TWI345641B - A method and system for locating a mobile radio receiver in a radio system with multiple transmitters - Google Patents

Description

1345641 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於多發射器無線電系統，特定言之係關於在 一具有複數個發射台，每個發射台均位於一不同地理位置 的系統中定位一行動無線電接收器之位置，以便為有關區 域提供足夠的無線電涵蓋範圍。 【先前技術】 使用複數個發射^來定位無線電純统使用 不同的技術來測量所接收信號的特性，以便求出接收器的 位置。此等技術的特徵為時間參考、相位參考或空間參 考’或組合此等三種類型之技術。 在時間參考系統中，例如美國海防機構所建立的L〇ran 系.充無線電發射採取無線電脈衝的形式，可精確地測 量該等無線電脈衝到達行動接收器 種特殊類型的接收器，其可決定從該系統中一=:之 母個發射器接收脈衝之間的時間差異。此資訊定義-連接 相等時間差異點之曲線，而該接收器必須位於曲線上。藉 夕接收器對之類似測量，進__步使曲線相交可將接收器 位置決定為最佳地滿足全部所測量時間差異的曲線交點。 此系統的—擴展形式係全球定位系統（GPS)，其使用從 。。個夺間上同步並亦將其位置發射至該接收器的衛星發射 : 的乜號該接收器參考其内部時間源而測量從每個 軒星接收的寅料流中一已定義點的到達時間。每次測量可 定義該接收器必須位於其上的一球面，並且藉由無線電電 90960.doc 1345641 波從該衛星的飛行時間來固定該球面的半徑。使用不同位 置之不同衛星來進行類似的測量可建立多個相交的球面。 藉由求解與衛星之間的距離以及接&器的㈣㈣之聯立 方程，可將接收态的位置決定為最佳地滿足全部所測量時 間延遲與接收器時脈偏移之球面交點。 使用相㈣量之系統τ包括Decca導航系統以及加哪 ^統。該行動接收器測量從具有相位同步發射之特殊發射 裔所接收之信號相互之間的相對相位，或關内部相位 :考相互之間的相對相位。#由瞭解發射器的位置以及涵 盍區域中所有點處所接收的預測相位，可決定與—組特定 相位測量一致的接收器位置。 所有上述系統需要具有專業化接收器的專屬且昂貴的發 射器系統。 ^ 一先前技術方法，例如US_5859612_A使用所發射信受 、、-定向、f生貝。此點已應用於一使用可識別調變光束之， —X，纟從[知的起始位i以及起始時間同步掃描一 已定義區域。藉由瞭解光束開始其掃描的時間以及已定奏 接收時間，可將接收器的位置決定為在—來自來渴 胼古态之特疋方向之徑向線上。藉由確定同時最佳地滿及 徑向線方位的點，從多來源進行類似的接收可固定接 收器的兩維位置。 來自固^天線之狹窄發射圖案的無線電發射之空間 敕亦可用以決^—接收器的位置。藉由瞭解接收到 …那個疋向圖案，可決定該接收器在一以發 90960.doc 1345641 射台為中心的扇區内之位置。藉由搜尋最佳地滿足所有通 向發射台之光束方向的點，從多重疊發射器圖案接收狹窄 的光束可在空間上類似地固定接收器。 上述系統亦需要專屬的發射器，但此等接收器通常褐阳 於有關的特定區域。當光束寬度因此接收器的精確方位增 加時，系統的精確度會隨之快速降低。該接收器的專業化 程度通常小於時間或相位測量接收器，並可與其他功能例 如天氣預報接收共享其定位功能。 上述使用來自固定基地發射器台之發射的定向圖案之最 後方法可應用於數位無線電蜂巢式系統。在此類系統令， 藉由複數個固定的發射與接收台（通常共同定位）來為欲由 通信服務所涵蓋的區域提供服務。一單一固定發射器點在 其定向天線圖案之一上所涵蓋的區域稱為一扇區或一單 元。已將所有單元位置之組合設計成使一大地理區域中之 大量行動發射器與接收器處於一連續通信中，且此等固定 發射器-接收器之至少一個（伺服基地台）作為行動台沿任意 方向移動。此系統中之固定發射器_接收器通常稱為一基 地台，並且行動接收器可接收相鄰基地台之發射，因為其 天線圖案與伺服基地台的天線圖案重疊。在任何特定情形 下，當接收器相對於固定網路移動時，行動接收器用以連 接至基礎服務網路的基地台會隨之改變。此程序稱為交 遞，其確保行動接收器的通信流量從一基地台流暢地傳遞 至另一基地台，從而不會在服務中發生延時。 為實現交遞程序，蜂巢式行動接收器從複數個基地台接 90960.doc 1345641 收發射。相關技術顯示基於電信目的而進行的此等發射如 何亦可由行動接收器使用，或在與該接收器通信的一處理 裝置中使用，以便計算接收器的位置。現在說明此等先前 技術方法及其缺點。 如US-6108553-A中所述，行動接收器可測量從時間同步 基地台接收與由其發射的兩信號之間的相對時間延遲。當 取自數對不同的基地台發射時，此等測量形成一組相交的 雙曲線。最佳地滿足所有此等曲線之相交的點可預測接收 器的位置。 此订動接收器亦可參考其内部時脈而測量從每個基地台 所接收的信號，例如參見w〇 97/11384或貿〇 99/2_。 然後可將此接收時間與網路内其他外部測量接收器對相同 發射所作之測量組合。然後可將所組合的測量資訊組合於 手機令或其他廣義計算構件中，以便提供一組 =的相交圓。可將手機的位置計算成處於圓的交點。°為 前述技術需要在網路中的接收器處安裝及維護額外的設 備，以實現時序測量’並且亦必須修改手機的正常通信功 能’以進行額外的時序測量。 US-5293642-A中所述之先前技術亦說明使用蜂巢式系统 々中所應用之無線電電波的空間特性之位置估計技術。在此 等系統中基地台接收器測量由行動台發射器所發射之信 號的無線電傳播參f此等參數可包括信號強度與行料 間：然後使用該等參數以及基地台天線圖案的知識來導出 -行動接收器之機率密度函數(以每個基地台為中外從 90960.doc 1345641 而提供任何位置之預測信號強度。藉由組合此機率密度函 數與類似機率密度函數（以其他基地台為中心），可導出聯 σ機率也、度函數♦之最大值，可將該最大值解釋為行動台 的最大可能性位置。 叮助接收器 在其他先刖技術中，例如US-5613205-A，

