專利名稱：室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及定位。具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于使用無(wú)線電信 號(hào)進(jìn)行定位的方法、設(shè)備、模塊、芯片組或計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
對(duì)于使用射頻信號(hào)來(lái)確定設(shè)備的位置存在多個(gè)已知技術(shù)。一些流行的技術(shù)涉及全 球定位系統(tǒng)(GPS)的使用，其中，繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射使得GPS接收機(jī)能夠確定其位 置的射頻信號(hào)。然而，對(duì)于在室內(nèi)確定準(zhǔn)確的位置，GPS通常不是非常有效。一些非GPS定位技術(shù)使得設(shè)備能夠在室內(nèi)確定其位置。然而，這些技術(shù)中的一些 不能確定出準(zhǔn)確的位置，而其他的技術(shù)對(duì)于僅在便攜式設(shè)備中使用而言又太復(fù)雜。例如，在 便攜式設(shè)備中提供執(zhí)行技術(shù)所需的處理功率量可能是不切實(shí)際的，其可能需要執(zhí)行并發(fā)的 功能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種方法，包括在設(shè)備處，從第一地點(diǎn)接收 無(wú)線電信號(hào)；區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位(bearing)；以及 使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種設(shè)備，包括接收機(jī)，被配置用于從第一 地點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)；處理電路，被配置用于區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地 點(diǎn)開(kāi)始的方位；以及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì) 所述設(shè)備的位置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種設(shè)備，包括用于從第一地點(diǎn)接收無(wú)線電 信號(hào)的裝置；用于區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位的裝置；以 及用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種模塊，包括處理電路，被配置用于使用 由接收機(jī)從第一地點(diǎn)接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始 的方位，以及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述接 收機(jī)的位置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種芯片組，包括處理電路，被配置用于使 用由接收機(jī)從第一地點(diǎn)接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi) 始的方位，以及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述接收的無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估 計(jì)所述接收機(jī)的位置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供了一種計(jì)算機(jī)程序，包括用于使用由接收機(jī)從 第一地點(diǎn)接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位的指 令；以及用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述接收機(jī)的位置 的指令。


為了更好地理解本發(fā)明的各種實(shí)施方式，現(xiàn)在將僅通過(guò)示例的方式來(lái)參考附圖， 其中圖1示出了從發(fā)射機(jī)接收無(wú)線電信號(hào)的設(shè)備；圖2A是發(fā)射機(jī)設(shè)備的示意圖；圖2B是接收機(jī)設(shè)備的示意圖；圖3是估計(jì)設(shè)備位置的方法流程圖；圖4示出了用于估計(jì)設(shè)備位置的示意圖；圖5示出了用以定位設(shè)備的第一方位和第二方位；圖6示出了設(shè)備在多樓層環(huán)境中的方位上的可能位置；圖7示出了確定設(shè)備在多樓層環(huán)境中的位置；以及圖8示出了在無(wú)線電信號(hào)被反射時(shí)確定位置。
具體實(shí)施例方式附圖示出了在設(shè)備10處，從第一地點(diǎn)80接收無(wú)線電信號(hào)50 ；區(qū)分所述無(wú)線電信 號(hào)，以便估計(jì)從第一地點(diǎn)80開(kāi)始的方位82 ；以及使用方位82和與無(wú)線電信號(hào)50相獨(dú)立的 約束信息11、17、182來(lái)估計(jì)設(shè)備10的位置。圖1示出了人員92(攜帶接收機(jī)設(shè)備10)，其位于建筑物94的樓層100上的位置 95處。建筑物94例如可以是購(gòu)物中心或會(huì)議中心。發(fā)射機(jī)30位于建筑物94的地點(diǎn)80處。在所示示例中，地點(diǎn)80在建筑物94的天 花板(即，上方的內(nèi)表面)上，但是在其他實(shí)施方式中，發(fā)射機(jī)可以放置在別處，諸如墻壁 上。地點(diǎn)80位于該建筑物的樓層100上用附圖標(biāo)記70表示的點(diǎn)的正上方。發(fā)射機(jī)30 用于使得設(shè)備10的用戶(諸如，人員92)能夠確定其位置95，但這并不必須是發(fā)射機(jī)30所 提供的唯一功能。