專利名稱：估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中用戶位置的方法和系統(tǒng)的制作方法
本申請涉及序號為08／924，151，1997年9月5日提交，標(biāo)題為“在雜亂區(qū)域中估測用戶位置的方法和系統(tǒng)”的專利申請，在這里參考引用了該申請。
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地講，是涉及估測無線通信系統(tǒng)中用戶位置的方法。
在無線通信系統(tǒng)中，經(jīng)常希望確定正在通話的用戶的位置。使用這種估測技術(shù)的應(yīng)用可以包含確定請求911緊急服務(wù)的用戶的位置，以便警察，消防或急救服務(wù)能夠被有效地提供給用戶。定位技術(shù)的其它應(yīng)用包含蜂窩電話欺騙檢測，協(xié)助警察調(diào)查，基于位置的計(jì)費(fèi)，為用戶提供基于位置的信息等等。
估測蜂窩通信系統(tǒng)中用戶位置的已知方法包含使用用戶單元中的全球定位系統(tǒng)(GPS)單元，使用到達(dá)基站的信號的時差計(jì)算用戶位置，和記錄并頻繁識別來自用戶服務(wù)區(qū)域中多個已知位置的用戶射頻信號。雖然這些方法在某些情況下是有效的，但仍然有一些缺點(diǎn)。
例如，使用用戶單元中的GPS接收器的缺點(diǎn)是增加用戶單元體積，重量和耗電量。另外，在價格控制很緊的用戶單元中包含GPS單元費(fèi)用可以很高。
使用到達(dá)信號的時間差的缺點(diǎn)是在諸如具有高大建筑的市區(qū)或商業(yè)區(qū)的雜亂區(qū)域中可以無法工作。在雜亂區(qū)域(cluttered area)中，信號的反射和散射延長了用戶單元和基站之間傳播路徑。當(dāng)傳播路徑被延長時，信號到達(dá)時間無法精確反映從基站到用戶的發(fā)射距離。這樣，由于信號到達(dá)時間的誤導(dǎo)，無法使用常規(guī)幾何和定位算法。
對于事先記錄射頻信號特征的系統(tǒng)，缺點(diǎn)包含充分測量以產(chǎn)生具有可用分辨率的精確數(shù)據(jù)庫的難度，系統(tǒng)對接收小區(qū)地點(diǎn)配置或環(huán)境的微小變化的敏感，和精確確定數(shù)據(jù)庫中記錄的已知位置的難度。
因而，顯然需要一種經(jīng)過改進(jìn)和，估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中用戶位置的方法和系統(tǒng)，其中在用戶單元中不需要昂貴的部件并且在不需要手動測量無線信號的情況下可以在雜亂環(huán)境中精確估測用戶位置。
在所附權(quán)利要求書中提出了被認(rèn)為是本發(fā)明的新穎特性的特征。但通過下面參照附圖對一個圖解實(shí)施例所進(jìn)行的詳細(xì)描述可以最好地理解發(fā)明本身，最優(yōu)使用模式，其目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1和圖2包括圖解根據(jù)本發(fā)明估測用戶位置的方法和系統(tǒng)操作的高層邏輯流程圖；圖3是一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的圖示；圖4是圖3的無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的計(jì)算機(jī)模型表示；圖5是圖3的計(jì)算機(jī)模型更詳細(xì)的視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明估測用戶位置的系統(tǒng)的高層模塊圖；圖7描述了一個可以被用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；圖8是一個圖解具有多射線的接收信號的信號強(qiáng)度與時間之間的關(guān)系的圖表。
參照圖1和圖2，其中描述了圖解根據(jù)本發(fā)明估測用戶位置的方法和系統(tǒng)操作的高層邏輯流程圖。如圖所示，所描述的過程從模塊20開始并且接著進(jìn)行到選擇一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型的模塊22。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過一個計(jì)算機(jī)模型可以實(shí)現(xiàn)這樣一個模型，其中計(jì)算機(jī)模型表示可能反射，散射或影響通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中用戶單元發(fā)送的射頻信號的建筑物或其它結(jié)構(gòu)的相對位置。計(jì)算機(jī)模型可以是二維模型或三維模型。
例如，圖3是無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域100的一個圖示或映像。服務(wù)區(qū)域100包含如圖所示彼此相對定位的建筑物102-122。在這個例子中，建筑物是唯一指出的，可能影響射頻信號傳播的結(jié)構(gòu)。在服務(wù)區(qū)域中還可以出現(xiàn)諸如指示牌的其它目標(biāo)。
服務(wù)區(qū)域100還包含與用戶單元128通信的基站124和126。
當(dāng)用戶單元128發(fā)送信號時，該信號的不同射線沿著用戶單元128和基站124，126之間的不同傳播路徑被反射和散射。在圖3所示的例子中，射線130-134具有三個從用戶單元128到基站124的路徑。類似地，射線136和138示出了用戶單元128和基站126之間的路徑。射線130-138表示某些從服務(wù)區(qū)域100中所示的位置上的用戶單元128到達(dá)基站124和126的最強(qiáng)和最先到達(dá)射線。也可以并且很可能出現(xiàn)沒有示出的其它射線。為了簡化這個例子，沒有示出這些諸如地面反射射線和經(jīng)過建筑物頂端的射線的其它射線，盡管有可以模擬這些射線的方法。
