TWI565347B - 估算基站位置的方法 - Google Patents

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Description

估算基站位置的方法
本發明係關於一種估算基站位置的方法。具體而言，特別是一種透過行動裝置估算基站位置的方法。
近年來，無線定位技術的發展已經形成相關領域的關注與重視。良好的細胞規劃(cell planning)可以讓基地台之間互相干擾的問題降至最低，有線與無線電資源的運用效能達到最大。因此，如何有效地估算出基地台的正確位置是一項重要的課題。
近來，有業者發展出透過行動裝置所接收到的RSSI訊號來估算出基地台的近似位置，然而，此種方式需要非常大量的量測數據才會準確。
有鑑於此，本發明之一實施例在於提供一種估算基站位置的方法，至少包含下列步驟：(S1)當一行動裝置移動至一第一參考位置時取得一第一參考坐標並依據一接收訊號估算一第一距離，該訊號由該基站發射；(S2)取得該基站之一天線俯角與一天線方位角、該行動裝置的一第一仰角與一第一方位角；以及(S3)藉由該天線俯角與該天線方位角、該第一仰角與該第一方位角，以及該第一距離，估算出該行動裝置相對該基站之 一第一相對位置。
其中該第一相對位置係為該基站相對於該行動裝置之相對方位角與相對仰角。
本發明之另一實施例在於提供一種估算基站位置的方法，至少包含下列步驟：(S1)當一行動裝置移動至一第一參考位置時取得一第一參考坐標並依據一接收訊號估算一第一距離，該訊號由該基站發射；(S2)取得該基站之一天線俯角與一天線方位角、該行動裝置的一第一仰角與一第一方位角；(S3)藉由該天線俯角與該天線方位角、該第一仰角與該第一方位角，以及該第一距離，估算出該行動裝置相對該基站之一第一相對位置；(S4)當該行動裝置移動至不同位置時重複(S1)與(S3)的步驟，估算多組該行動裝置與該基站之相對位置；以及(S5)依據該多組的相對位置以統計的方式估算一第二相對位置作為該行動裝置與該基站之相對位置。
相較於先前技術，本發明之「估算基站位置的方法」基於天線仰/俯角的假設，進一步估算基站相對的夾角與距離，可取得較好的取樣且較精準的結果。
TX‧‧‧基站
aTX‧‧‧天線方位角
eTX‧‧‧天線俯角
RX‧‧‧行動裝置
aRX‧‧‧第一方位角
eRX‧‧‧第一仰角
圖1係為本發明之一實施例流程圖。
圖2A及圖2B係為本發明之一實施例示意圖。
圖3係為本發明之另一實施例流程圖。
以下將以圖式配合文字敘述揭露本發明的複數個實施方 式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪出。
請參照圖1並請一併參考圖2A及圖2B，圖1係為本發明之一 實施例流程圖；圖2A及圖2B係為圖1之實施例示意圖。步驟(S1)：當一行動裝置移動至一第一參考位置時取得一第一參考坐標並依據一接收訊號估算一第一距離，該訊號由該基站發射。如圖2A及圖2B所示，TX為基站，例如基地收發台(Base Transceiver Station,BTS)；RX為行動裝置，位於第一參考位置，行動裝置RX可以是手機、平板電腦、筆記型電腦或其他類似的使用者設備(User Equipment,UE)。行動裝置RX位於第一參考位置時可以透過例如全球定位系統(Global Positioning System,GPS)來定位以獲得第一參考位置的第一參考坐標。
行動裝置RX接收到基站TX所發射傳來的訊號並可以此訊 號來估算其與基站TX的距離，於此實施例中稱作第一距離d。在此，須說明的是，第一距離d主要係依據接收訊號的強度以及通訊環境的複雜度來估算。訊號強度可以透過衍生的Hata模型PL=A+Blog(d)+C來表示。其中，PL之數值可由行動裝置RX測得，A、B、C三個參數則與環境複雜度有關，可以依據要量測的基站位置而決定。
舉例而言：A=69.55+26.16log(fc)-13.82log(hb)-a(hm)， B=44.9-6.55log(hb)，其中fc的單位為MHz，d的單位為公里km。其中，hm為行動裝置天線高度，hb為基站天線高度，單位皆為公尺m，可依經驗值獲得，參數C可依不同的環境而變化。舉例來說，大致上可區分為四種環境，第一 種為中小城市(small and medium-size cities)：a(hm)=(1.1log(fc)-0.7)hm-(1.56log(fc)-0.8)，C=0。第二種為都會區域(metropolitan areas)：當頻率小於等於200MHz時，a(hm)=8.29(log(1.54hm)2)-1.1，C=0；當頻率大於等於400MHz時，a(hm)=3.2(log(11.75hm)2)-4.97，C=0。第三種為郊區(suburban environments)：a(hm)與前兩種環境相同，C=-2[log(fc/28)]2-5.4。第四種為農村地區(rural areas)：a(hm)亦與前述環境相同，C=-4.78[log(fc)]2+18.33log(fc)-40.98。
藉由上述不同環境下行動裝置RX所接收到的訊號強度以及 所對應的參數，可以估算出其與基站TX的第一距離d。
接著進行步驟(S2)：取得該基站之一天線俯角與一天線方位 角、該行動裝置的一第一仰角與一第一方位角。藉由GPS定位出來的第一參考坐標，可以間接獲得行動裝置RX的第一方位角aRX與第一仰角eRX。其中第一方位角aRX係指行動裝置RX與北方軸之夾角，第一仰角eRX係為行動裝置RX與水平面之夾角。另外，基站TX的天線俯角eTX及天線方位角aTX可以由經驗值獲得。
接著，進行步驟(S3)：藉由該天線俯角與該天線方位角、該 第一仰角與該第一方位角，以及該第一距離，估算出該行動裝置相對該基站之一第一相對位置。其中，第一相對位置即為基站TX相對於行動裝置RX之相對方位角(az)與相對仰角(el)。
估算第一相對位置的方式如下，在圖2B之坐標系統S0(x,y, z)中，aTX與eTX分別表示基站TX的天線方位角及天線俯角，並且，aRX與eRX分別表示行動裝置RX的第一方位角及第一仰角，第一距離d表示基站TX與 行動裝置RX之距離。其中，以[xRX，yRX，zRX]表示行動裝置RX相對於正北 軸y的位置，其關係式可表示為
在圖2B中，以STX(x”,y”,z”)表示基站TX天線的坐標系統，並且，令az為相對方位角，以及el為相對仰角，可獲得行動裝置RX相對基 站TX的第一相對位置的關係式
更進一步，如圖2B所示，(x’,y’,z’)主要係用於將行動裝置RX在STX的坐標系統轉換到一開始定義的S0的坐標系統的中間轉換內積矩陣，以使最後估算出的行動裝置RX的坐標相對於S0坐標系統，其關係式可 表示為以及
將(x’,y’,z’)代入(x”,y”,z”)中，因此，坐標系統S0(x,y,z)與基站TX天線的坐標系統STX(x”,y”,z”)之間的關係可表示為
最後，將以及 代入關係式 之中，可得到兩 組解，其中一組解為：若aRX等於aTX，則az=0且el=eRX-eTX。另一組解為：若 aRX不等於aTX，則且 。值得一提的是， 若sin(az)．sin(aRX-aTX)<0，則az=az+180。
據此，我們除了能估算出基站TX與行動裝置RX的第一距離d外，更能進一步估算出行動裝置RX相對基站TX之第一相對位置，即相對方位角az及相對仰角el。
本發明之另一實施例，主要係增加多個參考位置，其步驟包 含：(S1)當一行動裝置移動至一第一參考位置時取得一第一參考坐標並依據一接收訊號估算一第一距離，該訊號由該基站發射；(S2)取得該基站之一天線俯角與一天線方位角、該行動裝置的一第一仰角與一第一方位角；(S3)藉由該天線俯角與該天線方位角、該第一仰角與該第一方位角，以及該第一距離，估算出該行動裝置相對該基站之一第一相對位置；(S4)當該行動裝置移動至不同位置時重複(S1)與(S3)的步驟，估算多組該行動裝置與該基站之相對位置；以及(S5)依據該多組的相對位置以統計的方式估算一第二相對位置作為該行動裝置與該基站之相對位置。其估算過程與前述實施例相同，故不在此贅述。
依據本實施例，可根據第一相對位置與第二相對位置來獲得 更精確的估算值。
相較於先前技術，本發明之「估算基站位置的方法」基於天 線仰/俯角的假設，進一步估算基站相對的夾角與距離，可取得較好的取樣且較精準的結果。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本 發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
步驟(S1)~步驟(S3)

