CN103180753A - 用于定位信息报告的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在无线通信系统的定位节点中为无线通信系统中的定位报告执行的方法包括提供(210)三维第一格式的第一定位数据。第一格式表示带有角点的多边形。所述角点具有三维坐标。第一定位数据被变换(220)成第二格式的第二定位数据。第二格式将第一定位数据表示为以中心点为中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱的表示。通过无线通信系统的接口来报告(230)第二定位数据。

Description

用于定位信息报告的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统中定位数据的报告及用于此的装置。

背景技术

无线通信网络内的定位可能性在现代通信系统中起到重要的作用，并且将可能在将来的发展中得到甚至更多利用。不同节点中可用的许多不同种类的信息能够用于定位目的。为了能够执行位置确定，定位信息必须在通信系统中的不同节点之间传递。用于定位信息的报告过程和格式因此也在通信系统中起到重要的作用。在该方面，我们也要考虑与例如用于报告的不同标准的兼容性。

大多数蜂窝通信系统中的基本定位方法是基于小区ID的识别。某个小区与某个区域相关联，并且如果移动终端连接到该小区，则能够假设移动终端位于相关联区域内或至少靠近相关联区域。

此概念近来被适当地进一步发展成称为自适应增强小区ID (AECID)指纹识别（fingerprinting）的方法。通过将高精度位置测量与一般包括不同种类的连接信息的标签及辅助量化测量相关联，将在某些受限区域中收集具有相同或类似标签的测量的集群。类似于小区ID定位，此类信息能够用于从在标签中包括的此类类型的信息获得位置估计，而无需任何高精度定位技术。换而言之，指纹识别定位使用蜂窝系统的无线电属性的详细地理地图来定位终端。此指纹识别技术在今天已经被提供为用于全球移动通信系统(GSM)的服务移动定位中心(SMLC)节点功能性的一部分。指纹识别功能性也转移到LTE，在其中，定位节点一般被表示为增强SMLC (eSMLC)。此AECID指纹识别例如在公开的国际专利申请WO 2008/118052 A1中或者在T. Wigren的论文“Adaptive Enhanced Cell-ID Fingerprinting Localization by Clustering of Precise Position Measurements”(在IEEE Transactions on Vehicular Technology中, Vol. 56, No. 5, 2007年9月, pp. 3199-3209)中被描述。往返程时间(RTT)测量的又一使用在T. Wigren和J. Wennervirta的“RTT Positioning in WCDMA”(在Proceedings of the 5th International Conference on Wireless and Mobile Communications中, ICWMC 2009, Cannes / La Bocca, 法国, pp. 303-308, 2009年8月23-29)中被描述。

AECID中测量的集群的结果是区域定义。由于其它的区域形状可有极大不同，因此，此类区域的最方便表示是多边形。多边形适用于将集群测量结果的预定部分封闭在尽可能小的区域内。此类区域也容易借助于标准格式，通过例如宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)网络报告。

在蜂窝通信系统覆盖的大多数区域中，横向位置是最重要的参数。然而，在例如郊区或山区，海拔高度参数也可以是重要的。AECID方案能够增强成也处理海拔高度参数。为此，已使用一种方案，基于该方案，使平面多边形适应横向参数，并且基于在每个多边形角的附近的集群位置测量，已确立每个多边形角的高度。结果是三维多边形。

定位数据的此类表示的一个问题是今天没有用于报告三维多边形的标准化格式。在公开的国际专利申请WO2008/054271中，以非标准化方式利用二维多边形报告格式报告三维多边形数据。此方案在大多数情况下运行良好，但如提及的，它与标准不兼容。在公开的国际专利申请WO2010/069614中，通过带有不确定度（uncertainty）椭圆体的点概略估算三维多边形。该方案在许多情况下运行极好，例如，对于大多数更小的小区。

然而，现有技术中公开的方案并非在所有方面是完美的，并且尤其是由于LTE发展和将来发展将更改准确定位的可用性及其要求，因此，存在对于改进定位报告备选方案的普遍需要。

发明内容

本发明的目的是提供用于在具有当前和将来定位方法的改进适应性的无线通信系统中定位报告的方法和装置。

该目的通过根据随附独立专利权利要求的方法和设备来实现。从属权利要求项定义了优选实施例。通常，第一方法涉及一种在无线通信系统的定位节点中为所述无线通信系统中的定位报告而执行的方法。该方法包括提供三维的第一格式的第一定位数据。第一格式表示带有角点的多边形。所述角点具有三维坐标。第一定位数据被变换成第二格式的第二定位数据。第二格式将第一定位数据表示为以中心点中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱的表示。通过所述无线通信系统的接口来报告第二定位数据。

在第二方面，一种用于在无线通信系统中使用的定位节点包括自适应增强小区ID指纹识别装置、报告转换器和报告单元。报告转换器被连接到或者包含于自适应增强小区ID指纹识别装置。报告转换器还配置用于接收三维的第一格式的自适应增强小区ID指纹识别所获取的第一定位数据。第一格式表示带有角点的多边形，所述角点具有三维坐标。报告转换器还配置用于将第一定位数据变换成第二格式的第二定位数据。第二格式将第一定位数据表示为以中心点为中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱的表示。报告单元连接到报告转换器。报告单元被配置用于通过所述无线通信系统的接口来报告第二定位数据。

本发明的特定实施例有关的一个优点是它们使得能够更准确的定位，并且具体而言，移动终端能够位于小区内极不相同高度的情况中的更准确定位。本文下面的具体实施方式中进一步描述了特定优选实施例的特定优点和其它优点。

