估計用戶設備在無線網絡中的位置的製作方法
2023-09-13 20:03:40 3
專利名稱：估計用戶設備在無線網絡中的位置的製作方法
技術領域：
本發明涉及估計用戶設備在無線網絡內的位置的方法。本發明還涉及能夠估計用戶設備在無線網絡內的位置的裝置。
背景技術：
除了其他方面，無線網絡還包括接入點和用戶設備。用戶設備可以是任意具有能夠利用無線網絡實現無線聯網的接口的設備，包括例如可攜式電腦。接入點是使得用戶設備能夠利用例如藍牙或Wi-Fi接入特定無線網絡的設備。一旦用戶設備接入無線網絡，其就可以通過該網絡發送和接收數據。例如，如果提供給用戶設備的服務取決於用戶設備在網絡內的位置，則估計用戶 在無線網絡內的位置可能是有利的。這在用戶設備移動，因而網絡中的組件實際上並不靜止時尤其困難。為了確定設備在可由行動裝置接入的網絡內的位置，已提出若干方案。這些方案包括RF指紋識別、到達時間三邊測量以及GPS設備在行動裝置上的使用。RF指紋識別包括勘察由無線網絡覆蓋的區域以及評價在該區域內的某些點處的RF頻譜。系統或移動單元本身可以確定用戶設備的RF頻譜，並將其與通過勘察所測量的區域中的不同點的RF頻譜進行比較。該比較可以用於限定用戶設備處於網絡中的什麼位置。然而，該位置確定的方法需要資源來確定區域內的點的所接收RF頻譜。此外，區域的RF環境中的動力學可能改變，從而增加位置估計的誤差。到達時間三邊測量包括接入點確定從用戶設備到接入點的傳輸的飛行時間。根據該飛行時間可以確定離接入點的距離，並且這些距離的匯合點是用戶設備的位置的估計。然而，利用到達時間三邊測量精確地估計位置需要用戶設備能夠與網絡中的至少三個接入點進行通信，這可能意味著估計位置所需的接入點數目大於服務該網絡所需的接入點數目。另外，由於用戶設備上的時鐘和接入點上的時鐘之差導致時間誤差，從而導致位置、估計誤差，因而時間的估計必須精確。最後，GRS接收機或其他位置確定裝備在用戶設備中的使用可以用於確定用戶設備的位置。然而，這取決於用戶設備所位於的點處的衛星的能見度，這在建築物內是不可能的。給每個用戶設備配備GPS接收機也會是浪費的。因此，期望具有一種估計用戶設備在無線網絡中的位置的改進方法。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種估計用戶設備在無線網絡中的位置的方法，所述無線網絡包括多個接入點，所述方法包括以下步驟確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一個接入點之間的信道損耗；計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。該信道損耗可以是歸屬於與在網絡上傳輸的信號的功耗成比例的任意特徵的測量結果。例如，假設信號的所傳輸功率對於網絡內的所有接入點都相同，則其可以是在兩個接入點之間傳輸的信號的所接收功率。可替代地，其可以是相同信號的信噪比，或者信號的、通過從傳輸信號的功率中減去由接入點接收的信號的功率而計算出的所估計功耗。可選地，該方法可以包括以下步驟對所述接入點和所述多個接入點中的每個接入點的計算出的信道損耗進行歸一化以確定歸一化後的接入點信道損耗，並且對所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗進行歸一化以確定歸一化後的用戶設備信道損耗，其中所述相關值為歸一化後的接入點信道損耗和歸一化後的用戶設備信道損耗的度量。通過對信道路徑損耗進行歸一化(即，針對接入點的路徑損耗的集合關於平均信道損耗重新調整值)，可以基於路徑損耗的模式匹配找到有意義的相關值。相關值應當在I到-I之間。估計所述用戶位置可包括在估計所述用戶設備的位置之前對所述相關值進行歸一化。進一步，估計所述用戶設備的位置包括將每個接入點的矢量位置乘以該接入點的歸一化後相關值，並且將加權後的矢量位置一起相加。所述方法可以包括以下步驟確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一數目的接入點之間的信道損耗的集合，並且通過測量信道損耗的所述集合和信道損耗的另一集合來計算相關值，信道損耗的所述另一集合為所述接入點與所述多個接入點之間的信道損耗的集合。可以利用所選擇數目的多個接入點而不是來自網絡中所有接入點的測量結果來估計用戶設備的位置。所選擇的接入點可以是例如位於使得其能夠從所述用戶設備接收信號的位置的所述接入點，或者與所述用戶設備信道損耗具有最大相關值的所述數目的接入點。有利地，可以計算多個相關值。每個相關值在用戶設備與網絡中不同接入點之間。