測里從複數個基地台所接收之控制信號的相對信號強度 然後該系統可計算該接收器與每個基地台之間與基地台 發射功率、接收功率以及從每個基地台至行動接收器之無 線電路徑中之k號衰減因數成函數關係的距離。 亦况明了用以定位行動接收器之較簡單系統。此等系统 之一採用舰單元的質心作為手機的位置。另一系統列量 相鄰單元的信號強度，並將具有最大信號位準之單元的質 心作為接收器位置的最佳指示，如w〇 98/35524中所述。

此等特定先前技術系統與方法對於估計位置不可靠，因 為伺服單元的中心可能不是最近似的接收器位置，而且單 2:形狀不確定，並會遭遇反常的傳播狀況。一單—基地 台信號之信號位準測量亦可能因類似的原因而出錯二等 技術遭受無線電傳播路徑之高度不可預測的性質以及數風 模型之不精確性的影響。特^言之，所估計的功率位準: 常不符合簡單高斯分佈，尤其是受到多路徑衰減時一 Γ，藉㈣用—針對位置與信號強度進行校準的行動㈣ 、且可事先決定網路中數個位置處所接收的實際功率。妙 而，進行此類測量非常昂貴並 … 玖力.日丨θ α 业且衣专里貫際網 在利置之間可隨時間而改變的性質。 90960.doc 1345641 本發明係設計用於克服上述先前技術中之系統的許多不 足。特定言之，可僅使用接收器所作的測量以相對較高的 精確度來確定一通信網路中行動接收器的位置，而無需在

