CN103283273B - 基于时间和功率的无线定位系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于处理现有的无线电网络、与蜂窝网络有关的定时和功率信息和由移动设备和网络进行的典型测量的方法。公开了一种概率性方法，该概率性方法使用与已知的下行链路发射机天线特征的时间（即，范围）和功率差来以优于小区-ID与测距的准确度、以较高的容量并且在不需要现场校准的情况下定位移动台。

Description

基于时间和功率的无线定位系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月28日提交的第12/980,116号美国专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

概括地说，本发明涉及用于定位无线设备的方法和装置，该无线设备还称作移动站（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台（ESMR）和其它类型的无线通信系统中使用的那些移动站。更具体地但非排他说，本发明涉及使用现有的无线基础设施的数据来定位移动设备。

背景技术

无线通信网络（WCN）通过收集与网络有关的无线电信息来管理无线移动设备的移动性。自从基于位置的服务出现开始，该无线电信息已经用于提供较低的和中等准确度的位置估计。

在非软切换系统中，网络中的每一个活动移动台的位置对于最近的服务小区和扇区是已知的。可以通过简单地将服务小区和服务扇区的标识转化为针对服务小区和/或扇区的预先建立的维度和经度，来将服务小区和服务扇区的标识转换为位置估计。

包括与由WCN使用的来自服务小区的基于时间或功率的范围以维持到服务小区的无线电链路提供了用于在最小计算的情况下精炼基本服务小区位置的方法。

使用移动台收集的网络信息进一步精炼小区/扇区+测距的方法通常称作增强型小区-ID（ECID）。ECID技术依赖于移动单元记录来自多个潜在的切换候选者/相邻小区的信标（也称作导频）的功率电平的能力。该技术增加了到达功率差（PDOA）测量来改善服务小区的测距定位估计。

因为通常WCN已知服务小区与活动移动设备之间的信号功率，因此ECID值的PDOA是基于由移动台针对服务小区的信标和至少三个相邻小区的信标所收集的接收的信号电平。因为PDOA数据收集需要对两个或更多个相邻小区站点的可视性，因此定位收益将小于100%。RF多径、移动接收机质量和测量的粒度的效应均起作用来减小ECID的定位准确度。

GSM和LTE中的ECID

在GSM中，ECID也称作网络测量报告（NMR）定位。NMR是由移动台生成的以向WCN提供与服务小区和相邻小区有关的信息，从而促进如GSM/3GPP技术标准05.08“Radiosubsystemlinkcontrol”的第三部分（切换）中描述的切换。

增强型小区ID定位技术被标准化为3GPPTS43.059的“Functionalstage2descriptionofLocationServices(LCS)inGERAN”部分的部分4.2.1中的“TimingAdvance”定位。在LTE网络中，在3GPPTS36.305的“Stage2functionalspecificationofUserEquipment(UE)positioninginE-UTRAN”部分4.3.3中描述了“enhancedcellIDmethod”。

在示例性的GSM系统中，NMR包含移动台生成的测量结果。测量结果信息单元的目的是提供由移动站进行的与服务小区和相邻小区有关的测量的结果。按照如GSM/3GPP技术规范04.08的“Mobileradiointerfacelayer3specification”部分10.5.2.20（测量报告）中所示的方式来对测量结果信息单元进行编码。

移动定位中心（MIC）使用NMR传递的小区-id（在GSM中，全球小区标识（CGI）给出了小区和扇区）作为地理起始点。定时提前（TA）值允许计算从起始点开始的范围。使用当前移动功率设置来归一化针对服务CGI的接收信号强度指示符（RSSI）。然后，相对于输入的广播功率值来归一化高达六个相邻CGI广播控制信道（BCCH）信标的接收电平（RxLEV）值。通过使用CGI定位、TA导出的范围以及来自三个或更多个站点的PDOA，可以计算位置估计。

因为ECID使用PDOA多边法，因此相邻小区的地理布局也影响通过地理精度因子（GDOP）的定位的质量。在NMR中仅存在六个相邻小区RxLevel测量的限制通过经由接收机站点选择限制潜在的GDOP减小，而限制了准确度。

因为PDOA测量需要对多个采样进行平均（由移动站在活动呼叫期间周期性地发送GSMNMR），延迟远大于针对其它基于小区-ID的技术的延迟。

因为RSSI测量是基于针对BTS的可变功率设置，因此在包含到PDOA计算中之前对RSSI进行归一化需要了解来自GSMWCN的BTS前向（下行链路）功率控制设置。

可以使用校准来改善ECID定位系统中的准确度。ECID校准可以包括使用预测的RF传播映射和广泛的驱动测试来创建CGI/RxLev“指纹”网格。通过在覆盖范围上映射相邻列表和接收信号电平，可以在具有相对高的BTS密度的网络中实现200-500米范围内的中等准确度结果。

在第7,486,233号美国专利中，教导了单个站点ECID定位系统，在该定位系统中，来自具有服务扇区和两个位于同一位置处的扇区的单3扇区基站收发机（BTS）的功率测量允许形成与BTS小区站点的扇区受限的定时范围带和方位角。

本文所描述的发明技术和概念适用于时分复用和频分复用（TDMA/FDMA）无线电通信系统，该系统包括广泛使用的IS-136（TDMA）、GSM和正交频分复用（OFDM）无线系统，例如，LTE、改进的LTE（LTE-Advanced）和IEEE802.16（WiMAN/WiMAX）。所讨论的全球移动通信系统（GSM）模型是本发明可以在其中使用的示例性的而非排他性的环境。

发明内容

本文公开了一种用于处理现成的无线网络、与蜂窝网络有关的定时和功率信息以及由移动设备和网络进行的典型测量结果的方法。公开了一种概率性方法，该概率性方法使用时间（即，范围）和功率差从而以优于小区-ID测距的准确度、以较高的容量并且在不需要校准的情况下定位移动台。

