基于抵达时间的定位系统的制作方法
【专利摘要】可以实现采用无线网络设备的所计算出的初始位置的TOA定位系统。对于多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离。可以至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置。可以至少部分地基于所计算出的初始位置、至每个参考无线网络设备的距离、以及初始距离校准常数来估计该无线网络设备的位置。
【专利说明】基于抵达时间的定位系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2011年9月19日提交的美国申请S/N.13/236，172的优先权权益。【背景技术】
[0003]本发明主题内容的各实施例一般涉及无线通信领域，尤其涉及基于抵达时间(TOA)的定位系统。
[0004]无线通信设备可以使用各种位置估计技术基于与具有已知位置的多个参考无线通信设备进行通信来确定该无线通信设备的未知位置。例如，无线通信设备可以通过确定无线电信号从该无线通信设备到参考无线通信设备的行进时间来采用基于往返时间(RTT)的定位技术。无线通信设备可以基于所确定的无线电信号的行进时间来确定至参考无线通信设备的距离并且可以使用抵达时间(TOA)定位技术来确定未知位置。
[0005]概述
[0006]在一些实施例中，一种方法包括:在通信网络的无线网络设备处确定该无线网络设备与该通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间；对于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离；至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置；以及至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计该无线网络设备的位置。
[0007]在一些实施例中，所述执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置包括:至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、以及初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计该无线网络设备的位置。
[0008]在一些实施例中，初始距离校准常数是零值、预定值、和动态选择的随机值中的一者。
[0009]在一些实施例中，所述执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置进一步包括:响应于所述执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、初始距离校准常数、以及该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
[0010]在一些实施例中，所述至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算无线网络设备的初始位置包括将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置的平均。
[0011]在一些实施例中，所述至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算无线网络设备的初始位置包括将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组合。
[0012]在一些实施例中，所述至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算无线网络设备的初始位置包括:确定位置误差矩阵，其中该位置误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备的估计位置坐标与该无线网络设备的初始位置的对应初始位置坐标之间的差异；确定距离误差矩阵，其中该距离误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中该测得距离是至少部分地基于该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中该估计距离是至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备的位置和该无线网络设备的初始位置来确定的；将系数矩阵确定为该距离误差矩阵与该位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及至少部分地基于使该系数矩阵与该系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算该无线网络设备的初始位置。
[0013]在一些实施例中，该方法进一步包括:至少部分地基于分析与该多个参考无线网络设备中的至少每个参考无线网络设备相关联的一个或多个性能测量来标识该多个参考无线网络设备。
[0014]在一些实施例中，对于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，所述至少部分地基于该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离进一步包括:对于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，记录从该无线网络设备向该参考无线网络设备传送第一控制消息的第一时刻；记录响应于第一控制消息在该无线网络设备处从该参考无线网络设备接收第二控制消息的第二时刻；从第二时刻减去第一时刻以确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间；以及将该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间乘以光速因子以产生该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离。
[0015]在一些实施例中，该无线网络设备和该多个参考无线网络设备包括无线局域网(WLAN)通信能力。
[0016]在一些实施例中，一种无线网络设备包括网络接口 ；以及与该网络接口耦合的位置计算单元，该位置计算单元操作用于:确定该无线网络设备与通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间；对于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离；至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置；以及至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计该无线网络设备的位置。
