一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统和方法

文档序号:10691765
一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统和方法,本方案根据移动终端的MR报告以及分布式天线系统中相应的天线的位置信息形成相应的定位元数据,并根据该定位元数据进行精确定位。本方案室内定位精度高,有效解决利用纯MR技术室内定位精度不高的问题。再者本方案具有部署成本低、用户使用方便、潜在用户群大等优点,不仅直接有益于优化蜂窝基站的室内覆盖,还将促进室内定位业务(LBS,Location Based Services)的发展。
【专利说明】
-种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统和方法
技术领域
[0001 ]本发明设及定位技术,具体设及室内定位技术。
【背景技术】
[0002] Measurement ReporUMR),也即测量报告,包含了信号强度/电平/信道质量等信 息,大概每500ms更新一次,是评估蜂窝无线环境信号质量的主要依据之一。下行MR包括服 务小区的电平强度/质量/UE发射功率/邻小区的信号强度等,下行MR由UE测量收集。上行MR 包括肥的电平强度/质量/基站发射功率等,上行MR由网络端测量收集。上下行MR最后汇集 在基站控制器处。
[0003] 随着移动通信技术进步,运营商的室外无线通信业务在近些年取得了长足的发 展,并且相对成熟。由于大部分的数据业务发生在室内,目前室内已成为运营商蜂窝网络业 务的重要增长点。倘若可W将Μ巧良告与室内移动终端用户位置进行准确匹配(对应),将催 生如基站发射功率优化、更精确的网络规划和基站室内覆盖估计等一系列的分析,能够产 生更多有益的结果。然而,仅利用MR报告本身无法准确获得移动终端用户的位置,例如基于 Μ巧良告的定位误差普遍在数百米。因此需要寻找合适的室内定位方案,W将MR报告和室内 用户位置准确匹配。
[0004] 目前已有的室内定位方案主要包括Wi-Fi、超宽带UWB、Bluetooth和行人惯性导航 (INS,Inertial Navigation System)等技术。
[0005] 其中,基于Wi-Fi的室内定位技术,虽然可W利用现成的商用Wi-Fi设备,能够很好 地降低定位系统成本,但是,无线信号通过的是时变的信道,导致其难W取得良好的定位精 度,基于Wi-Fi信号的Ξ角定位技术的精度一般在10米左右,利用Wi-Fi指纹可进一步提高 定位精度。
[0006] UWB能够取得极高定位精度(厘米/分米级)的室内定位技术,然而,该技术需要复 杂的硬件设备支持,并且需要较为密集的参考点布设。
[0007] Bluetooth技术与Wi-Fi定位技术类似,同样遭遇到时变信道的问题,并且由于其 低功耗的限制,该技术所需的参考点密度比Wi-Fi更高。
[000引基于惯性导航的室内定位技术,能够在较小范围内取得不错的定位精度,纯INS定 位技术的精度一般在1~2米左右,然而,缺少必要的矫正,该技术的定位误差会随着时间累 积。
[0009] 同时,Wi-Fi、蓝牙、UWB均不同程度存在需要用户打开对应的开关、需要额外部署 网络、方案成本高等问题,难W普遍应用。
[0010] 室内已成为各大运营商蜂窝网络业务的重要增长点。通过引入共享带宽的室内分 布式天线系统化AS,Dist;r;Lbuted Antenna System),蜂窝基站能够更好地提供室内覆盖和 高速业务服务,从而使得在复杂的室内环境提供高质量的无线服务成为可能。目前全球移 动运营商的DAS系统存量巨大,运些系统均分布在商场、写字楼、机场、火车站、展馆、体育 馆、地铁等高价值区域。如果能够有效利用蜂窝通信系统的MR测量报告和DAS系统提供高精 度的室内定位,那么相对Wi-Fi、蓝牙、UWB等室内定位技术而言,它将具有部署成本低、用户 使用方便、潜在用户群大等优点,不仅直接有益于优化蜂窝基站的室内覆盖,还将大力促进 室内定位业务(LBS,Location Based Services)的发展。

【发明内容】

[0011]针对现有室内定位技术存在定位精确度不高的问题,本发明的目的在于提供一种 高精度的室内定位技术。该室内定位技术基于分布式天线系统和测量报告实现高精度的室 内定位。
[001^ 为了达至化述目的,本发明具体采用如下的技术方案:
[0013] 方案1:提供一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,所述定位系统 根据移动终端的Μ巧良告W及分布式天线系统中相应的天线的位置信息形成相应的定位元 数据,并根据该定位元数据进行精确定位。
[0014] 优选的,所述分布式天线系统布设在室内。
[0015] 优选的,所述分布式天线系统的天线阵列在每层楼由中继线引出。
[0016] 优选的,所述天线阵列为定向天线或全向天线。