本发明的一种示例性的实施方式提供了一种用于定位移动设备的方法。发明性方法的实施方式包括使移动设备从服务基站收发机（BTS）和一个或多个相邻的BTS接收信标信号的步骤。每一个BTS位于小区站点处，并且每一个信标信号包括小区标识（CID）信息。基于接收的信标信号检测多个同级对。同级对可以包括作为多扇区小区站点的共站的扇区的两个下行链路发射天线。接下来，基于所检测的多个同级对来选择预定的定位方法。移动设备测量从多个小区站点中的每一个接收到的广播信标功率，并且报告所测量的功率和具有最大测量功率的小区站点扇区的标识以及由网络确定的并且被中继到移动设备的定时提前（TA）值。TA值用作从服务小区扇区到移动设备的距离度量。

在所示出的实施方式中，当所测量的同级对的数量为零时，选择到达功率差与测距（PDOA）定位方法。当检测到的同级对的数量为1时，选择单站点定位方法或相邻站点定位方法。当检测到的同级对的数量大于1时，选择功率到达角（AoA）定位方法或者功率AoA与测距定位方法中的一个。

在所示出的实施方式中，该方法可以用于使用与存储在数据库中的WCN有关的信息结合由网络中的移动设备在支持移动性的过程中进行的测量结果来以中等准确度对在扇区化的无线通信网络（WCN）中操作的移动设备进行地理定位。在这方面，可以根据来自相邻扇区（同级）对的功率测量以及对扇区天线的空间响应和方向的了解，来确定从扇区化的小区站点到移动设备的方位/角度。接下来，可以使用来自服务小区的定时范围或功率导出的范围以及在一个或多个小区站点中具有最大测量功率的同级之间的功率差测量结果来确定移动设备的位置估计。

在上文叙述的实施方式中，AoA定位方法或者功率AoA与测距定位方法包括用于使用同级对来对移动设备进行地理定位的概率方法。通过创建定时提前和相邻小区在范围带上的同级之间的功率差的模型来导出来自无线网络的定时（GSM中的定时提前（TA））信息和功率信息。

下面描述本发明的额外的特征和方面。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前面的概述以及下面的详细描述。为了说明本发明的目的，在附图中示出了对本发明的示例性构造；然而，本发明不限于所公开的具体方法和手段。在附图中：

图1a示意性地描绘了初始信号收集和分析。

图1b示出了针对没有同级扇区情况的定位过程。

图1c示出了针对单个同级对场景的定位过程。

图1d示出了当两个或更多个同级对被检测到时的定位过程。

图2在地理上描绘了针对相邻小区站点中的单个同级对的定位场景。

图3在地理上描绘了针对当两个同级对存在于两个相邻的小区站点中时的定位场景。

图4在地理上示出了针对当两个同级对存在于两个相邻的小区站点中并且没有来自服务小区的定时范围时的定位场景。

图5在地理上示出了针对当三个同级对存在于两个相邻的小区站点中并且没有来自服务小区的定时范围时的定位场景。

图6在地理上示出了在无线电接入网络中对下行链路信号的基于移动台的收集。

图7a在几何上示出了概率性的基于时间和功率的定位算法。

图7b详细描绘了测量的方位角与建模的方位角之间的地理差别。

图8示出了在形成方位角时同级扇区天线的具有恒定的功率差线的空间响应。

图9示出了使用半功率波束宽度的代表性定向天线的辐射方向图。

图10通过相对增益以及120度定向天线示出了使用天线同级对来生成方位角。

具体实施方式

现在，我们将描述本发明的示例性实施方式。首先，我们提供了对问题的详细概述，然后提供了对本发明的示例性实施方式的更详细的描述。

A、概述

对发射机的位置进行确定通常是通过在多个已知位置处测量发射机的信号的特征来实现的。所测量的典型特征包括信号功率（RSSI）、到达时间（TOA）、到达角（AoA）或者其任意组合。可以在扇区化的GSM网络中使用与现成的网络有关的信息以及通常由网络中的移动站（MS）在支持移动性的过程中进行的测量来以中等准确度对GSM移动台进行地理定位。

现成的网络信息包括小区站点的地理位置、扇区化的天线的空间响应（其包括其地理方向和下倾方向）以及由每一个扇区广播的扇区标识符。例如，GSM移动台测量从多个小区站点中的每一个接收到的广播信标功率，并且以近似每秒两次的速率向网络报告所测量的功率和具有最大测量功率的六个小区站点扇区的标识。此外，在GSM中，定时提前（TA）值是通过网络来确定的并且被中继到移动台以允许移动台在其整个时隙期间进行发送。TA值还用作从服务小区扇区（GSM中的CGI）到移动台的距离度量。

在利用增强型小区-ID（ECID）定位技术的试验期间，确定基本BTS的扇区之间的功率差测量具有很小的差异，这是因为扇区之间的公共偏差被消除并且两个扇区之间的无线信道相当类似。利用抑制与相同的小区的扇区的信标的公共偏差的能力，可以根据来自相邻扇区对（即，同级）的功率测量和对扇区天线的空间响应和方向的了解来确定从扇区化的小区站点到移动发射机的方位或角度。将来自服务小区的时间范围（例如，TA、RTT）或功率导出的范围值与一个或多个小区站点的具有最大测量功率的两个扇区之间的功率差测量进行耦合提供了足够的测量值来以高于小区ID定位与测量的准确度确定移动台的位置估计。小区-ID与测距定位技术是公知的（例如，在GSM-CGI+TA中、在UMTS-CID+RTT中或者在LTE-PCI+TA_LTE中）。

图1a

图1a示出了根据本发明的在移动台辅助的基于网络确定位置中的初始步骤。如图所示，移动设备收集下行链路信标信号强度和标识符，101。移动台向无线电接入网络（RAN）发送这些信号。来自移动设备的该收集和发送是由移动台在操作的正常过程中执行的，作为通常由现代的蜂窝系统使用的移动台辅助的切换（MAHO）技术的一部分。

下行链路信标信号强度和标识符由RAN转发给服务移动定位中心（SMLC）或者被被动地监控并且发送到SMLC。在第6,782,264号美国专利“MonitoringofCallInformationinaWirelessLocationSystem”和第7,783,299号美国专利“AdvancedTriggersforLocationBasedServiceApplicationsinaWirelessLocationSystem”中描述了被动监控触发平台的实施例，这二个专利通过引用的方式并入本文。

