专利名称：根据相关定位指纹数据确定移动台位置的制作方法
技术领域：
背景技术：
在过去几年内，对人员、车辆雇员等进行定位，尤其是通过移动电话媒体进行定位，已变成日益重要的问题。联邦通信委员会(FCC)通过其到2005年11月须建立无线增强911系统(E911)的法令激起了人们确定移动电话位置的极大兴趣。
有多种技术可用于且已提出用于移动台(例如，移动电话、具有电信功能的个人数字助理(PDA)、具有电信功能的便携式计算机、寻呼机等)位置确定，从使用全球定位系统(GPS)到基于电话网络的解决方案。指纹提供另一种确定移动台的位置的方法。
与信号传输区域内的各区相关联的射频信号特征收集在数据库中。一区的每个信号特征分组称为一指纹。通常，通过将移动台收集的RF数据样本与所述数据库中的指纹数据进行比较来确定所述移动台的位置。所述移动台的位置确定为位于与和所述RF数据样本具有最大相关性的指纹数据点相对应的区域内。
所述比较由保存所述指纹数据的服务器进行。假如按照传统作法在移动台内完成所述比较，则不得不将大量的数据从基于网络的数据库下载到所述移动台上。指纹建立需要从不同的基站或小区站点(例如，基地收发台(BTS))在每天的不同时间进行多次测量，以捕获短期的信号波动(瑞利衰落等)和网络负荷(容量)波动，以力图捕获指纹数据库的每个指纹校准点。因此，将所述指纹数据库下载到所述移动台可能不可行。
Ekahau公司已在网络规划和指纹建立方面使用接收信号强度指示器(RSSI)。从不同站点位置收集无线电网络样本点。每个样本点包含RSSI数据连同存储在数据库内的相关地图坐标，以用于在Wi-Fi网络(802.11a/b/g)内对人员、资产、设备等进行位置跟踪。
然而，这种基于Wi-Fi的Ekahau系统是用于小型应用，其中运行于服务器上的程序计算位置确定且与用于记录现场数据(例如，RSSI数据)的应用程序相关地与客户端装置(即，膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、Wi-Fi标签等)交互作用。所返回的位置确定数据可包括客户装置的速度、方向、建筑物楼层和网格定位。对于较大规模的应用，多家美国无线运营商使用从附近BTS和由附近BTS进行的RSSI测量来确定移动电话的位置。
三角测量技术可导致在网络服务器上进行重复计算，其可使系统不必要地承受负担，尤其在通信量大的网络中。尽管不会遇到与其他位置识别技术相关联的许多问题，但指纹建立需要在数据收集方面进行相当大量的工作，且在人口高度稠密、高度集中的都市区域是最可行的。然而，指纹建立得益于通过从发射机到接收机的间接信号路径进行的多路径信号数据的收集。人们需要以改善当前的RSSI位置测量技术的方式来利用指纹建立的好处。
发明内容
图1是组织成一网格形式的一移动台和多个BTS的图式，其中为每个网格划分分配由一带下标的“T”指示的查找令牌。
图2是通信系统的一实施例的方框图。
图3是移动台的方框图。
图4图解说明移动台位置定位系统的功能方框图。
图5是图解说明可在指纹数据库中保持的数据类型的图表。
图6是用于确定移动台位置的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明提供一种用于移动台的经改进的位置确定方法、系统和装置，尤其用于呈现出多路径信号模式的人口稠密区域。具有这些多路径信号模式的熟悉位置包括例如芝加哥、曼哈顿或旧金山金融区。
在一个位置确定方面中，将指纹数据存储在网络数据库中，且与识别所述移动台所处的近似信号接收区域相关地将所述数据库的相关部分下载到所述移动台上。指纹数据库包括RSSI数据。
参考图1，其图解说明包括移动台2(假设为汽车电话)和多个发射接收站点(如组织成网格5形式的BTS)的图式，其中为每个网格分区分配一由带下标的“T”指示的查找令牌。所述下标指网格5的行和列。
各实施例可结合多种不同的无线电访问信道系统(包括，例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、空分多址(SDMA)或类似系统)来使用。