例如，發(fā)射機(jī)30可以是收發(fā)機(jī)的一部分，該收發(fā)機(jī)用于例如經(jīng)由WLAN無(wú) 線電信號(hào)向設(shè)備10的用戶提供無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)。人員92的位置95通過(guò)沿著方位82 (圖4中示出)指定位置進(jìn)行定義，該方位82 從發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80開(kāi)始延伸通過(guò)設(shè)備10的位置95。方位82由仰角0和方位角小定 義。圖2A示意性地示出了發(fā)射機(jī)30的一個(gè)示例。發(fā)射機(jī)30包括控制器33、發(fā)射機(jī)電 路34和天線陣列36，該天線陣列36包括多個(gè)天線元件32A、32B、32C，其發(fā)射相應(yīng)的無(wú)線電 信號(hào) 50A、50B、50C.。無(wú)線電信號(hào)50可以作為信標(biāo)由發(fā)射機(jī)30周期性地發(fā)射。在所示示例中，單獨(dú)的信號(hào)50通過(guò)天線元件32的陣列36以時(shí)分復(fù)用的方式發(fā) 射。開(kāi)關(guān)38用于按預(yù)定義的順序、每次將天線元件32的每一個(gè)向發(fā)射機(jī)電路34連接。由 此，來(lái)自不同天線元件32A、32B、32C的無(wú)線電信號(hào)50A、50B、50C在幀的不同時(shí)隙中順序地發(fā)射。在附圖中，僅示出了三個(gè)不同移位的天線元件32，但是在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，可以使用更多的天線元件32。工作原型使用分布在半球表面上的16個(gè)貼片(patch)天線元件。為了 能夠確定方位82，在接收機(jī)設(shè)備10處最少需要3個(gè)無(wú)線電信號(hào)。在其他實(shí)施方式中，可以存在與每個(gè)天線元件32相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)發(fā)射機(jī)電路34。在 此實(shí)施方式中，可以并行地發(fā)射信號(hào)50中的一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)信號(hào)50都具有使得其可以被接收機(jī)設(shè)備10區(qū)分的特性。特性可以是諸如代 碼序列之類的信號(hào)本身的特征，其中所述代碼序列已經(jīng)被調(diào)制到載波上；或者特性可以是 信號(hào)相對(duì)于其他信號(hào)的位置的特征，比如其在幀內(nèi)的“時(shí)隙”編號(hào)。在后一情況中，幀的時(shí) 隙中的所有信號(hào)可以具有相同或不同的代碼序列。發(fā)射機(jī)設(shè)備10需要從依賴于各個(gè)天線元件32A、32B、32C的相對(duì)位移的接收信號(hào) 50A、50B、50C獲得“位移信息”。在以下詳述的示例中，位移信息是相位信息。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用卷積碼來(lái)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，如同在碼分多址中那樣。 繼而，可以通過(guò)將預(yù)期的代碼與接收的信號(hào)50進(jìn)行相關(guān)，從而在接收機(jī)設(shè)備10處確定顯式 位移信息。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于為了能夠解析天線元件32之間幾厘米的相對(duì)空間分 隔而需要的位移信息的解析度可能需要超高的碼片速率(例如，大約10GHz量級(jí))，和相應(yīng) 大的帶寬以及相應(yīng)準(zhǔn)確的時(shí)鐘。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于由于位移信息是根據(jù)編碼到載波上的數(shù)據(jù)確定的而不 是根據(jù)載波本身的屬性確定的，所以在接收機(jī)處不需要知道天線元件32的陣列36如何發(fā)射。在另一較簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，使用I-Q調(diào)制(也公知為正交相移調(diào)制)來(lái)對(duì)載波 進(jìn)行調(diào)制。在此調(diào)制技術(shù)中，對(duì)兩個(gè)正交載波(正弦和余弦)分別進(jìn)行幅度調(diào)制，以便定義 符號(hào)。在接收機(jī)設(shè)備10處，兩個(gè)正交載波的幅度被檢測(cè)為復(fù)合采樣，并且確定最接近匹配 的符號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，從不同天線元件發(fā)射的相同信號(hào)將以不同的相位被接收，這要?dú)w因于天 線元件32在不同方向發(fā)射時(shí)的固有相位特性，并且還要?dú)w因于與另一信號(hào)50相比，信號(hào)50 從一個(gè)天線元件到達(dá)接收機(jī)設(shè)備10的附加飛行時(shí)間。此“飛行時(shí)間”信息在接收信號(hào)50 的相位內(nèi)的固有存在使得接收信號(hào)50被處理(如以下更詳細(xì)的描述)，以便確定從發(fā)射機(jī) 30開(kāi)始的接收機(jī)設(shè)備10的方位82。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于為了能夠解析天線元件32之間幾厘米的相對(duì)空間分 隔而需要的位移信息的解析度可能需要大約10GHz量級(jí)的載波頻率，但是可以使用小得多 的調(diào)制速率，并且因此可以使用相應(yīng)小的帶寬和較慢的時(shí)鐘。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于在接收機(jī)設(shè)備10處需要關(guān)于天線陣列36如何發(fā)射的 知識(shí)，因?yàn)楣逃形灰菩畔⑹歉鶕?jù)載波本身的屬性(相位)確定的，并且天線元件32通常在 不同角度以不同相位偏移進(jìn)行發(fā)射。此知識(shí)可以采用陣列傳遞函數(shù)的形式。圖2B示出了接收機(jī)設(shè)備10的示意圖。設(shè)備10例如可以是諸如移動(dòng)無(wú)線電話之 類的手持式電子設(shè)備。設(shè)備10包括處理電路12、存儲(chǔ)設(shè)備14、接收機(jī)16、用戶輸入設(shè)備18 和用戶輸出設(shè)備20。處理電路用于區(qū)分接收機(jī)16從第一地點(diǎn)80接收的無(wú)線電信號(hào)50，估計(jì)從第一地 點(diǎn)80開(kāi)始的方位82 ；以及使用方位82和獨(dú)立于無(wú)線電信號(hào)50的約束信息來(lái)估計(jì)設(shè)備10 的位置。
