CN105022029A - 无线位置估计设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线位置估计设备和方法，所述无线位置估计设备可包括：无线通信单元，从包括多个天线的多个AP接收包括与所述多个AP相关的位置信息的无线电信号；无线电处理单元，根据各个天线的信号信道增益是否改变，来针对各个AP组合从多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个；距离计算单元，测量由无线信号处理单元组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示(RSSI)值，并使用测量的RSSI值来计算距AP的距离值；位置估计单元，使用计算的距离值和所述位置信息来估计终端的位置。

Description

无线位置估计设备和方法
本申请要求分别于2014年4月30日、2014年11月10日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0052815号和第10-2014-0155277号韩国专利申请的优先权，这些韩国专利申请的公开通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种无线位置估计设备和方法。
背景技术
通常，在户外，可使用全球定位系统(GPS)来估计位置。然而，在室内环境下，由于空间限制，可能难以获得GPS信号，从而可使用无线通信、成像超声波等来测量位置，并获得相对精确的位置估计性能。
由于为了引入能够满足这种需求的服务需要很大的代价，因此基于室内位置的服务的引入存在一些问题。
根据现有技术，提供基于GPS信号使用蜂窝网络估计位置的方法以及基于IEEE 802.11标准使用Wi-Fi信号估计位置的方法，作为在室内环境下估计位置的方法。
在根据现有技术的估计位置的方法中，在特定位置测量Wi-Fi的接收信号强度指示等之后，简单地估计在地图上的位置。然而，由于用于估计位置的RSSI可能临时改变，因此估计位置的精度可能降低。具体地讲，可能难以在建筑中估计位置。
发明内容
本公开的示例性实施例可提供一种无线位置估计设备和方法，所述无线位置估计设备和方法即使在衰减(fading)环境下，也能够通过相互组合从包括多个天线的接入点(AP)发送的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号之一，来提高无线电信号的信噪比。
根据本公开的示例性实施例，一种无线位置估计设备可包括：无线通信单元，从包括多个天线的多个AP接收与所述多个AP相关的位置信息的无线电信号；无线电信号处理单元，根据各自的天线的信道增益是否改变，来针对各个AP相互组合所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个；距离计算单元，测量由无线电信号处理单元针对各个AP相互组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示(RSSI)值，并使用测量的RSSI值来计算距AP的距离值；位置估计单元，使用针对各个AP计算的距离值和所述位置信息，来估计终端的位置。
无线位置估计设备还可包括加速度传感器和地磁传感器，并且位置估计单元可使用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值，来估计终端的移动速度和移动方向。
根据本公开的示例性实施例，一种无线位置估计设备可包括：无线通信单元，从包括多个天线的多个AP接收与所述多个AP相关的位置信息的无线电信号；无线电信号处理单元，根据各个天线的信道增益是否改变，来针对各个AP相互组合所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个；距离计算单元，测量由无线电信号处理单元针对各个AP相互组合或选择的无线电信号的RSSI值，并使用测量的RSSI值来计算距AP的距离值；大气压力传感器，测量大气压力以产生大气压力信息；位置估计单元，使用针对各个AP计算的距离值、大气压力信息和所述位置信息，来估计终端的三维位置，其中，当AP的所述多个天线的信道增益在预设时间内改变时，无线电信号处理单元使用MRC方法，来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号，当AP的所述多个天线的信道增益在预设时间内未改变时，无线电信号处理单元使用天线选择方法，在从所述多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高信噪比(SNR)的无线电信号。
根据本公开的示例性实施例，一种无线位置估计方法可包括：从包括多个天线的多个AP接收包括与所述多个AP相关的位置信息的无线电信号；根据各个天线的信道增益是否改变，来针对各个AP相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个；针对各个AP，测量相互组合或选择的无线电信号的RSSI值；使用测量的RSSI值来计算距AP的距离值；使用针对各个AP计算的距离值和所述位置信息，来估计终端的位置。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是用于描述根据本公开的示例性实施例的无线位置估计设备的示图；
