專利名稱：用于估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位方法，具體地，但不排它地，涉及確定移動(dòng)站在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的位置的方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)是公知的。在這些網(wǎng)絡(luò)中，由網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域被劃分成多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)具有與其相聯(lián)系的基站收發(fā)信機(jī)?；臼瞻l(fā)信機(jī)被安排成與位于小區(qū)中的移動(dòng)設(shè)備通信，移動(dòng)設(shè)備可以取任何適當(dāng)?shù)男问?，以及典型地是移?dòng)電話。
對(duì)于有效地精確地定位移動(dòng)電話的需要不斷增加。在美國(guó)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商必須能夠提供正在進(jìn)行緊急呼叫的移動(dòng)用戶的位置.當(dāng)前在歐洲正在考慮類似的建議。另外，當(dāng)前正提出商用業(yè)務(wù)，諸如跟蹤業(yè)務(wù)(也就是上面提到的緊急業(yè)務(wù)，個(gè)人的定位，值錢資產(chǎn)的定位等等)、尋找/向?qū)I(yè)務(wù)(近距離業(yè)務(wù)，諸如黃頁(yè)、方向指示器、感興趣點(diǎn)的定位器等等)以及通知業(yè)務(wù)(目標(biāo)廣告、交通報(bào)警、天氣報(bào)警、公共汽車/火車位置/導(dǎo)游等等)。
在GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)中，包括四種定位方法小區(qū)識(shí)別號(hào)和時(shí)間提前、到達(dá)時(shí)間、增強(qiáng)的觀察時(shí)間差(E-OTD)以及基于GPS(作為獨(dú)立的GPS或輔助的GPS的全球定位系統(tǒng)技術(shù))的方法。
到達(dá)時(shí)間方法能夠用標(biāo)準(zhǔn)軟件定位手機(jī)，但需要在每個(gè)基站地點(diǎn)安裝新的網(wǎng)絡(luò)單元，諸如定位測(cè)量單元。增強(qiáng)的觀察時(shí)間差方法需要在每?jī)蓚€(gè)到五個(gè)基站收發(fā)信機(jī)安裝位置管理單元以及在手機(jī)中安裝軟件修正。輔助的GPS方法需要安裝GPS接收機(jī)以及除了把GPS接收機(jī)集成到手機(jī)以外可能也需要定位測(cè)量單元。所有這些方法需要引入負(fù)責(zé)位置計(jì)算的新的網(wǎng)絡(luò)單元或相應(yīng)的功能，被稱為服務(wù)移動(dòng)定位中心SMLC。
對(duì)于包括具有不包括必需的硬件和軟件的手機(jī)的用戶的所有用戶的及時(shí)的定位業(yè)務(wù)的部署要求應(yīng)當(dāng)使用在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中早已可得到的測(cè)量。這些技術(shù)是重要的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S運(yùn)營(yíng)商和業(yè)務(wù)提供商開(kāi)始以最小的附加花費(fèi)提供基于位置的業(yè)務(wù)給所有的客戶，而同時(shí)等待更加精確的和完善的定位技術(shù)成為可行的。從技術(shù)觀點(diǎn)看來(lái)，即使諸如增強(qiáng)的觀察時(shí)間差和輔助GPS的技術(shù)是完全可行的，當(dāng)新的標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)失效或當(dāng)要求的精度用這樣的方法可以滿足時(shí)，仍舊需要基于網(wǎng)絡(luò)的軟件解決方案作為備份方法。基于網(wǎng)絡(luò)的軟件技術(shù)也可被用作為用于被使用來(lái)實(shí)施一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解決方案的算法的初始猜測(cè)，以便改進(jìn)這些算法的精度或收斂速度。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第一方面，提供了估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，包括以下步驟收集位置信息；選擇多個(gè)提供位置估計(jì)的不同的定位方法中的至少一個(gè)定位方法；以及根據(jù)至少一個(gè)選擇的定位方法提供位置估計(jì)。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了用于估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的系統(tǒng)，包括用于收集位置信息的裝置；用于選擇多個(gè)提供位置估計(jì)的不同的定位方法中的至少一個(gè)定位方法的裝置；以及用于根據(jù)至少一個(gè)選擇的定位方法提供位置估計(jì)的裝置。
為了更好地了解本發(fā)明以及關(guān)于本發(fā)明如何付諸實(shí)施，現(xiàn)在僅僅作為例子參考附圖，其中圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施例可被應(yīng)用到的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
圖2顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中由三個(gè)基站收發(fā)信機(jī)提供服務(wù)的移動(dòng)設(shè)備。
圖3顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站收發(fā)信機(jī)與移動(dòng)設(shè)備的幾何關(guān)系代表。
圖4顯示在圖1所示的收發(fā)信機(jī)中天線增益的例子。
圖5顯示在圖4所示的收發(fā)信機(jī)中天線增益的另一個(gè)例子。
圖6顯示在圖1所示的收發(fā)信機(jī)中找到的近似輻射模式。
圖7顯示對(duì)于在圖1所示的建模的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的Okumura-Hata路徑損耗圖。
圖8顯示對(duì)于在圖1所示的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)的小區(qū)的位置估計(jì)的置信區(qū)域的幾何估計(jì)。
圖9顯示由一系列小區(qū)的小區(qū)識(shí)別號(hào)提供的位置估計(jì)的置信區(qū)域。
圖10顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的覆蓋的幾何表示。
圖11顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于各種路徑損耗/衰減值的位置估計(jì)的概率密度函數(shù)的一系列的圖。
圖12顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中I0對(duì)路徑損耗/衰減值的圖。
圖13顯示在圖1所示的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的服務(wù)區(qū)域的例子。
圖14顯示從恒定的TA值產(chǎn)生的位置估計(jì)的圓環(huán)置信區(qū)域。
圖15顯示在圖14所示的位置估計(jì)的置信區(qū)域的另一個(gè)幾何圖形。
圖16顯示被使用來(lái)計(jì)算在C1位置估計(jì)計(jì)算置信區(qū)域的幾何關(guān)系。
圖17顯示詳細(xì)描述在本發(fā)明的實(shí)施例中提供位置估計(jì)的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，圖上示意地顯示本發(fā)明實(shí)施例可應(yīng)用到的無(wú)線電信網(wǎng)絡(luò)2。由網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域被劃分成小區(qū)4。每個(gè)小區(qū)與一個(gè)基站6相聯(lián)系。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中基站6可以典型地稱為基站收發(fā)信機(jī)(BTS)?；?被安排成經(jīng)由無(wú)線連接與用戶設(shè)備8通信。用戶設(shè)備典型地是移動(dòng)設(shè)備，諸如移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等等。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，用戶設(shè)備也可以典型地稱為移動(dòng)站(MS)。
本發(fā)明的實(shí)施例被安排成估計(jì)移動(dòng)設(shè)備(MS)的位置和相關(guān)的置信區(qū)域。置信區(qū)域是其中可以預(yù)期移動(dòng)設(shè)備(MS)以給定的概率定位的區(qū)域。換句話說(shuō)，可以計(jì)算移動(dòng)設(shè)備(MS)的估計(jì)的位置但該估計(jì)不是100％精確的。置信區(qū)域定義為有可能合理地確信移動(dòng)設(shè)備(MS)定位于其中的區(qū)域。
本發(fā)明的實(shí)施例被安排來(lái)組合在下文中將要更詳細(xì)說(shuō)明的多個(gè)定位算法。
本發(fā)明的實(shí)施例中使用的定位算法使用小區(qū)識(shí)別號(hào)(CI)、時(shí)間提前(TA)和接收的信號(hào)強(qiáng)度(RX)測(cè)量值。優(yōu)選實(shí)施例使用三種類型算法(1)基于小區(qū)識(shí)別號(hào)的算法。這些算法稱為CI算法；(2)基于小區(qū)識(shí)別號(hào)和時(shí)間提前的信息的算法。這些算法稱為CI+TA算法；以及(3)基于小區(qū)識(shí)別號(hào)和接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值的算法。這些算法稱為CI+RX算法。
此后更加詳細(xì)地描述這些不同的算法。為了方便起見(jiàn)，把這些算法分成兩類。第一類包括CI+RX算法和第二類包括另外兩類算法，也就是CI和CI+TA算法。
應(yīng)當(dāng)看到，在某些網(wǎng)絡(luò)中，例如GSM網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)識(shí)別號(hào)、時(shí)間提前和接收信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)是早已可獲得的和用于其它目的。這意味著，不需要修正現(xiàn)有的手機(jī)就可實(shí)施至少某些算法。
本發(fā)明的實(shí)施例中使用的定位算法需要解決某個(gè)聯(lián)立方程組。取決于測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)假設(shè)的聯(lián)立方程可以是對(duì)于未知量非線性或線性的。如果方程是非線性的，則必須采用迭代法來(lái)求解，而如果聯(lián)立方程是線性的，則存在閉式解。閉式解算法的計(jì)算量比起迭代算法少。
CI+RX算法現(xiàn)在將描述基于小區(qū)識(shí)別號(hào)和接收信號(hào)強(qiáng)度的算法類型。
參照?qǐng)D2，圖上顯示基于接收信號(hào)強(qiáng)度的定位估計(jì)的原理。接收信號(hào)電平是來(lái)自服務(wù)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)6(與移動(dòng)設(shè)備(MS)6相聯(lián)系的基站收發(fā)信機(jī)(BTS))和六個(gè)最強(qiáng)的鄰居的接收信號(hào)的電平的測(cè)量值。當(dāng)然可以使用其它數(shù)目的基站收發(fā)信機(jī)。這些測(cè)量值由移動(dòng)設(shè)備(MS)8執(zhí)行以及當(dāng)移動(dòng)設(shè)備(MS)8處在專用模式時(shí)被報(bào)告到網(wǎng)絡(luò)的固定部分。在空閑模式時(shí)，移動(dòng)設(shè)備10測(cè)量來(lái)自最好的服務(wù)器的接收信號(hào)電平，該服務(wù)器是它駐留在的基站收發(fā)信機(jī)301(BTS)和六個(gè)最強(qiáng)的鄰居。然而，這些測(cè)量值不能報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)的固定部分，因?yàn)榕c任何基站收發(fā)信機(jī)沒(méi)有連接。
由移動(dòng)設(shè)備接收的電平，或更精確地，接收信號(hào)受到的衰減取決于移動(dòng)設(shè)備與涉及到的基站收發(fā)信機(jī)的相互位置。來(lái)自多個(gè)基站收發(fā)信機(jī)的接收信號(hào)電平然后可以組合，以便估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置。
本發(fā)明的實(shí)施例屬于基于網(wǎng)絡(luò)的軟件解決方案(NBSS)類別。具體地，在這一節(jié)中描述的、本發(fā)明的實(shí)施例是基于信號(hào)電平測(cè)量值的使用和聚焦在其中不能得到覆蓋預(yù)測(cè)地圖的應(yīng)用方面。然而，本發(fā)明的實(shí)施例可被使用于其中可得到覆蓋預(yù)測(cè)地圖的場(chǎng)合。覆蓋預(yù)測(cè)地圖被使用于其中移動(dòng)設(shè)備位置被估計(jì)為覆蓋地圖上在預(yù)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)值最好地匹配于實(shí)際測(cè)量的電平的位置的某些方法中。
為實(shí)施此后描述的算法所需要的測(cè)量值/信息可被分成網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，諸如基站坐標(biāo)；扇區(qū)取向和在扇區(qū)化小區(qū)的情形下的基站收發(fā)信機(jī)天線輻射模式；以及最大基站收發(fā)信機(jī)下行鏈路發(fā)射功率，和諸如由移動(dòng)設(shè)備接收的信號(hào)電平的測(cè)量值。除了這些數(shù)據(jù)以外，還需要將對(duì)要被定位的移動(dòng)設(shè)備和在定位程序過(guò)程中使用的基站收發(fā)信機(jī)的相互位置的鏈路水平測(cè)量值的適當(dāng)?shù)哪Ｐ椭R(shí)。這些將在下面更詳細(xì)地描述。
此后概述的定位方法估計(jì)在某個(gè)函數(shù)具有它的最小值的位置處的移動(dòng)設(shè)備的坐標(biāo)。函數(shù)是通過(guò)組合作為由移動(dòng)設(shè)備接收的和由涉及的基站收發(fā)信機(jī)發(fā)送的信號(hào)經(jīng)受的衰減估計(jì)的電平觀察值而得到的。電平觀察值是通過(guò)從由移動(dòng)設(shè)備接收的電平中減去基站收發(fā)信機(jī)天線模式(它取決于在移動(dòng)設(shè)備與基站收發(fā)信機(jī)之間的相互角度位置)的分量、路徑損耗(它取決于在移動(dòng)設(shè)備與各基站收發(fā)信機(jī)之間的距離)、和其它恒定因素，諸如基站收發(fā)信機(jī)發(fā)射功率、電纜損耗、天線損耗等等而估計(jì)的。
顯然，由算法提供的結(jié)果的精度取決于可獲得的信息的精度。結(jié)果的精度可以通過(guò)包括天線模式和精細(xì)調(diào)諧的傳播模型的精確的定義而被改進(jìn)。這些模型在原理上不需要以分析形式被表示，但可以作為查找表被包括在定位算法中，從中在給定某個(gè)移動(dòng)設(shè)備到基站收發(fā)信機(jī)的到達(dá)角后，可以檢索出天線增益。然而，這種進(jìn)一步的改進(jìn)可以從本發(fā)明的實(shí)施例中省略。
優(yōu)選是，諸如基站收發(fā)信機(jī)坐標(biāo)、扇區(qū)信息、天線模式、和其它可調(diào)參數(shù)那樣的網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)當(dāng)不斷地更新。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，被使用來(lái)代表信號(hào)電平測(cè)量值的模型可以優(yōu)選地以自動(dòng)的方式不斷地自適應(yīng)于無(wú)線電環(huán)境的變化。完成這一任務(wù)的一個(gè)方法是根據(jù)在某個(gè)組的收集的測(cè)量值與相應(yīng)的真實(shí)量之間的統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果調(diào)節(jié)模型。然而，這需要知道移動(dòng)設(shè)備的精確的位置，以便計(jì)算真實(shí)量以及把它與測(cè)量值進(jìn)行比較。當(dāng)測(cè)量模型被離線地得到時(shí)，可以借助于與移動(dòng)設(shè)備在共同位置的GPS(全球定位系統(tǒng))接收機(jī)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)測(cè)試，同時(shí)收集電平測(cè)量值和移動(dòng)設(shè)備位置信息。還可能有被實(shí)施的其它的技術(shù)，其提供更加精確的定位技術(shù)，例如使用估計(jì)的觀察時(shí)間差或到達(dá)時(shí)間或輔助GPS位置估計(jì)以允許在線確定測(cè)量值模型的技術(shù)。
此后描述的算法是最大或然率原理的應(yīng)用，以通過(guò)處理來(lái)自電平測(cè)量值的一組觀察組而估計(jì)移動(dòng)設(shè)備坐標(biāo)?，F(xiàn)在描述不同的最大或然率方法。
定位算法使用信號(hào)電平測(cè)量值估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的坐標(biāo)，x和y，連同慢衰落的方差σ02，該方差假設(shè)對(duì)于所牽涉的所有的基站是相等的。
如上面在這一部分中描述的本發(fā)明的實(shí)施例中所解釋的，算法所需要的輸入數(shù)據(jù)包括由移動(dòng)設(shè)備(MS)收集的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和適當(dāng)?shù)穆窂綋p耗規(guī)律--換句話說(shuō)，用于無(wú)線傳輸特性的適當(dāng)?shù)哪Ｐ?。下面是輸入?shù)據(jù)表。
由MS從N個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)接收的信號(hào)的平均功率，以dB計(jì)，Pir(1)N個(gè)測(cè)量的BTS的坐標(biāo)，以米計(jì)，(xi，yi)(xi，yi)(i＝1，...，N)；[xi]＝[yi]＝m (2)N個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)的扇區(qū)的取向(在扇區(qū)化小區(qū)的情形下)，以從x方向逆時(shí)針測(cè)量的弧度計(jì)，iBφBi(i=1,...,N)[φBi]=rad---(3)]]>來(lái)自N個(gè)測(cè)量的基站收發(fā)信機(jī)(BTS)的最大輻射功率，以dB計(jì)Pt,maxi=Pti+Gt,maxi+Gr,max-Lossesi;[Pt,maxi]=dB---(4)]]>最大輻射功率，Pit，max，代表在最大增益方向上第i個(gè)BTS天線的輸出端處的最大功率。它包括發(fā)射功率Pit，BTS發(fā)射天線的最大增益Git，max，天線損耗，電纜損耗等等；所有的都以dB計(jì)。為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，Pit，max還包括MS接收天線的最大增益Gr，max。
對(duì)于第i個(gè)BTS(i＝1，...，N)的組合的發(fā)射-接收天線模式以dB計(jì)APtri(ψi(x,y))=APti(ψi(x,y)-φBi)+APt(ψi(x,y)-φM);[APtri]=dB---(5)]]>組合的輻射模式，APitr(ψi(x，y))，代表由被安裝在BTS臺(tái)址的天線和被安裝在手機(jī)處的天線引入的增益。增益取決于這樣的天線的相互取向。在由上述公式代表的實(shí)施例中，M是被安裝在MS上的天線的取向，iB是被安裝在第i個(gè)BTS上的天線的取向，以及ψi(x，y)是由第i個(gè)BTS發(fā)射的和由移動(dòng)設(shè)備(MS)接收的信號(hào)的到達(dá)角，以從x方向逆時(shí)針測(cè)量的弧度計(jì)(見(jiàn)圖3)ψi(x,y)=tan-1yi-yxi-x;[ψi]=rad---(6)]]>
組合的輻射模式APitr是MS坐標(biāo)(x，y)的函數(shù)。它包括被安裝在第i個(gè)BTS處的發(fā)射天線的輻射模式，APit(θ)以及被安裝在移動(dòng)設(shè)備(MS)處的天線的輻射模式，APr(θ)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在MS處的天線是全向的以及這樣的天線的取向是未知的；因此，APr(θ)＝0dB以及M＝0弧度。