便攜式設(shè)備本身不需要為了確定其位置而進(jìn)行發(fā)射。此外，其自己可以執(zhí)行以下 所需的處理確定方位82，以及使用該方位和約束信息來(lái)估計(jì)設(shè)備10沿著方位82的位置。處理電路12可以是任何類型的處理電路。例如，處理電路12可以是可編程處理 器，其對(duì)計(jì)算機(jī)程序指令13進(jìn)行解釋并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。備選地，處理電路12例如可以是 具有嵌入式固件的可編程硬件。處理電路12可以是單個(gè)集成電路或集成電路的集合(即， 芯片組)。處理電路12還可以是硬連線的專用集成電路(ASIC)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚，處理電路被描述為是與接收機(jī)分離的實(shí)體。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)處理電路不僅可以涉及設(shè)備的主處理器，而且可以涉及包括在專用接 收機(jī)芯片組中的處理電路，甚至可以涉及包括在主處理器和專用接收機(jī)芯片組中的處理電 路的組合。用于執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施方式的芯片組可以合并入模塊中。這種模塊可以集成在設(shè)備 10中，和/或可以與設(shè)備10分離。處理電路12被連接以從接收機(jī)16接收輸入。接收機(jī)16被配置用于接收射頻信 號(hào)。射頻信號(hào)的傳輸范圍例如可以是100米或更少。例如，射頻信號(hào)可以是802. 11無(wú)線局 域網(wǎng)(WLAN)信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)、超寬帶(UWB)信號(hào)或Zigbee信號(hào)。處理電路12被連接以向存儲(chǔ)設(shè)備14寫入以及從其進(jìn)行讀取。存儲(chǔ)設(shè)備14可以 是單個(gè)存儲(chǔ)器單元或多個(gè)存儲(chǔ)器單元。存儲(chǔ)設(shè)備14可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令13，當(dāng)向處理電路12加載計(jì)算機(jī)程序指令 13時(shí)，其控制設(shè)備10的操作。計(jì)算機(jī)程序指令13可以提供使得設(shè)備能夠執(zhí)行圖3所示方 法的邏輯和例程。計(jì)算機(jī)程序指令13可以通過(guò)電磁載波信號(hào)到達(dá)設(shè)備10，或者從物理實(shí)體21 (諸 如，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、存儲(chǔ)器器件或如CD-ROM或DVD的記錄介質(zhì))拷貝而來(lái)。計(jì)算機(jī)程序指令13提供用于區(qū)分(210)接收機(jī)16從第一地點(diǎn)80接收的無(wú)線電 信號(hào)50，以便估計(jì)(220)從第一地點(diǎn)80開(kāi)始的方位82的指令；以及用于使用方位82和獨(dú) 立于無(wú)線電信號(hào)50的約束信息11、17、182來(lái)估計(jì)(230)接收機(jī)16的位置。處理電路12被連接以從用戶輸入設(shè)備18接收輸入。處理電路12還被連接以向 用戶輸出設(shè)備20提供輸出。用戶輸出設(shè)備20用于向用戶傳達(dá)信息，以及例如可以是顯示 設(shè)備。用戶輸入設(shè)備18和用戶輸出設(shè)備20—起形成用戶接口 22。用戶接口 22可以作為 單個(gè)單元(諸如，觸屏顯示設(shè)備)被提供。圖3示出了用于估計(jì)設(shè)備10的位置的方法。圖2方法的各種實(shí)施方式將在下文 中參照?qǐng)D4到圖8進(jìn)行描述。在下文中，假設(shè)各個(gè)無(wú)線電信號(hào)50A、50B、50C在TDMA幀的不同時(shí)隙中發(fā)送，以及 假設(shè)使用IQ調(diào)制(在此情況中是二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制，因其最具魯棒性)將同一 代碼調(diào)制到信號(hào)上。應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，可以使用不同的信號(hào)類型，而且可能需 要用于區(qū)分信號(hào)的不同方法。在圖3的方法的框200處，設(shè)備10的接收機(jī)16接收無(wú)線電信號(hào)50，其包括第一無(wú) 線電信號(hào)50A、第二無(wú)線電信號(hào)50B和第三無(wú)線電信號(hào)50C。在框210處，設(shè)備10的處理電路12區(qū)分各個(gè)無(wú)線電信號(hào)50。在此示例中，這可以 通過(guò)標(biāo)識(shí)該信號(hào)是在TDMA幀的哪個(gè)時(shí)隙中接收的來(lái)實(shí)現(xiàn)。至少需要區(qū)分三個(gè)相應(yīng)的無(wú)線電信號(hào)50A、50B和50C。處理電路12獲取針對(duì)三個(gè)相應(yīng)的無(wú)線電信號(hào)50A、50B、50C的可比較的復(fù)合采樣 (即，代表同一時(shí)刻的采樣)。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，在發(fā)射無(wú)線電信號(hào)50之前，發(fā)射機(jī)30可以在無(wú)線 電信號(hào)中向設(shè)備10發(fā)射標(biāo)定數(shù)據(jù)15以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中，從而使得設(shè)備10的處理電路 12能夠區(qū)分無(wú)線電信號(hào)50。