用于对无线通信系统的终端进行地理定位的方法和系统技术方案

本发明专利技术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。

Method and system for geolocation of wireless communication system terminals

The invention relates to a method (10) for geolocation of a terminal of a wireless communication system based on a learning method, which enables the use of a radio signature corresponding to a set of values representing the quality of a radio link existing between a terminal at a search location and a plurality of base stations of the wireless communication system, and the phase of a radio signature with a known geographic location Associated reference data sets to estimate the geographic location of the terminal. In order to limit the complexity of the learning algorithm and make it resistant to the topology change of the access network, the feature of the location method is that each radio signature contains the selection of N values in the set of measured values and the location of the corresponding base station.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对无线通信系统的终端进行地理定位的方法和系统
本专利技术涉及地理定位领域。具体地，本专利技术涉及用于对无线通信系统的终端进行地理定位的方法。本专利技术特别适用于连接到用于物联网的网络的对象的地理定位
技术介绍
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。为此目的已经使用了几种机器学习方法。题为“Reliableindoorlocationpredictionusingconformalprediction”-KhuongAnNguyen，ZhiyuanLuo-SpringerScience+BusinessMediaDordrecht2013的文献描述了，例如，从两个不同的角度使用监督机器学习方法。一方面，从“分类”方法提出问题，其中学习方法将寻求将观察到的无线电签名与数据库中与观察到的签名最相似的一个或更多个无线电签名匹配。另一方面，从“回归”方法提出问题，其中学习方法将寻求基于数据库中包含的信息确定根据无线电签名最佳地定义地理位置的功能。题为“CellSense:AnAccurateEnergy-EfficientGSMPositionSystem”-MohamedIbrahim，MoustafaYoussef-IEEE2011的文献在另一方面描述了一种略有不同的分类学习方法，所述不同在于该方法使用了概率方法：所考虑的地理区域被划分为小区，并且为每个小区定义了针对给定基站获得某个RSSI水平的概率。因此，这涉及确定具有观察到无线电签名的概率最大的小区。所有这些基于RSSI水平的机器学习方法都具有相同的缺点。首先，校准阶段特别苛刻且昂贵，特别是如果要覆盖的地理区域很广泛。执行该校准阶段的已知方法涉及将设备嵌入在要覆盖的区域周围行驶的车队中，所述设备被调整成使得它们能够准确地为在不同点处的通信系统的基站提供地理位置和RSSI水平，这种方法被称为“战争驾驶”。点的数目越多，地理定位方法在准确性方面的性能越好，但校准阶段则越长且越昂贵。因此，要覆盖的地理区域越大，并且在数据库中要考虑的基站数量越多，所使用的机器学习算法的复杂性就越大。这解释了为什么基于RSSI水平的已知地理定位方法通常适用于封闭区域(例如建筑物内部)或当然适用于有限的地理区域(例如不超过几平方公里的城市区域)。最后，另一主要缺点在于以下事实：基于RSSI水平的已知地理定位方法所使用的无线电签名完全取决于执行校准阶段时的网络拓扑。更具体地，在这样的方法中，如果q表示执行校准阶段时通信系统的基站的数量，则无线电签名因此是矢量s＝(s1，s2，...，sq)，其中si表示基站i的RSSI水平。因此，能够确定无线电签名的基站的集合i∈[1..q]是预先定义的固定集合。因此，如果基站暂时不可用(例如在维护时)，则地理定位方法可能不再适用。此外，如果网络拓扑经历持续的变化(铺设新基站、移除或替换现有站)，则必须执行新的校准阶段以使搜索阶段有效。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的全部或一部分缺点，特别是在上文中描述的那些缺点。更具体地，并且根据第一方面，本专利技术涉及一种用于对无线通信系统的被称为“感兴趣的终端”的终端进行地理定位的方法，该方法包括以下步骤：-确定分别与不同的已知地理位置相关联的无线电签名，每个无线电签名与表示位于所述已知地理位置之一的校准设备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，无线电签名和该无线电签名的相关联的相应已知地理位置形成参考数据集，-确定位于要估计的地理位置的所述感兴趣的终端的无线电签名，-基于所述感兴趣的终端的无线电签名和参考数据集估计所述感兴趣的终端的地理位置。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对无线通信系统(60)的被称为“感兴趣的终端”的终端(70)进行地理定位的方法(10)，包括：/n-确定(22)分别与不同的已知地理位置相关联的无线电签名，每个无线电签名与表示在位于所述已知地理位置之一处的校准设备(71)和所述无线通信系统(60)的多个基站(81)之间存在的无线电链路的质量的值的集合相对应，所述无线电签名和所述无线电签名的相关联的相应已知地理位置形成参考数据集，/n-确定(32)用于位于要估计的地理位置处的所述感兴趣的终端的无线电签名，/n-基于所述感兴趣的终端的无线电签名和所述参考数据集估计(34)所述感兴趣的终端的地理位置，/n所述用于地理定位的方法(10)的特征在于，无线电签名的每次确定(22、32)包括：/n-对于所述多个基站(81)中的每个基站，测量(221、321)表示存在于所述校准设备(71)或所述感兴趣的终端(70)与相关基站之间的无线电链路的质量的值，/n-从所测量的值的集合中选择(222、322)N个值，/n-形成(223、323)所述无线电签名，在所述无线电签名中包括所选的N个值和用于测量所述所选的N个值的N个基站各自的地理位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170315 FR 17520901.一种用于对无线通信系统(60)的被称为“感兴趣的终端”的终端(70)进行地理定位的方法(10)，包括：
-确定(22)分别与不同的已知地理位置相关联的无线电签名，每个无线电签名与表示在位于所述已知地理位置之一处的校准设备(71)和所述无线通信系统(60)的多个基站(81)之间存在的无线电链路的质量的值的集合相对应，所述无线电签名和所述无线电签名的相关联的相应已知地理位置形成参考数据集，
-确定(32)用于位于要估计的地理位置处的所述感兴趣的终端的无线电签名，
-基于所述感兴趣的终端的无线电签名和所述参考数据集估计(34)所述感兴趣的终端的地理位置，
所述用于地理定位的方法(10)的特征在于，无线电签名的每次确定(22、32)包括：
-对于所述多个基站(81)中的每个基站，测量(221、321)表示存在于所述校准设备(71)或所述感兴趣的终端(70)与相关基站之间的无线电链路的质量的值，
-从所测量的值的集合中选择(222、322)N个值，
-形成(223、323)所述无线电签名，在所述无线电签名中包括所选的N个值和用于测量所述所选的N个值的N个基站各自的地理位置。


