CN101346638A - Wlan和其它无线网络的定位 - Google Patents

Abstract

本发明描述用于定位WLAN和其它无线网络中的接入点和终端的技术。对于接入点定位，获得WLAN中的至少一个接入点的测量值。所述测量值可基于由每个接入点周期性地传输的传输序列(例如，信标帧)。所述测量值可由不同位置处的多个终端或不同位置处的单个移动终端产生。基于所述测量值和所述终端的已知位置来确定每个接入点的位置。对于终端定位，获得WLAN中的至少一个接入点的测量值。基于所述测量值和每个接入点的已知位置来确定所述终端的位置。所述测量值可以是往返时间(RTT)测量值、观察到的时间差(OTD)测量值、到达时间(TOA)测量值、信号强度测量值、信号质量测量值等。

Description

WLAN和其它无线网络的定位

本申请案主张2005年11月7日申请的题为“适用于无线局域网(WLAN)的定位解决方案(LOCATION SOLUTIONS APPLICABLE TO WIRELESS LOCAL AREANETWORKS(WLANs))”的第60/734,631号临时美国申请案、2005年12月6日申请的题为“适用于由无线LAN服务的终端的定位解决方案(LOCATION SOLUTIONAPPLICABLE TO A TERMINAL SERVED BY A WIRELESS LAN)”的第60/748,225号临时美国申请案和2006年11月4日申请的题为“对SUPL中的WLAN定位的支持(Supportfor WLAN Positioning in SUPL)”的第【档案号060145P3】号临时美国申请案的优先权，所有所述临时美国申请案都转让给本申请案的受让人，并以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及通信，且更具体地说，涉及用于执行定位的技术。

背景技术

无线通信网络广泛部署以用于提供各种通信服务，例如语音、视频、分组数据、消息传递、广播等。这些无线网络可以是能够通过共享可用网络资源来支持多个用户的通信的多址网络。此类多址网络的实例包含码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络和正交FDMA(OFDMA)网络。

通常需要(且有时必需)知道终端在无线网络中的位置。术语“位置”和“定位”是同义的，且在本文中可互换使用。举例来说，用户可利用终端来浏览网站，且可在位置敏感的内容上点击。接着，可确定所述终端的位置，并将其用于向用户提供适当的内容。存在许多知道终端的位置是有用的或必需的其它情形。

一些无线网络(例如CDMA网络)可容易地支持定位。这些无线网络可具有许多基站，其传输以时序信息编码的信号。可基于大量基站的时序测量值和这些基站的已知固定位置来确定终端的位置。在一些无线网络中，可能不知道发射器的位置，或发射器位置可能存在不确定性。尽管如此，可能仍需要确定终端在此无线网络中的位置。

发明内容

本文描述用于定位无线局域网(WLAN)以及其它无线网络中的接入点和终端的技术。定位指代测量/计算目标装置的地理位置估计值的过程。位置估计值还可被称为定位估计值、定位等。

在一个方面，对于接入点定位，针对WLAN中的至少一个接入点获得测量值。所述测量值可基于由每个接入点周期性地传输的传输序列(例如，信标帧)。所述测量值可由不同位置处的多个终端或不同位置处的单个移动终端产生。基于所述测量值和所述终端的已知位置且进一步根据定位方法来确定每个接入点的位置，所述定位方法例如是往返时间(RTT)方法、观察到的时间差(OTD)方法、到达时间(TOA)方法等。

在另一方面，获得接收来自接入点的传输的至少一个终端的至少一个位置。基于所述至少一个终端的至少一个位置和可能额外信息来确定接入点的位置，所述额外信息例如是WLAN所使用的无线电技术的范围限制、所述至少一个终端或接入点所使用的传输功率等。

在又一方面，对于终端定位，获得WLAN中的至少一个接入点的测量值。基于所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个位置且进一步根据定位方法来确定终端的位置，所述定位方法例如是RTT方法、OTD方法、TOA方法、信号强度/质量方法、接入点身份(AP ID)方法等。

在又一方面，针对多种定位方法获得多个位置结果(例如，概率密度函数)。对所述位置结果进行组合，以获得最终位置结果(例如，最终概率密度函数)。基于所述最终位置结果来获得站的位置估计值。

下文进一步详细描述本发明的各个方面和特征。

附图说明

图1展示支持定位的WLAN。

图2A和图2B展示接入点的定位。

图3展示一个终端针对两个接入点所进行的OTD测量。

图4展示两个终端针对一个接入点所进行的TOA测量。

图5展示接入点的移动历史。

图6展示具有用户平面定位的部署。

图7展示具有控制平面定位的部署。

图8展示用于定位一个或一个以上接入点的过程。

图9展示用于定位一个接入点的过程。

图10展示用于定位一个终端的过程。

图11展示用于组合位置结果的过程。

图12展示具有用户/控制平面定位的WLAN定位。

图13展示接入点、终端和网络服务器。

具体实施方式

本文描述用于支持无线网络中的定位的技术。所述技术可用于各种无线网络，例如无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、城域网(WMAN)、广播网络等。术语“网络”和“***”通常可互换使用。WWAN是为较大地理区域(例如，城市、州或整个国家)提供通信覆盖的无线网络。WWAN可以是蜂窝式网络，例如CDMA网络、TDMA网络、FDMA网络、OFDMA网络等。CDMA网络可实施例如宽带CDMA(W-CDMA)、cdma2000等无线电技术。cdma2000涵盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。TDMA网络可实施无线电技术，例如全球移动通信***(GSM)、数字高级移动电话***(D-AMPS)等。D-AMPS涵盖IS-248和IS-54。这些各种无线电技术和标准是此项技术中已知的。在来自名为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的文献中描述W-CDMA和GSM。在来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3GPP2)的组织的文献中描述cdma2000。3GPP和3GPP2文献是公开可用的。

WLAN是为较小或中等地理区域(例如，建筑物、商场、咖啡店、机场候机楼、学校、医院等)提供通信覆盖的无线网络。WLAN可实施例如由IEEE 802.11、Hiperlan等定义的任何无线电技术的无线电技术。WMAN可实施例如由IEEE 802.16定义的任何无线电技术的无线电技术。IEEE 802.11和IEEE 802.16是来自电气与电子工程师协会(IEEE)的两个标准系列。IEEE 802.11系列包含802.11a、802.11b、802.11g和802.11n标准，且通常被称为Wi-Fi。每个IEEE 802.11标准指定特定频带(例如，2.4GHz或5GHz)中使用一种或一种以上调制技术的操作。IEEE 802.16系列包含802.16e标准，且通常被称为WiMAX。Hiperlan是通常在欧洲使用的WLAN技术。为了清楚，以下描述内容的大部分是针对WLAN的。

图1展示支持定位的WLAN 100。WLAN 100包含与终端120通信的接入点(AP)110。接入点是支持与所述接入点相关联的终端的通信的站。接入点还可被称为基站。对于WMAN和WWAN无线技术，接入点可由节点B、增强型节点B(e节点B)、基站收发器子***等代替。接入点110可直接或间接耦合到可执行用于定位的各种功能的网络服务器130。网络服务器130可以是单个网络实体或网络实体的集合。一般来说，WLAN可包含任何数目的接入点。每个接入点可由接入点身份(AP ID)识别，AP ID可以是包含在由接入点传输的帧中的全球唯一的媒体接入控制(MAC)地址、因特网协议(IP)地址等。

