CN113759312A - 用于室内定位的电子装置及方法 - Google Patents

用于室内定位的电子装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113759312A
CN113759312A CN202010581789.XA CN202010581789A CN113759312A CN 113759312 A CN113759312 A CN 113759312A CN 202010581789 A CN202010581789 A CN 202010581789A CN 113759312 A CN113759312 A CN 113759312A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
receiving
arrival
antenna elements
group
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
CN202010581789.XA
Other languages
English (en)
Inventor
曾晟扬
高柏山
曹嘉扬
张晏诚
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.)
Quanta Computer Inc
Original Assignee
Quanta Computer Inc
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 Quanta Computer Inc filed Critical Quanta Computer Inc
Publication of CN113759312A publication Critical patent/CN113759312A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065Patch antenna array
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/206Instruments for performing navigational calculations specially adapted for indoor navigation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842Weighted combining
    • H04B7/086Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种用于室内定位的电子装置及方法,该电子装置包括一阵列天线及一处理器。该阵列天线包括多个天线单元,用以接收一用户装置所发射的一无线信号,并且每一该等天线单元接收该无线信号的一接收参数。该处理器用以执行:将该等天线单元分成多个群;将每一该等群所包括的该等天线单元的该接收参数进行组合,生成一接收参数矩阵;以及依据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一该等群天线单元的多个到达角。

Description

用于室内定位的电子装置及方法
技术领域
本发明涉及一电子装置,特别涉及用于室内定位的电子装置及方法。
背景技术
随着低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy:BLE)标准的演进与普及,针对定位的相关应用也已经有许多系统服务被开发出来。就定位精准度而论,由于蓝牙射频信号的特性,传统使用接收信号强度(RSSI)来实现的定位误差可达数米,而最新蓝牙标准5.1所新增的寻向(direction finding)功能,仅定义了信号到达角(angle of arrival)的标准框架,如分组格式以及射频天线的采样模式,其信号到达角的软硬件实现以及角度估计算法则没有一定的标准。
欲做到信号到达角方向(direction-of-arrival)估计,多重信号分类方法(Multiple Signals Classification:Method:MUSIC)为最典型及具有最高解析度的算法,其借着分析信号空间特征的差异,分离出信号子空间与噪声子空间,并且依据上述两个子空间的正交性,以求得信号到达角方向。然而,上述方法必须在条件满足下才能得到出色的估计结果,例如足够的天线数量、良好的信噪比(SNR)、足够的天线采样数量、信号源彼此不相关等,此外运算量较大也是传统MUSIC算法的缺点,因而在需要即时运算的定位应用上造成效率瓶颈。
发明内容
依据本发明实施例的用于室内定位的一电子装置,该电子装置包括一天线阵列及一处理器。该天线阵列包括多个天线单元,用以接收一用户装置(UE)所发射的一无线信号,并且每一该等天线单元可获得所接收该无线信号的一接收参数。该处理器用以执行:将该等天线单元分成多个群;将每一该等群所包括的该等天线单元的该接收参数进行组合,而生成一接收参数矩阵;依据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一该等群天线单元的多个到达角(angle of arrival:AOA)。
