專利名稱：對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法。
背景技術(shù)：
目前主流通訊服務(wù)提供商絕大部分采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)就是把MS(移動(dòng)臺)的服務(wù)區(qū)別分為一個(gè)個(gè)正六邊形的子區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)一個(gè)基站，形成了形狀酷似“蜂窩”的結(jié)構(gòu)。常見的蜂窩網(wǎng)絡(luò)類型有GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)、CDMA(碼分多址)網(wǎng)絡(luò)、3G(第三代移動(dòng)通信)網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位方法根據(jù)定位所用參數(shù)不同，可分為SSOA(場強(qiáng)測量法)、ESSOA(增強(qiáng)型場強(qiáng)測量法)/FingerPrint(多徑指紋法)、AOA(到達(dá)角度測量法)、TOA/TDOA(到達(dá)時(shí)間/時(shí)間差測量法)及混合參數(shù)定位方法等?，F(xiàn)有技術(shù)中的基于TOA的定位方法的原理示意圖如圖1所示，具體處理過程為首先測量多個(gè)BS(基站)與MS(移動(dòng)臺)之間的相對距離，然后，以已知的BS位置坐標(biāo)為圓心、以測量得到的BS與MS間相對距離為半徑做圓，多個(gè)BS進(jìn)行相同操作可以得到一組相交的圓，最后通過某一特定算法(如最小二乘準(zhǔn)則算法、最大似然準(zhǔn)則算法等)計(jì)算得到該組相交的圓的交點(diǎn)，該交點(diǎn)即為MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值。
上述現(xiàn)有技術(shù)的基于TOA的定位方法的缺點(diǎn)為該方法獨(dú)立考慮各BS與MS間的距離估計(jì)，沒有充分利用各個(gè)BS間、BS與MS間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所提供的冗余信息。該方法測量得到的MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值的精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法，從而可以提高M(jìn)S的定位精度，對MS進(jìn)行比較精確的定位。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法，包括步驟A、根據(jù)移動(dòng)臺MS與各個(gè)基站BS之間的距離估計(jì)值獲得MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值；通過迭代過程對所述MS與各個(gè)基站BS之間的距離估計(jì)值、MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行多次更新；B、當(dāng)所述獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，將所述最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值。
所述的步驟A具體包括A1、利用到達(dá)時(shí)間TOA測量方法獲得MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值；根據(jù)該MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值通過設(shè)定算法獲得MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值信息；A2、根據(jù)所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值對所述MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行更新，并根據(jù)更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新。
所述的步驟A2具體包括A21、根據(jù)所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值和各個(gè)BS的位置坐標(biāo)信息，獲得更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值；A22、將所述更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值和更新前的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行算術(shù)平均，根據(jù)算術(shù)平均后獲得的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值通過設(shè)定算法，對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新；A23、根據(jù)所述更新后的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值再次對所述MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行更新，并再次通過所述設(shè)定算法對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新；通過迭代過程重復(fù)進(jìn)行上述過程。
所述的設(shè)定算法具體包括最小二乘準(zhǔn)則算法或最大似然準(zhǔn)則算法。
所述的步驟B具體包括當(dāng)所述獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，停止所述迭代過程；將所述最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值，將所述最后獲得的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值確定為MS與各個(gè)BS之間的最終估計(jì)值。
