CN1830163A - 信号强度定位系统的自校准 - Google Patents

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Abstract

一种在数据通信系统中基于移动单元发送的信号强度来定位移动单元的系统，对于移动单元发射机功率的变化而校准该系统，所述校准通过采用双向时间定距(time ranging)来确定移动单元离开接入点的距离。时间定距与基于信号强度的距离值进行比较，而移动单元的校正值根据基于时间定距的距离和基于信号强度的距离之间的差值被更新。

Description

信号强度定位系统的自校准
优先权声明
本申请要求于2003年5月23日提交的序列号为60/473096并与转让给本发明同一受让人的临时申请的所有权益。
背景技术
本发明涉及目标定位系统，更具体地涉及具有多个接入点的系统，其中移动单元使用IEEE标准802.11这样的无线数据通信协议与接入点进行通信。本发明特别涉及这样的系统，其中移动单元的位置是通过测量移动单元发送的信号强度而确定的，所述移动单元发送由接入点接收以估计移动单元离开接入点的距离。用于本申请中的术语“接入点”应用于标准802.11或其它标准所预期的接入点，接入点将计算机或有线网络接口到无线介质、也接口到连到无线介质的RF端口和小区控制器，这在提交于2000年3月17日的序列号为09/528697的共同待批申请中描述，其说明书援引在此作为参考。
确定移动单元离开接入点距离的主要变量是移动单元的信号强度。在不同制造商的发射机卡(NIC卡)，甚至在同一制造商的不同产品链中，所发送的信号强度会有明显的变化。而且，发射机信号强度可能会在移动单元生存期及其可再充电池生存期内改变。
系统中移动单元的发射机功率的差别可通过下面方法校准：测量从已知距离接收的信号强度，并提供一由具体移动单元所识别的校准因子。这种校准要求每个移动装置在投入服务时执行特别的校准程序，并且，除非移动单元被重校准，否则无法解决在移动单元或其电池老化时发射功率的变化。
因此本发明的一个目的是提供新的和改进的方法，该方法周期性地测量移动单元的发送功率以更新与信号强度定位系统中的这类单元相关的校正值。
发明内容
本发明提供一种用于校准目标定位系统的方法，其中通过测量由移动单元发送并由分布在一个区域内的接入点所接收的信号的接收信号强度，对发送移动单元进行定位。从至少一个接入点将数据消息发送到移动单元以便校准。响应于数据消息的来自移动单元的响应信号被至少一个接入点接收。基于数据消息发送和响应信号之间的延时，确定来自移动单元离开接入点的第一距离值。通过测量由接入点从由校正值校正的移动单元接收的响应信号的信号强度来确定第二距离值。第一距离值被用于更新校正值。
在一种配置中，通过确定多个发送数据消息和多个接收响应消息的第一距离值和第二距离值来更新校正值。为多个数据消息和多个所接收的的响应信号的每一个确定第一距离值和第二距离值之间的差值。对差值求平均，然后用差值的平均值来更新校正值。同一接入点可发送多个数据消息并接收多个响应信号。或者，通过一个以上的接入点发送多个数据消息，而通过发送相应消息的接入点来接收多个响应消息中的每一个。通过为发送的数据消息和接收的响应消息确定第一距离值和第二距离值、确定第一距离值和第二距离值之间的差值以及用所选择的差值的部分来更新校正值，可更新该校正值。
为了更好地理解本发明以及其它和附加的目的，将结合附图参阅后面的说明。其范围由所附权利要求书指定。
附图说明
图1是一简化的框图，它表示可实现本发明的方法的一种范例性系统。
图2是表示本发明方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
参阅图1的简图，这里示意地表示一种遵循例如IEEE标准802.11这样的协议工作的无线局域网系统10。图1的系统10包括用作服务器并通过有线网络连接至接入点14、18、20的计算机12，其中接入点14、18、20被设置于一个区域内的固定位置，所述区域例如学校、工厂或医院。除了经由使移动单元16相关联的接入点14、18、20而在服务器计算机12和一个或多个移动单元16之间提供的无线通信之外，系统10还提供在区域内定位移动单元的功能。
在系统10中，移动单元的位置通过在多个接入点处接收来自移动单元的信号并测量所接收的信号强度而确定，例如通过标准802.11接收器的RSSI功能。可以首先校准系统以形成将信号强度与区域中的位置相关联的数据库，而来自多个(例如三个或更多)接入点14、18和20的接收信号强度被提供给服务器计算机12，服务器计算机12将信号强度与数据库比较以获得移动单元16在区域中的位置。或者，移动单元16和接入点14、18、20之间的距离R1、R2和R3可由从所接收的信号功率级形成的距离方程式来确定。系统10的校准或距离方程式的使用均假设所有移动单元具有相同的发射功率级。距离方程式假设可通过假设信号强度随距离的平方而变化从而确定移动单元的距离。