SMLC，即，WLS的一部分，包括或者有权访问信标标识符、发射机天线的地理位置、发射机信号功率和无线电基站下行链路（发射）天线增益方向图的数据库。该数据库被视为小区-ID数据库102。通过使用该小区-ID数据库和收集的信号信息，被接收信号然后按小区（小区/扇区）标识符和所识别的任何同级对103来分类。同级对是作为多扇区小区站点的共站的扇区的两个下行链路发射天线。由标记“A”示出的进一步处理取决于所检测到的同级对的数量。

图1b

图1b描绘了没有检测到同级对的情况104。因为没有可用的同级，因此仅可以执行到达功率差测距计算，105。因为仅可以报告典型的增强型小区ID（ECID）位置，因此位置准确度可以基于小区结构和覆盖范围而广泛地改变，106。

通过利用ECID，小区-ID（CGI）分量将允许确定服务塔或扇区天线的维度和经度，同时定时提前（TA）所确定的测距允许在扇区化的小区的情况下将误差半径减小到约554米的带。如果足够的（三个或更多个）相邻小区经由移动设备信标收集而可用并且如果小区几何结构不会导致极高的几何精度因子，则所添加的基于PDOA的位置测量可以相对于CGI+TA位置估计的准确度显著地改善定位准确度。PDOA测量确实包括其自己的定位误差分量，这是因为由于自干扰或本地干扰引起的3-20dB的路径损耗变化是可能的。

图1c

如果通过分析103移动台收集的信号数据102而检测到同级对107，则基于功率的到达角技术可以用于改善经典的ECID定位。

进一步对同级对进行分析，以确定同级对是否与服务小区108相关联的。如果是，则将如第7,486,233号美国专利中详细描述的来执行单站点定位109。如果发现同级对与相邻小区站点相关联110，则执行相邻站点定位111。

图1d

如果根据对移动台收集的信号数据102的分析103检测到多于一个的同级对112，则基于功率的到达角技术可以用于改善经典的ECID定位。两个或更多个同级对的可用性还允许甚至在基于时间或功率的测距不可用或者不够细化（例如，在GSM中，554米的定时范围带增量步进）的情况下允许定位，从而允许准确的定位。由于每一个同级对允许确定基于功率的到达角（AoA），该技术已经被视为“功率AoA”。

如果服务站点测距是可用的113，则功率AoA与测距计算是可能的115。如果服务站点测距是不可用的，则纯功率AoA计算114仍然是可能的。

B、基于功率的到达角

可以通过利用两个天线接收信号根据公共站点来确定信号的到达角（AoA）或方位线（LOB），其中，两个天线具有相同的或类似的空间响应但是指向不同的方向。从每一个天线接收到的信号的分贝功率（即，dBm）被平均以消除快速衰落的影响。确定来自两个天线的平均信号的分贝差别。然后，可以根据该分贝差别和对天线空间响应的了解来确定信号的AoA。

很多无线通信系统将360度全向覆盖划分为三个重叠的扇区以通过频率重用来增加其通信容量。覆盖区域被定义为由下行链路信标无线电信号照射的区域。通常，通过使用定向天线将360度全向覆盖区域划分为三个120度的扇区。理想情况下，每一个扇区天线将仅覆盖其120度的区域而不覆盖其相邻的扇区的区域。实际上，这将需要非常大的天线，因此使用重叠的更小的天线。

以通用的方式表征扇区天线使得容易根据两个天线之间的分贝功率差来确定AoA。可以通过天线在垂直维度中的半功率波束宽度（HPBW）、天线在水平维度的HPBW以及其前后比（FBR）来表征天线。关于其准线（boresite）对称的天线的HPBW被定义为与天线左侧上的点（在这里，天线的功率响应比其在准线处的峰值响应低3dB）到天线右侧上的点（在这里，天线的功率响应比其峰值响应低3dB）的角距。天线的FBR被定义为天线在其准线处的最大分贝功率响应与其远离准线180度处的分贝功率响应之间的分贝差。

通常通过将天线的最大分贝功率响应设置为0dB来以归一化的方式表征天线。可以用下式在数学上将天线的归一化、水平面的分贝功率响应的通用模型表示为：

G_dB(φ)=10log₁₀[C₁+C₂cos(φ)]^α

其中，天线的方向图模型参数α是基于相应的水平HPBW、Θ_h来导出的：

$\mathrm{\α}=\frac{{\log }_{10}\left[0.5\right]}{{\log }_{10}[C_1+C_2\cos ({\mathrm{\Θ}}_h/2)]}$

约束条件C₁+C₂=1，并且

FBR_dB=10log₁₀(C₁-C₂)^α.

在图9中示出了针对三个不同的HPBW及其相应的值C₁和C₂的归一化天线方向图的图形。

类似地，在图10中针对准线在0度和120度处的两个120度的HPBW天线的整个360度全向响应示出了这两个天线之间的分贝功率差的图形。注意，在两个天线的准线之间，功率差将以线性的方式从12dB改变为-12dB，其中，负斜率为每度-0.2dB。还应当注意，在整个全向360度范围上，分贝功率差不是单值的。两个天线的准线之间的角度范围之外出现另一个重复值。因此，当使用这两个天线之间的功率差来确定AoA时，将产生两个角度。一个AoA是正确的AoA，另一个AoA是歧义的AoA。当对移动台的位置进行求解时，可以以概率的方式解决这些类型的歧义AoA。

C、使用同级扇区功率差和服务扇区定时提前的基于模型的位置估计

可以通过通常由移动台进行的测量以及由网络进行的定时测量来实现对在无线网络上操作的移动台的位置估计。具体地说，移动台对附近的小区站点和扇区进行功率测量，以帮助当它们在覆盖区域移动时切换到这些扇区。网络进行服务小区/扇区站点到移动台的范围定时测量来针对适当的操作将移动台与网络进行时间同步。小区站点中的两个相邻扇区（即，同级对）的测量之间的功率分贝差提供了关于移动台相对于小区站点的方向的粗略指示。实际上，功率差测量具有两个重要的优点。第一，移动台的功率差测量的共同偏差被消除，从而提供了更准确的测量。第二，移动台与两个相邻的扇区中的每一个之间的无线信道将是类似的，从而导致它们之间较小的变化，这导致位置估计的较小的变化。可以将来自两个或更多个小区站点的功率差测量与覆盖区域上的模型进行比较，以确定移动台的潜在位置。可以使用来自服务小区站点/扇区的距离度量以限制用于对移动台进行定位的搜索范围，这通常提供了唯一的位置。

