CN106535133A - 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法 - Google Patents

一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106535133A
CN106535133A CN201611003997.1A CN201611003997A CN106535133A CN 106535133 A CN106535133 A CN 106535133A CN 201611003997 A CN201611003997 A CN 201611003997A CN 106535133 A CN106535133 A CN 106535133A
Authority
CN
China
Prior art keywords
location
building
model
algorithm
machine learning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611003997.1A
Other languages
English (en)
Inventor
马永涛
裴曙阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201611003997.1A priority Critical patent/CN106535133A/zh
Publication of CN106535133A publication Critical patent/CN106535133A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/21Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
    • G06F18/214Generating training patterns; Bootstrap methods, e.g. bagging or boosting
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/24Classification techniques
    • G06F18/241Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法,包括:蜂窝网基站系统利用空闲资源逐步获取用户设备UE信号参数,利用这些数据设计混合定位算法,进行信息融合,得到初步的位置估计;使用残差分析判决进行非视距辨识,采取卡尔曼滤波算法进行多径抑制,对混合定位算法估计的位置进行矫正,得到估计位置;用包括用户习惯和建筑物位置在内的先验信息,矫正估计位置,提取可靠的样本;利用机器学习算法训练数据,得到不同参数组合的定位模型;使用离线阶段训练好的模型估计UE位置,然后使用粒子滤波算法进行位置的实时跟踪。

