CN107431892B

CN107431892B - 确定装置的位置的方法、设备和计算机存储介质

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Publication number: CN107431892B
Application number: CN201580077689.0A
Authority: CN
Inventors: E·本特松; P·C·卡尔松; M·佩尔森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: EP3272160B1; WO2016146182A1; US20160277898A1; US9578464B2; EP3272160A1; CN107431892A

Abstract

确定装置的位置的方法、设备和计算机存储介质。本发明涉及用于在大规模MIMO(多输入多输出)网络上确定装置(101)的位置的系统、方法和计算机程序产品。装置(101)发送包括全向地或以有限的方向性发送的多个多径分量(MPC)的信号。所述方法包括由接收到MPC的基站(103)基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC；由基站(103)确定该MPC的到达角(AoA)不同于其它MPC的AoA；以及由基站(103)基于时间延迟和AoA确定装置(101)的位置。

Description

确定装置的位置的方法、设备和计算机存储介质

技术领域

本发明涉及用于在大规模MIMO(多输入多输出)网络上确定装置的位置的系统、方法和计算机存储介质。

背景技术

在如今的蜂窝和无线连接系统中，用户设备(UE)能够测量来自多个基站(BS)或接入点(AP)的信号(例如，射频(RF)信号)并且基于所测量的信号的相对相位，借助三角法计算UE的位置。在大规模多输入多输出(MIMO)系统中，由于两种原因这将是不可能的。UE将无法监听它没有连接至的BS，并且对于每一个帧，信号的相位被重新限定；因此不存在绝对相位。因此，UE无法基于RF信号确定其位置。

发明内容

本发明的实施方式涉及用于在大规模MIMO(多输入多输出)网络上确定装置的位置的系统、方法和计算机程序产品，所述装置发送包括全向地发送或以有限的方向性发送的多个多径分量(MPC)的信号。用于确定装置的位置的方法包括由接收到MPC的基站基于时间延迟和角度扩展识别品质因数(figure of merit)好于其它MPC的MPC；由基站确定该MPC的到达角(AoA)不同于其它MPC的AoA；由基站基于时间延迟和AoA确定所述装置的位置。

在一些实施方式中，与该MPC关联的角度扩展小于确定该MPC是直视(line-of-sight)MPC所需的预定阈值。

在一些实施方式中，如果与该MPC和其它MPC关联的延迟小于预定阈值，则与其它MPC相比，该MPC与最低角度扩展关联。

在一些实施方式中，所述位置包括相对于基站的相对位置，并且其中，基于所述装置的相对位置和取向来确定所述装置的绝对位置。

在一些实施方式中，所述方法还包括：由基站基于确定多个MPC的AoA和时间延迟的每单位时间的变化，来确定所述装置相对于基站的相对位置。

在一些实施方式中，即使所述装置与基站之间的路径中的障碍影响MPC的幅度，也能确定所述装置的位置。

在一些实施方式中，所述信号包括导频信号。

在一些实施方式中，每隔预定数量的帧确定所述装置的位置。

在一些实施方式中，所述装置位于封闭区域中。

在一些实施方式中，所述装置位于开放区域中。

在一些实施方式中，所述装置的位置是基于通过定位系统(例如，全球导航卫星系统(GNSS)、传感器或者基于无线电的系统中的至少一个)所计算出的所述装置的先前已知的位置。

在一些实施方式中，确定所述装置的位置是基于所述装置的过去或当前移动，所述移动包括速度、方向或加速度中的至少一个。

在一些实施方式中，确定所述装置的位置是基于关于所述装置的环境的地理信息。

在一些实施方式中，该方法还包括：由基站向所述装置发送所述装置的位置。

在一些实施方式中，提供一种用于确定装置的位置的设备(例如，位于基站处)。该设备包括：存储器；处理器；以及模块，该模块被存储在存储器中，可由处理器执行，并且被配置为由接收到全向地或以有限的方向性发送的MPC的基站基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC，所述基站包括所述设备；由基站确定该MPC的到达角(AoA)不同于其它MPC的AoA；以及由基站基于时间延迟和AoA确定所述装置的位置。

在一些实施方式中，提供一种用于确定装置的位置的计算机程序产品。该计算机程序产品包括非瞬时计算机可读介质，该非瞬时计算机可读介质包括代码集合以用于使得计算机：由接收到全向地或以有限的方向性发送的MPC的基站基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC，所述基站包括所述设备；由基站确定该MPC的到达角(AoA)不同于其它MPC的AoA；并且由基站基于时间延迟和AoA确定所述装置的位置。