標(biāo)定數(shù)據(jù)15例如可以作為信標(biāo)信號(hào)由發(fā)射機(jī)30周期性地發(fā) 射。在所述示例中，標(biāo)定數(shù)據(jù)15可以包括區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)，其標(biāo)識(shí)用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的代碼、關(guān) 于TDMA幀的信息，和標(biāo)識(shí)所使用的IQ調(diào)制的可能信息；以及天線陣列標(biāo)定數(shù)據(jù)，所述天線 陣列標(biāo)定數(shù)據(jù)包括對(duì)天線陣列36的傳遞函數(shù)進(jìn)行定義的信息。標(biāo)定數(shù)據(jù)15可以被加密。用于對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)15進(jìn)行解密的密鑰可從遠(yuǎn)程服務(wù)器獲 得。例如，如果發(fā)射機(jī)30是用于提供互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的收發(fā)機(jī)的一部分，則解密密鑰可以從經(jīng) 由該收發(fā)機(jī)可訪問(wèn)的遠(yuǎn)程服務(wù)器獲得。在設(shè)備10還用作移動(dòng)電話的實(shí)施方式中，解密密鑰 可以從連接至移動(dòng)電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程服務(wù)器獲得。備選地，標(biāo)定數(shù)據(jù)15本身可以經(jīng)由移動(dòng)電話 網(wǎng)從遠(yuǎn)程服務(wù)器(而不是從發(fā)射機(jī)30)獲得。在框220，處理電路12估計(jì)方位82?，F(xiàn)在描述一種確定方位82的方法，不過(guò)其他 方法也是可行的。一旦獲得來(lái)自每個(gè)天線元件32的可比較的復(fù)合采樣(即，代表同一時(shí)刻的采樣)， 便可以在處理電路12處形成陣列輸出向量y (n)(也稱為快照)。y(n) = [Xl, x2, . . . , xM1]T,(1)其中Xi是從第i個(gè)發(fā)射天線元件32接收的復(fù)合信號(hào)，n是測(cè)量的索引，M是發(fā)射 元件32在陣列36中的編號(hào)。如果發(fā)射陣列36的復(fù)合陣列傳遞函數(shù)a(9々)(其來(lái)自標(biāo)定數(shù)據(jù)15)已知的話，則 離開(kāi)方向(DoD)可以根據(jù)測(cè)量的快照(snapshot)進(jìn)行估計(jì)。用于估計(jì)假定DoD的最簡(jiǎn)單方式是使用波束形成，即，計(jì)算與所有可能DoD有關(guān)的
接收功率。用于傳統(tǒng)波束形成器的公知公式是
(2)其中，
是接收信號(hào)的協(xié)方差的采樣估計(jì)，a(9，0)是與 DoD(cp，0)有關(guān)的陣列傳遞函數(shù)，cp是方位角，而e是仰角。一旦波束形成器外的的輸出功率被計(jì)算出來(lái)，則在所有可能的DoD中，具有最 高輸出功率的方位角和仰角組合被選作方位82。系統(tǒng)的性能取決于發(fā)射陣列36的屬性。 例如，與不同DoD有關(guān)的陣列傳遞函數(shù)a((p,0)應(yīng)當(dāng)具有盡可能低的相關(guān)性，以便獲得明確 的結(jié)果。相關(guān)性取決于天線元件32的個(gè)體輻射圖、元件間距離和陣列幾何圖。而且，天線 元件32的數(shù)量會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。元件32越多，則陣列36的方位估計(jì)就變得越準(zhǔn)確。平 面陣列配置中最少應(yīng)該存在至少3個(gè)天線元件32，但是實(shí)際上，10個(gè)或者更多元件應(yīng)當(dāng)能 夠提供較好的性能。接著，在框230，處理電路12使用方位和約束信息估計(jì)設(shè)備10的位置。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式(諸如圖4和圖5中示出的那些)中，約束信息的使用 使得處理電路12能夠確定設(shè)備10沿著估計(jì)出的方位82的位置。存儲(chǔ)設(shè)備14可以存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)17，其指示從底層100到設(shè)備10的垂直位移d。垂 直位移的值可以由用戶輸入，或者也可以不由用戶輸入。例如，存儲(chǔ)設(shè)備14可以預(yù)先加載 設(shè)備數(shù)據(jù)17的預(yù)定值(例如，1. 2米)，或者可以在來(lái)自發(fā)射機(jī)30的無(wú)線電信號(hào)中接收設(shè) 備數(shù)據(jù)17。存儲(chǔ)設(shè)備14還可以存儲(chǔ)與建筑物94的地圖相對(duì)應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)19，和指示發(fā)射機(jī) 30在地圖上的地點(diǎn)的地點(diǎn)數(shù)據(jù)11。地圖數(shù)據(jù)19和/或地點(diǎn)數(shù)據(jù)11可以從發(fā)射機(jī)30獲得。 備選地，地圖數(shù)據(jù)和/或地點(diǎn)數(shù)據(jù)11可以經(jīng)由發(fā)射機(jī)(例如，發(fā)射機(jī)30是提供去往互聯(lián)網(wǎng) 的訪問(wèn)的收發(fā)機(jī)的一部分)或移動(dòng)電話網(wǎng)從遠(yuǎn)程服務(wù)器獲得。現(xiàn)在參考圖4，由于從底層100到設(shè)備10的垂直位移d由設(shè)備數(shù)據(jù)17給出，以及 從底層100到發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80的垂直位移z由地點(diǎn)數(shù)據(jù)11給出，所以處理電路12可 以估計(jì)從設(shè)備10的位置95到發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80的垂直位移h = z-d。