多个接入点中的至少一个接入点的相关值，接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的信道损耗；并且根据至少一个接入点的已知位置和所述至少一个接入点的所述相关值，估计所述用户设备的位置。

附图说明

通过回顾以下结合附图的本发明特定实施例的描述，本发明的其他方法和特征对于本领域普通技术人员来说将变得明显。

图1示出可实现本发明的无线网络；

图2为根据本发明的方法的流程图；

图3示出在接入点之间测得的功耗的归一化；

图4示出在用户设备与接入点之间测得的功耗的归一化；以及

图5示出用户与系统中的每个AP和传感器的相关值集合。

具体实施方式

将参照单个无线网络，例如图1中示出的网络10来描述本发明。无线网络10包括多个接入点12和至少一个用户设备14。无线网络与用户设备的连通性可以由网络控制器(未示出)来确定。如本领域技术人员将理解的那样，接入点12和无线网络10可以以任意已知的方式来实现。用户设备14例如可以是便携式电脑、上网本或具有能够利用无线网络实现无线联网的接口的任意其他设备。另外，虽然结合单个无线网络描述本发明，但本领域技术人员将理解，其可以通过多个网络来实现。

方法包括从网络中的接入点收集数据。然后，该数据可以用于限定接入点之间的关系，例如由所传输信号经历的功耗。该关系可以存储在矩阵、数据库中，或者以任意其他合适存储方法来存储，其可被引用来确定用户设备在网络中的位置并且与来自用户设备的相对应测量结果相关来确定用户设备在网络中的位置，如下面更详细描述的。

图2中更详细地示出该方法。在该方法中，网络中的每对接入点将来自该对中的一个接入点的信号传输到该对中的另一接入点。接入点记录传输信号的功率和接收信号的功率。然后，可以通过计算所传输信号和所接收信号之间的功率差来确定在接入点之间传输的信号的功耗(步骤20)。

然后，关于平均功耗对无线网络中每对接入点之间的功耗进行归一化(步骤22)，如图3所示。确定接入点的实际功耗与该接入点的平均功耗之差。计算出的差构成一表格，例如下面所示出的表格(步骤24)。优选地，该表格包括表示接入点的传输到其自身的功耗的缺省值。这可以为零，或者可替代地为表示由直接位于接入点下面的用户设备所经历的所估计功耗的值。

在构成表格之后，该表格可以用于估计用户设备在无线网络中的位置。

为了估计用户设备在无线网络中的位置，用户设备测量由该用户设备从一个或多个接入点接收的信号的功率，并将其报告给无线网络中的网络控制器。将从每个接入点接收的信号的功率与该信号的已知传输功率进行比较，并且计算在用户设备与接入点之间传输的信号的功耗(步骤26)。

然后，如参照接入点之间的传输所述，关于平均功耗对用户设备的所确定功耗进行归一化并在图4中示出(步骤28)。

然后，归一化后的用户设备功耗用于计算每个接入点的相关值(步骤30)。计算出的相关是用户设备的功耗与无线网络中一个接入点和其他接入点的功耗之间的相关，其中用户设备可以从接入点的集合接收信号并向其传输信号。相关值可以例如利用下面等式来计算：

其中

N为接入点的数目

X为用户设备与接入点之间的归一化后功耗

Y为接入点与对其进行用户测量的等同接入点之间的归一化后功耗

一旦确定每个接入点的相关值，就可以例如通过按传输强度的百分比或从0到1(未示出)重新调整所有值来对相关值进行归一化。

然后，可以将每个接入点的矢量位置与该接入点的归一化后相关值相乘，以给出接入点的位置的加权矢量(步骤32)。然后，加权矢量可以彼此相加以给出用户设备的位置估计(步骤34)。

可以在任意时间计算估计，例如在用户设备连接到网络时、在预定时段或者在用户或控制器手动触发位置估计计算时计算估计。

在本发明的可替代实施例中，无线实施例进一步包括一个或多个传感器。传感器被配置为从接入点接收传输并测量所接收传输的功率。矩阵不仅包括与接入点之间的信号发生的功耗相关的数据，而且包括与来自每个接入点的传感器所接收的信号发生的功耗相关的数据。