在为CDMA系统的情况下，信号通过频率传播且被编码。这些特征使信号具有能实现保密性和抗干扰的性能。编码是使用类似噪声的代码完成，所述代码称为伪随机置乱码或伪噪声。尽管其他移动系统认为多路径信号特征是不希望有的，然而对于CDMA，多路径信号具有某些有利的方面-可使用多路径信号来提高信号的质量。因为CDMA信号的宽带性质，所以这是可能的。每个BTS站点4发射一具有独特代码序列的伪噪声(PN)代码，包括移动台2可在前向链路(从BTS到移动台的通信)导频信道上的BTS导频信号内加以区分的基站识别码(BASE-ID)。所述导频信道不断地发射信号7，移动台2使用所述信号7来捕获通信系统。当移动台2已捕获所述系统后，使用导频信号7来进行信号强度测量。使用从BTS到移动台的导频信号的强度来确定为正确调节移动台的信号传输强度所需的功率。另外，根据本发明的一个方面，可使用所述导频信号强度来识别发射BTS，以力图从包含相关RSSI数据库信息的网络数据库(未显示)中确定相关的查找令牌，，以用于与在移动台2处测量的所述RSSI数据进行比较。
可从单个BTS确定相关的查找令牌信息。例如，可将BTS 4A限定在界定发射半径10的圆12(部分地显示)内。可将为给定半径10的圆12内的查找令牌数据下载到移动台2中。半径10可为预定长度-一种特别适用于多路径信号环境的参数选择特征。或者，可作为导频信号强度的函数来定制半径10的长度。例如，信号强度越大，则所需的半径长度越小，因为可推断更接近于BTS，且可分析数量更少的查找令牌。
移动台2将所下载的基于单个BTS 4的查找令牌信息与在其位置处测量的RSSI数据进行比较，以估计其位置。由于每个查找令牌T对应于一映射定位，所以选择与所测量的RSSI数据具有最密切相关性的查找令牌能够将位置确定为对应于该查找令牌的定位。从图1中的查找令牌网格5可断定，一给定区域上的查找令牌的数量越多，将使网格间距越紧密，且因此为更精确的位置确定提供更佳的依据。在一替代实施例中，使用来自两个BTS的导频信号来确定要进行分析的相关的查找令牌数据。如图1中所示，分别来自BTS 4A和BTS 4C的相交半径10界定网格5上的一相交区6。因此，区6中的受影响区域与包括T1，1、T1，2、T2，1、T1，3和T2，2的查找令牌相关。将相交区6内的查找令牌下载到移动台2中。通过使用两个BTS来界定所述相关的查找令牌，与单个BTS 4的发射半径内的查找令牌相比，可需分析的查找令牌数量变少。与所述前一实施例相同，半径10可为预定长度，或者其可定制为代表来自每个BTS的导频信号强度的函数。相应地，与一给定BTS 4相关联的每个半径10的长度不需要相同。
在另一替代实施例中，可使用其他方法来确定要分析的相关查找令牌数据，且因此确定所述移动台的近似定位。例如，可使用来自又一第三BTS(BTS 4B)的导频信号以采用高级前向链路三角测量(AFLT)的方式建立另一相交圆(未显示)。通过使用AFLT，除相对到达时间测量值外，移动台还测量来自附近蜂窝基站(塔)的信号的RSSI测量值，且使用这些读数来对手持受话器的近似定位进行三角测量。
另外，供下载到所述移动台的相关RSSI指纹数据也可基于小区ID(蜂窝识别码)信息、或者增强的小区ID-通过识别接近所述移动台的蜂窝式基站塔。增强的小区ID是一种将小区ID与一种或多种额外技术相结合的网络技术。与基本小区ID相比，其精确水平提高。例如，在GSM网络中，供结合的所述额外技术可包括定时超前(其测量手持受话器距基站的距离，包括所述手持受话器是否连接到最近的小区)和RSSI。
下表1概括为获得位置近似值，根据所示方法在位置确定的平均精度方面的预期性能。所述精度定义进行RSSI匹配的搜索区，且大大地减少提供给所述移动台且由其进行检查的网格的数量。
表1
图2是一方框图，其显示其中可通过移动台2和BTS4对移动台2与BTS4及数据库8的交互作用进行远程定位的系统。交互作用使移动台2与分析从BTS接收的信号强度数据相关地作出对所选查找令牌的请求-由双箭头16引出至BTS4(具有最强的导频信号强度指示)的引出端表示。与对所述数据库所驻留的服务器11的请求相关地，同一BTS4可从数据库8接收查找令牌信息。或者，数据库8的信息可通过另一BTS(未显示)转发到移动台2，如虚线箭头20所示。
在一替代实施例中，除基站识别码(BASE-ID)外，还可使用其他唯一的蜂窝识别码来识别与下载相关指纹数据相关的所关心区域。这些识别码包括系统识别码(SID)/网络识别码(NID)/BASE-ID和SID/移动交换中心识别码(MSC-ID)/BASE-ID。