图2是用于描述图1的无线位置估计设备从接入点(AP)接收无线电信号的操作的示例的示图；
图3是用于描述图1的距离计算单元估计终端的位置的操作的示例的示图；
图4是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计设备的示图；
图5是用于描述重新计算终端的改变后的位置的操作的示例的示图；
图6是用于描述根据本公开的示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图；
图7是用于描述图6中的相互组合多个无线电信号或选择无线电信号的操作的示例的流程图；
图8是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图；
图9是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
然而，本公开可以以很多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是充分且完整的，并将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。
在附图中，为了清楚，元件的形状和尺寸可被夸大，相同的标号将始终用于表示相同或相似的元件。
图1是用于描述根据本公开的示例性实施例的无线位置估计设备的示图；图2是用于描述图1的无线位置估计设备从接入点(AP)接收无线电信号的操作的示例的示图。
参照图1，根据本公开的示例性实施例的无线位置估计设备100可包括无线通信单元110、无线电信号处理单元120、距离计算单元130和位置估计单元140。
无线通信单元110可从多个AP 10a、10b和10c接收包括与所述多个AP相关的位置信息的无线电信号。这里，多个AP 10a、10b和10c中的每个AP可包括多个天线，并且无线通信单元110可从多个天线中的每个天线接收无线电信号。
例如，如图2所示，第一AP 10a可包括多个天线12a、14a和16a，并且无线通信单元110可从多个天线12a、14a、16a中的每个天线接收包括与AP10a相关的位置信息的无线电信号。
无线电信号处理单元120可基于从多个AP 10a、10b和10c的多个天线接收到的无线电信号，来感测多个天线中的每个天线的信道增益，并根据信道增益是否改变来针对各个AP相互组合接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个无线电信号。即，无线电信号处理单元120可相互组合从一个AP 10的多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个无线电信号，从而指定用于计算距AP 10的距离值的一个无线电信号。
例如，无线通信单元110可从第一AP 10a的第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a接收包括与第一AP 10a相关的位置信息的无线电信号，并且无线电信号处理单元120可根据第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a的信道增益是否改变，来相互组合从第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a接收到的多个无线电信号，或选择从第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a接收到的多个无线电信号中的任意一个。
这里，无线电信号处理单元120可基于从第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a中的每一个接收到的无线电信号，来计算第一天线12a、第二天线14a和第三天线16a中的每一个的信道增益。
在示例性实施例中，在AP 10的多个天线的信道增益在预设时间内改变的情况下，无线电信号处理单元120可使用最大比合并(MRC)方法来相互组合从多个天线接收到的多个无线电信号。
这里，预设时间可以是无线电信号在AP 10和无线通信单元110之间发送和接收的时间。也就是，在AP 10的多个天线的信道增益在无线通信单元110从AP 10接收多个无线电信号的时间段内改变的情况下，无线电信号处理单元120可使用MRC方法来相互组合从多个天线接收到的多个无线电信号。
这里，MRC方法可以是在根据信道增益施加权重的同时相互组合从多个天线接收到的多个无线电信号的方法。可使用MRC方法相互组合从多个天线接收到的多个无线电信号来大幅降低噪声，从而提高信号接收概率。
在示例性实施例中，在AP 10的多个天线的信道增益在预设时间内未改变的情况下，无线电信号处理单元120可使用天线选择方法来选择从多个天线接收到的多个无线电信号中的任意一个。
也就是，无线电信号处理单元120可测量从多个天线接收到的多个无线电信号的信噪比(SNR)，并在从多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高SNR的无线电信号。
在以上描述的天线选择方法中，当天线的信道增益在接收无线电信号的时间内改变时，SNR的提高水平可能大幅降低。即使信道增益改变，也可应用MRC方法，但具有在计算和施加权重的过程中电流消耗增大的问题。