附图说明

已经概括地描述了本发明的实施方式，现在将参照附图，其中：

图1是根据本发明的实施方式的示例性MIMO网络；

图2是根据本发明的实施方式的示例性MIMO网络；

图3是根据本发明的实施方式的示例性MIMO网络；

图4是根据本发明的实施方式的示例性MIMO网络；

图5是根据本发明的实施方式的确定装置的位置的示例性方法。

具体实施方式

现在可在下文中参照附图更充分地描述本发明的实施方式，附图中示出本发明的一些实施方式，而非所有实施方式。实际上，本发明可按照许多不同的形式来具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了使得本公开可满足适用的法律要求。相似的数字始终表示相似的元件。

大规模MIMO系统是未来3GPP(第3代合作伙伴计划)版本的热门候选。“大规模”MIMO是指在MIMO系统中使用多个天线(例如，等于或大于阈值数量的天线)。与MIMO系统关联的阶数是指与MIMO系统关联的天线的数量。MIMO系统包括至少一个用户设备(“UE”)和至少一个基站(“BS”)。如本文所用，UE也可被称作装置、系统、移动装置、设备等。

当移动至大规模MIMO网络时，难以确定装置的位置。现在参照图1，图1呈现了示例性大规模MIMO网络。在大规模MIMO中，装置101按照特定时间间隔(大约每一毫秒)发出导频(或导频信号)，在基站103处接收该导频。在一些情况下，从装置101发送的导频信号在被基站103接收之前可能被反射器107、108或109反射。在基站103处，识别到来的导频信号的角度并且计算各个导频信号的时间延迟。如本文所用，导频信号也可被称作信号或信号路径。所测量的信息可用于确定装置的位置。

现在参照图2，图2呈现了另一示例性大规模MIMO网络。接收到图1中的信号的基站103以合适的时间延迟在基本上相同的方向上返回发送信号，使得所述信号从多条路径基本上同时到达装置。因此，当装置移动时，由于基站补偿信号之间的任何可能的相位差，所以无法识别信号之间的相位差。信号的信号强度也会基于可能的反射而极大地变化，并且不再与距基站的距离和装置的输出功率紧密相关以使得信号强度可用于估计装置的位置(例如，从基站至装置的距离)。另外，BS可单独地控制各个MPC的幅度。需要一种新颖的方法来确定装置的位置。本发明提供了一种确定装置的位置的新颖方法。该方法适用于装置在室内(例如，诸如建筑物内的未暴露于外部的封闭环境)或室外(例如，诸如野外的开放环境)的情况。该装置位置方法还使得装置能够遵守可能的未来紧急呼叫要求(即，在紧急呼叫期间精确地定位装置的能力)。

大规模MIMO系统中的基站或接入点具有大量的天线，并且基站不仅能够检测从装置发送的信号的各个多径分量(MPC)的信号功率和延迟，而且能够检测MPC的到达角(AoA)和角度扩展。从装置发送至基站的信号由多个MPC组成。各个MPC与独特的时间延迟、基站处的到达角和幅度关联。BS处的MPC分辨率基于基站的天线阵列中的天线元件的数量、以及与天线阵列关联的操作射频带宽(RF BW)的组合来确定。每次MPC被反射器反射时，MPC的角度扩展(AS)增加。如本文所用，反射器可表示装置与基站之间的障碍。角度扩展是指MPC到达基站的角度的扩展。本发明涉及识别具有最短延迟(例如，相对于基本时间)和最低角度扩展的MPC，并且由基站利用该信息来确定相对于装置所在的天线的角度、装置的位置。当该角度信息与装置距一个或更多个BS的距离组合时，可确定装置的位置。可从基站将与装置的位置关联的信息反馈给装置，以使得装置可将该位置用于任何基于位置的服务(例如，紧急呼叫应用)。

现在参照图3，图3呈现了示例性MIMO网络。基站103包括天线阵列，该天线阵列至少包括阈值数量的天线。装置101发送包括MPC的信号。MPC 351和352被在从装置至基站的路径上的反射器391反射。MPC 353是如本文所述的直接路径分量。尽管MPC 353受到障碍392阻碍，障碍392影响MPC 353的幅度，而不影响MPC 353的相位和AoA或者AS。MPC 354和355被在从装置至基站的路径上的反射器393反射。如本文所用，在一些实施方式中，反射器和障碍可为等同的，可指接收来自装置的MPC或信号并将该MPC或信号朝着基站转向的装置(例如墙壁)。

本文所描述的方法使用AoA和AS信息来确定装置的位置。该方法识别具有最短延迟的MPC(例如，图3中的MPC 353)，因为此MPC提供装置与基站之间的最短路径。提供最短路径的MPC也可被称作直接路径分量。另外，AS被评估以确定MPC是反射分量还是直接路径分量。即使MPC受到在从装置至基站的路径中的障碍阻碍，MPC的相位(或时间延迟)和AoA不受障碍影响，而MPC的幅度受障碍影响。由于MPC的幅度受影响，所以直接路径分量可能不是基站所确定的最强MPC。

现在参照图4，图4呈现了示例性MIMO网络。所发生的反射越靠近基站103，AoA中的误差越大，因为AS越靠近基站103变得越大。与反射器593处的AS相比，在反射器591处AS更宽。已确定窄AS提供用于确定装置的位置的更好度量。因此，使用反射器591处的AS，而非反射器593处的AS，作为确定到装置101的位置的方向的度量，并且使用延迟信息、装置101的位置。一旦基站识别出直接路径分量，基站就使用该MPC的实际延迟或相位和AoA来确定装置101的位置。在一些实施方式中，AoA包括相对于垂直轴的垂直分量和相对于水平轴的水平分量二者。

本文所描述的方法可以是确定装置在三维空间中的绝对位置(即，不是相对于基本位置或基站的相对位置)的统计方法。该方法可与通过评估不同MPC的相位或时间延迟和AoA如何变化来确定装置相对于基站的相对移动的其它方法组合。在一些实施方式中，本文所描述的位置确定或定位过程可与诸如装置位置的历史(例如，在一段时间内、在白天的特定时间等)的其它信息组合以确定装置处于特定位置的可能性。装置正在移动的速度也可被确定(例如，由基站确定，或由装置确定并发送给基站)，并且可用作确定装置的位置的附加因素。

现在参照图5，图5呈现了根据本发明的实施方式的示例性方法。在方框510，该方法包括由接收MPC的基站基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC。在方框520，该方法包括由基站确定该MPC的AoA不同于其它MPC的AoA。在方框530，该方法包括由基站基于时间延迟和AoA确定装置的位置。如本文所用，品质因数是指基于涉及时间延迟和角度扩展中的至少一个的计算所确定的量。其它量或测量值也可用于确定品质因数。

在一些实施方式中，与该MPC关联的角度扩展小于用于确定该MPC是直视MPC所需的预定阈值。如果与该MPC和其它MPC关联的延迟小于预定阈值，则与其它MPC相比，该MPC与最低角度扩展关联。在一些实施方式中，所述位置包括相对于基站的相对位置，并且其中，基于装置的相对位置和取向来确定装置的绝对位置。在一些实施方式中，该方法还包括由基站基于确定多个MPC的AoA和时间延迟的每单位时间的变化，来确定装置相对于基站的相对位置。

在一些实施方式中，即使装置与基站之间的路径中的障碍影响MPC的幅度，也能确定装置的位置。在一些实施方式中，所述信号包括导频信号。在一些实施方式中，每隔预定数量的帧确定装置的位置。

在一些实施方式中，装置位于封闭区域中。在一些实施方式中，装置位于开放区域中。在一些实施方式中，装置的位置基于通过定位系统(例如，全球导航卫星系统(GNSS)、传感器或者基于无线电的系统中的至少一个)计算的装置的先前已知的位置。在一些实施方式中，确定装置的位置基于装置的过去或当前移动，所述移动包括速度、方向或加速度中的至少一个。在一些实施方式中，确定装置的位置基于关于装置的环境的地理信息。在一些实施方式中，该方法还包括由基站向装置发送装置的位置。

对于所述装置或基站，本发明不限于任何特定类型的装置。装置的示例包括移动电话或其它移动计算装置、移动电视、膝上型计算机、智能屏幕、平板计算机或平板、便携式台式计算机、电子阅读器、扫描仪、便携式媒体装置、游戏装置、相机或其它图像捕获装置、头戴物、护目镜、手表、带子(例如，腕带)或其它可穿戴装置、或者其它便携式计算或非计算装置。基站可与任何协议关联，并且不限于任何特定协议(例如，3GPP、IEEE、WiFi等)。

各个装置和/或基站包括通信接口、处理器、存储器以及存储在存储器中、可由处理器执行并且被配置为执行本文所描述的各种处理的模块。本文所描述的各个通信接口允许与其它系统通信。例如，通信接口包括至少一个天线。