Description

一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法
技术领域
本发明属于定位技术领域,涉及一种蜂窝网络中室内话务的精确定位方法,尤其涉及一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法。
背景技术
近年来,基于位置服务的需求越来越多,无线定位技术得到了广泛的研究。目前,随着蜂窝网移动通信系统的发展,可以利用用户附近基站的位置、用户设备(UE)信号的到达角(Angle of Arrival,AOA)、信号到达时间(Time of Arrival,TOA)、信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)、接收强度(Received Signal Strength,RSS)等参数进行位置估算,获取UE的具体位置。
常见的蜂窝网定位技术包括,(1)GSM网络中的定位技术:小区识别(Cell-ID)、到达时间(TOA)、增强观测时间差分(Enhanced Offset Time Division,E-OTD)、辅助-全球定位系统(Assist-Global Positioning System,A-GPS)。(2)3G系统中的定位技术:Cell-ID+RTT(Round-Trip,往返时间)、OTDOA(Observed Time Difference of Arrival)、A-GPS以及混合定位方法。(3)LTE系统中的定位技术:增强小区(Enhanced Cell-ID,E-CID)、下行到达时间观测差(Observed Time Difference of Arrival,O-TDOA)和辅助-全球卫星导航定位系统(Assisted Global Navigation Satellite System,A-GNSS)。此外,使用智能天线的情况下,能够较准确的获得UE相对与基站的方位角,从而实现更高的定位精度。
尽管存在各种各样的定位技术,但是在室内或建筑物密集的城区,由于信号传播受到非视距(Non Line of Sight,NLOS)、多径衰落、阴影效应的影响,定位精度受到很大的影响。即使采取一些非视距辨别方法和多径抑制方法,仍然难以在复杂环境中得到高精度的定位。此外,得到较高精度的定位常常需要付出更大的代价,比如使用更多的基站、额外的硬件设备获取更多的信号参数,而实际中的蜂窝网络常常难以有多个基站同时接收UE的信号,角度等信息也不一定能获取到,以至于传统的定位方法在实际应用难以得到好的定位效果。
城区蜂窝网中的室内话务定位有以下特点,难点在于,(1)城区中高层建筑密集,非视距、多径衰落、阴影效应等影响严重。(2)基站系统所能获取的UE信号的参数类型和数目不固定,可能有时存在冗余参数,而有时参数不足,传统的确定性几何方法常常不适用。(3)得到更多的UE信号的参数需要付出更多的代价,实际定位中需要使用容易获得的较少的参数数据进行定位。优势在于,(1)用户基数巨大,基站系统可以利用空闲资源获取大量的数据,包括各UE信号全天的AOA、TOA、RSS等参数。(2)可以利用用户习惯、建筑物位置等先验信息。比如:UE长时间保持位置不变的时间段往往是在室内,大多用户常常会有几个长时间停留的建筑物(家,办公室等),建筑物的位置和大致高度能确定用户可能出现的位置范围。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足,提供一种室内话务精确定位方法。技术方案如下:
一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)蜂窝网基站系统利用空闲资源逐步获取用户设备UE信号参数,
2)利用这些数据设计混合定位算法,进行信息融合,得到初步的位置估计;
3)使用残差分析判决进行非视距辨识,采取卡尔曼滤波算法进行多径抑制,对混合定位算法估计的位置进行矫正,得到估计位置;
4)记录每一组信号参数、估计位置以及用户标识,放入样本库;
5)用包括用户习惯和建筑物位置在内的先验信息,矫正步骤4)得到的估计位置,提取可靠的样本,方法如下:认为UE长时间处于静止状态的时候是在室内,通过分析UE信号各参数的性质、位置估计的变化情况,对是否处于建筑物内进行判别,从而剔除室外数据,仅保留处于建筑物内的数据;
6)利用机器学习算法训练数据,得到不同参数组合的定位模型,方法如下:先根据建筑物划分建立基于神经网络的分类模型,利用该分类模型判定UE所处的建筑物;然后针对不同的建筑物分别使用最小二乘支持向量机建立精确定位模型,利用此精确定位模型计算出UE的具体位置,从而对不同参数组建立不同的参数模型;
7)使用离线阶段训练好的模型估计UE位置,然后使用粒子滤波算法进行位置的实时跟踪。
本发明的有益效果如下:(1)机器学习算法的计算过程不依赖严格的几何关系,因此能适用于存在非视距、多径的复杂环境。(2)能充分利用各种UE信号参数信息,以及用户习惯、建筑物位置等先验信息,凭借基站系统能获取大量数据的优势,达到较好的训练效果。(3)针对不同参数组合训练不同的模型,定位时可以自适应地使用不同的参数组合进行定位,从而解决参数类型及数目不确定的问题。(4)传统定位算法往往需要很高的代价获取较多的UE信号参数。机器学习算法可以通过预先大量数据的训练,得到不同参数组合的定位模型,从而在实时定位中,即使只能获取少量的UE信号参数,仍能实现较高精度的定位。
附图说明
图1是示出了本发明整体方法流程框图。
图2是示出了本发明的典型应用场景。
图3是示出了训练模块中混合定位算法的流程框图。
图4是示出了训练模块中位置矫正方法的流程框图。
图5是示出了训练模块中位置矫正方法的功能示意图。
图6是示出了采用机器学习方法训练定位模型的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法做进一步的描述。图1和图2显示了本发明整体方法流程以及典型应用场景。
1)训练模块。
基站系统利用空闲资源逐步获取大量的UE信号参数,包括可能获取到的TOA、TDOA、AOA、RSS等。利用这些数据进行设计混合定位算法,同时考虑非视距辨识和多径抑制方法。然后利用用户习惯和建筑物位置等先验信息,对混合定位算法估计的位置进行矫正,得到精确的位置信息。这些位置信息及其相应的原始参数作为机器学习算法的训练数据,得到不同参数组合的定位模型。具体包括以下三个步骤:
a.混合定位算法。图3显示了混合定位算法的流程框图,蜂窝网基站系统可以获得其覆盖范围内所有用户的TOA、TDOA、场强等多种UE信号参数,先进的基站系统还能获取AOA测量值,使用混合定位技术进行信息融合,得到初步的位置估计,使用残差分析判决,进行非视距辨识,采取卡尔曼滤波技术进行多径抑制,记录每一组信号参数、估计位置以及用户标识,放入样本库,每个样本的形式为
Si={Datai,Flagi,xi,yi,zi}
其中,Datai包括了所能测得的UE参数,Flagi为该样本的用户标识,xi,yi,zi是估计出的位置。
b.位置矫正。图4和图5显示了位置矫正方法的流程框图与功能示意图,利用先验信息矫正混合算法得到的估计位置,提取出可靠的样本。认为UE长时间处于静止状态的时候是在室内,通过分析UE信号各参数的性质、位置估计的变化情况,对是否处于建筑物内进行判别,从而剔除室外数据,仅保留处于建筑物内的数据。比如,大多数用户会有多个常常长时间停留的位置,分别对每个用户的位置进行聚类,相同的类认为实际上是同一位置,这个位置可用各类的中心来代替。具体的,使用k-means算法对根据样本的位置进行聚类,使得以下目标函数取值最小,
其中,Cm为第m个类,Xn对应第n个样本的位置,μm为第m个类的聚类中心。如果第n个样本在第m个类中,函数f(Sn∈Cm)的值为1,否则为0。
聚类完成后将所有样本中的位置值用聚类中心代替,得到Si′={Datai,Flagii}。已知主要建筑物的位置和近似高度,各建筑物被分隔开,认为没有建筑物的空中是不可到达区域。从而将各样本的分类到各建筑物,根据建筑物的形状进行位置矫正。
c.机器学习算法。图6显示了采用机器学习方法训练定位模型的框图,采取以下的两步的训练,先根据建筑物划分建立基于BP神经网络的分类模型,该模型判定UE所处的建筑物;然后针对不同的建筑物分别使用最小二乘支持向量机建立精确定位模型,该模型计算出UE的具体位置。对不同参数组建立不同的参数模型,提高系统的适应能力。
2)在线定位模块。
使用离线阶段训练好的模型估计UE位置,然后使用粒子滤波算法进行位置的实时跟踪,步骤如下,
a.蜂窝网基站系统测得各UE信号参数,选择其参数组所对应的建筑物划分模型,判定UE所处的建筑物,然后使用该建筑物所对应的精确定位模型,得到UE具体位置。
b.设置粒子群模拟用户位置的概率分布,利用用户位置的先验信息以及当前时刻位置的估计进行滤波,从而实现对UE的实时跟踪。