所述的方法適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)或碼分多址CDMA網(wǎng)絡(luò)或第三代移動(dòng)通信3G網(wǎng)絡(luò)。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過綜合考慮包括BS和MS的位置信息在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論，并基于最小二乘準(zhǔn)則算法提出了一種新型迭代方式的對MS進(jìn)行定位的方法，從而可以提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)中MS的定位精度，對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中MS進(jìn)行比較精確的定位。本發(fā)明通過設(shè)定的算法進(jìn)行模擬計(jì)算，可以節(jié)約BS的資源。


圖1為基于TOA的定位方法的原理示意圖；圖2為本發(fā)明所述方法的實(shí)施例的原理示意圖；圖3為本發(fā)明所述方法的實(shí)施例的具體處理流程圖；圖4為本發(fā)明所述方法的實(shí)施例中MS位置誤差與迭代次數(shù)的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法。
下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明所述方法，本發(fā)明所述方法的實(shí)施例的原理示意圖如圖2所示，該實(shí)施例的具體處理流程如圖3所示，包括如下步驟步驟3-1通過TOA測距技術(shù)獲得BS與MS間第一類距離估計(jì)值Ri。
在該實(shí)施例中，不失一般性定位基站的個(gè)數(shù)取5個(gè)，分別為BSi(i＝1，2，...5)。
假定基站BSi(i＝1，2，...5)位置坐標(biāo)為(xi，yi)，移動(dòng)臺MS真實(shí)位置坐標(biāo)為(x，y)。
首先，利用蜂窩定位網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的TOA測距技術(shù)分別獲取BSi(i＝1，2，...5)與MS間距離估計(jì)值Ri(i＝1，2，...5)，本發(fā)明將該Ri(i＝1，2，...5)稱之為第一類直接距離估計(jì)。
步驟3-2通過最小二乘準(zhǔn)則算法，利用Ri獲得MS位置坐標(biāo)的中間估計(jì)值MS’，再次獲得MS’與BS間第二類距離估計(jì)值。
利用上述獲得的第一類直接距離估計(jì)Ri(i＝1，2，...5)以及各BS和MS間位置關(guān)系，通過最小二乘準(zhǔn)則算法來繼續(xù)獲得額外的定位信息。比如，獲得MS位置坐標(biāo)的中間估計(jì)值MS’(x’，y’)，以及MS’與BS間第二類距離估計(jì)值。
下面介紹上述最小二乘準(zhǔn)則算法的具體算法，以BS1為例，若考慮使用所有估計(jì)值Ri(i＝1，2，...5)來計(jì)算MS位置坐標(biāo)，則計(jì)算MS位置坐標(biāo)MS’(x’，y’)的計(jì)算公式為
x^y^=(HTH)-1HTb,H=x2y2x3y3......x5y5,b=12x22+y22-R22+R12x32+y32-R32+R12...x52+y52-R52+R12,]]>(公式1)根據(jù)計(jì)算得到的MS位置坐標(biāo)MS’(x’，y’)和已知的基站BSi(i＝1，2，...5)位置坐標(biāo)為(xi，yi)，可以得到MS’與BSi間第二類距離估計(jì)值Ri’＝|MS’-BSi|。
步驟3-3、利用算術(shù)平均處理兩類估計(jì)值，獲得更新的MS’與BSi間距離估計(jì)值。
上述獲得的第一類距離估計(jì)值、第二類距離估計(jì)值之間具有統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的特性，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論可知，取隨機(jī)樣值空間內(nèi)多個(gè)獨(dú)立樣值的數(shù)學(xué)平均可以降低樣值分布的方差。因此，上述得到的兩類距離估計(jì)值的算術(shù)平均值的偏移度更小，相對兩類距離估計(jì)值本身而言更接近真實(shí)距離值。
因此，計(jì)算上述獲得的第一類距離估計(jì)值與第二類距離估計(jì)值的算術(shù)平均值Ri*＝Ri+Ri’/2，(i＝1，2，...5)，將獲得的Ri*作為更新的MS’與BSi間距離估計(jì)值。
步驟3-4通過最小二乘準(zhǔn)則算法，利用獲得的更新的MS’與BS間距離估計(jì)值重新計(jì)算MS位置坐標(biāo)，直到MS位置坐標(biāo)趨于穩(wěn)定。
將上述獲得的更新的距離估計(jì)值Ri*(i＝1，2，...5)代入到上述公式1中，重新計(jì)算出MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值，該MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值在精度上將有所改善。
然后，根據(jù)重新計(jì)算出的MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值和已知的基站BSi(i＝1，2，...5)位置坐標(biāo)為(xi，yi)，重新計(jì)算MS’與BSi間的距離估計(jì)值，再繼續(xù)重新計(jì)算MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值，即通過迭代過程反復(fù)計(jì)算MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值。
當(dāng)MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值的更新變化趨于平緩時(shí)，即獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，迭代算法到達(dá)其收斂點(diǎn)，終止上述迭代過程。并將最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值，將所述最后獲得的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值確定為MS與各個(gè)BS之間的最終估計(jì)值。
本發(fā)明提供了一個(gè)本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例是在MATLAB平臺上的仿真結(jié)果。
