CN104053233A

CN104053233A - Cell-id定位方法和装置

Info

Publication number: CN104053233A
Application number: CN201410277147.5A
Authority: CN
Inventors: 杜翠凤; 陆蕊; 蒋超; 吴靖
Original assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Current assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-09-17

Abstract

一种CELL-ID定位方法和装置，通过将定位区域划分为各个子区域，建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，然后根据选择的初始状态向量和状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量，根据获取的移动台接收到的基站信息和观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量，最后根据定位时刻的状态向量和观测向量确定定位时刻移动台的位置。本发明对基站的数量无限制，不存在非视距、多路径干扰等问题，不需要对移动台或者现有通信系统进行改进；定位精度较高；建立的数据库受环境变化影响较小，并且随着用户数据的增多精度不断提高。

Description

CELL-ID定位方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种CELL-ID定位方法和装置。

背景技术

目前，移动通信网络中移动台的定位技术越来越引起人们的注意，基于位置服务的应用如雨后春笋般发展，并渗入到人们的日常生活中，如智能交通系统、紧急呼叫服务、公共安全服务等，同时，如果知道移动台的位置信息，就能为网络规划、网络质量评估、无线资源管理等应用提供必要的信息，为运营商提供强有力的支撑。

现有的高精度定位算法大多是基于时间测量参数，利用通信网络中的基站和移动台之间传播的无线电信号的特征参数，通常要求接收到三个或三个以上基站的信号才能进行定位，对参数要求较为苛刻，且实际环境尤其是城市、城市近郊中的无线电波传播环境非常复杂，存在非视距传播、多径效应等，这些都导致定位误差较大、定位精度低，为了保证基站的定位精度，需要增加新的硬件或对现有系统进行改进来测量这些特征参数；现有的CELL-ID(小区识别码)定位方法根据移动台所处的小区标示号ID(identification)来确定移动台的位置，定位精度取决于小区的大小，基站覆盖不密集的情况下定位精度较差；基于指纹库的定位技术的难点是指纹库的建立，需要人为进行路测，易受环境变化、天线接收方向的改变等影响，导致定位精度不准。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种定位精度较高的CELL-ID定位方法和装置。

一种CELL-ID定位方法，包括步骤：

将定位区域划分为各个子区域；

建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，所述状态转移矩阵的元素表示移动台从一个子区域转移到另一个子区域的概率，所述观察概率矩阵的元素表示移动台位于其中一个子区域时接收到其中一个基站的概率；

获取移动台接收到的基站信息，选择所述状态转移矩阵的初始状态向量；

根据所述初始状态向量和所述状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量；

根据获取的基站信息和所述观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量；

根据定位时刻的状态向量和观测向量确定移动台位于各个子区域的概率，概率最大的区域即为定位时刻移动台的位置。

一种CELL-ID定位装置，包括：

定位区域划分模块，用于将定位区域划分为各个子区域；

矩阵建立模块，用于建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，所述状态转移矩阵的元素表示移动台从一个子区域转移到另一个子区域的概率，所述观察概率矩阵的元素表示移动台位于其中一个子区域时接收到其中一个基站的概率；

基站获取模块，用于获取移动台接收到的基站信息；

状态向量确定模块，用于选择所述状态转移矩阵的初始状态向量，根据所述初始状态向量和所述状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量；

观测向量确定模块，用于根据获取的基站信息和所述观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量；

位置确定模块，用于根据定位时刻的状态向量和观测向量确定移动台位于各个子区域的概率，概率最大的区域即为定位时刻移动台的位置。

本发明CELL-ID定位方法和装置，与现有技术相互比较时，具有以下优点：

1、本发明对基站的数量无限制，只要通信系统检测到移动台接受到的基站信息即可进行定位；定位只需利用基站信息，不存在非视距、多路径干扰等问题；不需要对移动台或者现有通信系统进行改进，节省了物力等；

2、本发明同时利用了主服务基站和相邻基站的信息，不同于现有技术中CELL-ID仅利用主服务基站的信息进行定位，定位精度较高；

3、本发明建立的数据库受环境变化影响较小，并且随着用户数据的增多精度不断提高。

附图说明

图1为本发明方法实施例的流程示意图；

图2为本发明装置实施例一的结构示意图；

图3为本发明装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明CELL-ID定位方法的具体实施方式做详细描述。