現(xiàn)在參照圖4，計(jì)算機(jī)模型200表示一個可以由圖1所示的過程在模塊22選擇的無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域100(參見圖3)的模型。如圖4所示，建筑物202-222代表一個實(shí)際服務(wù)區(qū)域(參見圖3)的建筑物102-122的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示。通過把衛(wèi)星數(shù)據(jù)，航空照片和其它類似地圖的數(shù)據(jù)縮減成一組表示影響信號傳播的建筑物和其它目標(biāo)的向量可以構(gòu)成計(jì)算機(jī)模型。可以從諸如Spot Data公司的供應(yīng)商購買預(yù)先設(shè)計(jì)好的建筑物數(shù)據(jù)庫。用戶可以選擇模型的分辨率或詳細(xì)程度，但分辨率或詳細(xì)程度通常是一個關(guān)于所涉及的射頻信號的波長的函數(shù)。
在選擇無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的一個模型之后，如模塊24所示，過程在一個第一選擇接收器位置上接收用戶信號的一個最優(yōu)射線。在一種實(shí)現(xiàn)中，接收器位置是一個諸如圖3中的基站124的基站。在一個實(shí)施例中，最優(yōu)射線可以是最先到達(dá)的射線，由于傳播的距離最短，所以這種射線通常是最先接收的強(qiáng)射線。可以使用其它原則來選擇最優(yōu)射線。一個“最優(yōu)射線”應(yīng)當(dāng)是提供清晰，明確并且統(tǒng)計(jì)上可靠的用戶信號信息，允許快速，方便并且精確地計(jì)算用戶位置的射線。
接著，如模塊26所示，過程測量接收射線的信號特征。這些測量信號特征可以包含入射角，傳播時間和信號振幅。盡管不必進(jìn)行所有這些測量，但更多的涉及接收射線的信息可以在估測用戶位置時產(chǎn)生更精確的計(jì)算和假定。
可以測量的接收射線的更完全的信號特征包含傳播時間(TOF)，到達(dá)時間差(TDOA)，入射角(AOA)，入射角差(AOAD)，接收信號強(qiáng)度(RSS)，接收信號強(qiáng)度差(RSSD)，信號極性，和信號隨時間或頻率的衰減特征。在一個最優(yōu)實(shí)施例中，由一個基站使用一或多個天線或天線陣列進(jìn)行測量。
但在其它實(shí)施例中，用戶單元可以采集或測量其它信息并且發(fā)送到基站。例如，在全球移動通信系統(tǒng)(GSM)中，用戶單元測量信號電平(被稱作RXLEV的參數(shù))和信號質(zhì)量(被稱作RXQUAL的參數(shù))。類似地，在針對碼分多址蜂窩通信(CDMA)的標(biāo)準(zhǔn)IS-95中，用戶測量來自各個基站的信號的相對強(qiáng)度并且通過一個導(dǎo)頻強(qiáng)度測量消息(PSMM)向基站報(bào)告這些測量結(jié)果。這樣，在某些多址無線接口中，可能無法輕易得到絕對測量結(jié)果。在這種情況下，可以根據(jù)可用信息導(dǎo)出定位用戶單元所需的信息。
對于傳播時間，基站可以進(jìn)行往返傳播延遲測量。其中涉及比較通過與上行鏈路信號的數(shù)字編碼同步得到的時間基準(zhǔn)，測量上行鏈路信號和下行鏈路信號之間的時間偏移并且記錄該偏移，上述偏移包含用戶單元的處理延遲。通過從計(jì)算的時間延遲中減去用戶的處理延遲，由于進(jìn)行的是往返測量，剩余的時間是從用戶到基站的傳播時間的兩倍。因而往返傳播延遲時間的一半即為傳播時間(TOF)。可以預(yù)先測量用戶單元的處理延遲時間以便補(bǔ)償各種用戶單元之間的差異。
由于在某些無線接口中不太容易測量傳播時間，本發(fā)明也可以使用到達(dá)時間差。通過測量用戶發(fā)送的信號到達(dá)兩個或更多的基站的時間之間的相對時間差，可以完成這些測量。并且，可以計(jì)算到達(dá)相同基站的兩個射線之間的到達(dá)時間差，其中各個射線具有一個單獨(dú)的從用戶到共同的基站的傳播路徑。圖8圖解了一個關(guān)于接收信號強(qiáng)度的時間曲線，這個導(dǎo)頻可以被稱作功率延遲分布148。這個曲線把信號射線的到達(dá)描述成時間的函數(shù)，并且示出了各個射線的相對功率。信道的帶寬影響曲線的形狀；帶寬越小則曲線越平滑，帶寬越大則各個射線的分辨率越高。
如圖所示，第一個到達(dá)的射線150是功率最強(qiáng)的射線，通常都是如此，但不總是這樣。兩個額外的射線152和154在時間上都比每個到達(dá)的射線要滯后。到達(dá)射線之間的時間差可以被用于測量接收信號的特征組，并且還可以被用于評估位置估測的質(zhì)量。
接收信號強(qiáng)度(RSS)由射線150，152和154的峰值指示，并且也可以被用來描述功率延遲分布148中的總功率。在沒有可用的絕對功率基準(zhǔn)的情況下，不同基站上接收信號強(qiáng)度之間的差值可以被用作信號特征。另外，到達(dá)相同基站的不同射線的信號強(qiáng)度之間的差值可以被用作測量信號的一個特征，并且可以被用來評估位置估測的質(zhì)量。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，利用在一個扇區(qū)化基站的一個扇區(qū)天線上接收射線的事實(shí)可以粗略測量入射角。例如，在一個六扇區(qū)基站中，通過確定六個扇區(qū)中哪一個扇區(qū)接收到信號可以把入射角確定在60度的范圍內(nèi)。在另一個實(shí)施例中，一個天線陣列可以被用來更精確地分析接收射線的方向。
在測量接收射線的信號特征之后，如模塊28所示，過程確定測量的入射角的不確定角度。這個不確定角度與測量的入射角的精度有關(guān)。這個精度也被稱作天線的分辨角度。例如，如果一個天線陣列被用來測量入射角，則具有較大單元數(shù)量的天線陣列比具有較小單元數(shù)量的天線陣列擁有更小的不確定角度。在另一個使用扇區(qū)化天線確定入射角的實(shí)施例中，不確定角度可以等于接收扇區(qū)覆蓋的角度。
圖3中示出了這些測量的一個例子，其中基站124被分成6個扇區(qū)，并且扇區(qū)140接收射線130-134。扇區(qū)140被設(shè)計(jì)成在角度142內(nèi)到達(dá)基站124的射線。如果扇區(qū)140由一個具有覆蓋角度142的接收模式的天線伺服，則基站124上一個入射角測量的不確定角度可以被設(shè)成等于角度142。但如果扇區(qū)140由一個能夠以大于角度142的分辨率測量入射角的天線伺服，則可以確定更小的不確定角度。
