移動地理定位的制作方法

移動地理定位的制作方法
【專利摘要】估計第一移動通信裝置(220)在蜂窩無線通信系統(tǒng)(200)中的位置包括，將來自第一移動通信裝置中的第一簽名與已知簽名進行比較。第一簽名可包括控制信息、可觀測小區(qū)的集合和第一移動通信裝置(220)的接收功率水平信息。如果已知簽名與第一簽名相匹配，則根據(jù)數(shù)據(jù)庫(410)中的該已知簽名的已知位置提供位置估計。該比較可以是確定匹配度的相關(guān)性。背景信息可以鏈接數(shù)據(jù)庫(410)中的兩個或多個已知簽名，已知簽名已時間上連續(xù)地從系統(tǒng)中所用的一個移動設(shè)備(258)獲得。背景信息可用在比較中。
【專利說明】移動地理定位發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域涉及用于在移動通信系統(tǒng)中地理定位移動通信裝置的系統(tǒng)與方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]無線通信系統(tǒng)，例如GSM和第三代移動電話標(biāo)準與技術(shù)(3G)均為大家所熟知。3G標(biāo)準與技術(shù)的一個例子是由第三代合作伙伴計劃(3GPP?) (www.3rpp.0rg)開發(fā)的通用移動通信系統(tǒng)(UMTS?)。
[0004]第三代和第四代無線通信，且尤其是例如LTE的系統(tǒng)，通常被開發(fā)來支持宏小區(qū)移動電話通信。這里的“電話”可以是智能手機或無線鏈接到網(wǎng)絡(luò)的其他移動或便攜式通信裝置，呼叫通過所述網(wǎng)絡(luò)進行連接。下文將所有這些設(shè)備稱為移動通信裝置。“呼叫”可以是數(shù)據(jù)、視頻或語音呼叫或這些的組合。日漸增加的比例的通信涉及數(shù)據(jù)而非語音，且在技術(shù)上被稱為“連接”，而非“呼叫”。
[0005]宏小區(qū)利用大功率基站在相對較大的地理覆蓋范圍內(nèi)與無線通信裝置進行通信。該覆蓋區(qū)域可以是幾平方公里，或者如果它不在建筑物多的地區(qū)則更大。
[0006]一般地，移動通信裝置通過網(wǎng)絡(luò)與彼此以及其他電話系統(tǒng)通信。在3G系統(tǒng)中，該網(wǎng)絡(luò)是3G無線通信系統(tǒng)的“核心網(wǎng)絡(luò)”，且該通信是借助無線電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的。無線通信系統(tǒng)通常包括多個無線電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。每個無線電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括一個或多個小區(qū)，移動通信裝置可依附于這些小區(qū)，從而連接到網(wǎng)絡(luò)?；究梢允褂枚鄠€天線為小區(qū)服務(wù)，每個天線為小區(qū)的一個扇區(qū)服務(wù)。通常蜂窩式無線通信系統(tǒng)被描述為包括兩個部分:網(wǎng)絡(luò)；以及移動通信裝置。
[0007]圖1提供了一個現(xiàn)有技術(shù)的無線通信系統(tǒng)100的遠景圖(perspective view)。圖1中的系統(tǒng)包括基站BS1-BS8的網(wǎng)絡(luò)。僅示出了一個移動通信裝置110。在實際網(wǎng)絡(luò)中，在任意地區(qū)都可以有數(shù)千至數(shù)百萬個移動通信裝置。
[0008]基站，如120，與移動通信裝置110通信?；?20允許移動通信裝置110通過網(wǎng)絡(luò)進行呼叫，并接收通過網(wǎng)絡(luò)路由至基站120的呼叫。
[0009]基站130已被示出為具有覆蓋區(qū)域132。如果基站130具有全向天線，且地形平坦，則覆蓋區(qū)域132可以為圓形。但是，一般的基站的覆蓋區(qū)域的形狀和范圍取決于多個變數(shù)，且會隨時間發(fā)生變化。
[0010]控制器140在無線通信系統(tǒng)100內(nèi)管理呼叫?？刂破?40將鏈接到所有基站BS1-BS8，但為使圖1簡化以方便說明，未顯示這些鏈接。控制器140可以處理并存儲來自基站加上未在圖1中示出的許多其他基站的呼叫信息。在UMTS網(wǎng)絡(luò)中，控制器140可通過一個或多個無線電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)鏈接到基站。
[0011]知曉移動通信裝置110被定位在無線通信系統(tǒng)100中的位置可以有重要優(yōu)勢?，F(xiàn)有技術(shù)的無線通信系統(tǒng)已經(jīng)為“地理定位”移動通信裝置110的問題提供了多種解決方案。一種已知的解決方案涉及在移動通信裝置內(nèi)提供可以測量位置的特定裝備，例如GPS裝置。但是，許多用戶關(guān)閉了他們的移動通信裝置上的GPS功能。在一定程度上導(dǎo)致所報告的GPS細節(jié)非常少。少至萬分之一的呼叫可以報告GPS坐標(biāo)。
