基於抵達時間的定位系統的製作方法
2024-02-16 07:48:15
基於抵達時間的定位系統的製作方法
【專利摘要】可以實現採用無線網絡設備的所計算出的初始位置的TOA定位系統。對於多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離。可以至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置。可以至少部分地基於所計算出的初始位置、至每個參考無線網絡設備的距離、以及初始距離校準常數來估計該無線網絡設備的位置。
【專利說明】基於抵達時間的定位系統
[0001]相關申請
[0002]本申請要求於2011年9月19日提交的美國申請S/N.13/236，172的優先權權益。【背景技術】
[0003]本發明主題內容的各實施例一般涉及無線通信領域，尤其涉及基於抵達時間(TOA)的定位系統。
[0004]無線通信設備可以使用各種位置估計技術基於與具有已知位置的多個參考無線通信設備進行通信來確定該無線通信設備的未知位置。例如，無線通信設備可以通過確定無線電信號從該無線通信設備到參考無線通信設備的行進時間來採用基於往返時間(RTT)的定位技術。無線通信設備可以基於所確定的無線電信號的行進時間來確定至參考無線通信設備的距離並且可以使用抵達時間(TOA)定位技術來確定未知位置。
[0005]概述
[0006]在一些實施例中，一種方法包括:在通信網絡的無線網絡設備處確定該無線網絡設備與該通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間；對於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離；至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置；以及至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計該無線網絡設備的位置。
[0007]在一些實施例中，所述執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置包括:至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、以及初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計該無線網絡設備的位置。
[0008]在一些實施例中，初始距離校準常數是零值、預定值、和動態選擇的隨機值中的一者。
[0009]在一些實施例中，所述執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置進一步包括:響應於所述執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、初始距離校準常數、以及該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
[0010]在一些實施例中，所述至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算無線網絡設備的初始位置包括將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置的平均。
[0011]在一些實施例中，所述至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算無線網絡設備的初始位置包括將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組合。
[0012]在一些實施例中，所述至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算無線網絡設備的初始位置包括:確定位置誤差矩陣，其中該位置誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備的估計位置坐標與該無線網絡設備的初始位置的對應初始位置坐標之間的差異；確定距離誤差矩陣，其中該距離誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中該測得距離是至少部分地基於該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中該估計距離是至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備的位置和該無線網絡設備的初始位置來確定的；將係數矩陣確定為該距離誤差矩陣與該位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及至少部分地基於使該係數矩陣與該係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算該無線網絡設備的初始位置。
[0013]在一些實施例中，該方法進一步包括:至少部分地基於分析與該多個參考無線網絡設備中的至少每個參考無線網絡設備相關聯的一個或多個性能測量來標識該多個參考無線網絡設備。
[0014]在一些實施例中，對於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，所述至少部分地基於該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離進一步包括:對於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，記錄從該無線網絡設備向該參考無線網絡設備傳送第一控制消息的第一時刻；記錄響應於第一控制消息在該無線網絡設備處從該參考無線網絡設備接收第二控制消息的第二時刻；從第二時刻減去第一時刻以確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間；以及將該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間乘以光速因子以產生該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離。
[0015]在一些實施例中，該無線網絡設備和該多個參考無線網絡設備包括無線區域網(WLAN)通信能力。
[0016]在一些實施例中，一種無線網絡設備包括網絡接口 ；以及與該網絡接口耦合的位置計算單元，該位置計算單元操作用於:確定該無線網絡設備與通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間；對於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離；至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置；以及至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計該無線網絡設備的位置。