接著，如模塊30所示，過程確定N個處于不確定角度范圍內(nèi)的掃描角度。數(shù)量N是一個大于1的整數(shù)。在一個最優(yōu)實(shí)施例中，不確定角度被等分成N個處于定義不確定角度的邊界內(nèi)的掃描角度。從基站124延伸出的短虛線示出了N個掃描角度。
在確定N個掃描角度之后，如模塊32所示，過程選擇一個第一掃描角度。之后，如模塊34所示，過程確定一個從選定掃描角度上的選定接收器位置上發(fā)出的模擬射線的傳播路徑。在一個最優(yōu)實(shí)施例中，使用射線跟蹤技術(shù)確定這個傳播路徑，其中射線被建筑物墻壁反射并且被建筑物邊角散射。在圖4中，用索引號228-248示出了模擬射線。傳播路徑可以指示與第一掃描角度相關(guān)的傳播路徑。
注意，由于在模塊26中已經(jīng)測量了傳播時間，所以可以確定發(fā)出的模擬射線的終點(diǎn)。盡管傳播時間可能是有用的，本發(fā)明的某些實(shí)施例可以不需要傳播時間信息，而是依賴對計(jì)算機(jī)模型200中不同模擬射線的交叉分析。
注意，由于從不同的邊角射出，被散射的射線可以具有不確定數(shù)量的路徑。因而，除了具有單個終點(diǎn)和單個路徑之外，一個模擬射線在其最終散射邊角之后可能具有一組路徑和終點(diǎn)。圖5更清晰地圖解了這種情況，其中模擬射線230產(chǎn)生一組構(gòu)成弧線250的終點(diǎn)。其它弧線被示作與模擬射線232，238和240相關(guān)的虛線。
在確定模擬射線的傳播路徑或路徑之后，如模塊36所示，過程根據(jù)發(fā)出的模擬射線的終點(diǎn)估測一個用戶位置。
在估測一個用戶位置之后，如判定模塊38所示，過程確定是否已經(jīng)從N個掃描角度中的每個角度發(fā)出模擬射線。如果過程確定沒有從各個掃描角度發(fā)出模擬射線，如模塊40所示，過程選擇下一個掃描角度。之后，過程循環(huán)返回到模塊34以便針對新選擇的掃描角度確定一個新的傳播路徑。
再次參照模塊38，如果過程已經(jīng)從各個掃描角度發(fā)出模擬射線，則如模塊42所示，過程接著確定是否有另一個在首先選擇的接收器位置上接收到的最優(yōu)射線。如果有另一個尚未按上述方式使用的最優(yōu)射線，則如模塊44所示，過程在選定的接收器位置上接收用戶信號的另一個最優(yōu)射線。之后，過程循環(huán)返回到模塊26，其中測量另一個最優(yōu)射線的信號特征。
再次參照模塊42，如果過程確定已經(jīng)按上述方式接收并模擬了所有有關(guān)射線，則過程如模塊48所示，過程通過換頁連接符48繼續(xù)到模塊46(參見圖2)。如圖2所示，過程接著在模塊46確定是否在一個第二接收器位置上接收到用戶信號的射線。如果在第二接收器位置上接收到用戶信號的射線，如模塊50所示，過程以類似方式根據(jù)從第二接收器位置發(fā)出的模擬射線的終點(diǎn)估測一組用戶位置?？梢园凑疹愃朴趨⒄漳K24-44描述的方式的方式實(shí)現(xiàn)這個步驟。如果在第二接收器位置上沒有接收到用戶信號的射線，則過程跳過模塊50的操作并且進(jìn)行到模塊52。
如模塊52所示，過程接著定位出各組估測的用戶位置，其中各個位置組包含根據(jù)不同模擬射線得到的估測用戶位置。一組估測用戶位置可以被定義成緊接在一起的集中或組合的估測位置。這樣做的目的是找到聚在一起并且顯然不會隨機(jī)分散在服務(wù)區(qū)域模型上的估測位置。
在一個最優(yōu)實(shí)施例中，通過確定估測位置是否處于一個具有預(yù)定半徑的圓周內(nèi)可以定位出位置組。例如，對照圖5，射線230，232，238和240的某些可能終點(diǎn)處于索引號252所示的圓周內(nèi)，因而可以被認(rèn)為是一個估測用戶位置組。在圖4中，示出了兩個組組252和254。
接著，如模塊54所示，過程評估各個組的質(zhì)量并且劃分組的等級。在一個實(shí)施例中，通過包含組中各個估測位置的圓周的最小半徑可以確定各個組的質(zhì)量。使用這種技術(shù)，具有較小半徑的圓周比具有較大半徑的圓周具有更高的質(zhì)量。
在另一個實(shí)施例中，組的質(zhì)量可以和各個估測用戶位置和模型200中一個選定點(diǎn)之間的距離相關(guān)。例如，選定點(diǎn)可以是估測用戶位置的幾何中心，并且通過找到估測用戶位置到選定點(diǎn)的距離的平方的總和的平方根可以計(jì)算組質(zhì)量。
在根據(jù)質(zhì)量對組劃分等級之后，如模塊56所示，對于會產(chǎn)生具有更好的特征，但實(shí)際上沒有在服務(wù)區(qū)域100中的選定接收器位置上接收到的接收射線的組，過程可以去掉與這些組有關(guān)的位置。通過模擬并預(yù)測一個從基站或涉及組的估測用戶位置發(fā)出的驗(yàn)證射線的特征可以實(shí)現(xiàn)這個步驟。
在發(fā)出驗(yàn)證射線之后，過程可以使用射線跟蹤技術(shù)估測在無線通信系統(tǒng)模型的接收器位置上的驗(yàn)證射線特征。接著，比較估測特征和測量的特征組，并且根據(jù)比較結(jié)果確定估測用戶位置的質(zhì)量。例如，如果從組254表示的位置發(fā)出一個模擬驗(yàn)證射線，則應(yīng)當(dāng)在基站224上接收到射線246和248。如果在基站124上沒有接收到類似模擬射線246和248的射線，則一個偏差射線的估測特征與測量的特征組之間的比較表明在基站124上沒有接收到期望的射線。因而，在組254確實(shí)反映用戶單元實(shí)際位置的情況下，根據(jù)應(yīng)當(dāng)?shù)珜?shí)際沒有接收到期望射線的事實(shí)可以降低組254的質(zhì)量。
最終，如模塊58所示，過程根據(jù)分級組列表輸出估測用戶位置的分級列表。在一個最優(yōu)實(shí)施例中，各個估測用戶位置組可以被分解成單個的估測用戶位置。在計(jì)算了可靠性或置信系數(shù)并且可靠性或置信系數(shù)與位置估測有關(guān)的情況下可以考慮圓周的尺寸。
在另一個實(shí)施例中，在假定均具有相同重量的情況下，通過定位一個表示組的所有估測位置的重心的“平衡點(diǎn)”可以找到一個組中所有估測用戶位置的幾何中心。在另一個實(shí)施例中，根據(jù)與確定模擬射線傳播路徑有關(guān)的一個置信或可靠系數(shù)可以權(quán)衡一個組中的不同估測位置。例如，一個基站上的測量的不確定角度可以小于另一個基站上的測量的不確定角度。因而，可以為基于具有較小不確定角度的基站上的測量的估測位置指定比其它估測位置更大的權(quán)重。