[0012]一種現(xiàn)有解決方案指出絕對功率傳輸水平可以用于地理定位移動站。參見例如2009年11月約翰尼斯堡(Johannesburg)大學(xué)M.F.Khan的碩士論文“移動蜂窩位置定位:一種結(jié)合無線電信號強度傳播和三邊測量的方法”(Mobile Cellular Locat1nPosit1ning:An Approach Combining Rad1 Signal Strength Propagat1n andTrilaterat1n)。但是,事件驅(qū)動技術(shù)中的功率測量,例如LTE中的功率測量,可能是相對較少的。即使在系統(tǒng)或移動通信裝置有能力根據(jù)絕對功率測量結(jié)果進行地理定位的地方，利用任何也是可用的可替換的信息源可能仍然非常重要。
[0013]本申請的發(fā)明人提交了 申請人:參考0PT004P326的共同待審的美國專利申請第13311132號。美國專利申請第13311132號指示差異功率水平可以用于地理定位移動裝置。移動通信裝置對它從至少兩個基站中接收的信號強度的差異進行測量。差值可以與系統(tǒng)中的用戶移動通信裝置所接收到的信號的恒功率差異的一個或多個輪廓線比較。從這種比較可獲得位置估計。但是，差異功率技術(shù)可能在可利用較少的導(dǎo)頻信號(Pilot)的場景中受到限制。
[0014]其他已知無線通信系統(tǒng)包括:
[0015](i)“基于GSM系統(tǒng)信號衰減差異的移動位置估計(Mobile Locat1n Estimat1nBased on Differences of Signal Attenuat1n for GSM Systems) ”，Lin 和 Juang, IEEETrans, Vehicular Technology, 2005年7月?？稍谙铝芯W(wǎng)址獲取該論文:
[0016]http://www.c c e.n t u t.e d u.tw/ezfiles/0/academic/43/academic 46991 5867233 59222.pdf
[0017]這一出版物使用了移動通信裝置接收的信號強度之間的差異測量結(jié)果。所考慮的信號來自全向天線。網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)從稱為“Cost-Hata”模型的模型中推導(dǎo)出。
[0018](ii) “利用相對信號強度和傳播延遲混合法進行蜂窩地理定位(CellularGeolocat1n Employing Hybrid of Relative Signal Strength and Propagat1nDelay) ”, Liu 和 Lin, WCNC 2006 會議論文集。
[0019]這一出版物使用了移動通信裝置接收的信號強度之間的差異測量結(jié)果，以及對信號的“傳播延遲”的測量。傳播模型參數(shù)來自于“Okumura-Hata”模型。這一出版物使用了采取全向天線的位置估計方法。
[0020](iii)專利申請W02010/083943A示出了另一種技術(shù)，該技術(shù)利用了源于移動通信裝置自身的信號強度和定時數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)運營商提供的網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)來對移動通信裝置進行定位。
[0021]在傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中，接收到的來自基站的信號功率水平變化較大。這種變化取決于許多方面，包括無線通信裝置的位置與時間。傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)也會利用“定時提前”。這是引入通信信號中的有意偏移。定時提前被用來允許定位在距基站不同距離處的各種不同移動通信裝置所接收到的信號的更好地同步。因此，定時提前通常按照與發(fā)射機的距離而發(fā)生變化。在通常的實現(xiàn)方式中，定時提前可針對離發(fā)射機較遠的用戶進行控制。這一特征在LTE中應(yīng)該是可用的，但對這一特征的報告可能未在所有部署的系統(tǒng)中激活。然而，在一些蜂窩無線通信系統(tǒng)中，對定時提前的測量可從移動通信裝置所進行的測量中獲取。
[0022]已知的蜂窩無線通信系統(tǒng)具有下列缺陷:
[0023]a)在接收機處接收到的功率水平會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的位置而發(fā)生改變。通常，不可能按距離精確計算接收到的功率。這是由于其大小是先驗未知的因素決定的。這樣的因素的例子為功率水平隨距離衰減的速率以及參考距離處的功率衰減。移動通信裝置位于車內(nèi)或建筑內(nèi)也會造成附加衰減。超過一半的呼叫都是在建筑或交通工具內(nèi)進行的。
[0024]b)定時提前不是對距離的直接測量。其用途主要是對通信信道的同步。因此，定時提前的值不僅取決于距離，還取決于各種影響，例如多徑衰落、硬件時序延遲等。硬件時序延遲可存在于基站內(nèi)，或存在于來自天線的電纜內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)。如出現(xiàn)這類情況，它們通常是不易取得的，并且因此可能只有對基礎(chǔ)設(shè)施操作員才是已知的。然而，某些裝置允許延遲是可編程的，并因此可控且已知。定時提前是粗略測量，定時提前的每個單位都與GSM內(nèi)?553米的距離對應(yīng)。但由于符號速率較高，因此定時提前在LTE內(nèi)更為精確。在LTE內(nèi)它可以小于100米。
[0025]c)例如LTE的事件驅(qū)動技術(shù)中的功率測量可以相對較少。這已造成現(xiàn)有技術(shù)方法通常集中于利用可替換的信息源。