在MS與第i個(gè)BTS之間的傳播的路徑損耗規(guī)則，以dB計(jì)PLi(di(x,y));[PLi]=dB---(7)]]>路徑損耗PLi(di(x，y))代表由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)經(jīng)受的衰減，因?yàn)樗鼜陌l(fā)射天線傳播到更遠(yuǎn)。它被表示為在MS與第i個(gè)BTS之間的距離di的函數(shù)，該距離di又取決于MS坐標(biāo)di(x,y)=(xi-x)2+(yi-y)2---(8)]]>定位算法的輸出包括MS位置的估計(jì)，以米計(jì)x^,y^---(9)]]>對(duì)數(shù)正態(tài)慢衰落的方差的估計(jì)，以dB計(jì)σ^u2---(10)]]>如前所述，算法應(yīng)用最大或然率估計(jì)原理。它們通過(guò)使得某些標(biāo)量函數(shù)最小化而估計(jì)移動(dòng)設(shè)備(MS)位置和慢衰落的變化。這些標(biāo)量函數(shù)是通過(guò)組合電平觀察值而得到的，電平觀察值是被確定為基站收發(fā)信機(jī)天線輻射模式(它們是取決于在移動(dòng)站與各自的基站收發(fā)信機(jī)之間的相互角度位置)和路徑損耗(它是取決于在移動(dòng)站與基站收發(fā)信機(jī)之間的距離)的組合的、由移動(dòng)設(shè)備(MS)以相應(yīng)的預(yù)期的量接收的信號(hào)所經(jīng)受的衰減的測(cè)量值。通過(guò)使得某些成本函數(shù)最小化，(成本函數(shù)在數(shù)學(xué)上是用于描述最佳化問(wèn)題的一般采用的項(xiàng))，算法發(fā)現(xiàn)使得在觀察的衰減與預(yù)期的衰減之間的差值全局最小化的未知參數(shù)的數(shù)值。成本函數(shù)是在移動(dòng)設(shè)備(MS)的位置的估計(jì)中預(yù)期的誤差的測(cè)量值。所以，通過(guò)使得成本函數(shù)最小化，預(yù)期的位置誤差也被最小化。本發(fā)明的實(shí)施例使用以下的、取決于無(wú)線環(huán)境的假設(shè)的特性的算法。
本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行第一算法A，其中假設(shè)無(wú)線環(huán)境包括相關(guān)的慢衰落特性以及其中假設(shè)慢衰落具有相等的方差統(tǒng)計(jì)值。換句話說(shuō)，由每個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備(MS)的信號(hào)具有類似的但不相同的特性。在基站收發(fā)信機(jī)(BTS)與移動(dòng)設(shè)備之間的傳輸路徑是類似的場(chǎng)合下，這種假設(shè)是精確的。
算法A假設(shè)相關(guān)的慢衰落和相等的方差下，具有電平觀察值的最大或然率估計(jì)。
1.通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pir中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算第i個(gè)電平觀察值Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(11)]]>Li是由第i個(gè)BTS發(fā)送的而同時(shí)傳播到MS的信號(hào)經(jīng)受的總的衰減。總的衰減取決于路徑損耗、由BTS天線和MS天線引入的增益、無(wú)線電信道的起伏等等。
2.把來(lái)自N個(gè)BTS的電平觀察值堆疊成矢量LL＝[L1，...，LN]T(12)3.求解最小化問(wèn)題σ^u2x^y^=argminσu2xyF(x,y;σu2)---(13)]]>其中成本函數(shù)F(x，y；σu2)被定義為如下F(x,y;σu2)=lnσu2+ln|rL(x,y)|+1σu2[L-mL(x,y)]TrL-1(x,y)[L-mL(x,y)]---(4)]]>及mL(x,y)=[μL1(x,y),...,μLN(x,y)]T---(15)]]>μLi(x,y)=-PLi(di(x,y))-APtri(ψi(x,y))---(16)]]>[rL(x,y)]ij=1i=jρuij(x,y)i≠ji,j=1,...,N---(17)]]>ρui，j(x，y)是影響從BTSi和BTSj傳播到MS的信號(hào)的慢衰落的互相關(guān)。
本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行第二算法B，其中假設(shè)無(wú)線環(huán)境包括不相關(guān)的慢衰落特性以及其中假設(shè)慢衰落具有相等的方差統(tǒng)計(jì)值。換句話說(shuō)，由每個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備(MS)的信號(hào)具有不相關(guān)的特性。在基站收發(fā)信機(jī)(BTS)與移動(dòng)設(shè)備(MS)之間的傳輸路徑?jīng)]有類似的分量的場(chǎng)合下，這種假設(shè)是正確的。
算法B假設(shè)不相關(guān)的慢衰落和相等的方差下，具有電平觀察值的最大或然率估計(jì)。
1.通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pir中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算第i個(gè)電平觀察值Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(18)]]>2.把來(lái)自N個(gè)BTS的電平觀察值堆疊成矢量LL＝[L1，...，LN]T(19)3.求解最小化問(wèn)題x^y^=argminxy∈DxyF(x,y)---(20)]]>其中成本函數(shù)F(x，y)定義為如下F(x,y)=Σi=1N(Li+PLi(x,y)+APtri(x,y))2---(21)]]>且Dxy是x和y存在的域。Dxy的幾個(gè)可能的定義在本發(fā)明的后面給出。
4.計(jì)算 為σ^u2=F(x^,y^)---(22)]]>算法B不同于算法A之處在于成本函數(shù)的定義。用于影響由兩個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)的慢衰落的不同的模型是基于這種不同的定義。在算法A中，假設(shè)衰落是相關(guān)的，而在算法B中，假設(shè)衰落是不相關(guān)的；這導(dǎo)致算法B的成本函數(shù)的更簡(jiǎn)單的定義。
本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行第三算法C，其中假設(shè)無(wú)線環(huán)境包括不相關(guān)的慢衰落特性以及其中假設(shè)慢衰落具有相等的方差統(tǒng)計(jì)值。換句話說(shuō)，由每個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備(MS)的信號(hào)具有不相關(guān)的特性。在基站收發(fā)信機(jī)(BTS)與移動(dòng)設(shè)備(MS)之間的傳輸路徑是不具有類似的分量的場(chǎng)合下，這種假設(shè)是正確的。
算法C假設(shè)不相關(guān)的慢衰落和相等的方差下，具有電平差觀察值的最大或然率估計(jì)。
1.通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pir中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算第i個(gè)電平觀察值Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(23)]]>2.通過(guò)從被作為參考的電平觀察值L1中減去由第j個(gè)電平觀察值，計(jì)算第j個(gè)電平差觀察值Dj＝L1-Lj；j＝2，...，N(24)3.把N-1個(gè)電平觀察值差值堆疊成矢量DD＝[D2，...，DN]T(25)4.求解最小化問(wèn)題x^y^=argminxy∈DxyF(x,y)---(26)]]>其中F(x,y)=Σj=2N(Dj-μDj(x,y))21N(Σj=2NDj-μDj(x,y))2---(27)]]>以及μDj(x,y)=-[PL1(d1(x,y))-PLj(dj(x,y))]-[APtr1(ψ1(x,y))-APtrj(ψj(x,y))]---(28)]]>Dxy是x和y存在的域。用于選擇Dxy的幾個(gè)可能的定義在后面給出。
5.計(jì)算σ2u為σ^u2=F(x^,y^)---(29)]]>
算法C不同于算法A和B之處在于觀察值的定義，以及進(jìn)而成本函數(shù)的定義。在算法C中考慮的觀察值在由兩個(gè)不同的BTS發(fā)送的和由MS接收的信號(hào)經(jīng)受的衰減方面是不同的。而且，為了簡(jiǎn)化算法C，假設(shè)影響由兩個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)的慢衰落過(guò)程是不相關(guān)的，類似于算法B中那樣。
此前描述的算法A、B和C是非線性算法。以上的定位算法在后面進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖3顯示問(wèn)題的基本幾何關(guān)系。圖3包括移動(dòng)設(shè)備(MS)8和第i個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)6。MS 8和BTS 6存在于由笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)301規(guī)定的區(qū)域。所有的角度被定義為從x軸按逆時(shí)針?lè)较蛞?guī)定的。第i個(gè)BTS 6位于被定義為(xi，yi)的點(diǎn)以及被安排成以在定義為iB的角度上的最大增益方向303進(jìn)行廣播和接收。移動(dòng)設(shè)備MS 8位于點(diǎn)(x，y)以及也被安排成以在角度M上的最大增益方向305進(jìn)行發(fā)送和接收。MS 8相對(duì)于第i個(gè)BTS 6按線307放置，該線包括長(zhǎng)度di(x，y)和角度ψi(x，y)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用替換笛卡爾系統(tǒng)的同坐標(biāo)系統(tǒng)。在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，極參考系統(tǒng)以BTSi為中心的，把在MS與BTSi之間的距離di規(guī)定為徑坐標(biāo)和把由移動(dòng)設(shè)備接收的信號(hào)的到達(dá)角ψi規(guī)定為角坐標(biāo)。
在移動(dòng)設(shè)備(MS)與第i個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)之間的距離按照公式(30)被規(guī)定di(x,y)=(xi-x)2+(yi-y)2---(30)]]>由第i個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)發(fā)送的和由移動(dòng)設(shè)備(MS)接收的信號(hào)的到達(dá)角按照公式(31)被規(guī)定ψi(x,y)=tan-1yi-yxi-x---(31)]]>在x，y(笛卡爾)和di，ψi(徑)坐標(biāo)之間的變換通過(guò)以下公式完成x=xi+dicosψiy=yi+disinψi---(32)]]>如在以上實(shí)施例中描述的定位算法通過(guò)處理某些電平觀察值而估計(jì)MS位置。這樣的觀察值是從由MS執(zhí)行的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量中得到的。這種選擇從由MS執(zhí)行的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的模型導(dǎo)出用于電平觀察值的模型。這樣的測(cè)量值定義為接收信號(hào)的平均功率的估計(jì)。計(jì)算由在特定的位置(x，y)處的移動(dòng)站從第i個(gè)基站接收的平均功率的一般模型為如下(所有的量都以dB計(jì))Pri(x,y)=Pti+Gri(x,y)+Gtl(x,y)-PLi(x,y)-Lossessi+ui(x,y)----dB-----(33)]]>其中Pir(x，y)是由在位置(x，y)處的MS接收的信號(hào)的功率；Pit是BTS發(fā)射功率；Gir(x，y)是第i個(gè)BTS方向上MS天線增益；Git(x，y)是第i個(gè)BTS在MS的方向上的天線增益；PLi(x，y)是在MS與BTS之間的傳播路徑確定的路徑損耗；術(shù)語(yǔ)“損耗”考慮由于天線饋電器、電纜、雙工器、功分器等等引起的損耗。
ui(x，y)是影響由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)的陰影衰落。它通常被建模為具有標(biāo)準(zhǔn)方差σiu的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量(即，以dB計(jì)的ui(x，y)是高斯隨機(jī)變量)。典型的σiu的數(shù)值范圍從5到10dBui(x,y)~N(0,σui)--(ui)=dB---(34)]]>公式(33)是研究用于借助于從觀察的電平(或接收的電平RXLEV)測(cè)量值得到的觀察值定位移動(dòng)站的技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)。允許引入幾個(gè)影響傳播的參數(shù)，諸如天線發(fā)射模式、路徑損耗和隨機(jī)起伏是通常足夠的模型。
天線增益通常被分析地表示為角度θ的函數(shù)，它描述當(dāng)天線被連接到發(fā)射機(jī)時(shí)由天線輻射的功率的角度分布。在定向天線的情形下，最大增益的方向由方向θ表示G(θ＝0)＝Gmax(35)天線增益G(θ)可被分成規(guī)定最大天線增益Gmax的恒定項(xiàng)和描述輻射功率的角度分布的輻射模式AP(θ)的和值
G(θ)＝Gmax-AP(θ)；AP(θ)≥0dB；AP(θ＝0)＝0dB(35)圖4示出在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的天線的天線增益的曲線圖。圖4的曲線包括代表天線增益G(θ)的y軸和代表從最大增益的角度的取向的x軸。天線增益是關(guān)于θ的線對(duì)稱的。天線增益曲線圖包括主瓣(或主波束)401和在主瓣的任何一側(cè)的四個(gè)副瓣(或副波束)403、405、407、409。主瓣401包括中心為θ＝0的最大增益Gm。主瓣天線增益在θ＝0的任何一側(cè)快速降低到零。副瓣403、405、407、409包括較小的最大增益，以及被安排成使得第一副瓣403(與主瓣401直接相鄰的副瓣)比起第二副瓣405(與第一副瓣403和第三副瓣407相鄰的副瓣)具有更大的最大增益。第二副瓣405又比起第三副瓣407(與第二副瓣405和第四副瓣409相鄰的副瓣)具有更大的最大增益，以及第三副瓣407比起第四副瓣409(與第三副瓣407相鄰的副瓣)具有更大的最大增益。
當(dāng)天線的輻射模式的分析表達(dá)式不可獲得時(shí)，需要進(jìn)行近似。
BTS天線的取向iB(如圖3所示)規(guī)定最大功率輻射的方向。這意味著，給定(x，y)MS坐標(biāo)后，可以計(jì)算ψi(x，y)(例如，BTS”觀看”MS的角度)，以及向MS的下行鏈路傳輸增益可以表示為如下Gti(x,y)=Gti(ψi(x,y)-φBi)=Gt,maxi-APti(ψi(x,y)-φBi)---(36)]]>在原理上，如果MS配備有定向天線以及天線的取向是已知的，則可以使用類似的公式來(lái)描述在MS一側(cè)的接收天線的增益Gri(x,y)=Gri(ψi(x,y)-φM)=Gr,max-APr(ψi(x,y)-φM)---(37)]]>雖然移動(dòng)設(shè)備可以配備以定向天線，但假設(shè)MS天線的取向是已知的，是不現(xiàn)實(shí)的；因此，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，MS天線輻射模式可以通過(guò)加上以下的約束條件用平均的全向模式來(lái)建模Gr，max＝Gr，avy；APr(θ)＝0dB(38)把(36)和(37)代入(33)，產(chǎn)生以下的接收功率的緊湊表達(dá)式Pri(x,y)=Pt,maxi-APtri(ψi(x,y))-PLi(x,y)+ui(x,y)---(39)]]>其中輔助定義Pit，max和APitr以前已在公式(4)和(5)中分別規(guī)定。
公式(33)中用于路徑損耗PLi的幾個(gè)分析表達(dá)式已在科學(xué)文獻(xiàn)中提出。事實(shí)上，這一項(xiàng)是基于傳播損耗預(yù)測(cè)模型，蜂窩運(yùn)行商根據(jù)它設(shè)計(jì)其網(wǎng)絡(luò)。為了精確地計(jì)算信號(hào)從基站行進(jìn)到移動(dòng)站經(jīng)受的衰減，應(yīng)當(dāng)考慮還包括有關(guān)環(huán)境的地形和地貌的信息的精細(xì)調(diào)節(jié)的預(yù)測(cè)模型。然而，當(dāng)?shù)匦蔚貓D是不可獲得時(shí)，必須使用簡(jiǎn)化的模型。這樣的可獲得的傳播模型在本領(lǐng)域是已知的，以及在本發(fā)明的實(shí)施例中，傳播模型路徑損耗僅僅作為MS到BTS距離的函數(shù)，而與到達(dá)角度(AOA)無(wú)關(guān)PLi(x，y)＝PLi(di(x，y))(40)記住以上的考慮，由在特定的位置(x，y)處的移動(dòng)設(shè)備(MS)從第i個(gè)基站Pir接收的平均功率可被表示為如下Pri(di(x,y),ψi(x,y))=Pt,maxi-APtri(ψi(x,y))-PLi(di(x,y))+ui(x,y)---(41)]]>其中對(duì)于以下參數(shù)保持以前的定義為來(lái)自第i個(gè)基站收發(fā)信機(jī)的最大輻射功率Pit，max[公式(4)]，組合的收發(fā)天線模式APitr[公式(5)]，在移動(dòng)設(shè)備(MS)與第i個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)之間的路徑損耗PLi[公式(7)]，以及影響由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)的對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落ui[公式(34)]，(所有的量都以dB計(jì))從由公式(41)描述的模型出發(fā)，后面導(dǎo)出和統(tǒng)計(jì)地歸納從移動(dòng)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的電平測(cè)量值得到的以及如在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的那樣用于MS定位目的的觀察值的特征。
在算法A，B和C中用于定位的本發(fā)明的實(shí)施例中使用的、一個(gè)測(cè)量值或觀察值是在由移動(dòng)站Pir接收的平均功率與由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max之間的差值Li=Pri-Pt,maxi---(42)]]>這個(gè)定義由以下事實(shí)證明是合理的依賴于MS位置的信息被嵌入在差值Pit-Pit，max，以及在給定網(wǎng)絡(luò)配置后，最大輻射功率Pit，max是合理易于合理計(jì)算的參數(shù)。
按照傳播模型(41)，由于ui(x，y)的隨機(jī)性質(zhì)，Li(di(x，y)，ψi(x，y))是隨機(jī)變量。由于ui(x，y)是高斯隨機(jī)變量，Li(di(x，y)，ψi(x，y))也是高斯隨機(jī)變量Li(x,y)~N(μLi(x,y),aLi(x,y))---(42)]]>平均值μiL(x，y)和標(biāo)準(zhǔn)方差σiL(x，y)可以如下地推導(dǎo)出Li(x，y)的平均值μLi(x,y)=E[Li(x,y)]]]>=-PLi(di(x,y))-APtri(ψi(x,y))---(44)]]>Li(x，y)的方差(σLi(x,y))2=E[(Li(x,y)2)]2-(μLi(x,y))2=E[(uI(x,y))2]=(σui)2---(45)]]>第i個(gè)觀察值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差取決于MS坐標(biāo)(x，y)。由x和y決定的Li的概率密度函數(shù)(pdf)然后被表示為fLi|x,y(Li|x,y)=12πσLi(x,y)exp(-(Li-μLi(x,y))22(σLi(x,y))2)---(46)]]>在用于MS位置估計(jì)的本發(fā)明的實(shí)施例中，使用來(lái)自不同的BTS的電平觀察值。為此，兩個(gè)電平觀察值的協(xié)方差是感興趣的。兩個(gè)電平觀察值的協(xié)方差又取決于影響來(lái)自不同的BTS的信號(hào)的傳播的慢衰落過(guò)程的互相關(guān)值。慢衰落過(guò)程經(jīng)常被看作為不相關(guān)的。然而，正如已知的，在從不同的BTS發(fā)送的信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性。所以，在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用用于慢衰落的互相關(guān)的模型，被規(guī)定為如下E[ui(x,y)uj(x,y)]σuiσuj=ρui,j(x,y)---(47)]]>Li(x，y)和Lj(x，y)的協(xié)方差所以可被顯示為如下(為了符號(hào)表示方便起見(jiàn)x和y被忽略)。
E[(Li-μLi)(Lj-μLj)]=E[(LiLj)]-μLiμLj=σLiσujρui,j---(48)]]>來(lái)自多個(gè)BTS，BTS1，...，BTSN，的電平測(cè)量值可被收集以及在本發(fā)明的另外的實(shí)施例這被使用來(lái)估計(jì)MS位置。如在公式(42)中顯示的單個(gè)電平觀察值可被堆疊在觀察值的Nx1矢量L中L＝[L1，...，LN]T(49)