在示例性的实施例中，发射机和接收机相距距离r，并且存在从发射机到接收机的直接路径而不存在多径，即，定义了自由空间传播。发射机具有功率P_T和增益为G_T(θ)的天线，其中，θ表示天线的增益的空间变化。所接收的功率被给出为：发射机功率乘以发射天线在接收机方向θ_ο上的增益再乘以接收天线在发射机方向θ_ο上的有效面积A_e(θ)。此外，由于当无线电波从发射机传播到接收机时无线电波的球面扩展，因此我们将该量除以半径为r的球体的面积以考虑RF信号在与发射机或者源相距距离r处的功率密度的减少。这可以写作：

$P_R=\frac{P_T{G}_T\left({\mathrm{\θ}}_o\right)A_e\left({\mathrm{\θ}}_o\right)}{4{\mathrm{\πr}}^2}.$

接收天线的有效面积与接收天线的增益通过下式关联：

$G_R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{4\mathrm{\π}{A}_e\left(\mathrm{\θ}\right)}{{\mathrm{\λ}}^2}$

其中，λ是RF信号的波长。将这两个等式组合得到：

$P_R=\frac{P_T{G}_T\left({\mathrm{\θ}}_o\right)G_R\left({\mathrm{\θ}}_o\right)}{{\left(\frac{4\mathrm{\πr}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2}.$

信号的波长λ和其频率f之积等于光速c：

c=fλ。

光速等于每秒3x10⁸米每秒。可以根据单位为兆赫兹（MHz）的信号频率将波长表示为：

$\mathrm{\λ}=\frac{300}{f_{\mathrm{MHz}}}.$

替换导致：

$P_R=\frac{P_T{G}_T\left({\mathrm{\θ}}_o\right)G_R\left({\mathrm{\θ}}_o\right){300}^2}{{\left(4\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{MHz}}r\right)}^2}.$

上面的等式指示在所有其它参数恒定的情况下，接收功率将随着与发射机的距离的平方的倒数而改变。这对于自由空间传播是准确的；然而，对于陆地移动无线电传播信道，需要用1/Kr^α替代因子1/r²，其中，α通常在2与4之间，以便对接收功率进行正确地建模。因此，针对陆地移动传播场景的接收功率被表示为：

$P_R=\frac{P_T{G}_T\left({\mathrm{\θ}}_o\right)G_R\left({\mathrm{\θ}}_o\right){300}^2}{{\left(4\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{MHz}}\right)}^2{\mathrm{Kr}}^{\mathrm{\α}}}.$

取10乘以上述等式的以10为底的对数得到单位为dBm的功率：

$P_{R_{\mathrm{dBm}}}=P_{T_{\mathrm{dBm}}}+G_{T_{\mathrm{dB}}}\left({\mathrm{\θ}}_o\right)+G_{R_{\mathrm{dB}}}\left({\mathrm{\θ}}_o\right)+20{\log }_{10}\left(\frac{300}{4\mathrm{\π}}\right)-20{\log }_{10}\left(f_{\mathrm{MHz}}\right)-K_{\mathrm{dB}}-10\mathrm{\α}{\log }_{10}\left(r\right).$

假设两个扇区在相同的频率处以相同的功率电平进行发射，移动台在相同的小区站点处的两个扇区之间接收到的功率差将产生仅取决于两个扇区天线的增益差的等式。在差分操作中，所有其它参数抵消。这被写作：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{dB}}\left(\mathrm{\θ}\right)=P_{{R1}_{\mathrm{dBm}}}-P_{{R2}_{\mathrm{dBm}}}=G_{{T1}_{\mathrm{dB}}}\left(\mathrm{\θ}\right)-G_{{T2}_{\mathrm{dB}}}\left(\mathrm{\θ}\right).$

因此，利用该模型并且利用对扇区天线的空间响应的了解，可以从两个小区站点画出恒定的功率差的线，如图8中所示。可以测量来自这些扇区的功率，得到它们的差别，并且将这些功率差与模型进行比较，以找出两条线的最接近测量值的相交的位置，以获得唯一位置。

无线网络通常知道移动台与其服务小区的距离，这是因为针对适当的操作，移动台必须在一定程度上与其服务小区时间同步。通常，由于时间同步的量化，因此在一组距离上，移动台与其服务扇区之间的距离是已知的。此外，对于扇区化的小区站点，服务扇区的天线的空间响应将范围带限制在一角度范围上。为了增加的准确度和效率，该信息被并入到位置确定过程中。

图8在地理上示出了该概念，在该概念中，搜索最匹配移动台所测量的功率差的两条功率差线的交叉点被限制于服务扇区的范围带。在图8的场景中，示出了三个小区站点801、802、803，每一个小区站点具有三个扇区。通过使用由移动设备发送的信标信号强度和标识符，找到了两组同级对，一对与第一相邻的小区站点802相关联，一对与第二相邻的小区站点803相关联。服务小区801确定由范围带804示出的基于定时或功率的范围。

通过使用同级对技术，可以示出来自第一相邻小区站点802的恒定的功率差线805。类似地，可以示出来自第二相邻的小区站点803的恒定的功率差线806。

由恒定的功率差线805、806形成的方位线之间的重叠允许确定最可能的位置807和误差范围808。

图7a

图7a在地理上描绘了用于使用同级对的功率AoA的概率性方法。

服务小区701、第一相邻小区707和第二相邻小区708被包含在功率AoA或相邻扇区技术的位置估计实施例中。服务小区站点701具有服务扇区702。服务扇区702具有（由移动台）报告的范围带703。基于小区大小，在径向上将服务扇区702和范围带703的共同区域细分为2个或更多个部分。在到达径向705上放置1至n个“像素”704，以在范围带703内产生一致的覆盖。