附图说明

通过对与附图一起做出的以下描述进行参考，可最好地理解本发明及其另外的目的和优点，其中：

图1是3GPP标准化格式的图示；

图2A-B是带有椭圆体的三维多边形的近似的示意图；

图3A-B是带有椭圆柱的三维多边形的近似的示意图；

图4是蜂窝通信系统的一实施例的示意图；

图5A-B是定位节点的一实施例的示意图；

图6是用于定位报告的方法的一实施例的流程图；

图7是用于定位报告的方法的变换步骤的一实施例的流程图；

图8是示出椭圆适应多边形的投影的示意图；

图9是示出中心点的海拔高度的计算的示意图；

图10是用于定位报告的方法的定位数据提供步骤的一实施例的流程图；

图11是用于定位报告的方法的变换步骤的另一实施例的流程图；以及

图12是带有倾斜椭圆柱的三维多边形的近似的示意图。

具体实施方式

在图形各处，相同的标号用于类似或对应的元素。

贡献于本发明的一个部分是理解与LTE系统的发展有关的不同推论（implication）。此类推论将对于定位信息的更完善使用以及要求扩展的报告可能性进行开放。因此，所述详细描述将从鉴于LTE发展的定位的讨论开始。

首先，能够注意到的是，LTE的AECID功能性将优于GSM的AECID功能性，这是因为LTE中的指令测量可能性通常更好得多。在LTE中，指纹识别测量一般可包括小区ID (CID)、定时提前(TA)、接收信号强度(RSS)及到达角度(AoA)。此外，LTE中的TA比GSM中的对应技术更准确得多。一般情况下，在LTE中预期在径向100米的准确度。LTE中的另一优点是有更多可用高精度测量。辅助全球定位系统(A-GPS)高精度定位方法一般如在GSM中一样可用。然而，观测到达时差(OTDOA)方法一般也可用。方法尤其在室内补充了A-GPS，并且在机会的OTDOA测量与机会的A-GPS测量一起用于无线电地图形成时为LTE中的AECID提供完整覆盖。

为什么AECID方法需要作为A-GPS和OTDOA的反馈方法的原因包括A-GPS在室内不起作用的事实。其它OTDOA定位取决于良好的RBS几何形状，然而，此类部署在农村地区可能不经济。OTDOA因此被认为主要是市区技术。今天，大多数终端也缺乏A-GPS支持。由于在终端中必备有A-GPS的网络中将需要计及漫游用户，因此，预期甚至在将来不能有100%的A-GPS渗透。

现在，由于A-GPS和OTDOA提供海拔高度信息，因此，可能通过添加到每个角的海拔高度信息来增强AECID的无线电地图的多边形。

在例如根据WO2010/069614的用于海拔高度增强的现有技术中，假设海拔高度数据具有统一的准确度级别。原因是以前的A-GPS已被认为是用于形成AECID无线电地图的信息的唯一来源，至少使用的唯一可行来源。然而，在LTE中，情况不再始终是如此。在LTE中，OTDOA也可提供海拔高度数据。然而，OTDOA海拔高度准确度取决于RBS的良好垂直分布。在海拔高度差大的相对多山区域中，海拔高度准确度将无论如何将是相当好的，即使它们通常比通过例如A-GPS获得的海拔高度更差。然而，在具有高楼的都市区域中和在山区中，RBS的垂直分布变得甚至更重要。由于最初分布RBS以实现尽可能好的覆盖，因此，可能未始终计划良好的垂直分布。出于上述原因，能够预期OTDOA海拔高度一般具有比A-GPS海拔高度显著更大的不确定度。在通过现有技术计算AECID多边形的角的海拔高度时，未计及此事实。

如现有技术中所讨论的，不能通过例如LTE系统的标准化接口来报告海拔高度被添加到角的多边形。多边形格式可用，但只允许二维的角位置。后面条件的特殊情况是所有点需要不同。在WO 2010/069614中，将三维多边形变换成带有能够使用标准化接口格式的椭圆体不确定度的点。

第三代合作伙伴项目(3GPP)中的标准化格式称为“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”格式，其中，“椭圆体点”指椭球地球模型中的点。在图1中示出该格式，即，带有海拔高度和不确定度椭圆体的3GPP椭圆体点消息IE（信息元素）。除纯几何信息外，该格式也考虑了置信测度。

根据现有技术，带有具有海拔高度的角点的多边形到带有椭圆体不确定度的点的变换是基于用户在海拔高度中具有高斯概率分布。

执行海拔高度信息的添加时，在现有技术中假设不确定度椭圆体的普通使用是用于报告A-GPS结果。这意味着一般假设完整的形状定义基础高斯误差模型。为此原因，要求修改计算的2D椭圆的缩放比例及海拔高度不确定度，以实现与现有技术的高斯假设一致的形状。

在现有技术中用于构建带有海拔高度和不确定度椭圆体点的起点是计算带有海拔高度部分的椭圆体点。首先，从多边形的二维投影确定不确定度椭圆的中心点和长轴的方向。随后，在现有技术中将中心点的海拔高度设计为多边形角的海拔高度的平均值。为计算现有技术不确定度椭圆体，基于高斯假设，构建对应于带有海拔高度的多边形的3D协方差矩阵。公知的是协方差矩阵的2D主轴以38% (0.38)置信对应于椭圆的半长轴和半短轴。计算在垂直方向中的协方差，并且应用缩放比例因子到协方差矩阵的所有轴以便实现期望的3D置信。有关完整的描述，请参阅例如WO 2010/069614。

不过，椭圆体格式具有两个缺陷。首先，3GPP规范中的自由度未考虑相对于垂直面倾斜椭圆体的参数。这意味着垂直不确定度需要包括将例如在山坡上发生的3D多边形的垂直变化。其次，3GPP椭圆体的最大垂直延伸发生在中心点而不是在将更好地考虑例如山坡的边缘。