它具有多變量高斯分布L～N(mL(x，y)，RL(x，y))(50)L的平均值和協(xié)方矩陣在本發(fā)明的實(shí)施例中可以通過(guò)使用來(lái)自以前的方程的結(jié)果容易地進(jìn)行計(jì)算L(x，y)的平均值可被寫為mL(x,y)=[μLI(x,y),....,μLN(x,y)]T---(51)]]>L(x，y)的協(xié)方矩陣可被寫為RL(x，y)＝E{LLT}-mLmLT(52)RL(x，y)的一般元素是(見(jiàn)方程(48))[RL(x,y)]ij=(σui)2i=jσuiσujρui,j(x,y)i≠j---(53)]]>由x和y限定的L的概率密度函數(shù)所以被寫為公式(54)(其中|RL(x，y)|表示協(xié)方矩陣RL(x，y)的行列式)fL|x,y(L|x,y)=1(2π)N/2|RL(x,y)|1/2exp{-12[L-mL(x,y)]TRL-1(x,y)[L-mL(x,y)]}---(54)]]>在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，可以通過(guò)考慮來(lái)自不同的BTS的慢衰落為具有相同的方差而作出一個(gè)簡(jiǎn)化的假設(shè)σui=σuj=Δσu---(55)]]>這個(gè)假設(shè)在傳播發(fā)生在均勻的通信環(huán)境下是精確的。換句話說(shuō)，在通信環(huán)境是一致的和類似的情況下。因此，影響不同的BTS的慢衰落在統(tǒng)計(jì)上具有相同的性質(zhì)。對(duì)于所有的慢衰落鏈路的相同的協(xié)方差的假設(shè)導(dǎo)致協(xié)方差矩陣RL(x，y)的修正結(jié)構(gòu)。協(xié)方差矩陣的結(jié)構(gòu)變?yōu)樵诼ヂ浞讲?它對(duì)于所有的BTS是共同的)σu2與只取決于與位置有關(guān)的互相關(guān)值ρvi，j(x，y)的矩陣rL(x，y)之間的乘積σui=σuj=Δσu⇒RL(x,y)=σu2rL(x,y)---(56)]]>[rL(x,y)]ij=1i=jρui,ji≠j---(57)]]>通過(guò)使用以上規(guī)定的假設(shè)，由公式(54)中x和y調(diào)節(jié)的L的概率密度函數(shù)可被寫為
fL|x,y(L|x,y)=1(2π)N/2σu|rL(x,y)|l/2exp{-12σuT[L-mL(x,y)]TrL-1(x,y)[L-mL(x,y)]}---(58)]]>在另外的實(shí)施例中，假設(shè)慢衰落過(guò)程不僅僅具有相等的方差而且也是不相關(guān)的。在這樣的實(shí)施例中，rL(x，y)變?yōu)榕cMS坐標(biāo)無(wú)關(guān)的NxN單位矩陣rL(x，y)＝rL＝I(59)以及概率密度函數(shù)(58)變?yōu)閒L|x,y(L|x,y)=1(2π)N/2σuexp{-12σu2||L-mL(x,y)||2}---(60)]]>其中(見(jiàn)公式(51)和(44))||L-mL(x,y)||2=[L-mL(x,y)]T[L-mL(x,y)]=Σi=1N(Li+PLi(x,y)+APtri(x,y))2---(61)]]>用于電平差值觀察值的模型在公式(42)中規(guī)定的第i個(gè)電平觀察值Li是從由MS對(duì)于由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)測(cè)量的電平得到的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，觀察值也可以是從在由移動(dòng)設(shè)備從被作為參考的一個(gè)BTS中測(cè)量出的電平與由移動(dòng)設(shè)備從另一個(gè)BTS中測(cè)量出的電平之間的差值中得出的。
使用電平的差值有助于在絕對(duì)電平測(cè)量值中消除未知的共同的偏差。在類似于以上討論的那樣的方法之后，下面顯示電平差值觀察值的統(tǒng)計(jì)特性。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，電平觀察值的差值被定義為在來(lái)自第i個(gè)BTS的電平觀察值與來(lái)自如在(42)中規(guī)定的參考BTS(在以下由索引號(hào)i＝1表示)的電平觀察值之間的差值Di＝L1-Li；i＝2，...，N(62)由于對(duì)數(shù)正態(tài)衰落的隨機(jī)特性，Di是高斯變量Di(x,y)~N(μD1(x,y),σD1(x,y))---(63)]]>Di(x，y)的平均值和協(xié)方差可被導(dǎo)出為如下Di(x，y)的平均值
μDi(x,y)=E[Di(x,y)]=E[L1(x,y)-Li(x,y)]]]>=(μL1(x,y)-μLi(x,y))]]>=-[PL1(d1(x,y))-PLi(di(x,y))]]]>-[APtr1(ψ1(x,y))-APtri(ψi(x,y))]----(64)]]>Di(x，y)和Dj(x，y)的協(xié)方差在本發(fā)明的實(shí)施例中需要在一對(duì)電平差值觀察值之間的協(xié)方差，因?yàn)槎ㄎ凰惴ㄊ褂寐?lián)合多電平差觀察值。在Di(x，y)和Dj(x，y)之間的協(xié)方差的一般定義是(為了簡(jiǎn)化表示，x和y被忽略)E[(Di-μDi)(Dj-μDj)]=(σDi)2;i=jE[DiDj]-μDiμDj;i≠j---(65)]]>當(dāng)i＝j(luò)時(shí)得到的項(xiàng)是第i個(gè)差值觀察值的方差(σiD)2(σDi)2=E[(Di)2]-(μDi)2]]>=E[(L1)2]+E[(Li)2]-2E[L1Li]-(uDi)2]]>=(μL1)2+(σL1)2+(μLi)2+(σLi)2-2σu1σuiρu1,i-2μL1μLi-(μL1-μLi)2]]>=(σu1-σui)2+2σu1σui(1-ρu1,i)---(66)]]>其中ρ1，iv是在公式(47)中規(guī)定的影響從BTS1和BTSi的傳播的慢衰落之間的互相關(guān)值。
對(duì)于i≠j的項(xiàng)可以如下地計(jì)算E[DiDj]-μDiμDj=E[(L1-Li)(L1-Lj)]-(μL1-μLi)(μL1-μLi)]]>=E[(L1)2]-E[L1L1Li]-E[L1Lj]+E[LiLj]+]]>-(μL1-μLi)(μL1-μLj)]]>=(μL1)2+(σL1)2-(σu1σuiρu1,i+μL1μLi)-(σu1σuiρu1,j+μL1μLj)]]>+(σuiσujρui,j+μLiμLj)-(μL1-μLi)(μL1-μLj)]]>=σu1(σu1-σuiρu1,i-σujρu1,j)+σuiσujρu1,j---(67)]]>因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在兩個(gè)電平差值觀察值之間的協(xié)方差被概述為E[(Di-μDi)(Dj-μDj)]=(σu1-σui)2+2σu1σui(1-ρu1,i);i=jσu1(σu1-σuiρu1,i-σijρu1,j)+σuiσujρui,j;i≠j---(68)]]>由x和y限定的Di的概率密度函數(shù)可被表示為如下fDi|x,y(Di|x,y)=12πσDi(x,y)exp{-(Di-μDi(x,y))22(σDi(x,y))2}---(69)]]>來(lái)自多個(gè)BTS，BTS1，...，BTSN的測(cè)量值可被收集和被使用來(lái)估計(jì)MS位置。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電平差值觀察值可被堆疊成(N-1)x1觀察值矢量DD＝[D2，...，Dn]T(70)它具有多變量高斯分布D～N(mD(x，y)，RD(x，y))(71)D的平均值和協(xié)方差可以從以上定義的結(jié)果容易地計(jì)算D(x，y)的平均值mD(x,y)=[μD2(x,y),...,μDN(x,y)]T=[μL1(x,y)-μL2(x,y),...,μL1(x,y)-μLN(x,y)]T---(72)]]>D(x，y)的協(xié)方矩陣RD(x，y)＝E{DDT}-mDmDT(73)RD(x，y)的一般元素是(見(jiàn)方程(68))[RD(x,y)]ij=E[(Di-μDi)(Dj-μDj)]=(σu1-σui)2+2σu1σui(1-ρu1,i);i=jσu1(σu1-σuiρu1,i-σujρu1,j)+σuiσujρui,j;i≠j---(74)]]>由x和y限定的D的以下的概率密度函數(shù)給出為fD|x,y(D|x,y)=1(2π)N/2|RD(x,y)|1/2exp{-12[D-mD(x,y)]TRD-1(x,y)[D-mD(x,y)]}---(75)]]>在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，假設(shè)從不同的BTS的慢衰落具有相同的方差σui=σuj=Δσu;i,j=2,...,N---(76)]]>協(xié)方差矩陣RD(x，y)的元素變?yōu)閇RD(x,y)]i,j=2σu2(1-ρu1,i);i=jσu2(1-ρu1,i-ρu1,j+ρui,j);i≠j---(77)]]>而且，在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，如果假設(shè)慢衰落過(guò)程是不相關(guān)的，在公式(77)中ρv1，i＝ρv1，j，因?yàn)閕，j≠1和當(dāng)i≠j時(shí)ρvi，j＝0；因此RD的一般元素變?yōu)閇RD]ij=2σu2;i=jσu2;i≠j---(78)]]>協(xié)方差矩陣可被寫為
其中I和1是兩個(gè)(N-1)×(N-1)矩陣 使用慢衰落不相關(guān)的方差相等的假設(shè)，概率密度函數(shù)(pdf)(75)可被寫為如下fD|x,y(D|x,y)=1(2π)N/2|rD|1/2exp{-12σu2[D-mD(x,y)]TrD-1(x,y)[D-mD(x,y)]}---(81)]]>矩陣rD和它的逆矩陣的行列式可以被顯式地計(jì)算為 把定義(70)和(72)以及剛才在指數(shù)的幅角中得到的rD-1的表達(dá)式代入(81)，結(jié)果是[D-mD(x,y)]TrD-1[D-mD(x,y)]=[D2-μD2,...,DN-μDN]T{I-1N}D2-μD2···DN-μDN]]>=Σj=2N(Dj-μDj(x,y))2-1N(Σj=3NDj-μDj(x,y))2---(83)]]>在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的定位算法是把最大或然率(ML)原理應(yīng)用到以上規(guī)定的的電平和電平差值觀察值。如以前討論的最大或然率原理是在估計(jì)理論中廣泛使用的方法。最大或然率原理的概述為如下。
如果x∈D是在某個(gè)域D中定義的未知的隨機(jī)參數(shù)以及y是觀察到的隨機(jī)參數(shù)。最大或然率(ML)的原理通過(guò)使得x和y的聯(lián)合概率密度函數(shù)(pdf)最大化而提供x的估計(jì)x^ML=argmaxx∈Df(x,y)---(84)]]>ML估計(jì)也可以通過(guò)使得f(x，y)的自然對(duì)數(shù)，Λ(x)＝ln f(x，y)最大化而被計(jì)算；Λ(x)通常稱為對(duì)數(shù)或然率函數(shù)
x^ML=argmaxx∈DΛ(x)---(85)]]>通過(guò)把f(x，y)寫為在給定未知量x情況下的觀察值y的后驗(yàn)概率密度函數(shù)f(y|x)與對(duì)于未知量x的先驗(yàn)概率密度函數(shù)f(x)的乘積。換句話說(shuō)，第一未知量x的概率密度函數(shù)f(x)乘以在第一未知量x的條件下的觀察值y的概率密度函數(shù)f(y|x)。對(duì)數(shù)或然率函數(shù)的類似的展開(kāi)變?yōu)棣?x)＝lnf(y|x)+Inf(x)。在這兩種情形下，在本發(fā)明的實(shí)施例中，ML估計(jì)可以通過(guò)求解以下問(wèn)題而被計(jì)算x^ML=argmaxx∈D{lnf(y|x)+lnf(x)}---(86)]]>如果對(duì)于未知量x的先驗(yàn)概率密度函數(shù)是不可獲得的，則f(x)可被忽略(或等價(jià)地，可以假設(shè)x均勻地分布在域D上)，產(chǎn)生公式(87)中所顯示的公式(86)的簡(jiǎn)化形式。
x^ML=argmaxx∈D{lnf(y|x)}---(87)]]>在利用信號(hào)電平測(cè)量值的MS定位方面，觀察值y可以或者是在(49)中定義的電平觀察值矢量L 或者是在(70)中定義的電平差值觀察值矢量D 在本發(fā)明的實(shí)施例中，要被估計(jì)的參數(shù)x包括估計(jì)的MS坐標(biāo)(x，y)連同慢衰落的估計(jì)的方差σu2x＝[σu2，x，y]T(90)以上表明，電平觀察值L和電平差值觀察值D可被建模為多變量高斯隨機(jī)變量。在這樣的環(huán)境下，ML準(zhǔn)則(84)可被進(jìn)一步簡(jiǎn)化。如果由未知量x限定的觀察值y∈RMxl是具有平均值my∈RMx1和相關(guān)矩陣Ry∈RMxM的M變量高斯隨機(jī)變量，則由x限定的觀察值的概率密度函數(shù)是
fy|x(y|x)=1(2π)M/2|Ry(x)|1/2exp{-12[y-my(x)]TRy-1(x)[y-my(x)]}---(91)]]>其中Ry和my對(duì)于x的依賴性被明顯地表示出。f(y|x)(y|x)的自然對(duì)數(shù)是lnf(y|x)=-M2ln2π-12ln|Ry(x)|-12[y-my(x)]TRy-1(x)[y-my(x)]---(92)]]>x的ML估計(jì)可以按照ML準(zhǔn)則(89)被計(jì)算為如下x^ML=argminx∈D{ln|Ry(x)|+[y-my(x)]TRy-1(x)[y-my(x)]}---(92)]]>公式(93)因此提供當(dāng)電平觀察值和電平差值觀察值遵從以上得到的高斯統(tǒng)計(jì)模型時(shí)用于MS位置估計(jì)的ML準(zhǔn)則.為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，以下的例子限于其中從不同的BTS的慢衰落的方差假設(shè)為相等的情形(上面描述了用于觀察值的統(tǒng)計(jì)模型)。
當(dāng)考慮N個(gè)電平觀察值和假設(shè)慢衰落的方差對(duì)于所有的觀察值是相等時(shí)，用于高斯未知量的ML準(zhǔn)則(93)在本發(fā)明的實(shí)施例中對(duì)于y，my(x)，Ry(x)和M施加以下的定義y←L＝[L1，...，LN]Tmy(x)←mL(x，y)Ry(x)←σu2rL(x，y)M＝N (94)其中rL(x，y)＝(1/σu2)RL(x，y)，及RL(x，y)是電平觀察值的協(xié)方差矩陣。估計(jì)x，y和σu2的ML準(zhǔn)則因此是σ^u2x^y^=argminσu2xy{lnσu2+ln|rL(x,y)|+1σu2[L-mL(x,y)]TrL-1(x,y)[L-mL(x,y)]}---(95)]]>當(dāng)考慮N個(gè)電平觀察值和假設(shè)慢衰落是不相關(guān)的和對(duì)于所有的觀察值方差相等時(shí)，用于高斯未知量的ML準(zhǔn)則(93)在本發(fā)明的實(shí)施例中對(duì)于y，my(x)，Ry(x)和M施加以下的定義y←L＝[L1，...，LN]Tmy(x)←mL(x，y)Ry(x)←σu2IM＝N (96)
估計(jì)x，y和σu2的ML準(zhǔn)則因此是σ^u2x^y^=argminσu2xy{lnσu2+1σu2||L-mL(x,y)||2}---(97)]]>或類似地通過(guò)插入在公式61中給出的||L-mL||的數(shù)值，σ^u2x^y^=argminσu2xy{lnσu2+1σu2Σi=1N(Li+PLi(x,y)+APtri(x,y))2}---(98)]]>在本發(fā)明的實(shí)施例中，σu2可被分開(kāi)地估計(jì)。對(duì)于固定的x和y，σu2的這個(gè)估計(jì)等價(jià)于找出函數(shù)f(s)＝lns+K/s的(嚴(yán)格地正的)最小值，它是smin＝K。σu2的估計(jì)的數(shù)值產(chǎn)生σ^u2=Σi=1N(Li+PLi(x^,y^)+APtri(x^,y^))2---(99)]]>在本發(fā)明的實(shí)施例中，x和y的ML估計(jì)可以通過(guò)求解以下的最小化問(wèn)題而被解決x^y^=argminxy∈Dxy{Σi=1N(Li+PLi(x,y)+APtri(x,y))2}---(100)]]>其中Dxy是x和y的存在域。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，域Dxy例如可以通過(guò)使用可用于實(shí)施基于網(wǎng)絡(luò)的軟件解決方案(NBBS)的任何附加位置信息而被確定。例如，如果服務(wù)的BTS的小區(qū)識(shí)別號(hào)是已知的，則在本發(fā)明的實(shí)施例中Dxy可被規(guī)定為由這樣的BTS提供服務(wù)的地理區(qū)域。如果另外時(shí)間提前也是可獲得的，則在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中Dxy可被規(guī)定為由給定的CI識(shí)別的BTS的服務(wù)區(qū)域的交叉所確定的地理區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)施例中，Dxy可被規(guī)定為其原點(diǎn)為服務(wù)的BTS坐標(biāo)以及內(nèi)/外半徑按照TA數(shù)值被確定的，例如通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的方法被確定的圓環(huán)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，例如按照CI和TA的x和y的域的限制具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是隱含地考慮TA信息；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使得最小化算法更加快速地收斂。
當(dāng)考慮N-1個(gè)電平差值觀察值和假設(shè)慢衰落是不相關(guān)的和對(duì)于所有的觀察值方差相等時(shí)，用于高斯未知量的ML準(zhǔn)則(93)對(duì)于y，my(x)，Ry(x)和M施加以下的定義y←D＝[L1-L2，...，L1-LN]Tmy(x)←mD(x，y)Ry(x)←σu2rDM＝N-1 (101)其中rD是以下的(N-1)x(N-1)矩陣(與MS坐標(biāo)無(wú)關(guān)) 估計(jì)x，y和σu2的ML準(zhǔn)則可以通過(guò)使用結(jié)果(83)而得到x^y^=argminxy∈Dxy{Σj=2N(Di-μDj(x,y))2-1N(Σj=2NDj-μDj(x,y))2}]]>σ^u2=Σj=2N(Di-μDj(x^,y^))2-1N(Σj=2NDj-μDj(x^,y^))2---(103)]]>其中Dj＝L1-Lj(j＝2，...，N) (104)以及μDj(x,y)=-[PL1(di(x,y))-PLj(dj(x,y))]-[APtr1(ψi(x,y))-APtrj(ψj(x,y))]---(105)]]>Dxy是x和y的存在的域。對(duì)于Dxy的幾個(gè)可能的定義在后面給出。
例如按照CI和TA數(shù)值限制x和y的域具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在估計(jì)中隱含地考慮TA信息；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使得最小化算法更加快速地收斂。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，存在ML準(zhǔn)則的另外的解譯。f(x，z)，未知量x和觀察值z(mì)的聯(lián)合概率密度函數(shù)可被寫為條件概率密度函數(shù)f(x|z)與觀察到的概率密度函數(shù)f(z)的乘積。對(duì)數(shù)或然率函數(shù)因此可被寫為Λ(x)＝ln f(x|z)+ln f(z)以及ML估計(jì)可以通過(guò)求解以下問(wèn)題而被計(jì)算x^ML=argminx∈D{lnf(x|z)+lnf(z)}=argmaxx∈D{lnf(x|z)}---(106)]]>第二等式成立，因?yàn)閒(z)不取決于x。如果x的最大或然率估計(jì)在域D內(nèi)，則它可以作為以下的方程的根被計(jì)算∂∂xlnf(x|z)=0---(107)]]>在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中使用的定位方法是基于在(106)中定義的最大或然率準(zhǔn)則，其中觀察值z(mì)包括來(lái)自服務(wù)的BTS的CI和TA信息以及來(lái)自涉及到的所有的BTS的CI和RXLEV(接收的電平)數(shù)值，以及x包括MS的未知坐標(biāo)x＝[x，y]T(108)在定位業(yè)務(wù)應(yīng)用中，某個(gè)小區(qū)的CI的知識(shí)是指已知BTS天線的地理坐標(biāo)，以及其它參數(shù)，諸如天線取向，小區(qū)寬度，發(fā)射功率等等。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，MS坐標(biāo)的ML估計(jì)是通過(guò)求解最小化問(wèn)題而被確定的(x^,y^)=argmaxx∈Dlnf(x|z)---(109)]]>或替換地，通過(guò)計(jì)算以下的聯(lián)立方程在域D里面的根∂∂xlnf(x,y|z)=0∂∂xlnf(x,y|z)=0---(110)]]>為了以上面表示的形式應(yīng)用ML原理，需要確定解的域D和條件概率密度函數(shù)f(x，y|z)。這些在下面詳細(xì)描述。
D是本文件中描述的定位方法在其中尋找解x＝[x，y]T的域。在(109)中的D可以通過(guò)使用有關(guān)手機(jī)可能位于的區(qū)域的某些先驗(yàn)信息而被定義。存在幾個(gè)可能性；下面描述在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的四種這樣的方法。
1.從服務(wù)的小區(qū)的小區(qū)識(shí)別號(hào)(CI)確定D.