[0017]在一些實施例中，該位置計算單元操作用於執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置包括該位置計算單元操作用於:至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、以及初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計該無線網絡設備的位置。
[0018]在一些實施例中，該位置計算單元操作用於執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置進一步包括該位置計算單元操作用於:響應於該位置計算單元執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、初始距離校準常數、以及該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
[0019]在一些實施例中，該位置計算單元操作用於至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置包括該位置計算單元操作用於:將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置的平均，或者將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組合。
[0020]在一些實施例中，該位置計算單元操作用於至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算無線網絡設備的初始位置包括該位置計算單元操作用於:確定位置誤差矩陣，其中該位置誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備的估計位置坐標與該無線網絡設備的初始位置的對應初始位置坐標之間的差異；確定距離誤差矩陣，其中該距離誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中該測得距離是至少部分地基於該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中該估計距離是至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備的位置和該無線網絡設備的初始位置來確定的；將係數矩陣確定為該距離誤差矩陣與該位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及至少部分地基於使該係數矩陣與該係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算該無線網絡設備的初始位置。
[0021]在一些實施例中，一個或多個機器可讀存儲介質中存儲有指令，這些指令在由一個或多個處理器執行時使該一個或多個處理器執行以下操作，包括:在通信網絡的無線網絡設備處確定該無線網絡設備與該通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間；對於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定該無線網絡設備與該參考無線網絡設備之間的距離；至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置；以及至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計該無線網絡設備的位置。
[0022]在一些實施例中，所述執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置的操作包括:至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、以及初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計該無線網絡設備的位置。[0023]在一些實施例中，所述執行TOA計算以估計該無線網絡設備的位置的操作進一步包括:響應於所述執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於該無線網絡設備的初始位置、該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、初始距離校準常數、以及該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
[0024]在一些實施例中，所述至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算該無線網絡設備的初始位置的操作包括:將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置的平均，或者將該無線網絡設備的初始位置計算為該多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組
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[0025]在一些實施例中，所述至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算無線網絡設備的初始位置的操作包括:確定位置誤差矩陣，其中該位置誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備的估計位置坐標與該無線網絡設備的初始位置的對應初始位置坐標之間的差異；確定距離誤差矩陣，其中該距離誤差矩陣的每個元素表示該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中該測得距離是至少部分地基於該無線網絡設備與該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中該估計距離是至少部分地基於該多個參考無線網絡設備中的該一個參考無線網絡設備的位置和該無線網絡設備的初始位置來確定的；將係數矩陣確定為該距離誤差矩陣與該位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及至少部分地基於使該係數矩陣與該係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算該無線網絡設備的初始位置。
[0026]附圖簡要說明
