專利名稱：用于定位移動單元的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于定位移動單元的系統(tǒng)，特別地，然而不是排他地，該系統(tǒng)包括無線局域網(wǎng)(LAN)。
期望定位移動單元，諸如蜂窩電話手機或個人數(shù)字助理(PDA)，以便提供定制的業(yè)務，諸如把廣告的目標對準經(jīng)過商店的潛在的客戶。
通過使用全球定位系統(tǒng)(GPS)來定位移動單元是眾所周知的。然而，GPS，特別是對于大眾市場的使用，遭遇到了幾個困難。首先，制造包括GPS接收機的移動單元成本很高。第二，當移動單元最初被接通時，在定位該移動單元期間有延遲。第三，當移動單元處于室內(nèi)時很難定位該移動單元。
通過使用無線局域網(wǎng)(LAN)來定位移動單元也是眾所周知的。例如，有可能通過使用所謂的“到達時間”(TOA)方法相對于固定單元來定位移動單元，在該方法中，使用延時來計算在固定單元和移動單元之間的距離。然而，TOA方法產(chǎn)生粗略的結(jié)果，其只是精確到不超過約100米。更精確的方法使用“到達時間差”(TDOA)，其中移動單元在不同的時間接收信號。然而，TDOA方法需要多個固定單元。另一個方法采用高的碼片率，它被使用來把信號擴頻到更寬的帶寬。較高的碼片率使用較短的脈沖寬度，這提供了改進的分辨率。
移動單元可以通過與固定單元和其他移動單元交換信息而被更加精確地定位，如在Michael Spratt的“An Overview of Positioning byDiffusion(通過擴散進行定位的綜述)”，Hewlett-PackardLaboratories，Bristol，UK，2001年9月9日中描述的。
本發(fā)明尋求提供一種用于定位移動單元的系統(tǒng)。按照本發(fā)明，提供了一種用于定位移動單元的系統(tǒng)，包括用于以相對較高的功率發(fā)送第一信號的裝置，用于以預定的、相對較低的功率發(fā)送第二信號的裝置，用于接收所述第一信號的裝置，用于確定在接收所述第一信號的所述裝置處的所述第一信號的第一信號強度的裝置，用于確定所述第一信號強度是否超過相對較低的閾值電平、以便確定是否可以提供業(yè)務的裝置，用于接收所述第二信號的裝置，用于確定在接收所述第二信號的所述裝置處接收的所述第二信號的第二信號強度的裝置，用于確定所述第二信號強度是否超過相對較高的閾值電平、以便將移動單元定位在發(fā)送所述第二信號的所述裝置的已知距離內(nèi)的裝置。
相對較高的功率可以是至少0dBm、6dBm、13dBm、或20dBm。相對較低的功率可以是不大于0dBm。相對較低的閾值電平可以是不大于-85dBm。相對較高的閾值電平可以是不小于-65dBm。用于發(fā)送所述第一和第二信號的裝置可以在不同的時間發(fā)送第一和第二信號。
該系統(tǒng)可以是無線局域網(wǎng)。用于發(fā)送第一信號的裝置可以是接入點，以及用于發(fā)送第二信號的裝置也可以是接入點。用于接收第一信號的裝置可以是移動單元，以及用于接收第二信號的裝置也可以是移動單元。
用于發(fā)送第一信號的裝置可以是移動單元，以及用于發(fā)送第二信號的裝置也可以是移動單元。用于接收第一信號的裝置可以是接入點，以及用于接收第二信號的裝置也可以是接入點。
按照本發(fā)明，還提供了一種用于定位移動單元的系統(tǒng)，包括用于以相對較高的功率發(fā)送第一信號的第一發(fā)射機，用于以預定的、相對較低的功率發(fā)送第二信號的第二發(fā)射機，用于接收所述第一信號的第一接收機，用于確定在所述第一接收機處的所述第一信號的第一信號強度的第一檢測器，用于確定所述第一信號強度是否超過相對較低的閾值電平、以便確定是否可以提供業(yè)務的第一控制器，用于接收所述第二信號的第二接收機，用于確定在所述第二接收機處的所述第二信號的第二信號強度的第二檢測器，用于確定所述第二信號強度是否超過相對較高的閾值電平、以便將移動單元定位在發(fā)送所述第二信號的所述裝置的已知距離內(nèi)的第二控制器。
按照本發(fā)明，還提供了一種運行該系統(tǒng)的方法。
現(xiàn)在參照附圖，通過例子來描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1是無線局域網(wǎng)的示意圖；圖2是接入點的示意圖；圖3是移動單元的示意圖；圖4顯示了被部署在室內(nèi)的、圖1的無線局域網(wǎng)；圖5顯示了在移動單元處接收的信號的功率與移動單元和發(fā)射機所隔距離之間的關(guān)系；