终端是可经由无线媒体与另一个站通信的站。终端可以是静止的或移动的，且还可被称为移动台、用户设备、订户台等。终端可以是蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线装置、膝上型计算机、无线调制解调器、无绳电话、遥测装置、跟踪装置等。

接入点或终端还可接收来自卫星140的信号，卫星140可以是美国全球定位***(GPS)、欧洲伽利略***、俄罗斯Glonass***或某一其它卫星定位***(SPS)的一部分。终端可测量来自接入点110的信号和/或来自卫星140的信号。如上文所述，可使用所述测量值来确定终端和/或接入点的位置。

一般来说，WLAN和/或其相关联的终端可支持任何数目的定位方法和任何定位方法。表1列举一些可由WLAN和/或其相关联的终端支持的定位方法，并为每种方法提供简短描述。

表1

定位方法	描述
		AP ID	基于接入点的身份的解决方案。
RTT	基于往返时间(RTT)测量值的解决方案。
		OTD	基于观察到的时间差(OTD)测量值的解决方案。
TOA	基于到达时间(TOA)测量值的解决方案。
		信号强度/质量	基于信号强度和/或信号质量测量值的解决方案。
用于A-GPS的小区ID	基于小区ID且用于辅助GPS(A-GPS)的解决方案。

在以下描述内容中，术语“GPS”从种属上指代基于任何卫星定位***(例如，GPS、伽利略等)的定位。术语“A-GPS”从种属上指代具有辅助数据的基于任何卫星定位***的定位。

可使用定位方法来(a)基于接入点的已知位置确定终端的位置，和/或(b)基于终端的已知位置确定接入点的位置。可用GPS、A-GPS等来独立地获得所述已知位置。基于终端位置来确定接入点位置的能力可能高度需要，因为目前部署了大量WLAN，WLAN并不总是公开已知的，且接入点可能移动(即，并不总是固定的)。可基于支持独立定位方法(例如GPS、A-GPS等)的终端来确定和/或更新接入点的位置。可使用接入点位置来确定不支持独立定位方法(例如GPS、A-GPS等)的终端的位置。

可通过终端和/或通过部署网络服务器(例如，图1中的网络服务器130或接入点110中的一者)来支持各种定位方法。网络服务器可指令终端提供测量值，且可计算终端和/或接入点的位置估计值。网络服务器还可存储终端和/或接入点的位置信息，且可使用所述位置信息来支持定位。

1.AP ID方法

AP ID方法利用WLAN中的接入点的已知位置来确定终端的位置。位置可由2维(x，y)或3维(x，y，z)地理坐标给出。可以各种方式来确定接入点的位置。在一种方案中，可由WLAN操作者通过调查、使用地图关联等来确定接入点的位置。在另一种方案中，可基于例如GPS、A-GPS等定位方法来确定接入点的位置。

图2A展示用于基于与接入点通信的一个或一个以上终端的已知位置来定位接入点的方案。可基于不同终端的已知位置和/或相同终端的不同已知位置来确定针对接入点的覆盖区域。可基于所有已知终端位置(例如，终端位置的平均纬度(x)坐标和平均经度(y)坐标)来确定接入点的位置。为了避免由于终端在一个区域中比在其它区域中的密度更大而导致的偏差，可基于最外终端位置来确定覆盖区域的周长。接着，接入点的位置可由被所述周长包围的区域内的点(例如，所包围区域的形心)来给出。

图2B展示用于基于单个终端的已知位置来定位接入点的方案。终端的位置可被提供作为接入点的近似位置。此近似位置具有误差或取决于接入点的覆盖范围的不确定性。如果WLAN技术是已知的(例如，802.11b、802.11g等)，那么可基于WLAN技术的范围限制来估计从终端到接入点的最大距离。举例来说，许多802.11技术通常具有约50到100米的范围限制。接着，接入点的位置可通过终端位置来近似，其中实际接入点位置位于中心在终端位置处且半径由范围限制给出的圆内。通常针对WLAN技术所允许的最大传输功率而给出范围限制。因此，如果已知接入点或终端使用少于所述最大传输功率的功率来进行通信，那么可针对所述圆使用较小半径(且因此较小不确定性)。

一般来说，可事先(例如，通过绘图法或调查)或实地通过相反地应用所述定位方法中的任何一种来确定接入点的位置。具体地说，可基于支持可靠且准确定位方法(例如GPS、A-GPS等)的一个或一个以上终端的一个或一个以上已知位置来确定接入点位置。

AP ID方法可基于服务终端的接入点的身份或由终端接收到的接入点的身份以及所述接入点的已知位置来提供对终端的位置估计值。接入点的位置可被提供为终端的位置估计值。此位置估计值具有由接入点的覆盖范围决定的不确定性，所述覆盖范围可如上文所述基于WLAN技术来估计。位置估计值的准确性接着可取决于WLAN技术的范围限制。对于具有有限覆盖(例如，对于一些IEEE 802.11技术，至多达50米)的WLAN技术，位置估计值可能相当准确，且对于具有扩大的范围或使用中继器来扩大覆盖的WLAN、WMAN和WWAN技术，位置估计值的准确性可能较小。

可使接入点的位置可用于覆盖区域内和/或其它网络中的终端。举例来说，在IEEE802.11WLAN中，接入点可将其位置包含在周期性地广播到终端的信标中。在此情况下，可接收所述信标的终端可能能够基于从所述信标获得的接入点位置来估计所述终端的位置。

2.RTT方法

RTT方法基于对一个或一个以上其它站的RTT测量值和所述其它站的已知位置来提供站的位置估计值。举例来说，终端可测量所述终端与一个或一个以上接入点之间的无线电信号传播的往返时间。接着可使用三角测量技术，基于所述RTT测量值和接入点的已知位置来确定终端的位置。

可以各种方式来产生RTT测量值。举例来说，在IEEE 802.11v中，终端将消息(例如，存在请求帧)发送到接入点，并接收来自所述接入点的肯定应答(例如，存在响应帧)。所述肯定应答可含有由接入点测量到的在终端消息的最后一部分(例如，最后位或码片)的接收时间与所述肯定应答的第一部分(例如，第一位或码片)的传输时间之间的时间延迟。终端可测量所述消息的最后一部分的传输时间与所述肯定应答的第一部分的接收时间之间的时间延迟。接着，所述终端可从由终端测量到的时间延迟减去由接入点报告的时间延迟，以获得RTT的测量值。还可使用其它方案来测量发送给定消息与接收响应之间的时间差。

可通过获得对具有已知位置的一个或一个以上终端的RTT测量值并相反地应用三角测量来确定接入点的位置。在此情况下，对于具有已知位置的每个终端，到达接入点的RTT可由终端或所述接入点来测量。接着，可使用三角测量，基于不同已知位置处的相同或不同终端所产生的RTT测量值来获得接入点的位置。