[0027]通過參考附圖，可以更好地理解本發明的諸實施例並使眾多目的、特徵和優點為本領域技術人員所顯見。
[0028]圖1是解說用於在無線通信網絡中估計網絡設備的未知位置的機制的示例框圖；
[0029]圖2是包括TOA定位機制的位置計算單元的一個實施例的示例框圖；
[0030]圖3是解說TOA定位機制的示例操作的流程圖；
[0031]圖4是包括混合TOA定位機制的位置計算單元的一個實施例的示例框圖；
[0032]圖5描繪了解說混合TOA定位機制的示例操作的流程圖；
[0033]圖6是圖5的延續並且也解說混合TOA定位機制的示例操作；以及
[0034]圖7是包括用於在無線通信網絡中確定電子設備的位置的機制的電子設備的一個實施例的框圖。
[0035]實施例描述
[0036]以下描述包括體現本發明主題內容的技術的示例性系統、方法、技術、指令序列、以及電腦程式產品。然而應理解，所描述的實施例在沒有這些具體細節的情況下也可實踐。例如，儘管諸示例涉及執行本文中所描述的位置估計技術的無線區域網(WLAN)設備(例如，802.1ln兼容設備)，但是諸實施例並不被如此限定。在其他實施例中，各種其他設備和標準(例如，WiMAX)可以執行位置估計技術。在其他實例中，公知的指令實例、協議、結構和技術未被詳細不出以免混淆本描述。
[0037]與未知位置相關聯的網絡設備(「未知網絡設備」)可以使用基於TOA的定位算法以基於多個參考網絡設備來確定自己的位置。取決於實現，TOA定位算法可以或者可以不要求準確已知的距離校準常數來估計未知網絡設備的位置。常規TOA定位算法通常將未知網絡設備的任意選擇的初始位置、任意選擇的距離校準常數、以及至每個參考網絡設備的距離和每個參考網絡設備的位置作為輸入來迭代地計算未知網絡設備的位置。通常，未知網絡設備的初始位置為O (例如，其中X、Y和Z坐標為O)或者是隨機選擇的值。同樣，初始距離校準常數也通常為O或者是隨機選擇的值。然而，常規TOA定位算法可能對未知網絡設備的初始位置非常敏感。此外，一些常規TOA定位算法可能對距離校準常數敏感。採用初始位置的隨機選擇的值或者零值可能使常規TOA定位算法無法求解(例如，通過使一個或多個行列式的值逼近O或無窮大)並且可能導致常規TOA定位算法不能收斂到恰適的解(即，未知網絡設備的位置)。同樣，不知道或隨機地選擇距離校準常數可能導致常規TOA定位算法較差的性能，可能導致常規TOA定位算法不能收斂到未知網絡設備的恰適位置，和/或可能導致常規TOA定位算法收斂到錯誤的解。
[0038]在一些實現中，可實現採用未知網絡設備的所計算出的(而非任意選擇的)初始位置的第一 TOA定位系統來使一些常規TOA定位算法對未知網絡設備的初始位置的敏感性最小化。第一 TOA定位系統通常不對距離校準常數敏感並且可以將任意選擇的距離校準常數用於定位計算。可以利用任意選擇的距離校準常數的第一 TOA定位系統在本文中被稱為「Τ0Α1定位系統」。未知網絡設備的初始位置可以至少部分地基於參考網絡設備的已知位置來計算。TOAl定位系統可以至少部分地基於未知網絡設備的所計算出的初始位置和至每個參考網絡設備的距離來執行單次迭代(而非多次迭代)以計算未知網絡設備的位置和距離校準常數。計算(而非任意地猜測)未知網絡設備的初始位置可以減輕位置敏感性問題，確保TOAl定位系統在確定未知網絡設備的位置時收斂，並且改善TOAl定位系統的性能和定位準確性。此外，通過僅執行單次迭代來估計未知網絡設備的位置，TOAl定位系統可以使為計算未知網絡設備的位置所消耗的資源和時間最小化。
[0039]在一些實現中，混合TOA定位系統可以改善估計未知網絡設備的位置的性能。作為混合TOA定位系統的一部分，以上描述的TOAl定位系統可以執行單次迭代以估計未知網絡設備的位置(本文中被稱為「未知網絡設備的中間位置」)和距離校準常數(本文中被稱為「中間距離校準常數」)。未知網絡設備的中間位置和中間距離校準常數(連同參考網絡設備的位置和至每個參考網絡設備的距離)可隨後被用來計算目標(或估計)距離校準常數和未知網絡設備的第二中間位置。另外，混合TOA定位系統還可以包括本文中被稱為「Τ0Α2定位系統」的第二 TOA定位系統。第二 TOA定位系統通常對距離校準常數敏感並且可以不是將任意選擇的距離校準常數用於定位計算。取而代之的是，Τ0Α2定位系統可以將由TOAl定位系統所計算出的中間距離校準常數用於定位計算，如以下將描述的。混合TOA定位系統可以至少部分地基於目標距離校準常數和第二中間位置來迭代地執行Τ0Α2定位系統以估計未知網絡設備的位置(「估計位置」)。計算(而非猜測)目標距離校準常數可使對距離校準常數的敏感性最小化，使與確定未知網絡設備的位置相關聯的定位誤差最小化，增加定位準確性並且改善性能增益，由此改善未知網絡設備的總體性能。
[0040]圖1是解說用於在無線通信網絡100中估計網絡設備的未知位置的機制的示例框圖。在一個示例中，無線通信網絡100包括具有未知位置的WLAN設備102 ( 「未知WLAN設備，，)和四個參考WLAN設備104、106、108和112。未知WLAN設備102包括位置計算單元110。在一些實現中，位置計算單元110可以在未知WLAN設備102的通信單元中實現，該通信單元實現協議和功能性以啟用無線通信網絡100中的WLAN通信。注意，儘管在圖1中未描繪，但是在一些實施例中，參考WLAN設備104、106、108和112中的一個或多個也可包括位置計算單元以及用於確定其各自相應位置的相應功能性。在一些實現中，未知WLAN設備102和參考WLAN設備104、106、108和112可以各自是具有WLAN通信能力的電子設備，諸如膝上型計算機、平板計算機、行動電話、智能電器、遊戲控制臺、接入點、或者其他合適的電子設備。未知WLAN設備102可以執行諸操作以確定其位置，如以下將在階段A-F中所描述的。
[0041]在階段A，位置計算單元110確定未知WLAN設備102與無線通信網絡100中的參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備之間的往返傳輸時間(RTT)。在一個實現中，位置計算單元110可以向參考WLAN設備104傳送一個或多個控制消息並且可以從參考WLAN設備104接收相應的一個或多個響應控制消息(例如，確收(ACK)消息)。位置計算單元110還可以記錄向參考WLAN設備104傳送控制消息以及從參考WLAN設備104接收相應的響應控制消息的時刻。位置計算單元110可隨後將未知WLAN設備102與參考WLAN設備104之間的RTT ( 「與該參考WLAN設備相關聯的RTT」)計算為傳送控制消息與接收相應的響應控制消息之間所流逝的時間，如將在圖3的框304-308中進一步描述的。同樣，位置計算單元110還可以計算與參考WLAN設備106相關聯的RTT和與參考WLAN設備108相關聯的RTT。注意，在其他實現中，可以採用其他合適的技術來確定與參考WLAN設備104、106、108 和 112 相關聯的 RTT。