在該實(shí)施例中，設(shè)置TOA估計(jì)誤差分別取100、150、200及250m2的正態(tài)分布。五個(gè)定位BS均勻分布在MS周圍，與MS間的平均距離為1000m。
在該實(shí)施例中MS位置誤差與迭代次數(shù)的關(guān)系示意圖如圖4所示，仿真評估標(biāo)準(zhǔn)是在不同強(qiáng)度的TOA噪聲干擾下計(jì)算的。以TOA噪聲方差為250m2/C2(C表示為光速)為例，使用上述本發(fā)明所述方法的處理流程后，通過四次迭代可以達(dá)到算法的收斂點(diǎn)，MS位置坐標(biāo)的估計(jì)值的平均誤差(ALE)由原來的250m左右下降到210m左右，最大改善比例為16％左右，由此驗(yàn)證本發(fā)明所述方法能夠顯著地改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)中MS的定位精度。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法，其特征在于，包括步驟A、根據(jù)移動(dòng)臺MS與各個(gè)基站BS之間的距離估計(jì)值獲得MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值；通過迭代過程對所述MS與各個(gè)基站BS之間的距離估計(jì)值、MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行多次更新；B、當(dāng)所述獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，將所述最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟A具體包括A1、利用到達(dá)時(shí)間TOA測量方法獲得MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值；根據(jù)該MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值通過設(shè)定算法獲得MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值信息；A2、根據(jù)所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值對所述MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行更新，并根據(jù)更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟A2具體包括A21、根據(jù)所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值和各個(gè)BS的位置坐標(biāo)信息，獲得更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值；A22、將所述更新后的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值和更新前的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行算術(shù)平均，根據(jù)算術(shù)平均后獲得的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值通過設(shè)定算法，對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新；A23、根據(jù)所述更新后的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值再次對所述MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值進(jìn)行更新，并再次通過所述設(shè)定算法對所述MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行更新；通過迭代過程重復(fù)進(jìn)行上述過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的設(shè)定算法具體包括最小二乘準(zhǔn)則算法或最大似然準(zhǔn)則算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述的步驟B具體包括當(dāng)所述獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，停止所述迭代過程；將所述最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值，將所述最后獲得的MS與各個(gè)BS之間的距離估計(jì)值確定為MS與各個(gè)BS之間的最終估計(jì)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)或碼分多址CDMA網(wǎng)絡(luò)或第三代移動(dòng)通信3G網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對移動(dòng)臺進(jìn)行定位的方法，該方法主要包括根據(jù)MS(移動(dòng)臺)與各個(gè)BS(基站)之間的距離估計(jì)值獲得MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值；通過迭代過程對所述MS與各個(gè)基站BS之間的距離估計(jì)值、MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值進(jìn)行多次更新；當(dāng)所述獲得的多個(gè)MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值之間的差值的平均值小于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，將所述最后獲得的MS的位置坐標(biāo)的估計(jì)值確定為MS的位置坐標(biāo)的最終估計(jì)值。利用本發(fā)明所述方法，從而可以提高M(jìn)S的定位精度，對MS進(jìn)行比較精確的定位。
文檔編號H04W64/00GK1953610SQ20061012785
公開日2007年4月25日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者李美 申請人:華為技術(shù)有限公司