一般来说，可基于针对一个或一个以上其它站而获得的与位置有关的测量值，用RTT方法来获得站(例如，终端或接入点)的位置估计值。用RTT方法获得的位置估计值可能比用AP ID方法获得的位置估计值准确得多。RTT方法试图精确定点站的位置，而APID方法估计所述站在整个覆盖区域上的位置。

3.OTD方法

OTD方法基于对其它站的OTD测量值和其它站的已知位置来提供站的位置估计值。举例来说，终端可测量接入点对之间的观察到的传输时序差。这些测量值可基于含有来自接入点的隐式或显式时序信息的传输。这些传输可对应于IEEE 802.11WLAN中由接入点周期性地广播的信标帧。接着，可使用三边测量，基于这些测量值来获得终端的位置。

图3展示一个终端i针对两个接入点P和Q所进行的OTD测量。每个接入点传输一连串传输序列，例如二进制经编码数据的序列。每个传输序列含有隐式或显式相对时间参考。接入点P和Q可分别以固定的重复时间间隔T_P和T_Q来周期性地传输其传输序列。每个传输序列的持续时间可等于或小于所述重复时间间隔。所述传输序列规则地重复，因为可识别的信息结构是规则地重复的，但重复的结构可能含有或可能不含有重复的信息。举例来说，每个传输序列可对应于IEEE 802.11中的信标帧。

接入点P和Q可具有相对较准确且稳定的时钟，但通常并不同步。因此，不能知道发送所述传输序列的确切时间。每个传输序列含有可用作时间参考的标记。来自接入点P的传输序列中的标记表示为M_P，且来自接入点Q的传输序列中的标记表示为M_Q。标记M_P和M_Q可以是其相应传输序列的开头、结尾或中间点。

终端i接收来自接入点P和Q的两个传输序列，并识别接收到的传输序列中的标记。终端i从接入点P和Q接收到的两个标记分别表示为M_Pi和M_Qi。终端i测量来自接入点P的标记M_Pi的到达时间与来自接入点Q的标记M_Qi的到达时间之间的差。此到达时间差表示为OTD_i。

标记M_Pi与M_Qi之间的实际时间差表示为RTD_i，且是来自接入点P和Q的这些标记的绝对传输时间之间的差。如果终端i在接入点P与Q之间等距，那么RTD_i等于OTD_i。否则，RTD_i和OTD_i与终端i与接入点P和Q之间的距离有关，且可表达为：

OTD_i＝A(M_Pi)-A(M_Qi)    等式(1)

RTD_i＝T(M_Pi)-T(M_Qi)    等式(2)

其中T(M_ki)是来自接入点k的标记M_ki的绝对传输时间，其中k＝P或Q，且A(M_ki)是终端i处的标记M_ki的绝对到达时间。

等式(1)和(2)可组合如下：

${\mathrm{OTD}}_i-{\mathrm{RTD}}_i=\{A\left(M_{\mathrm{Pi}}\right)-T\left(M_{\mathrm{Pi}}\right)\}-\{A\left(M_{\mathrm{Qi}}\right)-T\left(M_{\mathrm{Qi}}\right)\}$

$=\frac{D_{\mathrm{Pi}}-D_{\mathrm{Qi}}}{c}$ 等式(3)

$=\frac{\sqrt{{(x_i-x_P)}^2+{(y_i-y_P)}^2}-\sqrt{{(x_i-x_Q)}^2+{(y_i-y_Q)}^2}}{c}$

其中D_ki是终端i与接入点k之间的距离，

(x_k，y_k)是接入点k位置的水平x，y坐标，

(x_i，y_i)是终端i位置的水平x，y坐标，且

c是信号传播速度，例如光速。

为了简单性，垂直坐标在等式(3)中被忽略，但可容易被添加，如所属领域的技术人员将明白。在等式(3)中，OTD_i可由终端i测量，且所有其它变量是已知的或可解出。举例来说，可使用GPS、A-GPS等来独立地获得终端i的坐标。在此情况下，等式(3)将含有五个未知变量：两个接入点中的每一者的x和y坐标，以及标记M_Pi与M_Qi之间的RTD。对相同的标记M_Pi和M_Qi的五个OTD测量值可由不同已知位置处的五个不同终端产生，且用于解出所述五个未知变量。或者，五个OTD测量值可由五个不同已知位置处的单个终端产生，且用于解出所述五个未知变量。因此，可基于来自不同已知位置处的一个或一个以上终端的五个OTD测量值来获得所述两个接入点的未知x，y坐标。

通常不会由不同终端针对相同标记获得OTD测量值。代替地，不同终端通常基于不同传输序列中的不同标记在不同时间产生OTD测量值。移动的单个终端也可在不同位置时在不同时间针对不同标记产生OTD测量值。在任意种情况下，用于在不同时间产生的不同OTD测量值的标记的RTD可能不会全部相同。

对于由不同终端产生的OTD测量值，可应用于任何两个终端i和j(i≠j)的RTD相关如下。

RTD_i-RTD_j＝{T(M_Pi)-T(M_Qi)}-{T(M_Pj)-T(M_Qj)}

等式(4)

＝{T(M_Pi)-T(M_Pj)}-{T(M_Qi)-T(M_Qj)}

其中RTD_i-RTD_j是终端i和j的RTD差，且T(M_ki)-T(M_kj)是来自接入点k的两个标记之间的时间间隔。

等式(4)指示可基于来自两个接入点中的每一者的两个不同标记之间的时间间隔来获得终端i和k的RTD差。如果两个标记出现在同一传输序列中，且它们在所述传输序列中出现的时间是已知的，那么可确定每个接入点的时间间隔。如果两个标记出现在不同的传输序列中，如果(a)从每个传输序列的开头到相应的标记的时间间隔是已知的，且(b)两个传输序列的开头之间的时间间隔是已知的，那么也可确定每个接入点的时间间隔。当连续传输序列之间的重复间隔T_k是已知的，且每个传输序列运载一个序列编号，那么可满足条件(b)。如果传输序列被编号，那么可对从含有第一标记的序列到含有第二标记的序列的序列数目进行计数。如果传输序列没有被编号，那么等式(4)中的RTD差的值可能存在不明确性。此不明确性具有形式p*T_P+q*T_Q，其中T_P和T_Q分别是接入点P和Q的重复间隔，且p和q可以是分别对应于来自接入点P和Q的标记之间的序列的未知数目的正或负整数值。如果重复间隔对两个接入点来说是相同的，或T_P＝T_Q，且与等式(3)右手侧的最大值相比较大(使得到达任何终端的传播延迟比重复间隔小得多)，那么RTD差的不明确性消失，因为仅一个用于不确定性(p+q)*T_P的值将提供等式(3)的解。

知道任一对RTD之间的差允许使用等式(3)来用五个OTD测量值解出一个未知RTD加两个接入点的四个未知x和y坐标。一个OTD测量值的RTD可表达为未知变量X。每个其余OTD测量值的RTD可表达为X+K，其中可从等式(4)确定K。