图3是移动台2的方框图。如图所示，移动台2包括定位近似识别码部分30，定位近似识别码部分30识别指纹数据库中将按照本文中所述的其中一种定位近似方法(即，AFLT、增强Cell-ID等)下载到移动台2的相关部分。RSSI部分32与用于提供移动通信的射频通信部分34及用于处理移动台2内的数据的处理器36一同工作来确定移动台2处的RSSI测量值。RSSI测量值、对相关指纹数据的请求及对移动台位置的确定与保存在存储器40内的软件42相关地进行。
图4是移动台位置定位系统的功能方框图。如图所示，定位估算器46根据本文中所述的方法中的一者识别所述移动台的近似定位。或者，可在网络54中构建定位估算器。指纹请求器48请求并获得定位估算器46所识别的近似定位的相关指纹数据。指纹比较器50对由RSSI指示器51确定的所测量的RSSI数据与从网络54通过指纹请求器48接收的与请求器48的指纹请求相关的指纹数据进行比较。
指纹比较器50与选择与RSSI指示器51所测量的RSSI数据具有最大相关性的查找令牌相关地确定移动台的位置。将与所述查找令牌相对应的区域选择作为所述移动台的位置。所述移动台的定位显示在定位显示器52上。可以纬度和经度读数显示所述定位。另外，或者另一选择为，所述定位可包括代表性的街道地址。或者，定位显示步骤可能需要在数字地图上映射和显示定位。在又一实施例中，可将所述定位提供给所述移动台内部或外部的应用程序以进行进一步处理和显示。
图5是一图表，其图解说明可在指纹数据库8内保持的数据的类型，指纹数据库8用于确定所述移动台的位置。如图所示，数据库8可保存指示塔的身份的塔条目，以用于界定所关心的查找令牌的区域。图5显示两个塔条目的实例。然而，可使用更多个塔条目来界定查找令牌区域。为进一步细化所述查找令牌区域，可记录两个塔之间由一指定半径所确定的相交区域，所述指定半径界定从每个BTS向外的BTS天线覆盖区或天线范围。然而，注意，在数据库8中保持单个塔条目有助于考虑到单个塔足以界定所述查找令牌区域的情况以及仅与单个塔接收有关的情况。可在数据库8中保持塔相交区域或单个塔所界定的RSSI令牌。也可在数据库8中保持由纬度和经度读数连同其他测量值一起界定的定位。
图6是显示移动台位置确定方法的流程图。如图所示，所述移动台收集RSSI数据，60。此后，确定所述移动台的近似定位，62。可根据前文所述技术中的一者确定所述移动台的近似定位。例如，在一个方面中，所述移动台根据来自在所接收导频信道上的所发射导频信号的导频信号强度来确定最近的BTS站点。根据第二和下一最强的导频信号来识别第二和下一最近的BTS塔。根据两个或更多个所识别BTS站点的重叠接收区域的相交，界定相关查找令牌的所关心区域并将其提供给所述移动台。
在另一个方面中，界定对应于一被识别为接近所述移动台的区域的查找令牌数据，64。较佳在保存所述查找令牌数据库的服务器处将这些查找令牌与由所述移动台收集的RSSI数据进行比较，66。计算所关心的界定区域内各查找令牌数据点之间的相关性，68。选择与所收集的RSSI数据具有最大相关性的查找令牌，70，且将其与预定的相关性阈值进行比较，72。例如，如果所述查找令牌与所收集的RSSI数据之间80％的相关性即已足够，则选择指示所述移动台的相应位置定位(街道地址、经度和纬度指示等)的所选查找令牌，74。如果相关性最大的所选查找令牌未满足所述阈值，则从所述移动台收集RSSI数据(60)开始重新开始所述方法，以力图获得对移动台的位置确定。本文中也涵盖使用与最近近邻搜索和信号模式匹配相关的许多已知算法。可采用这些技术来进一步改善定位估算值。尽管已参考特定实施例来进行本说明，但应了解，这些实施例仅仅是对本发明原理和应用的例示性说明。因此，应了解，可对所述例示性实施例进行许多修改，且可设计其他布置，此并不背离随附权利要求书所界定的精神和范围。
权利要求
1.一种用于确定移动台的位置的系统，其包括定位估算器，其用于识别所述移动台的近似位置；指纹请求器，其用于从远离所述移动台的指纹数据库通过无线电信道访问来请求并获得相关的定位指纹数据，所述相关的定位指纹数据指示所述移动台的所述近似位置；及指纹比较器，其用于将在所述移动台处所测量的RSSI数据与所述相关的定位指纹数据进行比较，以确定所述移动台的位置。
2.如权利要求1所述的用于确定移动台的位置的系统，其进一步包括显示器，所述显示器可工作以指示所述移动台的位置。
3.如权利要求1所述的用于确定移动台的位置的系统，其中所述无线电信道访问是通过选自由CDMA、TDMA、FDMA、SDMA和其组合所组成的无线电信道访问方案群组的技术来提供。