如图1所示，一种CELL-ID定位方法，包括步骤：

S110、将定位区域划分为各个子区域；

为了较好的建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，可以将定位区域划分为M个网格，M>1，并依次进行编号；

S120、建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，所述状态转移矩阵的元素表示移动台从一个子区域转移到另一个子区域的概率，所述观察概率矩阵的元素表示移动台位于其中一个子区域时接收到其中一个基站的概率；

状态转移矩阵A可以定义为[a_jl]，一般用统计的方法获得，状态即移动台在某一时刻处于某一个子区域内，a_jl表示移动台从j子区域移动到l子区域的概率；

观察概率矩阵B可以定义为[b_ij],观察概率矩阵是指观察变量与状态变量的映射关系，其中观察变量Y为基站，状态变量为网格，b_ij表示移动台位于第j子区域时接收到第i个基站的概率；

S130、获取移动台接收到的基站信息，选择所述状态转移矩阵的初始状态向量；

通信系统基本上每隔480毫秒就能够获取一次移动台的信息，从该信息中可以获取移动台接收到的基站ID等；定义状态向量X∈{e₁,e₂,…,e_M}，X_k＝e_j表示在k时刻移动台位于第j个子区域，初始状态向量可以取随机值，即初始状态可以位于定位区域中的任何一个子区域内；

S140、根据所述初始状态向量和所述状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量；

可以根据递推公式：确定k时刻的状态向量其中表示k-1时刻的状态向量，A^T表示所述状态转移矩阵的转置矩阵，k≥1，具体步骤如下：

根据得到k＝1时刻的状态向量，下标表示从初始时刻k＝0到k＝1；

根据得到k＝2时刻的状态向量，时刻的状态向量；

以此类推，即可以求取到定位时刻k的状态向量；

S150、根据获取的基站信息和所述观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量；

可以根据公式：j＝1,2,…M确定定位时刻移动台位于j子区域的观测向量的元素[Y_k']_j，其中N表示定位区域内接收到的总基站数，M表示划分的子区域数；当移动台位于j子区域接收到的基站为i时，否则，

{\tilde{b}}_{ij} (Y_{k}) = 1 - b_{ij};

S160、根据定位时刻的状态向量和观测向量确定移动台位于各个子区域的概率，概率最大的区域即为定位时刻移动台的位置；

根据公式：X_k|k＝Y_k'⊙X_k|k-1确定出移动台位于各个子区域的概率，其中Y_k'为定位时刻的观测向量，X_k|k-1为定位时刻的状态向量，⊙表示点乘，满足概率最大的区域即为移动台的定位位置，即定位时刻移动台的位置为：当需确定下一时刻的位置时，另k＝k+1，返回步骤S140。

基于同一发明构思，本发明还提供一种CELL-ID定位装置，下面结合附图对本发明装置的具体实施方式做详细描述。

如图2所示，一种CELL-ID定位装置，包括：

定位区域划分模块100，用于将定位区域划分为各个子区域；

可以将定位区域划分为M个网格，M>1，为了较好的建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，如图3所示，本发明装置还可以包括位于所述定位区域划分模块100和所述矩阵建立模块200的编号模块700，用于将所述各个子区域依次进行编号；

矩阵建立模块200，用于建立状态转移矩阵和观察概率矩阵，所述状态转移矩阵的元素表示移动台从一个子区域转移到另一个子区域的概率，所述观察概率矩阵的元素表示移动台位于其中一个子区域时接收到其中一个基站的概率；

基站获取模块300，用于获取移动台接收到的基站信息；

通信系统基本上每隔480毫秒就能够获取一次移动台的信息，从该信息中可以获取移动台接收到的基站ID等；初始状态向量可以取随机值，即初始状态可以位于定位区域中的任何一个子区域内；

状态向量确定模块400，用于选择所述状态转移矩阵的初始状态向量，根据所述初始状态向量和所述状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量；