網路中提供額外的設備’亦無需實施信號接收的週期性校 準。 X 【發明内容】 根據本發明’會提供一種在包括已知其位置的發射器之 一網路之一無線電系統中決定一行動接收器之一或多維位 置之方法’該方法包含以下步驟： a) 編譯該接收器所彳貞測的信號之一清單； b) 傳送該清單至一計算裝置； c) 建構一有關該接收器處於一給定位置之機率的位置函 數，該位置函數具有與該清單之每個構件對應的組件，每 個組件包括一取決於行動接收器位置之預定機率函數；以 置，並將該位置定義為行動接收器的位置u 接收器對信號的傾測可包括接收由該網路的一特定發身 2發射的錢以及從信號解碼資訊。該資訊亦包括心 ^之—給定臨界㈣以上的信號中之—特定簽 同步圖㈣―前導碼’或僅為以—特 -給定臨界值以上的信號功率。 ^ 接收器所谓測之信號的清單可例如 ^ 發射器識別，或可由接收—給定 ^馬例如 I力率以上之信號的頻 90960.doc • 11 - 1345641 率=成’或可由另—清單之參考的清 二=置所瞭解並且含有關於發射器之資訊。 該接收器傳送的清單之任何位置。可位於能夠接收由 接=定機率函數可基於每個發射器與Μ處於該位置的 接收盗之間無線電波的傳播 功率、發射器天線圖牵、行進距離換型考置诸如發射器 ^ Ε離以及信號傳播之可變發 射特性（例如衰減）之類的特 偵測到來自該發射器之信號的機==預定機率函數與 之可能構件資格成正比J =:二因而與該清單 飞考該預疋機率函數可基於從 权準點所獲得之偵測導出的試探函數。例如，在實務上可 發現’可藉由-種以該區域中間附近位置為中心的兩維高- 斯函數求偵測到來自該發射器（位於該發射器所涵蓋區域. 中的一特定點）之信號的機率的近似值。使用此類試探函 數可提供非常好的結果，因為其基於實際的測量，而非理 論的模型。 如果信號傳播特性較佳，可擴增該清單，或建構—第二 清單，以便包括來自未由接收器報告但已被偵測到的信號 之貢訊。在此等情形下，可修改位置函數以考量該清單中 未出現的機率。 位置函數亦可能會受到接收器肖每個㈣之偵測的可靠 性之影響。可靠性之估計可例如與所接收功率位準與侦測 臨界值之間的差異成正比，或可為一系列重複測量中偵測 到一給疋#號的次數之度量。可在從行動接收器傳達的訊 90960.doc -12· ^45641 息中發射可靠性度量，作為該清 自φ。 刃邛分或在一分離訊 心丁 ° 排序用中’接收益在傳送該清單之前對該清單進行 :广卜例如’可使用所接收信號功率或前述可靠 性度1來進行排序。 數位通m財測量信號從㈣發射器至行動接收号 以及從行動接收器至健發射器的雙程飛行時間。可使用 測量來提前手機發射器所發射之信號的時序，使得信號可 在一已知時間到達基地台。當此所謂時序提前值⑽可用 時，其較佳係包括於位置函數中，例如藉由指派該行動接 收器處於給定位置的額外機率（給定所測量的值卜 ，可以數種方式使用位置函數來實施接收器之位置的計 算，以便求出與最高機率相對應的位置。較佳地，該位置 函數為一「成本函數」，其說明與接收器位置以及清單構 件資格成函數關係之機率的倒數的對數。此成本函數的最 低數值對應於最有可能提供所測量之偵測信號清單，包括 (若可用）未偵測到的信號之清單以及所測量的丁八以及該清 單之任何報告的排序之位置。可藉由數種熟知通用數學最 小化技術之任一種來求出最小值，該等技術包括（a)可操控 位置函數以直接提供解的分析方法，（b)通常尋求沿一方向 「傾斜向下」移動解的目前估計值以移到更靠近最小點的 位置之疊代方法，以及（c)「柵格方法」，其中在一位置柵 格之每個點處評估位置函數，並且將與最小值對應的位置 取作結果。在很多教科書中說明了此等方法，例如， 90960.doc •13· 1345641 WHUam H. Press等人所著的c++數值方法第二版，劍橋大 學出版社，第1〇章第4〇1至429頁。 因此，本發明提供一種藉由在例如一具有數個可接收虚 可識別無線電發射建立於其内的地理區域内估計其位置： 獲得-行動接收器之一或多維位置之方法。該方法不依賴 於發射調變類型或内容或時間延遲測量料細知識。因此 該方法可應用於任何調變類型之任何無線電系統，而無需 系統時序之知識。 。。在一給定位置之行動接收器從該網路中的一或多個發射 益接收信號。可被偵測到的發射台稱為「可見」發射台， 並可添加到所維持的可見台清單中。接收器的位置會㈣ 其可以看見哪些發射台。根據本發日月之—系統亦可維持在 位置測量時無法接收到並稱為「不可見」，但已知其存在 且活動之發射器的清單。接收器的位置會影響哪些發射基 地台不可見。 土 在任何給定的基地台處，理論上可預測哪些基地台可 見’哪些基地台不可見，取決於諸如與發射台的距離、發 射器的發射功率以及發射器輻射圖案的偵測之類因素。根 據本發明之一實施方案，為可見與不可見清單中的每個發 射器指派一「成本」函數。此成本函數說明以下各項之組 Q ，即發射器功率、發射器輻射圖案、發射器離接收器的 距離與方位、無線電傳播特性、以及（如果可用）其他特 性，例如時序提前或本地佈局資料，其最佳地模擬行動接 收器偵測到信號的機率。基於數學上方便考量會使組合 90960.doc •14- 1345641 所有，IV B毛射益之可見性的特性之成本函數與谓測到師 號之機率之對數的負數（即機率的倒數的對數）成正比:因。 此將-發射器隔離出來之後，當接收器靠近發射器位置並 與發射器天線的正向波瓣直接—致時，例如如圖i所示， 况明其可見性的成本函數具有一低值。隨著接收器直接移 雖基地台，或與發射器相隔—固定距離與正向波瓣之方向 成一角度切向移動，成本函數逐漸增加。將說明每個發射 P對應的成本函數組合為—和’以給出—總體成本函 ’該總體成本函數說明例如圖2所示之發射器的組合式 可見性。此總體成本函數的最小值為根據本發 的位置。 队益 …根據本發明，會提供—種行動接收器裝置，該裝置能夠 攸複數個發射㈣測信號並配置成計算由該行動接收器所 I姿收之信號的-清單以及將該清單（使时）傳送至一計算 裝置。 :外，根據本發明’會提供一種計算裝置用於一行動接 收器的位置決定，該計算裝置係配置成： a) 接收由一接收器所偵測之信號的一清單， b) 建構-有關該接收器處於一给定位f之機率的位置函 數*忒位置函數具有與該清單之每個構件對應的組件，每 個組件包括—取決於行動接收器位置之預定機率函數；以 及 、估。亥位置函數，以決定一與最高位置機率對應的位 置’並將該位置定義為行動接收器的位置。 90960.doc -15· 1345641 根據本發明，會提供一種系統’其包含：一行動接收器 裝置以及一計算裝置。 该計算裝置可附著於該行動接收器，或其可遠離該行動 接收器但與該行動接收器通信。 【實施方式】 已根據本發明使用一現有GSM行動電話網路來實施行動 接收器又位系統（參見圖3)。該系統300包含複數個當作 上述發射器之收發器基地台301、302、303、304 ; —當作 行動接收器之手機310;—位置計算單元（1^1))320;以及 一官理資料庫（MDB)330。基地台提供信號發射，該等信 號發射係由手機3 10<f貞測到並使用下述數學演算法在lcu 320中處理。 手機310從數個附近基地台301至3〇4偵測信號，編譯所 谓測信號之一清單，並透過鏈路34〇經由一訊息將該清單 傳送至伺服基地台3〇4。圖4中之401顯示該訊息之格式與 内容。其係由GSM標準定義並包括下列攔位：廣播控制通 道（BCCH)、基地台識別碼（BSIC)、行動網路碼（MNC)、行 動國家碼（MCC)、單元識別項（CI)、本地區域碼（LAC)、所 採取測量的次數N，以及測量品質指示器Q。對於其偵測 到的每個基地台信號，訊息4〇1包括部分或全部此等攔 位。按所接收信號之功率位準排彳「相鄰單元」資訊，即 與該基地台而非手冑藉以雙向通信的伺服基地台對應之資 料。通信鏈路340與341可用作電話系統之一部分。 可將額外資料從一管理資料座也 貝针厚33〇供應至LCU 320，該等 90960.doc -16- 1345641 額外資料包括固定基地台 固定基地台的.對應天線圖 用作管理系統資料庫3 3 〇 分，

