選取可見基站的方法及裝置、終端定位方法及裝置的制作方法

專利名稱：選取可見基站的方法及裝置、終端定位方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及計算機與通信技術領域，尤其涉及一種選取可見基站的方法及裝置、 基于可見基站的終端定位方法及裝置。
背景技術：
目前，基于無線信號強度衰減與傳播路徑距離之間關系的傳播模型定位技術是當 前無線網絡定位技術尤其是基于三角測量定位技術研究的熱點。傳播模型定位技術的主要 原理是記錄若干(三個或更多)可見基站所發送的無線信號在抵達待定位的終端處時的無 線信號強度衰減程度(針對某一終端，該終端所接收到的無線信號對應的基站相對于該終 端即為該終端的“可見基站”)，從而根據無線信號強度衰減程度確定可見基站到待定位的 終端之間無線信道傳播路徑損耗，進一步根據可見基站到待定位的終端之間無線信道傳播 路徑損耗規律來估計可見基站到待定位的終端之間的幾何距離，從而最終實現基于各可見 基站的位置坐標，利用三角測量與定位計算求解出該待定位的終端的位置。根據上述定位技術，為了在三維空間中基于三角測量的定位原理對終端的三維坐 標進行確定，則需要至少3個可見基站的參與，雖然從理論上講越多的可見基站參與對終 端位置的測量和計算應該有助于定位精度的提高，但過多可見基站的參與會使得參與三角 測量與定位計算的可見基站信息過剩、計算量冗余，從而導致求解終端位置的方程組復雜 度大幅提高，因此，在進行三角測量與定位計算之前，有必要對參與三角測量與定位計算的 可見基站進行篩選(即基站選取)。在現有技術中，最通用的基站選取方法是基于最大信號強度原則的方法，該方法 基于認為終端接收到的強度最大無線信號所對應的可見基站更可能為終端提供持久而高 效的覆蓋這一前提，采用的方案是直接對終端接收到的所有信號的信號強度進行比較，并 按照信號強度由強至弱的順序依次選取預定個數(一般為幻的可見基站用于參與三角測 量與定位計算。雖然現有技術中的基于最大信號強度原則的可見基站選取方法具有原理簡單、靈 活易用的優點，但是研究結果表明采用該方法所選取的可見基站在參與三角測量與定位計 算時得到的定位精度往往較低。

發明內容
本發明實施例提供一種選取可見基站的方法及裝置，用以解決利用現有技術提供 的可見基站選取方法所選取到的基站對終端進行定位時，得到的定位精度往往較低的問 題。本發明實施例還提供一種基于可見基站的終端定位方法及裝置。本發明實施例采用以下技術方案一種選取可見基站的方法，包括根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無線信號的統計參 數值；并根據所述統計參數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值； 以及根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所 述可見基站中選取可見基站。較佳地，根據所述統計參數值，確定所述相關性值具體包括根據所述統計參數 值，利用預定的相關性度量函數，執行對所述相關性值的計算。較佳地，所述統計概率分布規律為高斯分布，以及所述統計參數值為所述各個可 見基站發送的所述無線信號的信號強度的均值和方差。較佳地，根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相 關性閾值的所述可見基站中選取可見基站具體包括根據確定的所述相關性值，按照相關 性值由小至大的順序，依次從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所述可 見基站中，對應選取第一預定數目的可見基站。較佳地，根據所述信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別 確定所述統計參數值具體包括根據所述信號強度，按照所述信號強度由高至低的順序，依 次從發送所述無線信號的所述各個可見基站中對應選取第二預定數目的基站；以及根據選 取的所述第二預定數目的可見基站所發送的無線信號的信號強度以及所述統計概率分布 規律，確定所述統計參數值。一種選取可見基站的裝置，包括參數值確定單元，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信 號的信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送 的無線信號的統計參數值；相關性確定單元，用于根據參數值確定單元確定的所述統計參 數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值；選取單元，用于根據相關 性確定單元確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的 所述可見基站中選取可見基站。較佳地，所述相關性確定單元根據所述統計參數值，利用預定的相關性度量函數， 執行對所述相關性值的計算。較佳地，所述統計概率分布規律為高斯分布，以及所述統計參數值為所述各個可 見基站發送的所述無線信號的信號強度的均值和方差。較佳地，所述選取單元根據確定的所述相關性值，按照相關性值由小至大的順序， 依次從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中，對應選取第 一預定數目的可見基站。