專利名稱：一種提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蜂窩網(wǎng)絡定位技術、超寬帶(UWB)定位技術。
背景技術：
現(xiàn)有的蜂窩定位技術主要有以下幾種小區(qū)標識(CELL ID)、信道強度測量、到達角度(AOA)測量、上行到達時間差測量、下行觀察時間差測量(如E-OTD、OTDOA等)、混合測量(如OTDOA+AOA，AOA+RTT)、數(shù)據(jù)庫相關、基于模式識別的定位技術。
多數(shù)情況下定位技術的精確度主要取決于信號帶寬、傳播信道模型和可用的測量數(shù)據(jù)數(shù)量?，F(xiàn)有的基于GSM蜂窩網(wǎng)絡定位測量數(shù)據(jù)顯示在市區(qū)上述各種定位技術的精確度約在100～300米范圍內?；谑謾C的衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GPS)定位系統(tǒng)是目前流行應用的定位方法，它的定位精確度約為100米。不斷提高定位精確度一直是定位技術研究的目標，高的定位精確度能夠促進定位業(yè)務的發(fā)展。
UWB技術是一種基于離散的極窄脈沖信號傳播的無線通信技術，它在定位應用上具有顯著優(yōu)勢。理論上，基于UWB技術的定位算法精確度可達到約5厘米。當前，基于UWB技術的無線USB標準化工作發(fā)展迅速，而今天USB標準的大規(guī)模應用也預示著未來支持UWB接口的通訊設備會十分廣泛。當MT支持UWB傳輸方式時，由于UWB技術自身的特點多個MT之間可很容易地實現(xiàn)直接通信(不通過基站)。而事實上，支持自組織(ad hoc)方式的蜂窩網(wǎng)絡也是第四帶移動通信系統(tǒng)研究的目標之一。本發(fā)明是在多個MT可以UWB傳輸方式直接通信的情況下提出的。相對于蜂窩定位，基于UWB技術的定位誤差可以忽略，本發(fā)明正是利用DT與兩個以上的參考終端之間的基于UWB定位的相對距離提高DT蜂窩定位的精確度。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法，從而提高蜂窩網(wǎng)絡中的移動站的定位精度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法，包括步驟(1)在所述蜂窩網(wǎng)絡將要確定移動終端DT的位置時，所述移動終端在超寬帶通信范圍內尋找兩個定位參考點(DT-A，DT-B)，并且與定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B構成三角形，從而它們彼此之間以超寬帶傳輸方式直接通信；(2)通過基于超寬帶的測距方法測量移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B之間的距離以及所構成的三角形的各個角的角度，并且計算所構成的三角形的外心O；(3)所述蜂窩網(wǎng)絡多次測量所述移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B的位置坐標的估計位置A’，B’和C’，從而得到多組的位置坐標信息；(4)以步驟(2)所得到的外心O為圓心得到任意半徑的圓，并且從所述得到的多組位置坐標信息中尋找位于以所述外心O為圓心的圓上的一組位置A’，B’和C’，或者接近以所述外心O為圓心的圓上的一組位置A’，B’和C’，從而得到滿足要求的位置坐標AO點、BO點和CO點；(5)確定坐標AO點、BO點和CO點所構成的三角形的外心O’點；(6)利用步驟(2)中得到的移動終端DT、定位參考點DT-A和定位參考點DT-B之間的距離以及所構成的三角形的各個角的角度，并且利用外心O’，得到移動終端DT的實際位置。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在步驟(3)中測量三組位置坐標信息。
根據(jù)本發(fā)明，當蜂窩網(wǎng)絡要確定DT的位置(即A點)時，DT首先在UWB通信范圍內尋找兩個MT(MT_A和MT_B)作為定位參考點，MT_B和MT_C分別位于B點和C點。DT、MT_B和MT_C彼此能夠以UWB傳輸方式不通過基站(或NodeB或接入點(AP))而直接通信。首先，通過基于UWB的測距方法測量DT、MT_B和MT_C彼此之間的距離(即AB、AC和BC)，該過程等效于確定了一個三角形ABC，然后計算三角形ABC的外心(O點)。然后，蜂窩系統(tǒng)利用現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡定位技術分別估計A點、B點和C點的位置坐標，估計的位置分別表示為A’，B’和C’。多次測量后存儲三組估計的位置信息。隨后，以O點為圓心可得到任意半徑的圓，在三組測量信息中尋找位于以O點為圓心的任意圓上的三點，或十分接近以O點為圓心的任意圓的三點，所找到的滿足要求的三點表示為AO點，BO點和CO點。確定AO點，BO點和CO點后，求三角形AO BO CO的外心O’點。最后，利用三角形ABC的邊和角及O’點的坐標信息確定DT的實際位置。
移動終端DT在超寬帶通信范圍內也可以尋找大于兩個的定位參考點。當定位參考點大于兩個時，DT與所有定位參考點中的任意兩個形成三角形，每次定位步驟均如(1)～(6)所述。所能構成的三角形數(shù)決定著DT的測量次數(shù)。最后，對多次測量的DT位置坐標求平均。


下面參照附圖并結合實例來描述本發(fā)明的提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度方法的原理圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的位置誤差與測量次數(shù)之間的關系曲線。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度方法的原理圖。參看圖1，X-Y坐標系上在基站T1的小區(qū)范圍存在A點、B點和C點三點，它們分別表示移動終端DT、MT_B、MT_C的真實位置。蜂窩網(wǎng)絡需要測量DT的位置，而MT_B和MT_C是輔佐測量的，因此A為目標點，B和C為參考點。
