TW201329486A - 定位方法 - Google Patents

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Abstract

在此揭露了一種估計用戶設備(902)的方位之方法，該方法包括：從具有已知位置的多個電磁信號源(W)接收信號數據；將該多個電磁信號源(W)分為多個信號源群組(G1、G2、G3、G4、G5)；對所接收的信號數據進行處理以產生表示至少一個群組位置(910、912、914、916、918)的方位的群組方位數據，每個群組位置的特徵係對應信號源群組的位置；並且對該群組方位數據進行處理以產生方位數據，該方位數據代表該用戶設備(902)的方位的估計；並且輸出該方位數據。

Description

定位方法
本發明涉及一種估計用戶設備的方位的方法。一些實施方式還涉及估計電磁信號源的方位。
居民區中存在大量的電磁信號源，例如Wi-Fi網路的無線接入點(WAP)、行動電話塔、藍牙(RTM)塔等。基於無線技術的定位系統並且尤其是Wi-Fi定位系統可以根據從這種信號源接收的信號的屬性(例如信號強度)來提供用戶方位的估計並且提供通常存儲在數據庫中的進一步訊息，該訊息為每個信號源提供位置。
這種電磁信號源並且尤其是WAP通常是分佈不均勻的。WAP在特定建築物上和/或在特定樓層上常常是群集的，實際上這降低了系統的精度。
圖1A和1B展示了這種問題的一方面。在圖1A中，用戶設備102可以檢測來自一建築物中一個單一WAP 104以及另一個建築物中WAP 106、108、110集群的信號。例如，建築物牆壁114中的一可以相對較薄和/或對於Wi-Fi信號而言是可以穿透的，而另一牆壁116可以相對較厚和/或是不可穿透的。來自WAP 104、106、108、110的Wi-Fi信號的衰減可以計算出來並用於估計用戶終端和該等WAP之間的距離，該距離接著可用於估計用戶終端102的方位。圖1B從方位估計軟體的角度展示了WAP可以呈現怎樣的幾何形狀。在這種情況中，例如由於在用戶終端102附近WAP 106、108、110的信號的局部高衰減，長度L2與長度L1相比似乎更長。可以使用各種技術來基於用戶終端102附近環境的假設和/或先驗知識來改善方位估計，並且可以在一定程度上抵消信號傳播影響，但在這種情況中WAP 106、108、110的群集可能使得方位估計對系統誤差(例如牆壁等的局部較厚的增加)更為敏感，或者在其他方面由於用戶終端102周圍的信號源的高度非均勻分佈可能使方位估計出現偏差。
進一步出現的問題係定位系統數據庫中的數據精度可能在很大程度上發生變化，並且需要進行存儲以便為所有可檢測的WAP和其他信號源恰當地提供校準後的定位數據的數據量可能在頻寬、存儲容量以及處理能力(需要用於產生方位估計)方面帶來沉重的負擔，本發明力求解決習知技術中的該等以及其他問題。
本發明的第一方面提供了一種估計用戶設備的方位的方法，該方法包括：從具有已知位置(可選擇地本文稱為“參考點”)的多個電磁信號源接收信號來源數據；將該多個電磁信號源分為多個信號源群組；對所接收的信號來源數據進行處理以產生代表至少一個群組位置(可選擇地本文稱為“領導點”)的方位的群組方位數據，每個群組位置的特徵係對應信號源群組的位置；並且對該群組方位數據進行處理以產生方位數據，該方位數據代表該用戶設備的方位的估計；並且輸出該方位數據。例如，該電磁信號源 可以包括Wi-Fi無線接入點(WAP)、藍牙發射器、光(例如紅外線)通信設備以及各類的電磁/無線塔。在一些實施方式中，電磁信號源或者是無線LAN網路接入點(例如WAP)或者是無線塔，或者同時是這兩者。
藉由將該多個電磁信號源分為多個群組並接著對群組位置數據進行處理以產生方位估計，可以提供一種較少計算量的密集定位方法。不論如何，在每個群組中可以只存在一個信號源，但較佳的是在至少大部分群組中存在多於一個的信號源。對該群組方位數據進行處理以產生方位數據典型地(但不是必須地)包括對該群組方位數據和該信號來源數據進行處理。該群組方位數據不限於代表群組位置的數據，而是還可以例如包括代表信號源的信號特徵、平均信號強度和方差、與群組中信號源的類型數量相關的數據等這類數據。術語“信號來源數據”基本上可以包含與信號源有關的任意類型的數據；信號來源數據典型地包括與接收自電磁信號源的信號的強度相關的數據，並且可以包括接收自電磁信號源本身的數據，例如信號源的識別字。信號來源數據進一步可以包括非方位相關的數據(例如帶有或不帶有信號強度數據)或由其組成，例如檢測到的信號源的標識。
在一實例中，該群組方位數據代表對應于該多個群組的多個群組位置的方位。也就是說，該等群組的每一個具有在該群組方位數據中編碼的相應群組位置。
該方法可以進一步包括選擇所述至少一個群組位置(在 對所接收的信號來源數據進行處理之前)或產生所述至少一個群組位置(同樣，在對所接收的信號來源數據進行處理之前)，其中對所接收的信號來源數據進行處理包括根據所述選擇/產生的至少一個群組位置來產生群組方位數據。在一更特別的情況中，該方法包括選擇(或產生)多個群組位置，並且對所接收的信號來源數據進行處理以產生代表至少一個所述群組位置的方位的群組方位數據。