[0017] 优选的,所述定位系统中通过信号采集装置采集移动终端的MR报告W及确定信号 采集装置所在位置对应的天线的位置信息。
[0018] 优选的,所述信号采集装置设置在室内每一楼层中的分布式天线系统的合路器 处,该信号采集装置中存储有所在位置对应天线的位置信息。
[0019] 优选的,所述信号采集装置将采集到的移动终端的MR报告W及确定的天线位置信 息进行对应,形成新MR报告。
[0020] 优选的,所述定位系统通过定位服务器将信号采集装置形成的新MR报告整理成固 定的数据结构类型,形成定位元数据。
[0021] 优选的,所述定位服务器根据定位元数据确定移动终端所在室内的楼层,并筛选 出移动终端所在室内的楼层的咐良天线所获取的定位元数据,利用加权算法进行室内定位。
[0022] 方案2:提供一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,所述定位方法 根据移动终端的Μ巧良告W及分布式天线系统中对应的天线的位置信息形成相应的定位元 数据,并根据该定位元数据进行精确定位。
[0023] 优选的,由布设在室内的分布式天线系统中的天线获取移动终端的MR报告;
[0024] 根据MR报告W及获取该MR报告的天线的位置信息,形成对应的定位元数据;
[0025] 根据定位元数据确定移动终端所在室内的楼层;
[0026] 筛选出移动终端所在室内的楼层的N根天线所获取的定位元数据,利用加权算法 进行室内定位。
[0027] 进一步的,在形成定位元数据时:
[0028] 将获取到的MR报告与获取该MR报告的天线的位置信息进行对应,构成新MR报告;
[0029] 将形成的新MR报告整理成固定的数据结构类型,形成对应的定位元数据。
[0030] 进一步的,在进行定位运算时:
[0031] 根据定位元数据和无线信号衰减模型,得到移动终端与咐良接收天线的距离;无线 信号的衰减模型为Pd=A〇-l〇rilg(d/do),其中Pd为距离无线信号发射源为d米处的接收信号 强度值,d为无线信号接收设备与发送设备的距离,Ao为距离移动终端do处探测到Μ巧良告时 的接收信号强度值,η为无线信号的路径损耗因子;
[0032] 根据得到的移动终端与咐良接收天线的距离,再利用加权算法进行室内精确定位。
[0033] 优选的,W-定的频率重复运行核屯、定位算法。
[0034] 本发明提出了基于MR测量报告和分布式天线系统的室内定位方案,解决利用纯MR 技术室内定位精度不高的问题。
[0035] 再者,基于本发明所提的室内定位方案,能够取得较好的室内定位精度,满足了室 内定位应用的需求。并且,基于所提的定位方案,能够将移动端的位置和Μ巧良告做一一对 应,将催生如优化基站发射功率、优化基站室内覆盖等一系列的分析,能够产生更多有益的 结果。
【附图说明】
[0036] W下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0037] 图1为本发明中基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统的原理图;
[0038] 图2为本发明实例中分布式天线系统拓扑图;
[0039] 图3为本发明实例中室内定位的流程图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结 合具体图示,进一步阐述本发明。
[0041] 本发明基于室内部署的分布式天线系统和蜂窝系统的MR测量报告,实现高精度、 易部署、低成本的室内定位。
[0042] 参见图1,其所示为基于上述原理构成的基于分布式天线系统和测量报告的室内 定位系统的原理图。
[0043] 由图可知,该室内定位系统100主要包括分布式天线系统(DAS)llO、信号采集装置 120、存储计算服务器130 W及定位服务器140。
[0044] 其中,分布式天线系统(DAS)llO布设在室内定位区域内,用于将基站信号通过分 布式天线系统引入到室内环境。
[0045] 运里的DAS的天线阵列在每层楼由中继线引出,用W传输基站300和移动终端设备 200的信号。其中,天线阵列根据需要,可W是定向天线或全向天线。
[0046] 在基础上,每一楼层中,在分布式天线系统的合路器111处增加信号采集装置120, 用W区分来自不同天线的信号。
[0047] 该信号采集装置120中存储有相应楼层中DAS的天线阵列中的天线的位置信息,记 为<f,i,X>,其中f为天线所在的楼层编号,i为该楼层中天线的编号,X为该楼层中天线所 在的相对坐标。
[0048] 该信号采集装置120同时还通过相应的天线实时收集移动终端的MR报告,其中移 动终端设备上报MR报告的频率为t Hz。
[0049] 该信号采集装置120将收集得到的MR报告实时传递到存储计算服务器130。
[0050] 再者,信号采集装置120还将MR报告与获取到该MR报告的天线的位置信息相对应, 构成新MR报告,成为对良告,记作S:<f,i,X,mr>,其中f为天线所在的楼层编号,i为该楼层 中天线的编号,X为该楼层中天线所在的相对坐标,mr为MR报告;并将构成的討良告实时传递 到存储计算服务器130。