如模塊60所示，可以結(jié)束估測用戶位置的過程。當(dāng)然，在本發(fā)明提供估測用戶位置的分級列表之后，一個后處理操作可以以文本或圖像的形式提供列表，或者可以進(jìn)行進(jìn)一步的處理以消除列表中小于預(yù)定質(zhì)量或置信度系數(shù)的位置。
現(xiàn)在參照圖6，其中描述了一個根據(jù)本發(fā)明估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中用戶單元的位置的系統(tǒng)的高層模塊圖。如圖所示，定位系統(tǒng)300包含基站302-308。各個基站302-308分別與一個基站天線310-316相連。在本發(fā)明的一個最優(yōu)實(shí)施例中，天線310-316適于確定從用戶單元發(fā)送的射頻信號的入射角。具有這種能力的天線系統(tǒng)包含扇區(qū)化天線和自適應(yīng)天線陣列，其中扇區(qū)化天線和自適應(yīng)天線陣列能夠在一個選定方向上構(gòu)成天線圖案以不確定角度所定義的精度確定入射角。注意，如上所述，不同類型的天線具有不同的不確定角度。天線310-316通常均勻分布在通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域100上以便在整個區(qū)域上提供服務(wù)。
基站302-308與基站控制器318相連，控制器318可以定位在相對于基站302-308的中心位置上?；究刂破?18負(fù)責(zé)控制基站的操作，并且具有諸如在基站間切換的其它功能。
作為基站控制器318的內(nèi)部或外部部件，定位處理器320被連接到基站控制器318以便傳遞信號特征數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^適當(dāng)編程的通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，例如Hewlett-Packard公司，PaloAlto，California制造的HP 9000系列700型735工作站來實(shí)現(xiàn)定位處理器320。
如圖所示，定位處理器320與數(shù)據(jù)庫322，無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型324，存儲器326，輸入設(shè)備328和輸出設(shè)備330相連。數(shù)據(jù)庫322被用于存儲與基站天線310-316相關(guān)的不確定角度的記錄，或其它涉及操作環(huán)境或基站操作中的變化的細(xì)節(jié)內(nèi)容。
無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型324包含描述建筑物(和其它影響射頻傳播的目標(biāo))的位置和基站天線310-316的位置的數(shù)據(jù)。這個服務(wù)區(qū)域模型324被用來預(yù)測模擬射線傳播路徑并且計(jì)算從一個選定估測用戶位置發(fā)送的驗(yàn)證射線的信號特征，其中可以在各個基站天線位置上接收上述驗(yàn)證射線。
除了其它用途之外，存儲器326可以被用來存儲加權(quán)函數(shù)系數(shù)，這個系數(shù)可以被用來調(diào)整某些參數(shù)或用戶位置估測中的估測結(jié)果。
輸入設(shè)備328被用來輸入數(shù)據(jù)，命令，加權(quán)函數(shù)系數(shù)，服務(wù)區(qū)域模式或涉及服務(wù)區(qū)域模型中的改變的信息?？梢酝ㄟ^磁盤驅(qū)動器單元，鍵盤或其它提供輸入源的裝置實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)備328。
輸出設(shè)備330被用來顯示位置估測結(jié)果?？梢酝ㄟ^顯示器實(shí)現(xiàn)輸出設(shè)備330，該顯示器顯示用戶單元的估測座標(biāo)，并且也可以顯示服務(wù)區(qū)域地圖，其中指示出用戶單元的估測位置。也可以顯示幾個估測位置，其中指示出各個位置的質(zhì)量或置信度。
現(xiàn)在參照圖7，其中描述了一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400，該系統(tǒng)可以被用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的一個實(shí)施例。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400可以包含處理器402，鍵盤404，顯示器406和定點(diǎn)設(shè)備408。鍵盤404提供向處理器402輸入數(shù)據(jù)和命令的手段?？梢允褂萌魏我阎模@示文本，圖像或視頻圖像，諸如陰極射線管(CRT)，液晶顯示器(LCD)，場致發(fā)光面板或類似顯示設(shè)備的裝置實(shí)現(xiàn)顯示器404。可以使用任何已知的，諸如軌跡球，操縱桿，觸摸板或觸摸屏，跟蹤板或圖7所示的鼠標(biāo)的裝置來實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)設(shè)備408?？梢允褂枚c(diǎn)設(shè)備408移動顯示器406上的指針或光標(biāo)。
處理器402可以和一或多個諸如CD-ROM 410的外設(shè)相連。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400包含從存儲設(shè)備讀出數(shù)據(jù)的裝置。這種讀取數(shù)據(jù)的裝置可以包含一個在處理器402內(nèi)部或外部的磁盤驅(qū)動器(未示出)；一個磁帶驅(qū)動器(未示出)；讀寫軟件414的軟盤驅(qū)動器412；或一個CD-ROM 410，用于讀并且／或?qū)懝獗P416。這樣的存儲裝置可以被稱作以數(shù)據(jù)和軟件形式存儲計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400還可以被連接到一個網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)允許在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)和軟件。使用這樣的網(wǎng)絡(luò)可以把程序載入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400中。