在這種情形下，D代表被連接到服務(wù)小區(qū)的手機(jī)多半位于的地理區(qū)域。因此，D可被規(guī)定為與基于服務(wù)的小區(qū)CI信息的位置估計(jì)有關(guān)的置信區(qū)域。確定這樣的置信區(qū)域的方法在后面詳細(xì)描述。圖8顯示這樣的置信區(qū)域。置信區(qū)域包括在兩個(gè)不等的半徑的圓形扇區(qū)801，803之間的區(qū)域的差。具有共同的原點(diǎn)805和公共的弧角807的兩個(gè)扇區(qū)801，803由以下的一組參數(shù)規(guī)定位于坐標(biāo)(x0，y0)的點(diǎn)的原點(diǎn)805，內(nèi)半徑R1，不確定性半徑R2，取向角度809α，和包括角度807β。取向角度809規(guī)定從x軸到弧的開(kāi)始點(diǎn)的角度。包括角度807規(guī)定從弧的開(kāi)始點(diǎn)到弧的結(jié)束點(diǎn)的角度。
2.從服務(wù)小區(qū)的小區(qū)識(shí)別號(hào)(CI)和時(shí)間提前(TA)確定的D.當(dāng)來(lái)自服務(wù)的BTS的CI和TA信息都是可獲得時(shí)(TA具體地影響半徑R1和R2)，確定圖8所顯示的置信區(qū)域的參數(shù)的方法。當(dāng)來(lái)自服務(wù)的小區(qū)的TA可獲得時(shí)，可以用以后提供的、最后忽略小區(qū)扇區(qū)化的方法確定D(即，假設(shè)α＝0，和β＝2π)。
3.從在位置計(jì)算中牽涉到的所有的小區(qū)的小區(qū)識(shí)別號(hào)(CI)確定D.在位置估計(jì)中牽涉到的BTS的坐標(biāo)給它們本身提供MS位于的地理區(qū)域的指示。因此例如可以由頂邊位于在位置計(jì)算中牽涉的最外面的BTS的坐標(biāo)的凸多邊形定義D。這個(gè)概念顯示于圖9。圖9顯示六個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)，D的邊界由四個(gè)BTS 901，903，905，907規(guī)定，由此規(guī)定四邊形909和位于這個(gè)D區(qū)域邊界909內(nèi)的兩個(gè)BTS911，913。
4.從覆蓋預(yù)測(cè)地圖確定的D.
根據(jù)在專利申請(qǐng)PCT/EP01/01147中提出的、確定位置估計(jì)的置信區(qū)域的相同的準(zhǔn)則，用于服務(wù)的和/或相鄰的小區(qū)的覆蓋預(yù)測(cè)地圖可被使用來(lái)確定D。如果來(lái)自服務(wù)的BTS的TA信息是可獲得的，則以服務(wù)的BTS坐標(biāo)為中心的具有內(nèi)半徑R1和外半徑R1+R2(如圖8所示)的圓環(huán)，除了覆蓋地圖以外，還可被使用來(lái)確定D。圖8顯示這個(gè)區(qū)域作為在它們之間的區(qū)域差。
概率密度函數(shù)f(x，y|z)的表達(dá)式下面詳細(xì)描述概率密度函數(shù)f(x，y|z)的幾個(gè)表達(dá)式。在本發(fā)明的實(shí)施例中，觀察值z(mì)包括從接收的電平觀察值(RXLEV)得到的信息。
給定以下的定義·N是被使用來(lái)估計(jì)MS坐標(biāo)的接收的電平觀察值(RXLEV)的數(shù)目；·P1r，...，PNr是由MS從牽涉的N個(gè)BTS測(cè)量的接收的電平觀察值(RXLEV)，以dB表示。
P1t，max，...，PNt，max是來(lái)自N個(gè)BTS的最大輻射功率值，以dB表示。第i個(gè)最大輻射功率值Pit，max，代表在最大增益方向上在第i個(gè)BTS天線的輸出端的最大功率。在公式(4)中規(guī)定的數(shù)值Pit，max包括發(fā)射功率Pit，BTS發(fā)射天線的最大增益Git，max，天線損耗，電纜損耗等等；都以dB度量。由所涉及的N個(gè)BTS的每個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)在傳播到MS時(shí)經(jīng)受的總的(正的)衰減可以以dB被表示為zi=Pt,maxi-Pri(i=1,...,N)---(111)]]>矢量z＝[z1，...，zN]T代表按照準(zhǔn)則(109)或(110)借其估計(jì)MS的位置的觀察值。這里感興趣的概率密度函數(shù)因此是f(x，y|z)＝f(x，y|z1，...，zN)(112)通過(guò)使用Bayes定理，f(x，y|z)可被表示為如下f(x,y|z)=f(z|x,y)f(x,y)f(z)=f(z|x,y)f(x,y)∫∞+∞∫∞+∞f(z|x,y)f(x,y)dxdy---(113)]]>在(113)中需要的f(x，y|z)可以通過(guò)使用上一部分的結(jié)果而被估計(jì)，其中所謂的多電平觀察值L＝[L1，...，LN]T相應(yīng)于在本文件中規(guī)定的-z。對(duì)于f(z|x，y)＝fL|x，y(-L|x，y)的最一般的表達(dá)式是f(z|x,y)=1(2π)N/2|Rz(x,y)|1/2exp{-12[z-mz(x,y)]TRz-1(x,y)[z-mz(x,y)]}---(114)]]>其中Rz(x，y)＝E{zzT}-mzmzT＝RL(x，y)是z的協(xié)方差矩陣，mz(x，y)＝E{z}＝PL1(d1(x，y)+AP1tr(ψ1(x，y)，...PLN(dN(x，y))+APNtr(ψ1(x，y))]T＝-mL(x，y)是z(x，y)的平均值，PLi(d1(x，y))和AP1tr(ψi(x，y))分別是與由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)有關(guān)的組合的發(fā)射-接收天線模式和路徑損耗，ψi(x,y)=tan-1yi-yxi-x]]>是同一個(gè)信號(hào)的到達(dá)角(AOA)，di(x，y)=(xi-x)2+(yi-y)2]]>是MS與第i個(gè)BTS之間的距離，以及(x1，y1)，...，(xN，yN)是牽涉的N個(gè)BTS的x，y坐標(biāo)。
在不存在任何其它先驗(yàn)信息的情形下，假設(shè)MS坐標(biāo)在D域中均勻分布的。這個(gè)假設(shè)產(chǎn)生如下定義的x和y的聯(lián)合概率密度函數(shù)f(x,y)=1M(D)(x,y)∈D0(x,y)∉D---(115)]]>其中M(D)是D的尺寸，以及D可以通過(guò)使用以前描述的一個(gè)方法被確定。
把(115)代入(113)產(chǎn)生以下的f(x，y|z)的表達(dá)式f(x,y|z)=f(z|x,y)∫∫Df(z|x,y)dxdy(x,y)∈D0(x,y)∉D---(116)]]>它可以通過(guò)使用(112)被估計(jì)。
在實(shí)際的實(shí)施方案中，在最小化問(wèn)題(109)中很難使用(116)。為此，需要確定對(duì)于f(x，y|z)的替換的近似定義。f(x，y|z)可被寫為由每個(gè)單個(gè)測(cè)量的衰減限定的概率密度函數(shù)f(x，y|z1)，...，f(x，y|zN)的乘積f(x,y|z)=Πi=1Nf(x,y|zi)---(117)]]>在(117)中的第i個(gè)概率密度函數(shù)代表從第i個(gè)小區(qū)zi測(cè)量的衰減給出的(x，y)的或然率。實(shí)際上，f(x，y|zi)代表當(dāng)由MS從第i個(gè)BTS接收的信號(hào)經(jīng)受衰減zi時(shí)MS的空間分布。下面描述的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例定義f(x，y|zi)，以使得x，y坐標(biāo)均勻地分布在一個(gè)區(qū)域，以及由觀察值z(mì)i和/或第i個(gè)小區(qū)的無(wú)線電覆蓋性質(zhì)規(guī)定。后面描述的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例不是假設(shè)手機(jī)均勻地分布，而是假設(shè)第i個(gè)小區(qū)是全向的，這樣，手機(jī)被假設(shè)為從BTS臺(tái)址在角度上均勻分布但在徑向上非均勻分布。
f(x，y|zi)在區(qū)域Di上的均勻分布當(dāng)MS被假設(shè)為在與涉及的第i個(gè)小區(qū)有關(guān)的某個(gè)地理區(qū)域Di上均勻分布時(shí)，f(x，y|zi)具有以下的表達(dá)式
f(x,y|zi)=1M(Di)(x,y)∈Di0(x,y)∉Di---(118)]]>其中M(Di)是區(qū)域Di的尺寸。存在確定Di的幾個(gè)可能性1.從覆蓋地圖確定Di如果由覆蓋預(yù)測(cè)工具生成的覆蓋地圖是可獲得的，則(118)中的Di可被規(guī)定為第i個(gè)小區(qū)的可聽(tīng)見(jiàn)的區(qū)域Hi?？陕?tīng)見(jiàn)區(qū)域表示其中由第i個(gè)BTS輻射的信號(hào)以超過(guò)MS靈敏度電平的信號(hào)強(qiáng)度到達(dá)手機(jī)的地理區(qū)域。
定義(118)只考慮第i個(gè)BTS的識(shí)別號(hào)，而沒(méi)有使用實(shí)際觀察到的衰減。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例通過(guò)包括測(cè)量的衰減而改進(jìn)f(x，y|zi)的定義，用標(biāo)識(shí)由第i個(gè)BTS輻射的信號(hào)以從第i個(gè)BTS觀察到的衰減到達(dá)MS的地理區(qū)域的第i個(gè)小區(qū)的覆蓋區(qū)域Ni替換可聽(tīng)見(jiàn)區(qū)域。從實(shí)際的觀點(diǎn)看來(lái)，考慮一定范圍的衰減值而不是單個(gè)數(shù)值是有好處的；例如，zi+Δzi，以考慮到具有衰減隨機(jī)起伏Δzi。在這種情形下，f(x，y|zi)具有與在(118)中相同的定義，用Ni替換Hi。
2.Di的分析表達(dá)式在缺乏覆蓋地圖的情形下，(118)中的Di可以以許多分析函數(shù)來(lái)表示。一個(gè)可能性是規(guī)定D為如圖10所示的歸一化的扇區(qū)。圖10顯示由Di規(guī)定的區(qū)域?yàn)榫哂幸缘趇個(gè)BTS的坐標(biāo)(xi，yi)給出的原點(diǎn)1003的一部分圓1001、扇區(qū)小區(qū)取向1005i、角度寬度的兩倍的扇區(qū)寬度1007，Δi、以及(前面)半徑1011，RiF規(guī)定的區(qū)域定義的區(qū)域。規(guī)定的區(qū)域也被包括在具有相同的原點(diǎn)1003和(后面)半徑1013，RiB的較小的圓的區(qū)域1009內(nèi)。區(qū)域D所以可被定義為如下Di:(x-xi)2+(y-yi)2≤RFi;0≤|ψi(x,y)-φi|≤Δφi(x-xi)2+(y-yi)2≤RBi;|ψi(x,y)-φi|>Δφi---(119)]]>其中ψi(x,y)=tan-1yi-yxi-x]]>是由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)的到達(dá)角。
通過(guò)對(duì)于Di的定義(119)，在(118)中的M(Di)等于(RiF)2Δi+(π-Δi)(RiB)2。在它的最一般的定義中，D代表扇區(qū)小區(qū)，但通過(guò)設(shè)置Δi＝π和RiB＝0，它也可以代表全向小區(qū)。
在本發(fā)明的替換實(shí)施例中Di被規(guī)定為橢圓，其中心為坐標(biāo)(xiR，yiR)的參考點(diǎn)以及具有半軸σx，i和σy，iDi(x,y):(x-xRi)2σx,i2+(y-yRi)2σy,i2≤1---(120)]]>通過(guò)對(duì)于Di的定義(120)，在(118)中的f(x，y|zi)是三維圓柱，其具有恒定的高度1/(M(Di))＝1/(πσx，iσy，i)和橢圓基底。通用的橢圓定義允許對(duì)于扇區(qū)小區(qū)的覆蓋進(jìn)行近似，但也可以被應(yīng)用到全向小區(qū)(通過(guò)設(shè)置原點(diǎn)(xiR，yiR)為第i個(gè)BTS坐標(biāo)和在(120)中σx，I＝σy，i＝RiF，D等同于對(duì)于Δi＝π和RiB＝0，用(119)得到的區(qū)域)。
f(x，y|zi)全向小區(qū)的非均勻分布在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，概率密度函數(shù)f(x，y|zi)可以從在MS與第i個(gè)BTS之間的距離di和來(lái)自同一個(gè)BTS的到達(dá)角ψi(x，y)的聯(lián)合概率密度函數(shù)f(di，ψi|zi)被計(jì)算為如下f(x,y|z)=f(di=(x-xi)2+(y-yi)2,ψi=tan-1yi-yxi-x|zi)|J(x,y)|---(121)]]>其中|J(x,y)|=∂di∂x∂di∂y∂φi∂x∂φi∂y=x-xi(x-xi)2+(y-yi)2y-yi(x-xi)2+(y-yi)2-y-yi(x-xi)2+(y-yi)2x-xi(x-xi)2+(y-yi)2=1(x-xi)2+(y-yi)2---(122)]]>在以下的例子中，考慮全向小區(qū)的情形。在本例中，MS角坐標(biāo)可被假設(shè)為與徑坐標(biāo)di無(wú)關(guān)的，以及在[-π，π]域內(nèi)均勻分布。通過(guò)使用這些近似，可以規(guī)定f(di，ψi|zi)的以下的簡(jiǎn)化表達(dá)式f(di,ψi|zi)=12πf(di|zi);|ψi|≤π,di≥0---(123)]]>嚴(yán)格地說(shuō)，第i個(gè)觀察出的衰減zi一般取決于在MS與第i個(gè)BTS之間的距離，而且也取決于發(fā)射天線在MS方向上的增益。如果小區(qū)是全向的，正如這里假設(shè)的，則天線增益分量可被忽略，因?yàn)锽TS天線在所有的方向上均勻地輻射，以及衰減可被看作為僅僅是MS-BTS距離的函數(shù)。在這種情形下，第i個(gè)衰減zi等于第i個(gè)所謂的路徑損耗PLi(di)，該路徑損耗只取決于MS與第i個(gè)BTS之間的距離zi＝PLi(di)(124)因此，總之，對(duì)于全向小區(qū)的概率密度函數(shù)f(x，y|zi)可以通過(guò)把(122)，(123)和(124)插入(121)而得到為如下f(x,y|zi)=12πf(di=(x-xi)2+(y-yi)2|PLi)1(x-xi)2+(y-yi)2---(125)]]>在實(shí)驗(yàn)和理論研究中已顯示，在室內(nèi)和室外的環(huán)境下，平均接收信號(hào)功率隨在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離對(duì)數(shù)地減?。灰虼嗽诰嚯xd≤d0處，以dB計(jì)的路徑損耗可被表示為PL(d)=PL(d0)+10nlog10(dd0)+u;d≥d0---(126)]]>其中n是取決于環(huán)境的傳播指數(shù)，d0是“近區(qū)參考距離”以及PL(d0)是在離開(kāi)發(fā)射機(jī)距離d0處經(jīng)受的平均路徑損耗。在自由空間下，n的數(shù)值是2，但當(dāng)障礙密度增加時(shí)n數(shù)值增加。表1列出在不同的環(huán)境下典型的路徑損耗指數(shù)。
表1d0也必須根據(jù)環(huán)境被選擇。當(dāng)小區(qū)很大時(shí)，d0通常被設(shè)置為1公里；在微小區(qū)的情形下，”近區(qū)參考距離”通常更小(可以從1米到100米)。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，PL(d0)通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被計(jì)算。當(dāng)這不可能時(shí)，在另外的實(shí)施例中PL(d0)可以通過(guò)使用自由空間路徑損耗規(guī)律來(lái)估計(jì)；如果d0離發(fā)射機(jī)足夠近，可以假設(shè)為自由空間中的理想化的傳播條件(λ＝c/f是信號(hào)波長(zhǎng)，c是光速以及f是頻率)PLfreespace(d0)＝10log(4πd0/λ)2。
在模型(126)中，u代表影響由第i個(gè)小區(qū)發(fā)送的信號(hào)的陰影衰落。它總地被建模為具有標(biāo)準(zhǔn)方差σu的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量(即，以dB計(jì)的u是高斯隨機(jī)變量u～N(0，σu))。σu的典型值范圍從5到10dB。
通過(guò)規(guī)定A＝PL(d0)-10nlog10d0(127)B＝10n模型(126)可被重新寫為PL(d)＝A+Blog10d+υ (128)遵從(128)的路徑損耗的公知的模型是Okumura-Hata模型，其中d是在MS與BTS之間的距離，以公里計(jì)，A和B是信號(hào)頻率f，基站有效天線高度hB，移動(dòng)終端天線高度hm，和城市類型(或者”大城市”或者”中小城市”)的函數(shù)。如果d0＝1km，A＝PL(d0)，和B＝10n，Okumura-Hata模型與公式(126)相關(guān))。