依据本发明实施例的室内定位的方法,适用于具有一天线阵列的一电子装置,该天线阵列包括多个天线单元,该方法包括:接收一用户装置(UE)所发射的一无线信号,并且每一该等天线单元可获得所接收该无线信号的一接收参数;将该等天线单元分成多个群;将每一该等群所包括的该等天线单元的该接收参数进行组合,而生成一接收参数矩阵;依据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一该等群天线单元的多个到达角。
附图说明
图1为本发明实施例的室内定位系统的示意图。
图2为本发明实施例的室内定位器的示意图。
图3为本发明实施例的室内定位器的一阵列天线示意图。
图4为本发明实施例的图2的阵列天线200的采样示意图。
图5为本发明实施例的统计滤波器对多个到达角进行过滤的示意图。
图6为本发明实施例的室内定位方法的示意图。
【符号说明】
100:室内定位系统
102-1,102-n:室内定位器
104-1,104-2,104-m:室内定位标签
106:定位引擎
108:无线信号发射器
110:感应器
200:阵列天线
202:处理器
204:多重信号分类模块
206:统计滤波器
A1,A2,A3,A4,A5:天线单元
A6,A7,A8,A9:天线单元
A,B:极化方向
400:采样天线单元
402:采样数据数
404:采样时间
500:统计滤波器
θ(1),θ(2),θ(3),θ(4),θ(5),θ(6):到达角
θ(7),θ(8),θ(9),θ(10),θ(11),θ(12):到达角
θ(13),θ(14),θ(15),θ(16),θ(17),θ(18):到达角
θ(19),θ(20),θ(21),θ(22),θ(23),θ(24):到达角
S600,S602,S604,S606:步骤
具体实施方式
本发明参照附图进行描述,其中遍及图式上的相同参考数字标示了相似或相同的元件。上述附图并没有依照实际比例大小描绘,其仅仅提供对本发明的说明。一些发明的形态描述于下方作为图解示范应用的参考。这意味着许多特殊的细节,关系及方法被阐述来对这个发明提供完整的了解。无论如何,本领域技术人员将认识到若没有一个或更多的特殊细节或用其他方法,此发明仍然可以被实现。以其他例子来说,众所皆知的结构或操作并没有详细列出以避免对这发明的混淆。本发明并没有被阐述的行为或事件顺序所局限,如有些行为可能发生在不同的顺序亦或同时发生在其他行为或事件之下。此外,并非所有阐述的行为或事件都需要被执行在与现有发明相同的方法之中。
图1为本发明实施例的室内定位系统的示意图。如图1所示,室内定位系统100包括多个室内定位器102-1、…、102-n、多个室内定位标签104-1、104-2、…、104-m、以及一定位引擎106。在一些实施例中,室内定位器102-1、…、102-n可设置在室内的不同位置(例如设置在走廊、走道转角、楼梯、或房间内),每一室内定位器具有一阵列天线,用以接收由定位标签104-1、104-2、…、104-m所发射出的无线信号。室内定位器102-1、…、102-n依据所接收无线信号的接收强度及接收相位,计算出每一室内定位标签104-1、104-2、…、104-m的到达角,并且将到达角的信息传送给一定位引擎106。定位引擎系统106依据所接收到达角信息,计算并判断每一室内定位标签104-1、104-2、…、104-m的位置。在一些实施例中,上述到达角为二维信号到达角(DoA),亦即包括仰角及方位角。
在一些实施例中,室内定位标签104-1、104-2、…、104-m可设置在用户装置上,例如可内建于用户所配戴的智能移动装置上、或身份辨识的卡片中。室内定位标签104-1、104-2、…、104-m跟随着用户的移动,持续周期性地发射无线信号给设置在不同位置的室内定位器102-1、…、102-n。每一室内定位标签104-1、104-2、…、104-m,以室内定位标签104-2为例,具有一无线信号发射器108及一感应器110。在一些实施例中,无线信号发射器108用以周期性地发射蓝牙信标(beacon)。感应器110为一多轴惯性测量单元模块(Inertialmeasurement unit:IMU)。当无线信号发射器108发出一个蓝牙信标时,会连同当下感应器110的数据(其可计算出室内定位标签104-2的移动状态或速度方向,或称状态数据)传送到室内定位器102-1,并且由室内定位器102-1的该阵列天线接收。