上述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400的部件均可以通過幾種已知的成品部件中的一種來實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用任何通用計(jì)算機(jī)或所謂的工作站，例如Hewlett-Packard公司，Palo Alto，California以“HP 9000系列700型735”名稱銷售的工作站來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400。
概括地講，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的用戶單元的位置。本發(fā)明尤其適用于估測擁擠市區(qū)，例如包含許多高大建筑物的市區(qū)中的位置。在擁擠市區(qū)中找到用戶位置涉及仔細(xì)分析間接信號，其中這樣的間接信號經(jīng)過反向或散射，并且不沿直線路徑傳播。這樣的間接信號不會沿著發(fā)送用戶單元的方向進(jìn)入基站。另外，這樣的間接信號經(jīng)過的距離大于用戶單元和基站天線之間的直線距離。因而，入射角和傳播時間可能誤導(dǎo)用戶位置。
已經(jīng)有各種預(yù)測信號傳播的方法，其中包含射線跟蹤方法。在所有的傳播預(yù)測方法中均使用校正系數(shù)調(diào)整，標(biāo)定或修改預(yù)測模型?？梢栽趥鞑ヮA(yù)測計(jì)算時，或者在計(jì)算后對預(yù)測進(jìn)行評估時提供這些系數(shù)。這些系數(shù)可以包含偏移或定標(biāo)平均值，把結(jié)果當(dāng)作一個關(guān)于距離的，調(diào)整涉及反射或散射(可以是一個關(guān)于角度的函數(shù))的損耗的函數(shù)來進(jìn)行調(diào)整?？梢詫唧w建筑物的材料性質(zhì)，或尺寸，形狀，和建筑物或地面的物理特征進(jìn)行調(diào)整。也可以根據(jù)預(yù)測誤差大于期望值的特定位置進(jìn)行調(diào)整。
雖然前面針對使用二維服務(wù)區(qū)域模型和二維射線跟蹤技術(shù)的例子描述并圖解了本發(fā)明，但是也可以使用三維服務(wù)區(qū)域模型以便確定用戶的三維位置。在使用三維模型的情況下，位置估測系統(tǒng)能夠把用戶定位在比如主街或第一街的一個建筑物的五層樓上。
可以使用具有適于測量接收信號的垂直角度的天線的基站實(shí)現(xiàn)三維位置估測系統(tǒng)?？蛇x地，可以對處于街面不同高度的基站天線進(jìn)行采樣，使得入射角和時間測量是三維性質(zhì)的。
前面為了圖解和描述提供了對本發(fā)明最優(yōu)實(shí)施例的描述。上述描述未試圖窮舉或把本發(fā)明限制到公開的確切形式上。選擇并描述實(shí)施例是為了提供對本發(fā)明原理及其實(shí)際應(yīng)用的最優(yōu)解釋，也是為了允許本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在各種實(shí)施例中使用本發(fā)明并且進(jìn)行各種適合具體使用的修改。當(dāng)根據(jù)經(jīng)過公平，合法和公正授權(quán)的范圍進(jìn)行解釋時，所有這樣的修改和改變均在本發(fā)明如所附權(quán)利要求書所定義的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中估測用戶單元的用戶位置的方法，該方法包括的步驟有在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個接收器位置上，測量一組描述用戶信號的接收射線的特征；在一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中的一個對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上發(fā)射的模擬射線的傳播路徑，其中射線具有基于描述用戶信號的接收射線的特征組的模擬信號特征；根據(jù)模擬射線的傳播路徑估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的用戶位置。
2．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中描述用戶信號的接收射線的特征組包含包含傳播時間，入射角和信號振幅。
3．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中確定模擬射線的傳播路徑的步驟包含使用射線跟蹤技術(shù)確定模擬射線的傳播路徑。
4．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中模擬射線傳播路徑具有一個終點(diǎn)，并且估測用戶位置的步驟還包含估測用戶位置是模擬射線傳播路徑的終點(diǎn)。
5．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中還包括的步驟有通過以下步驟驗(yàn)證估測的用戶位置在模型中從估測用戶位置發(fā)出一個驗(yàn)證射線；估測驗(yàn)證射線在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上的特征；比較驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組；根據(jù)驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組的比較結(jié)果確定估測用戶位置的質(zhì)量。
6．如權(quán)利要求5所述的估測用戶位置的方法，其中確定估測的用戶位置的質(zhì)量的步驟還包含描述用戶信號的接收射線的測量特征組與驗(yàn)證射線的估測特征之間的差值超過預(yù)定閥值時降低估測的用戶位置的質(zhì)量。