Claims (1)

1.一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)蜂窝网基站系统利用空闲资源逐步获取用户设备UE信号参数。
2)利用这些数据设计混合定位算法,进行信息融合,得到初步的位置估计;
3)使用残差分析判决进行非视距辨识,采取卡尔曼滤波算法进行多径抑制,对混合定位算法估计的位置进行矫正,得到估计位置;
4)记录每一组信号参数、估计位置以及用户标识,放入样本库;
5)用包括用户习惯和建筑物位置在内的先验信息,矫正步骤4)得到的估计位置,提取可靠的样本,方法如下:认为UE长时间处于静止状态的时候是在室内,通过分析UE信号各参数的性质、位置估计的变化情况,对是否处于建筑物内进行判别,从而剔除室外数据,仅保留处于建筑物内的数据;
6)利用机器学习算法训练数据,得到不同参数组合的定位模型,方法如下:先根据建筑物划分建立基于神经网络的分类模型,利用该分类模型判定UE所处的建筑物;然后针对不同的建筑物分别使用最小二乘支持向量机建立精确定位模型,利用此精确定位模型计算出UE的具体位置,从而对不同参数组建立不同的参数模型;
7)使用离线阶段训练好的模型估计UE位置,然后使用粒子滤波算法进行位置的实时跟踪。
CN201611003997.1A 2016-11-11 2016-11-11 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法 Pending CN106535133A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611003997.1A CN106535133A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611003997.1A CN106535133A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106535133A true CN106535133A (zh) 2017-03-22

Family

ID=58351703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611003997.1A Pending CN106535133A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106535133A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107396312A (zh) * 2017-07-18 2017-11-24 浪潮天元通信信息系统有限公司 基于神经网络的用户位置精准识别方法
CN111104850A (zh) * 2019-10-30 2020-05-05 中国资源卫星应用中心 一种基于残差网络的遥感影像建筑物自动提取方法和系统
CN111221011A (zh) * 2018-11-26 2020-06-02 千寻位置网络有限公司 基于机器学习的gnss定位方法及装置
CN111264033A (zh) * 2017-05-03 2020-06-09 弗吉尼亚科技知识产权有限公司 使用无线电信号变换器学习无线电信号
CN111901026A (zh) * 2020-07-10 2020-11-06 北京交通大学 一种通信中的到达角估计方法
CN112098440A (zh) * 2019-05-29 2020-12-18 Fei 公司 使用带电粒子显微镜检查样品的方法
CN112559099A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 基于用户行为的远程图像显示方法、装置、系统及存储介质
CN113780573A (zh) * 2021-08-19 2021-12-10 北京科技大学 一种抗噪的高精度测距方法及装置
CN114040322A (zh) * 2021-10-22 2022-02-11 云南腾云信息产业有限公司 空间定位方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394672A (zh) * 2008-10-30 2009-03-25 上海大学 基于多径散射信息的高精度无线定位方法及系统
CN102932738A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 北京交通大学 一种改进的基于分簇神经网络的室内指纹定位方法
CN103379619A (zh) * 2012-04-16 2013-10-30 中兴通讯股份有限公司 一种定位方法和系统
US20140045520A1 (en) * 2012-08-05 2014-02-13 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for measuring position of terminal located in indoor using wireless network
CN103731916A (zh) * 2014-01-14 2014-04-16 上海河广信息科技有限公司 一种基于无线网络的用户位置预测系统和方法
CN103916820A (zh) * 2014-03-31 2014-07-09 浙江大学 基于接入点稳定度的无线室内定位方法
CN104469676A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 北京拓明科技有限公司 一种移动终端的定位方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394672A (zh) * 2008-10-30 2009-03-25 上海大学 基于多径散射信息的高精度无线定位方法及系统
CN103379619A (zh) * 2012-04-16 2013-10-30 中兴通讯股份有限公司 一种定位方法和系统
US20140045520A1 (en) * 2012-08-05 2014-02-13 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for measuring position of terminal located in indoor using wireless network
CN102932738A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 北京交通大学 一种改进的基于分簇神经网络的室内指纹定位方法
CN103731916A (zh) * 2014-01-14 2014-04-16 上海河广信息科技有限公司 一种基于无线网络的用户位置预测系统和方法
CN103916820A (zh) * 2014-03-31 2014-07-09 浙江大学 基于接入点稳定度的无线室内定位方法
CN104469676A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 北京拓明科技有限公司 一种移动终端的定位方法及系统