由于用于移动单元的发射机的功率级在最初可以是不同的并且随着移动单元或其电池的老化而变化，因此可提供与每个移动单元相关联的校正值，该校正值补偿了从该移动单元的额定发射机功率发生的变化。校正值可根据其所应用到的值作为加、减、乘因子被应用于所接收的信号强度测量或被应用于距离确定。例如，如果校正值被应用于以分贝为单位的信号强度值，则校正值是从信号强度值加上或减去的以分贝为单位的值。
然而在某些应用中，由于可能在系统的最初校准后将移动单元添加到系统中，因此进行测量以确定将要应用于特定移动单元的校正值是不方便的。另外移动单元的发射功率可能随时间改变。
参阅图2，这里示出本发明方法的一个实施例，其中与移动单元相关的校正值取决于移动单元的当前发送特性被连续地或周期地更新。根据本发明的方法，通过使用接入点和移动单元之间信号的往返发送时间来确定移动单元和一个或多个接入点之间的第一距离，通过使用从移动单元到对移动单元应用当前校正值的一个或多个接入点的发送的接收信号强度来确定移动单元和一个或多个接入点之间的第二距离。如果第一距离值和第二距离值相同，则假设对该移动单元的校正值正确。如果第一距离值和第二距离值不同，则在假设发送时间距离值是正确的同时，适用测得的距离值来更新校正值。
校正值的更新取决于对应用校正值的诸值的精确计算。例如，如果校正值是以分贝为单位的信号强度，第一距离值表示10米的距离而第二距离值表示20米的距离，则校正值可能要求调整6分贝，这6分贝对应于二比一的距离差。
根据本发明，可能希望基于超过一次的测量来更新校正值。移动单元离开接入点的距离值的确定可能因为诸如各天线的误定向、干扰设备、墙壁或人或多径等多种物理因素的变化而导致误差。因此希望重复地进行距离测量并用平均值来更新校正值。例如，在该方法的一种配置中，可在间隔一个时间周期的多次重复测量，并将距离的平均值用于更新校正值。在计算平均值过程中，丢弃表示第一和第二距离值之间的过限差的距离确定。在另一种配置中可使用连续校正，其中校正值仅通过每个测量组所需更新的选择的值而更新，由此在一时间周期内，校正值接近所确定的校正值，误差达到平均数。在该方法中，表示诸距离值之间的过限差的测量也可以被忽略。
实现校正值更新的频率取决于特定的系统及其工作要求。一般，重校准不应太频繁，否则会给系统的总业务增加明显的负担。移动单元发射机功率的变化不可能很快或很频繁。而且，由于无需在同一时间更新所有移动单元的校正值，因此该操作可以在时间周期上扩展。因此移动单元可在一循环日程表上更新，例如以一个月为周期。
尽管这里已对那些被认为是本发明的较佳实施例进行了描述，本领域内技术人员可不脱离本发明精神实质地想出其它的改变和修正，要求所有这类改变和修正都被理解为落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种用于校准目标定位系统的方法，其中通过测量由所述移动单元发送的并由分布在一个区域内的接入点接收的信号的接收功率级来跟踪发送移动单元，所述方法包括：
从所述至少一个接入点将数据消息发送到移动单元以便校准；
从所述移动单元接收对应于所述数据消息的响应信号；
基于所述数据消息和所述响应信号之间的延时，确定所述移动单元离开所述至少一个接入点的第一距离值；
通过测量由所述接入点从所述移动单元接收的、由对应于所述移动单元发射功率的校正值所校正的信号的信号强度，来确定所述移动单元离开所述至少一个接入点的第二距离值；
使用所述第一距离值更新所述校正值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正值的所述更新包括：确定多个发送数据消息和多个接收响应消息的第一距离值和第二距离值，为多个数据消息和多个所接收的响应信号中的每一个确定所述第一距离值和所述第二距离值之间的差值，对所述差值求平均然后用所述差值的平均值更新所述校正值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一距离值和所述第二距离值之间的差值的大值被丢弃。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个数据消息由同一接入点发送，所述多个响应信号由同一接入点接收。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过一个以上的接入点发送多个数据消息，而通过发送相应消息的接入点接收多个响应消息中的每一个。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正值的所述更新包括：确定所述发送的数据消息和接收的响应消息的所述第一距离值和所述第二距离值，确定所述第一距离值和所述第二距离值之间的差值，使用所述差值的所选择的部分来更新所述校正值。
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