[0017]在一些实施例中，该位置计算单元操作用于执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置包括该位置计算单元操作用于:至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、以及初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计该无线网络设备的位置。
[0018]在一些实施例中，该位置计算单元操作用于执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置进一步包括该位置计算单元操作用于:响应于该位置计算单元执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、初始距离校准常数、以及该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
[0019]在一些实施例中，该位置计算单元操作用于至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置包括该位置计算单元操作用于:将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置的平均，或者将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组合。
[0020]在一些实施例中，该位置计算单元操作用于至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算无线网络设备的初始位置包括该位置计算单元操作用于:确定位置误差矩阵，其中该位置误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备的估计位置坐标与该无线网络设备的初始位置的对应初始位置坐标之间的差异；确定距离误差矩阵，其中该距离误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中该测得距离是至少部分地基于该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中该估计距离是至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备的位置和该无线网络设备的初始位置来确定的；将系数矩阵确定为该距离误差矩阵与该位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及至少部分地基于使该系数矩阵与该系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算该无线网络设备的初始位置。
[0021]在一些实施例中，一个或多个机器可读存储介质中存储有指令，这些指令在由一个或多个处理器执行时使该一个或多个处理器执行以下操作，包括:在通信网络的无线网络设备处确定该无线网络设备与该通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间；对于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定该无线网络设备与该参考无线网络设备之间的距离；至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置；以及至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计该无线网络设备的位置。
[0022]在一些实施例中，所述执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置的操作包括:至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、以及初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计该无线网络设备的位置。[0023]在一些实施例中，所述执行TOA计算以估计该无线网络设备的位置的操作进一步包括:响应于所述执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于该无线网络设备的初始位置、该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、初始距离校准常数、以及该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
[0024]在一些实施例中，所述至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算该无线网络设备的初始位置的操作包括:将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置的平均，或者将该无线网络设备的初始位置计算为该多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组
口 ο
[0025]在一些实施例中，所述至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算无线网络设备的初始位置的操作包括:确定位置误差矩阵，其中该位置误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备的估计位置坐标与该无线网络设备的初始位置的对应初始位置坐标之间的差异；确定距离误差矩阵，其中该距离误差矩阵的每个元素表示该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中该测得距离是至少部分地基于该无线网络设备与该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中该估计距离是至少部分地基于该多个参考无线网络设备中的该一个参考无线网络设备的位置和该无线网络设备的初始位置来确定的；将系数矩阵确定为该距离误差矩阵与该位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及至少部分地基于使该系数矩阵与该系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算该无线网络设备的初始位置。
