[发明专利]一种室外聚类匹配定位方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种室外聚类匹配定位方法和装置。

背景技术

终端定位技术是利用无线通信网络资源确定网络中的终端用户在地表位置的方法，它伴随无线通信技术的应用而出现，跟随无线通信网络的演进而发展。20世纪80年代以来，由于蜂窝移动通信系统的出现，以及人们对智能交通运输系统和呼叫追踪方面的需要，对终端定位技术提出了新要求。美国联邦通信委员会(FCC)于1996年公布了E-911条例，要求在2001年10月1日前，美国各电信运营商的无线蜂窝系统必须提供终端定位误差在125米内时，定位概率达到67％的定位服务。1998年又提出了定位误差在400米内时，定位概率不低于90％的服务要求。1999年FCC对定位精度提出新的要求：对基于网络的定位服务，定位误差在100米内时，定位概率达到67％；定位误差300米内时，定位概率达到95％；对基于终端的定位服务，定位误差50米内时，定位概率达到67％，定位误差150米时，定位概率达到95％。

美国FCC的规定大大推动了蜂窝无线定位技术的发展，明确基于位置的服务将是今后各种无线蜂窝网络，特别是3G网络必备的基本功能，催生和推动了一个产业和市场的产生与发展。其它国家和地区如欧洲、日本、韩国等相关组织也作了相类似的规定，而且在很多方面达成了一致。

随着社会的发展，人们的活动范围越来越大，而且也越来越不稳定。这种移动性和不确定性给移动通信的定位服务带来了无限商机。另一方面对移动通信网本身来说，移动性管理一直是网络的难点问题，如果本身知道移动终端的精确位置，再进行移动性管理就变得相对简单。另一方面的重要应用是，利用移动终端的精确位置能更有效地管理网络的无线资源，如频谱资源的动态分配，系统资源的干扰协调和调度。所以，无论是用户的需求，还是运营商或网络供应商的本身需求，都为定位服务的发展注入了活力，使得定位服务市场呈现出一片生机。

当前应用最广泛的GPS定位技术虽然具有定位精度高的优点，在水平方向和垂直方向的定位误差分别为13米和22米时，定位概率能达到95％，但是，在峡谷、高建筑物附近或者有较强阴影遮挡区域，终端不易接收卫星信号，导致定位失败；另一个问题是基于卫星定位的接收机首次定位时间较长，短则几秒，长则需要60秒，这就不适合定位实时性要求较高的场合；更现实的问题是，基于GPS等卫星定位的终端由于耗电大，导致现在的手机用户不愿使用GPS终端定位服务。

近年来，基于Wi-Fi(WirelessFidelity)、蜂窝网络等的无线网络定位技术迅速发展。虽然基于Wi-Fi的定位技术具有定位精度高、技术成熟等优点，但是，由于Wi-Fi覆盖距离较短，且室外部署AP较少，因此无法实现室外的全方位无缝定位。由于蜂窝网络覆盖范围广，基础设施完善，因此基于蜂窝网络的室外无缝定位逐渐成为了各大公司和标准组织的研究热点。

现有基于蜂窝网络的定位技术主要分为基于参数和基于指纹匹配两大类，前者通过将信号强度或时延转换为距离或角度等信息，进而估计位置。由于电波传播的多径效应和非视距传播等因素的影响，定位精度很难达到满意的效果，只是部署和计算上比较简单。后者采用基于指纹匹配的方法，通过在定位区域中的所有位置进行射频信号采集，从而构建信号强度矢量与定位位置的映射关系(训练指纹)，定位阶段根据实时采集的射频信号计算出定位位置。这种方法定位精度高，且不需要额外的基础设施。因此，我们需要研究基于蜂窝网络的指纹匹配定位技术，实现室外高精度无缝定位。

基于指纹匹配的定位技术的基本原理是，通过在定位区域中的所有位置进行射频信号采集，从而构建信号矢量与定位位置的映射关系(训练指纹)，定位阶段根据实时采集的射频信号计算出定位位置。这种方法定位精度高，且不需要额外的基础设施。

基于指纹匹配的蜂窝网络定位技术一般分为两个阶段：离线训练(offline)阶段和在线(online)定位阶段。在离线训练阶段，对蜂窝网中定位区域内的所有位置进行射频信号采集，通过实测测量量数据来构建以各个小区域为索引的数据库，从而构建信号矢量与定位位置的映射关系库；当需要确定移动终端的位置时，即在线定位阶段，移动终端实时采集射频信号，并将测量量与后台的数据库进行匹配，以一定的算法标准来选择最合适的小区域，并将其作为移动终端的估算位置(见图1)。

基于指纹匹配的蜂窝网络定位技术以美国Polaris公司的最大似然估计(MaximumLikelihood，ML)匹配定位技术为代表。其定位方法的实现步骤如下：

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