CN108307309A - 一种基于邻区基站rsrp信息的移动用户位置计算方法 - Google Patents

一种基于邻区基站rsrp信息的移动用户位置计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，属于基站覆盖下移动用户位置信息计算领域。该方法通过电信运营商访问基站所存数据，筛查出与用户位置计算相关的数据类型，建立路径损耗模型将不同邻区基站与用户间的距离和路径损耗相关联，利用邻区基站所使用的频段、带宽、天线增益、小区功率、天线挂高和参考信号功率等信息计算出路径损耗进而求出邻区基站与用户间的距离，最终通过三角定位求出用户的经纬度信息获取用户所处位置。本发明的建模充分利用了蜂窝网中丰富的基站数据，能够为有关部门提取用户位置信息提供一个可靠的支持。

Description

一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法
技术领域
本发明属于基站覆盖下移动用户位置信息计算领域，涉及一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法。
背景技术
近年来，随着通信技术的更新换代，移动用户数呈快速发展趋势。为解决用户接入难和边缘用户服务质量差的问题，在原有蜂窝网络基础上越来越多的基站被部署在覆盖较为薄弱的地区，随之而来的便是超高密度蜂窝网络。密集部署的基站会产生大量的基站数据和用户数据，有效利用这些数据之间的相关性可以得到许多隐藏的信息比如用户位置信息。用户在不同基站的覆盖区域内进行移动均会留下与其相关的信息，这些信息便是用户在各个基站遗留的踪迹。出于充分利用基站所存数据的目的，同时在三角定位的启发下，研究用户在基站中留下了哪些类型的数据，分析基站RSRP信息，因此需要一种能利用基站所存有用信息，快速求出移动用户的位置信息，从一个全新的角度实现了用户定位的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，充分利用密集基站部署下保存的大量用户相关数据，筛选出所需数据并设计算法以求出相关用户的位置信息。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，具体包括以下步骤：
S1：查询基站所存数据，选择与本方法相关的数据类型，确定基站保存的可用数据；
S2：提取所需数据并保存；
S3：建立路径损耗模型，得出任意相邻基站与用户之间距离和路径损耗值的关系式；
S4：根据基站发射功率和RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)信息求出路径损耗值，求出三个相邻基站与用户间的距离；
S5：根据步骤S4所求三个相邻基站与用户间距离以及步骤S2保存的基站经纬度信息，求出用户的经纬度信息。
进一步，所述步骤S1具体包括：电信运营商提取基站保存的大量数据，这些原始数据包含内容丰富，种类繁多，因此需要进行选择性筛查以减少要处理的数据量，主要提取信息包含如下：用户的MDN(Mobile Directory Number，移动用户号码簿号码)号码、小区基站所使用的频段、带宽、天线增益、小区功率、天线挂高、小区基站的经纬度和参考信号功率。
进一步，所述步骤S2具体包括：首先通过对所求用户的相关数据提取，减少数据储存容量；然后对所求用户相关数据再进行筛选，提取出计算用户位置所需的各项数据并保存，其余无关的数据则省略；
所述步骤S2具体步骤：
S21：根据所求用户的MDN号码提取出与此用户有关的数据行，其他用户数据可过滤掉；
S22：从上一步得到的数据行中分别提取出与该用户相关联的三个相邻小区基站所使用的频段band1、band2、band3，带宽band_width1、band_width2、band_width3，天线增益ANT_gain1、ANT_gain2、ANT_gain3，小区功率Cell_powet1、Cell_powet2、Cell_powet3和天线挂高high1、high2、high3；
S23：提取出与用户相邻三个小区基站的经纬度信息，即(Aj，Aw)、(Bj，Bw)、(Cj，Cw)；并提取三个邻区的参考信号功率pilot_power1、pilot_power2、pilot_power3。
进一步，所述步骤S3具体包括：选取常用的信道模型以得到路径损耗模型，得到用户与基站间距离D与路径损耗值PL之间的关系式(2-1)和(2-2)，式中还包含了天线挂高high、小区频段band和光速c；
d＝4*(high-1)*band/c (1)