有利地，可以將該多個電磁信號源分為多個群組，以便該多個群組位置的分佈總體上比該多個電磁信號源的分佈更為均勻。這可以減少例如在一大體方向上信號源的群集而產生的系統誤差，並且通常可以提供更加無偏的方位估計。
至少一個群組位置可以基本上等同於各個群組中的一電磁信號源的位置。在這種情況中，只有所述信號源的位置需要確定，以便減少需要存取和/或存儲的信息量。如果群組中的一信號源係質量特別高的和/或可靠的信號源(例如，在信號強度、傳播的均勻度、有效性等方面)，或者如果所有信號源都係相似的並且從定位的角度上看基本上是可交換的，以上的做法係有利的。
可替代地或另外，至少一個群組位置可以從各個群組中的多個電磁信號源的位置推導而得。這可以認為是“虛擬群組位置”。群組位置可以例如從群組中對一些或所有信號源的均值或中值來推導。這可能需要較多的計算能力，但因此可以減少某些類型的估計誤差。
該方法可以進一步包括藉由訪問存儲的群組數據(例如，位於一本地的或遠程的數據庫中)來選擇所述至少一個群組位置，並從該存儲的群組數據選擇所述至少一個群組位置。因此，可以預先確定群組，並且可以例如響應於上報大概位置的用戶終端來指示該用戶終端只檢測與該等預先確定的群組位置相關的信號源。在多種變化形式(方位估計在遠離該用戶終端的位置上執行)中這可以降低網路頻寬，因為測量並傳遞的是與較少信號源相關的數據。
如以上所建議，該方法進一步包括向一伺服器傳輸與該用戶設備的位置相關聯的數據，並從該伺服器接收一或多個群組位置的一選擇，或者使用一本地數據庫。與該用戶設備的位置相關聯的數據例如可以是以下內容中的至少一項：該用戶設備的一確定的大概位置、涉及該本地環境的一用戶輸入(例如裝置位置的用戶評估)、所接收的信號數據的至少一部分、以及從所接收的信號數據推導的數據。
在一替代實施方式中，該方法可以進一步包括根據所接收的信號數據產生所述至少一個群組位置(即，動態地確定群組位置，而不是例如從數據庫檢索預先確定的群組位置數據)。
在這種實施方式中，產生所述至少一個群組位置較佳的是包括選擇一基準點(可以認為該基準點係一“試驗點”)，根據該基準點，將該多個信號源分為多個群組。
例如，可以藉由穿過該基準點的至少一條分界線將該多 個信號源分為多個群組。該等線可以是垂直的並且可以例如平行於維度線和精度線。
在又一實例中，可以藉由從該基準點徑向延伸的多條分界線將該多個信號源分為多個群組。這可以構成多個徑向磁區，該等磁區例如可以均勻間隔，從而增加了估計的均勻度。
針對基準點，該方法可以進一步包括根據用戶輸入(例如在地圖上選擇一方位)來選擇該基準點。可替代地或另外，該方法可以進一步包括從該用戶設備附近的另一個設備(例如，另一用戶設備或任何其他無線通訊的消費者或其他電子設備，例如包括行動電話、無線支援的膝上筆記本、桌上電腦、藍牙(RTM)塔等)接收另一信號數據，根據該另一信號數據確定該另一設備的方位，並且根據該另一設備的已確定方位來選擇該基準點。該另一信號數據可以明確地描述該另一設備的方位，並且可以例如是根據前述的估計方法在該又一裝置上估計的位置。因此設備的網路可以減少例如需要估計所有該等裝置的方位的總體計算負載和/或網路負載。例如利用與該另一信號數據的載波信號相關的信強度範圍查找法和/或三角測量法，或者直接對包含在該另一信號數據(與在該又一裝置上接收的信號相關)中的數據進行計算等，該另一信號數據可以在其他方面允許直接計算該另一設備的方位。
至少一個信號源群組可以具有與其相關聯的多個群組位置。可以存在一正常使用的較佳的群組位置，並且可以存 在多個不是正常使用的“備份”群組位置，或者多個群組位置可以被同等地對待並且同時用在方位估計計算中。
該方法可以進一步包括接收信號源方位數據，該數據代表該多個電磁信號源各自的方位。該數據可以從例如數據庫接收。藉由評估單獨的信號源的方位以及群組方位，可以進一步提高精度。例如，該方法可以進一步包括評估該多個電磁信號源的每一個的方位的有效性，並忽略被認為無效的任意信號源。例如，該方法可以捨棄過遠的點，因為存在Wi-Fi信號傳播多遠的實際限制。
對群組方位數據進行處理以產生方位數據較佳的是進一步包括產生方位精度數據，該方位精度數據代表該用戶設備的方位估計的精度估計。例如，這可以採取“質量指標”(QI)的形式。進而，對所接收的信號數據進行處理以產生群組方位數據可以進一步包括產生群組方位精度數據，該群組方位精度數據代表該群組方位數據的精度估計，並且其中該方位精度數據根據該群組方位精度數據而產生。
將認識到的是，為了幫助提供上述方法，給出了一種與前述定位方法一起用於產生數據的校準方法，並且可以進一步提供等效的用戶設備、裝置和系統。具體而言，可以提供一種對應於前述方法的逆過程的方法以產生WAP和其他信號來源數據。