4.如权利要求1所述的用于确定移动台的位置的系统，其中所述远程指纹数据库包含RSSI数据。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述移动台是选自由移动电话、具有无线通信功能的个人数字助理、具有无线通信功能的便携式计算机及寻呼机组成的群组的移动通信装置。
6.一种移动台，其包括定位近似识别部分，其可工作以识别远程指纹数据库中对应于所述移动台附近的相关部分来下载到所述移动台；RSSI部分，其用于在所述移动台处进行RSSI测量；存储器；处理器；保存在存储器内并在所述处理器内运行的软件，其用于通过将所述远程指纹数据库的所述相关部分与在所述移动台处进行的所述RSSI测量进行比较来确定所述移动台的位置。
7.如权利要求6所述的移动台，其中所述定位近似识别部分通过高级前向链路三角测量方法来识别远程指纹数据库中对应于所述移动台的附近的相关部分。
8.如权利要求6所述的移动台，其中所述定位近似识别部分借助测量基站导频信号强度通过识别所述移动台附近的基站站点来识别远程指纹数据库的相关部分。
9.如权利要求6所述的移动台，其中所述定位近似识别部分借助使用Cell-ID的方法通过识别定位在所述移动台附近的蜂窝式基站来识别远程指纹数据库中对应于所述移动台的附近的相关部分。
10.如权利要求6所述的移动台，其中所述定位近似识别部分通过使用增强的Cell-ID的方法来识别远程指纹数据库中对应于所述移动台的附近的相关部分。
11.一种用于确定移动台的位置的系统，其包括指纹数据库，其包含RSSI数据；移动台，其包括用于识别所述移动台的近似位置的定位估算器；指纹请求器，其用于从远离所述移动台的指纹数据库通过无线电信道访问来请求并获得相关的定位指纹数据，所述相关的定位指纹数据指示所述移动台的近似位置；及指纹比较器，其用于将在所述移动台处所测量的RSSI数据与所述相关的定位指纹数据进行比较，以确定所述移动台的位置。
12.一种用于确定移动台的位置的方法，其包括在所述移动台处收集RSSI数据；确定所述移动台的近似定位；从远离所述移动台定位的数据库中选择对应于所述移动台的所述近似定位的指纹查找令牌数据；将所述指纹查找令牌数据与在所述移动台处收集的所述RSSI数据进行比较；及根据查找与所述RSSI数据具有最大相关性的所述指纹查找令牌数据来确定所述移动台的位置。
13.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其进一步包括判定所述最大相关性是否满足预定阈值。
14.如权利要求13所述的确定移动台的位置的方法，其中假如所述最大相关性不能满足所述预定阈值则重复所述方法。
15.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其中所述指纹查找令牌数据包括RSSI数据。
16.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其中确定所述移动台的近似定位是通过使用APLT方法来完成。
17.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其中确定所述移动台的近似定位是借助测量基站导频信号强度通过识别所述移动台附近的基站站点而完成。
18.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其中确定所述移动台的近似定位是通过识别接近所述移动台定位的蜂窝式基站天线来完成。
19.如权利要求12所述的确定移动台的位置的方法，其进一步包括显示所述移动台的定位。
20.如权利要求19所述的确定移动台的位置的方法，其中对所述移动台定位的显示包括经度和纬度读数。
21.如权利要求19所述的确定移动台的位置的方法，其中对所述移动台定位的显示包括街道定位信息。
全文摘要
本发明提供一种通过识别移动台的近似位置来确定所述移动台的位置的系统、方法和装置。此后请求及检索所述近似位置的所接收信号强度(RSSI)指纹数据。与确定所述移动台的位置相关地将所述指纹数据与在所述移动台处收集的接收信号强度数据进行比较。
文档编号H04W64/00GK101084696SQ200580044070
公开日2007年12月5日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者利奥尼德·谢恩布拉特 申请人:高通股份有限公司