然而，通过分析单个小区包括变化极大的海拔高度的可能情形，已发现存在高度分布远非高斯的许多可能情况。

在第一示例中，考虑小区包括高楼6，参见图2A。在建筑外7和建筑6内执行高精度定位测量4。AECID多边形5被形成，除建筑6所处之处角海拔高度显著更高的部分外，具有普遍平坦的延伸。如果将此类多边形5变换成带有椭圆体不确定度的点3，则海拔高度不确定度肯定是极大的，或者建筑6的大部分将落在定义的不确定度体积外。

在第二示例中，考虑包括山的斜坡8的小区，参见图2B。执行散布于山的高精度定位测量4。AECID多边形5被形成，具有大不相同的角海拔高度。如果将此类多边形5变换成带有椭圆体不确定度的点3，则海拔高度不确定度肯定是极大的，或者最高和最低斜坡8部分的大部分将落在定义的不确定度体积外。

作为此类情形的概述，断定海拔高度中高斯概率分布可在许多情况下是不适合的，并且利用终端地点的均匀海拔高度分布的假设转而将是更佳的。处理此类情况的适合格式将是以中心点为中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱。椭圆柱优选是直椭圆柱，即，圆柱的曲线平面垂直于基底平面。

在图3A中，使椭圆柱1适应三维多边形5。在此情况下，整个建筑6能够保持在定义的体积内而不定认任何不必要的大海拔高度不确定度。类似地，如图3B所示，椭圆柱1更适合包含山坡8的三维多边形5。

然而，与现有技术变换相比，此类均匀海拔高度分布使变换技术极不相同，并且带有根本不同的属性。

图4示出无线通信系统100，在此情况下是根据LTE配置的蜂窝通信系统101。在此实施例中是扩展节点B (eNB) 21的无线电基站(RBS) 20散布在无线通信系统100的覆盖区域上，并且服务于天线22，天线22在此特定实施例中是扇区化天线22。小区15与天线22的每个扇区相关联，作为其中到通信系统的连接优选地通过该特定扇区被执行的区域。图4中的情况是理想化的情况，将小区示为规则六边形。实际上，小区边界一般是复杂的形状。eNB 21包括在更早系统中与无线电网络控制器相关联的功能性。用户设备(UE) 10和 eNB 21是包括在演进通用地面无线电接入网络(E-UTRAN) 35中的节点。eNB 21还连接到无线通信系统100的核心网络(CN) 50。CN 50一般包括增强服务移动定位中心(eSMLC) 30，该定位中心包括与定位过程关联的功能性。eSMLC 30可在典型情况下包括定位节点32。CN 50中的任何其它节点及E-UTRAN 35中的节点可由此与eSMLC 30进行通信，例如以便接收定位数据。

图4旨在示出其中可应用本发明的LTE系统。然而，诸如WCDMA或甚至GSM等其它系统也可能实现本发明的实施例。在WCDMA中，定位节点一般包括在无线电网络控制器中。在GSM中，定位节点一般包括在服务移动定位中心(SMLC)节点中。

图5A是定位节点32的一实施例的示意图。定位节点32预期在诸如基于例如WCDMA或LTE的系统等无线通信系统中使用。定位节点32包括配置成提供定位数据的定位单元34。在此实施例中，定位单元34包括自适应增强小区ID指纹识别装置33。自适应增强小区ID指纹识别装置33根据下面进一步描述的原理提供定位数据38。定位数据38是三维表示的数据。定位数据38以表示带有三维坐标的角点的多边形的格式来提供。

报告转换器36连接到自适应增强小区ID指纹识别装置33以用于接收三维第一格式的自适应增强小区ID指纹识别所获取的定位数据。在一备选实施例中，报告转换器36可部分或完全包含到自适应增强小区ID指纹识别装置33或定位单元34中。报告转换器配置用于将第一格式的定位数据变换成第二格式的第二定位数据。第二格式表示第一定位数据，但表示为椭圆柱的表示。椭圆柱以中心点为中心，并且椭圆柱在基底平面中具有椭圆基底。优选的是，椭圆柱是直椭圆柱。

报告单元37连接到报告转换器36，并且配置用于通过无线通信系统的接口2报告第二定位数据。接口2一般是例如根据LTE的3GPP规范等根据任何无线通信标准的标准化接口。在接收侧，在第二节点12，定位数据能够用于各种目的。不进行重新转换。相反，将表示为3D地区的位置假设成由第二格式来定义。

图5B是公开定位节点32的一实施例的备选方式。在定位节点32中包括处理单元130，一般为带有必需编码/解码模块的数字信号处理器。处理单元130能够是执行本文中所述过程的不同步骤的单个单元或多个单元。定位节点32也包括用于接收和传送外部单元的信号的输入端138和输出端139。输入端138和输出端139也能够设计为共同端口。定位节点32包括非易失性存储器形式的至少一个计算机程序产品132，如EEPROM、闪存存储器和磁盘驱动器。计算机程序产品32包括计算机程序，计算机程序包括在处理单元130上运行，促使定位节点32执行下面进一步描述的过程的步骤的代码部件。此处，在图5B的示范实施例中，计算机程序中的代码部件包括AECID模块133、报告转换模块136和报告模块137。模块133、136、137基本上执行下面进一步描述的过程的步骤。换而言之，不同模块133、136、137在处理单元130上运行时，它们对应于图5A的对应单元33、36和37。

虽然上面结合图5B公开的实施例中的代码部件实现为计算机程序模块，模块在定位节点32上运行时，促使定位节点32执行下面进一步描述的过程的步骤，但代码部件至少之一可在备选实施例中至少部分实现为硬件电路。

定位节点32一般位于WCDMA中的无线电网络控制器(RNC)中、LTE中的eSMLC中，GSM中的SMLC中，而接收节点一般是核心网络节点。然而，也存在其它可能性。