並係藉由鏈路350傳達至lCU 的識別（Cl、BSIC等）以及位置， 案及其發射器功率。此等資料可 中所含有之標準網路組態的一部 ° LCU 320使用訊息401 來建立可見基地台之清單。θ 心β早4ϋ2 έ亥表顯示基地台識別項、 與偵測相關聯之品質值、發射关嫂 m 赞射天線圖案類型、發射器天線 之主波瓣之指示方向、指示所偵測到的信號是否來自伺服 基地台（S)或來自相鄰基地台（N)之旗標，以及基地台之位 LCU 320亦使用管理資訊來產生已知在該系統中活動但 不存在於可見基地台之清單術中之基地台的清單4〇3。 手機310係與其伺服基地台3〇4進行時間同步通信，且亦 會經由鏈路341在另一訊息中將,丁八值從網路傳達至 320(圖3與圖4中未顯示）。 為決定手機310的位置，LCU 320需使用可見基地台清單 402與不可見基地台清單4〇3、以及與伺服基地台相關聯之 TA值來建構一說明手機處於GSM網路内一給定水平位置之 機率的函數（給定TA值以及可見與不可見清單的構件資 格）。返回對應於最大機率之位置作為手機的位置。 現在說明該特定具體實施例中所涉及的計算。 為決定手機的位置，LCU 320求出使以下函數最小化之 位置 其