因此，在信道增益在预设时间内改变的情况下，使用MRC方法相互组合多个无线电信号来提高SNR，从而可提高估计位置的精确度，在信道增益在预设时间内未改变的情况下，使用天线选择方法来选择具有较好SNR的无线电信号，从而可提高SNR并可降低电流消耗。
距离计算单元130可测量由无线电信号处理单元120针对各个AP 10指定的无线电信号的接收信号强度指示(RSSI)值，并使用测量的RSSI值计算距AP 10的距离值。
在示例性实施例中，根据RSSI值的距离值可被预先计算，并可被编制在表中，距离计算单元130可测量RSSI值，并参照所述表将测量的RSSI值转换成距离值。
位置估计单元140可使用由距离计算单元130计算的AP 10和终端20之间的距离值以及包括在无线电信号中的位置信息，来估计终端20的位置。
这里，终端20可以是包括根据本公开的示例性实施例的无线位置估计设备100的便携式终端设备，终端20的位置值可以与无线位置估计设备100的位置值相同。
下面将参照图3更详细描述位置估计单元140。
图3是用于描述图1的距离计算单元估计终端的位置的操作的示例的示图。
参照图3，距离计算单元130可测量由无线电信号处理单元120处理的第一AP 10a的无线电信号的RSSI值，并使用测量的RSSI值来计算距离值d1。类似地，距离计算单元130可计算第二AP 10b的距离d2和第三AP 10c的距离d3。
如图3所示，位置估计单元140可使用距第一AP 10a的距离值d1、距第二AP 10b的距离值d2、距第三AP 10c的距离值d3、第一AP 10a的位置信息(x1，y1)、第二AP 10b的位置信息(x2，y2)和第三AP 10c的位置信息(x3，y3)，来估计终端20的位置(x，y)。
这里，与第一AP 10a相关的位置信息、与第二AP 10b相关的位置信息和与第三AP 10c相关的位置信息可以是与这些AP实际所处的位置对应的坐标值，并可被存储在每个AP 10中，并可作为无线电信号而被发送到无线通信单元110。
根据示例性实施例，无线位置估计设备100可包括一个或更多个处理单元和一个或更多个存储器。这里，处理单元可包括CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、微处理器、ASIC(专用集成电路)和FPGA(现场可编程门阵列)。并且处理单元可具有多个核。存储器可以是易失性存储器、非易失性存储器或它们的组合。
图4是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计设备的示图。
除了可使用大气压力传感器250、加速度传感器260和地磁传感器270来估计三维位置、移动速度和移动方向之外，根据本公开的另一示例性实施例的在图4中示出的无线位置估计设备具有与根据本公开的示例性实施例的在图1中示出的无线位置估计设备相似的基本构造。
参照图4，根据本本公开的另一示例性实施例的无线位置估计设备200可包括无线通信单元210、无线电信号处理单元220、距离计算单元230、位置估计单元240和大气压力传感器250。这里，无线位置估计设备200还可包括加速度传感器260和地磁传感器270。
大气压力传感器250可测量大气压力，以产生大气压力信息。位置估计单元240可从大气压力传感器250接收大气压力信息并估计终端20的高度。
在示例性实施例中，位置估计单元240可存储包括根据大气压力信息的高度信息的表，并参照所述表根据测量的大气压力来计算高度信息。
位置估计单元240可使用大气压力传感器250来估计终端20的高度，同时使用从多个AP 10接收到的无线电信号来估计终端20在平面上的位置，从而估计三维位置信息。
加速度传感器260和地磁传感器270可分别感测终端20的加速度和方向。位置估计单元240可使用由加速度传感器260测量的值来估计终端20的移动速度，并使用由地磁传感器270测量的值来估计终端20的移动方向。
根据示例性实施例，无线位置估计设备200可包括一个或更多个处理单元和一个或更多个存储器。这里，处理单元可包括CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、微控制器、ASIC(专用集成电路)和FPGA(现场可编程门阵列)。并且处理单元可具有多个核。存储器可以是易失性存储器、非易失性存储器或它们的组合。
图5是用于描述重新计算终端的改变后的位置的操作的示例的示图；
参照图5，在估计出终端20的位置之后，终端20的位置改变的情况下，根据本公开的示例性实施例的位置估计单元240可重新计算距AP 10的距离值，以重新估计改变后的位置的位置值。
这里，位置估计单元240可使用由加速度传感器260测量的值和由地磁传感器270测量的值，来估计终端20的移动方向和移动速度，并使用终端20的初始位置的位置值和估计出的移动方向及移动速度，来估计改变后的位置的位置值。位置估计单元240可使用通过利用由加速度传感器260测量的值和由地磁传感器270测量的值而估计的改变后的位置的位置值，来校正重新估计的位置值。
图6是用于描述根据本公开的示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图；图7是用于描述图6中的相互组合多个无线电信号或选择多个无线电信号中的一个无线电信号的操作的示例的流程图。
