专利名称：多模基地台定位方法
技术领域：
本发明是关于一种定位的方法，特别是一种利用行动通讯网路基地台定位的方法。
背景技术：
近年来，随着无线传输技术的多样化与普及化，定位的方式也变得多元，而不再局限于传统的GPS(Global Positioning System)全球卫星定位法,除了 GPS定位的外，目前常见的定位方法尚包含行动通讯网路基地台定位法(简称基地台定位法)、WIFI定位法以及RFID定位法，其中各种定位法的精准度及涵盖范围，均有所不同，而有其不同的应用。以RFID而言，单一传感器的涵盖范围随着使用频段的不同而有所区别，一般介于数十公分至数公尺之内，因此其涵盖范围相对狭窄，但精准度也最高；若要扩大其涵盖范围，则须以相当高的密度，布建RFID传感器，因此该定位方式局限于室内，可应用于人员进入特定建筑物的定位与监控。WIFI定位，是利用无线网络中的路由器，来达到定位的功能，单一路由器的涵盖范围，大约在200公尺左右，因此其精准度约略也在此一范围；WIFI定位，已可将定位的范围，由室内延伸至室外，但仍无法完全避免涵盖的死角，另一个更严重的缺陷，在于此技术较为耗电，因此，此技术无法支持长时间连续性的定位。GPS定位法，在涵盖范围方面，几乎没有任何限制，其精准度也可达到数公尺，其主要缺陷在于涵盖死角，例如在室内或建筑物密集的都会区，定位装置可能无法与卫星建立联机，而导致定位失效；GPS定位的其它缺陷，尚包含耗电以及开机后，第一次取得定位信息较为耗时。随着无线电话的普及，无线通讯网路基地台的数量及密度越来越高，基地台涵盖的范围越来越广，且涵盖死角越来越少，利用基地台定位无线通讯系统中的通讯装置变得可行。基地台定位具有涵盖范围大、涵盖死角较少、耗电量可接受等优点，其缺陷主要在于精准度；单一基地台的涵盖范围，可能广达数十公里，因此若利用基地台定位，除基地台的坐标外，尚需其它辅助信息，目前主要使用的信息，为定位装置与基地台间的估算距离。在一无线通讯网路中，每一基地台可能包含多个细胞台(Cells)，其数量取决于每一细胞台天线可涵盖的角度，以及区域内的用户数；一常见的组态，为一基地台包含三个细胞台，每一细胞台涵盖120°的范围，但亦有基地台仅有单一细胞台，该单一细胞台涵盖360°的范围。目前利用基地台定位的方法，大致可区分为单一基地台定位与多基地台定位；在一无线通讯网路中，一通讯装置可能会侦测到多个可提供通讯服务的邻近细胞台(Neighborhood Cells)，随着该等邻近细胞台与该通讯装置距离的不同、实际环境的差异(例如有无受到遮蔽、天候)、以及每一细胞台不同的负载状况(用户的多寡)，该通讯装置会挂载于单一细胞台(称作Serving Cell)，该挂载细胞台为提供该通讯装置通讯服务(语音、数据等)的细胞台。单一基地台定位，多利用一通讯装置挂载的细胞台信息(坐标、与该通讯装置的距离等)，计算出该通讯装置的可能范围；为提升定位的精准度，则有多基地台定位技术的出现，图1即例示一种常见的多基地台定位法，其使用多个邻近细胞台(图1中的110、120及130)的信息，利用邻近细胞台所属的基地台坐标，以及一通讯装置100与不同基地台间的估算距离，分别划分出多个该通讯装置的可能位置，再以几何交集的方式，定出一较精准的通讯装置位置。除了一般的通讯装置外(例如行动电话)，亦可设计专门用于基地台定位的定位装置，该装置只要具有行动电话业者所提供的用户识别模块(一般是插入SIM卡)，即可在该行动电话业者的无线通讯网路中，利用基地台定位，在本说明书中，一般的行动装置与专门用于基地台定位的定位装置，合称为定位通讯装置目前基地台定位方式，不论使用单一基地台的信息或多个基地台的信息，普遍存在的问题，在于处理信息的手段过于单一，以至于不论信息量的多寡，均无法对搜集到的信息做出最妥善的运用，以得到较精准的定位。