較佳地，所述統計參數值確定單元具體包括選取模塊，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信 號強度，按照所述信號強度由高至低的順序，依次從發送所述無線信號的所述各個可見基 站中對應選取第二預定數目的基站；確定模塊，用于根據選取模塊選取的所述第二預定數 目的可見基站所發送的無線信號的信號強度以及所述統計概率分布規律，確定所述統計參 數值。一種基于可見基站的終端定位方法，包括根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無線信號的統計參 數值；并根據所述統計參數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值； 以及根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所 述可見基站中選取可見基站；根據選取的所述可見基站的位置信息確定所述待定位的終端 的位置信息。一種基于可見基站的終端定位裝置，包括參數值確定單元，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信 號的信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送 的無線信號的統計參數值；相關性確定單元，用于根據參數值確定單元確定的所述統計參 數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值；選取單元，用于根據相關 性確定單元確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的 所述可見基站中選取可見基站；執行三角測量與定位計算；位置信息確定單元，用于根據 選取單元選取的可見基站的位置信息確定所述待定位的終端的位置信息。本發明實施例通過對終端的所有可見基站中兩兩可見基站所發送的無線信號之 間的相關性進行確定，并選取相關性小于預定相關度閾值的無線信號所對應的可見基站， 由于選取得到的可見基站所發送的無線信號之間的相關性較小，因此選取得到的可見基站 更適合用于后續的三角測量與定位計算，并且能得到較高的定位精度，從而解決了現有技 術中存在的基于最大信號強度原則的可見基站選取方法所得到的定位精度較低的問題。


圖1為本發明實施例提供的一種選取可見基站的方法的具體流程示意圖；圖2為本發明實施例提供的選取可見基站的方法在實際中的具體應用流程示意 圖；圖3為本發明實施例提供的一種選取可見基站的裝置的具體結構示意圖。圖4為本發明實施例提供的一種基于可見基站的終端定位方法的具體流程示意 圖；圖5為本發明實施例提供的一種基于可見基站的終端定位裝置的具體結構示意 圖。
具體實施例方式本發明實施例基于可見基站無線信號之間“最小相關干擾的原則”，通過對終端 的所有可見基站中兩兩可見基站所發送的無線信號之間的相關性進行度量和優化來選取 目標可見基站集合，由于選取得到的可見基站集合中的可見基站所發送的無線信號之間的 相關性較小，因此選取得到的可見基站更適合用于后續的三角測量與定位計算，并且能得 到較高的定位精度，從而有助于解決現有技術中存在的基于最大信號強度原則的可見基站 選取方法所得到的目標可見基站之間發送信號互相關干擾較大，并導致定位精度較低的問 題。下面結合各個附圖對本發明實施例技術方案的主要實現原理具體實施方式
及其 對應能夠達到的有益效果進行詳細的闡述。
本發明實施例首先對現有技術中提供的基于最大信號強度原則的可見基站選取 方法的缺陷進行如下分析針對現有技術中的基于最大信號強度原則的可見基站選取方法，導致該方法定位 精度較低的一個原因是基于最大信號強度原則對可見基站進行選取時，并未考慮終端處各 可見基站信號之間的相關干擾，使得三角測量與定位計算結果的不確定性和冗余性增強， 這是因為選取的參與三角測量與定位計算的若干信號較強的不同可見基站很可能會為終 端引入信號相關性較強的接收信號信息，使得所選不同可見基站的無線信號在信號空間中 分布的相關性度量較大(即不同無線信號間的相關性較大，其原理類似于GPS衛星在三維 幾何空間中分布的幾何精度衰減因子GDOP會隨著三維空間中以衛星和接收機為頂點的立 方體所包圍的空間體積的減小而增大)，從而導致信號空間分布均衡性較差、不必要的相關 干擾信息增多，并且，不同可見基站所發送的無線信號之間相關性較大還會造成計算冗余， 同時還可能導致三角測量與定位計算的誤差增大(即以衛星為球心、以站星偽距為半徑的 球體之間的交匯區域擴大)，從而使得最終定位結果的精度受到影響。