接着，将参照图6和图7描述根据本公开的示例性实施例的无线位置估计方法。由于下面的无线位置估计方法由参照图1至图3描述的无线位置估计设备执行，因此为了避免重复描述，将省略对与上述内容相同或对应的内容的描述。
参照图6，在根据本公开的示例性实施例的无线位置估计方法中，首先，无线通信单元110可从包括多个天线的多个AP 10接收包括与所述多个AP 10相关的位置信息的无线电信号(S100)。
详细地讲，无线通信单元110可从每个AP 10中所包括的多个天线中的每个天线接收无线电信号。接着，无线电信号处理单元120可根据天线增益是否改变，来针对各个AP 10相互组合从AP 10的多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个无线电信号(S110)。
换言之，无线通信单元110可针对一个AP 10从包括在所述一个AP 10中的多个天线接收多个无线电信号(S100)，并根据天线增益是否改变，来针对一个AP 10相互组合接收到的多个无线电信号(S110)，从而将组合或选择的信号处理为一个无线电信号。
在示例性实施例中，如图7所示，在对无线电信号的组合或选择中，可以确定天线的信道增益在预设时间内是否改变(S112)，在信道增益改变的情况下，可使用最大比合并(MRC)方法来相互组合从多个天线接收到的多个无线电信号(S114)，在信道增益不改变的情况下，可使用天线选择方法在从多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高信噪比(SNR)的无线电信号(S116)。
接着，距离计算单元130可针对各个AP 10测量由无线信号处理单元120相互组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示(RSSI)值(S120)，并使用测量的RSSI值来计算距AP的距离值(S130)。
接着，位置估计单元140可使用针对各个AP 10计算的距离值和位置信息来估计终端20的位置(S140)。
接着，将参照图8和图9描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计方法。由于下面的无线位置估计方法由参照图4和图5描述的无线位置估计设备执行，因此为了避免重复描述，将省略对与上述内容相同或对应的内容的描述。
图8是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图。
参照图8，在距离计算单元230计算距AP 10的距离之后，大气压力传感器250可测量大气压力，以产生大气压力信息(S132)，并且位置估计单元240可使用大气压力信息来估计终端20的高度，并使用在对距离值的计算(S130)中计算的距AP 10的距离值和与AP 10相关的位置信息来估计终端20的三维位置。
图9是用于描述根据本公开的另一示例性实施例的无线位置估计方法的示例的流程图。
参照图9，在估计终端的位置(S140)之后，加速度传感器260和地磁传感器270可测量终端20的加速度和地磁(S150)，位置估计单元240可使用由加速度传感器260和地磁传感器270测量的值来估计移动速度和移动方向。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，即使在衰减环境下，相互组合从包括多个天线的AP所发送的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号中的一个无线电信号，来提高无线电信号的SNR，从而可更加精确地测量终端的位置。
虽然上面已示出和描述了示例性实施例，但本领域的技术人员将清楚，可在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，做出修改和改变。

Claims (14)

1.一种无线位置估计设备，包括：
无线通信单元，被配置为从包括多个天线的多个接入点接收包括与所述多个接入点相关的位置信息的无线电信号；
无线电信号处理单元，被配置为针对各个接入点，根据各个天线的信道增益是否改变，来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号之一；
距离计算单元，被配置为测量由无线电信号处理单元针对各个接入点相互组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示值，并使用测量的接收信号强度指示值来计算距接入点的距离值；
位置估计单元，被配置为使用针对各个接入点计算的距离值和所述位置信息来估计终端的位置。
2.如权利要求1所述的无线位置估计设备，其中，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内改变时，无线电信号处理单元使用最大比合并方法来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号。
3.如权利要求1所述的无线位置估计设备，其中，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内未改变时，无线电信号处理单元使用天线选择方法，在从所述多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高信噪比的无线电信号。