Claims (6)

  1. 一種估算基站位置的方法，至少包含下列步驟：(S1)當一行動裝置移動至一第一參考位置時取得一第一參考坐標並依據一接收訊號估算一第一距離，該訊號由該基站發射；(S2)取得該基站之一天線俯角與一天線方位角、該行動裝置的一第一仰角與一第一方位角；(S3)藉由該天線俯角與該天線方位角、該第一仰角與該第一方位角，以及該第一距離，估算出該行動裝置相對該基站之一第一相對位置，其中該第一相對位置係為該基站相對於該行動裝置之相對方位角與相對仰角，其中該步驟(S3)更包含下列關係式： 其中，aTX為該天線方位角，eTX為該天線俯角。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該步驟(S3)更包含下列關係式： 其中，aRX為該第一方位角，eRX為該第一仰角，d為該第一距離，[xRX，yRX，zRX]為該行動裝置相對於一正北軸的位置。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該步驟(S3)更包含下列關係式： 其中，az為該相對方位角，el為該相對仰角，d為該第一距離，[x”RX，y”RX，z”RX]為該行動裝置相對該基站的該第一相對位置。
  4. 如請求項3所述之方法，其中，若aRX等於aTX，則az=0且el=eRX-eTX；以及若aRX不等於aTX，則 且
  5. 如請求項1所述之方法，其中更包括：(S4)當該行動裝置移動至不同位置時重複(S1)與(S3)的步驟，估算多組該行動裝置與該基站之相對位置；以及(S5)依據該多組的相對位置以統計的方式估算一第二相對位置作為該行動裝置與該基站之相對位置。
  6. 如請求項1所述之方法，其中，該行動裝置依據該接收訊號的強度以及通訊環境的複雜度估算該第一距離。
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