[0051] 运里的信号采集装置120在具体实现时,可采用多种方式:
[0052] 增加一个具有上述信号采集功能的独立的信号采集装置,该信号采集装置设置在 每一楼层中的分布式天线系统中的合路器111处,透过合路器111通过相应天线完成移动终 端设备200上报MR报告的收集;
[0053] 或者在每一楼层中的分布式天线系统中的合路器111中增设信号采集功能模块, 该信号采集功能模块具有上述信号采集功能,由于该模块直接设在合路器中,其将通过与 合路器连接的天线完成移动终端设备上报MR报告的收集。
[0054] 由此构成的信号采集装置120在工作时,通过本装置所在合路器连接的天线实时 收集移动终端设备200上报MR报告,其收集频率与移动终端设备上报MR报告的频率相对应; 在收集到MR报告后,实时将该MR报告传递到存储计算服务器130,同时从存储的天线位置信 息数据库中提取出获取该MR报告的天线位置信息,并与该Μ巧良告组成新Μ巧良告,成为討良 告,并传递到存储计算服务器130中。
[0055] 存储计算服务器130,与信号采集装置120数据连接,用于存储信号采集装置120上 传的数据。其与信号采集装置120之间可采用有线或无线的方式实现数据传输。再者该存储 计算服务器130的存在形式也可根据实际需求而定,只要满足高速、可靠性的存储和传递数 据即可。
[0056] 定位服务器140,其与存储计算服务器130数据连接,从存储计算服务器130中获取 相应的对良告,并据此完成移动终端设备200室内的精确定位。
[0057] 该定位服务器140包括报告处理模块140a、楼层定位模块14化W及定位算法模块 140c。
[005引报告处理模块140a从存储计算服务器130中获取討良告,并对对良告做数据预处理, 将討良告整理成固定的数据结构类型,定位元数据L,记作L: <f,i,X,id,rssi>,其中f为天 线所在的楼层编号,i为该楼层中天线的编号,X为该楼层中天线所在的相对坐标,id为移动 终端设备的id, rssi为该天线接收到移动终端上报的MR报告时的接收信号强度值。
[0059] 楼层定位模块140b在报告处理模块140a形成定位元数据L后,根据报告处理模块 140a构成的定位元数据L,判断移动终端所在的楼层。
[0060] 定位算法模块140c在楼层定位模块140b确定移动终端200所在的楼层后,根据信 道质量筛选出咐良天线所获取的定位元数据L,利用如下加权算法进行室内定位:
[0061 ]假设N个元数据分别为1^1: <fi, ii ,Χι, idi,rssii>,L2: <f2, i2,X2, id2,rssi2>, L3 : <f3, i3 ,X3, icb ,rssi3> ,,Ln: <fN, Ιν,Χν, idN,rssiN>,并有fi = f2 = . . . = fN = f,idi = icb= . . . =idN = id。表示利用同一个楼层f的N根天线的位置及其接收信号强度,对标识 为id的用户终端进行定位。
[0062] 再利用无线信号的衰减模型为Pd = A〇-l化lg(d/do),确定移动终端设备与咐良接收 天线的距离。
[0063] 其中Pd为距离无线信号发射源为d米处的接收信号强度值,d为无线信号接收设备 与发送设备的距离,Ao为距离移动终端do处探测到MR报告时的接收信号强度值,η为无线信 号的路径损耗因子。
[0064] 根据筛选的N个定位元数据和信号衰减模型,得到移动终端设备与N根接收天线的 距离分别天
[0065] 基于得到的移动终端设备与N根接收天线间的距离,计算得到定位结果(x,y,z), 其中
[0066] X=(X1 ·目 1+X2 ·目2+. . .+XN ·目N)/(目 1+目2+. . .+目N),
[0067] y 二(yi ·目 1+Y2 ·目 2+. . .+YN ·目N)/(目 1 +目2+. . .+目N),
[006引 Z = (Z1 ·目1+Z2 ·目2+ . . . +ZN ·目N)/(目1+目2+. . . +目N),
[0069] 其中目1、目2、···、目N为加权因子,目i = Fi(ri,di,di,. . .,dN),函数Fi是路损因子W及到 各天线距离的函数,且是距离di的单调递减函数。
[0070 ]最后,基于定位结果(X, y, Z)可精确确定移动终端在室内的位置。
[0071] 针对上述方案构成的基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,W下通过 一具体实例来进一步的说明。
[0072] 参见图2,本实例在室内定位区域内布设分布式天线系统(DAS),将基站信号通过 分布式天线系统引入到室内环境。
[0073] 同时,DAS的天线阵列在每层楼由中继线引出,用W传输基站和移动终端设备的信 号。其中,天线阵列根据需要,可W是定向天线或全向天线。