本发明特别适合用于处理通过自适应增强小区ID(AECID)指纹识别获得的定位数据，即，其中，第一格式表示AECID定位数据。因此，给出了对AECID的简短介绍。

典型的AECID过程以数据收集开始。无论何时执行A-GPS或OTDOA测量，均可应用AECID无线电映射功能性。注册A-GPS或OTDOA位置，具体而言在LTE中带有海拔高度信息。同时，或者在时间上极为接近，从其它LTE无线电测量和数据检索功能来确定无线电指纹。所述指纹一般由至少服务CID、邻居CID、服务小区的TA、邻居小区的RSS及AoA测量的子集所组成。测量被量化以便避免以后计算的多边形的太多重叠，并且获得无线电地图数据库的合理快的填充。标记有无线电指纹的A-GPS或OTDOA测量被表示为指纹的高精度参考位置。

在数据收集集合之后，在分开的集群中存储带有相同指纹的所有高精度位置测量。能够注意到的是，在此阶段通常以由3GPP使用的所谓WGS84格式来存储位置。

封闭整个集群的多边形被初始化，通过排除海拔高度信息而投影到横向维度。选择收缩点，并且执行向收缩点缩小多边形的过程。目标是实现多边形封闭具有尽可能小的区域的集群位置的预定部分。该预定部分确保实验置信已达到期望级别。

在例如WO 2008/118052 A1中或者在T. Wigren的论文“Adaptive Enhanced Cell-ID Fingerprinting Localization by Clustering of Precise Position Measurements”(在IEEE Transactions on Vehicular Technology中, Vol. 56, No. 5, 2007年9月, pp. 3199-3209)中存在有关此类过程的更多细节。

如上进一步提及的，本发明也能够与将其结果表示为带有高度的多边形的任何其它定位方法一起使用。

图6示出用于无线通信系统中定位报告的方法的一实施例的步骤的流程图。方法在无线通信系统的定位节点中执行。用于定位报告的方法在步骤200中开始。在步骤210中，提供三维第一格式的第一定位数据。第一格式表示带有角点的多边形。角点具有三维坐标。如上提及的，在一特定实施例中，带有角点的多边形能够是AECID过程的结果。第一定位数据在步骤220中被变换220成第二格式的第二定位数据。第二格式将第一定位数据表示为椭圆柱的表示。椭圆柱以中心点为中心，并且在基底平面中具有椭圆基底。在步骤230中，通过无线通信系统的接口报告第二定位数据。此过程在步骤299中结束。

过程产生了通常以比现有技术备选方案更适当的方式表示典型的三维数据的位置信息格式。换而言之，所述方法利用了（以前）终端地点的三维(3D)均匀分布。在特定实施例中，使新开关转换适应指纹识别定位。此可能性在郊区和农村地区中变得特别有利。

多边形格式到椭圆柱格式的变换通常能够根据任何常规优化算法来执行。较小数量的参数要进行适应以便实现尽可能小的椭圆柱容积，并且仍以某一方式类似于原多边形形状。此类变换可在三维空间中直接执行。然而，在一个实施例中，使椭圆柱基底适应多边形角的横向坐标，并且之后添加圆柱高度（将多边形角的海拔高度坐标考虑在内）。

图7中示出了此类方案。此处更详细地介绍了图6的步骤220的一实施例，即，将第一定位数据变换成由直椭圆柱表示的第二定位数据的步骤的一实施例。在步骤223中，使椭圆的中心横向坐标和长轴、短轴和定向适应多边形到定义椭圆基底的基底平面的投影。在椭圆柱的基底平面是水平的基本版本中，此类投影只对应于横向坐标的提取。如下面进一步更详细描述的，此投影也能够不同。

在步骤224中，将相对于基底平面的中心点的横向坐标设置成等于相对于基底平面的椭圆基底的中心横向坐标。换而言之，使椭圆柱以二维椭圆的获得的中心横向坐标为中心。此外，椭圆的长轴、短轴和定向变成椭圆柱的基底的长轴、短轴和定向。椭圆因此是横跨椭圆柱的椭圆。在步骤225中，基于角点的重心属性，计算沿基底平面的法线的中心点的海拔高度。如果基底平面是水平的，则此海拔高度因此表示与横向中的中心点相关联的海拔高度。在步骤226中，基于角点相对于基底平面的最大与最小高度，推导沿基底平面的法线在中心点的每侧上椭圆柱的垂直延伸。

这能够通过图8被示意示出。带有海拔高度的多边形5通过在其角的实心圆被示出。多边形5被投影到基底平面，在此情况下，水平平面产生通过在其角的空心圆示出的二维多边形。使椭圆适应在基底平面的二维多边形，并且将横向位置、形状和定向接受为定义最终圆柱的曲线表面的形状和位置。最后，通过使用原多边形的角的海拔高度，找出中心点的海拔高度和圆柱的高度。

通过半长轴a、半短轴b和相对于正北半长径顺时针计算的角度

，将椭圆参数化。

在一个有利的实施例中，通过在与基底平面的法线的方向平行的相应垂直平面中确定多边形角的两个二维重心，并且通过将中心点沿基底平面的法线的位置设置为两个二维重心的平均值，执行中心点的位置的计算。这在图9中示意示出，其中，叉号示出到一个平面的投影，并且加号示出到垂直平面的投影。随后，平均这两个平面上的相应重心以获得中心点的位置的值。

在另一有利实施例中，通过确定多边形角的三维重心的沿基底平面的法线的海拔高度，执行中心点的位置的计算。此实施例可提供稍微更正确的结果，但要求更多计算功率。

用于查找圆柱的高度的一个特定实施例使用最高海拔高度与最低海拔高度之间的差。更具体地说，沿基底平面的法线在中心点的每侧上椭圆柱的垂直延伸的推导包括在角点相对于基底平面的最大与最小高度之间的差的一半乘以一个因子来计算，该因子表示三维的位置的置信值。

