专利名称：无线通信定位方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信定位方法，尤其涉及一种用于获得一行动装置的估测位置的无线通信定位方法。
背景技术：
随着无线通信的发达，已知技术已提出许多无线定位算法，用来估测一行动装置的位置，包含藉由至少一基地台来量测行动装置的抵达时间(time of arrival)、抵达角度(angle of arrival)、抵达信号强度(signal strength)以及抵达时间差(timedifference of arrival)等。再者,无线定位将受限于传输环境的影响,例如信道中的噪声、多路径传输、多重接收干扰及直线视距中的屏障，而且在无线信号的传输过程中，难免会遭遇不必要的反射或绕射影响，无法准确地量测到行动装置和基地台之间的直线视距(line of sight)，换句话说，非视距环境将严重地影响无线定位算法的精准度。在已知技术中，已提供了通过多个基地台分别量测对应于行动装置一反馈信号的抵达时间，用以形成多个圆方程式，并将多个圆方程式代入一泰勒级数算法(Taylorseries algorithm)来求解多个圆方程式的交点。然而，这些交点为非线性方程式，必须通过迭代法及占用较长的运算时间，以估算行动装置的估测位置，造成实际上运用的限制，浪费过多的运算时间及硬件资源。

发明内容
在此提供一种无线通信定位方法，其适用于一无线通信定位系统。通过有效降低运算上的复杂度，此方法可以减少运算时间及占用的硬件资源，同时又能提高估测行动装置的估测位置的精准度。于一实施例中，公开一种无线通信定位方法，用来获得一行动装置的一估测位置，该无线通信定位方法包含有获得该行动装置相对于多个基地台当中的一基地台的一抵达角度，并获得沿该抵达角度从该基地台延伸的一抵达线；获得该行动装置分别相对该多个基地台的多个量测距离，并获得该多个量测距离分别对应的多个量测圆；根据该多个量测圆，产生多条位置线；以及根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置。于另一实施例中，更公开一种无线通信定位方法，用来获得一行动装置的一估测位置。该无线通信定位方法包含有:获得一抵达线，该抵达线延伸通过多个基地台当中的一基地台与该行动装置；获得该多个基地台分别对应的多个量测圆，其中该量测圆依据该行动装置分别相对该多个基地台的多个量测距离所产生；根据该多个量测圆，产生多条位置线；以及根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置。


图1A为本发明实施例一无线通信定位系统的示意图。
图1B为本发明实施例另一无线通信定位系统的示意图。图2为本发明实施例一无线通信定位方法的流程示意图。图3为本发明实施例一距离权重方法的流程示意图。图4为本发明实施例一排序平均方法的流程示意图。图5为本发明实施例一排序权重方法的流程示意图。图6为本发明实施例一界限值方法的流程示意图。图7为本发明的仿真范例与已知技术在CDSM模型中的差异的累积机率分布图。图8为本发明的仿真范例与已知技术在CDSM模型中所需计算时间的示意图。图9为本发明的仿真范例与已知技术在CDSM模型中估测位置均方根比较的示意图。图10为本发明的仿真范例与已知技术在距离相依误差模型中依不同比例常数的示意图。图11为本发明的仿真范例与已知技术在距离相依误差模型中比例常数为0.13时的累积机率分布图。图12为本发明的仿真范例与已知技术在均匀分布模型中依不同的固定区间上限值的示意图。图13为本发明的仿真范例 与已知技术在均匀分布模型中固定前述的固定区间上限值的累积机率分布图。其中，附图标记说明如下:10、12无线通信定位系统20无线通信定位流程200、202、204、206、208、210、300、步骤302、304、306、308、400、402、404、406、408、410、500、502、504、506、508、510、600、602、604、606、608、61030距离权重流程40排序平均流程50排序权重流程60界限值流程BSl BS7基地台C1、C2、C3量测圆D1、D2、D3量测距离LI抵达线L12、L13、L23位置线P1、P2、P3&P4交点Zone合适区域