另外，除了接入点所接收的信号之外，可针对传感器所接收的信号如上所述地计算相关值，从而计算归一化后的相关值。因此，可以参照较大数目的加权位置来确定用户设备的位置，从而进一步增加精度。传感器可以是能够确定功率，并且根据需要能够确定传感器所接收的信号的到达角度的任意合适设备。

为了最小化网络中传输的数目，传感器优选仅将功率的测量结果传输给网络控制器或估计用户设备位置的设备，而不将信号传输给接入点或传感器以测量例如从接入点接收的信号的功耗。然而，如果需要，则传感器可以被配置为将信号传输给其他传感器、接入点和/或用户设备以使其他传感器、接入点和/或用户设备能够测量传感器所传输信号的功耗。

在又一实施例中，相关值可以与诸如到达角度三角测量或三边测量之类的其他位置估计方法结合使用。例如，可以选择三个接入点的与用户设备信道损耗频谱最大相关的相关值，并且可通过将路径损耗转换成距离来估计从接入点到用户设备的距离。一旦估计了距离，就可以通过选择与接入点的距离交叉的点来确定用户设备的位置。

可替代地，如果该方法与到达角度三角测量估计结合使用，则可以利用如在第一和第二实施例中所述的方法来估计用户设备离接入点的近似距离。还在接入点处确定来自用户设备的信号的到达角度。然后，将用户设备的位置估计为用户设备在到达角度的方向上离接入点的位置的距离。

可选地，可将置信值指派给位置估计。例如，在利用第一实施例中描述的方法确定位置时，置信值可以是用于确定用户设备位置的每个接入点的功耗测量结果的百分比误差之和。

或者在结合如上所述的三边测量方法使用该方法时，线可能在某点处不交叉，因而可以限定用户设备可位于其中的区域。区域的尺寸与用户设备位于估计将位于的精确位置的置信成反比。相对应方法可以在结合到达角度方法使用该方法时被使用，由于到达角度的估计误差，如果与多于一个接入点一起使用，则将估计用户设备所位于其中的区域。

如本领域技术人员将理解的那样，可以利用任意合适的方法来计算无线网络中两个接入点之间的信号传输的功耗。另外，可以利用任意合适的数据(例如时延谱)而不仅仅是功耗数据来计算相关系数。

功耗可以被测量且被存储在任意合适的单元中，例如其可以利用诸如分贝或线性功率单元之类的对数尺度来测量。

位置估计可以在位于无线网络中的设备中或连接至无线网络中的设备的任意合适设备处来执行。例如，其可以在网络控制器或位于网络外部的独立服务器中执行。另外，如本领域技术人员将理解的那样，该方法的不同部分可以在独立设备中执行，例如用户设备可以计算传输的功耗，但相关值的计算可以在网络控制器中执行。

然后，功耗可以存储在表格中或以任意其他合适的方式存储，以使其能够稍后被访问。

可以通过任意合适的方法，例如通过按传输强度的百分比重新调节每个接入点的相关值来对相关值进行归一化。

Claims (22)

1.一种估计用户设备在无线网络中的位置的方法，所述无线网络包括多个接入点，所述方法包括以下步骤：

i)确定所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗；

ii)计算所述多个接入点中的至少一个接入点的相关值，至少一个接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的信道损耗；并且

iii)根据至少一个接入点的已知位置和所述至少一个接入点的所述相关值，估计所述用户设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：对所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的计算出的信道损耗进行归一化以确定归一化后的接入点信道损耗，并且对所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗进行归一化以确定归一化后的用户设备信道损耗，其中所述相关值为归一化后的接入点信道损耗和归一化后的用户设备信道损耗之间的相关性的度量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中估计所述用户设备的位置包括在估计所述用户设备的位置之前对所述相关值进行归一化。