[0026]附图简要说明
[0027]通过参考附图，可以更好地理解本发明的诸实施例并使众多目的、特征和优点为本领域技术人员所显见。
[0028]图1是解说用于在无线通信网络中估计网络设备的未知位置的机制的示例框图；
[0029]图2是包括TOA定位机制的位置计算单元的一个实施例的示例框图；
[0030]图3是解说TOA定位机制的示例操作的流程图；
[0031]图4是包括混合TOA定位机制的位置计算单元的一个实施例的示例框图；
[0032]图5描绘了解说混合TOA定位机制的示例操作的流程图；
[0033]图6是图5的延续并且也解说混合TOA定位机制的示例操作；以及
[0034]图7是包括用于在无线通信网络中确定电子设备的位置的机制的电子设备的一个实施例的框图。
[0035]实施例描述
[0036]以下描述包括体现本发明主题内容的技术的示例性系统、方法、技术、指令序列、以及计算机程序产品。然而应理解，所描述的实施例在没有这些具体细节的情况下也可实践。例如，尽管诸示例涉及执行本文中所描述的位置估计技术的无线局域网(WLAN)设备(例如，802.1ln兼容设备)，但是诸实施例并不被如此限定。在其他实施例中，各种其他设备和标准(例如，WiMAX)可以执行位置估计技术。在其他实例中，公知的指令实例、协议、结构和技术未被详细不出以免混淆本描述。
[0037]与未知位置相关联的网络设备(“未知网络设备”)可以使用基于TOA的定位算法以基于多个参考网络设备来确定自己的位置。取决于实现，TOA定位算法可以或者可以不要求准确已知的距离校准常数来估计未知网络设备的位置。常规TOA定位算法通常将未知网络设备的任意选择的初始位置、任意选择的距离校准常数、以及至每个参考网络设备的距离和每个参考网络设备的位置作为输入来迭代地计算未知网络设备的位置。通常，未知网络设备的初始位置为O (例如，其中X、Y和Z坐标为O)或者是随机选择的值。同样，初始距离校准常数也通常为O或者是随机选择的值。然而，常规TOA定位算法可能对未知网络设备的初始位置非常敏感。此外，一些常规TOA定位算法可能对距离校准常数敏感。采用初始位置的随机选择的值或者零值可能使常规TOA定位算法无法求解(例如，通过使一个或多个行列式的值逼近O或无穷大)并且可能导致常规TOA定位算法不能收敛到恰适的解(即，未知网络设备的位置)。同样，不知道或随机地选择距离校准常数可能导致常规TOA定位算法较差的性能，可能导致常规TOA定位算法不能收敛到未知网络设备的恰适位置，和/或可能导致常规TOA定位算法收敛到错误的解。
[0038]在一些实现中，可实现采用未知网络设备的所计算出的(而非任意选择的)初始位置的第一 TOA定位系统来使一些常规TOA定位算法对未知网络设备的初始位置的敏感性最小化。第一 TOA定位系统通常不对距离校准常数敏感并且可以将任意选择的距离校准常数用于定位计算。可以利用任意选择的距离校准常数的第一 TOA定位系统在本文中被称为“Τ0Α1定位系统”。未知网络设备的初始位置可以至少部分地基于参考网络设备的已知位置来计算。TOAl定位系统可以至少部分地基于未知网络设备的所计算出的初始位置和至每个参考网络设备的距离来执行单次迭代(而非多次迭代)以计算未知网络设备的位置和距离校准常数。计算(而非任意地猜测)未知网络设备的初始位置可以减轻位置敏感性问题，确保TOAl定位系统在确定未知网络设备的位置时收敛，并且改善TOAl定位系统的性能和定位准确性。此外，通过仅执行单次迭代来估计未知网络设备的位置，TOAl定位系统可以使为计算未知网络设备的位置所消耗的资源和时间最小化。
[0039]在一些实现中，混合TOA定位系统可以改善估计未知网络设备的位置的性能。作为混合TOA定位系统的一部分，以上描述的TOAl定位系统可以执行单次迭代以估计未知网络设备的位置(本文中被称为“未知网络设备的中间位置”)和距离校准常数(本文中被称为“中间距离校准常数”)。未知网络设备的中间位置和中间距离校准常数(连同参考网络设备的位置和至每个参考网络设备的距离)可随后被用来计算目标(或估计)距离校准常数和未知网络设备的第二中间位置。另外，混合TOA定位系统还可以包括本文中被称为“Τ0Α2定位系统”的第二 TOA定位系统。第二 TOA定位系统通常对距离校准常数敏感并且可以不是将任意选择的距离校准常数用于定位计算。取而代之的是，Τ0Α2定位系统可以将由TOAl定位系统所计算出的中间距离校准常数用于定位计算，如以下将描述的。混合TOA定位系统可以至少部分地基于目标距离校准常数和第二中间位置来迭代地执行Τ0Α2定位系统以估计未知网络设备的位置(“估计位置”)。计算(而非猜测)目标距离校准常数可使对距离校准常数的敏感性最小化，使与确定未知网络设备的位置相关联的定位误差最小化，增加定位准确性并且改善性能增益，由此改善未知网络设备的总体性能。
[0040]图1是解说用于在无线通信网络100中估计网络设备的未知位置的机制的示例框图。在一个示例中，无线通信网络100包括具有未知位置的WLAN设备102 ( “未知WLAN设备，，)和四个参考WLAN设备104、106、108和112。未知WLAN设备102包括位置计算单元110。在一些实现中，位置计算单元110可以在未知WLAN设备102的通信单元中实现，该通信单元实现协议和功能性以启用无线通信网络100中的WLAN通信。注意，尽管在图1中未描绘，但是在一些实施例中，参考WLAN设备104、106、108和112中的一个或多个也可包括位置计算单元以及用于确定其各自相应位置的相应功能性。在一些实现中，未知WLAN设备102和参考WLAN设备104、106、108和112可以各自是具有WLAN通信能力的电子设备，诸如膝上型计算机、平板计算机、移动电话、智能电器、游戏控制台、接入点、或者其他合适的电子设备。未知WLAN设备102可以执行诸操作以确定其位置，如以下将在阶段A-F中所描述的。
[0041]在阶段A，位置计算单元110确定未知WLAN设备102与无线通信网络100中的参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备之间的往返传输时间(RTT)。在一个实现中，位置计算单元110可以向参考WLAN设备104传送一个或多个控制消息并且可以从参考WLAN设备104接收相应的一个或多个响应控制消息(例如，确收(ACK)消息)。位置计算单元110还可以记录向参考WLAN设备104传送控制消息以及从参考WLAN设备104接收相应的响应控制消息的时刻。位置计算单元110可随后将未知WLAN设备102与参考WLAN设备104之间的RTT ( “与该参考WLAN设备相关联的RTT”)计算为传送控制消息与接收相应的响应控制消息之间所流逝的时间，如将在图3的框304-308中进一步描述的。同样，位置计算单元110还可以计算与参考WLAN设备106相关联的RTT和与参考WLAN设备108相关联的RTT。注意，在其他实现中，可以采用其他合适的技术来确定与参考WLAN设备104、106、108 和 112 相关联的 RTT。