图2为为本发明实施例的室内定位器的示意图。如图2所示,室内定位器102-1包括一阵列天线200、一处理器202、一多重信号分类模块202,以及一统计滤波器204。阵列天线200用以接收图1的室内定位标签104-1、…、104-m所发射出的一无线信号。在一些实施例中,该无线信号为一蓝牙信号(或蓝牙信标)。该蓝牙信标中载有室内定位标签104-1、…、104-m的一状态数据。处理器202依状态数据判断室内定位标签104-1、…、104-m为静止或移动的状态。处理器202将阵列天线200内的多个天线单元分成多个群,并且依据室内定位标签104-1、…、104-m的状态,将每一该等群所包括的该等天线单元的该接收参数进行组合,进而生成一接收参数矩阵。接着,处理器202将该接收参数矩阵输入或传送于多重信号分类模块204中,用以计算从室内定位标签104-1、…、104-m至每一该等群天线单元的多个到达角(angle of arrival:AOA)。最后,处理器202将多重信号分类模块204所算出的该等到达角输入于一统计滤波器206,用以将受多路径干扰的该等到达角删除。
图3为本发明实施例的室内定位器的一阵列天线示意图。如图3所示,阵列天线200设置在图1的室内定位器102-1、…、102-n的每一个。阵列天线200包括多个天线单元,例如为天线单元A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9,但本发明不限于此。天线单元A1-A9的每一个分别具有2个极化方向,例如为一极化方向A及一极化方向B。室内定位器102-1、…、102-n的每一个可依据设定(例如依据其软件的编程),切换天线单元A1-A9的极化方向。举例来说,室内定位器102-1、…、102-n的每一个可在一第一时间将天线单元A1-A9切换为极化方向A,在该第一时间后的一第二时间将天线单元A1-A9切换为极化方向B,并在该第二时间后的一第三时间将其切换回极化方向A,用以得到增加所接收无线信号的数据(例如接收强度及接收相位)的数据量,以提供做为后续运用多重信号分类(MUSIC)模块204进行每一天线单元到达角估计的输入数据。
在一些实施例中,图1的室内定位器102-1、…、102-n的每一个则通过开关,在规范时间内循序对其天线单元A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9做射频IQ采样(sampling)。
图4为本发明实施例的图3的阵列天线200的采样示意图。如同时参考第1-4图,举例来说,在第一时段时,室内定位器102-1的处理器202导通连接于天线单元A1的开关,使得蓝牙信标可通过天线单元A1被室内定位器102-1的处理器所采样、解码,而得到天线单元A1的接收参数(接收强度及接收相位)以及室内定位标签104-2的状态数据。同理,在第二时段时,室内定位器102-1导通连接于天线单元A2的开关,使得蓝牙信标可通过天线单元A2被室内定位器102-1的处理器所采样、解码,而得到天线单元A2的接收参数以及室内定位标签104-2的状态数据。之后,室内定位器102-1依序导通连接于天线单元A3-A9的开关,用以得到天线单元A3-A9的接收参数及室内定位标签104-2的状态数据。
如图4所示,在一具体实施例中,天线单元A1-A9的每一个所能采样所接收蓝牙信标的持续时间(亦即室内定位器102-1分别导通连接于天线单元A1-A9的开关的时间)分别为12us,并且每2us取得8笔采样数据。每1笔采样数据包括接收该蓝牙信标时的接收强度及接收相位。换句话说,从图4来看,采样天线单元400的这一列中包括天线单元A1-A9,亦即室内定位器102-1依时序对天线单元A1-A9所接收的蓝牙信标进行采样。采样数据数402的这一列表示室内定位器102-1对每一天线单元A1-A9所接收的蓝牙信标的采样数据数各为48笔。采样时间404这一列表示室内定位器102-1对每一天线单元A1-A9所接收的蓝牙信标的采样时间各为12us。由采样数据数402及采样时间404可得知,室内定位器102-1的处理器每2us对每一天线单元A1-A9所接收的蓝牙信标进行8次的采样。由于天线单元间切换的硬件因素,每一天线单元A1-A9所分配到的采样时隙(time slot)的最后2us的IQ采样数据会因为开关切换造成干扰而影响软件演算结果,因此本发明仅采用前面10us的采样数据,因此每个天线单元在单一蓝牙信标所能够取得的IQ采样数据的数量有系统上的限制(例如,图3中仅有8*5=40笔采样数据)。本发明提出用于室内定位的电子装置及方法增加在单一蓝牙信标或多个蓝牙信标中所能取得的IQ采样数据的数量,以增加多重信号分类(MUSIC)模块204所估计每一天线单元所接收无线信号的到达角的精准度。
需特别说明的是,原始IQ采样数据多个平面上的坐标,包含一实数I以及一多个Q,而原始IQ采样数据需经过转换,而可计算出强度与相位信号。
在一些实施例中,多重信号分类(MUSIC)模块204的功能可由处理器202执行一多重信号分类算法而实现。多重信号分类模块204将天线单元A1-A9接收蓝牙信标时的接收参数(包括接收强度及接收相位)分群后,以矩阵形态做为其输入,依据分群所输入的接收参数,对应地输出对应于天线单元A1-A9分群的到达角。在一些实施例中,多重信号分类模块204可由另一系统单芯片的处理器执行而得,本发明不限于此。一般来说,多重信号分类算法是通过分析接收参数矩阵内随着空间特征变化的无线信号的接收强度及该接收相位的差异,用以分离出一信号子空间及一噪声子空间,并且依据信号子空间及噪声子空间之间的正交性,用以计算用户装置至每一该等群天线单元的等到达角。