Ctot=Cta+Cv + Cn, ⑴ 中CT0T係其最小值指示手機之最可能位置的 双，Lta 90960.doc -17- 1345641

係與時序提前測量相閲脾+ 7 A 符聯之函數，cv係與可見清單中的基 地台相關聯之函數，以另r & 關聯之函數 及cN#與不可見清單中之基地台相 函數係作為所有N個基 為： 地台之和而類似地評估 (2) c = -i>g,(户”)， 其中Pn係第η個基地台传可目认地* 口係了見的機率（在〇\之情形下）β有 兩種計算此值之較佳方十 „ _ 式’即尚斯版本與功率版本，如下 所述。 高斯版本 在此版本中藉由南斯機率分佈來模擬手㈣㈣I自 發射器之信號的機率。以基地台為中心建立-兩維笛卡爾 座標系統，其中X軸沿著發私；合 神m者發射天線之正向波瓣方向定向。 高斯分佈係以X軸上的位置(X。，。)為中心。向量位置x處之 手機偵測到來自位置(〇,〇)處之發射器之信號的機率p係由 下式給定： (3) p(x) = exp -~(χ-χ〇γ . A (x~xQ^ 其中

j x I |x0| ’ x〇= 0 ， A:W L〇J l/< l/< ’ x與y係接收器的座標， 並且表示括號内矩陣的轉置。㈣，該分佈在χ軸上自 位置xQ處具有其峰值，並且沿父方向具有一標準差α^ 沿y方向具有一標準差σ,，且無共變異項。 ， 配合一與P(X，y)之對數的（數成正比之成本函數㈣ 90960.doc -18 - (4)1345641 較為方便，即： f(x，y)=-2i〇gep(x，y)。 上述f(x，y)的定義使用虫—縣它宜丨山丄 z、特疋基地台之位置與方位有 關之座標。當將可見清單中。__ 月早T所有早兀之分佈組合時，使用 一參考座標系統較為方便，哕夂 :4參考座標系統在靠近手機之 預期位置的某處具有任音眉 一句饮心原點並且其申χ軸朝東對齊，乂軸 朝北對齊，從而必須對和式中 飞甲的母一項應用一座標轉換。 如果基地台k具有虚來老庙許 旦 /、麥亏座私以及從東方逆時針以弧度測 量的方位心有關的位置（χ ) I 0k，yk)，則該基地台對成本函數的 貢獻將等於： "Ά) = (χ-ζ0)γ·Β·(χ-ζ0) 其中 2〇

.nJ + Rr U〇 Ο ,Β = Rr · 1/σί 〇L 〇 ι/〇ί (5) R, R I⑺吨如乂 及 L-sin<K cost 參數x°、A與〜視單元不同而變化，並且可使用試探法予 以導出。在本發明的—實施方案中，會❹橫跨網路的許 f已知位置處所作測量的結果來求出當使用本方法重新計 算位置時提供最低總體誤差的值。一 一以此方式加以校準 ，便可使用該方法來定位未知位置處的手機。 形式為f(xk，yk)的函數之加法公式使得.h)r.Mw)+(x<B2.h)，ZRrBR.(x〜)+e，(6) 其中 BR=B 丨+B2 以及 ZR =Br’.(Β，.ζ,+Β2.22) 。項e為一常數，因此 為無關項，因為我們僅對函數最小 取』值的位置而非函數的絕 90960.doc -19· 1345641 對值感興趣。在最小點處，函數的梯户 又马零。因為常數的 梯度總是為零，故項e不作貢獻。 據此，顯然，所有基地台的《自志太π 的〜成本函數C可簡化為一如 下形式的簡單表達式： C = (x-Z$) .B: (X-2：:) ⑺ 其中2$與1的值係藉由重複使用等 寸八〇而自可見清單中