對(duì)于給定的路徑損耗PL，距離d＞d0具有以下表達(dá)式d=10-PL-A-uB---(129)]]>對(duì)于給定的路徑損耗和使用對(duì)數(shù)正態(tài)慢衰落的假設(shè)，在(129)中d的概率密度函數(shù)可以用已知標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)變量變換技術(shù)進(jìn)行計(jì)算f(d|PL)=B/C(d0)2πσuln10d1dexp{-12σu2(Blog10d-PL+A)2};d≥d0---(130)]]>其中C(d0)是引入的歸一化因子，以使得∫d0∞f(ρ|PL)dρ=1:]]>C(d0)=∫d0∞f(ρ|PL)dρ---(131)]]>把(130)插入(125)，對(duì)于來(lái)自定向小區(qū)的已知的觀察到的衰減(見(jiàn)(124))的x和y的概率密度函數(shù)為如下f(x,y|zi)=Bi/Ci(d0)(2π)3/2σuiln10exp{-12σui2(Bilog10(x-xi)2+(y-yi)2-zi+Ai)2}(x-xi)2+(y-yi)2---(132)]]>在di(x,y)=(xi-x)2+(yi-y)2>d0]]>時(shí)有效。
圖11顯示對(duì)于不同的衰減值z(mì)i＝PLi時(shí)使用公式(132)的概率密度函數(shù)f(x，y|zi)的一系列曲線。圖11表明，概率密度函數(shù)具有圍繞穿過(guò)第i個(gè)BTS坐標(biāo)的垂直軸的對(duì)稱性?？梢钥吹?，當(dāng)路徑損耗增加時(shí)，概率密度函數(shù)擴(kuò)展。在低衰減值下，概率密度函數(shù)曲線峰值接近于第i個(gè)BTS以及在離第i個(gè)BTS的距離增加時(shí)快速降低到零。在較高的衰減值下，概率密度函數(shù)曲線的峰值移到離第i個(gè)BTS坐標(biāo)更遠(yuǎn)。在衰減值增加時(shí)，分布變?yōu)楦教?-即，峰值概率密度函數(shù)峰是更小的，但概率密度函數(shù)的增加和減小速率是較低的。這種擴(kuò)散產(chǎn)生假設(shè)，在較高的衰減電平下，手機(jī)遠(yuǎn)離BTS臺(tái)址的概率增加。
f(x，y|zi)全向小區(qū)的實(shí)驗(yàn)高斯分布在本發(fā)明的實(shí)施例中，概率密度函數(shù)f(x，y|zi)(132)由以下定義的雙變量高斯概率密度函數(shù)近似fy(x,y|zi)=12π|R|1/2exp{-12[x-m]TR-1[x-m]}---(133)]]>其中x=xy---(134)]]>m=E{x|xi}=E{x|zi}E{y|zi}=μx,iμy,i---(135)]]>R=E{xxT}-mmT=E{x2|zi}-(μx,i)2E{xy|zi-μx,iμy,iE{xy|zi}-μx,iμy,iE{y2|zi}-(μy,i)2---(136)]]>為了導(dǎo)出(133)中的高斯概率密度函數(shù)，必須確定m和R(更加精確地，它的行列式|R|和它的逆矩陣R-1)。應(yīng)當(dāng)注意，在(132)中規(guī)定的概率密度函數(shù)f(x，y|zi)的x和y的平均值是μx，i＝E{x|zi}＝xi；μy，i＝E{y|zi}＝y(tǒng)i(137)因此m=xiyi---(138)]]>為了得到(136)中相關(guān)矩陣R的表達(dá)式，需要計(jì)算期望值E{x2|zi}，E{y2|zi}，和E{xy|zi}。
E{x2|zi}的分析表達(dá)式可被得到為(下式的第二等式是通過(guò)以極坐標(biāo)φ=tan-1y-yix-xi;]]>ρ=(x-xi)2+(y-yi)2]]>中求解積分而得到的)
E{x2|zi}=∫∫(x-xi)2+(y-y2)2≥d0x2f(x,y|zi)dxdy]]>=Bi/Ci(d0)(2π)3/2σuiln10∫-π+πdφ∫d0+∞dρρ(xi+ρcosφ)2exp{-12σui2(Bilog10ρ-zi+Λi)2}ρ2]]> =(xi)2I~i+Ii---(139)]]>其中 和I1分別代表以上的第一和第三積分I~i=12Ci(d0)erfc(Bilog10d0-zi+Ai2σui)]]>Ii=14Ci(d0)exp{2ln10Bi(zi-Ai+σui2ln10Bi)}erfc(Bilog10d0-zi+Ai-2σui2ln10Bi2σui)---(140)]]>使用以下的互補(bǔ)誤差函數(shù)的定義12erfc(u2)=∫u∞e-θ2/22πdθ---(141)]]>通過(guò)非常類似的推導(dǎo)，可以證明，E{y2|zi}具有以下表達(dá)式E{y2|zi}=(yi)2I~i+Ii---(142)]]>最后，可以得到相關(guān)項(xiàng)E{xy|zi}的分析表達(dá)式E{xy|zi}=∫∫(x-xi)2+(y-y2)2≥d0xyf(x,y|zi)dxdy]]>=Bi/Ci(d0)(2π)3/2σuiln10∫-π+πdφ∫d0+∞dρρ]]>(xi+ρcosφ)(yi+ρsinφ)exp{-12σui2(Bilog10ρ-zi+AΛi)2}ρ2]]>=xiyiI~i---(143)]]>通過(guò)在公式(136)中給出的R的定義中使用結(jié)果(139)，(142)和(143)，導(dǎo)出以下的RR=Ii+(xi)2(I~i-1)xiyi(I~i-1)xiyi(I~i-1)Ii+(yi)2(I~i-1)---(144)]]>
R的行列式是|R|=(Ii)2+(xi)2Ii(I~i-1)+(yi)2Ii(I~i-1)]]>和它的以下逆矩陣R-1=1|R|Ii+(xi)2(I~i-1)-xiyi(I~i-1)-xiyi(I~i-1)Ii+(yi)2(I~i-1)---(145)]]>通過(guò)以上結(jié)果，有可能把在公式(139)中顯示的高斯概率密度函數(shù)規(guī)定為如下fc(x,y|zi)=12π|R|1/2exp{-12|R|[Ii(x-xi)2+Ii(y-yi)2]]>+(I~i-1)(xi(x-xi)-yi(y-yi))2---(146)]]>在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，路徑損耗模型(128)的使用被擴(kuò)展到低于近距離的距離(即，對(duì)于d＜d0)，或替換地，使得近距離趨于d0→0，以上的函數(shù)保持很好的性能，以及當(dāng)d趨于零時(shí)概率密度函數(shù)趨于零。在極限d0→0下，項(xiàng) 趨于1(事實(shí)上，(0.5)erf{c(-∞)}＝1)，C1(d0)→1，以及|R|→(Ii0)2;R-1→1I101001(d0→0)---(147)]]>其中Ii0=lomd0→0Ii=12exp{2ln10Bi(zi-Ai+σui2ln10Bi)}---(148)]]>把以上的對(duì)于(d0)→1的結(jié)果插入(133)，得到以下近似的高斯概率密度函數(shù)fσ0(x,y|zi)12πIi0exp{-(x-xi)2+(y-yi)22Ii0}---(149)]]>在圖12上，顯示作為路徑損耗/衰減zi的函數(shù)的Ii0。圖12顯示范圍0到8的Iio對(duì)范圍110到145dB的路徑損耗/衰減zi的曲線圖。曲線圖類似于指數(shù)類型曲線圖，其中在zi＝110dB時(shí)Ii0稍微大于0，開(kāi)始緩慢上升，但當(dāng)zi超過(guò)140dB時(shí)快速增加。
f(x，y|zi)對(duì)于全向小區(qū)的非均勻分布在另外的實(shí)施例中的定位算法可被應(yīng)用到全向小區(qū)中非均勻概率密度函數(shù)。通過(guò)取公式(117)中的項(xiàng)的對(duì)數(shù)，最小化問(wèn)題可被重寫為(x^,y^)=argmax(x,y)∈DΣi=1Nlnf(x,y|zi)---(150)]]>
或替換地，Σi=1N∂∂xlnf(x,y|zi)=0Σi=1N∂∂ylnf(x,y|zi)=0---(151)]]>如上所述，公式(138)根據(jù)對(duì)數(shù)路徑損耗模型(128)規(guī)定由定向小區(qū)創(chuàng)建的環(huán)境中的概率密度函數(shù)f(x，y|zi)。通過(guò)使用這個(gè)概率密度函數(shù)f(x，y|zi)的定義，可以找到以下的偏微分的表達(dá)式∂∂xlnf(x,y|zi)=Fi(x,y)(x-xi)∂∂ylnf(x,y|zi)=Fi(x,y)(y-yi)---(152)]]>其中Fi(x,y)=2Bi/Ci(d0)(2π)3/2σuiln10exp{-12σui2σ(Bilog1di(x,y)-zi+Ai)2}[di(x,y)]4]]>[Bi(Bilog10di(x,y)-zi+Ai)2σui2ln10-1]---(153)]]>因此，在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，MS位置可以通過(guò)迭代地求解以下的聯(lián)立的非線性方程組而被估計(jì)Σi=1NFi(x,y)(x-xi)=0Σi=1NFi(x,y)(y-yi)=0;(x,y)∈D---(154)]]>公式154規(guī)定作為非線性算法的算法D。
f(x，y|zi)對(duì)于全向小區(qū)的實(shí)驗(yàn)高斯分布先前，規(guī)定于對(duì)概率密度函數(shù)f(x，y|zi)的兩個(gè)高斯近似式。在公式(146)中所提供的第一個(gè)近似式是fG(x，y|zi)。通過(guò)使用這樣的表達(dá)式，得到以下的偏微分
∂∂xlnf(x,y|zi)=[-Ii|R|(x-xi)-(I~i-1)|R|{(xi)2x-xiyi(y-yi)}]∂∂ylnf(x,y|zi)=[-Ii|R|(y-yi)-(I~i-1)|R|{(yi)2y-xiyi(x-xi)}]---(155)]]>其中R的行列式被給出為|R|=(Ii)2+(xi)2Ii(I~i-1)+(yi)2Ii(I~i-1)]]>。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，MS位置可以通過(guò)迭代地求解以下的聯(lián)立的非線性方程組而被估計(jì)Σi=1N[-Ii|R|(x-xi)-(I~i-1)|R|{(xi)2x-xiyi(y-yi)}]=0Σi=1N[-Ii|R|(y-yi)-(I~i-1)|R|{(yi)2y-xiyi(x-xi)}]=0;(x,y)∈D---(156)]]>公式156規(guī)定作為非線性的迭代算法的算法E。在該部分中給出的概率密度函數(shù)f(x，y|zi)的第二近似式是公式(149)中的fGo(x，y|zi)。這個(gè)概率密度函數(shù)是在極限條件下d0→0時(shí)作為第一高斯近似式fG(x，y|zi)的極限值得到的。通過(guò)使用該表達(dá)式，問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，實(shí)際上，得到以下的偏微分∂∂xlnf(x,y|zi)=-xμx,iIi0∂∂ylnf(x,y|zi)=-y-μy,iIi0---(157)]]>其中μx，i＝xi，μx，i＝xi，以及在(148)中規(guī)定的Iio取決于第i個(gè)衰減zi。通過(guò)以上的結(jié)果，在本發(fā)明的實(shí)施例中，MS位置估計(jì)可以以閉式被計(jì)算為如下x^=Σi=1NxiIi0Σi=1N1Ii0;y^=Σi=1NyiIi0Σi=1N1Ii0;(x^,y^)∈D---(158)]]>公式158規(guī)定作為具有閉式解的線性算法的算法F。
閉式解方法的擴(kuò)展由公式(100)規(guī)定的和在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的算法中，估計(jì)的x(和分別地，y)的MS坐標(biāo)是作為其信號(hào)被MS接收的x(和分別地，y)的BTS坐標(biāo)的加權(quán)平均值得到的。這個(gè)算法可以借助于以下公式被擴(kuò)展x^=Σi=1NwixiΣi=1Nwi;y^=Σi=1NwiyiΣi=1Nwi;(x^,y^)∈D---(159)]]>其中w1，...，wN是被指定給涉及到的N個(gè)BTS的每個(gè)BTS的適當(dāng)?shù)臋?quán)。
算法(158)中的權(quán)是作為項(xiàng)I10，...，IN0的倒數(shù)進(jìn)行計(jì)算的。權(quán)被計(jì)算為使得當(dāng)衰減增加時(shí)權(quán)減小，正如也可以從圖11看到的。有可能假設(shè)較接近于MS的BTS發(fā)送的信號(hào)比起較遠(yuǎn)離移動(dòng)設(shè)備的BTS發(fā)送的信號(hào)經(jīng)受更低的衰減。這個(gè)假設(shè)可以通過(guò)加上這樣的法則而被考慮，即，在概括的閉式算法(159)中的權(quán)被規(guī)定為使得如果從第i個(gè)BTS接收的信號(hào)的衰減越低，則wi越高，以及反之亦然 此后給出在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中使用的、按照以上建議的準(zhǔn)則的、用于權(quán)w1，...，wN的三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定義。
1.權(quán)的定義反映以上法則的第一個(gè)權(quán)的定義包括把第i個(gè)權(quán)規(guī)定為由第i個(gè)BTS發(fā)送的信號(hào)經(jīng)受的衰減的倒數(shù)wi=1zi---(161)]]>這個(gè)權(quán)的定義在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中通過(guò)引入使用實(shí)驗(yàn)測(cè)量值確定的輔助變量參數(shù)而被進(jìn)一步增強(qiáng)。
2.權(quán)的定義在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的第i個(gè)權(quán)的另一個(gè)定義是使用從第i個(gè)觀察值的衰減zi得到的在MS與基站收發(fā)信機(jī)BTS之間的估計(jì)的距離，di，的倒數(shù)wi=1d^i---(162)]]>由MS接收的信號(hào)的電平(以及衰減)不僅取決于在MS與BTS之間的距離，而且也取決于發(fā)射天線在MS方向上的增益。然而，如果在位置計(jì)算中牽涉的N個(gè)BTS是全向的，則BTS天線的貢獻(xiàn)可被忽略，以及可以認(rèn)為衰減僅僅是MS-BTS距離的函數(shù)。對(duì)于這個(gè)近似，第i個(gè)衰減zi等于第i個(gè)路徑損耗PLi(di)，以及僅僅取決于在MS與第i個(gè)BTS之間的距離di=(xi-x)2+(yi-y)2:]]>zi＝PLi(di)(163)忽略模型(128)中的慢衰落，在(162)中給出的權(quán)的以下的表達(dá)式如下產(chǎn)生wi=1d^i=10-PLi-AB=10-Ps,maxi-Pri-AB---(164)]]>當(dāng)(164)中規(guī)定的權(quán)被調(diào)節(jié)為適配于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值時(shí)，可以找到另一個(gè)替換例。為了產(chǎn)生要找到的更加精確的權(quán)，可以進(jìn)行下面描述的兩個(gè)觀察值由于MS坐標(biāo)是通過(guò)使用(159)用由(162)給出的權(quán)被估計(jì)的，所以不嚴(yán)格需要絕對(duì)距離值。在公式(159)中規(guī)定的算法中僅僅比值 是對(duì)位置估計(jì)有貢獻(xiàn)的。這意味著，如果在估計(jì)在位置近似中使用的每個(gè)距離時(shí)作出相同的相對(duì)誤差，不影響最終得到的位置估計(jì)。這個(gè)自動(dòng)誤差抵消因子意味著，從室外走到室內(nèi)，或從城市的開(kāi)闊區(qū)域走到狹窄的城市狹谷區(qū)域應(yīng)當(dāng)不會(huì)對(duì)位置精度有很大影響。這種誤差抵消因素提高位置估計(jì)的精度，以及使得對(duì)于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用高度最佳化的和參數(shù)化的路徑損耗模型的需要最小。
對(duì)于使用算法(159)和權(quán)(164)的位置估計(jì)計(jì)算，只需要作為接收信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)的距離的函數(shù)性能。在簡(jiǎn)化的例子中，如果基站天線高度、中心頻率、最大輻射功率對(duì)于在位置計(jì)算中使用的每個(gè)BTS都是相同的，則Okumura-Hata路徑損耗模型的幾乎所有的項(xiàng)都抵消，以及在位置計(jì)算中要使用的最終的權(quán)簡(jiǎn)化成使得權(quán)可以由公式(165)找到
wi=10--PtiB---(165)]]>3.權(quán)的定義本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例實(shí)驗(yàn)地確定在權(quán)wi與衰減zi之間的函數(shù)關(guān)系。有可能收集足夠的數(shù)量的接收電平(RXLEV)測(cè)量值，用相應(yīng)GPS坐標(biāo)被來(lái)參考精確的MS位置，以及從這個(gè)信息解決逆定位問(wèn)題如果在公式(159)中，MS坐標(biāo)是已知的，則權(quán)w1，...，wN可以通過(guò)使得估計(jì)的MS坐標(biāo)與精確的MS坐標(biāo)之間的誤差最小化而被確定為衰減的函數(shù)。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量值不可得到的場(chǎng)合下，這個(gè)方法是無(wú)效的。