一般来说,多重信号分类算法应用在军用的大型阵列雷达,用以处理数万至数十万笔的输入数据,并且依据输入数据计算出其雷达所检测到一物件的位置。换句话说,当输入于多重信号分类算法的数据量愈多,则多重信号分类算法所计算出的到达角(仰角+方位角)会愈准确。因此,本发明设法增加单一蓝牙信标中的采样数据量。
在一些实施例中,同时参考第1-3图,室内定位标签104-2将有关于其运动状态(例如停止或移动)的状态数据载入于一蓝牙信标中,并周期性地将蓝牙信标发射出去。在室内定位器102-1的天线阵列200接收到室内定位标签104-2所发射出的该蓝牙信标之后,室内定位器102-1内的处理器202首先依据该蓝牙信标中的状态数据,判断室内定位标签104-2所在的用户装置是为停止状态或移动状态。接着,室内定位器102-1的处理器202对阵列天线200的天线单元A1-A9进行分群,在一些实施例中,依据天线单元的行列进行分群,例如依据行(X轴),将天线单元A1、A2、A3分为第一群、将天线单元A4、A5、A6分为第二群、将天线单元A7、A8、A9分为第三群;依据列(Y轴),将天线单元A1、A4、A7分为第四群、将天线单元A2、A5、A8分为第五群,以及将天线单元A3、A6、A9分为第六群,但本发明并不限定分群的方式。
当室内定位器102-1判断该用户装置为移动状态时,则室内定位器102-1依据每一群所包括天线单元所接收该蓝牙信标的IQ采样数据(其可转换为接收强度及接收相位)产生一接收参数矩阵。例如,室内定位器102-1的该处理器将该第一群内的天线单元A1、A2、A3所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据(其可转换成蓝牙信标的接收强度及接收相位的信息)进行组合,而生成一接收参数矩阵(1),如下。
Figure BDA0002552576060000071
其中,
Figure BDA0002552576060000072
表示由天线单元A1所接收蓝牙信标的第1笔IQ采样数据,
Figure BDA0002552576060000073
表示由天线单元A2所接收蓝牙信标的第2笔IQ采样数据,以及
Figure BDA0002552576060000074
表示由天线单元A3所接收蓝牙信标的第40笔IQ采样数据。
同理,室内定位器102-1的该处理器将该第二群内的天线单元A4、A5、A6所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(2),如下。
Figure BDA0002552576060000075
室内定位器102-1的该处理器将该第三群内的天线单元A7、A8、A9所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(3),如下。
Figure BDA0002552576060000076
室内定位器102-1的该处理器将该第四群内的天线单元A1、A4、A7所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(4),如下。
Figure BDA0002552576060000077
室内定位器102-1的该处理器将该第五群内的天线单元A2、A5、A8所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(5),如下。
Figure BDA0002552576060000081
室内定位器102-1的该处理器将该第六群内的天线单元A3、A6、A9所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(6),如下。
Figure BDA0002552576060000082
接着,室内定位器102-1的该处理器将对应于每一群的上述接收参数矩阵(1)-(6)输入于该多重信号分类(MUSIC)模块204,用以计算出从该用户装置(亦即室内定位标签104-2)至每一群的多个到达角,例如可计算出对应于该第一群(天线单元A1、A2、A3)的到达角θ(1)、对应于该第二群(天线单元A4、A5、A6)的到达角θ(2)、对应于该第三群(天线单元A7、A8、A9)的到达角θ(3)、对应于该第四群(天线单元A1、A4、A7)的到达角θ(4)、对应于该第五群(天线单元A2、A5、A8)的到达角θ(5),以及对应于该第六群(天线单元A3、A6、A9)的到达角θ(6)。室内定位器102-1之后对应列(X轴)的到达角θ(1)(3)输入至一统计滤波器中,以及将对应行(Y轴)的到达角θ(4)(6)输入至该统计滤波器中,藉以删除受多路径干扰(multipathinterference)的到达角。
室内定位器102-1将到达角θ(1)(6)输入至该统计滤波器中,用以删除受多路径干扰(multipath interference)的到达角。
在一些实施例中,当室内定位器102-1判断该用户装置为移动状态时,为了增加每一群的天线单元所接收该蓝牙信标的IQ采样数据的数量,室内定位器102-1可对2个蓝牙信标进行采样,并且将每一群的天线单元所接收IQ采样数据进行组合,而生成另一接收参数矩阵。例如,室内定位器102-1的该处理器将该第一群内的天线单元A1、A2、A3所接收的2个蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(7),如下。