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111264033A (zh) * 2017-05-03 2020-06-09 弗吉尼亚科技知识产权有限公司 使用无线电信号变换器学习无线电信号
CN111264033B (zh) * 2017-05-03 2021-07-20 弗吉尼亚科技知识产权有限公司 用无线电信号变换器学习无线电信号的方法、系统和装置
US11468317B2 (en) 2017-05-03 2022-10-11 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Learning radio signals using radio signal transformers
CN107396312A (zh) * 2017-07-18 2017-11-24 浪潮天元通信信息系统有限公司 基于神经网络的用户位置精准识别方法
CN111221011B (zh) * 2018-11-26 2022-04-19 千寻位置网络有限公司 基于机器学习的gnss定位方法及装置
CN111221011A (zh) * 2018-11-26 2020-06-02 千寻位置网络有限公司 基于机器学习的gnss定位方法及装置
CN112098440A (zh) * 2019-05-29 2020-12-18 Fei 公司 使用带电粒子显微镜检查样品的方法
CN111104850A (zh) * 2019-10-30 2020-05-05 中国资源卫星应用中心 一种基于残差网络的遥感影像建筑物自动提取方法和系统
CN111104850B (zh) * 2019-10-30 2023-09-26 中国四维测绘技术有限公司 一种基于残差网络的遥感影像建筑物自动提取方法和系统
CN111901026A (zh) * 2020-07-10 2020-11-06 北京交通大学 一种通信中的到达角估计方法
CN112559099A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 基于用户行为的远程图像显示方法、装置、系统及存储介质
CN112559099B (zh) * 2020-12-04 2024-02-27 北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司 基于用户行为的远程图像显示方法、装置、系统及存储介质
CN113780573A (zh) * 2021-08-19 2021-12-10 北京科技大学 一种抗噪的高精度测距方法及装置
CN114040322A (zh) * 2021-10-22 2022-02-11 云南腾云信息产业有限公司 空间定位方法、装置、计算机设备和存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106535133A (zh) 一种基于机器学习的蜂窝网络中室内话务精确定位方法
CN105611568B (zh) 一种基于mro测量报告对lte终端位置进行准确定位的方法
US10175364B2 (en) Systems and methods for estimating whether a receiver is inside or outside a building
CN104010361B (zh) 定位系统和方法
CN103917887B (zh) 基于虚拟参考测量的用户设备的定位
CN100534235C (zh) 验证移动站位置方位的方法和系统
Porretta et al. Location, location, location
US8436772B2 (en) Device and method for estimating an orientation of a mobile terminal device
CN105699938A (zh) 一种基于无线信号的精确定位方法及装置
CN104798393A (zh) 检测多路径以及确定定位测量不确定度
US8378891B2 (en) Method and system for optimizing quality and integrity of location database elements
CN104735620B (zh) 一种基于多个基站的精确定位方法
Coluccia et al. Positioning based on signals of opportunity
CN104181500A (zh) 一种基于惯性信息和机会无线信号特征的实时定位方法
EP1574102A1 (en) Method for improving the wireless location system
CN102469500A (zh) 一种基于无线传感技术的移动定位服务方法
Spirito et al. Preliminary experimental results of a GSM mobile phones positioning system based on timing advance
CN103945526A (zh) 基于诱发探测技术的无线设备定位方法及系统
CN111698774A (zh) 基于多源信息融合的室内定位方法及装置
KR20140102450A (ko) 기지국 위치추정 시스템 및 이의 기지국 위치추정 방법
CN107843910A (zh) 一种适于复杂环境下的虚拟多站tdoa定位方法与装置
Vaghefi et al. Cooperative RF pattern matching positioning for LTE cellular systems
CN114485656A (zh) 室内定位方法及相关装置
Lee et al. Evaluation of RF fingerprinting-aided RSS-based target localization for emergency response
CN105657820B (zh) 一种用于定位室内的目标用户设备的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170322

RJ01 Rejection of invention patent application after publication