進一步，可以計算用戶設備的信道損耗值的集合，每個信道損耗值在用戶設備與接入點集合中的不同接入點之間。相關值可以是針對用戶設備計算的信道損耗值的集合和每個接入點與相對應接入點集合之間的信道損耗值的集合之間的相關性。可選地，無線網絡可以被配備有傳感器或傳感器集。在這種情況下，所形成的相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點和傳感器之間的信道損耗。可替代地，所述方法可以包括確定從用戶設備到多個接入點之一的傳輸的到達角度，根據在用戶設備與所述多個接入點之一之間傳輸的信號的功耗來估計用戶設備離所述多個接入點之一的距離，並且利用到達角度和所確定的距離來估計用戶設備的位置。針 對具有最高相關值的兩個接入點利用任意合適的方法來計算到達角度。可選地，可以計算置信值用於用戶位置的估計。該置信值可以基於例如信道損耗測量結果的誤差值或估計用戶設備所位於的區域的尺寸。根據本發明的第二方面，提供一種被配置為估計用戶設備在無線網絡中的位置的裝置，所述無線網絡包括用戶設備和多個接入點，所述裝置被配置為確定所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗；計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。所述裝置可以為網絡控制器。可選地，所述裝置可以包括被配置為接收路徑所接收信號強度的測量結果的輸入設備，並且使用所接收信號強度的所述測量結果以計算信道損耗。所述裝置可以包括接入點(具有已知位置)和所述網絡中每個接入點與所述多個接入點之間的信道損耗的資料庫。
根據本發明的方面，提供一種存儲在計算機可讀介質上的電腦程式，當在裝置上執行時，該電腦程式使所述裝置執行以下步驟確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一個接入點之間的信道損耗；計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。
通過回顧以下結合附圖的本發明特定實施例的描述，本發明的其他方法和特徵對於本領域普通技術人員來說將變得明顯。圖I示出可實現本發明的無線網絡；圖2為根據本發明的方法的流程圖；圖3示出在接入點之間測得的功耗的歸一化；圖4示出在用戶設備與接入點之間測得的功耗的歸一化；以及圖5示出用戶與系統中的每個AP和傳感器的相關值集合。
具體實施例方式將參照單個無線網絡，例如圖I中示出的網絡10來描述本發明。無線網絡10包括多個接入點12和至少一個用戶設備14。無線網絡與用戶設備的連通性可以由網絡控制器(未示出)來確定。如本領域技術人員將理解的那樣，接入點12和無線網絡10可以以任意已知的方式來實現。用戶設備14例如可以是可攜式電腦、上網本或具有能夠利用無線網絡實現無線聯網的接口的任意其他設備。另外，雖然結合單個無線網絡描述本發明，但本領域技術人員將理解，其可以通過多個網絡來實現。方法包括從網絡中的接入點收集數據。然後，該數據可以用於限定接入點之間的關係，例如由所傳輸信號經歷的功耗。該關係可以存儲在矩陣、資料庫中，或者以任意其他合適存儲方法來存儲，其可被引用來確定用戶設備在網絡中的位置並且與來自用戶設備的相對應測量結果相關來確定用戶設備在網絡中的位置，如下面更詳細描述的。
圖2中更詳細地示出該方法。在該方法中，網絡中的每對接入點將來自該對中的一個接入點的信號傳輸到該對中的另一接入點。接入點記錄傳輸信號的功率和接收信號的功率。然後，可以通過計算所傳輸信號和所接收信號之間的功率差來確定在接入點之間傳輸的信號的功耗(步驟20)。然後，關於平均功耗對無線網絡中每對接入點之間的功耗進行歸一化(步驟22)，如圖3所示。確定接入點的實際功耗與該接入點的平均功耗之差。計算出的差構成一表格，例如下面所示出的表格(步驟24)。優選地，該表格包括表示接入點的傳輸到其自身的功耗的預設值。這可以為零，或者可替代地為表示由直接位於接入點下面的用戶設備所經歷的所估計功耗的值。
權利要求
1.一種估計用戶設備在無線網絡中的位置的方法，所述無線網絡包括多個接入點，所述方法包括以下步驟 i)確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一個接入點之間的信道損耗； ii)計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且 iii)根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。