Figure BDA0002552576060000083
其中,
Figure BDA0002552576060000084
表示由天线单元A1所接收的第39笔IQ采样数据,
Figure BDA0002552576060000085
表示由天线单元A2所接收的第41笔IQ采样数据,以及
Figure BDA0002552576060000086
表示由天线单元A3所接收的第80笔IQ采样数据。换句话说,通过天线单元A1-A9,室内定位器102-1的处理器可在每1蓝牙信标中采样40笔采样数据。
接收参数矩阵(1)为3*40的矩阵,接收参数矩阵(7)为3*80的矩阵。换句话说,当室内定位器102-1判断该用户装置为移动状态时,室内定位器102-1会将多个蓝牙信标内所接收到的IQ采样数据进行组合,而得到一更大的接收参数矩阵。举例来说,若室内定位器102-1将3个蓝牙信标内所接收到的IQ采样数据进行组合,则可得到3*120的接收参数矩阵。
同理,室内定位器102-1的该处理器将该第二群内的天线单元A4、A5、A6所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(8),如下。
Figure BDA0002552576060000091
室内定位器102-1的该处理器将该第三群内的天线单元A7、A8、A9所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(9),如下。
Figure BDA0002552576060000092
室内定位器102-1的该处理器将该第四群内的天线单元A1、A4、A7所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(10),如下。
Figure BDA0002552576060000093
室内定位器102-1的该处理器将该第五群内的天线单元A2、A5、A8所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(11),如下。
Figure BDA0002552576060000094
室内定位器102-1的该处理器将该第六群内的天线单元A3、A6、A9所接收的该蓝牙信标的IQ采样数据进行组合,而生成一接收参数矩阵(12),如下。
Figure BDA0002552576060000101
接着,室内定位器102-1的该处理器将对应于每一群的上述接收参数矩阵(7)-(12)输入于该多重信号分类(MUSIC)模块204,用以计算出从该用户装置(亦即室内定位标签104-2)至每一群的多个到达角,例如可计算出对应于该第一群(天线单元A1、A2、A3)的到达角θ(7)、对应于该第二群(天线单元A4、A5、A6)的到达角θ(8)、对应于该第三群(天线单元A7、A8、A9)的到达角θ(9)、对应于该第四群(天线单元A1、A4、A7)的到达角θ(10)、对应于该第五群(天线单元A2、A5、A8)的到达角θ(11),以及对应于该第六群(天线单元A3、A6、A9)的到达角θ(12)。室内定位器102-1的处理器202之后分别将对应列(X轴)的到达角θ(7)(9),以及对应行(Y轴)的到达角θ(10)(12)分别输入至统计滤波器206中,用以将删除受多路径干扰的到达角。
上述接收参数矩阵(1)-(12)仅为例示,不做为本发明的限制。
图5为本发明实施例的统计滤波器对多个到达角进行过滤的示意图。在一具体实施例中,统计滤波器为修整平均滤波器(Trim-mean filter)。首先,统计滤波器500将所有到达角θ(1)(12)由小到大进行排序,接着将头尾排名一定比例的到达角删除,例如将最小排名的前10%以及最大排名的前10%删除。最后,将剩余的到达角取平均。藉以滤除受多路径干扰的到达角。
举例而言,如图5所示,统计滤波器500在时间点t1对到达角θ(1)(12)进行排序,例如洽好是θ(1)(12)。接着将排名依最小顺序前10%以及排名最大前10%删除,例如分别删除排名最小的到达角θ(1)以及排名最大的到达角θ(12)。之后将剩余的到达角θ(2)(11)取算术平均数。由于每一时间点都会有新的来自该多重信号分类(MUSIC)204模块所输出的多个到达角输入于统计滤波器500之中,因此统计滤波器500以修整平均滤波的概念,将不符合规范的到达角删除,用以滤除受多路径干扰的到达角。
图1的定位引擎106的一处理器将经过滤后的到达角转换为该用户装置的位置坐标,而完成对该用户装置的定位动作。在一些实施例中,统计滤波器206可由室内定位器102-1的处理器202执行滤波算法而实现。在一些实施例中,统计滤波器206、500可由另一系统单芯片的处理器执行而得,本发明不限于此。虽然在上述实施例中到达角θ(1)(6)分别由40笔的IQ采样数据输入于多重信号分类模块204而得,并且到达角θ(7)(12)为80笔的IQ采样数据输入于多重信号分类模块204而得,但对于到达角是由几笔IQ采样数据输入于多重信号分类模块204所得到,本发明不限定。