圖4還示出了從發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80到設(shè)備10的位置95的方位82，其已經(jīng)由處 理電路12在接收無(wú)線電信號(hào)50之后進(jìn)行了估計(jì)。方位82由仰角0和方位角(p定義。處理電路12可以使用方位(仰角e，方位角9)和約束信息(垂直位移h)來(lái)在 坐標(biāo)系中估計(jì)設(shè)備10相對(duì)于發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80的位置。處理電路12可以通過(guò)使用三角 函數(shù)對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)估計(jì)設(shè)備10在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置。一旦處理電路12已經(jīng)估計(jì)出設(shè)備10相對(duì)于發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80的位置，其便能 夠估計(jì)設(shè)備10在地圖上的位置，因?yàn)楦鶕?jù)地點(diǎn)數(shù)據(jù)11，發(fā)射機(jī)30在地圖上的地點(diǎn)80是已 知的。處理電路12可以控制用戶輸出設(shè)備20顯示地圖，以及向用戶指示設(shè)備10在地圖上 的位置。圖5示出了一個(gè)建筑物94，在此示例中，兩個(gè)發(fā)射機(jī)30、130位于建筑物94的天花 板上。兩個(gè)發(fā)射機(jī)30、130的形式和針對(duì)圖1進(jìn)行描述的發(fā)射機(jī)30的形式相同。第一發(fā)射 機(jī)30安置于天花板上的地點(diǎn)80處，其位于建筑物94的樓層100上用附圖標(biāo)記70表示的 點(diǎn)的正上方。第二發(fā)射機(jī)130安置于天花板上的地點(diǎn)180處，其位于樓層100上用附圖標(biāo) 記170表示的點(diǎn)的正上方。與具有其各自陣列的天線元件32或132的分隔相比較而言，發(fā) 射機(jī)30、130的分隔大。在此實(shí)施方式中，設(shè)備10從第一發(fā)射機(jī)30接收無(wú)線電信號(hào)50，并確定從第一發(fā)射 機(jī)30開(kāi)始的設(shè)備10的方位82，如針對(duì)圖3的框200、210、220所述。方位82。設(shè)備10還從第二發(fā)射機(jī)130接收無(wú)線電信號(hào)150，并使用針對(duì)圖3的框200、210、 220描述的方法來(lái)確定作為約束信息的、從第一發(fā)射機(jī)30開(kāi)始的設(shè)備10的方位182。在框 210處的無(wú)線電信號(hào)150A、150B、150C的區(qū)分和方位182的估計(jì)將需要第二標(biāo)定數(shù)據(jù)，其例 如包括第二發(fā)射機(jī)130使用的天線陣列的傳遞函數(shù)。設(shè)備10可以從第二發(fā)射機(jī)130接收第二標(biāo)定數(shù)據(jù)。一旦已經(jīng)估計(jì)了方位82和182，處理電路12便可以估計(jì)設(shè)備10位于沿著方位 82、由約束方位182定義的位置處?？赡艽嬖谶@樣的情況如果方位82、182的準(zhǔn)確度使得 處理電路12不能以較高的精確度精確地定位設(shè)備10的位置，那么處理電路12估計(jì)設(shè)備10 可能位于的區(qū)域。一旦已經(jīng)估計(jì)出設(shè)備10的位置，則處理電路12可以控制用戶輸出設(shè)備20向用戶傳達(dá)估計(jì)的位置。圖6示出了位于建筑物94的天花板140上的發(fā)射機(jī)30。在此特定示例中，建筑物 94具有四個(gè)樓層100、110、120、130。從發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80開(kāi)始的方位82已經(jīng)以參照?qǐng)D 1和圖3在以上描述的方式、使用無(wú)線電信號(hào)50進(jìn)行了估計(jì)。既已估計(jì)了方位82，處理電路12便確定設(shè)備10有四個(gè)可能位置91、92、93、95。 在此示例中，假設(shè)無(wú)線電信號(hào)50能夠穿透上面三個(gè)樓層110、120和130，使得用戶位于樓 層100、110、120和130中任一樓層上都是可能的。然而，可能存在這樣的情況存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 設(shè)備14中的地圖數(shù)據(jù)19向處理電路12指示來(lái)自發(fā)射機(jī)30的無(wú)線電信號(hào)未到達(dá)某些層 (例如，底層100)。這使得處理電路12將底層100附近的位置93低估為用戶的可能位置。為了確定設(shè)備10相對(duì)于估計(jì)的方位82的位置，在估計(jì)用戶位置之前，處理電路12 可以控制用戶輸出設(shè)備20顯示這樣的詢問(wèn)，即，向用戶詢問(wèn)他位于哪一樓層。處理電路12 能夠?qū)⒂脩糨斎氲男畔⑴c地圖數(shù)據(jù)19進(jìn)行比較，以確定該用戶位于建筑物的哪個(gè)樓層。例 如，用戶可以指示在其所在樓層上他可以看到特定商店。處理電路12繼而可以將此輸入信 息與地圖數(shù)據(jù)19進(jìn)行比較，以確定該用戶位于哪個(gè)樓層上。在圖6所示示例中，用戶指示 他位于第一樓層110上。因此，在此示例中，用戶提供使得其位置可被確定的“約束信息”。一旦處理電路12已經(jīng)確定了用戶位于第一樓層110上，則可以使用針對(duì)圖4所描 述的相同技術(shù)來(lái)估計(jì)設(shè)備10的位置。