具体实施方式
请参考图1A，图1A为本发明实施例一无线通信定位系统10的示意图。在本实施例中，无线通信定位系统10包含三个基地台BSl、BS2、BS3，以及一行动装置(未显示)。基地台BS1、BS2、BS3为行动装置附近的三个基地台，其中基地台BSl为离行动装置最近的基地台，或是所谓的服务基地台(serving base station)。在此,为了方便说明仅以三个基地台作为举例性，不同情况下也可为七个或其它合适个数，如图1B所示，通过七个基地台BSl BS7构成另一无线通信定位系统12，非用以限制本发明的范畴。请参照图2，其显示依据一实施例的无线通信定位流程20，其可应用于图1A所示的无线通信定位系统10中，用于获得上述行动装置的一估测位置。无线通信定位流程20包含以下步骤:步骤200:开始。步骤202:获得行动装置相对于基地台BSl、BS2、BS3当中的一基地台BSl的一抵达角度Θ，并获得以抵达角度Θ从基地台BSl延伸的一抵达线LI。步骤204:获得行动装置分别相对基地台BS1、BS2、BS3的量测距离Dl、D2、D3，并获得量测距离Dl、D2、D3分别对应的量测圆Cl、C2、C3。步骤206:根据量测圆(:1、02、03，产生位置线1^12、1^13、1^23。步骤208:根据位置线L12、L13、L23以及抵达线LI，计算行动装置的估测位置。步骤210:结束。详细来说，于无线通信定位流程20中，基地台BS1、BS2、BS3通过无线传输和行动装置取得沟通来交换无线信号。因此，此流程可由基地台BS1、BS2、BS3以及行动装置合作进行。更具体而言，每一步骤可分别由行动装置或基地台BS1、BS2、BS3之一者执行。或是每一步骤由基地台BS1、BS2、BS3计算部分信息，再提供给行动装置，行动装置继而可计算其它信息。最后，行动装置及/或基地台可再计算其估测位`置。首先，于步骤202中，可先量测行动装置与基地台BSl之间的抵达角度Θ，再以基地台BSl为起点、抵达角度所对应的一斜率来从基地台BSl的两侧延伸，以形成抵达线LI。较佳地，此抵达角度Θ的信息可由基地台BSl计算并提供给行动装置。行动装置于获得抵达角度Θ后，继而可计算出抵达线LI。或是，抵达角度Θ与抵达线LI均由基地台BSl计算，并且基地台BSl提供抵达线LI给行动装置。于步骤204中，获得该行动装置分别相对三个基地台BS1、BS2、BS3的三个量测距离Dl、D2、D3，并根据此三个量测距离Dl、D2、D3，分别产生对应此三个基地台BSl、BS2、BS3的三个量测圆。具体言之，可首先分别获得三个基地台BS1、BS2、BS3与行动装置之间的无线信号的抵达时间T1、T2、T3，再将抵达时间Τ1、Τ2、Τ3转换为量测距离D1、D2、D3。而转换的方式譬如可分别将此三个抵达时间乘上无线信号的传输速度(光速)得到量测距离D1、D2、D3。最后，再分别以基地台BS1、BS2、BS3为圆心、量测距离D1、D2、D3为半径，来形成对应于三个基地台BS1、BS2、BS3的三个量测圆C1、C2、C3。较佳地，量测距离D1、D2、D3与量测圆Cl、C2、C3可分别先由基地台BS1、BS2、BS3计算而得，再提供给行动装置。或是基地台BS1、BS2、BS3获得并计算部分信息(譬如至少是抵达时间Tl、T2、T3)，再提供给行动装置计算其它部分信息(譬如是至少是量测圆Cl、C2、C3)。于步骤206中，量测圆C1、C2、C3中任二量测圆间相交于二交点，且二交点形成一位置线，据以在三个量测圆Cl、C2、C3间产生三条位置线L12、L13、L23。三条位置线L12、L13、L23的信息可分别由基地台BS1、BS2、BS3计算而得，再提供给行动装置，或是也可以由行动装置计算。于步骤208中，于位置线L12、L13、L23与抵达线LI中，其任二者间相交于一点，据以产生第一位置交点P1、P2、P3及P4，并再依据第一位置交点P1、P2、P3及P4获得行动装置的估测位置。较佳地，可通过量测圆C1、C2、C3共同交集的区域来形成一合适区域Zone，并从第一位置交点P1、P2、P3及P4中挑选位于合适区域Zone的交点为第二位置交点P1、P2与P3，以排除较不可能的位置交点，并可通过减少位置交点数量来简化计算量。