本文所描述的各个处理器通常包括用于实现音频、视觉和/或逻辑功能的电路。例如，处理器可包括数字信号处理器装置、微处理器装置以及各种模数转换器、数模转换器和其它支持电路。处理器所驻留的系统的控制和信号处理功能可在这些装置之间根据其相应能力来分配。处理器还可包括至少部分地基于其计算机可执行程序代码部分(可存储在例如存储器中)来操作一个或更多个软件程序的功能。

各个存储器可包括任何计算机可读介质。例如，存储器可包括易失性存储器，例如具有用于暂时存储数据的缓存区域的易失性随机存取存储器(“RAM”)。存储器也可包括非易失性存储器(可为嵌入式和/或可为可移除的)。另外地或另选地，非易失性存储器可包括EEPROM、闪速存储器等。存储器可存储系统所使用的任一条或更多条信息和数据，其驻留于系统中以实现该系统的功能。

针对本文所描述的任何实施方式描述的各种特征适用于本文所描述的任何其它实施方式。如本文所用，术语数据和信息可互换使用。尽管上面刚刚描述了本发明的许多实施方式，本发明可按照许多不同的形式来具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了使得本公开将满足适用的法律要求。另外，将理解，在可能的情况下，本文所描述的和/或可以想到的本发明的任何实施方式的任何优点、特征、功能、装置和/或操作方面可被包括在本文所描述的和/或可以想到的本发明的任何其它实施方式中，和/或反之亦然。另外，在可能的情况下，本文中以单数形式表示的任何术语意在也包括复数形式，和/或反之亦然，除非明确地另外指出。如本文所用，“至少一个”将意指“一个或更多个”，这些短语旨在为可互换的。因此，即使本文中也使用短语“至少一个”或“一个或更多个”，冠词术语将意指“至少一个”或“一个或更多个”。相似的数字始终表示相似的元件。

本领域普通技术人员鉴于本公开将理解，本发明可包括和/或被具体实现为设备(包括例如系统、机器、装置、计算机程序产品等)、方法(包括例如商业方法、计算机实现的处理等)、或者其任何组合。因此，本发明的实施方式可采取完全商业方法实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微码、存储的过程等)、完全硬件实施方式、或者将商业方法、软件和硬件方面组合的实施方式(本文中通常可称为“系统”)的形式。另外，本发明的实施方式可采取计算机程序产品的形式，其包括存储有一个或更多个计算机可执行程序代码部分的计算机可读存储介质。如本文所用，处理器(可包括一个或更多个处理器)可被“配置为”以各种方式执行特定功能，包括例如使一个或更多个通用电路通过执行在计算机可读介质中具体实现的一个或更多个计算机可执行程序代码部分来执行功能、和/或使一个或更多个专用电路执行功能。

将理解，可使用任何合适的计算机可读介质。计算机可读介质可包括(但不限于)非瞬时计算机可读介质，例如有形电子、磁、光学、电磁、红外和/或半导体系统、装置和/或其它设备。例如，在一些实施方式中，非瞬时计算机可读介质包括有形介质，例如便携式计算机磁碟、硬盘、随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、可擦除可编程只读存储器(“EPROM”或“闪速存储器”)、紧凑盘只读存储器(“CD-ROM”)和/或一些其它有形光学和/或磁存储装置。然而，在本发明的其它实施方式中，计算机可读介质可为暂时的，例如其中具体实现有计算机可执行程序代码部分的传播信号。

用于实现本发明的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分可包括面向对象的、脚本和/或非脚本编程语言，例如Java、Perl、Smalltalk、C++、SAS、SQL、Python、Objective C、JavaScript等。在一些实施方式中，用于实现本发明的实施方式的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分以传统过程编程语言(例如，“C”编程语言和/或相似的编程语言)来编写。另选地或另外地，计算机程序代码可按照一个或更多个多范式编程语言(例如，F#)来编写。

本文中参照设备和/或方法的流程图和/或框图来描述本发明的一些实施方式。将理解，包括在流程图和/或框图中的各个方框和/或包括在流程图和/或框图中的方框的组合可通过一个或更多个计算机可执行程序代码部分来实现。这一个或更多个计算机可执行程序代码部分可被提供给通用计算机、专用计算机和/或一些其它可编程信息处理设备的处理器以便生成特定机器，使得经由计算机和/或其它可编程信息处理设备的处理器执行的一个或更多个计算机可执行程序代码部分创建用于实现流程图和/或框图方框所表示的步骤和/或功能的机制。