更具体的说，在一无线通讯网路中，定位通讯装置所处的无线环境，相当复杂而多变；例如基地台的密度、无线信号受遮蔽的程度、无线信号是否经过反射等，均会影响接收到的信息与定位的判断，因此若使用单一的算法处理信息而判断其定位，在大多数的情况下，信息无法被有效利用，定位的误差可能高达数公里，因此，一种有效处理细胞台与基地台信息以精准定位的方法，有其需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种结合单一基地台与多基地台定位的多模基地台定位方法，其首先对于定位通讯装置所处的无线网络环境做一分析，以筛选出用于定位的基地台坐标，并选出适当的算法，以有效使用信息、精准定位。本发明提供一种多模基地台定位方法，包含:在行动通讯网路中，服务器由定位通讯装置的挂载细胞台(Serving Cell)接收定位通讯装置在行动通讯网路的无线网络环境信息，其中无线网络环境信息包含定位通讯装置的挂载细胞台信息及定位通讯装置邻近细胞台(Neighborhood Cells)信息,挂载细胞台信息包含定位通讯装置挂载细胞台的坐标及挂载细胞台指定给定位通讯装置的时序前进(Timing Advances, TA),邻近细胞台信息包含定位通讯装置邻近细胞台的数量及坐标；若服务器无法由定位通讯装置的挂载细胞台接收无线网络环境信息 ，或无线网络环境信息信息量不足时，服务器由行动通讯网路的交换机取得定位通讯装置挂载细胞台信息；以及服务器使用无线网络环境信息及/或交换机提供的定位通讯装置挂载细胞台信息，估算该定位通讯装置的位置。在一般的状况下，一用于定位的服务器可由定位通讯装置的挂载细胞台，接收定位所需的无线网络环境信息，该无线网络环境信息同时包含定位通讯装置的挂载细胞台信息及定位通讯装置邻近细胞台信息；其中挂载细胞台信息包含挂载细胞台的坐标及挂载细胞台指定给定位通讯装置的时序前进；该时序前进是用于补偿信号因定位通讯装置与挂载细胞台间距离所产生的时间差，因此此一信息与定位通讯装置与挂载细胞台间距离相关，￠:GSM(Global System for Communications)系统中，时序前进(Timing Advances,TA)与上述距离的关系如图2所示，直观上，具备挂载细胞台坐标以及时序前进，即可以传统的单一基地台定位方式，做出粗略的定位；但时序前进不仅可用于单一基地台定位，该信息更可用于多基地台定位，例如加权平均多个基地台坐标以对定位通讯装置定位时，时序前进可用于调整各基地台坐标的权重，以得到较精准的定位。而基本的邻近细胞台信息，则包含邻近细胞台的数量及坐标，如前所述，一基地台可能包含多个细胞台，因此，该邻近细胞台信息中，可能包含具有相同坐标的复数个细胞台，因此实际可用于估算定位通讯装置位置的基地台坐标数量将小于或等于邻近细胞台数量；虽重复的坐标无法提供额外的坐标信息，但根据上述坐标重复的情况，尚可反映出坐标的外关于定位的信息，而可用以决定处理坐标信息的方式，例如一重复出现多次的坐标，可能在采取加权平均多个基地台坐标的方式以对定位通讯装置定位时，取得较大的权重。在某一特定状况下，该用于定位的服务器，可能无法由定位通讯装置的挂载细胞台，接收定位所需的无线网络环境资，其可能原因例如该定位通讯装置，暂时受到遮蔽，或该装置位于高速移动的交通工具，亦可能该定位通讯装置有挂载在某一细胞台，但该细胞台却无法将信息回传；此时该服务器将尝试由该行动通讯网路的交换机取得该定位通讯装置挂载细胞台信息，在此情况下，由于该服务器仅取得该定位通讯装置挂载细胞台信息，仅能进行单一基地台定位。而在另一可能状况下，该用于定位的服务器，可由定位通讯装置的挂载细胞台，接收定位所需的无线网络环境信息，该无线网络环境信息量不足，例如该信息中，邻近细胞台的坐标数量为零或仅为一，此时该服务器亦将由该行动通讯网路的交换机取得该定位通讯装置挂载细胞台信息，以尝试取得额外的坐标信息。其它可用于定位的信息尚包含该定位通讯装置相对于该等邻近细胞台的接收功率；以及该定位通讯装置相对于该挂载细胞台的接收功率；根据该等接收功率值，可计算出该定位通讯装置相对于该等邻近细胞台及该挂载细胞台的功率衰减值；该等功衰值，可用于估计该定位通讯装置与该等细胞台间的距离，而该等推估距离，可用于以几何交集运算对该定位通讯装置定位；该等功衰值，亦可直接用于以加权平均运算对该定位通讯装置定位，作为权值衡量的依据。