[0042]在阶段B，位置计算单元110基于与参考WLAN设备相关联的相应RTT来计算未知WLAN设备102与参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备之间的距离。用于计算未知WLAN设备102与参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备之间的距离的操作将在图2和3中进一步描述。
[0043]在阶段C，位置计算单元110确定参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备的位置。在一些实现中，位置计算单元110可以请求并接收与参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备相关联的位置坐标。例如,位置计算单元110可以在阶段A处所传送的控制消息中传送对位置坐标的请求并且在响应控制消息中接收位置坐标。作为另一示例，位置计算单元110可以向每个参考WLAN设备传送位置请求消息(不同于阶段A处所传送的控制消息)并且可以接收包括与每个参考WLAN设备相关联的位置坐标的相应的位置响应消息。在另一实现中，位置计算单元110可以查询集中式服务器(或者可以访问预定的存储器位置)以确定与参考WLAN设备104、106、108和112相关联的位置坐标。在另一实现中，参考WLAN设备104、106、108和112可以按周期性的间隔广播其各自相应的位置坐标(例如，在信标消息或另一合适的控制消息中)。位置计算单元110可以基于接收和分析周期性接收到的消息来确定与参考WLAN设备104、106、108和112相关联的位置坐标。注意，位置计算单元110可以确定与参考WLAN设备104、106、108和112相关联的二维(2D)坐标(例如，X和Y坐标)、三维(3D)坐标(例如，X、Y和Z坐标)、纬度和经度、球面坐标、和/或其他合适的位置指示符。[0044]在阶段D，位置计算单元110至少部分地基于参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备的位置来计算未知WLAN设备102的初始位置。作为一个示例,位置计算单元110可以将未知WLAN设备102的初始位置计算为参考WLAN设备104、106、108和112的已知位置的平均，如将在图2和3中所描述的。位置计算单元110可以将未知WLAN设备102的所计算出的初始位置用作第一抵达时间(TOAl)定位算法的输入以估计未知WLAN设备102的位置，如以下将在阶段F和图2-3中所描述的。在一些实现中(例如，在混合TOA定位系统中)，位置计算单元110可以使用在TOAl定位算法的输出处生成的未知WLAN设备的先前计算出的位置输出(本文中被称为“未知WLAN设备的第一中间位置”)、至少部分地基于参考WLAN设备104、106、108和112的已知位置和与参考WLAN设备104、106、108和112相关联的RTT来计算未知WLAN设备102的第二中间位置，如将在图4_6中所描述的。在这一实现中，位置计算单元110可以将未知WLAN设备102的第二中间位置用作第二抵达时间(T0A2)定位算法的输入以确定未知WLAN设备102的估计位置，如以下将在阶段F和图4-7中所描述的。
[0045]在阶段E，位置计算单元110确定距离校准常数。在一些实现中，如将根据图2所描述的，初始距离校准常数可以是预定值或者随机选择的值。位置计算单元110可以将初始距离校准常数用作TOAl定位算法的输入以估计未知WLAN设备102的位置和距离校准常数，如以下将在阶段F和图2-3中所描述的。在其他实现中，位置计算单元110可以使用TOAl定位算法的输出处的距离校准常数(本文中称为“中间距离校准常数”)来计算目标(或估计的)距离校准常数。在这一实现中，位置计算单元110可以将目标距离校准常数用作T0A2定位算法的输入以估计未知WLAN设备102的位置，如以下将在阶段F和图4_7中所描述的。
[0046]在阶段F，位置计算单元110至少部分地基于未知WLAN设备102的初始位置、距离校准常数、以及至参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备的距离来估计未知WLAN设备102的位置。在一些实现中，如将在图2-3中描述的，计算未知WLAN设备102的位置可以是单阶段过程。在这一实现中，可以通过至少将未知WLAN设备102的所计算出的初始位置以及参考WLAN设备的已知位置用作输入来执行基于泰勒级数的TOAl定位算法的单次迭代来计算未知WLAN设备102的位置。在一些实现中，如将在图5-7中所描述的，计算未知WLAN设备102的位置可以是双阶段过程。在这一实现中，位置计算单元110可以首先执行基于泰勒级数的TOAl定位算法(如以上所描述的)并且确定未知WLAN设备102的第一中间位置。此外，TOAl定位算法还可被用于确定中间距离校准常数。接下来，位置计算单元110可以基于第一中间位置和中间距离校准常数来确定未知WLAN设备102的第二中间位置(如在阶段D中所描述的)以及目标距离校准常数(如以上在阶段E中所描述的)。位置计算单元110可以随后迭代地执行基于泰勒级数的T0A2定位算法以估计未知WLAN设备102的位置。
[0047]图2是包括TOA定位机制的位置计算单元110的一个实施例的示例框图。位置计算单元110包括距离计算单元202、TOAl初始位置计算单元204、以及TOAl定位单元206。距离计算单元202和TOAl初始位置计算单元204与TOAl定位单元206耦合。
[0048]距离计算单元202可以至少部分地基于与每个参考WLAN设备相关联的往返传输时间(RTT)来计算未知WLAN设备102与参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备之间的距离。如图2中所描绘的，距离计算单元202将未知WLAN设备102与参考WLAN设备104、106、108和112中的每个参考WLAN设备之间的RTT208用作输入参数。如果i表示针对每个参考WLAN设备的计数并且N表示通信网络100中的参考WLAN设备的数目，则至距离计算单元202的输入为RTTi (即，RTT1, RTT2,...RTTn)，如图2中所描绘的。距离计算单元202的输出是未知WLAN设备102与第i个参考WLAN设备之间的估计距离
210 Cdj )。因此，如果RTTi表示与第i个参考WLAN设备相关联的RTT并且c表示光速，