上述实施例因此引入了从带有海拔高度的多边形到带有不确定度椭圆柱的点的新形状或格式转换。此形状变换的细节在技术上完全不同于例如用于查找点和不确定度椭圆体的变换，至少涉及海拔高度维度。

格式转换也能够以数学术语来表示。首先，讨论二维多边形到二维椭圆的变换。通过半长轴a、半短轴b和相对于正北半长径顺时针计算的角度

，将椭圆参数化。通过（1）中收集的多边形的相邻角之间的积分，执行多边形面积的计算：

其中，

是角的数量。随后，面积

由标准结果来给出：

同样基于积分的标准结果给出了重心：

为了找出椭圆体的多边形定向，，执行通过2D多边形的重心的线条上的搜索，以查找带有端点在多边形的边界上的最长线段的线条：

• 在

中测试角度的选择。

• 对于通过的每个线条：

¡ 确定通过

的线条之间的所有交点（intersection）和形成多边形边界的线段。

¡ 确定由通过

和交点的线条定义的最长线段。

• 选择作为对于所有角度生成最长线段的角度。

为了通过公式阐述算术步骤，

和

用于表示多边形的两个相邻角。在多边形的边界上的点满足：

以及其中，和是标量参数。由(5)和(6)定义的等式系统的解如下所示：

对于给定

和角点对（

和

），确定参数

和

。如果

，则交点落在角点之间并且是有效的。为多边形的所有线段重复进行

和

的计算。由于通过重心的线条的方向向量被归一化，因此，重心与边界之间的线段的长度由

来给出。交点k（最大长度）和l（最小长度，另一方向），生成了以下最大差：

对应于为角度

寻求的候选长度。最后，确定角度

，该角度提供的最大值，其中，下标表示椭圆，即，

为了计算椭圆轴，转化了多边形角，以便将多边形的重心移到原点。随后，旋转角以便定向与x轴一致：

此处，

和分别表示转化和旋转的多边形坐标。

为了计算半长轴和半短轴，使用了2D多边形的置信

和要求的报告置信

。由于假设在多边形和椭圆上用户的分布是均匀的，因此，以下约束对于多边形的面积

和椭圆的面积

成立

通过使用椭圆的面积是πab，其中，a和b表示半长轴和半短轴，得出：

算法现在确定根据以下准则提供最佳拟合的半短轴：

注意，准则中使用了多边形和椭圆模型的y坐标的平方。这避免了需要单独处理椭圆曲线的分支。椭圆模型

是根据以下所示得出：

在(14)中回代时，在使用(13)消除a后，优化问题是

相对于b ²的平方之和的区别提供

的以下三次等式，从其能够求解

：

为了优化数学结果，建议执行通过所有量的多边形半径进行的缩放。使用Thomas Harriot的技术，能够按数值或通过分析解该三次等式。在b_e 确定的情况下，从(13)得出a_e 。

置信被定义为终端位于报告的地区的内部的概率。AECID指纹识别定位误差由无线电传播效应造成。因此，自然为终端地点采用均匀统计模型。从3D多边形推导的椭圆也将与均匀分布相关联。此差别使得该变换在根本上不同于现有技术的形状转换。

AECID多边形的2D置信

由多边形收缩算法来给出。在计算2D椭圆的半短轴和半长轴时，需要2D要求的置信。然而，要求的置信在此处给出为3D量。为使多边形的置信与椭圆的2D置信相关，需要该量的新计算。

假设坐标之间的独立性，则得出：

其中，

是生成椭圆体的椭圆的要求的2D置信。2D椭圆的计算随后能够如上所述继续。

最终步骤是添加中心点的海拔高度和垂直轴的延伸到圆柱。中心点海拔高度优选在3D多边形的垂直重心的附近。3D多边形的垂直重心的确切计算将要求表面上的积分。在如上提及的一备选实施例中，利用2D重心计算，并且将该计算应用到z和y，以及应用到z和y，而不是x和y。随后，将两个结果平均为：

此处，

和

是z和x坐标中计算的面积和重心，而

和

是z和y坐标中计算的面积和重心。

是椭圆体的中心点。

关于垂直轴，先要注意的是，目的是捕捉由地理造成的海拔高度变化。这意味着它是在涉及的角之间的系统海拔高度变化，并且概率质量(probability mass)接近3D多边形表面。

由于在几何上明显的是3D多边形表面的最大和最小海拔高度出现在角之一中，因此，从上面的讨论得出c的有用估计是：

如上提及的，LTE支持通过A-GPS和OTDOA提供海拔高度数据。由于指纹识别技术能够基于更多数据和在新区域中实现的数据，因此，这带来了新的可能性。因此，如果自适应增强小区ID指纹识别基于至少A-GPS测量和OTDOA测量之一，且优选是两者，则它是一特定实施例。这使得方案极其适合在根据LTE操作的无线通信系统中应用。然而，这些新数据也要求在过程期间考虑新的事项。如上也提及的，能够预期OTDOA海拔高度比A-GPS海拔高度具有显著更大的不确定度，这是通过现有技术计算AECID多边形的角的海拔高度时未计及的事实。

在计算三维多边形时，一个可能的方案是先根据现有技术中已知的原理计算二维多边形，然后添加多边形角的海拔高度。换而言之，三维多边形格式定位数据的提供在一个实施例中可包括从集群位置测量的横向坐标确定角点的横向坐标。在例如WO 2008/118052 A1中可找到如何执行此操作的示例。每个角点的相应海拔高度被计算为围绕相应角点的集群的选定次数的位置测量的海拔高度的加权平均值。加权平均值根据每个选定位置测量的准确度来加权。这意味着在LTE中基于A-GPS的测量一般具有与基于OTDOA的测量不同的权重。