有基地台的位置與方位導出。函數C = z$的點處具有一 唯一的最小值，因此在此情形中盔 丁…南边過使用一疊 技術來實行一最小化。 功率版本 為使用此方法計算P，首先需要求出手機從_给定其地 台所接收之平均功率。此處使用平均值，從而無需考；手 機接收器的天_，該圓案在實際使用中會指向任音方 向。如果手機與基地台相隔_距離r’並且與發射器域 瓣軸成一方位角Θ，則年嫉路拉τ … 行機所接收之平均信號功率由下式 給疋· R(r,e) = G(0)WQ/rfi ^ (8) 其中Κ(Γ，餐均接收信號功率，。⑷係發射器天線… ，W〇係所發射功率^係—對數常態隨機變數（見下文）， 以及β為功率損耗的指數。假定手機具有一全向天線㈣ ，此點在實務上無論如何都 " 丨疋不真貫的，但係用於平均试 良好模型。對數常態變數表 ^ 功率特性之可變性。 .，，、線電路Μ見下幻之信號 90960.doc -20- 1345641 對等式（8)兩側取對數可產生： lo9e (R(r,e)) = loge(G (θ))+ log. WQ + log, >^l〇ge r 0 (9) 對數常態變數可模擬為： r = r〇em , (ίο) 其中r〇係中值，而m係一變異數為y之常態分佈隨機變數 。將等式1 0代入等式9，得到： l〇ge (R(r ,〇)) = l〇ga(G (^))+ loge WQ + loge X0 + m-^|〇g r e。（ U)

如以下段落所解釋，此式指示所接收功率位準的對數係 一高斯分佈變數’其機率密度函數（PDF)如下： PDF(Ioge/?) = (2^a2)-1/2exp[-(l〇ge/?-f)2/(2Cr2)] 其中[ = loge(G⑻)十|0gei^〇+|0ge/。-々|〇9βΑ·。 手機偵測到一基地台，並且如果所接收功率位準高於最 小可偵測信號功率、in，則將該基地台列為「可見」。圖5 概略地描述此點。該曲線圖顯示所接收功率之對數l〇g尺相

對於與基地台發射器之間距離的對數1〇§ r而繪製，兩者分 別在軸500與501上，並且結果為一直線5〇卜標記α所示之 一範例點與線503所示之發射器相隔一距離，該點具有線 504所給定之一預測接收功率。當在與發射器相隔相同距 離處多次測量所接收功率時，實務上可發現結果會變化， 一般而言遵循曲線505所示之機率分佈。此係一對數曲線 圖上的常態分佈，®此藉由對數常態變數γ可最佳地說明 此可變性，如前所述。 90960.doc -21 - 1345641 線506係可由接收器偵測到的最小接收功率尺心。因此， 藉由曲線505下方' 臨界線5〇6上方的面積給定在點A偵測 到信號的機率Ρ»數學上此係由以下整數給定： P=l〇ge R>l〇ge Rmin之機率， (13) 即 co ^(2；Γσ2)Γΐ/2βΧρΗ〇9β^ -Γ)2/(2σ2)] d(logeR)

P 0 (14) 此類整數與「誤差函數」Erf有關是廣為人知的（例如參見 ，WiUiam H. Press等人所著之c++數值方法劍橋大學出 版社’第6章，第225頁）。因此，p係由 p=(1+ef(([-|〇g 凡)‘))/2給定。 （15) 正如前述高斯版本，使用一「成本」函數c(其為p的負對 數）在數學上較為方便，即： 0 = -·〇9β(^) 〇 (16) 此函數在機率最大的位置具有-最小值中在假定 =線圖案。⑷係一 cos〜函數的條件下緣製此成本函數。χ 與y水平軸係有關基地台位 1Λ_ ^ 置之位置軸。垂直軸係〇(低成 U成本）之任意刻度上所示的成本函數值。 中所繪製表面具有數個不同的特徵 在發射器基地台位f两囹亡 符傲马 周圍有—低中心區域10!，在該區域 令，被接收器偵測到的成本係— 功^立❹一 取小值。此係因為該處的 ::位卓很…致即使通道衰減