则可根据式Ia来计算距离I 210。注意，未知WLAN设备102与第i个参考WLAN设备之间的实际距离(Cli)可被表示为TOAl距离校准常数(d。TOA1)与未知WLAN设备102站和第i个参考WLAN设备之间的估计距离(& )之和，如式Ib中所描绘的。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 在通信网络的无线网络设备处确定所述无线网络设备与所述通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间； 对于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的所述往返传输时间来确定所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的距离； 至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的初始位置；以及 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计所述无线网络设备的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行TOA计算以估计所述无线网络设备的位置包括: 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、和所述初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计所述无线网络设备的位置。
3.如权利要求2 所述的方法，其特征在于，所述初始距离校准常数是零值、预定值、和动态选择的随机值中的一者。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行TOA计算以估计所述无线网络设备的位置进一步包括:响应于所述执行所述基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述初始距离校准常数、和所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置包括: 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置的平均。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置包括: 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置包括: 确定位置误差矩阵，其中所述位置误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备的估计位置坐标与所述无线网络设备的所述初始位置的相应初始位置坐标之间的差异；确定距离误差矩阵，其中所述距离误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中所述测得距离是至少部分地基于所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中所述估计距离是至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备的位置和所述无线网络设备的所述初始位置来确定的； 将系数矩阵确定为所述距离误差矩阵与所述位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及至少部分地基于使所述系数矩阵与所述系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算所述无线网络设备的所述初始位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括: 至少部分地基于分析与所述多个参考无线网络设备中的至少每个参考无线网络设备相关联的一个或多个性能测量来标识所述多个参考无线网络设备。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，所述至少部分地基于所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的所述往返传输时间来确定所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的距离进一步包括: 对于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备， 记录从所述无线网络设备向所述参考无线网络设备传送第一控制消息的第一时刻；记录响应于所述第一控制消息在所述无线网络设备处从所述参考无线网络设备接收第二控制消息的第二时刻； 从所述第二时刻减去所述第一时刻以确定所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的所述往返传输时间；以及 将所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的往返传输时间乘以光速因子以产生所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的距离。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线网络设备和所述多个参考无线网络设备包括局域网(WLAN)通信能力。
11.一种无线网络设备，包括: 网络接口 ；以及 与所述网络接口耦合的位置计算单元，所述位置计算单元操作用于: 确定所述无线网络设备与通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间； 对于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的所述往返传输时间来确定所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的距离； 至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的初始位置；以及 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计所述无线网络设备的位置。
12.如权利要求11所述的无线网络设备，其特征在于，所述位置计算单元操作用于执行所述TOA计算以估计所述无线网络设备的位置包括所述位置计算单元操作用于: 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、和所述初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计所述无线网络设备的位置。