7．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中入射角測量包含一個不確定角度，該方法還包含的步驟有在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于接收器位置的位置發(fā)出的M個模擬射線的M個傳播路徑，其中M是大于1的整數(shù)，并且均以入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個角度發(fā)出M個模擬射線中的各個射線；根據(jù)M個模擬射線的M個傳播路徑估測第一組M個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個用戶位置。
8．如權(quán)利要求7所述的估測用戶位置的方法，其中還包含的步驟有在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個第二接收器位置上，測量第二組描述用戶信號的第二接收射線的特征；在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中第二接收器位置的第二位置發(fā)出的N個模擬射線的N個傳播路徑，其中N是大于1的整數(shù)，并且均以第二入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個第二角度發(fā)出N個模擬射線中的各個射線；根據(jù)N個模擬射線的N個傳播路徑估測第二組N個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置和第二組N個估測用戶位置選擇最終估測用戶位置。
9．如權(quán)利要求8所述的估測用戶位置的方法，其中第二接收器位置與接收器位置相同。
10．如權(quán)利要求8所述的估測用戶位置的方法，其中根據(jù)估測用戶位置選擇最終估測用戶位置的步驟還包括的步驟有確定估測用戶位置組的集中程度，其中各個組包含第一和第二估測用戶位置組中的一個估測用戶位置；根據(jù)估測用戶位置組的集中程度選擇最終估測用戶位置。
11．如權(quán)利要求10所述的估測用戶位置的方法，其中確定估測用戶位置組的集中程度的步驟還包含根據(jù)一個選定點(diǎn)和估測用戶位置組中選定估測用戶位置之間的距離確定集中程度。
12．如權(quán)利要求1所述的估測用戶位置的方法，其中還包含的步驟有測量描述從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中一個已知位置發(fā)送的用戶信號的接收射線的信號特征組；根據(jù)估測用戶位置和已知位置之間的相關(guān)比較結(jié)果調(diào)整用于確定估測用戶位置的系數(shù)。
13．在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中估測用戶單元的用戶位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個接收器位置上，測量一組描述用戶信號的接收射線的特征的裝置；在一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中的一個對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上發(fā)射的模擬射線的傳播路徑的裝置，其中射線具有基于描述用戶信號的接收射線的特征組的模擬信號特征；根據(jù)模擬射線的傳播路徑估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的用戶位置的裝置。
14．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中描述用戶信號的接收射線的特征組包含包含傳播時間，入射角和信號振幅。
15．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定模擬射線的傳播路徑的裝置包含使用射線跟蹤技術(shù)確定模擬射線的傳播路徑的裝置。
16．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中模擬射線傳播路徑具有一個終點(diǎn)，并且估測用戶位置的裝置還包含估測用戶位置是模擬射線傳播路徑的終點(diǎn)的裝置。
17．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包括驗(yàn)證估測的用戶位置的裝置，其中包含在模型中從估測用戶位置發(fā)出一個驗(yàn)證射線的裝置；估測驗(yàn)證射線在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上的特征的裝置；比較驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組的裝置；根據(jù)驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組的比較結(jié)果確定估測用戶位置的質(zhì)量的裝置。
18．如權(quán)利要求17所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定估測的用戶位置的質(zhì)量的裝置還包含描述用戶信號的接收射線的測量特征組與驗(yàn)證射線的估測特征之間的差值超過預(yù)定閥值時降低估測的用戶位置的質(zhì)量的裝置。
19．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中入射角測量包含一個不確定角度，該系統(tǒng)還包含在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于接收器位置的位置發(fā)出的M個模擬射線的M個傳播路徑的裝置，其中M是大于1的整數(shù)，并且均以入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個角度發(fā)出M個模擬射線中的各個射線；根據(jù)M個模擬射線的M個傳播路徑估測第一組M個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置的裝置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個用戶位置的裝置。