PL＝22*log10(D)+28+20*log10(band)，10<D<d (2-1)
PL＝40*log10(D)+7.8-18*log10(high-1)+2*log10(band)，d<D<5000 (2-2)
进一步，所述步骤S4具体包括：
S41：根据下表中带宽band_width与子载波数N的对应关系，先得出子载波数N；
带宽 1.25Mhz 2.5Mhz 5Mhz 10Mhz 15Mhz 20Mhz
子载波数N 75 150 300 600 900 1200
S42：由小区功率Cell_powet、子载波数N、小区天线通道数M(默认为8)和天线增益ANT_gain求出参数DL_RS_Power；计算公式如下：
Cell_powet＝10*log10(Cell_powet*1000) (3)
DL_RS_Power＝Cell_powet-10log(M)-10log(N)+10*log(1+Pb)+ANT_gain (4)
式中，Pb表示小区级参数(SIB2广播)，一旦配置便不再改变，Pb＝1。
S43：结合小区的参靠信号功率pilot_power即RSRP信息，求出用户与不同邻区基站间的路径损耗值PL；三个邻区基站对应三个路径损耗值PL1、PL2、PL3；计算公式如下：
pilot_power＝pilot_power-140 (5)
PL＝DL_RS_Power-pilot_power (6)
S44：根据式(1)和式(2)分别求出用户到三个邻区基站的距离D1、D2、D3。
进一步，所述步骤S5具体包括：
S51：将基站经纬度转换为直角坐标系下的坐标；
具体的，根据式(7-1)-(7-12)将三个邻区基站的经纬度(Aj，Aw)、(Bj，Bw)、(Cj，Cw)依次转换为直角坐标系下的坐标，设为(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)，式中R为地球半径(默认为6371000m)；
Aw＝Aw/180*pi (7-1)
Aj＝Aj/180*pi (7-2)
Bw＝Bw/180*pi (7-3)
Bj＝Bj/180*pi (7-4)
Cw＝Cw/180*pi (7-5)
Cj＝Cj/180*pi (7-6)
Xa＝R*cos(Aw)*cos(Aj) (7-7)
Ya＝R*cos(Aw)*sin(Aj) (7-8)
Xb＝R*cos(Bw)*cos(Bj) (7-9)
Yb＝R*cos(Bw)*sin(Bj) (7-10)
Xc＝R*cos(Cw)*cos(Cj) (7-11)
Yc＝R*cos(Cw)*sin(Cj) (7-12)
S52：根据步骤S4所求用户到三个邻区基站的距离D1、D2、D3三式联立，求出直角坐标系下用户的坐标；
具体的，将用户坐标设为(X，Y)，根据式(8-1)、(8-2)(8-3)三式联立，由式(9-1)和(9-2)求出X和Y的值；
(X-Xa)2+(Y-Ya)2＝D12 (8-1)
(X-Xb)2+(Y-Yb)2＝D22 (8-2)
(X-Xc)2+(Y-Yc)2＝D32 (8-3)
X＝{[D32-D22+Xb2-Xc2+Yb2-Yc2]*(Ya-Yb)-[D22-D12+Xa2-Xb2+Ya2-Yb2]*(Yb-Yc)}/[2(Xb-Xc)*(Ya-Yb)-2(Xa-Xb)*(Yb-Yc)] (9-1)
Y＝{[D32-D22+Xb2-Xc2+Yb2-Yc2]*(Xa-Xb)-[D22-D12+Xa2-Xb2+Ya2-Yb2]*(Xb-Xc)}/[2(Yb-Yc)*(Xa-Xb)-2(Ya-Yb)*(Xb-Xc)] (9-2)
S53：将直角坐标系逆变换为经纬度信息；
Dj＝arctan(Y/X)/pi*180+180 (10-1)
Dw＝arccos(X/[R*cos(Dj)])/pi*180 (10-2)
具体的，将S52中所求的用户直角坐标系坐标(X，Y)根据式(10-1)和(10-2)逆变换为经纬度(Dj，Dw)，即为所求用户经纬度信息。
本发明的有益效果在于：本发明首先研究用户在基站中留下了哪些类型的数据，方便筛查可以利用的数据，然后重点分析基站RSRP信息，结合常见路径损耗模型，建立基站用户间距离和RSRP信息之间的联系，求出用户与某相邻基站之间的直线距离，其次将三个相邻基站的经纬度数据转换为直角坐标，根据用户到与其相关的三个相邻基站的距离，通过三式联立求解出二元一次方程的解即所求用户在直角坐标系下的坐标，最后将所求直角坐标逆变换为经纬度即可获得此方法下用户的位置信息。本发明从无线传输原理着手，利用基站所存有用信息，能够快速求出移动用户的位置信息，从一个全新的角度实现了用户定位。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算流程图，如图1所示，基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法包括以下步骤：