上述的定位方法可應(yīng)用到由全向小區(qū)組成的網(wǎng)絡(luò)，其中BTS發(fā)射天線在所有的方向上各向同性地輻射。在扇區(qū)小區(qū)中，在所有的全向小區(qū)環(huán)境下作出的假設(shè)，只有在MS位于主瓣區(qū)域(MLR)時(shí)才以合理的近似誤差水平保持。換句話說(shuō)，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備處在BTS(定向)天線的主波束照射的區(qū)域時(shí)。配備有具有60°的半功率波束寬度(HPBW)的發(fā)射天線的扇區(qū)小區(qū)具有MLR，該MLR在角度上圍繞BTS天線指向的方向近似擴(kuò)展±60度。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，如果在從由MS接收的值的總數(shù)中，在位置計(jì)算中涉及的N個(gè)BTS是用它們的發(fā)射天線的主波束輻射MS的BTS，則公式(154)，(156)，(158)，和(159)中定義的算法是可應(yīng)用的。
不幸地，不可能從單個(gè)BTS接收的數(shù)值確定MS是否處在某個(gè)BTS的MLR中，因?yàn)闉榱说玫竭@個(gè)信息，需要MS的位置。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)MS測(cè)量和比較來(lái)自不同的共同定位的扇區(qū)小區(qū)的接收電平(RXLEV)時(shí)，有可能以低的錯(cuò)誤率確定MS是否處在某個(gè)扇區(qū)小區(qū)的MLR中。在這種情形下，由于共同定位的扇區(qū)小區(qū)的BTS天線具有不同的取向，在這些共同定位的扇區(qū)小區(qū)中間，MS多半位于其信號(hào)經(jīng)受最低的衰減的那個(gè)小區(qū)的MLR中。
通過(guò)以上方法收集的信息，從全向小區(qū)的使用找到的近似是精確的(例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用公式(154)，(156)，(158)，和(159)中規(guī)定的算法)，及如果在位置計(jì)算中牽涉的N個(gè)BTS是從由MS按照以下程序過(guò)程測(cè)量的BTS中進(jìn)行選擇的話1.選擇由MS測(cè)量的所有的全向小區(qū)。
2.在MS沒(méi)有同時(shí)測(cè)量到共同定位的小區(qū)的場(chǎng)合下，選擇所有的扇區(qū)小區(qū)。
3.在MS檢測(cè)到共同定位的小區(qū)的場(chǎng)合下，在共同定位的扇區(qū)小區(qū)中間選擇具有最低的衰減的扇區(qū)小區(qū)。
如果一個(gè)或多個(gè)丟棄的共同定位的小區(qū)產(chǎn)生的接收電平值衰減與選擇的小區(qū)產(chǎn)生的衰減相差一定的范圍的量(比如說(shuō)5dB)，則也選擇這些共同定位的小區(qū)，以及在本發(fā)明的實(shí)施例中或在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中衰減的平均值使用所有的選擇的共同定位的小區(qū)的衰減值。
基于CI和CI+TA的算法這些算法將在后面更詳細(xì)地描述。這些算法是線性的，僅僅依賴于服務(wù)的小區(qū)信息。它們傳遞位置估計(jì)和對(duì)于位置估計(jì)的置信區(qū)域。
這些算法被認(rèn)為對(duì)由其覆蓋或可聽(tīng)見(jiàn)的區(qū)域被分析地或被實(shí)際測(cè)量值規(guī)定的一個(gè)通用扇區(qū)小區(qū)提供服務(wù)的移動(dòng)設(shè)備起作用。通用小區(qū)是由如圖5所示的實(shí)際天線增益顯示的、發(fā)送和接收的BTS天線角度增益產(chǎn)生的效果的簡(jiǎn)化。
如以前說(shuō)明的和如圖10所示，通用小區(qū)由以下一系列參數(shù)規(guī)定，包括，小區(qū)取向，以離x軸的度數(shù)計(jì)；Δ，扇區(qū)角度寬度；RF，扇區(qū)前半徑；和RB，扇區(qū)后半徑。
規(guī)定通用扇區(qū)的參數(shù)可以從覆蓋地圖或覆蓋預(yù)測(cè)工具找到。方法所需要的輸入信息包括服務(wù)的BTS的小區(qū)識(shí)別號(hào)(CI)，服務(wù)的BTS坐標(biāo)；以及服務(wù)的小區(qū)的地圖。
被執(zhí)行來(lái)從小區(qū)的覆蓋地圖計(jì)算通用小區(qū)參數(shù)的步驟包括1.通過(guò)使用CIxs，ys，選擇服務(wù)的BTS的坐標(biāo)。
在給定服務(wù)的小區(qū)的CI后，小區(qū)的x-y坐標(biāo)被表示為CI，(xs，ys)，以及它們可以從BTS坐標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)中被檢索。
2.選擇服務(wù)的小區(qū)地圖S
與以前的步驟類似地，CI被使用來(lái)選擇相應(yīng)于當(dāng)前的CI的服務(wù)的地圖S。S典型地由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具來(lái)確定，該工具使用大的信息組，諸如BTS配置參數(shù)、三維地形地圖、調(diào)節(jié)的傳播模型等等，以及為了確定服務(wù)的區(qū)域，也考慮網(wǎng)絡(luò)中其它BTS的存在。
服務(wù)的地圖代表其中由CI表示的小區(qū)正在服務(wù)的地理區(qū)域。在任何的x-y笛卡兒系統(tǒng)中，S可以通過(guò)把區(qū)域劃分成區(qū)域單元(Δx)x(Δy)以及用它的中心的坐標(biāo)表示每個(gè)單元而得到S{xn，yn}；n＝1，...，Ns(166)坐標(biāo)()表示其中小區(qū)正在服務(wù)的區(qū)域的第n個(gè)像素(Δx)x(Δy)的中心。
服務(wù)的區(qū)域的例子在圖13上顯示。圖13顯示基站收發(fā)信機(jī)(BTS)1301、主要覆蓋區(qū)域1303和最小覆蓋區(qū)域1305?；臼瞻l(fā)信機(jī)1301位于主要覆蓋區(qū)域1303內(nèi)。較小的覆蓋區(qū)域1305與主要覆蓋區(qū)域1303相鄰、但沒(méi)有接觸主要覆蓋區(qū)域1303的邊緣。所有的覆蓋區(qū)域被網(wǎng)格系統(tǒng)1307劃分成多個(gè)單元1309。取決于BTS的所有的覆蓋區(qū)域的全部被稱為BTS的服務(wù)區(qū)域。
3.確定服務(wù)的地圖的質(zhì)心的坐標(biāo)Xmc，Ymc服務(wù)的小區(qū)的質(zhì)心的(x，y)坐標(biāo)形式地被規(guī)定為如下xMC=1M(S)∫sxdxdu;yMC=1M(S)∫sydxdy---(167)]]>其中M(S)是服務(wù)的地圖的區(qū)域M(S)=∫sdxdy---(168)]]>通過(guò)使用在公式(166)中規(guī)定的劃分的單元，質(zhì)心的坐標(biāo)可被計(jì)算為如下xMC≅1NSΣn=1NSxn;yMC≅1NSΣn=1NSyn---(169)]]>4.在以服務(wù)的BTS的坐標(biāo)(xs，ys)為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系統(tǒng)(ρi，θi)中計(jì)算想要的估計(jì)是容易得多的。在這個(gè)極坐標(biāo)系統(tǒng)中ρi是點(diǎn)(xi，yi)離BTS的距離以及θi是從x軸逆時(shí)針測(cè)量的角度
ρi=(xS-si)2+(yS-yi)2;θi=tan-1yS-yixS-xi---(170)]]>在這個(gè)極坐標(biāo)系統(tǒng)中服務(wù)的地圖由一組點(diǎn)表示Spolar{ρn，θn}；n＝1，...，Ns.(171)5.確定整個(gè)服務(wù)地圖的主要方向θmc主要方向θmc提供服務(wù)的扇區(qū)的方位角度中s的表示。這個(gè)角度被用作為用于歸一化小區(qū)覆蓋區(qū)域單元的角度坐標(biāo)的參考方向。θmc可以從BTS坐標(biāo)被近似為小區(qū)的質(zhì)心的取向。
在極坐標(biāo)系統(tǒng)(ρ，θ)中，服務(wù)區(qū)域的質(zhì)心具有坐標(biāo)(ρmc，θmc)，以使得ρMC=(xS-xMC)2+(yS-yMC)2;θMC=tan-1yS-yMCxS-xMC---(172)]]>6.為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化估計(jì)的實(shí)際的計(jì)算，新的極參考系統(tǒng)被旋轉(zhuǎn)，以使得零和2冗角度離最重要的服務(wù)區(qū)域盡可能遠(yuǎn)。在這種旋轉(zhuǎn)后，所有需要的估計(jì)可以通過(guò)使用已知的簡(jiǎn)單分類系統(tǒng)被計(jì)算。
具有角坐標(biāo)θm的第m個(gè)像素的旋轉(zhuǎn)被規(guī)定為如下δm=θm-θR+2ifθm-θR<0θm-θRifθm-θR≥0---(173)]]>其中θR=θMC+πifθMC<πθMC-πifθMC≥π---(174)]]>最終得到的δm是在0＜δm＜2π的范圍中。最接近于主方向θmc的方向δ′mm與δm≈π相聯(lián)系，以及最遠(yuǎn)離θmc的方向與δm≈0和δm≈2π相聯(lián)系。
下一個(gè)步驟是把點(diǎn)按照離服務(wù)BTS的距離的增序分類{ρl,δl}l=1Ns=sort{ρl}.---(175)]]>在這個(gè)位置，服務(wù)的地圖由一組排序的點(diǎn)表示Spolar{ρn，δn}；n＝1，...，Ns.(176)7.確定前半徑RF
其中 把·舍入到趨于正無(wú)窮大的最接近的整數(shù)(使用已知的上限運(yùn)算，其中所有的數(shù)被向上入到下一個(gè)正整數(shù))，以及γ’確定在組Spolar中其離服務(wù)的BTS的距離小于RF的想要的點(diǎn)的部分。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，參數(shù)γ’的良好的數(shù)值是在0.95與0.98之間。
8.確定后半徑(RB)，作為離服務(wù)的BTS的距離的函數(shù)的取向(s(d))，以及作為離服務(wù)的BTS的距離的函數(shù)的角度寬度(Δs(d))。
首先，規(guī)定如圖14所示的圓環(huán)的參數(shù)是有幫助的。圖14顯示由在具有公共的原點(diǎn)1401的兩個(gè)同心圓之間面積的差值規(guī)定的恒定的時(shí)間提前(TA)區(qū)域。第一圓周1403具有半徑R11407和第二圓周1405具有半徑R1+R2。
極坐標(biāo)系統(tǒng)中圓環(huán)的數(shù)學(xué)定義是c{ρ，θ)∈IR2Rinf≤ρ≤Rsup}(178)其中Rint是內(nèi)徑和Rsup是外徑。在如圖所示的例子中，第一圓周半徑1407 R1＝Rint，以及第二圓周半徑R1+R2＝Rsup。
所以，圓環(huán)由一組地點(diǎn)表示Scrow{ρn，δn}；n＝1，...，Ncrown(Ncrown≤Ns).(179)9.為了確定后半徑(RB)，進(jìn)行以下步驟(a)設(shè)置i＝0(b)通過(guò)使用Rint＝i·Δ和Rsup＝(i+2)·Δ來(lái)計(jì)算在公式(179)中規(guī)定的圓環(huán)中的點(diǎn)的數(shù)目，其中Δ是在x和y方向上數(shù)字化單元的距離。
(c)如果服務(wù)的區(qū)域在距離Rsup處是全向的，則在圓環(huán)中近似有Nideal＝π(R2sup-R2int)/Δ2個(gè)點(diǎn)。如果在Scrown中的實(shí)際的點(diǎn)數(shù)Ncrown小于γ’Nideal，則服務(wù)區(qū)域不再認(rèn)為是全向的。γ’的數(shù)值小于1.0以及基于經(jīng)驗(yàn)地，良好的數(shù)值是0.75。如果服務(wù)的區(qū)域認(rèn)為不是全向的，則后半徑被選擇為RB＝Rsup。
(d)如果服務(wù)的區(qū)域可被認(rèn)為在距離Rsup處是全向的，則設(shè)置i＝i+1以及進(jìn)到(b)，否則后半徑的估計(jì)已準(zhǔn)備好。
10.為了確定取向s(d)，把圓環(huán)中的角度分類，以便增加或減小角度
{ρl,δl}l=1Ncrown=sort{δl},---(180)]]>從圓環(huán)的定義，Rint＝d-2·Δ和Rsup＝d+2·Δ。所以，s(d)的估計(jì)是角度的中間值，以及它被得到為φS(d)=δl|l=[Ncrown/2].---(181)]]>11.作為離服務(wù)的BTS的距離的函數(shù)的角度寬度Δs(d)可以通過(guò)使用與用于s(d)的圓環(huán)中的相同的分類的點(diǎn)集被計(jì)算。角度寬度Δs(d)被計(jì)算為如下Δφs(d)＝max{||δ1-φs(d)||，||δNcrown-φs(d)||}，(182)12.作為最后的步驟，必須把s(d)和Δs(d)旋轉(zhuǎn)回原先的共原點(diǎn)的參考系統(tǒng)。這是通過(guò)簡(jiǎn)單地把θR加到得到的值而完成的。
在覆蓋地圖是不可獲得的場(chǎng)合下，有可能用下面給出的方法分析地估計(jì)小區(qū)前半徑RF和小區(qū)前半徑RB。
正如以前描述的，諸如通過(guò)公式(33)，離服務(wù)的BTS的距離為d的移動(dòng)設(shè)備的平均接收功率PR可被表示為如下PR(d)＝PT+G-PL(d)(183)BTS發(fā)送已知的發(fā)送功率PT，以及安裝在服務(wù)的BTS的天線在MS的方向上的增益是G。PL(d)是在信號(hào)從服務(wù)的BTS傳播到MS時(shí)影響信號(hào)功率的路徑損耗。諸如在以上公式(126)到(129)中使用的那些可接受的模型假設(shè)路徑損耗隨距離d對(duì)數(shù)地增加PL(d)＝A+Blogd(184)扇區(qū)前半徑可被定義為由MS接收的平均功率PR大于規(guī)定小區(qū)邊緣的一定的門限值PthR時(shí)的距離。潛在的陰影衰落的影響可以通過(guò)包括陰影衰落余量FMσ(所有的量都以對(duì)數(shù)單位計(jì))而被允許。
PR=RRth+FMσ---(185)]]>在對(duì)數(shù)正態(tài)慢衰落的假設(shè)下，衰落余量可被定義為FMσ＝zσ，其中是慢衰落的標(biāo)準(zhǔn)方差以及z使得F(z)=1-Q(z)=1-12π∫e∞e-x1/2dx]]>是半徑估計(jì)的可靠度。
按照公式(183)和(185)，以公里計(jì)算的前小區(qū)半徑可被表示為
RF=10PT-PRth-FMc+Gm-AB---(186)]]>其中Gm是最大天線增益，以dB計(jì)。
扇區(qū)后半徑可以通過(guò)包括有關(guān)被安裝在服務(wù)的BTS臺(tái)址的天線的輻射模式的信息而從前半徑進(jìn)行計(jì)算。圖5顯示圖4的加注解的版本，以dB計(jì)的天線增益對(duì)以度計(jì)的角度的曲線圖。關(guān)于θ＝0對(duì)稱的天線增益包括主瓣501和四個(gè)副瓣503，505，507，509。主瓣501在θ＝0處具有最大值Gm，而四個(gè)副瓣503，505，507，509中沒(méi)有一個(gè)副瓣的增益大于ρGm。ρ是最大后向-前向比，它是在最大輻射方向上的天線增益Gm與在主瓣以外方向上的天線增益之間的最大比值。顯然，小區(qū)前半徑RF與在主瓣方向上的最大增益Gm有關(guān)，以及小區(qū)后半徑Rs與主瓣以外的方向上的最大增益ρGm有關(guān)。
通過(guò)使用簡(jiǎn)單的傳播模型(183)和以下的對(duì)于以dB計(jì)算的天線增益G(θ)(Gm＝10log(gm))的粗略的近似G(θ)≅Gm;0≤θ<θ3dBGm+10log(ρ);θ3dB≤θ≤2π-θ3dBGm;2π-θ3dB<θ≤2π---(187)]]>有可能寫出以下的RB的上限RB≤ρ×RF(188)在GSM900中使用的典型的數(shù)值是PT＝50dBm，PthR＝-95dBm。對(duì)于30米的BTS高度，變量的典型值是A＝124.5和B＝35.7。在移動(dòng)無(wú)線電環(huán)境下，σ常常假設(shè)為等于8dB。對(duì)于本例，BTS天線具有HPBW 65度，最大后向-前向比-18dB(ρ＝0.0158)以及最大增益12dB。通過(guò)這些數(shù)值和對(duì)于z＝0.675(即，F(xiàn)(z)＝0.75，等價(jià)于75％小區(qū)半徑可靠度)，公式(186)和(188)給出RF＝5.7425公里和RB≈90米。
從顯示的例子可以明顯看到如圖10所示的扇區(qū)的表示可以較差地近似真實(shí)的小區(qū)覆蓋。具體地，Δs通常太大，而不能表示遠(yuǎn)離BTS坐標(biāo)的那些區(qū)域中的扇區(qū)寬度。為了改善該估計(jì)的精度，有可能定義服務(wù)扇區(qū)寬度為離服務(wù)BTS的距離的函數(shù)Δs(d)。通過(guò)考慮這一點(diǎn)，有可能在定位算法中忽略明顯處在服務(wù)的區(qū)域以外的那些區(qū)域。同樣的考慮適用于扇區(qū)方向，s，它可被假設(shè)為離BTS臺(tái)址的距離的函數(shù)s(d)。
RF，RB，s和s(d)(實(shí)際上，取決于距離，d)產(chǎn)生服務(wù)的區(qū)域的簡(jiǎn)化的邊界的分析的估計(jì)如下S(x,y):d(x,y)=RF;0≤|ψ(x,y)-φS|≤ΔφSd(x,y)=RB;|ψ(x,y)-φS|>ΔφS---(189)]]>在本發(fā)明的實(shí)施例中，以上的通用小區(qū)參數(shù)的估計(jì)被使用來(lái)估計(jì)移動(dòng)設(shè)備(MS)的位置。在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的算法稱為經(jīng)典CI-TA定位算法，與地圖輔助的CI-TA定位算法不同。
