CN113543306A - 确定移动用户位置的方法和设备、无线通信网络用户、远程布置的网络单元、无线通信网络 - Google Patents

Abstract

确定移动用户位置的方法和设备、无线通信网络用户、远程布置的网络单元、无线通信网络。提供了一种用于确定无线通信网络的移动用户的位置的方法，其中所述方法包括：根据由所述无线通信网络的位置固定的用户或移动用户发出的定位信号来确定（102）在所述移动用户与所述位置固定的用户之间的第一距离；根据复制信号并且根据在位置固定的复制单元与位置固定的用户之间的另一距离来确定（104）在所述位置固定的复制单元与所述移动用户之间的第二距离，所述复制信号借助于所述位置固定的复制单元根据所述定位信号来被发出；并且根据所述第一距离并且根据所述第二距离来确定（106）所述移动用户的位置。

Description

确定移动用户位置的方法和设备、无线通信网络用户、远程布 置的网络单元、无线通信网络

技术领域

本发明涉及用于确定无线通信网络的移动用户的位置的方法和设备、无线通信网络的用户、远程布置的网络单元以及无线通信网络。

背景技术

一般已知如下定位解决方案，这些定位解决方案使用无线电波来对移动用户进行定位。

发明内容

本发明所基于的问题通过一种按照权利要求1所述的方法、通过一种按照并列权利要求所述的设备、通过一种按照并列权利要求所述的用户、通过一种按照并列权利要求所述的远程布置的网络单元以及通过一种按照另一并列权利要求所述的无线通信网络来被解决。有利的扩展方案在从属权利要求中说明并且还在随后的描述中以及在附图中被找到。

本说明书的第一方面涉及一种用于确定无线通信网络的移动用户的位置的方法，其中所述方法包括：根据由无线通信网络的位置固定的用户或移动用户发出的定位信号来确定在移动用户与位置固定的用户之间的第一距离；根据复制信号并且根据在位置固定的复制单元与位置固定的用户之间的另一距离来确定在所述位置固定的复制单元与移动用户之间的第二距离，该复制信号借助于位置固定的复制单元根据定位信号来被发出；并且根据第一距离并且根据第二距离来确定移动用户的位置。

空间位置已知的位置固定的复制单元对定位信号进行反射，该定位信号由无线网络的具有已知位置的位置固定的用户或者移动用户来发出。由此能够实现：即使当例如具有与移动用户的视线连接的位置固定的用户的数目太少时，也能对移动用户进行定位。即，即使当只有少量的具有直接视线连接的锚节点或位置固定的用户可用时，也能够借助于无线电信号来确定对移动用户的空间定位。

此外，复制单元用于：提高对移动用户的空间位置的确定的精度。

此外，通过设置复制单元，定位相对于应伪装移动用户的错误位置的攻击变得更鲁棒。

应用从经改善的定位中获益。这样，在数据分析的框架内，只有当已知移动用户的空间位置、即相应的测量值的记录的地方时，通过移动用户所记录的测量值才有意义。对移动用户的空间位置的确定，也是所要实现的特定功能的前提。

尤其是在生产领域或建筑物管理中的室内定位解决方案从所提出的定位模式中获益。生产例如一方面取决于对于移动用户的准确定位，另一方面生产环境动态发生变化，借此障碍物有可能阻挡定位从中获益的直接视线连接。所提出的定位的用例包括：工具和产品的轨迹和踪迹、安全相关的产品的生产文档、自动化的陆地运输车、具有机器位置的机械仓库的文档等等。

即，改善了定位精度，并且同时例如对于位置固定的用户的安装和购买来说降低了成本。

一个有利的示例的特点在于，该方法包括：确定在移动用户与另一位置固定的复制单元或另一位置固定的用户之间的至少另一距离；并且根据第一距离、根据第二距离并且根据至少另一距离来确定移动用户的位置。

移动用户与其具有直接视线连接的不同的位置固定的用户或复制单元的距离可以被确定得越多，对移动用户的定位就变得越精确。

一个有利的示例的特点在于，该方法包括：根据另一复制信号并且根据在另一位置固定的复制单元与另一位置固定的用户之间的另一距离，确定在该另一位置固定的复制单元与移动用户之间的至少另一距离，该另一复制信号借助于该另一位置固定的复制单元根据由该另一位置固定的用户或者移动用户发出的定位信号来被发出。