接入点应以良好的时序/频率精度和稳定性来发送其传输序列，以便允许终端进行准确的OTD测量。来自一对接入点的传输序列可能由于一个或两个接入点中的时钟不精确性的缘故而随时间的过去而漂移。在此情况下，来自所述对接入点的标记之间的RTD将随时间而变化。在时间t时从两个接入点P和Q传输的两个标记的RTD可给出为：

RTD(t)＝a_n·tⁿ+a_n-1·t^n-1+…+a₁·t¹+a₀    等式(5)

其中RTD(t)是在传输时间t时从接入点P和Q发送的两个标记之间的RTD，且a_i是系数，其中0≤i≤n且n＞0。

对于RTD的线性漂移(其可能是最常见类型的漂移)，a_i将为零，其中i＞1。对于RTD的二次漂移，a_i将为零，其中i＞2。通常，更高的系数将为零或几乎为零。用于解等式(3)的变量的数目可增加等式(5)中的未知非零系数的数目，以便考虑RTD的漂移。可用来自位置已知的终端的相同数目的额外OTD测量值来获得接入点的坐标。

等式(3)还可用于用已知位置来确定获得两对或两对以上接入点的OTD测量值的终端的位置。在此情况下，等式(3)将含有三个未知变量：终端的x和y坐标，以及来自接入点的标记之间的RTD。如果接入点之间的RTD关系是已知的或可确定(例如，如上文所述或经由某一其它方法)，那么等式的数目可减少。举例来说，可用用于两对接入点的两个等式来解出终端i的坐标(x_i，y_i)的解。可用三个接入点来形成这两个对，其中一个接入点为两个对所共用。在用于每一对接入点的等式中，可解出终端i的坐标(x_i，y_i)，所述对中的接入点P和Q的坐标(x_P，y_P)和(x_Q，y_Q)是已知的，可测量这些接入点的OTD，且这些接入点的RTD可以是已知的或可被确定。

OTD方法使用由终端针对接入点对观察到的传输时序差的测量值。所述测量值可在同一时间产生、在时间上靠拢或可能在时间上分散。OTD方法可使用来自具有已知位置的终端的OTD测量值来确定接入点的位置。OTD方法还可使用来自终端的OTD测量值和接入点的已知位置来确定终端的位置。终端可测量来自两个或两个以上接入点的传输(如果所述接入点的位置被确定)，且可测量来自三个或三个以上接入点的传输(如果终端的位置被确定)。

OTD方法的优势是接入点和WLAN接入网络(AN)不需要参与所述方法。这避免了对现存WLAN实施方案和标准的影响。另外，没有必要具有从终端到接入点的任何显式信令。尽管如此，仍可用网络服务器(例如，图1中的网络服务器130)来支持OTD方法。网络服务器可指令终端产生OTD测量值，且可接收来自所述终端的测量值。网络服务器可执行如上文所述的与位置有关的计算，以使用OTD测量值来解出终端位置和/或接入点位置，例如，如等式(3)中所示。

OTD方法可用于发送隐式或显式时序有关信息的任何WLAN技术。可经由重复的帧结构、重复的帧、含有计数器或时序有关信息的其它可识别信息等来提供所述时序有关信息。可针对接入点对产生OTD测量值。每对中的接入点可支持相同或不同WLAN技术，只要OTD测量值可与来自每个接入点的传输中的可识别标记有关。

OTD方法可类似于用于GSM网络的增强型观察到的时间差(E-OTD)方法、用于W-CDMA网络的观察到的到达时间差(OTDOA)方法和用于cdma2000网络的高级前向链路三边测量(A-FLT)方法。E-OTD、OTDOA和A-FLT方法仅确定终端的位置，且依赖对基站位置的知晓。相反，OTD方法可确定终端以及接入点的位置，且可用于WLAN以及其它无线网络，例如GSM、W-CDMA和cdma2000网络。

4.TOA方法

TOA方法基于对一个或一个以上其它站的TOA测量值和所述其它站的已知位置来提供站的位置估计值。举例来说，终端可测量来自多个接入点中的每一者的标记的到达时间，且可使绝对时间与每个标记相关联。终端可使用(例如)GPS、A-GPS等来获得绝对时间。接着，可使用三边测量基于所述测量值来获得终端的位置。

图4展示不同位置处的两个终端i和k针对一个接入点P进行的TOA测量。接入点P传输一系列传输序列，其中每个传输序列具有一个标记。终端i接收来自接入点P的传输序列。由终端i接收到的序列中的标记表示为M_Pi。终端j接收来自接入点P的传输序列。由终端j接收到的序列中的标记表示为M_Pj。标记M_Pi可以与标记M_Pj相同或不同。每个终端m(m＝i或j)可基于终端对绝对时间的知晓来确定由所述终端从接入点P接收到的标记M_Pm的绝对到达时间A(M_Pm)。A(M_Pm)表示终端m针对接入点P产生的TOA测量值。

终端i处的标记M_Pi的绝对到达时间与终端j处的标记M_Pj的绝对到达时间之间的OTD表示为OTD_ij。来自接入点P的标记M_Pi和M_Pj的绝对传输时间之间的RTD表示为RTD_ij。OTD_ij和RTD_ij可表达为：

OTD_ij＝A(M_Pi)-A(M_Pj)，    等式(6)

RTD_ij＝T(M_Pi)-T(M_Pj)      等式(7)

其中T(M_Pm)是来自接入点P的标记M_Pm的绝对传输时间，且A(M_Pm)是终端m处的标记M_Pm的绝对到达时间。

等式(6)和等式(7)可组合如下：

${\mathrm{OTD}}_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{RTD}}_{\mathrm{ij}}=\{A\left(M_{\mathrm{Pi}}\right)-T\left(M_{\mathrm{Pi}}\right)\}-\{A\left(M_{\mathrm{Pj}}\right)-T\left(M_{\mathrm{Pj}}\right)\}$

$=\frac{D_{\mathrm{Pi}}-D_{\mathrm{Pj}}}{c}$ 等式(8)

$=\frac{\sqrt{{(x_i-x_P)}^2+{(y_i-y_P)}^2}-\sqrt{{(x_j-x_P)}^2+{(y_j-y_P)}^2}}{c}$

其中D_Pm是终端m与接入点P之间的距离，(x_P，y_P)是接入点P位置的水平x，y坐标，且(x_m，y_m)是终端m位置的水平x，y坐标。

为了简单性，垂直坐标在等式(8)中被忽略，但可容易被添加，如所属领域的技术人员将明白。绝对到达时间A(M_Pi)和A(M_Pj)可由终端i和j确定，且用于导出OTD_ij，如等式(6)中所示。等式(7)中的RTD_ij可容易得到，因为其与来自同一接入点的传输有关。可基于由接入点P发送的连续传输序列之间的重复间隔T_P来确定RTD_ij。在等式(8)中，OTD_ij和RTD_ij可得到，且所有其它变量是已知的或可被解出。举例来说，可使用GPS、A-GPS等来独立地获得终端i和j的坐标。在此情况下，等式(8)将含有两个未知变量：接入点P的x和y坐标。由不同已知位置处的三个不同终端产生的三个TOA测量值可用于形成两个等式(其中一个终端为两个等式所共用)，其可接着用于确定接入点P的x，y坐标的两个未知变量。由不同已知位置处的单个终端产生的三个TOA测量值也可用于确定接入点的坐标。基于TOA方法确定的接入点的位置可用于使用RTT、OTD、TOA或其它定位方法来确定终端的位置。