步骤1：查询基站所存数据，确定可用数据种类；
通过电信运营商的访问权限，可以调取一段时间内任意基站所存数据，这些海量数据类型繁多，不同的数据可以用于不同的目的。如表2所示，基站中保存了各种种类的数据。针对本文中用户位置计算问题，需要查找与位置和距离相关的数据种类。由无线信道模型可知路径损耗与距离直接相关，结合已知的基站位置信息即可确定在某地驻留的用户位置信息。
表2基站中保存的部分数据格式
步骤2：筛查所求用户相关数据；
如表3所示，根据所求用户MDN号码提取出基站数据库中与该用户相关的数据内容，再根据与其相邻的基站编号提取出相邻三个基站所使用的频段、带宽、天线增益、小区功率、天线挂高、经纬度和参考信号功率等数据。
表3本计算方法输入参数表
步骤3：建立路径损耗模型，得到路径损耗与距离的关系式；
具体的，根据常用的路径损耗模型，得出用户到不同基站之间距离与各自路径损耗的关系式，为之后的用户与基站距离计算提供依据。
步骤4：根据公式计算路径损耗，继而分别求出三个邻区基站与用户的距离；
根据所提取的带宽与子载波数的映射关系，得到子载波数；通过式(3)对小区功率进行处理，再经过式(4)进行计算得到实际的基站天线端的小区发射功率；将式(4)所求基站天线端发射功率与参考信号功率(RSRP)相减即可得到用户与此基站传播路径上的路径损耗值；最后根据路径损耗模型，可以逆向推导出路径损耗值对应的传播距离，即用户到某邻区基站的距离。根据三角定位原理，三个相邻小区的基站与所求用户位置有关的三个距离才能准确定位用户，因此需要将上述距离计算过程计算三次，分别得到三个邻区基站与用户的距离。
步骤5：通过经纬度与直角坐标的转换与三式联立求出用户所处位置的经纬度。
根据前文可知，三个邻区基站的位置是固定且已知的。考虑经纬度下计算距离是有难度的，故需先将三个邻区基站的经纬度转换为直角坐标系下的坐标，方便后续计算。根据上一步求出的三个邻区基站各自到用户的距离，可联立三个等式，将等式简化并求解即可求出直角坐标系下满足到三个邻区基站距离的用户的坐标，由于此坐标是直角坐标系下用户位置信息，出于定位的要求，还需将此用户坐标逆变换为经纬度信息，至此用户的位置信息便计算完毕。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：查询基站所存数据，选择与本方法相关的数据类型，确定基站保存的可用数据；
S2：提取所需数据并保存；
S3：建立路径损耗模型，得出任意相邻基站与用户之间距离和路径损耗值的关系式；
S4：根据基站发射功率和RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)信息求出路径损耗值，求出三个相邻基站与用户间的距离；
S5：根据步骤S4所求三个相邻基站与用户间距离以及步骤S2保存的基站经纬度信息，求出用户的经纬度信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，所述步骤S1中基站内保存的可用数据包含：用户的MDN(Mobile DirectoryNumber，移动用户号码簿号码)号码、小区基站所使用的频段、带宽、天线增益、小区功率、天线挂高、小区基站的经纬度和参考信号功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：首先通过对所求用户的相关数据提取，减少数据储存容量；然后对所求用户相关数据再进行筛选，提取出计算用户位置所需的各项数据并保存，其余无关的数据则省略；
所述步骤S2具体步骤：
S21：根据所求用户的MDN号码提取出与此用户有关的数据行，其他用户数据可过滤掉；
S22：从上一步得到的数据行中分别提取出与该用户相关联的三个相邻小区基站所使用的频段band1、band2、band3，带宽band_width1、band_width2、band_width3，天线增益ANT_gain1、ANT_gain2、ANT_gain3，小区功率Cell_powet1、Cell_powet2、Cell_powet3和天线挂高high1、high2、high3；
S23：提取出与用户相邻三个小区基站的经纬度信息，即(Aj，Aw)、(Bj，Bw)、(Cj，Cw)；并提取三个邻区的参考信号功率pilot_power1、pilot_power2、pilot_power3。