又一可用于定位的信息为该定位通讯装置挂载细胞台及邻近细胞台的位置区域码(Local Area Code),该等区域码分别由三个十六进制码所组成,可反应出该等细胞台分布的情况，以及该等细胞台所在区域性质(城市、郊区或山区等)，该用于定位的服务器，可根据此一信息，调整处理坐标信息的方式。本发明提供的多模基地台定位方法，由一定位通讯装置的挂载细胞台接收该定位通讯装置在该行动通讯网路的无线网络环境信息及/或由该行动通讯网路的交换机取得该定位通讯装置挂载细胞台信息后，执行一综合运算以估算该定位通讯装置的位置。该综合运算，首先分析取得的信息，选择出可用以定位的细胞台坐标，并根据取得信息中的时序前进、细胞台坐标的数量及重复性、接收功率值、该等细胞台的位置区域码以及坐标分布等信息，选择适当的算法，用以运算选择的细胞台坐标，以估算该定位通讯装置的位置，该演算可为单一基地台定位或多基地台定位，在多基地台定位的情形中，该演算可为加权平均运算、几何交集运算或其它可能的运算方式，其重点在于，由于用于定位的坐标信息的有限，必须利用坐标数值信息以外的其它信息，决定以何种方式处理坐标数值，以在可能的演算中，选择最适当者，而非以单一固定的手段，处理坐标数值。由于估算定位通讯装置的位置，可能为一连续性的过程，因此先前定位该定位通讯装置的位置信息，亦可作为目前定位的信息，因此本发明复提供一种多模基地台定位方法，包含:在行动通讯网路中，服务器由定位通讯装置的挂载细胞台(Serving Cell)接收定位通讯装置在行动通讯网路的无线网络环境信息，其中无线网络环境信息包含定位通讯装置的挂载细胞台信息及定位通讯装置邻近细胞台(Neighborhood Cells)信息,挂载细胞台信息包含定位通讯装置挂载细胞台的坐标及挂载细胞台指定给定位通讯装置的时序前进(Timing Advances),邻近细胞台信息包含定位通讯装置邻近细胞台的数量及坐标；若服务器无法由定位通讯装置的挂载细胞台接收分析无线网络环境信息，或无线网络环境信息信息量不足时，服务器由行动通讯网路的交换机取得定位通讯装置挂载细胞台信息；月艮务器分析无线网络环境信息，以判断是否须查询复数笔先前定位该定位通讯装置的位置信息，以计算该定位通讯装置的轨迹推估坐标；以及服务器使用无线网络环境信息、交换机提供的定位通讯装置挂载细胞台信息及/或轨迹推估坐标，估算定位通讯装置的位置。
图1是一习知多基地台定位法的示意图。图2是说明一挂载细胞台(Serving Cell)指定给一通讯装置的时序前进(TimingAdvance)与该挂载细胞台与该通讯装置间相对距离的关系。图3是本发明第一实施例的示意图。图4是本发明第二实施例的示意图。
图5是本发明第一实施例至第三实施例所示范多模基地台定位法的流程图。图6是本发明第四实施例的示意图。图7是本发明第四实施例所示范多模基地台定位法的流程图。主要组件符号说明
通讯装置100
邻近细胞台110、120、130
定位通讯装置200
挂载细胞台201
邻近细胞台202、203、204、205、206、207
服务器210
交换机220
无线网络环境信息 230
挂栽细胞台信息 240先前位置250、260
步骤5()()、510.51K 520、530
步驟700、710、711、720、721、730、740
具体实施例方式以下将配合图示详细叙述例示实施例。然而，这些实施例可以包含于不同的形式中，且不应被解释为用以限制本发明。这些实施例的提供使得本发明的公开完整与完全，本领域技术人员将能经由该些实施例了解本发明的范畴。表一及表二所列，为一用于定位的服务器由一定位通讯装置的挂载细胞台所接收的无线网络环境信息，其中表一所列为该定位通讯装置挂载细胞台信息，其包含该挂载细胞台识别码(Cell ID)、位置区域码(CellLAC)、坐标(Cell Coordinate N及Cell Coordinate E)、该定位通讯装置相对于该挂载细胞台的接收功率(Cell Signal Level,单位:asu)、以及该挂载细胞台指定给该定位通讯装置的时序前进(Timing Advance)。表一:用于定位的挂载细胞台信息