[0026]d)其他控制信息(峰值突發(fā)速率、動態(tài)速率控制信息、定時提前信息)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的位置發(fā)生變化。
[0027]e)觀測小區(qū)的集合根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的位置發(fā)生變化。
[0028]f)即使移動設(shè)備內(nèi)添加有GPS芯片組，GPS信息也只能由移動站偶爾提供。僅有萬分之一的呼叫可以報告GPS坐標(biāo)。
[0029]因此，地理定位通常以“零碎”方式進行。這意味著通常單獨地以逐個事件為基礎(chǔ)。
[0030]因此，存在對用于估計與蜂窩網(wǎng)絡(luò)，例如LTE、GSM或UMTS網(wǎng)絡(luò)通信的移動站的位置的改進的方法的需要。
[0031]附圖簡述
[0032]將僅借助實例、結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施方式，其中:
[0033]圖1為示出現(xiàn)有技術(shù)的蜂窩無線通信系統(tǒng)的示意圖。
[0034]圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的蜂窩無線通信系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖3為在蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的位置順序的平面圖。
[0036]圖4示出蜂窩無線通信系統(tǒng)。
[0037]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法。
[0038]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法的步驟的細節(jié)。
[0039]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的填充數(shù)據(jù)庫的方法。
[0040]本發(fā)明的

【具體實施方式】
[0041]提供了一種蜂窩無線通信系統(tǒng)。例如，蜂窩無線通信系統(tǒng)可以根據(jù)GSM、UMTS或LTE標(biāo)準運行。蜂窩無線通信系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和移動通信裝置。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點支持與小區(qū)內(nèi)的移動通信裝置的通信。
[0042]估計蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的位置的方法包括:為在第一時間點由移動通信裝置接收到的信號編譯(compile)第一簽名。所述第一簽名包括:控制信息；小區(qū)集合，所述小區(qū)集合是可由所述移動通信裝置觀測的小區(qū)；以及從所述可觀測小區(qū)接收到的信號的接收功率水平信息。然后通過將所述第一簽名與輸入在數(shù)據(jù)庫中的已知簽名進行比較來從輸入在數(shù)據(jù)庫中的已知簽名中選擇特定的已知簽名。所述已知簽名包括位置信息。然后可以估計在第一時間點的移動通信裝置的位置，所述估計基于所述已知簽名的位置信息。所述已知簽名可以至少部分地基于背景(context)信息被選擇，背景信息將已知簽名鏈接到數(shù)據(jù)庫中的一個或多個其他已知簽名的位置和/或定時(timing)，所述一個或多個其他已知簽名從一個移動通信裝置中獲得。
[0043]因此，蜂窩無線通信系統(tǒng)可提供一種地理定位方法，該方法使用控制信息作為定位過程的一部分，而不僅僅利用功率水平。地理定位可基于已知信號，這些信號本身包括來自系統(tǒng)中的移動通信裝置的大部分可利用的信令信息的寬廣背景。該信息可隨時間累積。
[0044]一種估計蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的位置的方法可以包括:從蜂窩無線通信系統(tǒng)中的第一移動通信裝置接收第一簽名，所述第一簽名包括關(guān)于由所述第一移動通信裝置從蜂窩無線通信系統(tǒng)的一個或多個基站接收的信號的信息。簽名可用于從數(shù)據(jù)庫中選擇至少兩個已知簽名，所述至少兩個已知簽名的每一個已經(jīng)從在蜂窩無線通信系統(tǒng)中運行的第二移動通信裝置中連續(xù)獲得。所述第一移動通信裝置的位置可以被估計為所述至少兩個已知簽名之一的已知位置。
[0045]一種填充用于地理定位蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的移動通信裝置參考簽名的數(shù)據(jù)庫的方法可以包括:在蜂窩無線通信系統(tǒng)的商業(yè)運行過程中，從移動通信裝置接收兩個或多個簽名的序列。每個簽名可以包括測量信息以及在獲得所述簽名的時間點測量的移動通信裝置的位置。該方法可以包括向移動通信裝置參考簽名的所述數(shù)據(jù)庫添加所述兩個或多個簽名的序列作為參考簽名。所述數(shù)據(jù)庫還存儲獲得所述兩個或多個簽名的順序和從同一個移動通信裝置獲得所述兩個或多個簽名的指示。