TOA方法允许基于对仅一接入点的TOA测量值来确定所述接入点的位置。这在终端可测量来自仅一个接入点的传输的情形下是合乎需要的。TOA方法使来自接入点的标记的到达时间与绝对时间(例如，GPS时间)相关联。TOA方法并不要求终端与接入点之间的相互作用。

等式(8)还可相反地用于使用接入点的已知位置来确定终端的位置。在此情况下，三个或三个以上接入点针对由所述终端传输的传输标记获得绝对TOA测量值。等式(8)可在接入点现代替终端(例如，终端i和j)且终端代替接入点(例如，接入点P)的情况下应用。

网络服务器(例如，图1中的网路服务器130)可指令终端和/或接入点执行TOA测量，且可接收来自终端和/或接入点的测量值。网络服务器接着可执行如上文所述的与位置有关的计算，以确定终端和/或接入点的位置。

5.信号强度/质量方法

信号强度/质量方法基于一个或一个以上其它站的信号强度和/或信号质量测量值以及所述其它站的已知位置来提供站的位置估计值。可使用图案匹配来确定所述站的位置，如下文所述。

终端可记录可由特定位置处的终端接收的所有接入点的身份。终端还可测量由所述终端接收到的每个接入点的信号强度和/或信号质量。信号强度可通过接收到的功率来量化，且可以dBm为单位给出。信号质量可通过信噪比(SNR)、每位能量与总噪声比率(Eb/No)、位误差率(BER)、分组误差率(PER)、观察到的信令误差等来量化。信号质量可由指示所述信号质量是否高于给定阈值(例如，信号质量是否足以对AP身份进行解码)的二进制值给出。还可使用独立的方法(例如，GPS、A-GPS等)来获得终端的位置。终端可报告其位置、接收的接入点的身份以及每个接入点的信号强度/质量测量值。

网络服务器(例如，图1中的网络服务器130)可接收来自不同终端的报告，和/或来自不同位置处的相同终端的报告。网络服务器可建立在不同位置处接收的接入点和相关联的信号强度/质量的数据库。可将所关心的地理区域分成小区域或像素。所述区域可具有任何形状(例如，正方形、矩形、六边形等)，且还可具有任何大小(例如，跨越几米)。由终端报告的位置可被映射到单个像素(例如，含有终端位置坐标的像素)，或映射到一小组像素(例如，包含在所述终端位于其中的大概区域中的像素)。接入点身份和信号强度/质量可与终端位置被映射到的像素相关联。如果从多个终端获得针对同一像素或像素组的报告，那么这些报告中的测量值可组合(例如，求平均值)，且所述经组合的测量值可被存储用于所述像素。举例来说，可使用移动加权时间平均来求信号强度的平均值，其中权数可视给定终端位置正确地映射到特定像素的概率而定。还可求信号质量的平均值。举例来说，如果使用一个信号质量阈值，那么总信号质量可能与超过所述阈值的终端的百分比有关。

所述数据库可用于终端的定位。网络服务器可从终端获得由所述终端接收到的接入点的身份以及可能这些接入点的信号强度/质量。网络服务器可搜索所述数据库，以寻找标记有所报告的接入点身份的像素。网络服务器可查找由终端识别的接入点的部分图案匹配，且可忽略未被识别的接入点。网络服务器可接着识别与所报告的信号强度/质量最接近匹配的平均信号强度/质量相关联的像素。网络服务器可考虑不同终端的灵敏度可能不同的事实。搜索的结果可能是一组像素(不一定连续)，表示终端的可能位置以及每个像素实际上是正确位置的概率。网络服务器可导出单个位置估计值，其使预期的位置误差(或误差的均方根)最小。

网络服务器可指令终端获得信号强度/质量测量值，且可接收来自这些终端的测量值。网络服务器可建立且/或更新数据库，并执行与位置有关的计算，以确定终端的位置。

6.用于A-GPS的小区ID方法

A-GPS方法向终端提供辅助数据，以辅助终端获取并测量GPS信号且/或从所得测量值计算位置估计值。辅助数据还可用于支持其它卫星定位***(例如欧洲伽利略***)的定位。通常需要终端的近似位置，以便向终端提供适当的辅助数据。举例来说，需要知道终端位置达到几千米以内，以提供获取辅助数据和用于支持GSM和W-CDMA网络中的A-GPS的GPS-GSM或GPS-WCDMA时序辅助数据。本文所描述的定位方法中的任何一者可用于以所需的准确性等级来确定终端的位置。然而，需要某一量的时间来执行这些定位方法中的一者，且如果成功，所得位置估计值可能比支持A-GPS所必需的位置估计值准确得多。

各种具有快速响应时间的定位方法可能能够传递适合于支持A-GPS的粗略位置估计值。对于小区ID方法，终端获得蜂窝式网络(例如GSM、W-CDMA或cdma2000网络)中的一个或一个以上小区的全球唯一身份。终端可使用双模式能力来检测小区，且可并行于WLAN信号而接收蜂窝式信号(例如，来自GSM、W-CDMA和/或cdma2000网络)。或者，终端可临时中止WLAN信号的接收(例如，当不需要或没有调度时)，切换到蜂窝式操作，扫描蜂窝式信号，并对接收到的蜂窝式信号进行解码。服务所述终端的接入点或经由WLAN服务所述终端的网络还可向终端提供在终端的位置中具有覆盖的小区的身份。这可经由未经请求的广播或点对点信令或响应于来自终端的请求而实现。由终端检测到的小区可包含覆盖范围包含终端的当前位置的小区和/或当接近终端的当前位置时由终端新近检测到的小区。

用于当前蜂窝式技术的小区身份可以是全球唯一的。小区身份可映射到小区内的特定位置，例如小区站天线的位置。此小区位置可被提供为所述小区内的终端的粗略位置估计值。所述位置估计值具有由所述小区的大小决定的误差。

数据库可将小区的位置存储在一个或一个以上蜂窝式网络中。可通过存储小区群的位置(例如GSM或W-CDMA中的位置区域)来简化所述数据库。还可通过使用其它方法(例如，A-GPS、GPS等)定位终端，从所述终端获得附近小区的身份以及使用针对小区位置的终端的位置来获得小区位置(或小区群的位置)。

除每个检测到的小区的小区身份之外，终端还可提供定时提前(TA)、往返时间、信号强度、信号质量等的测量值。这些测量值可存储在数据库中，且用来确定最靠近的小区。所述测量值还可用于RTT方法和信号强度/质量方法，以比单独使用小区身份的方式更准确地确定终端的位置。