因此，有利的特征是通过适当方式的海拔高度信息增强基础小区ID定位方法。

稍微更详细地说，在2D多边形已计算时，集群测量点的测量的海拔高度信息现在能够用于通过海拔高度来增强每个多边形角。测量的海拔高度信息一般由海拔高度和海拔高度不确定度组成。在根据LTE的实施例中，这是A-GPS和OTDOA报告的一部分。垂直不确定度在该处被视为是带海拔高度的所谓椭圆体点的一部分，并且其不确定度椭圆体格式主要用于A-GPS报告。将不确定度与上述格式的水平信息分离。

海拔高度测量的不确定度被写为：

其中，

表示特定定位方法的位置计算节点所执行的不确定度估计。重要的是记住海拔高度中的不确定度估计在测量之间、在终端之间并且如上所提及的尤其在A-GPS与OTDOA之间大不相同。

为了通过海拔高度来增强每个2D多边形角，执行水平搜索以确定最接近每个角的点的集合。在一个实施例中，集群中点的总数的预指定部分可例如分配到每个角以便进行海拔高度计算。换而言之，用于确定角海拔高度的集群位置测量的选定次数是位置最靠近每个相应角点的集群的位置测量的总次数的预指定部分。

通过下标j(i)来表示角i的最近测量，每个角的海拔高度的最佳线性无偏估计(BLUE)由下式给出：

在另一实施例中，能够转而使用点的分布。为此，集群位置测量的选定次数是围绕每个相应角点的总多边形面积的预指定部分内位置测量的次数。

注意，测量具有根据其准确度的权重。这因此允许组合使用来自A-GPS和OTDOA的海拔高度信息。

图10示出用于定位报告的方法的定位数据提供步骤210的一实施例的流程图。在步骤211中，从集群位置测量的横向坐标来确定角点的横向坐标。这优选根据以前已知原理执行。在步骤212中，每个角点的相应海拔高度被计算为围绕相应角点的集群的选定次数的位置测量的海拔高度的加权平均值。加权平均值根据每个选定位置测量的准确度来加权。

海拔高度的此类处理因此提供角海拔高度计算，该计算最佳地反映通过A-GPS和OTDOA定位获得的海拔高度信息的极不同的估计方差。这对于准确度是重要的，并且它不是现有技术方案的一部分。与带有不确定度圆柱的角点的使用一起，此类处理也利用了用于（以前）终端地点的三维(3D)均匀分布，由此使新形状转换有利地适应指纹识别定位，尤其是在郊区和农村地区中。

获得带有海拔高度的多边形式的格式的定位信息时，此类信息必须可能通过通信系统散布。直接的解决方案将是更改标准格式以也包括此类格式。然而，标准的更改花费时间执行和在所有网络中被实现。此外，带有海拔高度的多边形的格式涉及更大数量的参数，这又要求相对大的信令资源。

根据本公开的教导，能够转而使用另一格式 - 带有不确定度椭圆柱的点，该格式通过在大多数情况下更少数量的参数提供带有海拔高度的多边形的良好近似。然而，所述标准格式不直接支持此类格式。

带有海拔高度和不确定度椭圆体的3GPP椭圆体点仍是用于在所述标准LTE内报告海拔高度的可用备选。由于应用的定位方法能够作为“位置数据”信息元素向LTE中的最终用户报告，因此，产生报告的海拔高度不确定度c与预期解释不同的解释可是能的。此新解释是3D多边形表面的最大海拔高度变化 - 而不是垂直随机不确定度。换而言之，海拔高度不确定度c变成不确定度圆柱的高度。带有海拔高度和不确定度椭圆体格式的3GPP椭圆体点因此用于传送参数，而“位置数据”信息元素限定高度参数应以不同方式被定义。换而言之，使用定义带有不确定度椭圆体和椭圆体高度不确定度的点及另外信息字段的信令格式来执行报告，该另外信息字段指示接收方将根据信令格式的椭圆体高度解释为椭圆柱的高度。此想法引入了通过LTE接口，使用“位置数据”信息元素及“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”格式，报告带有海拔高度的AECID位置结果。尤其要注意的是，“位置数据”和“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”的组合的使用允许结果格式被解释为“带有不确定度圆柱的点”。

更详细地说，在3GPP发行版5中，在地点报告(LOCATION REPORT)消息中引入了“位置数据”信息元素容器。此功能性随后由LTE标准继承。基本上，“位置数据”信息元素容器允许报告在eSMLC中已应用哪个（些）定位方法以便到达报告的终端位置。信息元素包括像小区ID和A-GPS等多个保留的方法以及像指纹识别和AECID等网络特定的定位方法。

“位置数据”从两个IE来构建。第一IE是“定位数据鉴别器”IE，而第二IE是“位置数据集”IE。后一IE是对本发明重要的IE。“位置数据集”IE是八位字节（8比特实体）的列表，其中，比特4-8指示应用的定位方法之一以便获得在“地理区域”IE中编码的报告的定位结果。每个八位字节的前3比特被保留用于其它信息（例如，指示成功/失败）。比特4-8要被解释如下：

定位方法的编码（比特8-4）：

00000 保留

00001 保留

00010 保留

00011 保留

00100 保留

00101 移动辅助GPS

00110 基于移动的GPS

00111 常规GPS

01000 U-TDOA

01001 OTDOA

01010 IPDL

01011 RTT

01100 小区ID

01101到01111 被保留用于其它定位技术

10000到11111 被保留用于网络特定的定位方法。

“位置数据”信息元素携带的另外信息是用于本发明的特定实施例的关键前提，实施例利用所述信息将“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”的解释延伸到“带有海拔高度和不确定度圆柱的圆柱点”。