在图7a的实施例中，在第一707和第二708相邻小区站点处发现了扇区下行链路发射天线的两个同级对。通过使用针对每一个同级对的归一化的报告的下行链路功率，可以绘制出第一706和第二709测量方位角。

然后，对于每一个像素704，使用像素位置、先前确定的天线特征和归一化的报告的下行链路功率来为每一个像素704创建第一710和第二711理论方位角。针对每一个像素704，确定第一测量方位角706与第一理论方位角710之间的差别。然后，针对每一个像素704，还确定第二测量方位角709与第二理论方位角711之间的差别。测量结果与理论模型之间的这些差别允许按概率来对像素的位置分配权重。向显示出最小的测量对建模差别的像素准许高权重。

一旦完成了计算和加权，就可以将最终的位置估计计算为在建模和测量之间具有最小地理差别的K个像素的加权平均。

图7b

图7b从几何上示出了确定针对单个像素704产生概率加权的差。示出了针对第一相邻小区707的第一测量方位角706和第一建模方位角710。第一建模方位角710通过像素704。在地理上示出了第一测量方位角706和第一建模方位角710之间的差别712。

如果存在第二同级对，则示出了第二测量方位角709和第二建模方位角711。第二建模方位角711通过像素704。示出了第二测量方位角709与第二建模方位角711之间的地理差别713。

在数学上，可以通过创建定时提前与相邻小区的同级在范围带上的功率差的模型来导出用于使用来自无线网络的定时（GSM中的定时提前（TA））信息和功率信息来对移动台进行地理定位的概率性方法。假设这些参数拥有具有等于模型值或预测值的已知方差和均值的高斯分布。针对这些参数中的每一个参数，高斯型权重被定义为：

在针对所有参数在范围带上评估权重。这是通过在如图7a所示的范围带周围均匀分布的多个点或“像素”处对权重进行评估来完成的。在每一个“像素”处，以某一种方式来对“权重”进行组合，即，对“权重”进行相乘和/或相加以得到每一个像素的位置处的最终结果。最终位置估计被计算为对具有最大结果的K个像素的加权平均。

每一个像素处的有效权重被给出为：

W=W_RSSIW_TAW_AZ.

通过以下两个方法中的一个方法给出匹配每一个像素处的所有报告的小区站点的误差的累积相对功率的有效权重（各个权重之和或之积）：

$W_{\mathrm{RSSI}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{W}_n*W_{\mathrm{RSSIn}}$ 或 $W_{\mathrm{RSSI}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_n*W_{\mathrm{RSSIn}}$

W_RSSIn将高斯权重表示为：

$W_{\mathrm{RSSIn}}=e^{\left(\frac{{\left(\right|{\mathrm{RP}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{RP}}_{\mathrm{pred}}|-3)}^{2}n}{2{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{rssi}}}^2}\right)}$

其中，RP_meas是小区站点n处的同级扇区之间的以dB为单位的经测量的相对功率，RP_pred是相对功率的模型，即，像素处的小区站点n处的同级扇区之间的以dB为单位的预测值，并且σ_RSSI ²是覆盖区域上的相对功率的已知的先验方差。仅当RP_meas与RP_pred之间的差别的幅度大于3dB时才使用该加权值。当幅度小于或等于3dB时，W_RSSIn被设置为等于1。

W_n是根据经测量的RSSI差别进行RF建模的可靠性权重，并且当小区站点n处的经测量的相对功率（即，RP_meas）的以dB为单位的幅度大于20dB时，W_n由下式给出：

$W_n=e^{(-\frac{{\left(\right|{\mathrm{RP}}_{\mathrm{meas}}|-20)}^{2}n}{2{{\mathrm{\σ}}_g}^2})}$

否则，W_n被设定为值1。TA距离误差的权重由下面的正态分布给出：

$W_{\mathrm{TA}}=e^{\left(\frac{-{(d_{\mathrm{TA}}-d)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{TA}}^2}\right)}$

其中，d_TA是经测量的TA距离，d是像素的距离，σ_TA ²是已知的先验方差。当来自多于一个的服务扇区的测量可用时，在其上计算像素的区域是TA区带的交叉区域，并且W_TA是：

$W_{\mathrm{TA}}=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Π}}}{e}^{(-\frac{{{(d_{\mathrm{TA}}-d)}_s}^2}{2{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{TA}}}^2})}.$

取决于来自准线方向的方位角的服务器概率权重由下式给出：

此外，像素的权重是三个权重之积。

位置估计的最后一步包括对所有像素的权重从最大至最小进行排序，然后选择K个权重最大的像素，并且计算作为与这K个权重相关联的像素位置的加权和的位置。在数学上，这被写成下式：

$x_{\mathrm{est}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{x}_i}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i}$ 和 $y_{\mathrm{est}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i}$

D：具体实施方式

D.1、利用3扇区化服务站点和相邻站点的功率AoA

在图2中，示出了使用来自全向服务小区201和相邻扇区化小区203的信息来对移动设备202进行定位。

服务小区站点201具有含有范围带207的单个服务扇区（GSM术语中的CGI或者LTE中的PCI）。范围带207的大小和宽度取决于定时提前（TA）的值和定时提前值的精度（在GSM中，TA宽度是554米，在LTE中，TA宽度是156米）。移动设备（例如，MS或UE）202必须是活动的，以允许产生测量报告，但是可以在活动的同时处于控制信道交易或业务信道交易中。活动的MS/UE202具有与服务小区201的双向无线电链路，并且定期地扫描和接收来自相邻小区203的扇区204、205的信标广播。

通过使用归一化的接收功率和天线模型，可以计算与源自每一个扇区204、205的发射天线的平均方位角估计的任意一侧上的标准偏差对应的方位角206、209。通过将角度信息标准偏差206、209与范围带207进行组合，可以针对计算移动设备的位置估计208。与全向小区中的传统的基于小区-ID的定位（服务小区201的维度和经度）相比，该位置估计208在准确度上更优。在这里，可以将经估计的位置误差计算为由范围带207和方位角206、209的标准偏差包围的区域。