[0074] 并且每一楼层中,在分布式天线系统的合路器处增加信号采集装置,用W区分来 自不同天线的信号。
[0075] 信号采集装置处存储有天线的位置信息,记为<f,i,x,y>,其中f为天线所在的 楼层编号,i为该楼层中天线的编号,X为该楼层中天线的相对横坐标,y为该楼层中天线的 相对纵坐标。
[0076] 信号采集装置收集移动终端的MR报告,其中移动终端设备上报Μ巧良告的频率符合 移动通信规范,约为2Ηζ。
[0077] 信号采集装置将收集得到的MR报告W及据此形成的对良告实时传递到存储计算服 务器。
[0078] 定位服务器从存储计算服务器中获取討良告,整理形成对应的定位元数据L,并据 此进行定位运算。
[0079] 据此完成室内定位系统的部署,整个部署方案只需在分布式天线系统DAS的合路 器处额外增加信号采集功能或装置,部署成本低,再者用户使用方便、潜在用户群大。
[0080] 在完成基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统部署后,即进行精确的室 内定位,过程如下(参见图3):
[0081 ]待移动终端设备进入室内后,移动终端设备基于蜂窝通信系统上报MR测量报告, 上报MR报告的频率符合移动通信规范,约为2Hz。
[0082]此时,定位系统中的合路器处的信号采集装置实时收集移动终端上报的Μ巧良告, 信号采集装置将收集得到的MR报告实时传递到存储计算服务器,同时将收集到的MR报告与 获取到该Μ巧良告的天线的位置信息相对应,构成新MR报告,成为討良告,记作S:<f,i,x,y, mr>,其中f为天线所在的楼层编号,i为该楼层中天线的编号,X为该楼层中天线的相对横 坐标,y为该楼层中天线的相对纵坐标,皿为MR报告。信号采集装置将形成的討良告上传至存 储计算服务器。
[0083] 接着,定位服务器从存储计算服务器中获取討良告,并对討良告做数据预处理,将S 报告整理成固定的数据结构类型,定位元数据L,记作L: <f,i,x,y, id,rssi>,其中f为天 线所在的楼层编号,i为该楼层中天线的编号,X为该楼层中天线的相对横坐标,y为该楼层 中天线的相对纵坐标,id为移动终端设备的id,rssi为该天线接收到移动终端上报的Μ巧良 告时的接收信号强度值。
[0084] 针对形成的定位元数据L,定位服务器还进一步根据从合路器到分布式天线末端 的信号衰减,对定位元数据L中的rssi做修正。假设衰减为0地,则进行修正后的接收信号强 度值为rssi ' = rssi+〇。则修正后的定位元数据为L' :<f,i,x,y,id,rssi'>。
[0085] 在此基础上,定位服务器还进一步对定位元数据中的接收信号强度值进行高斯滤 波处理,W保证后续定位计算的精确度。
[0086] 在完成定位元数据L的处理后,定位服务器开始运行定位算法,首先根据形成的定 位元数据L判断移动终端所在的楼层。
[0087] 运里判断移动终端所在的楼层的方案如下:
[0088] 将接收到移动终端设备上报Μ巧良告的天线数最多的楼层作为移动终端设备所在 的楼层。
[0089] 倘若有多个楼层收到移动终端设备上报MR报告天线数一样,则选择接收信号质量 最好的楼层作为移动终端设备所在的楼层。
[0090] 在确定移动终端所在的楼层后,定位服务器筛选出信道质量最好的3根天线所获 取的3个定位元数据,利用加权质屯、算法进行室内定位,具体如下:
[0091] 设定3个定位元数据分别为Li: <fi,ii,xi,yi,idi,rssii>,L2: <f2,i2,X2,y2,id2, rssi2>,L3: <f3,i3,X3,y3,id3,rssi3>,并有fi = f2 = f3 = f,1山=1(12 = 1(13 = 1(1。表示矛1|用 同一个楼层f的討良天线的位置及其接收信号强度,对标识为id的用户终端进行定位。
[0092] 针对上述3个定位元数据,利用无线信号的衰减模型为Pd = A-l〇rilg(d),确定移动 终端设备与3根接收天线的距离;其中Pd为距离无线信号发射源为d米处的接收信号强度 值,d为无线信号接收设备与发送设备的距离,A为距离移动终端Im处探测到MR报告时的接 收信号强度值,η为无线信号的路径损耗因子。
[0093] 根据定位元数据和信号衰减模型,得到移动终端设备与3根接收天线的距离分别 为
[0094] 最后,针对得到的移动终端设备与討良接收天线间的距离,得到定位结果(x,y),其 中 X=(X1 ·目 1+X2 ·目 2+X3 ·目 3)/(目 1+目 2+目 3),
[0095] y=(yi ·目1+Y2 ·目2+Y3 ·目3)/(目1+目2+目3),目1、目2、目3为加权因子。
[0096] 运里的加权因子分别巧
[0097] 至此,一次定位算法运行结束,可完成移动终端室内位置的精确定位。
[0098] 在实时定位应用中,定位系统将W-定的频率重复运行核屯、定位算法,W达到实 时、连续定位的目的。