4.根据权利要求3所述的方法，其中估计所述用户设备的位置包括将每个接入点的矢量位置乘以该接入点的归一化后相关值，并且将加权后的矢量位置一起相加。

5.根据权利要求1所述的方法，包括确定所述用户设备与所述多个接入点中的一数目的接入点之间的信道损耗的集合，并且通过测量信道损耗的所述集合和信道损耗的另一集合来计算相关值，信道损耗的所述另一集合为所述数目的接入点与所述多个接入点之间的信道损耗的集合。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个接入点中的所述数目的接入点由包括以下各项的组中的一个组成：位于使得其能够从所述用户设备接收信号的位置的所述接入点、与所述用户设备信道损耗具有最大相关值的所述数目的接入点。

7.根据权利要求1所述的方法，包括计算所述用户设备与接入点之间的一数目的相关值，每个相关值为所述用户设备与一个接入点之间的相关性的度量。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线网络进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为从接入点接收传输并且测量接收的传输的功率，并且至少一个接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点和所述一个或多个传感器之间的信道损耗。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括针对用户位置的所述估计计算置信值的步骤。

10.一种估计用户设备在无线网络中的位置的装置，所述无线网络包括多个接入点，所述装置包括：

i)用于确定所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗的部件；

ii)用于计算所述多个接入点中的至少一个接入点的相关值的部件，至少一个接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的信道损耗；以及

iii)用于根据至少一个接入点的已知位置和所述至少一个接入点的所述相关值，估计所述用户设备的位置的部件。

11.根据权利要求10所述的装置，进一步包括：用于对所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点之间的计算出的信道损耗进行归一化以确定归一化后的接入点信道损耗，并且对所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗进行归一化以确定归一化后的用户设备信道损耗的部件，其中所述相关值为归一化后的接入点信道损耗和归一化后的用户设备信道损耗之间的相关性的度量。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其中用于估计所述用户设备的位置的部件包括用于在估计所述用户设备的位置之前对所述相关值进行归一化的部件。

13.根据权利要求12所述的装置，其中用于估计所述用户设备的位置的部件包括用于将每个接入点的矢量位置乘以该接入点的归一化后相关值，并且将加权后的矢量位置一起相加的部件。

14.根据权利要求10所述的装置，包括用于确定所述用户设备与所述多个接入点中的一数目的接入点之间的信道损耗的集合，并且通过测量信道损耗的所述集合和信道损耗的另一集合来计算相关值的部件，信道损耗的所述另一集合为所述数目的接入点与所述多个接入点之间的信道损耗的集合。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述多个接入点中的所述数目的接入点由包括以下各项的组中的一个组成：位于使得其能够从所述用户设备接收信号的位置的所述接入点、与所述用户设备信道损耗具有最大相关值的所述数目的接入点。

16.根据权利要求10所述的装置，包括用于计算所述用户设备与接入点之间的一数目的相关值的部件，每个相关值为所述用户设备与一个接入点之间的相关性的度量。

17.根据权利要求10所述的装置，其中所述无线网络进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为从接入点接收传输并且测量接收的传输的功率，并且至少一个接入点的所述相关值为以下信道损耗之间的相关性的度量：所述用户设备与所述多个接入点中的至少一个接入点之间的信道损耗，和所述至少一个接入点与所述多个接入点中的每个接入点和所述一个或多个传感器之间的信道损耗。

18.根据权利要求10所述的装置，进一步包括用于针对用户位置的所述估计计算置信值的部件。

19.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置为网络控制器。

20.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置进一步包括被配置为接收路径所接收信号强度的测量结果的输入设备，并且使用所接收信号强度的所述测量结果以计算信道损耗。

21.根据权利要求19所述的装置，其中所述装置进一步包括被配置为接收路径所接收信号强度的测量结果的输入设备，并且使用所接收信号强度的所述测量结果以计算信道损耗。

22.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置进一步包括接入点和所述网络中每个接入点与所述多个接入点之间的信道损耗的数据库。