DT、MT_B、MT_C均支持UWB無線傳輸方式，它們可構成一個簡單的獨立的自組織網(wǎng)絡，網(wǎng)絡協(xié)議設計支持定位功能。采用UWB定位算法分別測得DT和MT_B之間的距離AB、DT和MT_C之間的距離AC、MT_B和MT_C之間的距離BC。確定邊長AB、AC和BC即確定了三角形ABC，隨后確定三角形ABC的外心O點。網(wǎng)絡記錄三角形ABC邊與角以及外心O點的信息。
蜂窩網(wǎng)絡可采用傳統(tǒng)的幾何定位算法(如OTDOA算法)分別測量DT、MT_B和MT_C的位置，即利用基站T1、T2和T3的位置坐標測量估計A、B和C點的坐標。經過多次測量得到三組DT、MT_B和MT_C的位置估計信息A’、B’和C’，網(wǎng)絡存儲這些信息。
網(wǎng)絡在三組測量信息(A’、B’和C’)中尋找位于以O點為圓心的任意圓上的三點，或十分接近以O點為圓心的任意圓的三點，所找到的三點命名為AO點，BO點和CO點。尋找AO，BO和CO三點的具體方法是由三組測量信息中任意選三點構成一個三角形，在多個構建的三角形中尋找與三角形ABC相似或“擬相似”的三角形，構成相似或擬相似三角形的三點就是要獲得的AO點，BO點和CO點。擬相似指不完全相似，但在一定的三角形角度誤差范圍內滿足相似定義的三角形。
確定AO點，BO點和CO點后，求三角形AO BO CO的外心O’點。最后，利用三角形ABC的邊和角及O’點坐標信息確定DT的位置。
上面描述了所發(fā)明提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度方法一個實例，下面是實例在一定條件下的仿真結果。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的位置誤差與測量次數(shù)之間的關系曲線。從圖2可以看出，當蜂窩定位誤差精度為100米或50米(即圖2中的△d)時，采用本發(fā)明提出的方法后，定位精確度大大提高，如圖2所示。當進行5次測量時，前者定位誤差從100米減小到10米左右，后者定位誤差從50米減小到5米左右，而隨著測量次數(shù)增加，位置誤差逐漸減小。當測量目標點和參考點之間距離時所采用的UWB信號帶寬越寬(500MHz～7.5G)，采用本發(fā)明所測量的位置誤差越小，也即是改善蜂窩定位誤差的程度越大。
權利要求
1.一種提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法，包括步驟(1)在所述蜂窩網(wǎng)絡將要確定移動終端DT的位置時，所述移動終端在超寬帶通信范圍內尋找兩個定位參考點(DT-A，DT-B)，并且與定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B構成三角形，從而它們彼此之間以超寬帶傳輸方式直接通信；(2)通過基于超寬帶的測距方法測量移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B之間的距離以及所構成的三角形的各個角的角度，并且計算所構成的三角形的外心O；(3)所述蜂窩網(wǎng)絡多次測量所述移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B的位置坐標的估計位置A’，B’和C’，從而得到多組的位置坐標信息；(4)以步驟(2)所得到的外心O為圓心得到任意半徑的圓，并且從所述得到的多組位置坐標信息中尋找位于以所述外心O為圓心的圓上的一組位置A’，B’和C’，或者接近以所述外心O為圓心的圓上的一組位置A’，B’和C’，從而得到滿足要求的位置坐標A0點、B0點和C0點；(5)確定坐標A0點、B0點和C0點所構成的三角形的外心O’點；(6)利用步驟(2)中得到的移動終端DT、定位參考點DT-A和定位參考點DT-B之間的距離以及所構成的三角形的各個角的角度，并且利用外心O’，得到移動終端DT的實際位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟(3)中測量三組位置坐標信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B利用超寬帶傳輸方式構成一個獨立的自組織網(wǎng)絡，并且利用超寬帶定位算法精確地測量它們之間的距離。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述蜂窩網(wǎng)絡利用幾何定位算法分別測量移動終端DT、定位參考點DT-A以及定位參考點DT-B的位置坐標。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高蜂窩網(wǎng)絡定位精度的方法，包括移動終端在超寬帶通信范圍內尋找兩個定位參考點(DT－A，DT－B)，并且與DT－A以及DT－B構成三角形，從而它們彼此之間以超寬帶傳輸方式直接通信；通過基于超寬帶的測距方法測量DT、DT－A以及DT－B之間的距離以及所構成的三角形的各個角的角度，并且計算所構成的三角形的外心O；蜂窩網(wǎng)絡多次測量DT、DT－A以及DT－B的位置坐標的估計位置，從而得到多組的位置坐標信息；以所得到的外心O為圓心得到任意半徑的圓，并且從所述得到的多組位置坐標信息中尋找位于以所述外心O為圓心的圓上的一組位置，或者接近以所述外心O為圓心的圓上的一組位置，從而得到滿足要求的位置坐標A
文檔編號H04W64/00GK1747605SQ200510114748
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權日2005年10月26日
發(fā)明者陶小峰, 張平, 崔琪楣, 張月霞, 張新宇, 余雯, 劉寶玲 申請人:北京郵電大學