有利地，使用多个复制单元来确定移动用户的位置，借此无线通信网络的位置固定的用户的密度从对移动用户的定位的角度可以被减小。

一个有利的示例的特点在于，该方法包括：根据另一定位信号来确定在另一位置固定的用户与移动用户之间的至少另一距离，该另一定位信号借助于该另一位置固定的用户来被发出。

有利地，使用具有与移动用户的视线连接的多个位置固定的用户，以确定移动用户的位置。

一个有利的示例的特点在于，该方法包括：根据另一复制信号并且根据在复制单元与另一位置固定的用户之间的另一距离，确定在位置固定的复制单元与移动用户之间的第二距离、尤其是第二距离的其它值，该另一复制信号借助于该位置固定的复制单元根据移动用户的定位信号或者由另一位置固定的用户发出的定位信号来被发出。

有利地，位置固定的复制单元可以多次被用于改善对第二距离的估计。也就是说，要么复制单元根据来自不同的位置固定的用户的定位信号来辐射复制信号，要么复制单元将来自移动用户的定位信号辐射为使得该定位信号到达至少两个不同的位置固定的用户。

在一个有利的示例中，该方法包括：根据由第一位置固定的用户发出的定位信号，确定在无线通信网络的第一用户与位置固定的复制单元之间的第三距离；根据由第二位置固定的用户发出的定位信号，确定在第二用户与位置固定的复制单元之间的第四距离；并且根据第一距离并且根据第二距离，确定复制单元的位置。

由此，能够有利地实现：静态布置的复制单元的事先未知的位置通过网络本身被确定。

本说明书的第二方面涉及一种用于确定无线通信网络的移动用户的位置的设备，其中该设备被配置为：借助于处理单元，根据由无线通信网络的位置固定的用户或移动用户发出的定位信号来确定在移动用户与位置固定的用户之间的第一距离；借助于处理单元，根据复制信号并且根据在位置固定的复制单元与位置固定的用户之间的另一距离来确定在所述位置固定的复制单元与移动用户之间的第二距离，该复制信号借助于位置固定的复制单元根据定位信号来被发出；并且借助于处理单元，根据第一距离并且根据第二距离来确定移动用户的位置。

在一个有利的示例中，按照第二方面的设备被构造用于执行按照第一方面的方法。

第三方面涉及无线通信网络的移动用户或位置固定的用户，该移动用户或位置固定的用户包括按照第二方面的设备。

第四方面涉及与无线通信网络远程布置的网络单元，该网络单元包括按照第二方面的设备。

本说明书的第五方面涉及一种无线通信网络，该无线通信网络包括按照第二方面的设备、多个位置固定的用户、多个复制单元和至少一个移动用户。

附图说明

在附图中：

图1和5分别示出了示意性流程图；以及

图2、3和4分别示出了示意性呈现的无线通信网络。

具体实施方式

图1示出了用于确定无线通信网络RCN的移动用户E的位置的示意性流程图，并且图2和3示出了在无线通信网络RCN之内的无线电通信的相应的实现形式。随后，同时参考图1至3。还参考了：对无线通信网络RCN的呈现只是示意性的。尤其是所示出的位置和距离为了更清楚而与相应的所属的单元分开地被呈现。

借助于处理单元102，根据由位置固定的用户A1或移动用户E发出的定位信号s1或sE来确定在无线通信网络RCN的移动用户E与位置固定的用户A1之间的第一距离d1。

借助于处理单元104，根据复制信号r1并且根据在复制单元R1与位置固定的用户A1之间的另一距离dx1来确定在位置固定的复制单元R1与移动用户E之间的第二距离d2，该复制信号借助于位置固定的复制单元R1根据定位信号s1或sE来被发出。复制单元R1和位置固定的用户A1的空间位置pR1、pA1已知，借此另一距离dx1也已知。

借助于处理单元106，根据第一距离d1并且根据第二距离d2来确定移动用户E的位置pE。当然，为了更精确地确定空间位置pE，引入附加距离。

例如，在位置固定的用户A1中，除了直接接收到的定位信号的渡越时间或渡越时间差之外，确定被反射的信号的信号渡越时间或信号渡越时间差。这些渡越时间作为来自附加的“虚拟”锚节点被用于定位。

设备100可以布置在无线通信网络RCN的所示出的用户A1或E之一内或者布置在与无线网络RCN远程布置的、未示出的网络单元中。在另一示例中，无线通信网络RCN包括：设备100；多个位置固定的用户；多个复制单元；和至少一个移动用户E。