所接收功率位準仍在最小值以 ’度非比W 第—特傲丘，沿天線零 90960.doc •22- 1345641 方向有一高成本103β 备將此分析擴展成包括來自所有BTS的所有信號並組合 _ 09 早一成本函數時，該形狀類似於圖2所示之形狀。此 圖式十的軸以手機的位置202為中心。 在該較佳具體實施例中，與時序提前測量相關聯之對應 成本函數CTA係如圖6中概略性顯示。此圖式描述一基地台 6〇1之視圖以及時序提前距離602之一圖形表示，理想言 之，該距離可由所測量的TA值乘以無線電波的速度而計算 知到只務上，在一 G S Μ系統中，藉由測量方法將一特定 徑向距離602處所測量之報告的ΤΑ值量化成約55〇公尺或半 個GSM「位元」之單位。此點表示與基地台之間的徑向距 綠602(DTA)平均具有一加/減四分之一位元等效距離誤差’ 如同心圓603所示。如圖所示，應用於特定具體實施例之 成本函數604至606係疊置於此示意圖上。總之，任何比所 測量TA距離更靠近基地台四分之一位元的位置（DTA_225m) 被賦予一與相對於此位置之差異成正比之成本值6〇4。所 測量之距離加/減四分之一位元之模糊頻帶内的位置被賦 予一零成本值605 »進一步超出TA距離之外四分之一位元 的位置（DTA+225m)被賦予一與相對於此位置之差異的平方 成正比之值606。 在該較佳具體實施例中’可如下求出所組合成本函數 CT0T的最小值。將該等基地台位置投影於—水平平面上 並且識別在此所有基地台的共同水平平面上沿二水平方向 形成一相等距離柵格的點。圖7中概略性顯示此點，盆 * /、中 90960.doc -23- 如圖所示之柵格700疊置於所有基地台的共同水平平面 ;上。在該平面上識別一範例點7〇1。在每個此等柵格點處 評估總成本函數Ct〇t，並且求出對應於Cm之最低值的 點。在圖7中’將此點顯示為一範例點7〇1。然後將此點取 作間隔702之十分之一之另一柵格點方形陣列之中心。在 此子柵格之每個點處再次評估匕町，並且求出最小值。然 後將此點用作評估Ct〇t之另一組柵格點之中心，依此類 推，直至子栅格間隔等於10 m為止。將對應於Ct〇t之最低 值的點用作行動接收器之位置的估計。 根據以上就「高斯版本」與「功率版本」所述之特定具 體貫她例之試驗已在數個GSM網路中進行實施。例如，在 其中一個試驗中已使用高斯版本。總共會選擇3丨9個隨機 分散於測試區域上的測試點，並且在每個點處將根據本發 明所測篁之手機位置與藉由更精確的方式所測量之真實位 置（「地面真相」）進行比較。結果顯示，有三分之二的位 置在220 m的地面真相内，且有二十分之十九的位置在3 8〇 m内。 【圖式簡單說明】 圖1說明與單一發射器相關聯之位置函數（Γ成本」）之一 範例性曲線圖。 圖2說明與多發射器相關聯之位置函數（「成本」）之一範 例性曲線圖。 圖3說明一範例性多發射器系統。 圖4說明所偵測到的、手機所傳送之信號的一範例性清 90960.doc •24- 134^041 單’以及在位置計算單元處所伴拄+ 之可見與不可見信號的 清單範例。 圖5說明所接收功率隨著離發射器之距離之變化。 圖ό說明一範例性固定發射器以及與時序提前相關聯之 位置函數組件之曲線圖。 圖7說明一計算柵格。 【圖式代表符號說明】 101 低中心區域 103 ifj成本 202 手機的位置 300 行動接收器定位系統 301 收發器基地台 302 收發器基地台 303 收發器基地台 304 收發器基地台 310 手機 320 位置計算單元 330 管理資料庫 340 鏈路 341 鏈路 350 鏈路 401 訊息 402 清單 403 清單 90960.doc -25- 1345641 500 轴 501 轴 502 直線 503 線 504 線 505 曲線 506 臨界線 601 基地台 602 時序提前距離 603 同心圓 604 成本函數 605 成本函數 606 成本函數 700 栅格 701 範例點 702 間隔 90960.doc -26

Claims (1)