圖6是發(fā)射的功率對時間的標繪圖；圖7是檢測閾值對時間的標繪圖；圖8是發(fā)射的功率對時間的另一個標繪圖；圖9是發(fā)射機功率對時間的另一個標繪圖；圖10顯示了在其中可以定位移動單元的區(qū)域；以及圖11顯示了以另一種配置被部署在室內(nèi)的、圖1的無線局域網(wǎng)；參照圖1，圖上顯示了按照本發(fā)明的一種用于定位移動單元的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括無線局域網(wǎng)(LAN)1，它包括有線網(wǎng)絡2和多個接入點31，32，33，34，35。移動單元4可以通過無線鏈路5連接到元線LAN1。在本例中，無線網(wǎng)絡1和移動單元4可以按照IEEE 802.11標準通過使用工作在2.4GHz頻段的射頻信號互相連接。
參照圖2，每個接入點31，32，33，34，35包括到有線網(wǎng)絡2的連接器6、輸入輸出部分7、數(shù)據(jù)處理部分8、射頻部分9、天線10和控制器部分11。輸入輸出部分7發(fā)送和接收往來于有線網(wǎng)絡2的數(shù)據(jù)，尤其是緩沖器數(shù)據(jù)。處理部分8例如應用誤碼保護/誤碼檢測例程以及加密/解密數(shù)據(jù)。射頻部分9例如調(diào)制和解調(diào)信號以及放大它們。輸入輸出部分7、數(shù)據(jù)處理部分8、射頻部分9都由控制器部分11控制。
參照圖3，移動單元4包括諸如筆記本電腦的個人計算機12，和例如具有無線網(wǎng)卡形式的無線發(fā)射機/接收機13。無線發(fā)射機/接收機13包括到個人計算機12的連接器14、輸入輸出部分15、數(shù)據(jù)處理部分16、射頻部分17、天線18和控制器部分19，并且它們具有與無線接入點的相應部分基本上相同的功能。
關(guān)于無線LAN1和無線發(fā)射機/接收機13的進一步的詳細資料在Gil Held的“Deploying Wireless LAN(部署無線LAN)”(McGraw-Hill，2002)的第5章中有描述。
參照圖4，接入點31，32，33，34，35被部署在房間20中。在本例中，接入點31，32，33，34，35處于房間20的拐角21(其中某些位于門廊22旁邊)和中心23。接入點31，32，33，34，35的位置是已知的，并且可以分別被標注為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)和(x5，y5)。
可以通過使用接入點31，32，33，34，35來定位移動單元4，就如現(xiàn)在將要解釋的
每個接入點31，32，33，34，35都是發(fā)射機和接收機。接入點31，32，33，34，35能夠以可選擇的發(fā)送功率電平Ptx發(fā)送信號。在本例中，有四個可選擇的功率電平，即，20dBm(100mW)、13dBm(20mW)、6dBm(4mW)和0dBm(1mW)。也可以使用其他功率電平。例如，最高功率電平可以是30dBm(1000mW)。
移動單元4也是發(fā)射機和接收機。移動單元4能夠測量由天線18接收的信號的功率，以及定義接收到的信號的強度指示(RSSI)。這可以在射頻部分17中完成(圖3)。在本例中，有范圍從電平0到電平15的16個RSSI電平，其中電平0對應于最小檢測電平，這種情況下是-85dBm，電平15對應于可允許的最大輸入電平，這種情況下是-10dBm，它們以5dBm為間隔。
移動單元4設置檢測閾值Pdet。在本例中，設置檢測閾值包括測量信號強度，以及確定接收到的信號的強度是否等于或超過檢測閾值。在替換實施例中，設置檢測閾值可包括選擇接收機4的增益，它限制著可被檢測到的信號的電平，以及確定是否檢測到信號。
再參照圖5，由接入點35發(fā)送的和在移動單元4處接收的信號24被衰減。接收到的信號的強度Prx與接入點35和移動單元4所隔距離的平方成反比，即，Prx∝1/r2。如果移動單元4檢測到信號24，則移動單元4位于接入點35的半徑之內(nèi)。
選擇低的發(fā)送功率電平Ptx，例如0dBm，和高的檢測閾值Pdet，優(yōu)選地是-65dBm，以便精確地定位移動單元4，在這種情況下，精確到在無線接入點35的10米半徑范圍內(nèi)。然而，例如為了提供業(yè)務，使用更高的發(fā)送功率電平Ptx和更低的檢測閾值Pdet。
可以在不同的狀況下通過使用接入點31，32，33，34，35來定位移動單元4。
在連接到無線LAN1之前的定位移動單元4可以通過收聽由接入點31，32，33，34，35發(fā)送的信標幀而接入由接入點31，32，33，34，35提供服務的小區(qū)，通常稱為基本業(yè)務組(BSS)。這個過程被稱為被動(passive)掃描。信標幀是在IEEE 802.11標準的媒體接入控制(MAC)子層中定義的。
使用經(jīng)過修改的被動掃描過程來定位移動單元4。
參照圖6，接入點35發(fā)送第一和第二信標信號241，242。信標信號241，242被重復地發(fā)送，例如每20毫秒到1秒，優(yōu)選地每1秒發(fā)送一次。第一信號241以高的發(fā)送功率P1，例如20dBm(100mW)進行發(fā)送，而第二信號242以低的發(fā)送功率P2，在這種情況下是0dBm(1mW)進行發(fā)送。
參照圖7，移動單元4在被動掃描模式下收聽信號、測量接收到的信號的強度以及確定它們是否分別超過第一和第二信號檢測閾值PA，PB。第一信號檢測閾值PA是低的，例如為-85dBm，而第二信號檢測閾值PB是高的，例如為-65dBm。因此，如果接收到的信號具有介于PA和PB之間的功率Pi(PA＜Pi＜PB)，則它超過PA，于是被檢測到。然而，Pi低于PB，于是不被檢測到。
所以，對于以P1發(fā)送的并用第一閾值PA進行檢測的第一信號241來說，其可檢測的范圍R1通常約為100米，這里假設了在移動單元4與接入點35之間有清晰的視線可達。對于以P2發(fā)送的并用第二閾值PB進行檢測的第二信號242來說，其可檢測的范圍R2通常約為10米。
因此，如果移動單元4檢測到第二信號242，則它在接入點35的10米范圍內(nèi)。接入點35的位置優(yōu)選地被包括在信標幀中，以允許移動單元4定位自己。另外地或替換地，移動單元4可以返還一個信號到接入點35以標識它本身和標識它已檢測到第二信號242的事實。這就允許了接入點35或無線LAN1定位該移動單元。
在連接到無線LAN1之后的定位一旦移動單元4已加入一個小區(qū)，它便可以逗留在那里或漫游到另一個小區(qū)而不會丟失連接。在任一情形下，移動單元4被連接到接入點31，32，33，34，35，以及可以對管理、控制和數(shù)據(jù)幀進行交流。然而，移動單元4可以使用高的閾值來監(jiān)視低功率信號，從而允許確定移動單元4的位置。
參照圖8，接入點35以一個或多個高的功率電平P3，P4發(fā)送包括管理、控制和數(shù)據(jù)幀的第三信號243。當由于移動單元4的位置發(fā)生變化而引起功率改變時，可以調(diào)整功率電平P3，P4。周期性地，接入點35以低功率電平P2發(fā)送第四信號244。
移動單元4如前所述地用第一和第二閾值PA，PB確定RSSI。對于以P3，P4發(fā)送的并用第一閾值PA進行測量的第三信號243來說，其可檢測的范圍R3約為10到100米，以及對于以P2發(fā)送的并用第二閾值PB進行測量的第四信號244來說，其可檢測的范圍R4約為10米。
所以，接入點35可以在相對較大的區(qū)域中，例如在半徑10到100米的范圍內(nèi)，為移動單元4提供服務，以及如果它轉(zhuǎn)到靠近接入點35，則可以在較小的區(qū)域內(nèi)，例如在半徑10米的范圍內(nèi)對它進行定位。
可變的檢測閾值以上描述的移動單元4選擇單個閾值PB用于精確的定位。然而，移動單元4可被修改以改變定位閾值Ploc，例如從低的數(shù)值PA到數(shù)值PB，以便確定例如它離接入點35是30米還是10米遠。
參照圖9，閾值Pdet在用于正常運行的數(shù)值PA和定位閾值Ploc之間輪換，該定位閾值從PA、PC逐步變到PB，其中PA＜PC＜PB。
參照圖10，這個方法允許以變化的精度來定位移動單元4，所述變化的精度正如由半徑增加的圓251、252、253所表示的。
而且，如果移動單元4沒有位于內(nèi)圓251、252內(nèi)，而是位于外圓252、253內(nèi)，該方法允許在環(huán)261、262內(nèi)定位移動單元4。
關(guān)于IEEE 802.11標準的進一步的詳細資料在出處同上的“Deploying Wireless LAN(部署無線LAN)”的第6章中有描述。
不同的發(fā)射機，不同的發(fā)送功率在此前描述的實施例中，無線LAN1被配置成使得每個接入點31，32，33，34，35在用于傳遞業(yè)務的相對較高的功率與用于定位移動單元4的相對較低的功率之間復用發(fā)送功率。