因此，在本發明的另一方面中，提供了一種估計電磁信號源的方位的方法，該方法包括：從多個參考位置上的電磁信號源接收信號數據；將該多個參考位置分為多個參考 位置群組；對所接收的信號數據進行處理以產生群組方位數據，該群組方位數據代表至少一個群組位置的方位，每個群組位置的特徵係各個參考位置群組的位置；並且對該群組方位數據進行處理以產生方位數據，該方位數據代表該電磁信號源的方位的估計；並且輸出該方位數據(例如，輸出到一存放裝置)。術語“參考位置”基本上可以包含已知的或例如利用前述方法或利用其他方法(例如GPS定位)估計的任意位置。從該電磁信號源接收信號數據的步驟可以例如利用如前述或其他裝置這樣的用戶設備來執行，如車載的“war-driving(戰爭駕駛)”裝置或用戶安裝的“war-walking(戰爭漫步)”設備等。
將認識到的是，例如就群組的幾何形狀和處理而言，這方面基本上對應於第一方面的方法，但以電磁信號源(它的方位需要估計)取代用戶設備，並且以多個參考位置取代該多個電磁信號源。由於這種對應，與第一方面相關的特徵在適當時可以應用於這方面，反之亦然。
為了幫助確定參考位置的方位，該方法可以進一步包括接收用戶輸入數據，該數據代表用戶設備的估計方位。
在本發明的又一方面中提供了一用戶設備(例如，具有或不具有外部通信能力的行動電話或其他掌上型設備)，該設備包括一處理器、一電磁信號接收器以及包括電腦程式代碼的一記憶體，當結合該電磁信號接收器由處理器執行時，該電腦程式代碼使得該用戶設備執行一前述方法。
該記憶體可以進一步包括數據庫，該數據庫包含該多個 電磁信號源的已知方位。如所提及，該數據庫相反可以遠離該用戶設備。
將認識到的是可以提供另外一些方面，它們包括一系統，該系統適當地包括如前述所述的用戶設備和另一設備以便在遠程位置上執行前所述方法的多個部分。
該方法可以進一步包括測量新信號源的特徵並將代表所述特徵的數據添加到一已有數據庫中。
儘管根據附圖的上述本發明實施方式包括由電腦裝置執行的方法以及電腦裝置，本發明還擴展至程式指令，特別是在載體上或載體中的程式指令，該等指令被適配為執行本發明的過程或使得電腦作為本發明的電腦裝置來運行。程式可以是原始程式碼、目的碼、中間原始程式碼的形式(比如部分編譯形式)、或適合用於根據本發明過程的實現的任何其他形式。載體可以是任何能承載該程式指令的實體或設備。
例如，載體可包括存儲媒質(比如，ROM，例如CD ROM或半導體ROM)或磁記錄媒質(例如軟碟、硬碟或快閃記憶體、光記憶體等)。此外，該載體可以是可傳輸載體，比如電信號或光信號，該等信號可通過電線或光纖或通過無線電或其他方式傳遞。當套裝程式含在可直接藉由電纜傳遞的信號內時，該載體可由此類電纜或其他設備或裝置組成。
儘管上面分別描述了本發明的不同方面和實施方式，但本發明的任何方面和特徵可與任何其他合適的方面、實施 方式或特徵一起使用。例如，裝置特徵可與方法特徵適當互換。
圖2係一利用Wi-Fi無線接入點(WAP)信號源來定位用戶設備的系統的概圖。用戶設備202由用戶(未示出)操作並包含一Wi-Fi適配器(也未示出)。多個無線接入點(WAP)204、206、208、210、212在兩個建築物214、216內緊鄰用戶。由於信號衰減、發射功率限制及其他因素，用戶設備202中的Wi-Fi適配器只能檢測到WAP 204、206、210、212。用戶設備202檢測不到WAP 208。還可以存在GSM(行動電話)桅杆218和其他信號源，例如藍牙(RTM)塔，並且還可以對該等以及其他電磁信號源的屬性進行測量並將其用在位置查找系統中。
如稍後將要更詳細解釋的那樣，定位系統將檢測到的WAP(或其他信號源)分為多個群組，將一“領導點”分配給每個群組，並利用與該領導點相關的測量方法來產生方位估計。將認識到的是，下文所提及的原理廣泛地用於獨立的WAP和以上提及的領導點。
用戶設備202可測量信號的某些特徵，或者關於信號質量(比如信號強度、入射角等)或關於由信號承載的數據(比如MAC位址或與發射WAP相關聯的其他識別字)。
很多距離測量演算法允許使用Wi-Fi或其他類似系統進行定位。例如，該等演算法包括到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達角(AOA)、接收信號強度 (RSS)等。根據軟體、移動設備和WAP的技術能力，通常採用基於RSS的距離測量演算法，但視情況而定還可以使用其他演算法。
在RSS演算法中，接收器(用戶)上的Wi-Fi信號強度(功率)可藉由與來自無線源(WAP)的信號的發射強度相比較來測量，並藉由以下空白處的數學方程給出：
其中Pr係接收功率，Pt係發射功率，Gr和Gt分別是接收器和發射器天線增益，λ係信號波長，而d係信號源與接收器之間的距離。該方程還可根據傳播增益(PG)來描述：
以分貝表示的形式為：
由於信號傳播的不確定性，空白處模型(方程)如果不做修改，就無法簡單地用於真實世界環境。Wi-Fi信號傳播受許多因素影響，比如信號衰減和來自表面的反射(多徑效應)、建築物類型、移動目標和人群、傳輸頻率、天線高度和極化等。然而，不同的模型試圖類比不同的環境和信號傳播行為，藉由它們來確定接收器與信號源之間的距離。例如，對於不同的室內環境，存在許多模型可用于預測信號行為。室內模型之一可由下式描述：