[0046]圖2示出了蜂窩無線通信系統(tǒng)200。移動通信裝置210位于蜂窩無線通信系統(tǒng)200內(nèi)的位置212處。但移動通信裝置210的位置212最初未知。還示出了移動通信裝置210的第二位置214。在移動通信裝置210占據(jù)位置212時的時間之后的時間點，移動通信裝置210可占據(jù)第二位置214。
[0047]基站220、222、224、230、232、234、236 和 238 被鏈接至控制器 240?；?220-238中的每一個在基站被定位在的小區(qū)內(nèi)提供來自和到達移動通信裝置的通信。小區(qū)可以是參考圖1中的小區(qū)132所描述的一般形式。作為示例的例子，小區(qū)215已在圖2中被示出為基站220周圍的虛線部分。
[0048]圖2上的位置250、252、254和256指示由移動通信裝置258占據(jù)的相繼的位置。位置260、262和264指示由移動通信裝置266占據(jù)的相繼的位置。在每個位置處，移動通信裝置258和268將從網(wǎng)絡(luò)中的基站接收信號。
[0049]在位置250、252、254和256處，移動通信裝置258可以從基站220、222和224以及從其他基站接收通信。例如在位置256處，基站230可以在范圍內(nèi)。在位置260、262和264處，移動通信裝置258可以從基站230、232和234以及從其他基站接收通信。
[0050]例如，可以根據(jù)能夠從其他移動通信裝置已占據(jù)的位置獲得的信息估計移動通信裝置210的位置212。在位置250、252、254和256的每一個處，移動通信裝置258提供“簽名”。每個簽名可以設(shè)置有時間戳。對于所述位置和該時間點，該簽名至少包括:
[0051](i)控制信息?？刂菩畔⑼ǔ０ǘ〞r提前、突發(fā)吞吐率(burst throughoutrate)、動態(tài)速率控制和信噪比中的一個或多個。如被包括，則動態(tài)速率控制信息將至少包括信道質(zhì)量指示。
[0052](ii)小區(qū)集合，其可由移動通信裝置258觀測。小區(qū)，例如至少小區(qū)220、222和224，可以是從位置250可觀測的。
[0053](iii)從可觀測小區(qū)接收到的信號的接收功率水平信息。
[0054]類似地，在位置260、262和264的每個位置處，移動通信裝置266提供“簽名”，每個簽名都設(shè)置有時間戳。對于所述位置和時間點，該簽名至少包括:
[0055]⑴控制信息。
[0056](ii)移動通信裝置258可觀測的小區(qū)集合。小區(qū)，例如至少小區(qū)230、232和234可以是從點260可觀測的。
[0057](iii)從可觀測小區(qū)接收到的信號的接收功率水平信息。
[0058]移動通信裝置258和266還可以提供它們?yōu)槠涮峁┖灻拿恳粋€位置的位置信息。來自位置250、252、254、256、260、262和264的簽名可存儲在數(shù)據(jù)庫作為“已知”簽名。每個簽名可以與位置信息及時間戳一起存儲。在蜂窩無線通信系統(tǒng)200中，針對成千上萬個呼叫，可以獲得這樣的已知簽名。由于所進行的非常多的呼叫，這是可能的。即使一萬個電話中只有一個提供了位置估計，例如移動通信裝置258和266的位置的GPS測量結(jié)果，那么這些成千上萬個簽名將是可得到的。
[0059]在位置212處，即使移動通信裝置210不提供位置測量結(jié)果，移動通信裝置210也可以在第一時間點提供簽名。移動通信裝置210可能因多種原因之一不提供位置測量結(jié)果，包括它沒有位置定位設(shè)備或位置定位功能被關(guān)閉。但是，簽名可以與數(shù)據(jù)庫中的已知簽名進行比較。在位置212處，移動通信裝置210可以提供第二簽名。第一簽名和第二簽名可以是相繼的，即，在提供第一簽名和第二簽名時的時間之間沒有其他簽名被提供。
[0060]在第一時間點，來自位置212處的移動通信裝置210的簽名包括:
[0061]⑴控制信息；
[0062](ii)小區(qū)集合，該小區(qū)集合是移動通信裝置210可觀測的小區(qū)；以及
[0063](iii)用于由移動通信裝置210從可觀測小區(qū)接收到的信號的接收功率水平信息。如圖2所示，小區(qū)220、236和238可以例如是從位置212可觀測的。
[0064]在位置212處，來自移動通信裝置210的第一簽名可以被發(fā)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫中的已知簽名之一相同或與已知簽名之一足夠相似。然后，移動通信裝置210的位置212可被估計為與這一已知簽名的位置相同。但是，這不是常見情況。當(dāng)使位置估計基于僅僅來自通信裝置210的第一簽名與僅僅數(shù)據(jù)庫中的一個已知簽名匹配時，存在不準確的風(fēng)險。但是，如果第一簽名包括控制信息、小區(qū)集合和接收功率信息中的全部，則不準確的風(fēng)險就會大大減小。
[0065]任何特定移動通信裝置210可獲得的簽名信息可以取決于系統(tǒng)的設(shè)計、位置和其他變數(shù)。通常，與蜂窩無線通信系統(tǒng)通信的移動通信裝置將能夠報告附近的多個小區(qū)的接收功率水平。來自移動通信裝置的報告中還將包括小區(qū)的標(biāo)識(identity)?？蓮姆涓C無線通信系統(tǒng)的管理模塊中獲得該報告。該模塊可以是3G蜂窩無線通信系統(tǒng)的運營支持系統(tǒng)。還可以從集成到或依附于無線通信系統(tǒng)的探測器(probe)獲得這一報告。與移動通信裝置相關(guān)的其他測量結(jié)果和控制信息可以從這些來源獲得，包括:
[0066](i)定時提前信息；