正如以前說(shuō)明的，在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的算法的輸入?yún)?shù)是CI、TA(如果可得到的話)和位置估計(jì)的置信系數(shù)ξ。還正如以前說(shuō)明的，計(jì)算的輸出是位置估計(jì)和置信區(qū)域(例如，其中真實(shí)的MS位置在置信ξ之內(nèi)位于的地理區(qū)域)。如果小區(qū)被扇區(qū)化或是全向的，則位置計(jì)算的結(jié)果是不同的。
下面描述的本發(fā)明的實(shí)施例在CI和TA是可得到時(shí)能夠提供這些結(jié)果，下面描述的另一個(gè)實(shí)施例只要CI是可得到時(shí)就提供結(jié)果。
如果服務(wù)的小區(qū)是分成扇區(qū)的，則位置估計(jì)可以通過(guò)把服務(wù)的BTS坐標(biāo)，xs和ys，與MS到服務(wù)的BTS的距離的估計(jì) 和MS離服務(wù)的BTS臺(tái)址的角度坐標(biāo)的估計(jì) 相組合而被計(jì)算x^=xS+d^cosψ^y^=yS+d^sinψ^---(190)]]> 和 相分別是如下描述的估計(jì)的距離和角度。
在給定TA信息后，以前描述的方法可被使用來(lái)確定在MS與服務(wù)的BTS之間的距離的估計(jì)，以及其中移動(dòng)站以置信γ位于的、以BTS坐標(biāo)為中心的圓環(huán)(C)的半徑。
距離估計(jì) 被計(jì)算為實(shí)際距離d的50％的百分分布的數(shù)值(或中間值)，即， 使得，Pr(d≤d^)=1/2---(191)]]>用于 的其它類似的定義，諸如d的平均值，是可能的。通過(guò)使用歐洲專利號(hào)102251中描述的結(jié)果，該專利在此引用以供參考，中間估計(jì)距離是
d^=dTA+TAc;TAc=-X1/2---(192)]]>其中X1/2是TA測(cè)量誤差的中間值，X＝dTA-d，以及dTA=14×(cTb/2)≅138mifTA=0TA×(cTb/2)ifTA>0,---(193)]]>Tb＝3.69μs是比特周期，以及c＝3×108m/s是光速。
在缺乏任何其它信息的情形下，MS的角度坐標(biāo)可以用扇區(qū)的取向來(lái)估計(jì)，即， 可被設(shè)置等于中s。如果扇區(qū)取向是離服務(wù)的BTS的距離的函數(shù)，則 是在等于根據(jù)TA進(jìn)行估計(jì)的距離的距離上扇區(qū)的取向，即， 用于估計(jì)MS角度坐標(biāo)的另外的方法可被引入到在本發(fā)明的實(shí)施例中找到的算法；例如，在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中， 可通過(guò)處理由MS執(zhí)行的信號(hào)電平測(cè)量(RXLEV)，或?qū)?lái)通過(guò)使用由被安裝在服務(wù)的BTS臺(tái)址的(智能)天線陣列可得到的到達(dá)角信息，而被確定。
與估計(jì)的MS位置有關(guān)的是如圖8所示的置信區(qū)域R，以及它包括以下參數(shù)位于坐標(biāo)(x0，y0)點(diǎn)的原點(diǎn)；內(nèi)徑R1；不定性半徑R2；從x軸逆時(shí)針測(cè)量的取向角度α；以及規(guī)定扇區(qū)寬度的包括角度β。
類似于距離估計(jì)，置信區(qū)域可以通過(guò)使用歐洲專利申請(qǐng)?zhí)?02251中描述的方法被確定，該專利申請(qǐng)?jiān)诖艘靡怨﹨⒖肌?br>
置信區(qū)域的原點(diǎn)是在服務(wù)的BTS臺(tái)址處x0=xSy0=yS---(194)]]>在給定測(cè)量的TA和對(duì)于距離估計(jì)γ’的置信系數(shù)后，距離估計(jì)( )的置信區(qū)間可以從由已知的地圖輔助CI-TA估計(jì)技術(shù)提供的TA測(cè)量值統(tǒng)計(jì)性質(zhì)確定。用于距離估計(jì)的置信區(qū)間由如下規(guī)定的ri和rs確定ri=TAc+X(1+γ)/2rs=-TAc-X(1-γ)/2---(195)]]>其中X(1±γ)/2是TA測(cè)量誤差的100×(1±γ)/2％的百分點(diǎn)的數(shù)值。ri和rs使得真實(shí)的MS服務(wù)的BTS距離d以概率γ落在置信區(qū)間 內(nèi)(如圖15所示)Pr(d^-ri≤d≤d^+rs)=γ---(196)]]>
圖15顯示基站收發(fā)信機(jī)(BTS)1501，位于由兩個(gè)弧1503，1505規(guī)定的區(qū)域內(nèi)的位置估計(jì) 1507。較大的弧具有半徑dsup，以及較小的弧具有半徑dinf。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，取決于服務(wù)的小區(qū)后半徑(RB)小于還是大于對(duì)于距離估計(jì)dINF=d^-ri]]>的置信區(qū)間的下限，置信區(qū)域參數(shù)(R1，R2，α和β)稍微不同地被計(jì)算。
小區(qū)后半徑RB不是嚴(yán)格地需要的，但它提供足夠的信息，以改進(jìn)方法的可靠度。所以，在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，后半徑RB的數(shù)值被設(shè)置為零。
如果dINF大于服務(wù)的小區(qū)后半徑RB，則MS離服務(wù)的BTS足夠遠(yuǎn)，以及多半位于后半徑區(qū)域以外。在這種情形下，只有在服務(wù)的BTS天線的輻射主瓣的方向上的部分小區(qū)被包括在置信區(qū)域。
置信區(qū)域的內(nèi)徑被設(shè)置為R1=d^-r1]]>。然而，R1=d^-r1=dTA-X(1+γ)/2]]>可以是負(fù)的(即，如果γ≈1以及TA誤差統(tǒng)計(jì)值具有長(zhǎng)的拖尾，X(1+γ)/2可以大于dTA)，以及如果R1被計(jì)算為是負(fù)的，則R1應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為零。而且，當(dāng)TA＝0時(shí)，把置信區(qū)域規(guī)定為以服務(wù)的BTS坐標(biāo)為中心的圓是有意義的；在這種情形下，R1被設(shè)置為零。總之，R1被規(guī)定為如下R1=0ifTA=0max{0,d^-Ti}ifTA>0---(197)]]>置信區(qū)域的不確定性半徑(R2)被設(shè)置為等于距離估計(jì)的置信區(qū)間的寬度ri+rs。然而，由于在(197)中為確定R1作出的調(diào)節(jié)的結(jié)果，對(duì)于R2的正確的定義是R2=d^+rs-R1.---(198)]]>置信區(qū)域的取向角度(α)由服務(wù)的扇區(qū)的取向和扇區(qū)角度寬度確定。置信區(qū)域的寬度β是服務(wù)的扇區(qū)寬度的兩倍α=φS(d^)-ΔφS‾β=2ΔφS‾---(199)]]>其中 被規(guī)定來(lái)保守地考慮小區(qū)寬度對(duì)于離服務(wù)的BTS距離d的最終依賴性Δφs‾=maxR1≤d≤R1+R2Δφs---(200)]]>
置信區(qū)域具有等于服務(wù)的小區(qū)的角度寬度的兩倍的角度寬度。所以，考慮把小區(qū)劃分成扇區(qū)。其根本理由是由于所有與感興趣的BTS通信的所有的移動(dòng)設(shè)備位于由角度 規(guī)定的弧中的假設(shè)(當(dāng)RB＝0時(shí)公式(189)覆蓋的例外)。這也產(chǎn)生這樣的結(jié)果被使用來(lái)確定圓環(huán)的置信系數(shù)γ等于被使用來(lái)規(guī)定R1和R2的置信系數(shù)ξ。
如果dINF小于服務(wù)的小區(qū)后半徑RB，則有很大可能性是MS的實(shí)際位置位于后半徑區(qū)域。在這種情形下，位置估計(jì)如以前那樣被計(jì)算，但置信區(qū)域被規(guī)定為包括整個(gè)后半徑區(qū)域。這意味著，置信區(qū)域的寬度β是2π，以及取向角度α提供冗余信息，因?yàn)橹眯呕”灰?guī)定為整個(gè)圓周(α被設(shè)置為零)。而且，內(nèi)徑和不確定性半徑被規(guī)定為如下R1=0R2=d^+rs---(201)]]>在實(shí)際情形下，以上規(guī)定簡(jiǎn)化了當(dāng)MS非常接近于服務(wù)的BTS臺(tái)址時(shí)的狀態(tài)，后半徑區(qū)域的影響可以通過(guò)把服務(wù)的小區(qū)當(dāng)作為就好像它是全向情形來(lái)考慮。
如果服務(wù)的小區(qū)是全向的，則扇區(qū)取向和角度寬度的概念是無(wú)意義的。最好的位置估計(jì)可通過(guò)使用由服務(wù)的BTS臺(tái)址給出的共同坐標(biāo)被提供x^=xSy^=yS---(202)]]>其中置信區(qū)域由具有等于距離估計(jì)的置信區(qū)間的上限的半徑的圓定義x0=xSy0=yS;α=Auyvalueβ=2π;R1=0R2=d^+rs---(203)]]> 和rs如在扇區(qū)化小區(qū)的情形中那樣通過(guò)使用公式(192)和(195)進(jìn)行計(jì)算。
上述的計(jì)算利用來(lái)自TA測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)信息。如果TA測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì)信息是不可獲得的，仍舊應(yīng)用以上給出的位置估計(jì)和置信區(qū)域的定義；然而，置信系數(shù)是無(wú)意義的，以及 ，ri，和rs只能根據(jù)TA定量化法則來(lái)定義d^=dTA]]>ri=rs=14×(xTb/2)≅138mifTA=012×(cTb/2)≅277mifTA>0---(204)]]>以上給出的算法在CI和TA可得到時(shí)估計(jì)MS坐標(biāo)和置信區(qū)域。如果沒(méi)有TA信息是可得到的，則MS位置估計(jì)和它的置信區(qū)域仍舊可以通過(guò)使用僅僅由CI載送的信息被確定。具體地，如果對(duì)于小區(qū)半徑RF的估計(jì)是可得到的，可以規(guī)定置信區(qū)域，而即使RF是未知的，仍舊可以提供位置估計(jì)。
在沒(méi)有TA信息可獲得的場(chǎng)合下，本發(fā)明的實(shí)施例檢查服務(wù)的BTS以確定服務(wù)的小區(qū)是否劃分成扇區(qū)如果小區(qū)是全向的，以及TA是不可得到的，則按照本發(fā)明的實(shí)施例，位置估計(jì)被取為在BTS坐標(biāo)處x^=xSy^=yS---(205)]]>這個(gè)估計(jì)的置信區(qū)域是以BTS臺(tái)址為中心的圓。這樣的區(qū)域的半徑通過(guò)把RF縮放一個(gè)因子 而得到的。該因子被選擇為使得半徑RF的圓形小區(qū)的總的面積的一部分ξ被包括在置信區(qū)域中x0=xS;y0=ySα=Auyvalue;β=2πR1=0;R2=ξRF---(206)]]>如果小區(qū)被劃分成扇區(qū)以及TA是不可得到的，則對(duì)于位置估計(jì)存在兩個(gè)替換例。
如在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的第一替換例選擇MS位置估計(jì)為在服務(wù)的BTS臺(tái)址處。在這個(gè)估計(jì)中，不需要小區(qū)半徑(RF)信息。
x^=xSy^=yS---(207)]]>如果給定RF，本發(fā)明的實(shí)施例把估計(jì)的MS位置計(jì)算為簡(jiǎn)化的小區(qū)的質(zhì)心，該質(zhì)心具有與圖10表示的相同的形狀，但其后半徑與前半徑被縮放一個(gè)因子 ，以確保只考慮原先的小區(qū)的總的面積的一部分ξ。
服務(wù)的小區(qū)的質(zhì)心的坐標(biāo)被規(guī)定為如下xMC=1M(S)∫sxdxdy;yMC=1M(S)∫sydxdy---(208)]]>其中S是原籍小區(qū)的邊界，正如公式(189)說(shuō)明的，以及M(S)是它的面積。通過(guò)忽略扇區(qū)取向與寬度對(duì)于距離的依賴性，以及假設(shè)被定義為以下的恒定的扇區(qū)的角度寬度 被規(guī)定為Δφs‾=maxRB≤d≤RpΔφs(d)---(209)]]>可以證明，M(S)=RF2Δφs‾-(π-Δφs‾)RB2]]>，以及以極坐標(biāo)求解的在(208)中的積分給出對(duì)于位置估計(jì)x^=Xmc]]>和y^=ymc]]>的以下表達(dá)式x^=xs+23(RF3-RB3)sinΔφS‾RF2ΔφS‾-(π-ΔφS‾)RB2cosφSy^=ys+23(RF3-RB3)sinΔφS‾RF3ΔφS‾-(π-ΔφS‾)RB2sinφS---(210)]]>置信區(qū)域具有與圖8所示的相同的形狀，其內(nèi)徑等于零(R1＝0)。置信區(qū)域的原點(diǎn)(x0，y0)不在BTS坐標(biāo)(xs，ys)，而是沿由扇區(qū)取向s(與小區(qū)的前面相反的方向)規(guī)定的軸移位離BTS坐標(biāo)的距離RB’。通過(guò)使用置信區(qū)域的這個(gè)定義，后半徑區(qū)域被包括在內(nèi)(至少部分地)。置信區(qū)域的角度寬度β被規(guī)定為角度Δφs’≠Δφs的兩倍，它按照置信區(qū)域的原點(diǎn)與服務(wù)的BTS坐標(biāo)的不同位置計(jì)算。置信區(qū)域α按照小區(qū)取向φs和新的變量Δφs’被定義x0=xS-RB′cosφS;y0=yS-RB′sinφSα=φS-ΔφS′;β=2ΔφS′R1=0;R2=ξ(RF+RB′)---(211)]]>RB’和Δs’從如圖16所示的幾何關(guān)系被確定。
圖16顯示在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的用于計(jì)算置信區(qū)域的幾何關(guān)系。圖上包括圓1603、第一個(gè)三角形1601、第二個(gè)三角形1605和圓周分段1607。圓具有在BTS位置xs，ys處的原點(diǎn)1611，以及具有半徑RB。第一個(gè)三角形1601包括在位置x0，y0處的第一頂角1609，其一端被連接到第一頂角1609、并通過(guò)圓的原點(diǎn)xs，ys的第一邊1623，其一端被連接到第一頂角的第二邊1621并被安排成使得由兩個(gè)邊1623，1621規(guī)定的第一頂角1609處的角度是Δφs’。第一三角形的頂角1609位于離圓的原點(diǎn)的一個(gè)距離RB’。第二三角形1605位于第一三角形1601的區(qū)域內(nèi)，以及包括位于圓的原點(diǎn)的第一頂角，其一端被連接到第二三角形的第一頂角并形成第一三角形的第一邊的一部分的第一邊1629，和其一端被連接到第一頂角的第二邊1627，并被安排成具有在第一邊1629與第二邊1627之間的的角度 。第一三角形1601與第二三角形1605也包括公共的直角頂角1631和公共邊1625。公共邊被安排為與兩個(gè)三角形的第一邊垂直的直線，并被連接到第一和第二三角形的邊的交叉的點(diǎn)1635。分段1607包括長(zhǎng)度Rf的兩個(gè)半徑，其以圓1603的原點(diǎn)為原點(diǎn)xs，ys和其弧定義在半徑的末端之間。第一半徑對(duì)于第二三角形的第二邊1605是公共的，以及第二半徑是離第一半徑的一個(gè)角度 。通過(guò)使用簡(jiǎn)單的三角形計(jì)算技術(shù)，第一和第二三角形的第二邊的高度可被顯示為等于 。圖16還具有在圓的原點(diǎn)1611處被連接到并垂直于第一三角形的第一邊1623的線1651，以及在該線與第一三角形的第二邊的交叉點(diǎn)處的第二末端。線1651具有長(zhǎng)度h。
本發(fā)明的實(shí)施例如下面解釋地，根據(jù) 是大于還是小于π/2，確定RB’和Δφs’。
如果RF＞＞RB和 ，可以看到，只在RB’被規(guī)定為等于RB時(shí)，由RB規(guī)定的圓的非常小的區(qū)域才在置信區(qū)域以外RB′≡RB.(212)通過(guò)使用RB的這個(gè)定義，Δφs’的分析表達(dá)式可以從如圖16所示的幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果是ΔφS′=π-cos-1[RFcos(π-ΔφS‾)-RB′(RFcos(π-ΔφS‾)-RB′)2-RF2sin2(π-ΔφS‾)]---(213)]]>通過(guò)使用如圖16所示的幾何關(guān)系，可如下地得到Δs’ΔφS′=tan-1[RFsin(ΔφS‾)-hRFcos(ΔφS‾)]---(214)]]>通過(guò)使用這個(gè)結(jié)果，容易如下地計(jì)算RB’
RB′=htan(ΔφS′‾)---(215)]]>長(zhǎng)度h可以近似為h≈RB。這個(gè)近似只在檢驗(yàn)到置信區(qū)域太小以及不包括RB半徑的圓的足夠大的部分(即，RB’的數(shù)值太小)或相反，RB’太大，導(dǎo)致太大的置信區(qū)域后才執(zhí)行。為了檢驗(yàn)這兩種情形，引入兩個(gè)選擇的參數(shù)δmin(考慮太小的RB’的例子--其中1.5是對(duì)于δmin的典型的選擇)和δmax(考慮太大的RB’的例子-其中4--5是對(duì)于δmax的典型的選擇)。
如果RB’被證明太小，即，如果δminRB＞RB’，則在本發(fā)明的實(shí)施例中，RB’被重新定義為RB′≡δminRB(216)以及通過(guò)使用如圖16所示的幾何關(guān)系，可以得到Δφs’ΔφS′=tan-1[RFsin(Δφ‾S)RFcos(ΔφS‾)+RB′]---(217)]]>如果RB’被證明太大，即，如果δmaxRB＞RB’，則RB’被重新定義為RB′≡δmax-RB(218)以及從公式(217)計(jì)算Δφs’。