其中，X、n和d0係隨不同室內環境而變化並可由經驗來確定的參數。例如，對於典型地硬分區辦公室環境，X、n和d0的值分別是7.0、3.0和100。
用戶輸入可以用於選擇環境類型，然後使用記憶體中存儲的上述參數的特定值(例如，由用戶或其他操作員之前輸入的)。可替代地，如果用戶輸入不可用，則可從軟體配置中選擇預設值。
例如，還有許多模型適用於室外環境。一稱為斯坦福大學過渡(SUI)模型的模型可由下式進行描述：
PL描述為路徑損失，而其他參數可與室內模型類似處理，即(例如)或藉由用戶輸入或來自軟體配置。
一旦利用該等可用模型中任意一個確定了所有距離，它們就可以用於產生用戶設備的方位估計。根據所進行的多次測量，不同方法可用於構成這種估計。參照圖3，以下描述一種方法-三角測量方法。
圖3係利用三角測量法進行方位估計的示意圖。所示的第一302、第二304以及第三306信號源各自具有一已知位置，藉由例如帶有GPS使能裝置或類似裝置的“war walking”已經預先記錄了該位置。距離d1、d2和d3已經利用前述一種適合的方法進行了估計，並且一適當的演算法選擇這三個長度的最可能的交叉區域308以及由此估計的用戶位置。由於前續步驟中的估計誤差，可能的用戶位置 308具有一定程度的不確定性。合適的演算法可用於選擇最適當的估計。
圖4係與圖2的系統一起使用的一用戶設備的示意圖。用戶設備400包括處理器402、Wi-Fi介面404、用戶介面(例如鍵盤和/或觸控式螢幕)、數據存儲器408(包括程式存儲器)、網路介面410(例如與行動電話網路一起使用的無線電裝置)、以及顯示器412。例如根據設備類型，可以省略該設備的網路介面410或其他元件。當然，可以提供未示出的另一些特徵，包括另一些裝置和/介面。
圖5展示了一對用戶設備進行定位的系統的概圖，該系統可以與圖2的系統一起操作。
在圖5中，示出了用戶設備500(例如，像上述用戶設備或任何其他設備)、電信網路502(例如，行動電話網路)、位置伺服器504以及WAP位置數據庫506(它可與位置伺服器504集成)。
在使用中，用戶使用戶設備500向電信網路502(例如，利用行動電話上的服務)發送一條位置請求550。請求550通常包括在用戶設備500上接收的數據，例如從附近的WAP檢測的信號的屬性。例如，因此請求550可以包括例如附近WAP的信號強度的詳細情況和MAC位址(和/或蜂窩塔信號等)。
請求552(通常與初始請求550相同)從網路502傳遞至位置伺服器504。然後，位置伺服器504處理該請求552，同時利用WAP查找請求554查詢位置數據庫506以指定與位 置請求552相關的WAP數據。接著，數據庫506向伺服器504返回請求數據556。伺服器結合接收到的請求數據552完成對數據556的處理以產生一位置估計，並以位置數據558的形式將該位置估計發送回用戶設備500。網路將位置數據560(通常與數據558相同)轉發到用戶設備500。然後，用戶設備可以處理位置數據560以恢復(並且例如顯示)該位置估計。
在另一實施方式中，圖5所示系統的元件中的一些或全部設置在用戶設備本身上。因此例如網路502及其任意使用不是必須的。
如以上所提及，定位系統將所檢測的信號源分為多個群組。這係為了簡化處理的多個方面，並產生測量點的更均勻的分佈(相對於測量所有單獨的WAP的位置，該等測量點常常設置在密集集群中)。可以使用任意數量的不同方法將WAP(或其他信號源)分為不同的群組，並且如果該等方法總體上實現相同的目的(被測點的更均勻分佈)，它們通常是有效的。在一些情況中，同時使用很多不同的方法是適合的。現在將描述兩種利用“試驗點”的方法，試驗點實際上是位於群組的不同排列的中心處的基準點。
圖6係將多個信號源分成不同群組的第一方法的示意圖，該方法與圖2的系統一起使用。
在圖6中，交叉影線示意性地展示了不同建築物，並且以字母“W”表示多個WAP。圖中示出了試驗點P 600並指示了用戶設備UD 602的實際位置。在這種方法中，水平和 垂直分界線(虛線)在試驗點600交叉並且將該圖分為四個象限，從而構成了四個不同的群組G1、G2、G3、G4。由於一般是利用笛卡爾座標進行處理的，因此該方法具有更為簡單易用的優點並且具有確定一具體WAP屬於哪個群組的處理速度。
將認識到的是，試驗點600與用戶設備602的位置不一致(不是必須的)。試驗點600本質上是一虛擬點，該點的選擇係為了確保WAP較為均勻分佈在該點周圍。為方便起見，可以將其選擇為(例如)所有檢測到的WAP的座標的均值或中值。
圖7係將多個信號源分成不同群組的第二方法的示意圖，該方法與圖2的系統一起使用。
在這種方法中，如前述那樣選擇試驗點P 700，並且為了完整性示出了用戶設備UD 702的位置。建築物和WAP如前述那樣給出。這次，很多線從試驗點700徑向地向外投射，從而定義構成群組G1、G2、G3、G4、G5的多個磁區(在這種情況中，是5個)。例如，可以選擇徑向分界線所圍成的角度來最大化不同群組中WAP的分佈的均勻性。