图6为本发明实施例的室内定位方法的示意图。如图6所示,本发明公开一种室内定位的方法,适用于具有一天线阵列的一电子装置,该天线阵列包括多个天线单元,该方法包括:接收一用户装置(UE)所发射的一无线信号,并且每一该等天线单元接收该无线信号的一接收参数(步骤S600);其中,该无线信号包括该用户装置的一状态数据;依据该状态数据判断该用户装置为静止或移动的状态;将该等天线单元分成多个群(步骤S602);将每一该等群所包括的该等天线单元的该接收参数进行组合,而生成一接收参数矩阵(步骤S604);根据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一该等群天线单元的多个到达角(步骤S606)。
在一些实施例中,步骤S602为选择性(optional)的步骤。
在一些实施例中,图2的室内定位器102-1的处理器202执行步骤S600、S602、S604及S606。在一些实施例中,图1的室内定位器102-1、…、102-n各别具有一存储装置,用以存储执行步骤S600、S602、S604及S606的一程序代码,亦存储一多重信号分类模块204,以及一统计滤波器206。图1的定位引擎106的一处理器将执行步骤S606后所得到的多个到达角转换为该用户装置的位置坐标,而完成对该用户装置的定位动作。
本发明所公开的用于室内定位的电子装置及方法以一多重信号分类(MUSIC)算法为基础,并针对蓝牙无线标准架构做改良优化,进而延伸设计开发出多重线性子天线阵列用以估计二维信号到达角(DoA),并通过前后统计滤波处理进行角度估计的优化,可做到高解析二维信号到达角(DoA)估计技术,其所需天线设计、硬件复杂度、软件运算资源需求,以及执行速度比起传统的多重信号分类算法,其复杂度明显降低且运算效率更快,此外亦能应对泯除多路径效应所造成的测向干扰,能够精准估计信号到达角的正确角度。
本发明的蓝牙高精度测向系统架构,经由实际的测试数据显示,最佳的角度误差(Root-Mean-Square Error:RMSE)可达一度以内,后端(即图1的定位引擎106)所能获得的误差为厘米等级的定位误差,可应用于需要高精准度的蓝牙定位应用服务。
虽然本发明的实施例如上述所描述,我们应该明白上述所呈现的只是范例,而不是限制。依据本实施例上述示范实施例的许多改变是可以在没有违反发明精神及范围下被执行。因此,本发明的广度及范围不该被上述所描述的实施例所限制。更确切地说,本发明的范围应该要以权利要求书及其相等物来定义。尽管上述发明已被一或多个相关的执行来图例说明及描绘,等效的变更及修改将被依据上述规格及附图且熟悉这领域的其他人所想到。此外,尽管本发明的一特别特征已被相关的多个执行之一所示范,上述特征可能由一或多个其他特征所结合,以致于可能有需求及有助于任何已知或特别的应用。
本说明书所使用的专业术语只是为了描述特别实施例的目的,并不打算用来作为本发明的限制。除非上下文有明确指出不同,如本处所使用的单数型,一、该及上述的意思也包含复数型。再者,用词“包括”,“包含”,“(具、备)有”,“设有”,或其变化型不是被用来作为详细叙述,就是作为申请专利范围。而上述用词意思是包含,且在某种程度上意思是等同于用词“包括”。除非有不同的定义,所有本文所使用的用词(包含技术或科学用词)是可以被属于本领域技术人员做一般地了解。我们应该更加了解到上述用词,如被定义在众所使用的字典内的用词,在相关技术的上下文中应该被解释为相同的意思。除非有明确地在本文中定义,上述用词并不会被解释成理想化或过度正式的意思。

Claims (10)

1.一种电子装置,用于室内定位,包括:
阵列天线,包括多个天线单元,用以接收用户装置(UE)所发射的无线信号,并且每一所述天线单元接收该无线信号的接收参数;
处理器,用以执行:
将所述天线单元分成多个群;
将每一所述群所包括的所述天线单元的该接收参数进行组合,而生成接收参数矩阵;
提供多重信号分类模块;以及
根据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一所述群天线单元的多个到达角(angleof arrival:AOA)。
2.如权利要求1所述的电子装置,其中,该处理器还执行:对所述到达角进行过滤,用以删除受多路径干扰(multipath interference)的到达角。
3.如权利要求1所述的电子装置,其中,该处理器将该天线阵列中同一行的所述天线单元分为同一群,以及同时将同一列的所述天线单元分为同一群。
4.如权利要求1所述的电子装置,其中,该无线信号载有该用户装置的状态数据;该处理器还执行:依据该状态数据判断该用户装置为静止或移动的状态。
5.如权利要求4所述的电子装置,其中,该处理器依据用户装置为静止或移动的状态,将每一所述群所包括的所述天线单元的该接收参数进行组合,而生成该接收参数矩阵。
6.一种室内定位的方法,适用于具有天线阵列及处理器的电子装置,该天线阵列包括多个天线单元,该方法包括:
接收用户装置(UE)所发射的无线信号,并且每一所述天线单元接收该无线信号的接收参数;
将所述天线单元分成多个群;