接下来，可将第二位置交点P1、P2与P3再代入不同的算法中，例如一距离权重法、一排序平均法、一排序权重法以及一界限值法等，以计算行动装置的估测位置。步骤208较佳由行动装置实施，也可由基地台实施。值得注意的是，若没有任何误差，三条位置线L12、L13、L23与抵达线LI可能交于同一点，此即正确行动台的位置。然而，由于在非视距效应的影响下，第一位置交点会散落于某个范围，与正确的位置有所误差。再者，考虑到非视距效应，根据抵达时间并无法测量到直线视距的真正距离，也就是说量测距离Dl、D2、D3会大于真实距离，因此我们可以预期，真正的行动台位置，会落在这些根据量测距离所形成的量测圆Cl、C2、C3的交集区域(即合适区域Zone)中。因此，通过从第一位置交点P1、P2、P3及P4中挑选位于合适区域Zone的交点为第二位置交点P1、P2与P3，可以较精确地计算行动装置的估测位置。综合上述，根据无线通信定位流程20，可以获得三条位置线L12、L13、L23与一抵达线LI等相关信息，进而估测行动装置所在位置。此外，于计算的过程中，可更通过合适区域来过滤交点，以进一步增加精确度或简少计算量。进一步，图2所示的无线通信定位流程20的步骤208，根据位置线L12、L13、L23以及抵达线LI，计算行动装置的估测位置，更可衍生为一距离权重流程30，以继续代入距离权重法而计算行动装置的估测位置。如图3所示，其显示依据一实施例的距离权重流程30，包含以下步骤:步骤300:开始。步骤302:依据多个第二位置交点求得一平均位置。步骤304:依据第二位置交点分别相对平均位置的多个相对距离而获得多个权重值。步骤306:依据多个权重值以及多个第二交点位置，计算行动装置的估测位置。步骤308:结束。首先，将无线通信定位流程20中位于合适区域Zone的多个第二位置交点(于图1A的实施例中即为交点P1、P2及P3)，代入距离权重流程30。为了方便起见，在此之后将第二位置交点简称为交点；另外，在此之后所用的公式中，代号N代表所有交点的总共数量，而代号i代表所有交点中某一交点，且每一交点皆包含一 X轴坐标及一 Y轴坐标。以图1A所示的实施例来说明，N = 3且多个交点表示为Pl (X1, Yi)、P2(X2，Y2)、 P3 (X3, Y3) ο于步骤302中，利用公式
权利要求
1.一种无线通信定位方法，用来获得一行动装置的一估测位置，其特征在于，该无线通信定位方法包含有: 获得该行动装置相对于多个基地台当中的一基地台的一抵达角度，并获得从该基地台沿该抵达角度延伸的一抵达线； 获得该行动装置分别相对该多个基地台的多个量测距离，并获得该多个量测距离分别对应的多个量测圆； 根据该多个量测圆，产生多条位置线；以及 根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置。
2.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，根据该多个量测圆，产生该多条位置线的步骤，包含有: 将该多个量测圆中任二量测圆间的二交点连接成线，以产生该多条位置线。
3.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置的步骤，包含有: 依据该抵达线及该多条位置线，产生多个第一位置交点；以及 依据该多个第一位置交点，计算出该行动装置的该估测位置。
4.如权利要求3所述的无线通信 定位方法，其特征在于，依据该多个第一位置交点，计算出该行动装置的该估测位置的步骤包含有: 根据该多个量测圆共同交集区域，产生一合适区域； 从该多个第一位置交点中，挑选位于该合适区域内者，作为多个第二位置交点；以及 依据该多个第二位置交点，计算出该行动装置的该估测位置。
5.如权利要求4所述的无线通信定位方法，其特征在于，依据该多个第二位置交点，计算出该行动装置的该估测位置是依据一距离权重法、一排序平均法、一排序权重法与一界限值法当中之一者来实施。