圖8係一消除無效信號源的方法的示意圖，該方法與圖2的系統一起使用。這可以進一步改善方位估計。圖中再次示出了試驗點P 800和用戶設備UD 802以及各種WAP W。實際上存在一與無線接收器(位於用戶設備802中)有關的最大半徑R，在該半徑範圍內可以可靠地接收Wi-Fi信號。例如，Wi-Fi信號的最大實際傳播距離係300 m。WAP 設備804、806可能位於這個距離之外，並且在理想情況下應該不會有助於方位估計，因為它們似乎是異常的(無效的)讀取物件。因此，作為定位處理的一部分，對多個WAP位置的每一個進行評估，以查看它是否位於所希望的半徑(或其他度量標準)之外，如果是就捨棄。
圖9係為圖7所示的群組選擇領導點的示意圖。
如前所提及，在先前步驟中所選的每個群組具有與其相關聯的一領導點。這種領導點可以是群組的多個WAP中選出的一WAP(例如，具有最強信號、最大有效性、或最小干擾等的WAP)或從群組的多個WAP(一些或全部)的位置中推導出的“虛擬領導點”。圖中如前述那樣示出了試驗點900和用戶設備902。另外，示出了對應於群組G1、G2、G3、G4、G5的不同領導點910、912、914、916、918。領導點912、914、918係“簡單”類型，並且只是相關群組內單一的、“較佳的”WAP的位置。然而，領導點910、916係“虛擬”類型，並且根據各個群組中的各種WAP來定義。很多方法可以用於推導虛擬領導點，但通常從各個群組中的一些或所有WAP的平均或中值座標來推導它們。
為一特定群組分配一“真實的”領導點還是“虛擬的”領導點的選擇可以根據具體環境來確定。例如，如果在群組中存在明顯具有良好信號屬性的WAP，使用它作為領導點係有意義的。在另一實例中，存在相似WAP的密集集群，該等WAP的傳播效果差異較大。在這種情況中，更有 理由使用從單獨的WAP的所測座標的均值推導的或利用一演算法(例如加權質心算法，參見下文)推導的虛擬領導點。
在多種變化形式中，可以為每個群組分配多於一個的領導點。在一配置中，這提供了附加點以用於方位估計的計算。在另一配置中，只有在較佳的領導點不可用時，提供額外的領導點作為備份。
圖10係將加權質心算法應用到圖2系統中的信號源的十分簡單的圖例。這種演算法可用于推導虛擬領導點，如以下所描述。三個圓圈1000、1002、1004對應於具有特定RSSI的3個WAP，RSSI規定了相關圓圈的大小。圖中示出了由這種演算法推導的加權平均1006。
定位系統的另一特徵係提供方位估計的精度的指標(質量指標，QI)。如以上所提及，估計的質量中重要因素係用戶設備周圍的WAP分佈的均勻性。首先為每一領導點計算質量指標(QI)，然後將該等結果結合起來以提供與最終方位估計相關聯的整體QI。
在數據庫中為每個群組或磁區存儲虛擬的計算參考點以備後用時，QI參數的重要性就變得非常明顯。當已經計算了每個虛擬參考點以描述磁區或群組中所有參考點的特徵時，我們應當能夠在以後使用該計算結果之前辨別它的質量。圖11係計算群組中一領導點1100的質量指標的示意圖，該質量指標可用在圖2的系統中。
質量指標(QI)的計算過程係幾項參數的組合，該等參 數描述了目標群組中的信號特徵和分佈。為了估計QI值，我們已經包括了以下參數：
N：群組或磁區中有效參考點的數量。
R：R：群組中所有參考點的中值RSSI。
C：在群組領導周圍的參考點的覆蓋範圍。
V：在領導點周圍的每個磁區的方差RSSI。
儘管在計算QI值時存在上述參數的不同的可能組合形式，但以下實例係目前較佳的公式：
其中Vi係磁區(i)的方差RSSI。
定位處理還可以包括為每個領導點相關聯的QI創建一條數據庫記錄。這條記錄將上述參數保留在數據庫中以說明今後在相關群組中的讀取(參考點)
圖12的流程圖展示圖2系統的操作。
處理過程開始於步驟S1200。在步驟S1202，用戶設備對附近的電磁信號源進行掃描，以記錄例如它們的唯一識別碼和接收信號強度(RSS)。根據是否使用動態分組(步驟S1204)，如果是的話，選擇試驗點(步驟S1206)並且將信號源動態地分為不同群組(步驟S1208)，或者如果不是的話，從數據庫檢索靜態分組數據(步驟S1210)。在步驟S1212，為每個群組選擇一領導點。在必要時，針對虛擬領導點的位置進行計算(步驟S1214)，接著對所有的領導點位置(步驟S1216)進行處理以產生用戶設備的方位的 最終估計。然後結束處理過程(步驟S1218)。
以上描述的處理允許參考已知的信號源對用戶設備進行定位，但將要認識到的是，可以使用適當修改的相同處理來估計靜態信號源的位置。定位這種信號源係能夠對任意區域發起方位請求的必要處理。這種處理稱為校準處理。校準通常開始於搜集多個不同參考位置上的傳輸信號測量內容。然後為了定位信號源，對搜集的測量內容(包括信號特徵和位置訊息數據)進行處理。