參照圖11，無線LAN1可以替換地被配置成使得它包括第一組接入點，例如接入點31，32，33，34，它們以相對較高的發(fā)送功率進行發(fā)送，諸如20dBm(100mW)；以及第二組接入點，例如接入點35，它以相對較低的發(fā)送功率進行發(fā)送，諸如0dBm(1mW)。相對較高的發(fā)送功率可以是一個相對較高的發(fā)送功率的范圍，優(yōu)選地大于0dBm(1mW)。
無線LAN1被安排成使得在第二組中的每個接入點處在第一組的至少一個接入點的覆蓋區(qū)域內(nèi)。為了清晰起見，顯示了由第三和第五接入點33，35提供的覆蓋區(qū)域。因此，在替換的配置中，第一組接入點可以傳遞業(yè)務到移動單元4，而第二組接入點可被使用于定位。例如，移動單元4可被連接到第三接入點33并由第三接入點33提供業(yè)務，而同時被動掃描第三接入點35。如果移動單元4接收到來自第三接入點35的信號，則它可以采用前面描述的方式使用該信號進行定位。
替換的安排具有幾個優(yōu)點。它實施起來簡單，因此降低了成本和復雜性。它減小了等待時間并提高了業(yè)務質(zhì)量。
在前面描述的實施例中，定位是通過使用接入點31，32，33，34，35作為發(fā)射機和使用移動單元4作為接收機被執(zhí)行的。然而，以上的實施例可被修改為使得接入點31，32，33，34，35的發(fā)射機角色與移動單元4的接收機角色顛倒過來。換句話說，移動單元4可被配置成以低的發(fā)送功率，例如0dBm(1mW)發(fā)送信號，而接入點31，32，33，34，35被配置成設置高的信號功率檢測閾值。因此，如果接入點31，32，33，34，35檢測到由移動單元4以低的功率發(fā)送的信號，則該接入點能夠精確地定位移動單元4。任選地，它可以與移動單元4共享定位信息。
在另一個修改方案中，接入點31，32，33，34，35可被用作為了傳遞業(yè)務以高的發(fā)射功率進行發(fā)送的發(fā)射機，而移動單元4可被用作為了定位以低的發(fā)射功率進行發(fā)送的發(fā)射機。
通過閱讀本公開內(nèi)容，其他變化和修改對于本領域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。這樣的變化和修改可以牽涉到等價物和其他的特性，其中它們在用于定位移動單元的系統(tǒng)及其組成部分的設計、制造和使用中是已知的，并且可以使用它們來代替這里已描述的特性，或在這些特性之外使用它們。例如，可以使用特設的局域網(wǎng)或遵從藍牙技術(shù)規(guī)范的多個設備來代替無線LAN1和移動單元4。移動單元4可以是個人數(shù)字助理(PDA)或蜂窩電話手機。
雖然在本申請中是對特性的特定組合來形成權(quán)利要求，但應當看到，本發(fā)明的公開內(nèi)容的范圍也包括在這里明確地或隱含地公開的任何新穎的特性或新穎的特性組合，或它們的任何推廣形式，無論它是涉及到與目前在任一權(quán)利要求中所要求的相同的發(fā)明，也無論它是緩和了與本發(fā)明所解決的相同的任何或全部技術(shù)問題，都如此。申請人由此提請注意，在本申請或由此得出的任何進一步的申請的程序進行期間，可以對這樣的特性和/或這樣特性的組合形成新的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于定位移動單元(4)的系統(tǒng)，包括用于以相對較高的功率(P1)發(fā)送第一信號(241)的裝置(31，32，33，34，35)；用于以預定的、相對較低的功率(P2)發(fā)送第二信號(242)的裝置(31，32，33，34，35)；用于接收所述第一信號的裝置(4)；用于確定在接收所述第一信號的所述裝置處的所述第一信號的第一信號強度的裝置(4)；用于確定所述第一信號強度是否超過相對較低的閾值電平(PA)，以便確定是否可提供業(yè)務的裝置(4)；用于接收所述第二信號的裝置(4)；用于確定在接收所述第二信號的所述裝置處接收的所述第二信號的第二信號強度的裝置(4)；用于確定所述第二信號強度是否超過相對較高的閾值電平(PB)，以便將該移動單元定位在發(fā)送所述第二信號的所述裝置的已知距離(R)內(nèi)的裝置(4)。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述相對較高的功率(P1)是至少0dBm。