20．如權(quán)利要求19所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包含在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個第二接收器位置上，測量第二組描述用戶信號的第二接收射線的特征的裝置；在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中第二接收器位置的第二位置發(fā)出的N個模擬射線的N個傳播路徑的裝置，其中N是大于1的整數(shù)，并且均以第二入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個第二角度發(fā)出N個模擬射線中的各個射線；根據(jù)N個模擬射線的N個傳播路徑估測第二組N個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置的裝置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置和第二組N個估測用戶位置選擇最終估測用戶位置的裝置。
21．如權(quán)利要求20所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中第二接收器位置與接收器位置相同。
22．如權(quán)利要求20所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中根據(jù)估測用戶位置選擇最終估測用戶位置的裝置還包括確定估測用戶位置組的集中程度的裝置，其中各個組包含第一和第二估測用戶位置組中的一個估測用戶位置；根據(jù)估測用戶位置組的集中程度選擇最終估測用戶位置的裝置。
23．如權(quán)利要求22所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定估測用戶位置組的集中程度的裝置還包含根據(jù)一個選定點(diǎn)和估測用戶位置組中選定估測用戶位置之間的距離確定集中程度的裝置。
24．如權(quán)利要求13所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包含測量描述從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中一個已知位置發(fā)送的用戶信號的接收射線的信號特征組的裝置；根據(jù)估測用戶位置和已知位置之間的相關(guān)比較結(jié)果調(diào)整用于確定估測用戶位置的系數(shù)的裝置。
25．計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中包括具有在其中實(shí)現(xiàn)的，在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中估測用戶單元的用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，其中包括在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個接收器位置上，測量一組描述用戶信號的接收射線的特征的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；在一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中的一個對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上發(fā)射的模擬射線的傳播路徑的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置，其中射線具有基于描述用戶信號的接收射線的特征組的模擬信號特征；根據(jù)模擬射線的傳播路徑估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
26．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中描述用戶信號的接收射線的特征組包含包含傳播時間，入射角和信號振幅。
27．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定模擬射線的傳播路徑的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置包含使用射線跟蹤技術(shù)確定模擬射線的傳播路徑的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
28．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中模擬射線傳播路徑具有一個終點(diǎn)，并且估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置還包含估測用戶位置是模擬射線傳播路徑的終點(diǎn)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
29．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包括驗(yàn)證估測的用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置，其中包含在模型中從估測用戶位置發(fā)出一個驗(yàn)證射線的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；估測驗(yàn)證射線在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上的特征的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；比較驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；根據(jù)驗(yàn)證射線的估測特征和描述用戶信號的接收射線的測量特征組的比較結(jié)果確定估測用戶位置的質(zhì)量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