多個已知位置上的信號測量可以被認為是具有已知方位的參考點。根據幾何位置，利用對上述那些參考點的等效處理，將參考點分為多個群組。在一實例中，可以利用GPS和Wi-Fi使能的行動電話藉由在周圍走動來“映射”一Wi-Fi發射器。在校準過程中，行動電話以預先定義的速率收集Wi-Fi信號，從而創建參考點。每個參考點包含從具有接收自該特定發射器的Wi-Fi信號特徵數據的GPS模組接收的緯度/經度方位。後續的處理包括：
．計算試驗點。
．根據維度/經度值將測量的點分為四個群組。
．確認每個群組中的參考點。
．為每個群組選擇領導點和替代點
．計算發射器方位。
這種定位信號發射器的方法和估計用戶設備的方位的方法之間的主要差異係需要存儲一些數據。由於發射器的位置用作定位移動設備的參考點，存儲與該等發射器有關的 任意可用訊息係較佳的。發射器的位置訊息和唯一ID對於一般的定位系統而言通常是足夠的。儘管基於指紋識別的一些系統存儲大量的校準數據，但現代的室內定位理論旨在最小化校準工作和數據。這樣做的目的係使室內定位系統以合理的工作和資源在全球發揮作用。
當頻繁地接收新的校準數據時，為一地理位置存儲所有可利用的校準數據有利於過濾發射器方位。但它也將會消耗更多的存儲空間、數據處理時間以及數據傳輸功率。因此，劃分方法提供了為每個群組僅存儲虛擬領導參考點的能力。每個領導點被認為是一群組代表，並且就將來的更新而言足以允許執行過濾。
顯著地，本文所述的無線標準係Wi-Fi，且定位系統係基於Wi-Fi的系統，但本方法可同樣用於其他相關標準，比如藍牙或射頻(RF)和其他系統。此外，該方法還可用於確定其他通信技術中的基站位置，比如移動通信(例如，比如GSM和CDMA)、Wi-Max等。
將認識到的是，上述定位系統的其他應用也是完全可行的，例如，包括對用戶設備來說是完全本地的定位系統(例如，包括用戶設備內所有相關數據和處理能力)，以及通過各種各樣不同的網路通信的裝置(例如，不限於一個或一電信網路)。
還將認識到的是，上述的定位方法可以與其他定位方法完全地或部分地結合，以便例如信號源(甚至僅有一個群組)的群組中只有一部分可以具有選出的或產生出的對應 領導點，這要視情況而定。在一些情況中，最初可以只針對所選的群組進行計算，並且例如若在該階段獲得了足夠精度的結果，可以停止計算。
總之，描述了一使用多階段自我校正映射過程來確定無線局域網(WLAN)中無線接入點(WAP)的方位座標之方法雖然WAP典型地是在各自WLAN中的Wi-Fi無線接入點，但它們可以是另一基於Wi-Fi的定位系統中的其他WAP。例如，本方法和系統可以完全在用戶移動設備中實現，或可依靠遠程部件及軟體(比如，通過某種形式的通信網路連接的中心伺服器，比如Wi-Fi、行動電話或其他網路)來實現相同的目的。
儘管參照特定實施方式說明了本發明，顯然，對於熟習該項技術者來說修改位於本發明的精神和範圍之內。
102‧‧‧用戶設備
104‧‧‧無線接入點
106‧‧‧無線接入點
108‧‧‧無線接入點
110‧‧‧無線接入點
202‧‧‧用戶設備
204‧‧‧無線接入點
206‧‧‧無線接入點
208‧‧‧無線接入點
210‧‧‧無線接入點
212‧‧‧無線接入點
218‧‧‧GSM(行動電話)桅杆
220‧‧‧藍牙(RTM)塔
302‧‧‧第一信號源
304‧‧‧第二信號源
306‧‧‧第三信號源
400‧‧‧用戶設備
402‧‧‧處理器
404‧‧‧WI-FI介面
406‧‧‧用戶介面
408‧‧‧數據存儲器
410‧‧‧網路介面
412‧‧‧顯示器
500‧‧‧用戶設備
502‧‧‧電信網路
504‧‧‧位置伺服器
506‧‧‧WAP位置數據庫
804‧‧‧WAP設備
806‧‧‧WAP設備
910‧‧‧領導點
912‧‧‧領導點
914‧‧‧領導點
916‧‧‧領導點
918‧‧‧領導點
1100‧‧‧領導點
G1‧‧‧信號源群組
G2‧‧‧信號源群組
G3‧‧‧信號源群組
G4‧‧‧信號源群組
G5‧‧‧信號源群組
P 600‧‧‧試驗點
P 700‧‧‧試驗點
P 800‧‧‧試驗點
P 900‧‧‧試驗點
UD 602‧‧‧用戶設備
UD 702‧‧‧用戶設備
UD 802‧‧‧用戶設備
UD 902‧‧‧用戶設備
現在將根據以下附圖展示本發明的一示例實施方式，其中：圖1A和1B展示了Wi-Fi定位系統中有偏方位估計問題；圖2係一使用Wi-Fi無線接入點(WAP)信號源定位用戶設備的系統的概圖；圖3係利用三角測量方法進行方位估計的示意圖；圖4係與圖2的系統一起使用的一用戶設備的示意圖；圖5係一對用戶設備進行定位的系統的概圖，該系統可以與圖2的系統一起操作；圖6係將多個信號源分為不同群組的一第一方法的示意 圖，該方法與圖2的系統一起使用；圖7係將多個信號源分為不同群組的一第二方法的示意圖，該方法與圖2的系統一起使用；圖8係一消除無效信號源的方法的示意圖，該方法與圖2的系統一起使用；圖9係為圖7所示的群組選擇領導點的示意圖；圖10係將一加權質心算法應用到圖2系統中的信號源的示意圖；圖11係計算群組中一領導點的質量指標的示意圖，該質量指標可用在圖2的系統中；並且圖12的流程圖展示了圖2系統的操作。