13.如权利要求12所述的无线网络设备，其特征在于，所述位置计算单元操作用于执行所述TOA计算以估计所述无线网络设备的位置进一步包括所述位置计算单元操作用于:响应于所述位置计算单元执行所述基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述初始距离校准常数、和所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
14.如权利要求11所述的无线网络设备，其特征在于，所述位置计算单元操作用于至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置包括所述位置计算单元操作用于: 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置 的平均，或者 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组合。
15.如权利要求11所述的无线网络设备，其特征在于，所述位置计算单元操作用于至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置包括所述位置计算单元操作用于: 确定位置误差矩阵，其中所述位置误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备的估计位置坐标与所述无线网络设备的所述初始位置的相应初始位置坐标之间的差异； 确定距离误差矩阵，其中所述距离误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中所述测得距离是至少部分地基于所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中所述估计距离是至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备的位置和所述无线网络设备的所述初始位置来确定的； 将系数矩阵确定为所述距离误差矩阵与所述位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及 至少部分地基于使所述系数矩阵与所述系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算所述无线网络设备的所述初始位置。
16.一种或多种其中存储有指令的机器可读存储介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下动作的操作: 在通信网络的无线网络设备处确定所述无线网络设备与所述通信网络的多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的往返传输时间；对于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备，至少部分地基于所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的所述往返传输时间来确定所述无线网络设备与所述参考无线网络设备之间的距离； 至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的初始位置；以及 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、和初始距离校准常数来执行抵达时间(TOA)计算以估计所述无线网络设备的位置。
17.如权利要求16所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述执行TOA计算以估计所述无线网络设备的位置的操作包括: 至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置、和所述初始距离校准常数来执行基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代以估计所述无线网络设备的位置。
18.如权利要求17所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述执行TOA计算以估计所述无线网络设备的位置的操作进一步包括:响应于所述执行所述基于泰勒级数的TOA定位算法的单次迭代而至少部分地基于所述无线网络设备的所述初始位置、所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备之间的距离、所述初始距离校准常数、和所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来确定距离校准常数。
19.如权利要求16所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置的操作包括: 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置的平均，或者 将所述无线网络设备的所述初始位置计算为所述多个参考无线网络设备的至少子集的位置的加权组合。
20.如权利要求16所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的每个参考无线网络设备的位置来计算所述无线网络设备的所述初始位置的操作包括: 确定位置误差矩阵，其中所述位置误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备的估计位置坐标与所述无线网络设备的所述初始位置的相应初始位置坐标之间的差异； 确定距离误差矩阵，其中所述距离误差矩阵的每个元素表示所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的一个参考无线网络设备之间的测得距离同所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的估计距离之间的差异，其中所述测得距离是至少部分地基于所述无线网络设备与所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备之间的往返传输时间来确定的，其中所述估计距离是至少部分地基于所述多个参考无线网络设备中的所述一个参考无线网络设备的位置和所述无线网络设备的所述初始位置来确定的；将系数矩阵确定为所述距离误差矩阵与所述位置误差矩阵的转置的逆的乘积；以及至少部分地基于使所述系数矩阵与所述系数矩阵的转置的乘积的行列式最大化来计算所述无线网络设备的所 述初始位置。
【文档编号】H04W64/00GK103947269SQ201280056807
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】X·张, N·张 申请人:高通股份有限公司