D.2.利用全向服务站点和扇区化相邻站点的功率AoA

在图3中，示出了使用全向服务站点301和3扇区化相邻小区站点305、306来对移动设备302进行定位。在服务小区/扇区301中，基于定时提前的值和定时提前值的准确度示出了范围带304。移动设备302必须是活动的，以允许产生测量报告，但是可以在活动的同时处于控制信道交易或业务信道交易中。活动的MS/UE302具有与服务小区301的双向无线电链路303，并且定期地扫描和接收来自小区305的扇区307308和来自小区306的扇区309、310的信标广播。

通过使用归一化的接收功率和天线模型，可以针对每一个报告的扇区309、310、307、308的发射天线来绘制与方位角估计的标准偏差对应的一组方位角311、312、313、314。通过组合来自方位角311、312、313、314的角度信息和服务小区301的范围带304，可以计算针对移动设备的位置估计315。与在全向小区中的传统的基于小区-ID的定位（服务小区301的维度和经度）相比，该位置估计315在准确度上更优。在这里，可以将经估计的位置误差计算为由范围带304和方位角311、312、313、314的标准偏差包围的区域。

D.3、利用两个临近的扇区化站点的功率AoA

在图4中，示出了使用临近的扇区化小区站点401、402来对移动设备403进行定位。在该场景中，不需要服务小区的功率或时间范围带。移动设备403不需要被注册、是活动的或者参与同提供下行链路信标的无线系统的双向通信。

移动设备403扫描和接收来自小区401的扇区404、405和来自小区407的扇区406、407的下行链路信标广播。

通过使用归一化的接收功率和天线模型，可以针对每一个接收扇区404、405、406、407的发射天线来绘制与方位角估计的标准偏差对应的一组方位角408、409、410、411。通过组合来自方位角408、409、410、411角度信息，可以计算移动设备403的位置412。可以由无线网络广播、在移动设备403上本地记录或者从可替换的无线电网络接收对于计算移动位置412所需的信息（发射天线的广播功率、天线模型和每一个下行链路发射天线的位置）。在一些场景中，移动设备403可以收集下行链路信号，并且通过可替换的方式向陆侧的服务器进行发送以便于位置计算。

D.4、利用三个临近的扇区化站点的功率AoA

在图5中，示出了使用临近的扇区化小区站点501、502、503来对移动设备504进行定位。在该场景中，不需要服务小区功率或定时范围带。移动设备504不需要注册、是活动的或者参与同提供下行链路信标的无线系统的双向通信。

移动设备504扫描和接收来自小区501的扇区505、506、小区502的扇区507、508和小区503的扇区509、510的下行链路信标广播。

通过使用归一化的接收功率和天线模型，可以针对每一个接收扇区505、506、507、508、509、510的发射天线来绘制与方位角估计的标准偏差对应的一组方位角511、512、513、514、515、516。通过组合来自方位角511、512、513、514、515、516角度信息，可以计算移动设备504的位置517。可以由无线网络广播、在移动设备517上本地记录或者从可替换的无线电网络接收对于计算移动位置517所需的信息（发射天线的广播功率、天线模型和每一个下行链路发射天线的位置）。在一些场景中，移动设备504可以收集下行链路信号，并且通过可替换的方式向陆侧的服务器进行发送以便于位置计算。

图6

图6描绘了用于语音通信和数据通信的无线通信网络（WCN）。WCN是由无线电接入网络（RAN）602和核心网609构成。无线定位系统（WLS）610被部署为支持定位服务。

RAN602是由无线电收发机站和天线（RTS）的分布式网络构成。还称作基站收发机、无线电基站、基站、节点B和增强型节点B的RTS603、604、605达到各种不同的大小，从而提供不同的覆盖区域和负载能力。在该实施例中，RTS是通过其角色和相对于移动站/用户设备（MS/UE）601的临近性来描述的。服务RTS603建立和维持与MS/UE601的无线电链路606。相邻的RTS605和临近的RTS604是潜在的切换候选者，并且来自每一个RTS的无线电广播信标可以由MS/UE601根据存在于服务RTS603下行链路信标中的信标分配列表来扫描。

每一个RTS603、604、605经由有线的或无线的数据链路608与核心网609相连。在GSM系统中，BTS被互连到基站控制器（BSC）/分组控制单元（PCU），而在LTE系统中，eNodeB被互连到移动性管理实体（MME）。

在GSM实施例中，BTS603、604、605通过Abis接口609被连接到BSC/PCU611。BSC/PCU611经由A接口612连接到移动交换中心（MSC）613。MSC通常还用作访问位置寄存器（VLR），其中，根据需要经由SS7网络614下载来自HLR615的用户简档。

在LTE网络中，通过系统架构演进（SAE）来替换核心网609，该SAE利用全互联网协议（IP）分组路由区域网络和增加的微处理器性能来创建更便宜的、可扩展的核心网。SAE的四个主要的组件（图6的实施例中未示出）是移动性管理实体（MME）、服务网关（SGW）、PDN网关（PGW）和策略与计费规则功能（PCRF）。

示出了针对GSM的无线定位系统610。服务移动定位中心（SMLC）619经由3GPP定义的Lb接口616与BSC/PCU611互连。SMLC进而（通常经由中间接口和节点）经由Lg接口618互连到网关移动定位中心GMLC617。

在该示例性的图示中未示出LTE网络的WLS。LTEWLS是由连接到MME的E-SMLC（针对LTE的演进型SMLC）构成，如在3GPP技术规范36.305v9.3的“Stage2functionalspecificationofUserEquipment(UE)positioninginE-UTRAN”中所描述的。

E、可替换的实施方式

用户平面

本发明的用户平面方法（其中，手机和陆侧服务器与WCN交互从而透明地提供数据连接）可以使用用户标识模块（SIM）工具箱（STK）。

最初在欧洲电信标准协会（ETSI）GSM11.14技术标准（TS）11.14的“SpecificationoftheSIMApplicationToolkit(SAT)fortheSubscriberIdentityModule-MobileEquipment(SIM-ME)interface.”中定义了STK。可以在第三代合作伙伴计划（3GPP）TS31.111“UniversalSubscriberIdentityModule(USIM)ApplicationToolkit(USAT).”中找到GSM、UMTS和LTE网络以及通用用户标识模块（USIM）的更新的工具箱标准。