2.根据权利要求1所述的用于地理定位的方法(10)，其中，所选的N个值与表示针对所述基站(81)而测量的无线电链路的最佳质量的N个值相对应。


3.根据权利要求2所述的用于地理定位的方法(10)，其中，所选的N个值按照无线电链路质量的降序来排列。


4.根据前述权利要求中的一项所述的用于地理定位的方法(10)，其中，所述无线电链路是到所述无线通信系统(60)的基站(81)的上行链路。


5.根据权利要求4所述的用于地理定位的方法(10)，其中，校准设备(71)是所述无线通信系统(60)的被称为“校准终端”的终端(72)，并且位于已知地理位置的校准终端的无线电签名的确定(22)包括以下步骤：
-由所述校准终端(72)向所述多个基站(81)发送(220)消息，
-对于所述多个基站(81)中的每个基站，基于从所述校准终端接收的消息来测量(221)表示存在于所述校准终端与相关基站之间的无线电链路的质量的值，
-由连接到所述基站的服务器(82)从所测量的值的集合中选择(222)N个值，
-由所述服务器(82)形成(223)所述校准终端的无线电签名，在所述无线电签名中包括所选的N个值和用于测量所选的N个值的基站的地理位置。


6.根据权利要求5所述的方法(10)，其中，所述校准终端(72)配备有定位系统，所述校准终端(72)的无线电签名的确定(22)包括以下步骤：
-在由所述校准终端(72)向所述多个基站(81)发送的消息中包括由所述定位系统测量的所述校准终端的当前地理位置，
-由所述服务器(82)提取(224)所述消息中包含的地理位置。


7.根据权利要求5至6中的一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥列弗·伊松，
申请(专利权)人：西格弗克斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR