CN105247934A - 移动设备的位置确定 - Google Patents

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CN105247934A CN201380076570.2A CN201380076570A CN105247934A CN 105247934 A CN105247934 A CN 105247934A CN 201380076570 A CN201380076570 A CN 201380076570A CN 105247934 A CN105247934 A CN 105247934A
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Abstract

在设备的天线阵列处接收从移动设备发射的信号。从移动设备的传感器接收移动设备的运动信息。计算当移动设备从第一位置移动到第二位置时信号的AoA的变化。基于信号的AoA的变化以及移动设备的运动信息确定移动设备相对于天线阵列的位置。

Description

移动设备的位置确定
背景技术
对位置感知服务或基于位置服务(LBS)的广泛兴趣已经推动了多种室内定位技术。例如，基于众包的Wi-Fi定位技术将用户输入用于射频(RF)场景分析和图件绘制。例如，其它技术包括基于专家的现场调查。
附图说明
联系下面结合附图的详细说明，可更全面地领会本发明，在附图中相似的参考字符指的是相似部件，并且其中：
图1是根据一个示例的用于确定移动设备位置的设备的框图；
图2是根据一个示例的用于确定移动设备位置的设备的框图；
图3是根据一个示例的用于确定移动设备位置的方法的流程图；
图4是根据一个示例的用于确定移动设备位置的方法的流程图；以及
图5是根据各种示例的用于实施图1和图2中的设备的示例组件的框图。
具体实施方式
由于Wi-Fi标准的发展，基于Wi-Fi的定位系统已经无处不在。基于Wi-Fi的用于确定移动设备位置的方法依赖于无线传输(即信号和/或分组)与移动设备之间的距离或与移动设备之间的到达角度(AoA)，该距离或到达角度针对室内定位是一种重要的度量标准。例如，AoA估算技术能够确定一角度，在该角度来自移动设备的信号到达接入点(AP)(或者基站)。
现存的AoA估算技术在AP处需要多个天线，并且仅仅当这些天线以环形方式布置时才工作良好。然而，如今大多数AP具有以线性方式(即，线性天线阵列)布置的天线。线性天线阵列只能够区分来自一个阵列侧的信号。因此，现存的AoA估算技术不能够确定移动设备是否放置在线性天线阵列的前侧或后侧。环形天线阵列可以区分来自所有方向的信号。然而，环形天线阵列为了实现与线性天线阵列相同的准确度几乎需要双倍数量的天线。这降低了现存AoA估算技术对复杂且昂贵的环形天线阵列系统的应用性。
因此，在此公开的示例通过借助从移动设备的传感器(例如，陀螺仪)获得的运动信息(例如，转向信息)应对上述AoA估算的侧不明确的挑战。
在一个示例中，设备包括用于接收从移动设备发射的信号的天线阵列。该设备还包括信号处理单元，该信号处理单元计算当移动设备从第一位置移动到第二位置时信号在天线阵列处的AoA的变化。信号处理单元用于从移动设备的传感器接收移动设备的运动信息并且基于信号的AoA的变化以及移动设备的运动信息而确定移动设备相对于天线阵列的位置。
在另一个示例中，该方法包括：由基站的天线接收从移动设备发射的信号；以及计算当移动设备从第一位置移动到第二位置时信号的AoA的变化。该方法还包括：由信号处理单元从移动设备的传感器接收移动设备的运动信息；以及基于信号的AoA的变化和移动设备的运动信息而确定移动设备相对于天线阵列的位置。
在另一个示例中，非瞬态计算机可读存储介质包括指令，当由接入点(AP)的处理器执行时，该指令促使处理器接收嵌入在从移动设备发射的信号中的分组，其中分组包括移动设备的运动信息。执行该指令从而计算在AP的天线阵列处的信号的AoA，并且计算当移动设备从第一位置移动到第二位置时信号的AoA的变化。可以进一步执行该指令从而基于信号的AoA的变化以及移动设备的运动信息来确定移动设备相对于天线阵列的位置。
应该意识到，在此描述的示例可以包括各种组件和特征。在不偏离基于AoA和运动信息的位置确定的方法、系统和非瞬态计算机可读介质的范围情况下，可以去除和/或改变其中一些组件和特征。还应该意识到，在下述说明中，提出若干特定细节从而提供对示例的彻底理解。然而，应该意识到，没有对这些特定细节的限制，也可以实践所述示例。在其它情况中，不再详细描述众所周知的方法和结构，从而避免不必要地使对示例的说明不显著。此外，各示例也可以彼此组合使用。