网络服务器可指令终端获得并报告附近小区身份。网络服务器可通过使所报告的小区身份与已知的终端位置(其可使用GPS、A-GPS等来获得)相关联来建立和/或更新数据库。

7.组合来自不同定位方法的结果

可使用多种定位方法来确定站(例如，终端或接入点)的位置。可通过组合来自这多个定位方法的位置结果来针对所述站获得更准确且可靠的位置估计值。对于信号强度/质量方法，位置结果可以是一组可能位置(例如，像素)，其每一者具有相关联的出现概率。对于RTT、OTD和TOA方法以及GPS和A-GPS方法，结果可以是具有周围区域(例如，圆或椭圆)的单个位置，在所述周围区域内，预期实际位置具有特定概率。可将每个位置结果转换成概率密度函数(PDF)，其针对每个可能的位置提供所述站实际处于所述位置的概率。所有定位方法的概率密度函数可组合，且可用于获得所述站的最终位置估计值。

可基于多组独立测量值M₁、M₂、…M_N(其中N≥2)针对终端获得多个位置结果。每组测量值都可用于获得位置结果。可定义以下内容：

E＝终端位于点(x，y)处的事件

F_n(x，y)＝基于测量值组M_n(1≤n≤N)的在点(x，y)处的终端位置的概率密度函数(PDF)，以及

F(x，y)＝基于所有N个测量值组M₁、M₂、…M_N的在点(x，y)处的终端位置的PDF。

F_n(x，y)对应于用测量值组M_n获得的位置结果。可通过组合所有N个位置结果的F_n(x，y)(1≤n≤N)来确定F(x，y)。

可假定测量值组是独立的，使得在给定任何位置事件E的情况下，每个测量值组具有取决于事件E的某一出现概率，所述概率不额外取决于任一其它测量值组。此条件可给定为：

P(M_i/(E和M_j))＝P(M_i/E)，i，j∈{1，…，N}且i≠j    等式(9)

其中P(a/b)是以事件b为条件的事件a的概率。

所有N个测量值组的位置结果可组合如下。

等式(10)

等式(10)向来自不同定位方法的结果给出相等的权数。

还可用针对不同定位方法的不同加权来组合所有测量值组的位置结果，如下。

等式(11)

其中p(n)是用于测量值组M_n的权数，1≤n≤N。

可将所述权数定义为0≤p(n)≤1。p(n)的较小值可用于可靠性较小的定位方法，且p(n)的较大值可用于可靠性较大的测量值组。如果PDF F_n(x，y)已经反映了位置结果的准确性和可靠性，那么可省略所述加权。举例来说，当在某一时间周期中已经准确且一致地确定了接入点位置(针对OTD方法)之后，组合使用OTD方法和GPS或A-GPS方法获得的位置估计值时，可省略加权。当在接入点位置被视为可靠之前，组合来自这些相同定位方法的位置估计值时，可应用加权。在此情况下，可向OTD方法指配较少权数。

网络服务器可针对不同定位方法(例如，A-GPS、RTT、OTD、TOA、信号强度/质量等)从终端获得若干组测量值。网络服务器可针对每种定位方法执行与位置有关的计算，且可将所有定位方法的结果组合成更准确的位置信息，如上文所述。

8.评估位置信息的可靠性

上文所述的定位方法中的某些方法可提供对接入点的相对准确的位置估计值。然而，与蜂窝式网络中的基站不同，WLAN中的接入点可能是可容易移动的小件设备。WLAN操作者可周期性地移动接入点，以便改进覆盖、增添容量或重新配置一个或一个以上WLAN。当这种情况发生时，使用取决于移动的接入点的位置的任何定位方法而获得的任何终端位置可能不准确。

为了解决这个移动性问题，可通过使用任何合适的定位方法来确定接入点位置并将接入点的当前位置与先前位置进行比较，来周期性地检验接入点的位置。如果两个位置相符，或至少不是不一致，那么可假定接入点没有移动。如果两个位置不一致，那么可存储新的位置以及获得所述新的位置的时间。随后可检验所述新的位置，且如果确认了足够次数，那么可假定其正确。可认为接入点在第一次检测到新的位置之前已经移动。

可确定并存储给定区域内的每个接入点移动的次数和频率。可使用所得的移动历史信息来在没有任何可靠的检验移动的方法的情况下，在任何给定时间预测给定接入点已经移动的概率。可基于给定区域中的仅所述接入点或所有接入点的移动历史信息来预测接入点的移动。

图5展示使用一维来表示实际2或3维位置的接入点的移动历史。接入点最初在时间T0时位于位置L0。所述接入点在时间T1时移动到位置L1，接着在时间T2时移动到位置L2，且接着在时间T3时移动到位置L3。检验到所述接入点在时间T4时位于位置L3。在稍后时间T5时，需要估计所述接入点仍位于位置L3的概率，或等效地，估计所述接入点已经移动的概率。

可使用所述接入点的一些或所有位置历史信息来确定当前位置的概率。举例来说，接入点固定在位置L3的时间(T4-T3)可与接入点可能已经移动的时间(T5-T4)一起使用。或者，可使用移动之间的时间(T3-T2)、(T2-T1)和(T1-T0)来确定对接入点花费在给定位置的持续时间的统计资料。还可针对其它接入点获得类似的统计资料，并使用所述统计资料来确定此接入点的当前位置的概率。

可以各种方式来确定给定接入点k的移动概率。如果接入点k已经移动多次，那么可获得接入点k位于任一位置的平均持续时间D。可假定接入点k在任一时间移动的概率独立于时间和已经在当前位置花费的持续时间两者。接入点移动于是可表示为泊松统计过程。在此情况下，接入点k位置在时间t中保持恒定的概率P_k可给出为：P_k＝e^-t/D，且接入点k在从最后检验到其位置起之后的时间t之后已经移动的概率可给出为1-e^-t/D。如果接入点k从未被观察到移动，且已经被观察到位于同一位置持续了持续时间T，那么可假定任何一个位置中的平均持续时间为D＞T。接入点k在时间t中尚未移动的概率P_k可给出为e^-t/D＝P_k＞e^-t/T。

如果移动点k已经移动了许多次，那么接入点保持在不同位置的持续时间可用来获得各种统计资料，例如平均持续时间、持续时间的方差、持续时间的分布等。此统计信息可代替泊松统计模型，且可用来获得对接入点k位置已经改变的概率的更可靠的估计值。

接入点k可能已经静止或可能已经偶尔移动，使得对其在一个位置中的持续时间的平均值和方差的任何估计值可能不可靠。在此情况下，可基于针对一组接入点而收集到的统计资料来获得接入点k从最后检验到其位置以来已经移动的概率的估计值。这个组S可能含有WLAN中的所有接入点、预定数目的接入点、与接入点k位于同一区域中的接入点、属于特定WLAN操作者或与特定WLAN操作者相关联的接入点等。如果组S中的任一接入点移动，那么可确定移动的时间，并使用所述时间来获得组S中的任一接入点的相继移动之间的预期持续时间D。可假定组S中的每个接入点的移动是泊松事件。如果组S中存在N个接入点，那么任一接入点的移动之间的平均持续时间可给定为N*D，且接入点k在时间t尚未移动的概率P_k可给出为：P_k＝e^-t/(N*D)。可通过使用根据一组接入点而不是单个接入点的移动历史确定的平均持续时间N*D来获得更准确的移动概率。