STK定义的命令集允许陆侧服务器直接访问MS/UE网络、定时和功率测量结果。通过使用STK，SMLC可以在无需与WCN控制节点进行交互的情况下请求网络测量结果。

LMU辅助的系统

位置测量单元（LMU）是通常与无线网络的基站位于同一位置处的无线电接收机，其通常被安装以促进上行链路到达时间差（U-TDOA）和/或到达角（AoA）定位技术。

使用功率AoA定位的基于LMU的系统的主要优点是LMU能够测量所接收的下行链路信标标识符和来自周围扇区的信号强度，从而导致覆盖系统在与SIM工具箱耦合时在无线通信系统运营商的控制之外提供定位服务。

先前在于2007年4月18日提交的第11/736,950号美国申请“SparsedU-TDOAWirelessLocationNetworks.”中教导了U-TDOA与ECID的结合以校准ECID位置。

可以用方法、系统、计算机可读介质和任意类型的制品来实现上述方面中的任意一个方面。本领域技术人员应当理解的是，本文所描述的各种技术可以与硬件或软件或者在适合时与这二者的组合相结合来实现。例如，本发明的各个方面可以在可编程计算机上执行。因此，本发明的方法和装置或者其某些方面或部分可以具有体现在有形介质中的程序代码（即，指令），其中，有形介质例如是软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者任何其它机器可读存储介质，其中，当将程序代码装载到诸如计算机等的机器中或者由机器执行时，该机器成为用于实践本发明的装置。在可编程计算机上进行程序代码执行的情况下，计算设备通常包括处理器、可以由处理器读取的存储介质（其包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件）、至少一个输入设备和至少一个输出设备。优选地用高级程序或面向对象的编程语言来实现这些程序，以与计算机系统进行通信。然而，如果期望的话，则可以用汇编或机器语言来实现程序。在任何情况下，语言可以是编译的或解释的语言，并且与硬件实现相结合。在示例性的实施方式中，计算机可读存储介质可以包括例如随机存取存储器（RAM）、诸如机电硬盘驱动器、固态硬盘驱动器等的存储设备、诸如闪速RAM或ROM等的固件以及诸如CD-ROM、软盘、DVD、闪速驱动器、外部存储设备等的可移动存储设备。本领域技术人员应当清楚的是，可以使用其它类型的计算机可读存储介质，例如，磁带盒、闪存卡、数字视盘、伯努利墨盒等。计算机可读存储介质可以为计算机提供对处理器可执行指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。

F、结论

本发明的真实范围不限于本文所公开的当前优选的实施方式。例如，用于定位移动设备的方法的前述公开内容使用示例性的术语，例如，无线通信网络（WCN）、无线电接入网络（RAN）、位置测量单元（LMU）等，其不应当被理解为限制下面的权利要求的保护范围或者以其它方式暗指用于增加定位准确度的迭代方法的发明方面被限制于所公开的特定方法和装置。此外，本领域技术人员将理解到，本文公开的发明方面中的很多方面可以应用于不基于TDOA技术的定位系统中。例如，本发明不限于采用如上所述构造的LMU的系统。LMU等实质上是可编程数据收集和处理设备，在不偏离本文公开的发明概念的情况下，其可以具有多种形式。考虑到数字信号处理和其它处理功能的成本的快速下降，可以容易地在不改变系统的发明操作的情况下将用于特定功能的处理从本文所描述的功能元件中的一个（例如，LMU）转移到另一个功能元件。在很多情况下，本文所描述的实现（即，功能元件）的设置仅仅是设计者的偏好而不是硬件需求。因此，除了可能明确地如此限制以外，下面的权利要求的保护范围并不旨在限制于上文所描述的具体实施方式。

Claims (40)

1.一种用于定位移动设备的方法，包括：

使所述移动设备从服务基站收发机BTS和一个或多个相邻的BTS接收信标信号，其中，每一个BTS位于小区站点处，并且每一个信标信号包括小区标识(CID)信息；

基于所接收的信标信号来检测多个同级对，其中，同级对包括作为多扇区小区站点的共站的扇区的两个下行链路发射天线；以及

基于所检测到的同级对的数量来选择预定的定位方法；

其中，所检测到的同级对的数量是零，并且响应于此，选择到达功率差与测距(PDOA)定位方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测到的同级对的数量为一，并且响应于此，选择单站点定位方法或者相邻站点定位方法中的一个。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述单站点定位方法是响应于确定所述同级对处于所述服务站点处来选择的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述单站点定位方法包括确定相对于所述服务小区的角度扇区和从所述服务小区到所述移动设备的距离。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述相邻站点定位方法是响应于确定所述同级对不处在服务站点来选择的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述相邻站点定位方法包括确定相对于所述相邻小区的角度扇区和从所述服务小区到所述移动设备的距离。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测到的同级对的数量大于一，并且响应于此，选择到达功率角度AoA定位方法或功率AoA与测距定位方法中的一个。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述功率AoA与测距定位方法是响应于确定至少一个同级对处在服务站点来选择的。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述功率AoA定位方法是响应于服务站点的测距不可用来选择的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法用于使用存储在数据库中的与扇区化的无线通信网络WCN有关的信息结合所述网络中的所述移动设备在支持移动性的过程中进行的测量来以中等精度地理定位在所述WCN中操作的移动设备。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，存储在所述数据库中的所述信息包括小区站点的地理位置、扇区化的天线的空间响应和由每一个BTS广播的扇区标识符，其中，所述空间响应包括所述扇区化的天线的地理方位和下倾方位。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述移动设备测量从多个小区站点中的每一个接收的广播信标功率，并且报告所测量的功率和具有最大测量功率的小区站点扇区的标识以及由所述网络确定并且被中继到所述移动设备的定时提前TA值，其中，所述TA值用作从所述服务小区扇区到所述移动设备的距离度量。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，从扇区化的小区站点到所述移动设备的方位/角度是根据来自一对相邻扇区(同级)的功率测量和对所述扇区天线的所述空间响应和方位的了解来确定的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，来自所述服务小区的定时范围或功率导出的范围值与一个或多个小区站点中的具有最大测量功率的同级之间的功率差测量结果被一起用于确定所述移动设备的位置估计。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述AoA定位方法或者功率AoA与测距定位方法包括用于使用同级对来地理定位移动设备的概率性方法。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，来自所述无线网络的定时(GSM的定时提前(TA))信息和功率信息是通过创建所述定时提前和相邻小区的同级对在范围带上的功率差的模型来导出的。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：

