[发明专利]用于对无线通信系统的终端进行地理定位的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于基于学习方法对无线通信系统的终端进行地理定位的方法(10)，该学习方法使得可以使用与表示位于查找位置处的终端和所述无线通信系统的多个基站之间存在的无线电链路的质量的值的集合对应的无线电签名以及将无线电签名与已知地理位置相关联的参考数据集来估计终端的地理位置。为了限制学习算法的复杂度并使其能抵抗接入网络的拓扑变化，地理定位方法的特征在于，每个无线电签名都包含所测量的值的集合中的N个值的选择以及相对应的基站的地理位置。

技术领域

本发明涉及地理定位领域。具体地，本发明涉及用于对无线通信系统的终端进行地理定位的方法。本发明特别适用于连接到用于物联网的网络的对象的地理定位

背景技术

近年来，越来越多地使用无线通信系统自然地致使基于用户的地理位置的服务的发展。关于对象位置的信息可以用于确保用户安全(例如向有危险的人提供帮助)、导航辅助、交通管理、货物跟踪和一般遥测等。

卫星定位系统例如GPS(全球定位系统)构成了一些最著名的地理定位方法。这些系统依赖于接收器终端对专用卫星发送的无线电信号的利用。GPS的地理定位特别准确，但是该系统有几个主要缺点。具体地，GPS接收器在对象中的集成需要电子硬件和特定软件，这可能致使所讨论的对象的成本显著增加。另一方面，这种接收器的功耗在IoT(物联网)型连接对象中通常是过高的，其功耗必须尽可能地降低。最后，GPS信号在建筑物内或通过障碍物的穿透性差，使得使用GPS不适合在封闭或密集封闭区域中对对象进行地理定位。

存在用于根据与终端所连接的接入网络的基站交换的信号对终端进行地理定位的其他技术。在蜂窝网络例如GSM(全球移动通信系统)中，已知方法将终端的位置估计为与其当前相关联的基站的位置，应理解终端通常与其最近的基站相关联。然而，使用这种方法的地理定位的准确性是有限的，因为基站的覆盖区域可以具有高达几千米甚至几十千米的半径。

其他方法包括通过计算在这些实体之间交换的信号的到达时间(TOA)或到达时间差(TDOA)来估计终端与多个基站间隔的距离，以便通过三边测量确定终端的位置。类似的方法基于信号的到达角(被称为三边测量)，或者当然基于计算信号的到达频率差(FDOA)。然而，由于后者基于多普勒效应，因此需要其位置正在被查找的终端在相对于观察点运动。这些不同的方法都存在需要特定硬件和软件的缺点。其次，它们通常需要用作观察点的不同基站的昂贵的同步。而且，它们对所谓的多径现象特别敏感，该多径现象与由于在遇到的障碍物上的反射、折射和衍射现象而通过多个路径对相同的无线电信号的传播相对应。

其他地理定位方法基于终端与基站之间交换的信号的接收功率水平(RSSI，接收信号强度指示符)水平。这些方法特别适用于蜂窝网络类型的无线通信系统(例如GSM)，对于上述无线通信系统RSSI信息直接可用，因为该RSSI信息由通信系统本身使用。这些方法依赖于以下事实：无线电信号在大气中衰减，并且因此接收器接收的信号的RSSI水平根据信号接收器与信号发射器间隔的距离而变化。因此，终端的地理位置可以通过基于由基站测量的RSSI水平来估计终端与围绕该终端的不同基站间隔的距离的三边测量来确定。基于RSSI水平的三边测量的这种地理定位方法的缺点是该方法由于多个参数影响信号衰减(障碍物、无线电干扰、终端移动等)而导致的不准确性，这使得定义基于RSSI水平的距离的函数非常复杂。

这就是为什么开发了基于RSSI水平的新地理定位方法以便将信号衰减问题转化为优势。这些新方法不执行三边测量方法，因此不需要预先知道基站的地理位置。然而，它们基于给定点处的RSSI水平在时间上稳定的假设，并且依赖于将指纹与所考虑的地理区域中的位置相关联的机器学习方法。在有形方面中，这涉及在第一校准阶段(也被称为“离线”学习阶段)建立数据库，该数据库将已知的地理位置和与针对系统的一组基站的所考虑的位置处的终端而测量的RSSI水平的集合相对应的“无线电签名”相关联。然后，在搜索阶段(也被称为“在线”阶段)期间，将针对位于未知位置的终端观察到的无线电签名与数据库的签名的集合进行比较，以便基于与终端最接近的一个或更多个签名相对应的一个或更多个位置来估计终端的位置。