将每一所述群所包括的所述天线单元的该接收参数进行组合,而生成接收参数矩阵;以及
根据该接收参数矩阵,计算从该用户装置至每一所述群天线单元的多个到达角。
7.如权利要求6所述的方法,其中,将所述天线单元分成多个群包括将该天线阵列中同一行的所述天线单元分为同一群,以及同时将同一列的所述天线单元分为同一群。
8.如权利要求6所述的方法,其中,该方法还包括:对所述到达角进行过滤,用以删除受多路径干扰的到达角。
9.如权利要求6所述的方法,其中,该无线信号载有该用户装置的状态数据;该方法还包括:依据该状态数据判断该用户装置为静止或移动的状态。
10.如权利要求9所述的方法,其中,该方法还包括:依据用户装置为静止或移动的状态,将每一所述群所包括的所述天线单元的该接收参数进行组合,而生成该接收参数矩阵。
CN202010581789.XA 2020-06-01 2020-06-23 用于室内定位的电子装置及方法 Pending CN113759312A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109118235 2020-06-01
TW109118235A TWI741628B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 用於室內定位的電子裝置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113759312A true CN113759312A (zh) 2021-12-07

Family

ID=78705692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010581789.XA Pending CN113759312A (zh) 2020-06-01 2020-06-23 用于室内定位的电子装置及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210376891A1 (zh)
CN (1) CN113759312A (zh)
TW (1) TWI741628B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201069880Y (zh) * 2007-06-11 2008-06-04 广达电脑股份有限公司 用以定位无线通信装置的定位系统
US20080191941A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-14 Mobileaccess Networks Ltd. Indoor location determination
US20110074633A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Broadcom Corporation Methods and Systems for Estimating Angle of Arrival
US20160345286A1 (en) * 2014-01-30 2016-11-24 Ucl Business Plc Apparatus and method for calibrating a wireless access point comprising an array of multiple antennas
CN106664265A (zh) * 2014-07-17 2017-05-10 欧利景无线有限公司 无线定位系统
CN109327249A (zh) * 2018-11-13 2019-02-12 钟祥博谦信息科技有限公司 Mimo系统中的到达角估计方法
CN110290491A (zh) * 2019-05-17 2019-09-27 重庆邮电大学 一种基于多径辅助的室内目标定位方法
CN110658492A (zh) * 2019-10-10 2020-01-07 重庆邮电大学 一种室内目标与散射体位置优化的迭代方法
US20200018814A1 (en) * 2019-09-27 2020-01-16 Javier Perez-Ramirez Locating radio transmission source by scene reconstruction

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080191941A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-14 Mobileaccess Networks Ltd. Indoor location determination
CN201069880Y (zh) * 2007-06-11 2008-06-04 广达电脑股份有限公司 用以定位无线通信装置的定位系统
US20110074633A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Broadcom Corporation Methods and Systems for Estimating Angle of Arrival