2.根據權利要求I所述的方法，進一步包括如下步驟對所述接入點和所述多個接入點中的每個接入點的計算出的信道損耗進行歸一化以確定歸一化後的接入點信道損耗，並且對所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗進行歸一化以確定歸一化後的用戶設備信道損耗，其中所述相關值為歸一化後的接入點信道損耗和歸一化後的用戶設備信道損耗的度量。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中估計所述用戶位置包括在估計所述用戶設備的位置之前對所述相關值進行歸一化。
4.根據權利要求3所述的方法，其中估計所述用戶設備的位置包括將每個接入點的矢量位置乘以該接入點的歸一化後相關值，並且將加權後的矢量位置一起相加。
5.根據任一前述權利要求所述的方法，包括確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一數目的接入點之間的信道損耗的集合，並且通過測量信道損耗的所述集合和信道損耗的另一集合來計算相關值，信道損耗的所述另一集合為所述接入點與所述多個接入點之間的信道損耗的集合。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述多個接入點中的所述數目的接入點由包括以下各項的組中的一個組成位於使得其能夠從所述用戶設備接收信號的位置的所述接入點、與所述用戶設備信道損耗具有最大相關值的所述數目的接入點。
7.根據任一前述權利要求所述的方法，包括計算所述用戶設備與接入點之間的一數目的相關值，每個相關值為所述用戶設備與一個接入點之間的相關性的度量。
8.根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述無線網絡進一步包括一個或多個傳感器，並且接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點或傳感器與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗。
9.根據任一前述權利要求所述的方法，進一步包括針對用戶位置的所述估計計算置信值的步驟。
10.一種被配置為估計用戶設備在無線網絡中的位置的裝置，所述無線網絡包括用戶設備和多個接入點，所述裝置被配置為 i)確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一個接入點之間的信道損耗； )計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且 iii)根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述裝置為網絡控制器。
12.根據權利要求10或11所述的裝置，其中所述裝置進一步包括被配置為接收路徑所接收信號強度的測量結果的輸入設備，並且使用所接收信號強度的所述測量結果以計算信道損耗。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的裝置，其中所述裝置進一步包括接入點和所述網絡中每個接入點與所述多個接入點之間的信道損耗的資料庫。
14.一種存儲在計算機可讀介質上的電腦程式，當在裝置上執行時，該電腦程式使所述裝置執行以下步驟 i)確定所述用戶設備與所述多個接入點中的一個接入點之間的信道損耗； )計算所述多個接入點中的至少一個接入點的相關值，接入點的所述相關值為以下信道損耗之間的相關性的度量所述用戶設備與所述多個接入點中的至少一個接入點之間的信道損耗，和所述接入點與所述多個接入點中的每個接入點之間的信道損耗；並且 iii)根據至少一個接入點的已知位置和所述至少一個接入點的所述相關值，估計所述用戶設備的位置。
全文摘要
一種估計用戶位置的方法，包括從網絡中的接入點收集數據。然後，該數據可以用於限定接入點之間的關係，例如由所傳輸信號經歷的功耗。該關係可以存儲在矩陣、資料庫中，或者以任意其他合適的存儲方法來存儲，其可以被引用來確定用戶設備在網絡中的位置並與來自用戶設備的相對應測量結果相關以確定用戶設備在網絡中的位置。
文檔編號G01S5/02GK102640011SQ201080042268
公開日2012年8月15日 申請日期2010年9月22日 優先權日2009年9月23日
發明者史蒂文·哈爾, 史蒂文·貝尼斯, 大衛·貝萬, 安德魯·傑弗裡斯 申請人:洛克斯塔Bidco有限合夥公司