权利要求
1.一种多模基地台定位方法，其特征在于，包含: 在一行动通讯网路中，一服务器由一定位通讯装置的挂载细胞台(Serving Cell)接收该定位通讯装置在该行动通讯网路的无线网络环境信息，其中该无线网络环境信息包含该定位通讯装置的挂载细胞台信息及该定位通讯装置邻近细胞台(Neighborhood Cells)信息，该挂载细胞台信息包含该定位通讯装置挂载细胞台的坐标及该挂载细胞台指定给该定位通讯装置的时序前进(Timing Advances),该邻近细胞台信息包含该定位通讯装置邻近细胞台的数量及坐标； 若该服务器无法由该定位通讯装置的挂载细胞台接收该无线网络环境信息，或该无线网络环境信息信息量不足时，该服务器由该行动通讯网路的交换机取得该定位通讯装置挂载细胞台信息；以及 该服务器使用该无线网络环境信息及/或该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台信息，估算该定位通讯装置的位置。
2.根据权利要求1所述的多模基地台定位方法，其特征在于: 该无线网络环境信息中，该定位通讯装置邻近细胞台信息尚包含该定位通讯装置相对于该等邻近细胞台的接收功率；以及 该无线网络环境信息中，该定位通讯装置挂载细胞台信息尚包含该定位通讯装置相对于该挂载细胞台的接收功率。
3.根据权利要求1所述的多模基地台定位方法，其特征在于该无线网络环境信息尚包含该定位通讯装置挂载细胞台及邻近细胞台的位置区域码(Local Area Code)。
4.根据权利要求1、2、3中任意一项所述的多模基地台定位方法，其特征在于该服务器估算该定位通讯装置的位置 ，是利用一综合运算，其包含: 分析该无线网络环境信息及/或该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台信息，以自该定位通讯装置邻近细胞台坐标及该挂载细胞台坐标中，选择用以估算的至少一细胞台坐标；以及 选择一适当的算法，用以运算该至少一选择的细胞台坐标，以估算该定位通讯装置的位置。
5.根据权利要求4所述的多模基地台定位方法，其特征在于该算法，是为一加权比重运算，其包含: 分析该无线网络环境信息及/或该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台信息，以赋予每一该至少一细胞台坐标一相对应的加权比重； 根据该至少一选择的细胞台坐标及相对应的加权比重，估算该定位通讯装置的位置。
6.根据权利要求5所述的多模基地台定位方法，其特征在于该加权比重运算，尚包含: 估算该定位通讯装置的位置后，根据该估算位置，计算一组无线网络环境信息推估值； 比较该组无线网络环境信息推估值与接收的该无线网络环境信息，根据其差异，产生一组新的坐标加权比重，以计算一更新的该定位通讯装置的位置。
7.根据权利要求4所述的多模基地台定位方法，其特征在于该算法，是为一几何交集运算，其包含: 分析该无线网络环境信息及/或该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台的信息，以估计每一该至少一选择的细胞台坐标与该定位通讯装置的距离； 根据该至少一选择的细胞台坐标，以及该至少一选择的细胞台坐标与该定位通讯装置的距离，推估出至少一该定位通讯装置所在区域，以该至少一区域的几何交集，估算该定位通讯装置的位置。
8.一种多模基地台定位方法，其特征在于，包含: 在一行动通讯网路中，一服务器由一定位通讯装置的挂载细胞台(Serving Cell)接收该定位通讯装置在该行动通讯网路的无线网络环境信息，其中该无线网络环境信息包含该定位通讯装置的挂载细胞台信息及该定位通讯装置邻近细胞台(Neighborhood Cells)信息，该挂载细胞台信息包含该定位通讯装置挂载细胞台的坐标及该挂载细胞台指定给该定位通讯装置的时序前进(Timing Advances),该邻近细胞台信息包含该定位通讯装置邻近细胞台的数量及坐标； 若该服务器无法由该定位通讯装置的挂载细胞台接收分析该无线网络环境信息，或该无线网络环境信息信息量不足时，该服务器由该行动通讯网路的交换机取得该定位通讯装置挂载细胞台信息； 该服务器分析该无线网络环境信息，以判断是否须查询复数笔先前定位该定位通讯装置的位置信息，以计算一该定位通讯装置的轨迹推估坐标；以及 该服务器使用该无线网络环境信息、该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台的信息及/或该轨迹推估坐标，估算该定位通讯装置的位置。