910‧‧‧領導點
912‧‧‧領導點
914‧‧‧領導點
916‧‧‧領導點
918‧‧‧領導點
G1‧‧‧信號源群組
G2‧‧‧信號源群組
G3‧‧‧信號源群組
G4‧‧‧信號源群組
G5‧‧‧信號源群組
P 900‧‧‧試驗點
UD 902‧‧‧用戶設備
W‧‧‧電磁信號源

Claims (41)

  1. 一種估計用戶設備的方位之方法，該方法包括：從具有已知位置的多個電磁信號源接收信號來源數據；將該多個電磁信號源分為多個信號源群組；對所接收的信號來源數據進行處理以產生代表至少一個群組位置的方位的群組方位數據，每個群組位置的特徵係對應信號源群組的位置；並且對該群組方位數據進行處理以產生方位數據，該方位數據代表該用戶設備的方位的估計；並且輸出該方位數據。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該群組方位數據代表多個群組位置的方位，每個群組位置的特徵係對應信號源群組的位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該多個電磁信號源被分為多個群組，從而使得該多個群組位置的分佈總體上比該多個電磁信號源的分佈更為均勻。
  4. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方法，其中至少一個群組位置基本上等效於各個群組中的一電磁信號源的位置。
  5. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方法，其中至少一個群組位置從各個群組中的多個電磁信號源的位置推導而得。
  6. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方 法，進一步包括藉由訪問存儲的群組數據來選擇所述至少一個群組位置，並且從存儲的群組數據選擇所述至少一個群組位置。
  7. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方法，進一步包括根據所接收的信號數據來產生所述至少一個群組位置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中產生所述至少一個群組位置包括選擇一基準點，並且其中根據該基準點將該多個信號源分為多個群組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中藉由至少一條穿過該基準點的分界線將該多個信號源分為多個群組。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中藉由從該基準點徑向延伸的多條分界線將該多個信號源分為多個群組。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，進一步包括根據用戶輸入來選擇該基準點。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，進一步包括從該用戶設備附近的另一設備接收另一信號數據，根據該另一信號數據確定該另一設備的方位，並根據該另一設備的已確定方位來選擇該基準點。
  13. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方法，其中至少一個信號源群組具有與其相關聯的多個群組位置。
  14. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方 法，進一步包括接收信號源方位數據，該信號源方位數據代表該多個電磁信號源各自的方位。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包括評估該多個電磁信號源各自的方位之有效性，並忽略被認為無效的任何信號源。
  16. 如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所述之方法，其中對該群組方位數據進行處理以產生方位數據進一步包括產生方位精度數據，該方位精度數據代表該用戶設備的方位估計的精度之評估。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中對所接收的信號數據進行處理以產生群組方位數據進一步包括產生群組方位精度數據，該群組方位精度數據代表該群組方位數據的精度的估計，並且其中該方位精度數據根據該群組方位精度數據而產生。
  18. 一種估計用戶設備的方位之方法，該方法包括：從多個參考位置上的電磁信號源接收信號數據；將該多個參考位置分為多個參考位置群組；對所接收的信號數據進行處理以產生代表至少一個群組位置的方位的群組方位數據，每個群組位置的特徵係各個參考位置群組的位置；並且對該群組方位數據進行處理以產生方位數據，該方位數據代表該電磁信號源的位置的估計；並且輸出該方位數據。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該群組方位數 據代表多個群組位置的方位，每個群組位置的特徵係各個參考位置群組的位置。