基于小区大小来径向地将所述服务扇区和范围带的共同区域细分为两个或更多个部分；以及

针对每一个径向部，确定1至n个像素以在所述范围带内产生均匀覆盖。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

针对每一个同级对，使用归一化的报告的下行链路功率来确定测量的方位角；

针对每一个像素，使用像素位置、先前确定的天线特征和所述归一化的报告的下行链路功率来确定理论的方位角；以及

针对每一个像素，为每一个相邻对确定相应的测量的方位角与理论方位角之间的差别。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

使用所述差别来给每一个像素的位置分配权重，其中，向具有较低的差别的像素指派较高的权重；以及

确定最终的位置估计为具有最小差别的像素的加权平均。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述确定最终的位置估计包括以下降的顺序来对像素权重进行排序，选择预定数量的最高权重，并且计算与所选择的最高权重相关联的所述像素位置的加权和作为所述最终的位置估计。

21.一种被配置为定位移动设备的系统，所述系统包括：

用于使所述移动设备从服务基站收发机BTS和一个或多个相邻的BTS接收信标信号的模块，其中，每一个BTS位于小区站点处，并且每一个信标信号包括小区标识(CID)信息；

用于基于所接收的信标信号来检测多个同级对的模块，其中，同级对包括作为多扇区小区站点的共站的扇区的两个下行链路发射天线；以及

用于基于所检测到的同级对的数量来选择预定的定位方法的模块；

其中，所述处理器还包括用于当所检测到的同级对的数量是零时，选择到达功率差与测距(PDOA)定位方法的模块。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述处理器还包括用于当所检测到的同级对的数量为一时，选择单站点定位方法或者相邻站点定位方法中的一个的模块。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述单站点定位方法是响应于确定所述同级对处于所述服务站点处来选择的。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述单站点定位方法包括确定相对于所述服务小区的角度扇区和从所述服务小区到所述移动设备的距离。

25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述相邻站点定位方法是响应于确定所述同级对不处在服务站点来选择的。

26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述相邻站点定位方法包括确定相对于所述相邻小区的角度扇区和从所述服务小区到所述移动设备的距离。

27.根据权利要求21所述的系统，其中，所述处理器还包括用于当所检测到的同级对的数量大于一时，选择到达功率角度AoA定位方法或功率AoA与测距定位方法中的一个的模块。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述功率AoA与测距定位方法是响应于确定至少一个同级对处在服务站点来选择的。

29.根据权利要求27所述的系统，其中，所述功率AoA定位方法是响应于服务站点的测距不可用来选择的。

30.根据权利要求21所述的系统，其中，所述方法用于使用存储在数据库中的与扇区化的无线通信网络WCN有关的信息结合所述网络中的所述移动设备在支持移动性的过程中进行的测量来以中等精度地理定位在所述WCN中操作的移动设备。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，存储在所述数据库中的所述信息包括小区站点的地理位置、扇区化的天线的空间响应和由每一个BTS广播的扇区标识符，其中，所述空间响应包括所述扇区化的天线的地理方位和下倾方位。

32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述处理器还包括用于使所述移动设备测量从多个小区站点中的每一个接收的广播信标功率，并且报告所测量的功率和具有最大测量功率的小区站点扇区的标识以及由所述网络确定并且被中继到所述移动设备的定时提前TA值的模块，其中，所述TA值用作从所述服务小区扇区到所述移动设备的距离度量。

33.根据权利要求30所述的系统，其中，从扇区化的小区站点到所述移动设备的方位/角度是根据来自一对相邻扇区(同级)的功率测量和对所述扇区天线的所述空间响应和方位的了解来确定的。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，来自所述服务小区的定时范围或功率导出的范围值与一个或多个小区站点中的具有最大测量功率的同级之间的功率差测量结果被一起用于确定所述移动设备的位置估计。

35.根据权利要求27所述的系统，其中，所述AoA定位方法或者功率AoA与测距定位方法包括用于使用同级对来地理定位移动设备的概率性方法。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，来自所述无线网络的定时(GSM的定时提前(TA))信息和功率信息是通过创建所述定时提前和相邻小区的同级对在范围带上的功率差的模型来导出的。

37.根据权利要求35所述的系统，所述处理器还包括：

用于基于小区大小来径向地将所述服务扇区和范围带的共同区域细分为两个或更多个部分的模块；以及

用于针对每一个径向部，确定1至n个像素以在所述范围带内产生均匀覆盖的模块。

38.根据权利要求37所述的系统，所述处理器还包括：

用于针对每一个同级对，使用归一化的报告的下行链路功率来确定测量的方位角的模块；

用于针对每一个像素，使用像素位置、先前确定的天线特征和所述归一化的报告的下行链路功率来确定理论的方位角的模块；以及

用于针对每一个像素，为每一个相邻对确定相应的测量的方位角与理论方位角之间的差别的模块。

39.根据权利要求38所述的系统，所述处理器还包括：

用于使用所述差别来给每一个像素的位置分配权重，其中，向具有较低的差别的像素指派较高的权重的模块；以及

用于确定最终的位置估计为具有最小差别的像素的加权平均的模块。

40.根据权利要求39所述的系统，其中，用于确定最终的位置估计的模块包括用于以下降的顺序来对像素权重进行排序，选择预定数量的最高权重，并且计算与所选择的最高权重相关联的所述像素位置的加权和作为所述最终的位置估计的模块。