所述实施例基于又一格式解释的引入，使得在“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”与“位置数据”一起使用，指示“指纹识别/AECID”已用于得出结果时，强行将报告的地理格式解释为“带有不确定度圆柱的点”。类似地，在“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”与“位置数据”一起被使用，指示CID已用于得出结果时，报告的地理格式应解释为“带有不确定度圆柱的点”。

“位置数据”与“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”的组合的新解释将引入新的位置报告格式，暂时表示为“带有不确定度圆柱的点”。换而言之，使用定义具有中心点的椭圆柱和相关联置信值的信令格式执行报告。在基本版本中，编码能够类似于“带有海拔高度和不确定度椭圆体的椭圆体点”，然而，下面公开了更普遍的实施例。

如上所述，带有不确定度椭圆柱的点在大多数情况下对于概略估算三维多边形表现良好。如果将允许进一步的自由度，则该格式的甚至更好利用将是可能的。例如，如果小区覆盖具有普通斜坡的区域，例如，山腰，则圆柱的高度将与小区内两个点之间高度的最大差具有相同的量值。然而，在每个横向位置，高度不确定度不是如此差，并且椭圆柱因此给出不必要地不精确的位置。如果可能将圆柱的基底平面定义为基本上与山坡平行，则该情况将大不相同。为此，提议添加两个其它参数以定义带有不确定度椭圆柱的点，即，如两个另外的角度和

所定义的，圆柱轴相对于垂直面的倾斜度。上述过程易于修改以便也处理此类另外的参数。在一个实施例中，多边形定位数据到此新格式的定位数据的变换包括找出相对于水平面倾斜的倾斜平面。倾斜平面比任何水平面根据预定的准则更好地跟随三维多边形的角点。这可例如是上述山腰的平均斜率。与此倾斜平面平等的平面随后用作到圆柱格式的变换中的基底平面。随后，点要基于倾斜平面进行坐标变换到坐标系统中。

倾斜平面的方向能够以不同方式由两个角度定义。一个可能性将是定义在倾斜平面的法线与某些方向的垂直线之间的角度。这些角度例如能够定义在与椭圆的半长轴和半短轴相同的方向上。另一可能性将是在固定到地球坐标系统的方向上定义角度，例如，在南北方向上的一个角度和在东西方向上的另一角度。第三可能性将是查找在倾斜平面的法线与垂直线之间的最小角度，并且相对于例如向北方向定义相关联方向。本领域技术人员认识到，通过两个另外的参数来定义倾斜平面有许多其它可能性。

由于确切的定义可受标准化影响，因此，不可能给出最终解决方案的所有细节。本文下面将可能实施例之一描述为示例。在所述情况中，执行计算的2D椭圆的倾斜以落在带有海拔高度的多边形的平均3D平面中。所有角点到所述平均平面的带有符号的距离随后在(28)中用于计算修改的且更小得多的不确定度c。

又一变换的第一步骤将是计算带有海拔高度的多边形的平均平面。注意，由于3D中平面的等式是

并且到平面的法向向量是，因此，得出一旦确定

，便能够计算相对于垂直面和任何其它参考方向的角度。此角度计算是标准的，并且能够使用使用标量积执行。因此，仍要确定a、b、c（和d）。注意，(32)能够写为

得出，能够使用以下最小二乘问题来估计向量

给定法向，也能够通过标准公式计算每个角距离平面的变换的距离，产生，

。垂直不确定度替代(28)最终变成

图11示出用于定位报告的方法的变换步骤220的一实施例的流程图。在步骤221中，找出相对于水平平面倾斜的倾斜平面。倾斜平面比任何水平面根据预定的准则更好地跟随角点。在步骤222中，将与倾斜平面平行的平面用作基底平面。步骤223-226与图7中相同。

倾斜椭圆柱的使用能够以十分有效的方式来表示例如一般倾斜的平面的三维多边形。这容易在图12中看到。

如果新格式“带有不确定度圆柱的点”要被标准化，则此格式随后将优选包含上面进一步讨论的相同量加两个另外的角度，角度

和角度

。这两个角度定义倾斜平面的倾斜度。

本发明通过使得能够向最终用户提供海拔高度和海拔高度不确定度，提供了用于改进AECID定位方法的准确度的部件和过程。此方面的极其重要的特殊情况是骨干小区ID方法，该方法也能够通过使用上面公开的技术的海拔高度信息而被增强。通过3D小区规划，对于例如在都市地区中高楼中的E-911定位， 本发明被认为是重要的。它也被认为在山区是一个有用的技术，例如，用于为无A-GPS能力手机的用户实现户外休闲目的。本发明的特殊特性是它基于以前用户地点的正确统计模型，而不同于统计模型建立在近似基础上的现有技术。市场需求证明了用于指纹识别定位的海拔高度功能性的重要性。

上述实施例要被理解为本发明的少数几个说明性示例。本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可对实施例进行不同的修改、组合和更改。具体地说，不同实施例中的不同部分解决方案可在技术上可行的情况下在其它配置中被组合。然而，本发明的范围由随附权利要求来定义。

缩略词

3 GPP - 第三代合作伙伴项目

AECID - 自适应增强小区ID

A-GPS - 辅助全球定位系统

AoA - 到达角度

BSC - 基站控制器

BLUE - 最佳线性无偏估计

CID - 小区ID

CN - 核心网络

eNB - 扩展节点B

eSMLC - 增强服务移动定位中心

E-UTRAN - 演进通用地面无线电接入网络

GSM - 全球移动通信系统

IE - 信息元素

LTE - 长期演进

OTDOA - 观察到达时差

RBS - 无线电基站

RNC - 无线电网络控制器

RSS - 接收信号强度

RTT - 往返程时间

SMLC - 服务移动定点中心

TA - 定时提前

UE - 用户设备

WCDMA - 宽带码分多址

参考文献

[1] T. Wigren的“Adaptive enhanced cell-ID fingerprinting localization by clustering of precise position measurements”（IEEE Trans. Veh. Tech., vol. 56, pp. 3199-3209, 2007）。