  20. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中該多個參考位置被分為多個群組，從而使得該多個群組位置的分佈總體上比該多個參考位置的分佈更為均勻。
  21. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中至少一個群組位置基本上等同於各個群組中的一參考位置的位置。
  22. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中至少一個群組位置從各個群組中的多個參考位置的位置推導而得。
  23. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中選擇多個群組位置包括評估存儲的群組數據，並且從該存儲的群組數據來選擇該多個群組位置。
  24. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中選擇多個群組位置包括根據所接收的信號數據來產生該多個群組位置。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中產生該多個群組位置包括選擇一基準點，並且其中根據該基準點將該多個參考位置分為多個群組。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中藉由至少一條穿過該基準點的分界線將該多個參考位置分為多個群組。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中藉由從該基準點徑向延伸的多條分界線將該多個參考位置分為多個群組。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之方法，進一步包括根據用戶輸入來選擇該基準點。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之方法，進一步包括從該電磁信號源附近的另一設備接收另一信號數據，根據該另一信號數據確定該另一設備之方位，並根據該另一設備的已確定方位來選擇該基準點。
  30. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中至少一個參考位置群組具有與其相關聯的多個群組位置。
  31. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包括接收參考位置數據，該參考位置數據代表該多個群組位置各自的方位。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，進一步包括評估該多個參考位置各自的方位的有效性，並忽略被認為是無效的任意信號源。
  33. 如申請專利範圍第18項或申請專利範圍第19項所述之方法，其中對該群組方位數據進行處理以產生方位數據進一步包括產生方位精度數據，該方位精度數據代表該電磁信號源的方位估計的精度之估計。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中對所接收的信 號數據進行處理以產生群組方位數據進一步包括產生群組方位精度數據，該群組方位精度數據代表該群組方位數據的精度之估計，並且其中該方位精度數據根據該群組方位精度數據而產生。
  35. 一種用戶設備，包括一處理器、一電磁信號接收器以及包含電腦程式代碼的一記憶體，當結合該電磁信號接收器由該處理器執行時，該電腦程式代碼使得該用戶設備執行如申請專利範圍第1至17項中任一項所述之方法。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之用戶設備，其中該記憶體進一步包括一數據庫，該數據庫包含該多個電磁信號源的已知方位。
  37. 一種計算設備，包括一處理器和存儲電腦程式代碼的一記憶體，當由該處理器執行時，該電腦程式代碼使得該計算設備執行如申請專利範圍第18至34項中任一項所述之方法。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之計算設備，其中該記憶體進一步包括該多個參考位置的已知方位的一數據庫。
  39. 一種實際體現電腦程式代碼的電腦可讀媒質，該電腦程式代碼使得電腦執行如申請專利範圍第1至34項中任一項所述之方法。
  40. 一種實質上參照圖2至12在此描述之方法。
  41. 一種實質上參照圖2至12在此描述之設備。
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