9.根据权利要求8所述的多模基地台定位方法，其特征在于: 该无线网络环境信息中，该定位通讯装置邻近细胞台信息尚包含该定位通讯装置相对于该等邻近细胞台的接收功率 ；以及 该无线网络环境信息中，该定位通讯装置挂载细胞台信息尚包含该定位通讯装置相对于该挂载细胞台的接收功率。
10.根据权利要求8所述的多模基地台定位方法，其特征在于该无线网络环境信息尚包含该定位通讯装置挂载细胞台及邻近细胞台的位置区域码(Local Area Code)。
11.根据权利要求8、第9项、或第10项所述的多模基地台定位方法，其特征在于该服务器估算该定位通讯装置的位置，是利用一综合运算，其包含: 分析该无线网络环境信息、该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台信息及/或该轨迹推估坐标，以自该定位通讯装置邻近细胞台坐标、该挂载细胞台坐标及该轨迹推估坐标中，选择用以估算的至少一坐标；以及 选择一适当的算法，用以运算该至少一选择的坐标，以估算该定位通讯装置的位置。
12.根据权利要求11所述的多模基地台定位方法，其特征在于该算法，是为一加权比重运算，其包含: 分析该无线网络环境信息、该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台的信息及/或该轨迹推估坐标，以赋予每一该至少一选择的坐标一相对应的加权比重； 根据该至少一选择的坐标及相对应的加权比重，估算该定位通讯装置的位置。
13.根据权利要求12所述的多模基地台定位方法，其特征在于该加权比重运算，尚包含: 估算该定位通讯装置的位置后，根据该估算位置，计算一组无线网络环境信息推估值； 比较该组无线网络环境信息推估值与接收的该无线网络环境信息，根据其差异，产生一组新的坐标加权比重，以计算一更新的该定位通讯装置的位置。
14.根据权利要求11所述的多模基地台定位方法，其特征在于该算法，是为一几何交集运算，其包含: 分析该无线网络环境信息、该交换机提供的该定位通讯装置挂载细胞台的信息、及/或该轨迹推估坐标，以估计每一该至少一选择的坐标与该定位通讯装置的距离； 根据该至少一选择的坐标，以及该至少一选择的坐标与该定位通讯装置的距离，推估出至 少一该定位通讯装置所在区域，以该至少一区域的几何交集，估算该定位通讯装置的位置。
全文摘要
本发明提供一种多模基地台定位方法，包含在行动通讯网路中，服务器由定位通讯装置的挂载细胞台(Serving Cell)接收定位通讯装置在行动通讯网路的无线网络环境信息，其中无线网络环境信息包含定位通讯装置的挂载细胞台信息及定位通讯装置邻近细胞台(Neighborhood Cells)信息，挂载细胞台信息包含定位通讯装置挂载细胞台的坐标及挂载细胞台指定给定位通讯装置的时序前进(Timing Advances)，邻近细胞台信息包含定位通讯装置邻近细胞台的数量及坐标；若服务器无法由定位通讯装置的挂载细胞台接收无线网络环境信息，或无线网络环境信息信息量不足时，服务器由行动通讯网路的交换机取得定位通讯装置挂载细胞台信息；以及服务器使用无线网络环境信息及/或交换机提供的定位通讯装置挂载细胞台信息，估算定位通讯装置的位置。
文档编号H04W4/02GK103118331SQ20131006460
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年1月16日
发明者陈脩德, 林汉荃, 陈人杰 申请人:财团法人电信技术中心