30．如權(quán)利要求29所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定估測的用戶位置的質(zhì)量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置還包含描述用戶信號的接收射線的測量特征組與驗(yàn)證射線的估測特征之間的差值超過預(yù)定閥值時降低估測的用戶位置的質(zhì)量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
31．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中入射角測量包含一個不確定角度，該系統(tǒng)還包含在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于接收器位置的位置發(fā)出的M個模擬射線的M個傳播路徑的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置，其中M是大于1的整數(shù)，并且均以入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個角度發(fā)出M個模擬射線中的各個射線；根據(jù)M個模擬射線的M個傳播路徑估測第一組M個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
32．如權(quán)利要求31所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包含在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的一個第二接收器位置上，測量第二組描述用戶信號的第二接收射線的特征的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；在無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中，確定從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中第二接收器位置的第二位置發(fā)出的N個模擬射線的N個傳播路徑的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置，其中N是大于1的整數(shù)，并且均以第二入射角測量的不確定角度內(nèi)的一個第二角度發(fā)出N個模擬射線中的各個射線；根據(jù)N個模擬射線的N個傳播路徑估測第二組N個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；根據(jù)第一組M個估測用戶位置和第二組N個估測用戶位置選擇最終估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
33．如權(quán)利要求32所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中第二接收器位置與接收器位置相同。
34．如權(quán)利要求32所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中根據(jù)估測用戶位置選擇最終估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置還包括確定估測用戶位置雜亂的集中程度的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置，其中各個雜亂包含第一和第二估測用戶位置組中的一個估測用戶位置；根據(jù)估測用戶位置雜亂的集中程度選擇最終估測用戶位置的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
35．如權(quán)利要求34所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中確定估測用戶位置雜亂的集中程度的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置還包含根據(jù)一個選定點(diǎn)和估測用戶位置雜亂中選定估測用戶位置之間的距離確定集中程度的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
36．如權(quán)利要求25所述的估測用戶位置的系統(tǒng)，其中還包含測量描述從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中一個已知位置發(fā)送的用戶信號的接收射線的信號特征組的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置；根據(jù)估測用戶位置和已知位置之間的相關(guān)比較結(jié)果調(diào)整用于確定估測用戶位置的系數(shù)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置。
全文摘要
在一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域(22)中的接收器位置上,測量一組描述用戶信號的接收射線的特征。在一個無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中,確定(34)從無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域模型中的一個對應(yīng)于無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中接收器位置的位置上發(fā)射的模擬射線的傳播路徑,其中射線具有基于描述用戶信號的接收射線的特征組的模擬信號特征。之后,根據(jù)模擬射線的傳播路徑估測無線通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域中的用戶位置。
文檔編號G01S5/12GK1292204SQ99803340
公開日2001年4月18日 申請日期1999年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月27日
發(fā)明者約翰·道格拉斯·里德, 舒少·彼得·王 申請人:摩托羅拉公司