[0067](ii)突發(fā)吞吐率；
[0068](iii)動態(tài)速率控制(例如信道質(zhì)量指示)；
[0069](iv)信噪比(例如參考信號接收質(zhì)量)。
[0070]在呼叫或數(shù)據(jù)“連接”的整個歷史期間，該信息可以是可得到的。對于更早的呼叫，這一信息也可以是可得到的。這在“24X7”的分析系統(tǒng)中尤其是真實的，這一系統(tǒng)捕獲并處理每個用戶的呼叫。當(dāng)移動通信裝置可產(chǎn)生關(guān)于其位置的GPS信息時，該信息與功率水平和其他測量結(jié)果/控制信息相關(guān)聯(lián)，以構(gòu)成已知簽名。這些已知簽名可被認為是“參考簽
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[0071]通常，在我們想為簽名，例如來自位置212處的移動通信裝置210的第一簽名，提供位置估計之前，數(shù)據(jù)庫中的已知簽名將已經(jīng)被收集。已知簽名可以在第一簽名前的幾天、幾周或幾個月已經(jīng)被收集。
[0072]但是，本發(fā)明可被應(yīng)用作為后處理的一部分。該處理可發(fā)生在從移動通信裝置210接收到第一簽名后的幾小時或幾天。在這種情況下，對于在獲得第一簽名后進行的呼叫，數(shù)據(jù)庫中也會有已知簽名，即，現(xiàn)在必須為其估計位置的簽名。返回參照圖2，當(dāng)獲得位置212中的移動通信裝置210的簽名時，可以因此在第一時間點后獲得位置250-256的一系列簽名和/或位置260-264的一系列簽名。
[0073]數(shù)據(jù)庫中可以有一個以上的已知簽名，其與位置212處的移動通信裝置210獲得的簽名相似或甚至相同。但是，這些已知簽名可以被區(qū)分。可至少部分地根據(jù)“背景”信息選擇特定的已知簽名。背景信息將已知簽名鏈接到數(shù)據(jù)庫中的另一個已知簽名的位置和/或定時，該另一個已知簽名從同一個移動通信裝置接收作為第一已知簽名。
[0074]可通過考慮位置250、252、254和256理解背景信息。圖3將這四個位置示出為350、352、354和356。另外，圖3示出通過無線通信系統(tǒng)200而非從位置350-356提供簽名的移動通信裝置傳播的不同移動通信裝置的三個其他位置380、382和384。位置350-356和380-384的每一個產(chǎn)生可添加至數(shù)據(jù)庫的已知簽名以及獲得簽名的位置及時間戳。
[0075]來自位置212處的移動通信裝置210的第一簽名可證明匹配來自圖3示出的兩個不同位置的簽名。在這一例子中，了解圖2上的位置212是一個說明性位置是非常重要的，這一位置可以是圖2中的任意位置。實際上為了盡可能保持圖2的整潔，在圖2的一部分中示出的位置212與所有點250-256和260-264相距甚遠?！捌ヅ洹笨梢允腔蛘哂捎诘谝缓灻c來自圖3所示的兩個不同位置的簽名相同，或者因為第一簽名與來自位置350-356和380-384的兩個或甚至更多個的簽名具有可比較的相似度。
[0076]例如，在點354和382 二者處，控制信息、小區(qū)集合和從每個可觀測小區(qū)接收的功率可以是相同的，且與來自移動通信裝置210的第一簽名的控制信息、小區(qū)集合和功率相匹配。可替換地，在點354和382處獲得的已知簽名可以與第一簽名的這些參數(shù)相差相同的量。
[0077]數(shù)據(jù)庫中可獲得的“背景”信息可用于提煉這一信息。特別地，背景信息可識別兩個位置354和382中僅僅一個的已知簽名，作為來自位置212處的移動通信裝置210的第一簽名的最好匹配。因此，與來自點354和382的已知簽名是第一簽名的“同樣好”的匹配的情況相比，這解決了不明確的問題。例如，最好匹配可證明是來自點354的已知簽名。
[0078]利用背景信息的第一實例
[0079]以下是背景信息可以如何解決位置354還是位置382是最好匹配這一問題的詳細實例。除了來自位置354的簽名，數(shù)據(jù)庫中還有位置356的已知簽名，在如圖3所示的實例中。在移動通信裝置258提供來自位置354的已知簽名后不久，移動通信裝置258已提供了數(shù)據(jù)庫中位置356的已知簽名。另外，圖3示出了在距離位置354給定距離、在給定方向的位置356。如果圖3的頂部為向北方向，則位置356是在位置354的東南方。但重要的是，數(shù)據(jù)庫具有對來自位置356的簽名的位置測量結(jié)果。類似地，數(shù)據(jù)庫包含來自位置384的已知簽名，該簽名從不久前提供來自位置382的簽名的相同移動通信裝置獲得。
[0080]回到圖2，盡管位置212和214均未知，但我們想要定位的移動通信裝置210在位置212后占據(jù)了位置214。在位置214處時，移動通信裝置210提供第二簽名。第二簽名可以與來自位置356和位置384的已知簽名進行比較。
[0081]在這一示出的例子中，發(fā)現(xiàn)來自移動通信裝置210的第二簽名與來自位置356的簽名相似，但與來自位置384的簽名不相似。這一附加信息允許解決模糊問題。移動通信裝置210的位置212與位置354相似。因此當(dāng)移動通信裝置210提供來自位置212的第一簽名時，數(shù)據(jù)庫中保存的從位置354獲得的已知簽名的位置數(shù)據(jù)被用作移動通信裝置210的位置估計。也就是說，當(dāng)移動通信裝置210生成第一簽名時，移動通信裝置210更可能已經(jīng)在位置354，而不是位置382。
[0082]利用背景信息的第二實例