还可以其它方式和/或使用其它方法来确定接入点的移动概率。举例来说，可使用用于确定***或组件的可靠性(例如电气组件发生故障的时间)的方法来预测移动。

可基于先前针对K个接入点(其中K＞1)而获得的位置来为终端导出位置估计值。可定义以下内容：

P_k＝接入点k的位置可靠性，1≤k≤K，

＝从最后获得或最后检验到接入点k位置开始，接入点k位置尚未改变的概率，以及

P＝使用所有K个接入点的位置来获得的位置估计值的可靠性

＝从最后获得或最后检验到所有K个接入点的位置开始，所有K个接入点的位置尚未改变的概率。

终端的位置估计值的可靠性可给出为：

$P=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Π}}}{P}_k,$ 如果所有接入点的位置的变化是独立的，    等式(12)

$P>\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Π}}}{P}_k,$ 如果所述接入点的位置的变化是相关的。    等式(13)

等式(12)指示当任一接入点的位置的变化的概率与其它接入点的位置是否已经改变无关时，位置估计值的总体可靠性由个别可靠性的乘积给出。用于获得位置估计值的接入点通常是靠近的，这允许终端经定位以接收来自这些接入点的信号。因此，一个接入点的移动可与其它接入点的移动正相关。举例来说，如果WLAN操作者决定重新配置或扩展WLAN，那么可能一个以上接入点会被移动。如果给定接入点k已经移动，那么这可导致相邻接入点也已经移动的较高概率。如果接入点k尚未移动，这可导致相邻接入点尚未移动的较高概率，这种情况在等式(13)中反映出来。

在IEEE 802.11中，接入点可(例如)在信标帧中提供其位置。接入点位置的可靠性可能由于各种原因而成为问题。举例来说，由于确定位置过程中的误差、WLAN操作者的手动输入中的误差、接入点在没有更新其位置的情况下的移动等缘故，接入点位置可能不正确。事实上，对于现存的那么多WLAN，且对于对节约时间和资源的高度重视，不可能总是提供准确且可靠的位置。

利用接入点位置的定位方法可检验这些位置。一旦已经检验了接入点的位置，那么可发现由所述接入点提供的所述位置是否正确。这可针对大量接入点而执行。对于尚未被检验的给定接入点位置，可通过假定针对任一接入点的相等正确性概率来确定所述位置正确的概率。举例来说，如果n个接入点位置中有m个是正确的(其中m≤n)，那么另一个接入点位置正确的概率可给出为m/n。在定义正确性的过程中，可对允许误差设置边界(例如，50或200米误差)，且可针对不同误差边界的正确性获得单独的概率。等式(12)可接着用于估计位置是使用可能由于上述原因中的任一者而不可靠的接入点位置来确定的任何终端的位置可靠性。在此情况下，等式(12)中的P_k可表示由接入点提供的位置的正确性概率，或先前检验到的接入点位置尚未改变的概率。

一旦(例如，如上文所述)已经获得或检验到接入点位置，就可使用所述接入点位置来估计其它接入点的位置。终端可提供由所述终端接收到的所有接入点的身份。任何接收的接入点的已知位置可用作位置当前未知的接收的接入点的近似位置。这可接着用于近似定位其它终端，例如使用AP ID方法。对这些终端的位置估计可能是粗略的，但对于A-GPS和接受低准确性位置结果的其它应用来说可能足够。

9.具有OMA SUPL，和3GPP2 X.S0024的定位支持

本文所描述的定位方法可由与WLAN相关联的终端、接入点和/或其它网络实体支持。对终端的定位可本地发生。实体可从终端或WLAN(例如，接入点)请求终端位置。

通过扩大无线用户平面定位解决方案(例如，开放移动联盟(OMA)安全用户平面定位(SUPL)和3GPP2X.S0024)的现存能力来支持WLAN中的终端的定位可能更有效。用户平面定位解决方案可用于支持终端的定位，存储并提供位置结果，支持终端用户的隐私，支持请求终端位置的实体的验证等。用户平面定位解决方案目前支持许多定位方法，例如具有定时提前的小区ID、E-OTD、OTDOA和A-FLT，其可应用于WWAN(例如，GSM、W-CDMA和cdma2000网络)，但不可应用于WLAN。用户平面定位解决方案还支持其它定位方法，例如GPS和A-GPS，其可应用于不需要专用WLAN支持的各种无线网络。用户平面定位解决方案可经增强以支持针对WLAN的定位方法。

图6展示具有SUPL和X.S0024的部署。终端120可使用WLAN 100来接入因特网610、3GPP或3GPP2中的IP多媒体子***(IMS)网络620或如3GPP TS 23.234和3GPP2X.P0028中所描述的其它3GPP或3GPP2服务。终端120可与WLAN 100通信，WLAN 100可用作(如3GPP TS 43.318中所述)用以支持对GSM和GPRS的接入的通用接入网络(GAN)。终端120在与WLAN 100通信时可使用SUPL或X.S0024内的WLAN定位方法。在SUPL中，终端被称为具有SUPL功能的终端(SET)。

SUPL利用SUPL定位平台(SLP)630，其负责SUPL服务管理和定位。SUPL服务管理可包含管理SET的位置，以及存储、提取和修改目标SET的位置信息。SLP 630包含SUPL位置中心(SLC)632，且可包含SUPL定位中心(SPC)634。SLC 632执行用于位置服务的各种功能，协调SUPL的操作，并在用户平面载体上与SET相互作用。SLC632可执行用于隐私、启动、安全性、漫游支持、计费/记账、服务管理、定位计算等的功能。SPC 634支持对SET的定位，负责用于定位计算的消息和程序，且支持辅助数据向SET的传递。SPC 634可执行用于安全性、辅助数据传递、参考检索、定位计算等的功能。SPC 634具有对GPS接收器(参考网络，也许是全球参考网络)的接入，且接收卫星的信号，使得其可提供辅助数据。

X.S0024利用定位实体640，其可包含X.S0024定位服务器(PS)642和X.S0024定位确定实体(PDE)644。PS 642可执行类似于SLC 632所执行的那些功能的功能。PDE644可执行类似于SPC 634所执行的那些功能的功能。

可通过在SUPL和X.S0024中具有用于这些定位方法的新的识别符且/或通过允许新的与位置有关的测量值从终端发送到SUPL或X.S0024实体，来在SUPL或X.S0024中支持WLAN定位方法。对于基于终端的定位，终端执行测量，并计算位置估计值。在此情况下，SUPL SLP或SPC和X.S0024 PS或PDE可发送位置信息，以辅助终端进行测量和/或计算位置估计值。所述位置信息可包括(例如)接入点的位置坐标、针对OTD方法的RTD值等。

表2列举可包含在OMA SUPL中以支持本文所述的WLAN定位方法的信令。对于小区ID方法，小区身份可能已经包含在SUPL START和SUPL POS INIT消息中，但可用表2中所示的新的参数扩展。表2中所示的与位置有关的信息还可包含在其它SUPL参数和消息中。