无线通信网络RCN的移动和位置固定的用户A1、E实施为完整的网络节点，也就是说，它们是具有数据发送单元和数据接收单元的完整用户并且参与无线通信网络RCN的数据无线电通信。

而复制单元R1并不是无线通信网络RCN的直接用户。复制单元R1要么当该复制单元无源地被实施时完全不需要能量，要么该复制单元只需要很少的电流，因为该复制单元例如仅仅使所接收到的定位信号增强。由此，与无线通信网络RCN的位置固定的用户A1相比，复制单元R1具有更长的电池寿命、低实现花费和更低的制造成本。

如果复制单元R1无源地被实施，则复制单元R1对到达的定位信号进行反射。

如果复制单元R1有源地被实施，则该复制单元可以为了更好的可分离性的目的而增强所接收到的定位信号s1并且将该定位信号作为复制品r1发出。在该示例中，复制单元R1实施为HF中继器。

对于所提出的对移动用户的空间位置的确定，可以使用不同的多边算法（Multilaterationsalgorithmen）。这样，例如可以根据至少两个距离d1和d3来确定在平面内的至少一个坐标，其中该坐标按照空间位置pE是绕着相应中心pA1、pR2的具有半径d1、d3的两个圆的交点。如果存在至少三个距离d1、d2和d3，则例如可以通过分别具有按照pA1、pR2、pR1的中心和按照d1、d2、d3的半径的球的截面来确定在空间内按照空间位置pE的交点。

在本说明书中使用的定位信号或该一个定位信号s1可以在另一无线电数据传输的范围内被发送。在另一示例中，至少一个定位信号s1用于渡越时间测量的唯一目的或移动用户E的定位。该至少一个定位信号s1例如包括如Gold序列或Zadoff-Chu序列那样的事先已知的训练序列，利用该训练序列来确定信道脉冲响应或与之相关的参量。该训练序列在数据传输的情况下例如被用于校正的目的。根据该训练序列，在发送器和接收器彼此时间同步的情况下可以确定绝对信号渡越时间，或在用户不同步的情况下可以确定相对信号渡越时间或从发送器到接收器的渡越时间差。利用到多个位置固定的用户（在这些用户中例如存在至少数目为四个用户用于基于时间差来在空间内进行定位）的渡越时间或渡越时间差，在使用多边算法的情况下计算移动用户的位置，其中所属的位置固定的用户的位置已知。在本说明书中提供的方法或相对应的设备能被用于多个测量值类型（例如到达时间（time of arrival）或到达时间差（time difference of arrival））并且能与针对多边问题的所选择的解决方案算法无关地使用。

按照图2的示例，用户A1发出定位信号s1，该定位信号包括训练序列。借助于定位信号s1，确定从用户A1到用户E的信号渡越时间或信号渡越时间差。由于用户A1的天线的全向辐射特性，定位信号s1也到达复制单元R1，该复制单元对定位信号s1进行反射或复制，使得复制品r1在移动用户E的接收器中被叠加或在不同的时间点到达。除了以直接接收到的定位信号s1为形式的直接“视线（Line of Sight）”信号的相对渡越时间之外，现在根据信道脉冲响应利用诸如峰值搜索（Peak-Search）那样的算法来确定就复制信号r1而言的被反射的定位信号相对于“视线”信号的渡越时间。

根据另一距离dx1，可以借助于光速来确定在位置固定的用户A1与复制单元R1之间的第一信号渡越时间。在复制单元R1与移动用户E之间的第二信号渡越时间根据信号r1的所测量到的信号渡越时间（其中该信号渡越时间在位置固定的用户A1与移动用户E之间被确定）与第一信号渡越时间的差来得出。

渡越时间针对具有与移动用户E的视线接触的多个复制单元R1来被确定，而且该过程针对多个位置固定的用户A1并且由此也针对复制单元R1等等被重复。接着，根据这样测量到的渡越时间或渡越时间差，借助于位置固定的用户A1等等和复制单元R1等等的已知的位置，在使用所选择的多边算法的情况下确定移动用户E的空间位置。在这种情况下产生的渡越时间或渡越时间差借助于光速被换算成距离。