[0083]我們可以再次考慮圖3中示出的情況，在圖3中數(shù)據(jù)庫保存來自位置354和356的已知簽名，這些簽名由移動通信裝置258提供。數(shù)據(jù)庫還保存來自位置382和384的已知簽名，這些簽名由另一個移動通信裝置提供。
[0084]在第二示出的例子中，來自位置212處的移動通信裝置210的第一簽名與來自位置354和位置382的已知簽名很好地匹配。然而，第一簽名還包括不能與來自位置354和382的已知簽名進行比較的測量結(jié)果。假設(shè)，例如，來自移動通信裝置210的第一簽名包括來自六個可觀測小區(qū)的測量結(jié)果。這些小區(qū)中的五個也記錄在來自位置354和382的已知簽名中。但是，第一簽名中的第六個小區(qū)不存在于來自位置354和382的已知簽名中。因此當(dāng)?shù)谝缓灻麅H與來自位置354和位置382的已知簽名比較時，第一簽名中關(guān)于第六個小區(qū)的信息是不可用的。
[0085]但是，來自位置356的已知簽名可包括第六個小區(qū)的觀測值。如果來自位置384的已知簽名不包括第六個小區(qū)的觀測值，則已解決了模糊問題。第一簽名最可能與來自位置354的已知簽名相對應(yīng)，而不是與來自位置382的已知簽名對應(yīng)。在這一示出的例子中，不需要來自位置214的移動通信裝置210的第二簽名的信息。被使用的背景信息僅涉及數(shù)據(jù)庫中的其他已知簽名，其可以與第一簽名本身中的其他數(shù)據(jù)相比較。
[0086]總結(jié)以上述兩個示出的實例為基礎(chǔ)的一般情況，來自位置354的簽名是來自位置350、352、354和356的一系列簽名中的一個，該一系列簽名中的每個均被獲得以用于一個特定移動通信裝置。這在圖2中可以是移動通信裝置258。來自點350、352或356的其他已知簽名可提供證明來自點354的已知簽名是來自位置212處的移動通信裝置210的第一簽名的最好匹配的信息。在這一情況下，來自在點382之前和之后的點380和/或點384的簽名可提供實際上說明來自位置382的已知簽名并不像來自位置354的已知信號一樣是第一簽名的好的匹配。
[0087]在編譯已知簽名的數(shù)據(jù)庫時，已知簽名被獲得以用于給定移動通信裝置的順序被保存。這一信息為數(shù)據(jù)庫中的每個已知簽名提供了一方面的“背景”。因此，背景信息至少與獲得每個系列的簽名的順序以及獲得簽名的時間相關(guān)。這樣的背景信息還解決了來自位置212處的移動通信裝置210的簽名指示移動通信裝置210是在位置354還是位置382處這一問題。
[0088]下面的表I示出了一系列已知簽名的說明性的例子。簽名被獲得用于一個移動通信裝置M1，例如圖2中的移動通信裝置258。簽名在四個位置獲得，例如圖3中的位置350-356。在表I中，假設(shè)移動通信裝置Ml在時間T1時已經(jīng)在位置X、Y。在每個連續(xù)位置，如表I的每個連續(xù)的行所示，位置改變的量為例如xl、yl。位置可由移動通信裝置Ml中的位置子系統(tǒng)，如GPS裝置提供。數(shù)值xl、yl可以例如在I米-50米的量級。而且在表I的每個連續(xù)行中示出的每個連續(xù)位置中，時間點的值增加。表I的最后一列示出第二簽名在第一簽名之后2秒被記錄。第三簽名在第一簽名后5秒被記錄。第四簽名在第一簽名后25秒被記錄。
[0089]表2提供了從另一個移動通信裝置M2，如移動通信裝置266中獲得的已知簽名。表2中的簽名在如位置380-382的連續(xù)位置處獲得。
[0090]表2最后一欄中的輸入項目示出來自移動通信裝置M2的三個簽名在時間T2、T2+3秒以及T2+6秒時獲得。T2可以完全不同于時間1\。例如，表I中的簽名可以在不同于獲得表2中那些簽名的一天或一個月獲得。距離增量，如表2中的xlO、yll將通常與表I中的增量xl、yl完全不同。但是，在表I和表2所示的實例中，移動通信裝置Ml和M2有時可看到相同的小區(qū)。因此，表I和表2 二者中的位置都給定與位置X、Y相關(guān)。例如，可從相距幾百米的位置序列獲得這兩組簽名。
[0091]
移動裝置Ml的每個簽名中包含的測量結(jié)果按順序狄得簽名的點可觀測對接收到的信接收功動態(tài)定時捕狄簽編號的的位置測量結(jié)小區(qū)的集合號的突發(fā)速率率水平速率提前名的時簽名果__測量結(jié)果信息控制信嗓比信息間_
X，Y
_I (點 350) 220,222,224_是是是是是 T1
X+xl，Y+yl Tj+2_2 (點352) 220,222,224_是是否是否秒
X+x2，Y+y2 220,222, Τι+5_3 (點354) 224,230__是否否是否秒
X+x3, Y+y3 Τι+25_4 (點356 ) 222,224,230_是是否是是秒
[0092]表1:從移動通信裝置Ml相繼獲得的已知簽名
[0093]

【權(quán)利要求】
1.一種估計蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的位置的方法，所述蜂窩無線通信系統(tǒng)包括移動通信裝置，所述方法包括: 為在第一時間點由第一移動通信裝置接收到的信號編譯第一簽名，所述第一簽名包括: 控制信息； 小區(qū)集合，所述小區(qū)集合是由所述第一移動通信裝置可觀測的小區(qū)；以及 從所述可觀測小區(qū)接收到的信號的接收功率水平信息； 估計在所述第一時間點所述第一移動通信裝置的位置，該估計基于第一已知簽名的位置信息，所述第一已知簽名通過將所述第一簽名與輸入在數(shù)據(jù)庫中的已知簽名進行比較來選擇，所述已知簽名包括位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，還包括: 至少部分地基于背景信息選擇所述第一已知簽名，所述背景信息將所述第一已知簽名鏈接到所述數(shù)據(jù)庫中的第二已知簽名，其中: (i)第二移動通信裝置提供所述第一已知簽名和所述第二已知簽名兩者；以及(?)所述第二移動通信裝置相繼提供所述第一已知簽名和所述第二已知簽名，所述第二已知簽名在所述第一已知簽名之前或之后立即提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 將所述第一簽名與已知簽名的所述數(shù)據(jù)庫中的輸入項目進行比較包括:將所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 將所述第一簽名與已知簽名的所述數(shù)據(jù)庫中的輸入項目進行比較包括:確定所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分之間的差值； 估計在所述第一時間點所述移動通信裝置的位置是基于選擇具有與所述第一簽名的對應(yīng)部分相等的各個部分的已知簽名。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 將當(dāng)前簽名與已知簽名的所述數(shù)據(jù)庫中的輸入項目進行比較包括: 確定所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分之間的差值； 對各個差值進行平方； 按比例調(diào)整并相加平方后的差值； 估計在第一時間點所述移動通信裝置的位置是基于選擇在所有部分上具有最小均方差值的已知簽名。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，還包括: 為在第二時間點由所述第一移動通信裝置接收的信號編譯第二簽名，所述第一移動通信裝置相繼提供所述第一簽名和所述第二簽名，其中所述第二簽名在所述第一簽名之前或之后立即提供； 所述第二簽名包括: 第二控制信息； 第二小區(qū)集合，所述第二小區(qū)集合是由所述移動通信裝置可觀測的小區(qū)；以及 從所述可觀測小區(qū)接收的信號的第二接收功率水平信息； 且其中，所述已知簽名通過將所述第一簽名和所述第二簽名與所述數(shù)據(jù)庫中的已知簽名進行比較來選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的估計移動通信裝置的位置的方法，還包括: 將所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)，從而得到將所述第一簽名匹配至預(yù)定程度內(nèi)的已知簽名的第一集合K ； 對于集合K中的每個成員，識別來自提供集合K的該成員的所述移動通信裝置中的、在集合K的該成員之前或之后立刻獲得的已知簽名，從而識別已知簽名的第二集合L的成員； 將所述第二簽名的各個部分與已知簽名的第二集合L的成員的對應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)； 使用所述第二簽名與所述集合L的成員之間的關(guān)聯(lián)的結(jié)果選擇所述第一已知簽名，其中，所述第一已知簽名是集合K的成員，第二集合L中的集合K的該成員之前或之后緊接的簽名示出與所述第二簽名的最高關(guān)聯(lián)程度；以及 將在所述第一時間點的所述移動通信裝置的位置估計為所述第一已知簽名的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 將所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)包括:確定所述第一簽名的各個部分與所述數(shù)據(jù)庫中已知簽名的對應(yīng)部分之間的差值，對所述差值求平方，并按比例調(diào)整及相加平方后的差值； 將所述第二簽名的各個部分與已知簽名的第二集合L中的成員的對應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)包括:確定所述第二簽名的各個部分與所述第二集合L中的成員的對應(yīng)部分之間的差值，對所述差值求平方，并按比例調(diào)整和相加平方后的差值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中，所述控制信息包括下列項中的至少一項: 定時提iu ； 關(guān)發(fā)吞吐率； 動態(tài)速率控制，其至少包括信道質(zhì)量指示； 信噪比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中，所述蜂窩無線通信系統(tǒng)是數(shù)據(jù)速率非常高的LTE通信系統(tǒng)，且所述控制信息包括下列項中的至少一項: 定時提iu ； 關(guān)發(fā)吞吐率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 所述數(shù)據(jù)庫中的已知簽名的至少一些由包括專用位置子系統(tǒng)的移動通信裝置提供，所述已知簽名的位置信息從所述專用位置子系統(tǒng)得到。