US20160345286A1 (en) * 2014-01-30 2016-11-24 Ucl Business Plc Apparatus and method for calibrating a wireless access point comprising an array of multiple antennas
CN106664265A (zh) * 2014-07-17 2017-05-10 欧利景无线有限公司 无线定位系统
CN109327249A (zh) * 2018-11-13 2019-02-12 钟祥博谦信息科技有限公司 Mimo系统中的到达角估计方法
CN110290491A (zh) * 2019-05-17 2019-09-27 重庆邮电大学 一种基于多径辅助的室内目标定位方法
US20200018814A1 (en) * 2019-09-27 2020-01-16 Javier Perez-Ramirez Locating radio transmission source by scene reconstruction
CN110658492A (zh) * 2019-10-10 2020-01-07 重庆邮电大学 一种室内目标与散射体位置优化的迭代方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202147696A (zh) 2021-12-16
TWI741628B (zh) 2021-10-01
US20210376891A1 (en) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108696932B (zh) 一种利用csi多径及机器学习的室外指纹定位方法
Azzouzi et al. New measurement results for the localization of uhf rfid transponders using an angle of arrival (aoa) approach
EP2737332B1 (en) Concept for determining an orientation of a mobile device
CN112073895A (zh) 一种基于csi高精度人员定位跟踪方法
US10145933B2 (en) Angle determining system and method
US11419088B2 (en) Radiation source positioning method based on radio spectrum monitoring big data processing
CN110673091B (zh) 基于超宽带的定位方法及装置、系统
CN112887899B (zh) 一种基于单基站软位置信息的定位系统及定位方法
EP2878968A1 (en) Method for estimating speed of user devices in wireless communication networks
CN102928860A (zh) 基于局部定位信息提高gps定位精度的方法
CN106501768B (zh) 一种单站动中定位方法
CN110764048A (zh) 一种目标的寻找方法、装置、存储介质及计算机设备
CN111982121B (zh) 一种混合视距和非视距环境下的高精度定位方法
CN110888108B (zh) 一种基于rfid与相位校准的定位方法
CN112986901B (zh) 基于空间谱测向和tdoa的定位方法、系统、装置
CN110596639A (zh) 车辆跟踪定位方法、信息标记方法、系统及控制终端
CN113759312A (zh) 用于室内定位的电子装置及方法
US20210173038A1 (en) Apparatus, system and method of tracking a radio beacon
CN110692260B (zh) 终端设备定位系统和方法
CN112911511A (zh) 一种基于rfid和载波相位的单站室内定位系统及方法
US11832146B2 (en) Electronic device and method for improving angle of arrival of a signal
CN111562547A (zh) 一种监测元件3d可视化方法及系统
CN113891270B (zh) 用于提升定位的平滑度与精准度的电子装置及方法
Pavlenko et al. Design of an optimized linear sparse antenna array for a 24 GHz radar tachymeter
CN111337875B (zh) 一种空间多站多体制降维定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination