CN1747605A - 一种提高蜂窝网络定位精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高蜂窝网络定位精度的方法，包括：移动终端在超宽带通信范围内寻找两个定位参考点(DT－A，DT－B)，并且与DT－A以及DT－B构成三角形，从而它们彼此之间以超宽带传输方式直接通信；通过基于超宽带的测距方法测量DT、DT－A以及DT－B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且计算所构成的三角形的外心O；蜂窝网络多次测量DT、DT－A以及DT－B的位置坐标的估计位置，从而得到多组的位置坐标信息；以所得到的外心O为圆心得到任意半径的圆，并且从所述得到的多组位置坐标信息中寻找位于以所述外心O为圆心的圆上的一组位置，或者接近以所述外心O为圆心的圆上的一组位置，从而得到满足要求的位置坐标A0点、B0点和C0点；确定坐标A0点、B0点和C0点所构成的三角形的外心O’点；利用DT、DT－A和DT－B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且利用外心O’，得到移动终端DT的实际位置。

Description

一种提高蜂窝网络定位精度的方法
技术领域
本发明涉及蜂窝网络定位技术、超宽带(UWB)定位技术。
背景技术
现有的蜂窝定位技术主要有以下几种：小区标识(CELL ID)、信道强度测量、到达角度(AOA)测量、上行到达时间差测量、下行观察时间差测量(如E-OTD、OTDOA等)、混合测量(如OTDOA+AOA，AOA+RTT)、数据库相关、基于模式识别的定位技术。
多数情况下定位技术的精确度主要取决于信号带宽、传播信道模型和可用的测量数据数量。现有的基于GSM蜂窝网络定位测量数据显示在市区上述各种定位技术的精确度约在100～300米范围内。基于手机的卫星导航系统(GPS)定位系统是目前流行应用的定位方法，它的定位精确度约为100米。不断提高定位精确度一直是定位技术研究的目标，高的定位精确度能够促进定位业务的发展。
UWB技术是一种基于离散的极窄脉冲信号传播的无线通信技术，它在定位应用上具有显著优势。理论上，基于UWB技术的定位算法精确度可达到约5厘米。当前，基于UWB技术的无线USB标准化工作发展迅速，而今天USB标准的大规模应用也预示着未来支持UWB接口的通讯设备会十分广泛。当MT支持UWB传输方式时，由于UWB技术自身的特点多个MT之间可很容易地实现直接通信(不通过基站)。而事实上，支持自组织(ad hoc)方式的蜂窝网络也是第四带移动通信系统研究的目标之一。本发明是在多个MT可以UWB传输方式直接通信的情况下提出的。相对于蜂窝定位，基于UWB技术的定位误差可以忽略，本发明正是利用DT与两个以上的参考终端之间的基于UWB定位的相对距离提高DT蜂窝定位的精确度。
发明内容
本发明提出一种提高蜂窝网络定位精度的方法，从而提高蜂窝网络中的移动站的定位精度。
根据本发明，提供了一种提高蜂窝网络定位精度的方法，包括步骤：
(1)在所述蜂窝网络将要确定移动终端DT的位置时，所述移动终端在超宽带通信范围内寻找两个定位参考点(DT-A，DT-B)，并且与定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B构成三角形，从而它们彼此之间以超宽带传输方式直接通信；
(2)通过基于超宽带的测距方法测量移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且计算所构成的三角形的外心O；
(3)所述蜂窝网络多次测量所述移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B的位置坐标的估计位置A’，B’和C’，从而得到多组的位置坐标信息；
(4)以步骤(2)所得到的外心O为圆心得到任意半径的圆，并且从所述得到的多组位置坐标信息中寻找位于以所述外心O为圆心的圆上的一组位置A’，B’和C’，或者接近以所述外心O为圆心的圆上的一组位置A’，B’和C’，从而得到满足要求的位置坐标AO点、BO点和CO点；
(5)确定坐标AO点、BO点和CO点所构成的三角形的外心O’点；
(6)利用步骤(2)中得到的移动终端DT、定位参考点DT-A和定位参考点DT-B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且利用外心O’，得到移动终端DT的实际位置。
在本发明的一个优选实施例中，在步骤(3)中测量三组位置坐标信息。
根据本发明，当蜂窝网络要确定DT的位置(即A点)时，DT首先在UWB通信范围内寻找两个MT(MT_A和MT_B)作为定位参考点，MT_B和MT_C分别位于B点和C点。DT、MT_B和MT_C彼此能够以UWB传输方式不通过基站(或NodeB或接入点(AP))而直接通信。首先，通过基于UWB的测距方法测量DT、MT_B和MT_C彼此之间的距离(即AB、AC和BC)，该过程等效于确定了一个三角形ABC，然后计算三角形ABC的外心(O点)。然后，蜂窝系统利用现有的蜂窝网络定位技术分别估计A点、B点和C点的位置坐标，估计的位置分别表示为A’，B’和C’。多次测量后存储三组估计的位置信息。随后，以O点为圆心可得到任意半径的圆，在三组测量信息中寻找位于以O点为圆心的任意圆上的三点，或十分接近以O点为圆心的任意圆的三点，所找到的满足要求的三点表示为AO点，BO点和CO点。确定AO点，BO点和CO点后，求三角形AO BO CO的外心O’点。最后，利用三角形ABC的边和角及O’点的坐标信息确定DT的实际位置。
移动终端DT在超宽带通信范围内也可以寻找大于两个的定位参考点。当定位参考点大于两个时，DT与所有定位参考点中的任意两个形成三角形，每次定位步骤均如(1)～(6)所述。所能构成的三角形数决定着DT的测量次数。最后，对多次测量的DT位置坐标求平均。
附图说明：
下面参照附图并结合实例来描述本发明的提高蜂窝网络定位精度的方法。
图1示出了根据本发明的提高蜂窝网络定位精度方法的原理图；
图2示出了根据本发明的位置误差与测量次数之间的关系曲线。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的提高蜂窝网络定位精度方法的原理图。参看图1，X-Y坐标系上在基站T1的小区范围存在A点、B点和C点三点，它们分别表示移动终端DT、MT_B、MT_C的真实位置。蜂窝网络需要测量DT的位置，而MT_B和MT_C是辅佐测量的，因此A为目标点，B和C为参考点。
DT、MT_B、MT_C均支持UWB无线传输方式，它们可构成一个简单的独立的自组织网络，网络协议设计支持定位功能。采用UWB定位算法分别测得DT和MT_B之间的距离AB、DT和MT_C之间的距离AC、MT_B和MT_C之间的距离BC。确定边长AB、AC和BC即确定了三角形ABC，随后确定三角形ABC的外心O点。网络记录三角形ABC边与角以及外心O点的信息。
蜂窝网络可采用传统的几何定位算法(如OTDOA算法)分别测量DT、MT_B和MT_C的位置，即利用基站T1、T2和T3的位置坐标测量估计A、B和C点的坐标。经过多次测量得到三组DT、MT_B和MT_C的位置估计信息A’、B’和C’，网络存储这些信息。
网络在三组测量信息(A’、B’和C’)中寻找位于以O点为圆心的任意圆上的三点，或十分接近以O点为圆心的任意圆的三点，所找到的三点命名为AO点，BO点和CO点。寻找AO，BO和CO三点的具体方法是由三组测量信息中任意选三点构成一个三角形，在多个构建的三角形中寻找与三角形ABC相似或“拟相似”的三角形，构成相似或拟相似三角形的三点就是要获得的AO点，BO点和CO点。拟相似指不完全相似，但在一定的三角形角度误差范围内满足相似定义的三角形。
确定AO点，BO点和CO点后，求三角形AO BO CO的外心O’点。最后，利用三角形ABC的边和角及O’点坐标信息确定DT的位置。
上面描述了所发明提高蜂窝网络定位精度方法一个实例，下面是实例在一定条件下的仿真结果。图2示出了根据本发明的位置误差与测量次数之间的关系曲线。从图2可以看出，当蜂窝定位误差精度为100米或50米(即图2中的△d)时，采用本发明提出的方法后，定位精确度大大提高，如图2所示。当进行5次测量时，前者定位误差从100米减小到10米左右，后者定位误差从50米减小到5米左右，而随着测量次数增加，位置误差逐渐减小。当测量目标点和参考点之间距离时所采用的UWB信号带宽越宽(500MHz～7.5G)，采用本发明所测量的位置误差越小，也即是改善蜂窝定位误差的程度越大。

Claims (4)

1、一种提高蜂窝网络定位精度的方法，包括步骤：
(1)在所述蜂窝网络将要确定移动终端DT的位置时，所述移动终端在超宽带通信范围内寻找两个定位参考点(DT-A，DT-B)，并且与定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B构成三角形，从而它们彼此之间以超宽带传输方式直接通信；
(2)通过基于超宽带的测距方法测量移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且计算所构成的三角形的外心O；
(3)所述蜂窝网络多次测量所述移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B的位置坐标的估计位置A’，B’和C’，从而得到多组的位置坐标信息；
(4)以步骤(2)所得到的外心O为圆心得到任意半径的圆，并且从所述得到的多组位置坐标信息中寻找位于以所述外心O为圆心的圆上的一组位置A’，B’和C’，或者接近以所述外心O为圆心的圆上的一组位置A’，B’和C’，从而得到满足要求的位置坐标A0点、B0点和C0点；
(5)确定坐标A0点、B0点和C0点所构成的三角形的外心O’点；
(6)利用步骤(2)中得到的移动终端DT、定位参考点DT-A和定位参考点DT-B之间的距离以及所构成的三角形的各个角的角度，并且利用外心O’，得到移动终端DT的实际位置。
2、根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(3)中测量三组位置坐标信息。
3、根据权利要求1所述的方法，其中移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B利用超宽带传输方式构成一个独立的自组织网络，并且利用超宽带定位算法精确地测量它们之间的距离。
4、根据权利要求1所述的方法，其中所述蜂窝网络利用几何定位算法分别测量移动终端DT、定位参考点DT-A以及定位参考点DT-B的位置坐标。
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