[0042]在階段B，位置計算單元110基於與參考WLAN設備相關聯的相應RTT來計算未知WLAN設備102與參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備之間的距離。用於計算未知WLAN設備102與參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備之間的距離的操作將在圖2和3中進一步描述。
[0043]在階段C，位置計算單元110確定參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備的位置。在一些實現中，位置計算單元110可以請求並接收與參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備相關聯的位置坐標。例如,位置計算單元110可以在階段A處所傳送的控制消息中傳送對位置坐標的請求並且在響應控制消息中接收位置坐標。作為另一示例，位置計算單元110可以向每個參考WLAN設備傳送位置請求消息(不同於階段A處所傳送的控制消息)並且可以接收包括與每個參考WLAN設備相關聯的位置坐標的相應的位置響應消息。在另一實現中，位置計算單元110可以查詢集中式伺服器(或者可以訪問預定的存儲器位置)以確定與參考WLAN設備104、106、108和112相關聯的位置坐標。在另一實現中，參考WLAN設備104、106、108和112可以按周期性的間隔廣播其各自相應的位置坐標(例如，在信標消息或另一合適的控制消息中)。位置計算單元110可以基於接收和分析周期性接收到的消息來確定與參考WLAN設備104、106、108和112相關聯的位置坐標。注意，位置計算單元110可以確定與參考WLAN設備104、106、108和112相關聯的二維(2D)坐標(例如，X和Y坐標)、三維(3D)坐標(例如，X、Y和Z坐標)、緯度和經度、球面坐標、和/或其他合適的位置指示符。[0044]在階段D，位置計算單元110至少部分地基於參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備的位置來計算未知WLAN設備102的初始位置。作為一個示例,位置計算單元110可以將未知WLAN設備102的初始位置計算為參考WLAN設備104、106、108和112的已知位置的平均，如將在圖2和3中所描述的。位置計算單元110可以將未知WLAN設備102的所計算出的初始位置用作第一抵達時間(TOAl)定位算法的輸入以估計未知WLAN設備102的位置，如以下將在階段F和圖2-3中所描述的。在一些實現中(例如，在混合TOA定位系統中)，位置計算單元110可以使用在TOAl定位算法的輸出處生成的未知WLAN設備的先前計算出的位置輸出(本文中被稱為「未知WLAN設備的第一中間位置」)、至少部分地基於參考WLAN設備104、106、108和112的已知位置和與參考WLAN設備104、106、108和112相關聯的RTT來計算未知WLAN設備102的第二中間位置，如將在圖4_6中所描述的。在這一實現中，位置計算單元110可以將未知WLAN設備102的第二中間位置用作第二抵達時間(T0A2)定位算法的輸入以確定未知WLAN設備102的估計位置，如以下將在階段F和圖4-7中所描述的。
[0045]在階段E，位置計算單元110確定距離校準常數。在一些實現中，如將根據圖2所描述的，初始距離校準常數可以是預定值或者隨機選擇的值。位置計算單元110可以將初始距離校準常數用作TOAl定位算法的輸入以估計未知WLAN設備102的位置和距離校準常數，如以下將在階段F和圖2-3中所描述的。在其他實現中，位置計算單元110可以使用TOAl定位算法的輸出處的距離校準常數(本文中稱為「中間距離校準常數」)來計算目標(或估計的)距離校準常數。在這一實現中，位置計算單元110可以將目標距離校準常數用作T0A2定位算法的輸入以估計未知WLAN設備102的位置，如以下將在階段F和圖4_7中所描述的。
[0046]在階段F，位置計算單元110至少部分地基於未知WLAN設備102的初始位置、距離校準常數、以及至參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備的距離來估計未知WLAN設備102的位置。在一些實現中，如將在圖2-3中描述的，計算未知WLAN設備102的位置可以是單階段過程。在這一實現中，可以通過至少將未知WLAN設備102的所計算出的初始位置以及參考WLAN設備的已知位置用作輸入來執行基於泰勒級數的TOAl定位算法的單次迭代來計算未知WLAN設備102的位置。在一些實現中，如將在圖5-7中所描述的，計算未知WLAN設備102的位置可以是雙階段過程。在這一實現中，位置計算單元110可以首先執行基於泰勒級數的TOAl定位算法(如以上所描述的)並且確定未知WLAN設備102的第一中間位置。此外，TOAl定位算法還可被用於確定中間距離校準常數。接下來，位置計算單元110可以基於第一中間位置和中間距離校準常數來確定未知WLAN設備102的第二中間位置(如在階段D中所描述的)以及目標距離校準常數(如以上在階段E中所描述的)。位置計算單元110可以隨後迭代地執行基於泰勒級數的T0A2定位算法以估計未知WLAN設備102的位置。
[0047]圖2是包括TOA定位機制的位置計算單元110的一個實施例的示例框圖。位置計算單元110包括距離計算單元202、TOAl初始位置計算單元204、以及TOAl定位單元206。距離計算單元202和TOAl初始位置計算單元204與TOAl定位單元206耦合。
[0048]距離計算單元202可以至少部分地基於與每個參考WLAN設備相關聯的往返傳輸時間(RTT)來計算未知WLAN設備102與參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備之間的距離。如圖2中所描繪的，距離計算單元202將未知WLAN設備102與參考WLAN設備104、106、108和112中的每個參考WLAN設備之間的RTT208用作輸入參數。如果i表示針對每個參考WLAN設備的計數並且N表示通信網絡100中的參考WLAN設備的數目，則至距離計算單元202的輸入為RTTi (即，RTT1, RTT2,...RTTn)，如圖2中所描繪的。距離計算單元202的輸出是未知WLAN設備102與第i個參考WLAN設備之間的估計距離
210 Cdj )。因此，如果RTTi表示與第i個參考WLAN設備相關聯的RTT並且c表示光速，