在说明书中对“示例”或类似语言的提及指的是结合示例描述的特定特征、结构或特性包含在至少一个示例中，但不一定包含在其它示例中。在说明书中各个位置处的短语“在一个示例中”或类似短语的各种情况不一定都指的是相同示例。如在此使用，组件是硬件和在该硬件上执行从而提供给定功能的软件的组合。
参考图1，描述了根据一个示例的用于确定移动设备位置的设备的框图。设备102可以是基站、接入点(AP)、交换机、路由器或者包括天线阵列从而从其它设备(例如，移动设备106)发射和接收无线传输的任何其它设备。因此，设备102可以用作无线网络(例如，WLAN、蜂窝网络)的集线器。然而，应该注意到，设备102也可以是包括用于从其它设备发送和接收无线信号的天线阵列(例如，至少两个天线)的移动设备。应该进一步注意的是，数据在移动设备106和设备102之间以一个或多个信号的形式传送。因此，如在此使用的“信号”包括数据传输(例如，数据分组)。
如图1所示，设备102包括天线阵列112和信号处理单元122。天线阵列112包括至少两个天线，该至少两个天线可以联接到收发器(未显示)，用于从包括移动设备106的多个无线设备发射和接收信号。信号处理单元122可以是用于处理从移动设备102接收的信号的硬件和/或软件。移动设备106可以包括智能手机、移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式个人计算机、AIO(一体化)计算设备、笔记本、可改变的或混合笔记本、上网本、平板、蜂窝设备、台式电脑、多媒体播放器、娱乐装置、数据通信设备、便携式读数设备或者具有一个或多个用于发射和接收信号的天线的任何其它计算设备。
信号处理单元122可以计算或估算从移动设备106发射的信号的到达角度(AoA)。来自移动设备106的信号传输能够以几个角度到达设备102。因此，信号处理单元122分析在天线阵列112的多个天线上所接收的信号从而确定信号的角度分量。为了阐释，所接收信号的相位，针对信号所穿越的每个波长(λ)线性改变2π的量。例如，假定在移动设备106的发射器和设备102的天线阵列112之间的单路径，天线阵列112包括以彼此相距λ/2距离放置的两个天线，并且θ是信号到达两个天线的角度。信号在到达第二(左)天线之前，穿过额外的距离。该额外的距离(Δd)可以被近似表示为:
Δd＝λ/2*sin(θ)
额外的距离Δd会导致相位差
因此，通过观察到达信号的相位差AoA可以计算为：
上述示例假定到达信号仅具有一个角度分量。然而，无线信号可以通过多个路径传播。AoA估算技术可以通过使用多个天线识别多个路径的角度。因此，信号处理单元122可以为信号穿越的直接路径计算AoA值并且为因多路径反射而由路径穿越的多个路径计算AoA值。进一步地，信号处理单元122计算当移动设备从一个位置移动到另一个位置时信号AoA的变化，例如图2所示。
上述AoA计算固有地会产生关于线性阵列天线的模糊性问题，因为线性阵列天线的范围在0°和180°之间。因此，在由线性阵列形成的线路的两侧(即前侧和后侧)上的移动设备106是不可区分的(即缺少0°和360°的范围)。因此，AoA计算会仅区分来自一个阵列侧(即，前侧和后侧中的仅一个，不是两者)的信号。为了解决线性阵列天线的上述限制，信号处理单元122进一步接收或提取移动设备106的运动信息从而确定移动设备106相对于天线阵列112的位置。这种运动信息可以由移动设备的传感器116提供。例如，移动设备的陀螺仪可以提供由信号处理单元122可使用的转向信息(即左侧或右侧)从而确定移动设备106是处于天线阵列的前侧还是后侧，由此提供移动设备106的360°位置范围。
图2是根据一个示例的用于确定移动设备位置的设备的框图。图2的示例描述了通过观察由移动设备106的传感器(例如陀螺仪)所提供的信号AoA的变化以及移动设备106用户所进行的转向性质(即运动信息)，信号处理单元122如何解决模糊性问题从而确定移动设备106是处于天线阵列112的前侧还是后侧。
当用户从一个位置走到另一个位置时，移动设备102的陀螺仪例如可以跟踪角度变化。对于室内定位，相对于指南针信息，陀螺仪信息可以是更优选的，因为陀螺仪保持不受变化磁场(例如由于建筑物中金属和电气物体)的影响，并且计算由信号处理单元122可使用的相对角速度。
如图2所示，移动设备106的用户可以在第一位置A处开始并且在第二位置C处结束。当从位置A走到位置C时，用户在B处转向。来自用户移动设备106的信号的AoA随着用户从A走到C而增加。线性天线阵列112不能够辨别或区分在线性阵列两侧(即在前侧和后侧)上的角度。例如，线性天线阵列不能够区分在90°轴上方和90°轴下方的AoA变化。因此，如果用户穿过ABC或A’B’C’，那么AoA的变化(Δθ)在天线阵列112处将相同，如图2所示。
然而，针对ABC和A’B’C’的AoA变化(Δθ)之间的束缚可以通过观察用户所进行的转向而解决。如果用户移动设备106的陀螺仪记录了右转向，那么信号处理单元122确定用户位于天线阵列112的前侧。另一方面，如果用户采取左转向，那么用户穿过A’B’C’，并且信号处理单元122确定用户位于天线阵列112的后侧。
因此，信号处理单元122能够基于移动设备106的AoA变化(Δθ)以及运动信息(即转向)确定移动设备106是处于天线阵列112的前侧还是后侧(后方)。表210阐释了AoA的变化(Δθ)是如何与运动信息组合从而确定移动设备106相对于天线阵列的位置。例如，如果AoA的变化(Δθ)是正的并且传感器指示右转向，那么针对移动设备106计算的AoA(θ)被确定为正的(即θ)。作为另一个示例，如果AoA的变化(Δθ)是正的且传感器指示左转向，那么所计算的移动设备106的AoA(θ)被确定为负的(即-θ)。作为另一个示例，如果AoA的变化(Δθ)是负的且传感器指示右转向，那么所计算的移动设备106的AoA(θ)被确定为负的(即-θ)。作为另一个示例，如果AoA的变化(Δθ)是负的且传感器指示左转向，那么所计算的移动设备106的AoA(θ)被确定为正的(即θ)。因此，例如如果移动设备106处于天线阵列112的前侧，那么所计算的AoA保持不变。然而，例如如果移动设备处于天线阵列112的后侧，那么负的AoA被用作实际角度。
图3是根据一个示例的用于确定移动设备位置的方法300的流程图。方法300可以以存储在非瞬态计算机可读存储介质上的可执行指令形式和/或以电子电路形式被实施。
方法300在310处包括由基站的天线阵列接收从移动设备发射的信号。例如，天线阵列112可以接收从移动设备106发射的信号。基站102例如可以包括WLANAP、移动设备、蜂窝基站或者任何包括多个用于从其它设备发射和/或接收信号的天线的其它计算设备。天线阵列112可以包括线性天线阵列、全向阵列以及引向阵列中的至少之一。
方法300在320处包括由基站的信号处理单元计算当移动设备从第一位置移动到第二位置时信号的AoA的变化。例如，信号处理单元122可以计算当移动设备106从一个位置移动到另一个位置时在天线阵列112处的信号AoA以及信号AoA的变化。
方法300在330处包括由信号处理单元从移动设备的传感器接收移动设备的运动信息。例如，当用户从一个位置移动到另一个位置时，移动设备106的传感器116可以提供移动设备106的转向信息(即左或右)。在一个示例中，传感器116是陀螺仪。在其它示例中，传感器116是指南针。运动信息可以被嵌入在从移动设备106发射至基站102的数据分组中。如此，运动信息可以是从移动设备106发射至基站102的信号的一部分。
方法300在340处包括由信号处理单元基于信号AoA的变化以及移动设备的运动信息来确定移动设备相对于天线阵列的位置。例如，信号处理单元122可以区分当移动设备106处于天线阵列112前侧时从移动设备106发射的信号与当移动设备106处于天线阵列112的后侧时从移动设备106发射的信号。进一步地，移动设备106相对于天线阵列112的位置能由基站102用来检测网络中的安全违规并且检测网络中的流氓移动设备。此外，位置信息能由移动设备106用来确定是否与基站102相关联。
图4是根据一个示例的用于确定移动设备位置的方法400的流程图。方法400可以以存储在非瞬态计算机可读存储介质上的可执行指令的形式和/或以电子电路形式被实施。
方法400在410处包括确定从移动设备发射的信号AoA的变化以及移动设备的运动信息。例如，信号处理单元122可以计算当用户从第一位置移动到第二位置时信号AoA的变化。进一步地，信号处理单元122可以接收或提取由移动设备106的传感器116提供的运动信息。
方法400在420处包括确定信号AoA的变化是正的还是负的。如果确定信号AoA的变化是正的，那么方法400在430处包括确定运动信息是指示左转还是右转。如果确定运动信息指示右转，方法400在440处包括确定移动设备位于天线阵列的前侧。然而，如果确定运动信息指示左转，那么方法400在450处包括确定移动设备位于天线阵列的后侧。
在420处，如果确定信号AoA的变化是负的，那么方法400在460处包括确定运动信息是指示左转还是右转。如果确定运动信息指示右转，方法400在470处包括确定移动设备位于天线阵列的后侧。然而，如果确定运动信息指示左转，那么方法400在480处包括确定移动设备位于天线阵列的前侧。
图1和图2的信号处理单元122可以以硬件、软件或两者的组合实施。图5阐释了根据各种示例的用于实施信号处理单元122的组件。组件500可包括处理器505和存储器资源，例如易失性存储器510和/或非易失性存储器515，用于执行存储在有形非瞬态介质(例如，易失性存储器510、非易失性存储器515和/或非瞬态计算机可读介质520)中的指令。非瞬态计算机可读介质520可具有存储在其上的计算机可读指令555，由处理器505执行该指令从而实现根据本公开内容的功能。
机器(例如计算设备)可包括和/或接收经由输入设备525存储计算机可读指令集(例如软件)的有形非瞬态计算机可读介质520。如在此使用，处理器505可包括一个处理器或多个处理器，例如在并行处理系统中。存储器可包括由处理器505可寻址的存储器以用于执行计算机可读指令。计算机可读介质520可包括易失性的和/或非易失性的存储器，例如随机存取存储器(“RAM”)、磁性存储器(例如硬盘、软盘和/或磁带存储器)、固态驱动器(“SSD”)、闪存、相变存储器，等等。在一些示例中，非易失性存储器515可以是包括多个物理非易失性存储器设备的本地或远程数据库。
处理器505可控制组件500的整体操作。处理器可连接到存储器控制器530，该存储器控制器530可从易失性存储器510(例如RAM)读取数据和/或将数据写入易失性存储器510(例如RAM)。处理器505可连接到总线535从而在处理器505、网络连接540以及组件500的其它部分之间提供通信。非易失性存储器515可向组件500提供持久的数据存储。进一步地，图形控制器545可连接到光学显示器550。
每个组件500可包括计算设备，该计算设备包括控制电路，例如处理器、状态机、ASIC、控制器和/或类似机器。如在此使用，不定冠词“a”和/或“an”可指示一个或多个命名对象。因此，例如，“处理器”可包括一个或多于一个的处理器，例如在多核处理器中、群集中或并行处理布置中。
应该意识到，提供所公开示例的之前描述从而使得本领域技术人员进行或使用本公开内容。对这些示例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不偏离本公开内容精神或范围的情况下，在此限定的一般原理可以应用到其它示例。因此，本公开内容不旨在限制到在此所示的示例，而是与在此公开的原理和新颖特征一致的最宽范围相符合。例如，应该意识到，本公开内容不限于特定构造，例如组件500。
本领域技术人员会进一步意识到，结合在此公开的示例描述的各种阐释性的模块和步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或者两者的组合。例如，使用软件模块、硬件模块或组件、或软件和硬件模块或组件的组合可以实施图3和图4的步骤。因此，在一个示例中，图3和图4的一个或多个步骤可以包括硬件模块或组件。在另一个示例中，图3和图4的一个或多个步骤可以包括存储在计算机可读存储介质上的、由处理器可执行的软件代码。
为了清楚地阐释该硬件和软件的可交换性，上面大体根据其功能性(例如，信号处理单元122)描述了各种阐释性的组件、块、模块和步骤。这种功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。本领域的技术人员针对每个特定应用可以以多种方式实施所描述的功能性，但是这种实施决定不应该被解释为偏离本公开内容的范围。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
天线阵列，用于接收从移动设备发射的信号；
信号处理单元，用于：
计算当所述移动设备从第一位置移动到第二位置时在所述天线阵列处的信号的到达角度(AoA)的变化；
从所述移动设备的传感器接收所述移动设备的运动信息；并且
基于所述信号的AoA的变化以及所述移动设备的所述运动信息，确定所述移动设备相对于所述天线阵列的位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动设备的所述运动信息包括左转和右转中的至少之一。
3.根据权利要求2所述的设备，其中客户端设备相对于所述天线阵列的位置包括所述天线阵列的前侧和所述天线阵列的后侧中的至少之一。
4.根据权利要求3所述的设备，所述信号处理单元区分当所述客户端设备位于所述天线阵列的前侧时以及当所述客户端设备位于所述天线阵列的后侧时AoA的变化。
5.根据权利要求4所述的设备，其中：
当所述信号的AoA的变化是正的并且所述运动信息指示右转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的前侧；
当所述信号的AoA的变化是正的并且所述运动信息指示左转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的后侧；
当所述信号的AoA的变化是负的并且所述运动信息指示右转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的后侧；并且
当所述信号的AoA的变化是负的并且所述运动信息指示左转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的前侧。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述AoA包括所述信号的直接路径角度(ANDP)和所述信号的多路径反射角度中的至少之一。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述天线阵列包括线性天线、全向天线和定向天线中的至少之一。
8.一种方法，包括：
由基站的天线阵列接收从移动设备发射的信号；
由所述基站的信号处理单元计算当所述移动设备从第一位置移动到第二位置时所述信号的到达角度(AoA)的变化；
由所述信号处理单元从所述移动设备的传感器接收所述移动设备的运动信息；
由所述信号处理单元基于所述信号的AoA的变化以及所述移动设备的所述运动信息而确定所述移动设备相对于所述天线阵列的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述传感器包括陀螺仪和指南针中的至少之一。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
当所述信号的AoA的变化是正的且所述运动信息指示右转时，所述移动设备位于所述天线阵列的前侧；
当所述信号的AoA的变化是正的且所述运动信息指示左转时，所述移动设备位于所述天线阵列的后侧；
当所述信号的AoA的变化是负的且所述运动信息指示右转时，所述移动设备位于所述天线阵列的后侧；并且
当所述信号的AoA的变化是负的且所述运动信息指示左转时，所述移动设备位于所述天线阵列的前侧。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述基站包括无线局域网(WLAN)接入点(AP)、第二移动设备、蜂窝基站以及包括至少两个天线的任何计算设备中的至少之一。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述移动设备相对于所述天线阵列的位置能由所述基站用来确定在所述基站的网络中的安全违规并且检测所述网络中的流氓移动设备。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述移动设备相对于所述天线阵列的位置能由所述移动设备用来确定是否与所述基站相关联。
14.一种包括指令的非瞬态计算机可读存储介质，当由接入点AP的处理器执行时所述指令促使所述处理器进行下述操作：
接收嵌入在从移动设备发射的信号中的分组，其中所述分组包括所述移动设备的运动信息；
计算所述信号在所述AP的天线阵列处的到达角度(AoA)；
计算当所述移动设备从第一位置移动到第二位置时所述信号的AoA的变化；并且
基于所述信号的AoA的变化和所述移动设备的所述运动信息确定所述移动设备相对于所述天线阵列的位置。
15.根据权利要求13所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中：
当所述信号的AoA的变化是正的且所述运动信息指示右转时，客户端设备位于所述天线阵列的前侧；
当所述信号的AoA的变化是正的且所述运动信息指示左转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的后侧；
当所述信号的AoA的变化是负的且所述运动信息指示右转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的后侧；并且
当所述信号的AoA的变化是负的且所述运动信息指示左转时，所述客户端设备位于所述天线阵列的前侧。
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