根據上述分析，為實現對可見基站的優選，從而得到精度較高的定位結果，本發明 實施例基于可見基站無線信號之間“最小相關干擾的原則”，通過對終端的所有可見基站中 兩兩可見基站所發送的無線信號之間的相關性進行度量和優化來選取預定數目的目標可 見基站集合，從而利用選取得到的可見基站集合中的可見基站用于后續的三角測量與定位 計算，解決現有技術中存在的基于最大信號強度原則的可見基站選取方法所得到的定位精 度較低的問題，為此，本發明實施例提供一種選取可見基站的方法，該方法的具體流程示意 圖如圖1所示，包括以下步驟步驟11，根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度 以及無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定各個基站發送的無線信號的統計參數 值，比如，這的統計概率分布規律可以為高斯分布，而相應的統計參數值則可以為各個可見 基站發送的所述無線信號的信號強度的均值和方差；步驟12，根據步驟11中確定的統計參數值，確定不同的可見基站發送的無線 信號之間的相關性值，在本步驟12中，可以根據上述統計參數值，利用預定的相關性 度量函數，來執行對相關性值的計算，從而確定相關性值，其中，這里預定的相關性度 量函數可以為巴氏(Bhattacharyya)距離函數、無限范數函數、LF(Lissack-Fu)函數、 KL(Kullback-Leibler)函數或斯曼德(Simandl)函數，后文將以相關性度量函數為巴氏 (Bhattacharyya)距離函數為例，對本發明實施例提供的該方法進行詳細介紹，在此不再贅 述；步驟13，根據確定的相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性 閾值的可見基站中選取可見基站，比如，可以根據確定的相關性值，從向終端發送無線信號 的所有可見基站中選取第一預定數目的可見基站，其中，第一預定數目的可見基站中的各 基站向終端發送的無線信號之間的相關性值均小于預定相關性閾值，具體地，在本發明實 施例中，可以根據確定的相關性值，按照相關性值由小至大的順序，依次從發送無線信號之 間的相關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中，對應選取第一預定數目的可見基 站，也可以根據確定的相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的 所述可見基站中隨機選取第一預定數目的可見基站，從而以選取的該第一預定數目的可見基站作為后續用于三角測量與定位計算的基站。由本發明實施例提供的上述方法可知，本發明實施例中由于首先對終端接收到的 無線信號間的相關性值進行了確定，然后再基于確定的相關性值，從可見基站中選取第一 預定數目的可見基站，其中，需保證第一預定數目的可見基站中的各基站向終端發送的無 線信號之間的相關性值均小于預定相關性閾值，根據前述對現有技術的分析可知，采用本 發明實施例提供的該方案能夠保證選取的可見基站向終端發送的信號間相關性較小，從而 選取的可見基站更適合參與三角測量與定位計算，解決了現有技術提供的基站選取方法所 選取的基站在參與三角測量與定位計算時得到的定位精度較低的問題。在本發明實施例中，為了縮短選取可見基站所需的時間，從而提高方法的實時性， 可以在利用本發明實施例提供的該方法進行對可見基站的選取時，預先基于某種規則對可 見基站進行一定程度的過濾，比如，可以從向終端發送無線信號的各個可見基站中，隨機選 取第二預定數目的基站，其中，第二預定數目一般應設置為大于第一預定數目，然后，再根 據選取的第二預定數目的可見基站所發送的無線信號，確定預定的相關性度量函數中的指 定參數的值；或者也可以先通過確定終端接收到的各無線信號的信號強度，再按照信號強 度由高至低的順序，依次從向終端發送無線信號的可見基站中對應選取第二預定數目的基 站，然后，再根據選取的第二預定數目的可見基站所發送的無線信號，確定預定的相關性度 量函數中的指定參數的值。在本發明實施例中，如圖1所示的各步驟的執行主體可以是終端本身，也可以是 能夠實現本發明實施例提供的該方法的一種選取可見基站的裝置。以下以本發明實施例提供的上述選取可見基站的方法在實際中的具體應用為例， 詳細說明該方法的實施流程，該實施流程請參見附圖2，包括以下步驟步驟21，為了實現對選取的可見基站之間無線信號互相關性的最優化，首先需要 對兩個不同可見基站所發送的無線信號之間的相關性度量進行定義，以下具體對該步驟21 進行說明假設當前位于位置ρ處的終端所接收到的第i個可見基站按時間順序發送無線信 號的η個信號強度采樣值為ri(k)，k= l，...n，信號強度值構成的序列(以下稱為無線信 號時間序列)為Ri,且有氏=Lri⑴，ri O)，. . .，ri (η)]。從無線信號強度統計分布規律 角度來講，序列氏應該在滿足特定均值和方差的基礎上服從相應概率分布，且對于無線網 絡中基站發送的無線信號強度的統計分布特性尤其是對于蜂窩網絡而言，此概率分布一般 近似為高斯分布，需要說明的是，雖然WLAN(無線局域網)中的基站(AP即熱點)所發送 的無線信號的分布特性會更加復雜，但是研究結果表明，在WLAN中使用高斯分布對AP發 送的無線信號的分布特性進行逼近已能夠得到足夠高的估計精度?；谏鲜隹紤]，考查終 端位置處所接收到的兩個可見基站所發送的無線信號時間序列之間的相關性大小，可以相 應轉化為度量這兩個可見基站所發送的無線信號所服從的統計概論分布規律(高斯分布) 之間的相關性度量的大小。經過對多個離散性度量函數，如無限范數(Infinite Norm)函 數、Lissack-Fu 函數、Kullback-Leibler 函數、Simandl 函數、巴氏(Bhattacharyya)足巨 離函數等的分析，考慮到前述針對無線網絡中可見基站發送的無線信號所服從的統計概論 分布規律一般為高斯分布以及對終端進行定位時的實性要求，本發明實施例優先選用巴 氏 hattacharyya)距離函數來對不同無線信號時間序列之間的相關性進行度量，巴氏