[2] WO 2008/054271。

[3] WO2008/118052。

[4] T. Wigren和J. Wennervirta的“RTT Positioning in WCDMA”（在Proceedings of the 5th International Conference on Wireless and Mobile Communications中, ICWMC 2009, Cannes / La Bocca, 法国, pp. 303-308, 2009年8月23-29）。

[5] WO 2010/069614。

Claims (17)

1. 一种在无线通信(100)系统的定位节点中为所述无线通信系统中的定位报告所执行的方法，包括以下步骤：

提供(210)三维的第一格式的第一定位数据；

所述第一格式表示带有角点的多边形(5)，所述角点具有三维的坐标；

将所述第一定位数据变换(220)成第二格式的第二定位数据；

所述第二格式将所述第一定位数据表示为以中心点为中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱(1)的表示；以及

通过所述无线通信系统的接口来报告(230)所述第二定位数据。

2. 如权利要求1所述的方法，特征在于变换(220)的所述步骤又包括：

使椭圆的中心横向坐标和长轴、短轴和定向适应(223)所述多边形(5)到定义所述椭圆基底的所述基底平面的投影；

将所述中心点相对于所述基底平面的横向坐标设置(224)成等于所述椭圆基底相对于所述基底平面的所述中心横向坐标；

基于所述角点的重心属性，计算(225)沿所述基底平面的法线所述中心点的海拔高度；

基于所述角点相对于所述基底平面的最大和最小高度，推导(226)沿所述基底平面的所述法线在所述中心点的每侧上所述椭圆柱(1)的垂直延伸。

3. 如权利要求2所述的方法，特征在于通过在与所述基底平面的所述法线的方向平行的相应垂直平面中确定所述多边形角的两个二维重心，并且通过将所述中心点沿所述基底平面的所述法线的所述位置设置为所述两个二维重心的平均值，执行所述中心点的所述位置的所述计算(225)。

4. 如权利要求2所述的方法，特征在于通过确定所述多边形角的三维重心的沿所述基底平面的所述法线的海拔高度，执行所述中心点的所述位置的所述计算(225)。

5. 如权利要求2到4的任一项所述的方法，特征在于沿所述基底平面的所述法线的所述中心点的每侧上所述椭圆柱（1）的垂直延伸的所述推导(226)包括所述角点相对于所述基底平面的所述最大与最小高度之间的差的一半乘以某个因子的计算，所述因子表示三维的所述位置的置信值。

6. 如权利要求1到5的任一项所述的方法，特征在于所述第一格式表示通过自适应增强小区ID指纹识别所获取的定位数据。

7. 如权利要求6所述的方法，特征在于所述自适应增强小区ID指纹识别基于辅助全球定位系统A-GPS测量和观测到达时差OTDOA测量的至少之一。

8. 如权利要求6或7所述的方法，特征在于所述无线通信系统(100)根据长期演进LTE来操作。

9. 如权利要求6到8的任一项所述的方法，特征在于提供第一定位数据的所述步骤包括以下步骤：

从集群位置测量(4)的横向坐标来确定(211)所述角点的横向坐标；以及

将所述角点的每个角点的相应海拔高度计算(212)为围绕相应所述角点的集群的选定次数的位置测量(4)的海拔高度的加权平均值；

所述加权平均值根据每个选定位置测量的准确度来加权。

10. 如权利要求9所述的方法，特征在于集群位置测量的所述选定次数是位置最靠近每个相应角点的所述集群的位置测量的总次数的预指定部分。

11. 如权利要求9所述的方法，特征在于集群位置测量的所述选定次数是围绕每个相应角点的总多边形面积的预指定部分内位置测量的次数。

12. 如权利要求1到11的任一项所述的方法，特征在于使用定义椭圆柱和相关联置信值的信令格式来执行报告(230)的所述步骤。

13. 如权利要求12所述的方法，特征在于将所述第一定位数据变换(220)成第二格式的第二定位数据的所述步骤包括：

查找(221)相对于水平面倾斜的倾斜平面，根据预定的准则，所述倾斜平面比任何水平面更好地跟随所述角点；以及

使用(222)与所述倾斜平面平行的平面作为所述基底平面。

14. 如权利要求13所述的方法，特征在于所述信令格式还定义两个角，所述两个角定义所述倾斜平面的所述倾斜度。

15. 如权利要求1到14的任一项所述的方法，特征在于使用定义带有不确定度椭圆体和椭圆体高度不确定度的点及另外信息字段的信令格式来执行报告(230)的所述步骤，所述另外信息字段指示接收方将根据所述信令格式的椭圆体高度解释为所述椭圆柱的高度。

16. 一种用于在无线通信系统(100)中使用的定位节点(32)，包括：

自适应增强小区ID指纹识别装置(33)；

报告转换器(36)，被连接到或包含于所述自适应增强小区ID指纹识别装置(36)，用于接收三维的第一格式的自适应增强小区ID指纹识别所获取的第一定位数据；

所述第一格式表示带有角点的多边形(5)，所述角点具有三维坐标；

所述报告转换器(36)配置用于将所述第一定位数据变换成第二格式的第二定位数据；

所述第二格式将所述第一定位数据表示为以中心点为中心并且在基底平面中具有椭圆基底的椭圆柱(1)的表示；

报告单元(37)，连接到所述报告转换器(36)并且配置用于通过所述无线通信系统的接口来报告所述第二定位数据。

17. 如权利要求16所述的定位节点，特征在于所述无线通信系统(100)是长期演进LTE系统。

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