4.如权利要求1所述的无线位置估计设备，还包括：大气压力传感器，被配置为测量大气压力以产生大气压力信息，
其中，位置估计单元使用大气压力信息来估计所述终端的高度。
5.如权利要求1所述的无线位置估计设备，还包括加速度传感器和地磁传感器，
其中，位置估计单元使用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值，来估计所述终端的移动速度和移动方向。
6.如权利要求5所述的无线位置估计设备，其中，
当估计出所述终端的位置之后感测到所述终端的移动时，位置估计单元重新计算距接入点的距离值，以重新估计因所述终端的移动而改变的所述终端的位置，
使用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值，来估计因所述终端的移动而改变的所述终端的位置，并且
使用通过利用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值而估计的位置，来校正重新估计的位置。
7.一种无线位置估计设备，包括：
无线通信单元，从包括多个天线的多个接入点接收包括与所述多个接入点相关的位置信息的无线电信号；
无线电信号处理单元，针对各个接入点，根据各个天线的信道增益是否改变，来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号；
距离计算单元，测量由无线电信号处理单元针对各个接入点相互组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示值，并使用测量的接收信号强度指示值来计算距接入点的距离值；
大气压力传感器，测量大气压力以产生大气压力信息；
位置估计单元，使用针对各个接入点计算的距离值、大气压力信息和所述位置信息来估计终端的三维位置，
其中，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内改变时，无线电信号处理单元使用最大比合并方法来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内未改变时，无线电信号处理单元使用天线选择方法，在从所述多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高信噪比的无线电信号。
8.如权利要求7所述的无线位置估计设备，还包括加速度传感器和地磁传感器，
其中，位置估计单元使用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值，来估计所述终端的移动速度和移动方向。
9.如权利要求8所述的无线位置估计设备，其中，
当估计出所述终端的位置之后感测到所述终端的移动时，位置估计单元重新计算距接入点的距离值，以重新估计因所述终端的移动而改变的所述终端的位置，
使用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值，来估计因终端的移动而改变的终端的位置，并且
使用通过利用由加速度传感器测量的值和由地磁传感器测量的值而估计的位置，来校正重新估计的位置。
10.一种无线位置估计方法，包括：
从包括多个天线的多个接入点接收包括与所述多个接入点相关的位置信息的无线电信号；
针对各个接入点，根据各个天线的信道增益是否改变，来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择所述多个无线电信号之一；
针对各个接入点，测量相互组合或选择的无线电信号的接收信号强度指示值；
使用测量的接收信号强度指示值来计算距接入点的距离值；
使用针对各个接入点计算的距离值和所述位置信息来估计终端的位置。
11.如权利要求10所述的无线位置估计方法，其中，在针对各个接入点根据各个天线的信道增益是否改变而相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择无线电信号的过程中，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内改变时，使用最大比合并方法来相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号。
12.如权利要求10所述的无线位置估计方法，其中，在针对各个接入点，根据各个天线的信道增益是否改变而相互组合从所述多个天线接收到的多个无线电信号或选择无线电信号的过程中，当接入点的所述多个天线的信道增益在预设时间内未改变时，在从所述多个天线接收到的多个无线电信号中选择具有最高信噪比的无线电信号。
13.如权利要求10所述的无线位置估计方法，还包括：在计算距离值之后，测量大气压力以产生大气压力信息，
其中，在估计位置的过程中，使用针对各个接入点计算的距离值、大气压力信息和所述位置信息来估计终端的三维位置。
14.如权利要求10所述的无线位置估计方法，还包括：
在估计位置之后，测量终端的加速度和地磁；以及
使用测量的加速度和地磁的值来估计终端的移动速度和移动方向。
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