則可根據式Ia來計算距離I 210。注意，未知WLAN設備102與第i個參考WLAN設備之間的實際距離(Cli)可被表示為TOAl距離校準常數(d。TOA1)與未知WLAN設備102站和第i個參考WLAN設備之間的估計距離(& )之和，如式Ib中所描繪的。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 在通信網絡的無線網絡設備處確定所述無線網絡設備與所述通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間； 對於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的所述往返傳輸時間來確定所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的距離； 至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的初始位置；以及 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計所述無線網絡設備的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述執行TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置包括: 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、和所述初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計所述無線網絡設備的位置。
3.如權利要求2 所述的方法，其特徵在於，所述初始距離校準常數是零值、預定值、和動態選擇的隨機值中的一者。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述執行TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置進一步包括:響應於所述執行所述基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述初始距離校準常數、和所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置包括: 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置的平均。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置包括: 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組合。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置包括: 確定位置誤差矩陣，其中所述位置誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備的估計位置坐標與所述無線網絡設備的所述初始位置的相應初始位置坐標之間的差異；確定距離誤差矩陣，其中所述距離誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中所述測得距離是至少部分地基於所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中所述估計距離是至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備的位置和所述無線網絡設備的所述初始位置來確定的； 將係數矩陣確定為所述距離誤差矩陣與所述位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及至少部分地基於使所述係數矩陣與所述係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算所述無線網絡設備的所述初始位置。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，進一步包括: 至少部分地基於分析與所述多個參考無線網絡設備中的至少每個參考無線網絡設備相關聯的一個或多個性能測量來標識所述多個參考無線網絡設備。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，對於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，所述至少部分地基於所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的所述往返傳輸時間來確定所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的距離進一步包括: 對於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備， 記錄從所述無線網絡設備向所述參考無線網絡設備傳送第一控制消息的第一時刻；記錄響應於所述第一控制消息在所述無線網絡設備處從所述參考無線網絡設備接收第二控制消息的第二時刻； 從所述第二時刻減去所述第一時刻以確定所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的所述往返傳輸時間；以及 將所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間乘以光速因子以產生所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的距離。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述無線網絡設備和所述多個參考無線網絡設備包括區域網(WLAN)通信能力。
11.一種無線網絡設備，包括: 網絡接口 ；以及 與所述網絡接口耦合的位置計算單元，所述位置計算單元操作用於: 確定所述無線網絡設備與通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間； 對於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的所述往返傳輸時間來確定所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的距離； 至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的初始位置；以及 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計所述無線網絡設備的位置。
12.如權利要求11所述的無線網絡設備，其特徵在於，所述位置計算單元操作用於執行所述TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置包括所述位置計算單元操作用於: 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、和所述初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計所述無線網絡設備的位置。