圖17顯示引入至少某些利用CI，TA或/和RX信息的定位方法的提出的定位程序過(guò)程。程序過(guò)程可以引入上述的定位方法(CI、CI+TA和CI+RX算法)。下面描述這些過(guò)程首先，在步驟S1，收集由移動(dòng)站從服務(wù)的和相鄰的小區(qū)測(cè)量的時(shí)間提前和接收信號(hào)電平。
接著，在步驟S2，收集相關(guān)的算法輸入?yún)?shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，諸如對(duì)于測(cè)量的小區(qū)的基站收發(fā)信機(jī)坐標(biāo)。
在步驟S3，分析測(cè)量值和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，以選擇在位置計(jì)算中必須使用的測(cè)量值。對(duì)于提高定位精度沒(méi)有重大貢獻(xiàn)的小區(qū)從測(cè)量值組中去除。由于小區(qū)選擇程序過(guò)程的結(jié)果，服務(wù)的小區(qū)信息可以潛在地被去除和/或相鄰的小區(qū)信息可以全部地或部分地去除。
在步驟S4，進(jìn)行小區(qū)識(shí)別號(hào)/小區(qū)識(shí)別號(hào)加時(shí)間提前位置估計(jì)。如果服務(wù)的小區(qū)信息是可得到的，則諸如此前描述的基于小區(qū)識(shí)別號(hào)或小區(qū)識(shí)別號(hào)與時(shí)間提前的定位算法可被使用來(lái)確定位置估計(jì)和/或它的置信區(qū)域。最終得到的位置估計(jì)在本文件中稱為”CI/CI+TA位置估計(jì)”。
在步驟S5，進(jìn)行RX位置估計(jì)。如果相鄰的小區(qū)信息是可得到的，則應(yīng)用基于CI+RX的定位算法。這可以是此前描述的算法A到F的任一個(gè)算法或?qū)嶋H上任何其它適當(dāng)?shù)乃惴āＦ溆糜诠烙?jì)移動(dòng)站位置。在選擇基于CI+RX的算法時(shí)，可以考慮以下的準(zhǔn)則--小區(qū)扇區(qū)化。對(duì)于全向小區(qū)，可以使用基于CI+RX的算法。例如可以使用算法D(公式154)、E(公式156)、和F(公式158)。
對(duì)于扇區(qū)化小區(qū)，可以直接使用基于CI+RX的算法，諸如此前描述的算法A、B和C。替換地，算法D、E和F可被擴(kuò)展到如前面描述的扇區(qū)小區(qū)的情形。
--絕對(duì)/相對(duì)電平觀察值此前描述的算法C利用相對(duì)電平觀察值，也就是，來(lái)自成對(duì)的基站收發(fā)信機(jī)的接收信號(hào)電平測(cè)量值的差值。應(yīng)當(dāng)看到，算法A，B，D，E和F使用絕對(duì)電平觀察值。
--閉式/迭代算法算法A，B，C，D和E是迭代算法。算法F是閉式算法。它確定移動(dòng)站坐標(biāo)為從其收集接收信號(hào)電平測(cè)量值的基站收發(fā)信機(jī)的坐標(biāo)的加權(quán)平均。用于權(quán)的一個(gè)分析表達(dá)式(公式163和164)和三個(gè)經(jīng)驗(yàn)近似式也如以上討論的那樣被提供。
--基于RX的域確定基于RX的算法可能需要確定估出的基于RX的位置被約束于的”域”。這樣的域例如可以通過(guò)使用此前提供的任何定義被規(guī)定。
為方便起見(jiàn)，得到的位置估計(jì)被稱為”RX位置估計(jì)”。
在步驟S6，得到RX方向位置估計(jì)。如果服務(wù)的小區(qū)信息和”RX位置估計(jì)”是可得到的，則從服務(wù)的基站收發(fā)信機(jī)到”RX位置估計(jì)”的方向被計(jì)算。這個(gè)方向可以代替實(shí)際的天線方向被使用作為CI+TA算法的輸入，正如以上解釋的。為了方便起見(jiàn)，最終得到的位置估計(jì)被稱為”RX方向位置估計(jì)”。
在步驟S7，計(jì)算虛擬BTS位置估計(jì)。
如果服務(wù)的小區(qū)信息和”RX方向位置估計(jì)”是可得到的，則”RX方向位置估計(jì)”的坐標(biāo)作為附加(全向)相鄰小區(qū)被使用于基于RX的算法。這個(gè)附加相鄰小區(qū)和與其有關(guān)的RX電平測(cè)量值可分別被稱為”虛擬基站收發(fā)信機(jī)”和”虛擬RX電平”。虛擬RX電平測(cè)量值的數(shù)值例如可被選擇為來(lái)自測(cè)量的鄰居的最大RX電平或來(lái)自測(cè)量的鄰居的平均RX電平。最終得到的位置估計(jì)被稱為”虛擬BTS位置估計(jì)”。
應(yīng)當(dāng)看到，由所討論的任何定位方法得到的位置估計(jì)可被用作為附加或虛擬基站測(cè)量值。虛擬基站測(cè)量值是與例如虛擬RX電平的虛擬測(cè)量值和真實(shí)測(cè)量值組有關(guān)的，以及虛擬測(cè)量值可通過(guò)使用所描述的任何定位方法被重新處理。
在步驟S8，任何一個(gè)得到的位置估計(jì)CI/CI+TA位置估計(jì)；RX位置估計(jì)；RX方向位置估計(jì)；RX位置估計(jì)；RX方向位置估計(jì)；或虛擬BTS位置估計(jì)，可被選擇為由定位過(guò)程提交的位置估計(jì)。
本發(fā)明的實(shí)施例是特別靈活的。例如，如果TA測(cè)量值和/或服務(wù)的小區(qū)信息是不可獲得的，過(guò)程仍舊能夠提供位置信息--諸如RX位置估計(jì)。同樣地，如果鄰居信息和/或RX電平測(cè)量值是不可得到的，過(guò)程仍舊能夠通過(guò)使用CI/CI+TA位置估計(jì)提交位置估計(jì)。
本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠有效地使用RX電平和TA測(cè)量值。這個(gè)信息當(dāng)前在標(biāo)準(zhǔn)GSM網(wǎng)絡(luò)中提供。時(shí)間提前和RX電平測(cè)量值的組合使用，“虛擬BTS位置估計(jì)”給出在移動(dòng)用戶最高密度的區(qū)域中最精確的位置估計(jì)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，選擇這些估計(jì)之一。在可以得到一個(gè)以上的估計(jì)的場(chǎng)合下，可以提供結(jié)果的平均者加權(quán)。
在可以確定多個(gè)不同的位置估計(jì)的場(chǎng)合下，只可以使用一個(gè)方法。任何適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)則可被使用來(lái)確定哪個(gè)方法要被使用。
雖然本發(fā)明的實(shí)施例具體地是在其中使用多個(gè)不同的定位方法的安排情形下描述的，應(yīng)當(dāng)看到，在某些實(shí)施例中，可以單獨(dú)使用此前描述的不同的定位算法中的一個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，包括以下步驟收集位置信息；選擇多個(gè)不同的定位方法中的至少一個(gè)方法來(lái)提供位置估計(jì)；以及根據(jù)至少一個(gè)選擇的定位方法提供位置估計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)定位方法包括至少一個(gè)以下的方法使用小區(qū)識(shí)別號(hào)信息的方法；使用小區(qū)識(shí)別號(hào)信息和接收信號(hào)強(qiáng)度的方法；使用小區(qū)識(shí)別號(hào)信息和時(shí)間提前信息的方法；以及使用小區(qū)識(shí)別號(hào)信息、接收信號(hào)強(qiáng)度信息和時(shí)間提前信息的方法。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括確定虛擬基站估計(jì)的步驟。
4.當(dāng)權(quán)利要求3從屬于權(quán)利要求2時(shí)，如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述虛擬基站估計(jì)是通過(guò)使用如權(quán)利要求2所述的至少一個(gè)方法確定的。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述虛擬基站位置估計(jì)與至少一個(gè)虛擬測(cè)量值和至少一個(gè)真實(shí)測(cè)量值相聯(lián)系，以及所述至少一個(gè)虛擬測(cè)量值通過(guò)使用定位方法被處理。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中至少一個(gè)真實(shí)測(cè)量值和至少一個(gè)虛擬測(cè)量值通過(guò)使用如權(quán)利要求2中規(guī)定的定位方法被處理。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中虛擬測(cè)量值的數(shù)值是測(cè)量電平、測(cè)量電平的組合、和測(cè)量電平的平均值之一。
8.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述至少一個(gè)定位方法是根據(jù)可獲得的位置信息選擇。
9.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中多個(gè)位置估計(jì)被確定，以及至少一個(gè)估計(jì)被使用來(lái)提供所述位置估計(jì)。
10.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述位置信息由所述移動(dòng)設(shè)備收集。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述移動(dòng)設(shè)備被安排成測(cè)量至少一種類型的信息的電平。
12.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述位置信息包括時(shí)間提前信息和接收信號(hào)電平的至少一項(xiàng)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收信號(hào)電平是絕對(duì)接收信號(hào)電平或相對(duì)接收信號(hào)電平。
14.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述移動(dòng)設(shè)備處在蜂窩通信設(shè)備中。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述信息是為移動(dòng)設(shè)備的服務(wù)的小區(qū)收集的。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其中所述信息是為至少一個(gè)相鄰的小區(qū)收集的。
17.如權(quán)利要求14到16的任一項(xiàng)所述的方法，包括選擇對(duì)于其收集位置信息的那個(gè)小區(qū)或每個(gè)小區(qū)的步驟。
18.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用以下算法被提供通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pir中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算由第i個(gè)BTS發(fā)送的、而同時(shí)傳播到第i個(gè)電平觀察值為L(zhǎng)i的移動(dòng)站的信號(hào)經(jīng)受的總的衰減Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(11)]]>把來(lái)自N個(gè)BTS的電平觀察值堆疊成矢量LL＝[L1，...，LN]T(12)求解最小化問(wèn)題σ^u2x^y^=argminσu2xyF(x,y;σu2)---(13)]]>其中成本函數(shù)F(x，y；σu2)被定義為如下F(x,y;σu2)=lnσu2+ln|rL(x,y)|+1σu2[L-mL(x,y)]TrL-1(x,y)[L-mL(x,y)]---(14)]]>和mL(x,y)=[μL1(x,y),...,μLN(x,y)]T---(15)]]>μLi(x,y)=-PLi(di(x,y))-APtri(ψi(x,y))---(16)]]>[rL(x,y)]ij=1i=jρui,j(x,y)i≠ji,j=1,...,N---(17).]]>
19.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用以下算法被提供通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pir中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算由第i個(gè)BTS發(fā)送的、而同時(shí)傳播到第i個(gè)電平觀察值是Li的移動(dòng)站的信號(hào)經(jīng)受的總的衰減Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(18)]]>把來(lái)自N個(gè)BTS的電平觀察值堆疊成矢量LL＝[L1，...，LN]T(19)求解最小化問(wèn)題x^y^=argminxy∈DxyF(x,y)---(20)]]>其中成本函數(shù)F(x，y)被定義為如下F(x,y)=Σi=1N(Li+PLi(x,y)+APtri(x,y))2---(21)]]>及Dxy是x和y存在的域，計(jì)算 為σ^u2=F(x^,y^)---(22).]]>
20.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用以下算法被提供通過(guò)從第i個(gè)測(cè)量的接收功率Pt中減去由第i個(gè)BTS輻射的最大功率Pit，max，計(jì)算由第i個(gè)BTS發(fā)送的、而同時(shí)傳播到第i個(gè)電平觀察值是Li的移動(dòng)站的信號(hào)經(jīng)受的總的衰減Li=Pri-Pt,maxi;i=1,...,N---(23)]]>通過(guò)從被取為參考的電平觀察值Li中減去第j個(gè)電平觀察值，計(jì)算第j個(gè)電平差值觀察值Dj＝L1-Lj；j＝2，...，N (24)把N-1個(gè)電平觀察值差值堆疊成矢量DD＝[D2，...，DN]T(25)求解最小化問(wèn)題x^y^=argminxy∈DxyF(x,y)---(26)]]>其中F(x,y)=Σj=2N(Dj-μDj(x,y))2-1N(Σj=2NDj-μDj(x,y))2---(27)]]>以及μDj(x,y)=-[PL1(d1(x,y))-PLj(dj(x,y))]-[APtr1(ψ1(x,y))-APtrj(ψj(x,y))]---(28)]]>Dxy是x和y存在的域。
21.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用求解以下的x和y的方程的算法被提供Σi=1NFi(x,y)(x-xi)=0Σi=1NFi(x,y)(y-yi)=0;(x,y)∈D]]>其中Fi(x,y)=2Bi/Ci(d0)(2π)3/2σuiln10exp{-12σui2(Bilog10di(x,y)-zi+Ai)2}[di(x,y)]4·[Bi(Bilog10di(x,y)-zi+Ai)2σui2ln10-1].]]>
22.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用求解以下的x和y的方程的算法被提供Σi=1N[-Ii|R|(x-xi)-I~i-1|R|{(xi)2x-xiyi(y-yi)}]=0Σi=1N[-Ii|R|(y-yi)-(I~i-1)|R|{(yi)2y-xiyi(x-xi)}]=0;(x,y)∈D]]>
23.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中位置估計(jì)通過(guò)使用基于以下方程的算法被提供x^=Σi=1NxiIi0Σi=1N1Ii0;y^=Σi=1NyiIi0Σi=1N1Ii0;(x^,y^)∈D.]]>
24.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述位置估計(jì)是通過(guò)迭代方法或閉式方法之一被提供的。
25.如任一前述的權(quán)利要求所述的方法，其中所述位置估計(jì)是通過(guò)線性方法或非線性方法之一提供的。
26.一種用于估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的系統(tǒng)，包括用于收集位置信息的裝置；用于選擇多個(gè)不同的定位方法中的至少一個(gè)方法來(lái)提供位置估計(jì)的裝置；以及用于根據(jù)至少一個(gè)選擇的定位方法提供位置估計(jì)的裝置。
全文摘要
估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，包括收集位置信息；選擇多個(gè)不同的定位方法中的至少一個(gè)方法來(lái)提供位置估計(jì)；以及根據(jù)至少一個(gè)選擇的定位方法提供位置估計(jì)。
文檔編號(hào)G01S5/12GK1668936SQ02829561
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者薩米·波克, 毛利茲奧·斯佩里托 申請(qǐng)人:諾基亞公司