如已经阐述的那样，多边算法也可以通过与无线通信网络RCN远离的网络单元来被实施。为此，无线通信网络RCN的参与的用户将所确定的信号渡越时间或信号渡越时间差传送给远程布置的网络单元，这例如可以通过现有的无线通信网络RCN来实现。以移动用户E的空间位置为形式的定位结果可以在远程布置的网络单元处被使用、被报告给另一用户和/或通过数据无线电被发送给定位过的移动用户。

如果移动用户发出定位信号sE并且位置固定的用户A1等等执行对信道脉冲响应的分析，则对终端设备的定位也可以通过位置固定的用户A1等等的网络来实现。接着，位置计算可以分散在所有位置固定的用户A1或者选定的位置固定的用户A1和/或在远程布置的网络单元中实现。

如果复制单元R1等等的位置事先不已知，则可以依次学习复制单元R1等等的位置，其方式是重复执行该方法，其中位置固定的用户A1或者移动用户E等等中的相应一方依次在位置已知的情况下充当发送器并且同时充当接收器。由于通过相应的复制单元对所发出的定位信号的反射，从相应的位置固定的用户A1到复制单元R1的渡越时间对应于基于往返路径所测量到的渡越时间的一半。在这种情况下，可以使用同一原理，该原理被用于对移动用户的定位。

如果例如假定：还不知道复制单元R1的空间位置pR1，则在图4中所示出的示例包括：根据由第一位置固定的用户A1发出的定位信号s1，确定在无线通信网络RCN的第一用户A1与位置固定的复制单元R1之间的第三距离dx1；根据由第二位置固定的用户A3发出的定位信号s3，确定在第二用户A3与位置固定的复制单元R1之间的第四距离dx2；而且根据第一距离d1并且根据第二距离d2，确定复制单元R1的位置pR1。替代于使用位置固定的用户A1，移动用户E及其已知位置pE也可以用于确定位置pR1。当然，到复制单元R1的已知距离能够附加地实现对空间位置pR1的经改善的估计或确定。

复制单元的这样确定的位置集中地被存储并且被提供给所有用户。这样，可以逐渐建立庞大的定位网络，该定位网络本身一步步地（Zug um Zug）被校准。

图4示出了无线通信网络RCN并且图5示出了示意性流程图。在下文中，参考两个图4和5。

图4的无线通信网络RCN处在具有两个障碍物H1和H2的环境内，这两个障碍物例如构造为墙壁。障碍物H1和H2引起：在多个用户A1-A4以及复制单元R1、R2之间不存在直接视线连接。例如位置固定的用户A2和A3对于在障碍物W2后面的移动用户E来说被隐藏，借此在相应的位置固定的用户A2和A3之间不存在与移动用户E的视线连接。不过，用户A2、A3具有与复制单元R1、R2的直接视线连接。复制单元R1、R2又具有与移动用户E的直接视线连接。

在复制单元R2与移动用户E之间的直接视线连接可以借助于位置固定的用户A2来被使用，其方式是用户A2发出定位信号s2或接收从用户E发出的未示出的基于定位信号被复制的信号。即，该方法包括：根据另一复制信号r2并且根据在另一位置固定的复制单元R2与另一位置固定的用户A2之间的另一距离dx2，借助于处理单元504确定在另一位置固定的复制单元R2与移动用户E之间的至少另一距离d3，该另一复制信号r2借助于另一位置固定的复制单元R2根据由所述另一位置固定的用户A2或者移动用户E发出的定位信号s2来被发出。

位置固定的用户A4具有与移动用户E的直接视线接触。因此，该方法包括：借助于处理单元504，根据另一定位信号s4来确定在另一位置固定的用户A4与移动用户E之间的至少另一距离d4，该另一定位信号借助于另一位置固定的用户A4来被发出。

复制单元R1可以多次被用于移动用户E的定位过程。多个位置固定的用户A1和A3尤其是使用复制单元R1来确定移动用户E的空间位置。因此，该方法包括：借助于处理单元604，根据另一复制信号r3并且根据在位置固定的复制单元R1与另一位置固定的用户A3之间的另一距离dx3，确定在所述位置固定的复制单元R1与移动用户E之间的第二距离d2、尤其是第二距离d2的其它值，该另一复制信号r3借助于位置固定的复制单元R1根据移动用户E的定位信号E或者由另一位置固定的用户A3发出的定位信号s3来被发出。

Claims (11)