4.根据权利要求1所述的一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：选取常用的信道模型以得到路径损耗模型，得到用户与基站间距离D与路径损耗值PL之间的关系式(2-1)和(2-2)；
d＝4*(high-1)*band/c (1)
PL＝22*log10(D)+28+20*log10(band)，10<D<d (2-1)
PL＝40*log10(D)+7.8-18*log10(high-1)+2*log10(band)，d<D<5000 (2-2)
式中，high表示天线挂高，band表示小区频段，c表示光速。
5.根据权利要求1所述的一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41：由带宽band_width求出对应的子载波数N；
S42：由小区功率Cell_powet、子载波数N、小区天线通道数M和天线增益ANT_gain求出参数DL_RS_Power；计算公式如下：
Cell_powet＝10*log10(Cell_powet*1000) (3)
DL_RS_Power＝Cell_powet-10log(M)-10log(N)+10*log(1+Pb)+ANT_gain (4)
式中，Pb表示小区级参数，一旦配置便不再改变；
S43：结合小区的参靠信号功率pilot_power即RSRP信息，求出用户与不同邻区基站间的路径损耗值PL；三个邻区基站对应三个路径损耗值PL1、PL2、PL3；计算公式如下：
pilot_power＝pilot_power-140 (5)
PL＝DL_RS_Power-pilot_power (6)
S44：根据式(1)和式(2)分别求出用户到三个邻区基站的距离D1、D2、D3。
6.根据权利要求1所述的一种基于邻区基站RSRP信息的移动用户位置计算方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51：将基站经纬度转换为直角坐标系下的坐标；
具体的，根据式(7-1)-(7-12)将三个邻区基站的经纬度(Aj，Aw)、(Bj，Bw)、(Cj，Cw)依次转换为直角坐标系下的坐标，设为(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)，式中R为地球半径；
Aw＝Aw/180*pi (7-1)
Aj＝Aj/180*pi (7-2)
Bw＝Bw/180*pi (7-3)
Bj＝Bj/180*pi (7-4)
Cw＝Cw/180*pi (7-5)
Cj＝Cj/180*pi (7-6)
Xa＝R*cos(Aw)*cos(Aj) (7-7)
Ya＝R*cos(Aw)*sin(Aj) (7-8)
Xb＝R*cos(Bw)*cos(Bj) (7-9)
Yb＝R*cos(Bw)*sin(Bj) (7-10)
Xc＝R*cos(Cw)*cos(Cj) (7-11)
Yc＝R*cos(Cw)*sin(Cj) (7-12)
S52：根据步骤S4所求用户到三个邻区基站的距离D1、D2、D3三式联立，求出直角坐标系下用户的坐标；
具体的，将用户坐标设为(X，Y)，根据式(8-1)、(8-2)(8-3)三式联立，由式(9-1)和(9-2)求出X和Y的值；
(X-Xa)2+(Y-Ya)2＝D12 (8-1)
(X-Xb)2+(Y-Yb)2＝D22 (8-2)
(X-Xc)2+(Y-Yc)2＝D32 (8-3)
X＝{[D32-D22+Xb2-Xc2+Yb2-Yc2]*(Ya-Yb)-[D22-D12+Xa2-Xb2+Ya2-Yb2]*(Yb-Yc)}/[2(Xb-Xc)*(Ya-Yb)-2(Xa-Xb)*(Yb-Yc)] (9-1)
Y＝{[D32-D22+Xb2-Xc2+Yb2-Yc2]*(Xa-Xb)-[D22-D12+Xa2-Xb2+Ya2-Yb2]*(Xb-Xc)}/[2(Yb-Yc)*(Xa-Xb)-2(Ya-Yb)*(Xb-Xc)] (9-2)
S53：将直角坐标系逆变换为经纬度信息；
Dj＝arctan(Y/X)/pi*180+180 (10-1)
Dw＝arccos(X/[R*cos(Dj)])/pi*180 (10-2)
具体的，将S52中所求的用户直角坐标系坐标(X，Y)根据式(10-1)和(10-2)逆变换为经纬度(Dj，Dw)，即为所求用户经纬度信息。
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