[0099] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,运些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特征在于,所述定位系统 根据移动终端的MR报告以及分布式天线系统中相应的天线的位置信息形成相应的定位元 数据,并根据该定位元数据进行精确定位。2. 根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述分布式天线系统布设在室内。3. 根据权利要求2所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述分布式天线系统的天线阵列在每层楼由中继线引出。4. 根据权利要求3所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述天线阵列为定向天线或全向天线。5. 根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述定位系统中通过信号采集装置采集移动终端的MR报告以及确定信号采集装置 所在位置对应的天线的位置信息。6. 根据权利要求5所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述信号采集装置设置在室内每一楼层中的分布式天线系统的合路器处,该信号 采集装置中存储有所在位置对应天线的位置信息。7. 根据权利要求5所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述信号采集装置将采集到的移动终端的MR报告以及确定的天线位置信息进行对 应,形成新MR报告。8. 根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述定位系统通过定位服务器将信号采集装置形成的新MR报告整理成固定的数据 结构类型,形成定位元数据。9. 根据权利要求8所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位系统,其特 征在于,所述定位服务器根据定位元数据确定移动终端所在室内的楼层,并筛选出移动终 端所在室内的楼层的N根天线所获取的定位元数据,利用加权算法进行室内定位。10. -种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,其特征在于,所述定位方法 根据移动终端的MR报告以及分布式天线系统中对应的天线的位置信息形成相应的定位元 数据,并根据该定位元数据进行精确定位。11. 根据权利要求10所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,其 特征在于,所述定位方法中由布设在室内的分布式天线系统中的天线获取移动终端的MR报 告; 根据MR报告以及获取该MR报告的天线的位置信息,形成对应的定位元数据; 根据定位元数据确定移动终端所在室内的楼层; 筛选出移动终端所在室内的楼层的N根天线所获取的定位元数据,利用加权算法进行 室内定位。12. 根据权利要求11所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,其 特征在于,在形成定位元数据时: 将获取到的MR报告与获取该MR报告的天线的位置信息进行对应,构成新MR报告; 将形成的新MR报告整理成固定的数据结构类型,形成对应的定位元数据。13. 根据权利要求11所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,其 特征在于,在进行定位运算时: 根据定位元数据和无线信号衰减模型,得到移动终端与N根接收天线的距离;无线信号 的衰减模型为Pd=AQ-l〇rUg(d/dQ),其中Pd为距离无线信号发射源为d米处的接收信号强度 值,d为无线信号接收设备与发送设备的距离,Ao为距离移动终端do处探测到MR报告时的接 收信号强度值,η为无线信号的路径损耗因子; 根据得到的移动终端与Ν根接收天线的距离,再利用加权算法进行室内精确定位。14.根据权利要求11所述的一种基于分布式天线系统和测量报告的室内定位方法,其 特征在于,以一定的频率重复运行定位算法。
【文档编号】H04W64/00GK106060782SQ201610579499
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日 公开号201610579499.5, CN 106060782 A, CN 106060782A, CN 201610579499, CN-A-106060782, CN106060782 A, CN106060782A, CN201610579499, CN201610579499.5
【发明人】刘儿兀, 苏伟灯
【申请人】刘儿兀
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