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中所述已知簽名的至少一些包括通過以下方法預(yù)先獲得的信息: 在蜂窩無線通信系統(tǒng)的操作過程中，通過用戶移動通信裝置；和/或 在蜂窩無線通信系統(tǒng)的測試操作過程中，通過測試移動通信裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，還包括: 通過訪問所述蜂窩無線通信系統(tǒng)的運營支持系統(tǒng)，訪問包括所述第一簽名的信息的至少部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，還包括: 通過探測經(jīng)過所述蜂窩無線通信系統(tǒng)的節(jié)點的信號訪問包括所述第一簽名的信息的至少部分，所述節(jié)點構(gòu)成所述蜂窩無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 所述第一已知簽名包括通過在所述數(shù)據(jù)庫中的其他已知簽名之間的插值獲得的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的估計移動通信裝置的位置的方法，其中: 所述插值使用輸入路徑損耗模型。
17.一種估計在蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的位置的方法，所述方法包括: 從所述蜂窩無線通信系統(tǒng)中的第一移動通信裝置接收第一簽名，所述第一簽名包括關(guān)于通過所述第一移動通信裝置從所述蜂窩無線通信系統(tǒng)的一個或多個基站接收的信號的信息； 使用所述簽名從數(shù)據(jù)庫中選擇至少兩個已知簽名，所述至少兩個已知簽名的每一個已經(jīng)從在所述蜂窩無線通信系統(tǒng)中運行的第二移動通信裝置相繼獲得； 將所述第一移動通信裝置的位置估計為所述至少兩個已知簽名之一的已知位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述至少兩個已知簽名各自包括在記錄所述已知簽名的時間點時所述第二移動通信裝置的位置信息，且所述方法還包括: 通過將所述第一簽名與數(shù)據(jù)庫中的多個已知簽名的每一個相關(guān)聯(lián)來選擇所述兩個已知簽名。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 所述第一移動通信裝置還提供第二簽名，其中所述第二簽名或者是在所述第一簽名之前剛剛被提供的簽名，或者是在所述第一簽名之后緊接著被提供的簽名；以及 選擇所述兩個已知簽名包括:將所述第一簽名和所述第二簽名與數(shù)據(jù)庫中的多個已知簽名的每一個相關(guān)聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 自適應(yīng)地改變背景的等級，從而來自所述第一移動通信裝置的其他簽名和/或在所述關(guān)聯(lián)中使用的其他已知簽名的數(shù)量增加，直至達到大于預(yù)先設(shè)定的閾值的關(guān)聯(lián)度，從而在所需的準確度范圍內(nèi)識別與所述第一簽名對應(yīng)的唯一一個已知簽名。
21.一種填充移動通信裝置參考簽名的數(shù)據(jù)庫用于地理定位蜂窩無線通信系統(tǒng)中的移動通信裝置的方法，所述方法包括: 在所述蜂窩無線通信系統(tǒng)的商業(yè)運營過程中，從移動通信裝置接收兩個或多個簽名的序列，每個簽名包括: 測量信息；以及 在獲得所述簽名的時間點測量的所述移動通信裝置的位置；以及向移動通信裝置參考簽名的所述數(shù)據(jù)庫添加所述兩個或多個簽名的序列作為參考簽名，所述數(shù)據(jù)庫還存儲: 獲得所述兩個或多個簽名的順序；和 從同一個移動通信裝置獲得所述兩個或多個簽名的指示。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的填充數(shù)據(jù)庫的方法，還包括: 在所述數(shù)據(jù)庫中為所述兩個或多個簽名的每一個存儲時間戳；并且 所述測量信息包括: 控制信息； 小區(qū)集合，所述小區(qū)集合是由所述移動通信裝置可觀測的小區(qū)；以及 從所述可觀測小區(qū)接收的信號的接收功率水平信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的填充數(shù)據(jù)庫的方法，其中至少一個簽名的所述控制信息包括: (i)定時提前數(shù)據(jù)； (?)突發(fā)吞吐率數(shù)據(jù)； (iii)動態(tài)速率控制信息； (iv)信噪比信息。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的填充數(shù)據(jù)庫的方法，還包括: 在序列中的任意所述兩個或多個簽名之間插值，以創(chuàng)建其他參考簽名。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的填充數(shù)據(jù)庫的方法，還包括: 從部署在所述蜂窩無線通信系統(tǒng)中的測試移動通信裝置獲得測試測量結(jié)果連同每個測試測量結(jié)果的位置信息和定時信息；以及 向所述數(shù)據(jù)庫添加所述測試測量結(jié)果、位置信息和定時信息，從而創(chuàng)建其他參考簽名和/或初始數(shù)量的參考簽名。
【文檔編號】G01S5/00GK104205964SQ201380018789
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】邁克爾·弗拉納根 申請人:Jdsu英國有限公司