8(Bhattacharyya)距離函數的具體描述見后文，在此不再贅述，以下轉入步驟22 ；步驟22，利用步驟21中所確定的對不同無線信號時間序列之間的相關性進行度 量的巴氏(Miattacharyya)距離函數，確定不同無線信號時間序列之間的相關性值，比如， 在該具體實施例中，可以假設集合B是當前位于位置ρ處的終端的全部(共b個)可見基 站組成的全集，其中|B| =b代表集合B中元素的個數為b，由步驟21可知，該終端接收到 的第i個可見基站的η個信號強度值為a (k)，k = 1，. . . η的無線信號組成的無線信號時 間序列為氏=Lri (1) ,^(2),...,^(11)],則用于對該終端當前所在位置ρ進行定位計算的 可見基站選取過程可以歸納為確定一個目標集合A，|A| =a<b，A為B的子集，且A滿 足A中兩兩元素之間的信號相關性最小，即兩兩元素之間的巴氏 hattacharyya)距離最 小，在本發明實施例中，目標集合A采用下式(1)表示^ = argmm D(C) = argmm(1)上式中，arg minc{ · }表示使得{ · }取得最小值的參數C值，可見基站集合C是 全集B中所有元素數目為a的子集中的一個，D (C)是集合C所包含的所有可見基站中任意
兩個可見基站(^、 _之間無線信號相關性度量 ((^， _之和(即"^^((1_，(^_))，在對步驟
C/ ,C . €CZ
21進行介紹時已提到，本發明實施例中采用巴氏(Miattacharyya)距離函數來對不同可見 基站信號時間序列之間的相關性度量D(Ci; Cj)進行定義，假設兩個可見基站C” &之間無 線信號相關性的巴氏(Miattacharyya)函數距離為| dB(Ri,民)|，則根據上式(1)可得到下 式⑵(C"C》=I( 2 )而根據巴氏(Bhattacharyya)距離函數的定義，上述巴氏(Bhattacharyya)距離 dB的具體計算公式如下式(3):dB = -ln( J[/0)g(x)由]Ξ)( 3 )針對上式( ，巴氏 hattacharyya)距離函數表征的是隨機概率密度函數f (χ) 和g(x)之間的互相關性(也即離散程度)，其中，概率密度函數f(x)和g(X)分別代表了兩 個不同可見基站信號時間序列各自所服從的統計概論分布規律(也即密度函數)，對于一般的概率密度函數，式(3)中的積分較難計算，但基于 前述可知，由于通?？梢詫o線網絡中的該終端接收到的可見基站信號的信號強度所構成 的可見基站信號時間序列所滿足的統計概率分布規律抽象概括為高斯分布模型，而對于兩 個已知均值和協方差的高斯分布Ν( μ i，Σ i)，i = 1，2與Ν(μ」，Σ j)，j = 1，2而言(其 中，Ν(μ,,Σ i)為上述第i個可見基站所發送的無線信號的信號強度構成的信號時間序列 所滿足的統計概率分布規律，而Ν( μ ρ Σ j)則對應于第i個可見基站所發送的無線信號的 信號強度構成的信號時間序列所滿足的統計概率分布規律)，上述巴氏(Miattacharyya) 距離函數是存在一個準確度較高且可以直接計算結果的閉合形式的解(Closed-form Solution)的，因此，針對滿足高斯分布Ν( μ Σ D，i = 1，2與Ν(μ」，Σ」)，j = 1，2的兩 個不同可見基站信號時間序列，函數dB的計算公司可以表示為如下式G所示)
權利要求
1.一種選取可見基站的方法，其特征在于，包括根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度以及所述無 線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無線信號的統計參數 值；并根據所述統計參數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值；以及根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所 述可見基站中選取可見基站。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述統計參數值，確定所述相關性值具 體包括根據所述統計參數值，利用預定的相關性度量函數，執行對所述相關性值的計算。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述統計概率分布規律為高斯分布，以及所 述統計參數值為所述各個可見基站發送的所述無線信號的信號強度的均值和方差。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據確定的所述相關性值，從發送無線信號 之間的相關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中選取可見基站具體包括根據確定的所述相關性值，按照相關性值由小至大的順序，依次從發送無線信號之間 的相關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中，對應選取第一預定數目的可見基站。
5.如權利要求1 3中任一所述的方法，其特征在于，根據所述信號強度以及所述無線 信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述統計參數值具體包括根據所述信號強度，按照所述信號強度由高至低的順序，依次從發送所述無線信號的 所述各個可見基站中對應選取第二預定數目的基站；以及根據選取的所述第二預定數目的可見基站所發送的無線信號的信號強度以及所述統 計概率分布規律，確定所述統計參數值。
6.一種選取可見基站的裝置，其特征在于，包括參數值確定單元，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的 信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無 線信號的統計參數值；相關性確定單元，用于根據參數值確定單元確定的所述統計參數值，確定不同的所述 可見基站發送的無線信號之間的相關性值；選取單元，用于根據相關性確定單元確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相 關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中選取可見基站。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述相關性確定單元根據所述統計參數值， 利用預定的相關性度量函數，執行對所述相關性值的計算。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述統計概率分布規律為高斯分布，以及所 述統計參數值為所述各個可見基站發送的所述無線信號的信號強度的均值和方差。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述選取單元根據確定的所述相關性值，按 照相關性值由小至大的順序，依次從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的 所述可見基站中，對應選取第一預定數目的可見基站。
10.如權利要求6 9中任一所述的裝置，其特征在于，所述統計參數值確定單元具體包括選取模塊，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強 度，按照所述信號強度由高至低的順序，依次從發送所述無線信號的所述各個可見基站中 對應選取第二預定數目的基站；確定模塊，用于根據選取模塊選取的所述第二預定數目的可見基站所發送的無線信號 的信號強度以及所述統計概率分布規律，確定所述統計參數值。
11.一種基于可見基站的終端定位方法，其特征在于，包括根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度以及所述無 線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無線信號的統計參數 值；并根據所述統計參數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值；以及根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所 述可見基站中選取可見基站；根據選取的所述可見基站的位置信息確定所述待定位的終端的位置信息。
12.一種基于可見基站的終端定位裝置，其特征在于，包括參數值確定單元，用于根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的 信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無 線信號的統計參數值；相關性確定單元，用于根據參數值確定單元確定的所述統計參數值，確定不同的所述 可見基站發送的無線信號之間的相關性值；選取單元，用于根據相關性確定單元確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相 關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中選取可見基站；位置信息確定單元，用于根據選取單元選取的可見基站的位置信息，確定所述待定位 的終端的位置信息。
全文摘要
本發明公開了一種選取可見基站的方法及裝置，用以解決利用現有技術提供的可見基站選取方法所選取到的基站對終端進行定位時，得到的定位精度往往較低的問題。其中，本發明公開的該方法包括步驟根據待定位的終端所接收到的各個可見基站發送的無線信號的信號強度以及所述無線信號所服從的統計概率分布規律，分別確定所述各個基站發送的無線信號的統計參數值；并根據所述統計參數值，確定不同的所述可見基站發送的無線信號之間的相關性值；以及根據確定的所述相關性值，從發送無線信號之間的相關性值小于預定相關性閾值的所述可見基站中選取可見基站。本發明還公開了一種基于可見基站的終端定位方法及裝置。
文檔編號H04W64/00GK102111873SQ20091024384
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者溫亮生, 賀贏, 閻嘯天 申請人:中國移動通信集團公司