一个或更多个计算机可执行程序代码部分可被存储在瞬时和/或非瞬时计算机可读介质(例如，存储器等)中，其可指导、指示和/或导致计算机和/或其它可编程信息处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的计算机可执行程序代码部分生成包括实现流程图和/或框图方框中所指定的步骤和/或功能的指令机制的制品。

一个或更多个计算机可执行程序代码部分也可被加载到计算机和/或其它可编程信息处理设备上，以使得在计算机和/或其它可编程设备上执行一系列操作步骤。在一些实施方式中，这生成计算机实现的处理，使得在计算机和/或其它可编程设备上执行的一个或更多个计算机可执行程序代码部分提供操作步骤以实现流程图中所指定的步骤和/或框图方框中所指定的功能。另选地，计算机实现的步骤可与操作者和/或人实现的步骤组合和/或代之以操作者和/或人实现的步骤，以便实现本发明的实施方式。

尽管描述并在附图中示出了特定示例性实施方式，将理解，这些实施方式仅是例示性的而非对本发明的限制，本发明不限于所示出和描述的具体构造和布置方式，因为除了以上段落中所阐述的那些以外，各种其它改变、组合、省略、修改和置换也是可能的。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可配置刚才所描述的实施方式的各种调整、修改和组合。因此，将理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可与本文具体描述不同地实践。

Claims

1.一种用于在大规模多输入多输出MIMO网络上确定装置(101)的位置的方法，所述装置(101)发送包括全向地或以有限的方向性发送的多个多径分量MPC(351-355)的信号，所述方法包括以下步骤：

由接收到MPC的基站(103)基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC(351-355)；

由所述基站(103)确定所述MPC(351-355)的到达角AoA不同于所述其它MPC的AoA；

由所述基站(103)基于所述时间延迟和所述AoA确定所述装置(101)的位置，

其中，与所述MPC(351-355)关联的角度扩展小于用于确定所述MPC(351-355)是直视MPC所需的预定阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果与所述MPC(351-355)和所述其它MPC关联的时间延迟小于预定阈值，则与所述其它MPC相比，所述MPC(351-355)与最低角度扩展关联。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述位置包括相对于所述基站(103)的相对位置，并且其中，基于所述装置(101)的所述相对位置和取向来确定所述装置(101)的绝对位置。

4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：由所述基站(103)基于确定所述多个多径分量MPC的AoA和时间延迟的每单位时间的变化，来确定所述装置(101)相对于所述基站(103)的相对位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号包括导频信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，每隔预定数量的传输分组或帧确定所述装置(101)的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置(101)位于封闭区域中。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置(101)位于开放区域中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述装置(101)的先前已知位置来确定所述装置(101)的位置。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，基于通过诸如全球导航卫星系统GNSS、传感器或者基于无线电的系统中的至少一个的定位系统计算的所述装置(101)的先前已知位置来确定所述装置(101)的位置。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述装置(101)的过去或当前移动来确定所述装置(101)的位置，所述移动包括速度、方向或加速度中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，基于关于所述装置(101)的环境的地理信息来确定所述装置(101)的位置。

13.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：由所述基站(103)向所述装置(101)发送所述装置(101)的位置。

14.一种用于在大规模多输入多输出MIMO网络上确定装置(101)的位置的设备，所述装置(101)发送包括全向地或以有限的方向性发送的多个多径分量MPC(351-355)的信号，所述设备包括：

存储器；

处理器；以及

模块，该模块被存储在所述存储器中，能由所述处理器执行，并且被配置为：

由接收到MPC的基站(103)基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC(351-355)，所述基站(103)包括所述设备；

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述模块还被配置为由所述基站(103)向所述装置(101)发送所述装置(101)的位置。

16.一种用于在大规模多输入多输出MIMO网络上确定装置(101)的位置的计算机存储介质，所述装置(101)发送包括全向地或以有限的方向性发送的多个多径分量MPC(351-355)的信号，所述计算机存储介质存储有：

代码集合，所述代码集合用于使得计算机：

由接收到MPC的基站(103)基于时间延迟和角度扩展识别品质因数好于其它MPC的MPC(351-355)，所述基站(103)包括所述计算机；

17.根据权利要求16所述的计算机存储介质，其中，所述代码集合还使得所述计算机由所述基站(103)向所述装置(101)发送所述装置(101)的位置。