所述状态向量确定模块400可以根据递推公式：确定k时刻的状态向量，其中表示k-1时刻的状态向量，A^T表示所述状态转移矩阵的转置矩阵，k≥1，递推过程为：

根据得到k＝2时刻的状态向量，时刻的状态向量；

以此类推，所述状态向量确定模块400即可以求取到定位时刻k的状态向量；

观测向量确定模块500，用于根据获取的基站信息和所述观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量；

所述观测向量确定模块500可以根据公式：j＝1,2,…M确定定位时刻移动台位于j子区域的观测向量的元素，其中N表示定位区域内接收到的总基站数，M表示划分的子区域数；当移动台位于j子区域接收到的基站为i时，

{\tilde{b}}_{ij} (Y_{k}) = b_{ij},

否则，

{\tilde{b}}_{ij} (Y_{k}) = 1 - b_{ij};

位置确定模块600，用于根据定位时刻的状态向量和观测向量确定移动台位于各个子区域的概率，概率最大的区域即为定位时刻移动台的位置；

所述位置确定模块600根据公式：X_k|k＝Y_k'⊙X_k|k-1确定出移动台位于各个子区域的概率，其中Y_k'为定位时刻的观测向量，X_k|k-1为定位时刻的状态向量，⊙表示点乘，满足概率最大的区域即为移动台的定位位置，即定位时刻移动台的位置为：当需确定下一时刻的位置时，另k＝k+1，所述状态向量确定模块400重新确定定位时刻的状态向量。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种CELL-ID定位方法，其特征在于，包括步骤：

将定位区域划分为各个子区域；

2.根据权利要求1所述的CELL-ID定位方法，其特征在于，根据初始状态向量和状态转移矩阵确定定位时刻的状态向量的步骤包括：

根据递推公式：确定k时刻的状态向量，其中表示k-1时刻的状态向量，A^T表示所述状态转移矩阵的转置矩阵，k≥1。

3.根据权利要求1所述的CELL-ID定位方法，其特征在于，根据获取的基站信息和所述观察概率矩阵确定定位时刻的观测向量的步骤包括：

根据公式：j＝1,2,…M确定定位时刻移动台位于j子区域的观测向量的元素，其中N表示定位区域内接收到的总基站数，M表示划分的子区域数；当移动台位于j子区域接收到的基站为i时，否则，其中b_ij表示移动台位于第j子区域时接收到第i个基站的概率。

4.根据权利要求1所述的CELL-ID定位方法，其特征在于，根据定位时刻的状态向量和观测向量确定移动台位于各个子区域概率的步骤包括：

根据公式：X_k|k＝Y_k'⊙X_k|k-1确定移动台位于各个子区域概率，其中Y_k'为定位时刻的观测向量，X_k|k-1为定位时刻的状态向量，⊙表示点乘。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的CELL-ID定位方法，其特征在于，将定位区域划分为各个子区域的步骤之后，建立状态转移矩阵和观察概率矩阵的步骤之前，还包括步骤：

将所述各个子区域依次进行编号。

6.一种CELL-ID定位装置，其特征在于，包括：

定位区域划分模块，用于将定位区域划分为各个子区域；

基站获取模块，用于获取移动台接收到的基站信息；

7.根据权利要求6所述的CELL-ID定位装置，其特征在于，所述状态向量确定模块根据递推公式：确定k时刻的状态向量，其中表示k-1时刻的状态向量，A^T表示所述状态转移矩阵的转置矩阵，k≥1。

8.根据权利要求6所述的CELL-ID定位装置，其特征在于，所述观测向量确定模块根据公式：j＝1,2,…M确定定位时刻移动台位于j子区域的观测向量的元素，其中N表示定位区域内接收到的总基站数，M表示划分的子区域数；当移动台位于j子区域接收到的基站为i时，否则，其中b_ij表示移动台位于第j子区域时接收到第i个基站的概率。

9.根据权利要求6所述的CELL-ID定位装置，其特征在于，所述位置确定模块根据公式：X_k|k＝Y_k'⊙X_k|k-1确定移动台位于各个子区域的概率，其中Y_k'为定位时刻的观测向量，X_k|k-1为定位时刻的状态向量，⊙表示点乘。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的CELL-ID定位装置，其特征在于，还包括位于所述定位区域划分模块和所述矩阵建立模块的编号模块，用于将所述各个子区域依次进行编号。