3.按照權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述相對較高的功率(P1)是至少6dBm、13dBm、或20dBm。
4.按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述相對較低的功率(P2)是不大于0dBm。
5.按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述相對較低的閾值電平(PA)是不大于-85dBm。
6.按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述相對較高的閾值電平(PA)是不小于-65dBm。
7.按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中用于發(fā)送所述第一和第二信號的所述裝置(31，32，33，34，35)在不同的時間發(fā)送所述第一和第二信號(241，242)。
8.按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是無線局域網(wǎng)(1)。
9.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中用于發(fā)送所述第一信號(241)的所述裝置(31，32，33，34，35)是接入點。
10.按照權(quán)利要求8或9的系統(tǒng)，其中用于發(fā)送所述第二信號(242)的所述裝置(31，32，33，34，35)是接入點。
11.按照權(quán)利要求8到10的任一項的系統(tǒng)，其中用于接收所述第一信號(241)的所述裝置(4)是移動單元。
12.按照權(quán)利要求8到11的任一項的系統(tǒng)，其中用于接收所述第二信號(242)的所述裝置(4)是移動單元。
13.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中用于發(fā)送所述第一信號(241)的所述裝置(4)是移動單元。
14.按照權(quán)利要求8或13的系統(tǒng)，其中用于發(fā)送所述第二信號(242)的所述裝置(4)是移動單元。
15.按照權(quán)利要求8、13或14的任一項的系統(tǒng)，其中用于接收所述第一信號(241)的所述裝置(31，32，33，34，35)是接入點。
16.按照權(quán)利要求8、13、14或15的任一項的系統(tǒng)，其中用于接收所述第二信號(242)的所述裝置(31，32，33，34，35)是接入點。
17.一種基本上如此前參照附圖的圖1到7所描述的系統(tǒng)。
18.一種用于定位移動單元(4)的系統(tǒng)，包括第一發(fā)射機(9，10)，用于以相對較高的功率(P1)發(fā)送第一信號(241)；第二發(fā)射機(9，10)，用于以預定的、相對較低的功率(P2)發(fā)送第二信號(242)；第一接收機(18)，用于接收所述第一信號；第一檢測器(17，16)，用于確定在所述第一接收機處的所述第一信號的第一信號強度；第一控制器(19)，用于確定所述第一信號強度是否超過相對較低的閾值電平，以便確定是否可提供業(yè)務；第二接收機(18)，用于接收所述第二信號；第二檢測器(17，16)，用于確定在所述第二接收機處的所述第二信號的第二信號強度；第二控制器(19)，用于確定所述第二信號強度是否超過相對較高的閾值電平，以便將移動單元定位在發(fā)送所述第二信號的所述裝置的已知距離內(nèi)。
19.一種被配置用來在按照上述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)中使用的接入點(31，32，33，34，35)。
全文摘要
一無線局域網(wǎng)(LAN)包括接入點，所述接入點以0dBm發(fā)送信標信號。移動單元的檢測閾值是－65dBm，因此當移動單元處于該接入點的10米范圍內(nèi)時被檢測到。
文檔編號H04L12/28GK1672452SQ03818130
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者D·H·埃文斯, P·J·蘭金 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司