6.如权利要求4所述的无线通信定位方法，其特征在于，依据该多个第二位置交点，计算出该行动装置的该估测位置包括: 依据该多个第二位置交点求得一平均位置； 依据该第二位置交点分别相对该平均位置的多个相对距离而获得多个权重值；以及 依据该多个权重值以及该多个第二交点位置，计算该行动装置的该位置。
7.如权利要求4所述的无线通信定位方法，其特征在于，依据该多个第二位置交点，计算出该行动装置的该估测位置包括: 依据该多个第二位置交点之间的多个相对距离求得一平均相对距离； 分别将该多个相对距离与该平均相对距离相比较以获得多个权重值；以及 依据该多个权重值以及该多个第二交点位置，计算该行动装置的该位置。
8.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，该抵达线是从该多个基地台中的该基地台以该抵达角度延伸而得。
9.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，获得该行动装置分别相对该多个基地台间的多个量测距离的步骤，包含有: 分别获得该多个基地台与该行动装置之间的多个抵达时间；以及 根据该多个抵达时间，分别产生对应该多个基地台的多个量测距离。
10.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，该多个基地台为三个基地台，其对应产生三个抵达时间、三个量测圆以及三条位置线。
11.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，该多个基地台为七个基地台，对应产生七个抵达时间、七个量测圆以及二十一条位置线。
12.如权利要求1所述的无线通信定位方法，其特征在于，该多个基地台当中的该基地台是离该行动装置最近的基地台。
13.如权利要求4所述的无线通信定位方法，其特征在于，根据该多个量测圆共同交集区域，产生该合适区域的步骤，包含有: 若该多个量测圆无法同时交集于一区域内，选择最多的量测圆所交集的区域作为该合适区域。
14.一种无线通信定位方法，用来获得一行动装置的一估测位置，其特征在于，该无线通信定位方法包含有: 获得一抵达线，该抵达线延伸通过多个基地台当中的一基地台与该行动装置； 获得该多个基地台分别对应的多个量测圆，其中该量测圆依据该行动装置分别相对该多个基地台的多个量测距离所产生； 根据该多个量测圆，产生多条位置线；以及 根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置。
15.如权利要求14所述的无线通信定位方法，其特征在于，根据该多个量测圆，产生该多条位置线的步骤，包含有: 将该多个量测圆中任二量测圆间的二交点连接成线，以产生该多条位置线。
16.如权利要求14所述的无线通信定位方法，其特征在于，根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置的步骤，包含有: 依据该抵达线及该多条位置线，产生多个第一位置交点；以及 依据该多个第一位置交点，计算出该行动装置的该估测位置。
17.如权利要求16所述的无线通信定位方法，其特征在于，依据该多个第一位置交点，计算出该行动装置的该估测位置的步骤包括: 根据该多个量测圆共同交集区域，产生一合适区域； 从该多个第一位置交点中，挑选位于该合适区域内者，作为多个第二位置交点；以及 依据该多个第二位置交点，计算出该行动装置的该估测位置。
18.如权利要求14所述的无线通信定位方法， 其特征在于，该多个基地台当中的该基地台是离该行动装置最近的基地台。
全文摘要
本发明公开了一种无线通信定位方法，用来获得一行动装置的一估测位置，该无线通信定位方法包含有获得该行动装置相对于多个基地台当中的一基地台的一抵达角度，并获得从该基地台沿该抵达角度延伸的一抵达线；获得该行动装置分别相对该多个基地台的多个量测距离，并获得该多个量测距离分别对应的多个量测圆；根据该多个量测圆，产生多条位置线；以及根据该多条位置线以及该抵达线，计算该行动装置的该估测位置。
文档编号G01S5/12GK103207382SQ20121001377
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者陈见生, 林永权 申请人:联咏科技股份有限公司