1345641 第093〗02624號專利申請案 iy, ------- 修正 曰補充 中文申請專利範圍替換本("年u \日修(愈)正替換頁 年月 拾、申請專利範圍：1 - 1 /種在^括已知其位置之發射器之—網路之—無線電 系.·先中决疋卩動接收器之—或多維位置之方法，該 方法包含以下步驟： aM貞測由該行動接收器自發射器所接收的信號，該發 射器在該網路中為可見，其令可見信號超過預定功 率位準其可以包括來自非伺服發射器及飼服發射 器之信號’該偵測包含解碼從每一所接收到的超過 δ亥預疋功率位準的該信號之資訊，該網路中與相對 應之一該發射器之識別碼相關； b) 在該行動接收器中，料-僅有該可見發射器之清 早’該可見發射器包含與該相對應之發射器之識別 碼相關之資訊； c) 傳送該清單至一計算裝置. d) 建構一有關該接收器處 认 、、-。疋位置之機率的位置 函數且該位置函數呈古 名… 山數-有與該可見發射器清單之每個 發射益對應的組件，每 α 母彳U、，且件包括一預定機率函 數，其相關於該接收器處 „。 、在邊凊早中給定該發射 态之一特定位置之機率；以及 e) 評估該位置函數，7也a '、疋—與最高位置機率對應的 位置’並將該位置定義Λ Λ ^ 我马5亥仃動接收器的位置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法# ^ -特定簽章。 去’其包括情測該信號中之 3. 如申請專利範圍第i項之 ^ 其中該信號清單包括一 90960-991201.doc 奸年阳I日修(爰)正替換气 接收該等信號之頻率的清單 4. =申請專利範圍第〗項之方法，其中該清單含有一參考 /月單，每個參考表示該計算裝置所維持的個別發射器 資訊。 5. 如申β專利範圍第丨之方法，其中該預定機率函數係基 於一用於每個發射器與該接收器之間之無線電波的傳 播模型。 6·，申請：利範圍第5項之方法’其令該傳播模型係基於 。:發射„功率、發射天線圖案、行進距離、該接收 -相對於该發射器之方位、無線電信號傳播之可變發 射特性、時序提前或本地地形資料之任一項或全部。 :申„月專利範圍第J之方法’其中該預定機率函數係一 间斯函數’且其原點處於—離該發射器的 8. Γ請專利範圍第1項之方法，其中該預定機^數伟 ^:從校準點處所獲得之_之機率所導出之試探 I ^請專利範圍第1項之方法，其中該預定機率函數係 ”偵測到來自一發射器的信號之機 10·如申請專利範圍第丨項之方法 太壬叙 ^ m 亥位置函數為一成 ^ ，”袁低數值處於最大機率之位置。 範圍第K項之方法，其中該成本函數㈣ 该預疋機率函數之對數的負數成正比。 致係與 二=利範圍第旧之方法’其;在該計 玄行動接收器债測到之發射器信號的資訊之; 90960-991201.doc -2- 一 清單 13. 如申請專利範圍第丨或斗 ο, ^ _ 、 去，其中修改該位置函 數以考里未由該行動接收器谓測到 14. 如申請專利範圍第i項之 儿'月 於該位置函數中。 、中㈣序提前係包括 15't^專利範圍第1項之方法，其中修改位置函數以考 里該接收器對每個該等信號之摘測的可靠性。 16.如申請專利範圍第15 ^ ^ I万去其中該可靠性測量係 取決於該所接收功率與㈣測臨界之間的差異。 17·如申請專利範圍第15項之方法，其中該可靠性測量包 括已偵測到該信號的次數。 A如申請專利範圍第w之方法，其中排序從該接收器傳 送至该計算裝置之該清單。 19 ^申6月專利範圍第18項之方法，其令根據該行動接收 益所接收之功率來排序從該接收器傳送至該計算裝置 之該清單。 〇· :σ申仴專利範圍第i 8項之方法’纟中根據信號接收的 可罪性來排序從該行動接收器傳送至該計算裝置之該 清單。 21 如申請專利範圍第16項之方法，其中該可靠性測量包 括已偵測到該信號的次數。 22. —種行動接收器裝置，其可偵測來自一網路中之複數 個發射器之若干信號，該等信號之位置已被知悉，並 包含一構件’其被配置以編譯一僅有可見發射器之清 90960-991201.doc 134^641 例日修(表)正替換頁 单並將使用中之該清單傳送.至—計算裝置，該清單包 含解碼自由該行動接收器裝置所接收之該等信號之對 應發射器相關資訊，接收自該行動接收器褒置之該等 信號已被該行動接收器裝置於—特別的位置所接收而 超過一預定功率位準，其中該等信號可包含來自若干 非伺服發射器及一伺服發射器之若干信號。 23· -種用於—行動接收器之位置決定之計算裝置，該 算裝置係配置成：

a) 從該行動接收器接收一發射器清單，在一網路中該 清單對於該接收器為可見，該清單包含解碼之信號 之貧料，該信號僅來自該網路中該可見的發射器， 其中該信號被該行動器接收在一特別的位置超過一 預定的功率水平，其中該信號包含來自非飼服發射 益及伺服發射器之信號，該被解碼的資料與相對應 之每一發射器之識別碼相關， b) 建構一有關該接收器處於在該清單中給定該發射器 之特別位置之機率的位置函數，該位置函數具有 與該清單之每個構件對應的發射器，每個組件包括 一取決於該行動接收器位置之預定機率函數；以及 c) 評估該位置函數，以決定一與最高位置機率對應的 位置’並將該位置定義為該行動接收器的位置。 24· —種系統’其包含一如申請專利範圍第22項之行動接 收益裝置以及一如申請專利範圍第23項之計算裝置。 25.如申請專利範圍第24項之系統，其中該計算裝置係附 90960-991201.doc 1345641

著於該行動接收器。 26.如申請專利範圍第24項之系統，其中該計算裝置係遠 離該行動接收器但與該行動接收器通信。 90960-991201.doc