13.如權利要求12所述的無線網絡設備，其特徵在於，所述位置計算單元操作用於執行所述TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置進一步包括所述位置計算單元操作用於:響應於所述位置計算單元執行所述基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述初始距離校準常數、和所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
14.如權利要求11所述的無線網絡設備，其特徵在於，所述位置計算單元操作用於至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置包括所述位置計算單元操作用於: 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置 的平均，或者 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組合。
15.如權利要求11所述的無線網絡設備，其特徵在於，所述位置計算單元操作用於至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置包括所述位置計算單元操作用於: 確定位置誤差矩陣，其中所述位置誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備的估計位置坐標與所述無線網絡設備的所述初始位置的相應初始位置坐標之間的差異； 確定距離誤差矩陣，其中所述距離誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中所述測得距離是至少部分地基於所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中所述估計距離是至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備的位置和所述無線網絡設備的所述初始位置來確定的； 將係數矩陣確定為所述距離誤差矩陣與所述位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及 至少部分地基於使所述係數矩陣與所述係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算所述無線網絡設備的所述初始位置。
16.一種或多種其中存儲有指令的機器可讀存儲介質，所述指令在由一個或多個處理器執行時使所述一個或多個處理器執行包括以下動作的操作: 在通信網絡的無線網絡設備處確定所述無線網絡設備與所述通信網絡的多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間；對於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備，至少部分地基於所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的所述往返傳輸時間來確定所述無線網絡設備與所述參考無線網絡設備之間的距離； 至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的初始位置；以及 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、和初始距離校準常數來執行抵達時間(TOA)計算以估計所述無線網絡設備的位置。
17.如權利要求16所述的機器可讀存儲介質，其特徵在於，所述執行TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置的操作包括: 至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置、和所述初始距離校準常數來執行基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代以估計所述無線網絡設備的位置。
18.如權利要求17所述的機器可讀存儲介質，其特徵在於，所述執行TOA計算以估計所述無線網絡設備的位置的操作進一步包括:響應於所述執行所述基於泰勒級數的TOA定位算法的單次迭代而至少部分地基於所述無線網絡設備的所述初始位置、所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備之間的距離、所述初始距離校準常數、和所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來確定距離校準常數。
19.如權利要求16所述的機器可讀存儲介質，其特徵在於，所述至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置的操作包括: 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置的平均，或者 將所述無線網絡設備的所述初始位置計算為所述多個參考無線網絡設備的至少子集的位置的加權組合。
20.如權利要求16所述的機器可讀存儲介質，其特徵在於，所述至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的每個參考無線網絡設備的位置來計算所述無線網絡設備的所述初始位置的操作包括: 確定位置誤差矩陣，其中所述位置誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備的估計位置坐標與所述無線網絡設備的所述初始位置的相應初始位置坐標之間的差異； 確定距離誤差矩陣，其中所述距離誤差矩陣的每個元素表示所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的一個參考無線網絡設備之間的測得距離同所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的估計距離之間的差異，其中所述測得距離是至少部分地基於所述無線網絡設備與所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備之間的往返傳輸時間來確定的，其中所述估計距離是至少部分地基於所述多個參考無線網絡設備中的所述一個參考無線網絡設備的位置和所述無線網絡設備的所述初始位置來確定的；將係數矩陣確定為所述距離誤差矩陣與所述位置誤差矩陣的轉置的逆的乘積；以及至少部分地基於使所述係數矩陣與所述係數矩陣的轉置的乘積的行列式最大化來計算所述無線網絡設備的所 述初始位置。
【文檔編號】H04W64/00GK103947269SQ201280056807
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2011年9月19日
【發明者】X·張, N·張 申請人:高通股份有限公司