在圖6所示的情況中，處理電路12能夠通過(guò)使用從 建筑物的第一樓層110到天花板140的已知位移(由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備14中的地點(diǎn)數(shù)據(jù)11 給出)，或者通過(guò)使用從第一樓層110到設(shè)備10的垂直位移(由設(shè)備數(shù)據(jù)17給出)，來(lái)估 計(jì)從設(shè)備10到發(fā)射機(jī)30的垂直位移。在圖7所示示例中，假設(shè)或者已知無(wú)線電信號(hào)50不能穿過(guò)建筑物的每個(gè)樓層110、 120、130。設(shè)備10的處理電路12可以使用針對(duì)圖1和圖3進(jìn)行描述的技術(shù)來(lái)確定從建筑 物94天花板140上的發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80到設(shè)備10的方位。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備14中的地點(diǎn)數(shù)據(jù)11可以包括將特定仰角與建筑物94某些樓層 相關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，如果處理電路12估計(jì)方位的仰角在0到a之間，則其指示設(shè)備10位 于頂層130上。仰角在a到0之間的方位指示設(shè)備10位于第二樓層120上。仰角在3 到a之間的方位指示設(shè)備10位于第一樓層110上。仰角在a到\之間的方位指示設(shè)備 位于底層100上。處理電路12將估計(jì)的方位的仰角與地點(diǎn)數(shù)據(jù)11進(jìn)行比較，并估計(jì)設(shè)備10位于哪 個(gè)樓層上，由此估計(jì)設(shè)備10的位置。處理電路12繼而控制用戶輸出設(shè)備20向用戶傳達(dá)此 信息。在此示例中，設(shè)備10的位置通過(guò)使用估計(jì)的方位和約束信息來(lái)進(jìn)行估計(jì)?！凹s束信 息”由地點(diǎn)數(shù)據(jù)11中將特定仰角與建筑物的特定樓層相關(guān)的部分提供。圖8示出了這樣一種情況，其中用戶位于第二樓層120上，而發(fā)射機(jī)30發(fā)射的無(wú) 線電信號(hào)50被第二樓層120反射。為了便于說(shuō)明，無(wú)線電信號(hào)50沿著從發(fā)射機(jī)30到設(shè)備 10的公共路徑55、56示出。如果處理電路12使用以上針對(duì)圖1和圖3描述的技術(shù)來(lái)估計(jì)從發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn) 80開(kāi)始的方位，則估計(jì)的方位不會(huì)將信號(hào)從第二樓層120的反射納入考慮，并且由此會(huì)沿 著實(shí)線55和虛線57。然而，從圖8可見(jiàn)，設(shè)備10并未位于此方位上。在本發(fā)明示出圖8所示示例的實(shí)施方式中，處理電路12可以被配置用于，通過(guò)確定所接收無(wú)線電信號(hào)50是否發(fā)生反射，來(lái)確定設(shè)備10與發(fā)射機(jī)30之間的視線是否被阻 擋。這使得處理電路12能夠確定從發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80到設(shè)備10的方位的估計(jì)是否是準(zhǔn) 確的。當(dāng)無(wú)線電信號(hào)50從介質(zhì)表面被反射時(shí)，信號(hào)50的偏振可能改變。設(shè)備10可以檢 測(cè)偏振中的這一變化，以確定信號(hào)是否被反射，以及確定是否需要對(duì)估計(jì)的方位進(jìn)行修正。確定是否發(fā)生反射的另一方式可以是確定無(wú)線電信號(hào)50的一個(gè)或多個(gè)的接收 信號(hào)強(qiáng)度密度(RSSI)是否低于閾值。如果RSSI低于閾值，則假定信號(hào)被反射。附圖標(biāo)記97表示處理電路12可能估計(jì)設(shè)備10所在的位置，如果其不將無(wú)線電信 號(hào)50發(fā)生了反射納入考慮的話。在圖8所示示例中，從垂直方向和水平方向?qū)⒉徽_的位 置97與發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80分隔開(kāi)。距離r在水平方向?qū)⒉徽_的位置97與發(fā)射機(jī)30 的地點(diǎn)80分隔開(kāi)。正確的位置95在水平方向與發(fā)射機(jī)30的地點(diǎn)80分開(kāi)距離r’。發(fā)射機(jī) 30和第二樓層120在垂直方向上分隔距離h。設(shè)備數(shù)據(jù)17給出的設(shè)備10的位置是距第二 樓層120的垂直位移m。利用三角恒等式，可見(jiàn)r'=(h+m/h-m)r處理電路12可以通過(guò)使用發(fā)射機(jī)30發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)來(lái)估計(jì)r，如針對(duì)圖1、圖 3和圖4所描述的。m的假定值由設(shè)備數(shù)據(jù)17給出(例如，1. 2米)。因?yàn)榈攸c(diǎn)數(shù)據(jù)11提供 了發(fā)射機(jī)30在地圖上的地點(diǎn)，所以垂直距離h可以使用地圖數(shù)據(jù)19和地點(diǎn)數(shù)據(jù)11來(lái)找到。使用這些值r、m和h作為等式(1)的輸入，處理電路12可以估計(jì)設(shè)備10相對(duì)于 發(fā)射機(jī)30的位置r’。由于地點(diǎn)數(shù)據(jù)11指示發(fā)射機(jī)30在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備14中的地圖上的 地點(diǎn)80，所以處理電路12能夠確定設(shè)備10在地圖上的位置95，并且可以控制用戶輸出設(shè) 備18向用戶傳達(dá)設(shè)備10在地圖上的位置95。除了直接使用等式(1)之外，確定距離r’的另一方法在于確定這樣的點(diǎn)，在該點(diǎn) 處，方位55、57距第二樓層120(8卩，方位55、57相交的樓層)的向下位移為m。在圖8中， 此交點(diǎn)由附圖標(biāo)記99表示。