1.一种用于确定无线通信网络（RCN）的移动用户（E）的位置（pE）的方法，其中所述方法包括：

根据由所述无线通信网络（RCN）的位置固定的用户（A1）或移动用户（E）发出的定位信号（s1；sE）来确定（102）在所述移动用户（E）与所述位置固定的用户（A1）之间的第一距离（d1）；

根据复制信号（r1）并且根据在位置固定的复制单元（R1）与所述位置固定的用户（A1）之间的另一距离（dx1）来确定（104）在所述位置固定的复制单元（R1）与所述移动用户（E）之间的第二距离（d2），所述复制信号（r1）借助于所述位置固定的复制单元（R1）根据所述定位信号（s1；sE）来被发出；并且

根据所述第一距离（d1）并且根据所述第二距离（d2）来确定（106）所述移动用户（E）的位置（pE）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：

确定（504）在所述移动用户（E）与另一位置固定的复制单元（R2）或另一位置固定的用户（A4）之间的至少另一距离（d3；d4）；并且

根据所述第一距离（d1）、根据所述第二距离（d2）并且根据所述至少另一距离（d3；d4）来确定（106）所述移动用户（E）的位置（pE）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法包括：

根据另一复制信号（r2）并且根据在另一位置固定的复制单元（R2）与另一位置固定的用户（A2）之间的另一距离（dx2），确定（504）在所述另一位置固定的复制单元（R2）与所述移动用户（E）之间的至少另一距离（d3），所述另一复制信号（r2）借助于所述另一位置固定的复制单元（R2）根据由所述另一位置固定的用户（A2）或者所述移动用户（E）发出的定位信号（s2）来被发出。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述方法包括：

根据另一定位信号（s4）来确定（504）在另一位置固定的用户（A4）与所述移动用户（E）之间的至少另一距离（d4），所述另一定位信号（s4）借助于所述另一位置固定的用户（A4）来被发出。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括：

根据另一复制信号（r3）并且根据在位置固定的复制单元（R1）与另一位置固定的用户（A3）之间的另一距离（dx3），确定（604）在所述位置固定的复制单元（R1）与所述移动用户（E）之间的第二距离（d2）、尤其是所述第二距离（d2）的其它值，所述另一复制信号（r3）借助于所述位置固定的复制单元（R1）根据所述移动用户（E）的定位信号（E）或者由所述另一位置固定的用户（A3）发出的定位信号（s3）来被发出。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括：

根据由第一位置固定的用户（A1）发出的定位信号（s1），确定在所述无线通信网络（RCN）的第一用户（A1）与所述位置固定的复制单元（R1）之间的第三距离（dx1）；

根据由第二位置固定的用户（A3）发出的定位信号（s3），确定在第二用户（A3）与所述位置固定的复制单元（R1）之间的第四距离（dx2）；并且

根据所述第一距离（d1）并且根据所述第二距离（d2）来确定所述复制单元（R1）的位置（pR1）。

7.一种用于确定无线通信网络（RCN）的移动用户（E）的位置的设备（100），其中所述设备（100）被配置为：

借助于处理单元（102），根据由所述无线通信网络（RCN）的位置固定的用户（A1）或移动用户（E）发出的定位信号（s1；sE）来确定在所述移动用户（E）与所述位置固定的用户（A1）之间的第一距离（d1）；

借助于处理单元（104），根据复制信号（r1）并且根据在位置固定的复制单元（R1）与所述位置固定的用户（A1）之间的另一距离（dx1）来确定在所述位置固定的复制单元（R1）与所述移动用户（E）之间的第二距离（d2），所述复制信号（r1）借助于所述位置固定的复制单元（R1）根据所述定位信号（s1；sE）来被发出；并且

借助于处理单元（106），根据所述第一距离（d1）并且根据所述第二距离（d2）来确定所述移动用户（E）的位置（pE）。

8.根据权利要求6所述的设备（100），所述设备被构造用于执行根据权利要求2至5中任一项所述的方法。

9.无线通信网络（RCN）的移动或位置固定的用户（E；A1），所述移动或位置固定的用户包括根据权利要求6或7所述的设备（100）。

10.与无线通信网络（RCN）远程布置的网络单元，所述网络单元包括根据权利要求6或7所述的设备（100）。

11.一种无线通信网络（RCN），所述无线通信网络包括：根据权利要求6或7所述的设备（100）、多个位置固定的用户（A1-A4）、多个复制单元（R1、R2）和至少一个移动用户（E）。

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