[发明专利]用于无线通信系统的定位方法及其相关装置

说明书

技术领域

本发明是指一种用于无线通信系统的定位方法及其相关装置，尤指一种用于无线通信系统中根据接收信号强度数据，以图形模型估测一目标装置的位置的方法及其相关装置。

背景技术

在无线通信系统中，定位(Positioning)技术广泛应用于急难救助系统、位置导向式付费系统(Location-based Billing Service)、长者及病患的看护服务、以及消防或战地勤务中人员的定位等，以取得目标物(Target)的位置。收讯时间法(或称信号传送时间，Time ofArrival，TOA)、收讯角度法(AngleofArrival，AOA)及收讯强度法(Received Signal Strength，RSS)为常见的定位技术，收讯时间法是以三个基站所测量的接收信号的传播时间乘上传播速度，分别求得基站与目标物的距离，接着以各个基站为圆心，与目标物的距离为半径画圆，三圆的交会点即目标物的位置；收讯角度法是决定两个基站所测量的接收信号的来源方向，并以各个基站的位置为起点形成直线，两直线的交会点即目标物的位置；收讯强度法是利用三个基站所测量的接收信号强度及预先建立的信号传输衰减模型，分别求得基站与目标物的距离，接着以各个基站为圆心，与目标物的距离为半径画圆，决定目标物的位置。在后文中，可进行定位运算的无线通信系统简称为定位系统。

在室内环境中，由于摆设复杂，其中的无线电信号传播多属于非直视(或称非视线可及，Non-Line of Sight，NLOS)传播，并且多路径(Multipath)效应也相当明显。上述收讯时间法及收讯角度法受多路径效应的影响较大，估测目标物的位置时容易产生误差。相对来说，当目标物移动时，其接收信号强度的变化容易预测，因此收讯强度法较收讯时间法及收讯角度法更适用于室内定位系统。

在室内定位系统中，使用接收信号强度数据定位的算法主要分为两类：样式辨认(Pattern-recognition)算法及模型式(Model-based)算法。在样式辨认算法中，目标物的位置是根据目标物的接收信号强度与已知的多个训练序列点(Training Point)所对应的接收信号强度推算而得，如RADAR算法及LANDMARC算法，详细内容请参考论文“RADAR：An in-building RF-baseduser location and tracking system”in Proc.IEEE INFOCOM 2000，vol.2，Mar.2000及论文“LANDMARC：Indoor location sensing using active RFID”in PerCom’03，Mar.2003。请参考图1，图1为现有技术的无线通信网路10的示意图。无线通信网路10包含有定位系统100、目标装置102及基站(Basestation)AP₁～AP₄。图1中定义基站AP₁～AP₄所在的室内环境为测试区域，划分为多个方形且面积均等的单元，每个单元的四个顶点即训练序列点。于目标装置102尚未进入测试区域时，各基站会先进行离线训练(OfflineTraining)，以取得每一训练序列点的位置所对应的接收信号强度数据，并将这些接收信号强度数据传送至定位系统100中的位置数据库。训练序列点所对应的接收信号强度数据假设为零误差。当目标装置102进入测试区域，目标装置102将会回报对应于各个基站的接收信号强度数据至定位系统100；接着，定位系统100根据接收到的接收信号强度数据，进行RADAR算法或LANDMARC算法，求出目标装置102的位置。

RADAR算法是从位置数据库中，找出与目标装置102所传送的接收信号强度数据最接近的k个接收信号强度数据所对应的k个训练序列点，进行训练序列点的位置的平均运算，以决定目标装置102的位置。然而，每个进行平均的k个训练序列点的数据可靠度不一定相同，取平均将导致定位结果与实际的目标位置之间的误差很大。LANDMARC算法则是进一步对k个训练序列点的位置分配以不同的权重值，再对加权过后的位置取加权平均值，以决定目标装置102的位置；权重值为目标装置102所传送的接收信号强度数据与k个训练序列点中各个训练序列点所对应的接收信号强度数据之间的欧几里得距离(Euclidean Distance)。然而，接收信号强度的欧几里得距离无法正确反映地理上的距离。此外，上述RADAR算法及LANDMARC算法皆未考虑接收信号强度的测量误差，对于定位的精确度的提升效果有限。