在針對(duì)圖2到圖8進(jìn)行描述的本發(fā)明實(shí)施方式中，已經(jīng)證實(shí)，設(shè)備10可以在無(wú)需 向位于建筑物94中的接收機(jī)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的情況下估計(jì)其位置。這尤其具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?設(shè)備10可以相對(duì)建筑物94的無(wú)線電設(shè)備保持匿名。圖3中所示的框可以代表方法中的步驟和/或計(jì)算機(jī)程序13中的代碼段。所示 框的特定順序并不必須暗含著需要或者優(yōu)選該框的順序，而是框的順序和布置可以變化。盡管參照各種示例在前述段落中描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以 對(duì)給出的示例做出改進(jìn)，而不會(huì)脫離要求保護(hù)的本發(fā)明范圍。例如，設(shè)備10可以不作為移 動(dòng)電話使用。例如，其可以是具有用于接收無(wú)線電信號(hào)的接收機(jī)的便攜式音樂(lè)播放器。已經(jīng)在前述段落中給出了約束信息的各種示例，但是術(shù)語(yǔ)“約束信息”并不意在限 制于這些示例。上文描述的特征還可以在除了顯式描述的組合之外的組合中使用。盡管前述說(shuō)明書中試圖關(guān)注被認(rèn)為尤其重要的本發(fā)明特征，但是應(yīng)當(dāng)理解，申請(qǐng) 人要求保護(hù)前述和/或附圖中示出的任何可授予專利的特征或特征的組合，無(wú)論是否對(duì)其 進(jìn)行了特別強(qiáng)調(diào)。
權(quán)利要求
一種方法，包括在設(shè)備處，從第一地點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)；區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位；以及使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)從第二地點(diǎn)接收另一個(gè)無(wú)線電信號(hào) 來(lái)獲得所述約束信息；區(qū)分所述另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的另一 個(gè)方位；以及使用所述方位和作為約束信息的所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述約束信息同與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)的位移有關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述位移是垂直位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述約束信息是在除所述接收的無(wú)線電信號(hào) 以外的無(wú)線電信號(hào)中接收的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述約束信息由用戶輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述約束信息接收自遠(yuǎn)程服務(wù)器。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括接收數(shù)據(jù)，以使得所述接收的無(wú) 線電信號(hào)能夠彼此區(qū)分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)接收自所述第一地點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)接收自遠(yuǎn)程服務(wù)器。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述接收的無(wú)線電信號(hào)由天線陣列的各 個(gè)天線元件發(fā)射，以及所述接收的無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣被用于估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始 的所述方位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中用于所述天線陣列的傳遞函數(shù)被用于估計(jì)從所 述第一地點(diǎn)開(kāi)始的所述方位。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述設(shè)備和所述第一地點(diǎn) 之間的視線是否被阻擋，以及基于所述確定來(lái)對(duì)所述設(shè)備的位置進(jìn)行不同的估計(jì)。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一地點(diǎn)的位置在地圖上是已知的， 以及估計(jì)所述設(shè)備的位置包括使用所述估計(jì)的方位來(lái)相對(duì)于所述第一地點(diǎn)定位所述設(shè) 備。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述接收的無(wú)線電信號(hào)是信標(biāo)信號(hào)。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述設(shè)備是手持式的，以及所述信號(hào)的區(qū) 分和所述手持式設(shè)備的位置的估計(jì)僅在所述手持式設(shè)備處發(fā)生。
17.一種設(shè)備，包括接收機(jī)，被配置用于從第一地點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)；處理電路，被配置用于區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位，以 及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述接收機(jī)進(jìn)一步被配置用于通過(guò)從第二地 點(diǎn)接收另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)來(lái)接收所述約束信息；以及所述處理電路被配置用于區(qū)分所述另 一個(gè)無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的另一個(gè)方位，以及使用所述方位和作為 約束信息的所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
19.一種設(shè)備，包括用于從第一地點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)的裝置；用于區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位的裝置；以及用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述用于接收的裝置用于通過(guò)從第二地點(diǎn)接收 另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)來(lái)接收所述約束信息；所述用于區(qū)分的裝置用于區(qū)分所述另一個(gè)無(wú)線電 信號(hào)，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的另一個(gè)方位；以及所述用于估計(jì)的裝置用于使用所 述方位和作為約束信息的所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
21.一種系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)，其包括被配置用于發(fā)射接收的無(wú)線電信號(hào)的天線元件的 陣列，和根據(jù)權(quán)利要求17或19所述的設(shè)備。
22.—種系統(tǒng)，包括第一發(fā)射機(jī)，其包括被配置用于發(fā)射接收的無(wú)線電信號(hào)的天線元 件的陣列；第二發(fā)射機(jī)，其包括被配置用于發(fā)射接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的天線元件的陣 列；和根據(jù)權(quán)利要求18或20所述的設(shè)備。
23.一種模塊，包括處理電路，被配置用于使用由接收機(jī)從第一地點(diǎn)接收的無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便 估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的接收機(jī)的方位，以及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述接 收的無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述接收機(jī)的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的模塊，其中處理電路被配置用于使用所述接收機(jī)從第二地 點(diǎn)接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的所述接收機(jī)的另 一個(gè)方位，以及被配置用于使用所述方位和作為約束信息的所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述接 收機(jī)的位置。
25.一種芯片組，包括處理電路，被配置用于使用由接收機(jī)從第一地點(diǎn)接收的無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便 估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的接收機(jī)的方位，以及被配置用于使用所述方位和獨(dú)立于所述接 收的無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述接收機(jī)的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的芯片組，其中處理電路被配置用于使用所述接收機(jī)從第二 地點(diǎn)接收的另一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的所述接收機(jī)的 另一個(gè)方位，以及被配置用于使用所述方位和作為約束信息的所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述 接收機(jī)的位置。
27.一種計(jì)算機(jī)程序，包括用于使用由接收機(jī)從第一地點(diǎn)接收的無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第一地 點(diǎn)開(kāi)始的接收機(jī)的方位的指令；以及用于使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述接收機(jī)的位置的 指令。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用于使用從第二地點(diǎn)接收的另 一個(gè)無(wú)線電信號(hào)的復(fù)合采樣，以便估計(jì)從所述第二地點(diǎn)開(kāi)始的方位的指令，以及用于使用 所述方位和所述另一個(gè)方位來(lái)估計(jì)所述接收機(jī)的位置的指令。
29.一種有形計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
一種室內(nèi)定位方法，包括在設(shè)備處，從第一地點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)；區(qū)分所述無(wú)線電信號(hào)，以便估計(jì)從所述第一地點(diǎn)開(kāi)始的方位；以及使用所述方位和獨(dú)立于所述無(wú)線電信號(hào)的約束信息來(lái)估計(jì)所述設(shè)備的位置。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101842715SQ200780101323
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者A·P·T·凱尼萊南, H·P·科皮南, K·H·J·卡利奧拉, V·V·朗基 申請(qǐng)人:諾基亞公司