表2

定位有效负载可以是3GPP中的无线资源LCS协议(RRLP)消息、3GPP中的无线资源控制(RRC)消息、3GGP2中的TIA-881消息等。

有了表2中的特征，SUPL SLP或SPC可支持上文所述的WLAN定位方法。SLP或SPC还可起到用于WLAN定位方法的网络服务器的作用，并执行上文所述的操作。SET可起到所识别的终端的作用。还可在SUPL中提供不同或额外的信令和特征，以支持WLAN定位方法。

还可在X.S0024中提供类似信令和特征。X.S0024 PS或PDE可支持上文所述的WLAN定位方法。PS可起到用于WLAN定位方法的网络服务器的作用，并执行上文所述的操作。移动台(MS)可起到所识别的终端的作用。

10.具有控制平面解决方案的定位支持

还可通过扩大用于3GPP和3GPP2网络的无线控制平面定位解决方案的现存能力来支持WLAN中的终端的定位。在3GPP TS 23.271、43.059和25.305中描述对GSM、W-CDMA和其它3GPP网络的控制平面定位解决方案。在X.S0002、TIA-881和J-STD-036版本B中描述对cdma2000和其它3GPP2网络的控制平面定位解决方案。这些文献是公开可用的。

图7展示具有3GPP和3GPP2控制平面定位解决方案的部署。终端120使用WLAN100来接入3GPP网络710、3GPP2网络720或如(例如)在3GPP 23.234和3GPP2 X.P0028中所述的其它3GPP或3GPP2服务。3GPP网络710可以是GSM网络、W-CDMA网络等，且可包含基站控制器(BSC)、无线电网络控制器(RNC)等。3GPP2网络720可以是cdma2000网络等，且可包含BSC等。终端120可与WLAN 100通信，WLAN 100可用作(如3GPP TS 43.318中所述)用以支持对GSM和GPRS的接入的GAN。终端120可在与WLAN 100通信时使用WLAN定位方法。

3GPP控制平面定位解决方案利用定位实体，其可包含网关移动位置中心(GMLC)732和服务移动位置中心(SMLC)/独立SMLC(SAS)734。GMLC 732可提供各种服务，例如订户隐私、授权、验证、记账等。SMLC/SAS 734可支持对终端的定位。3GPP2控制平面定位解决方案利用定位实体，其可包含移动定位中心(MPC)742和PDE 744，其可分别以与GMLC 732和SMLC/SAS 734类似的方式起作用。

对于3GPP控制平面定位解决方案，可将新的信令和特征添加到用于GSM网络中的定位且在3GPP 44.031中描述的RRLP协议和/或用于W-CDMA网络中的定位且在3GPP25.331中描述的RRC协议。新的信令和特征可与表2中的信令和特征相同或类似，但将被添加到RRLP和/或RRC消息，而不是SUPL消息。可扩展新的信令和特征，以支持接入由WLAN支持的3GPP GAN的终端的定位。对于3GPP，SMLC、SAS、BSC、RNC或通用接入网络控制器(GANC)可起到网络服务器的作用，并执行上文针对WLAN定位方法而描述的操作。用户设备(UE)或移动台(MS)可起到所识别的终端的作用。还可使用用于RRLP和RRC的新的信令和特征来支持SUPL，因为RRLP和RRC两者可用作SUPL的一部分。

对于3GPP2控制平面定位解决方案，可将新的信令和特征添加到TIA-801和3GPP2C.S0022中所定义的协议。新的信令和特征可与表2中的信令和特征相同或类似，但将添加到TIA-801/C.S0022协议。对于3GPP2，PDE可起到网络服务器的作用，并执行上文针对WLAN定位方法而描述的操作。3GPP2中的移动台(MS)可起到所识别的终端的作用。还可使用用于TIA-801/C.S0022的新的信令和特征来支持SUPL，因为TIA-801/C.S0022协议可用作SUPL的一部分。

本文所描述的WLAN定位方法还可应用于其它类型的无线网络。在这些情况下，WLAN中的接入点的角色可由基站(例如，GSM、W-CDMA或cdma2000基站)代替。与接入点相关联的测量值也可由针对一个或一个以上基站的对应测量值代替。本文所描述的用以定位WLAN中的终端或接入点的定位方法可用于定位基站。

图8展示用于定位接入点的过程800。可针对WLAN中的至少一个接入点获得测量值(框812)。所述测量值可基于由每个接入点周期性地传输的传输序列(例如，信标帧)。所述测量值可由不同位置处的多个终端或不同位置处的单个终端产生。基于所述测量值且根据定位方法来确定每个接入点的位置(框814)。

对于RTT方法，RTT测量值可由至少一个终端针对单个接入点而产生。接着，可基于所述RTT测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述接入点的位置。

对于OTD方法，OTD测量值可由至少一个终端针对一对接入点而产生。接着，可基于所述OTD测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定每个接入点的位置。可(例如)基于说明用于获得OTD测量值的传输中的时序漂移的函数而针对OTD测量值确定RTD值。接着，可进一步基于所述RTD值来确定每个接入点的位置。

对于TOA方法，TOA测量值可由至少一个终端针对单个接入点而产生。接着，可基于所述TOA测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述接入点的位置。举例来说，可基于由多个终端产生的TOA测量值来确定至少一对终端的OTD测量值。接着，可基于所述OTD测量值和所述终端的已知位置来确定接入点的位置。

图9展示用于定位接入点的过程900。获得接收来自WLAN中的接入点的传输的至少一个终端的至少一个位置(框912)。基于所述至少一个终端的所述至少一个位置来确定接入点的位置(框914)。可进一步基于WLAN所使用的无线电技术(例如，IEEE 802.11)的范围限制、所述至少一个终端或所述接入点所使用的传输功率等来确定所述接入点的位置。可基于(a)所述至少一个终端的所述至少一个位置的平均坐标，(b)覆盖所述至少一个终端的地理区域的形心，或(c)基于至少一个终端位置而确定的某一其它点，来确定所述接入点的位置。

图10展示用于定位终端的过程1000。获得针对或来自WLAN中的至少一个接入点的测量值(框1012)。基于所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个位置来确定所述终端的位置(框1014)。

对于RTT方法，RTT测量值可由终端针对所述至少一个接入点而产生。接着，可基于所述RTT测量值和所述至少一个接入点的已知位置来确定所述终端的位置。对于OTD方法，OTD测量值可由所述终端针对至少两对接入点而产生。接着可基于所述OTD测量值和接入点的已知位置来确定所述终端的位置。对于TOA方法，TOA测量值可由至少三个接入点针对所述终端而产生。接着，可基于所述TOA测量值和所述接入点的已知位置来确定所述终端的位置。

对于AP ID方法，测量值可提供所述至少一个接入点(例如，服务接入点)的至少一个身份。可基于每个接入点的身份来获得其位置。接着，可基于所述至少一个接入点的至少一个位置来确定所述终端的位置。对于信号强度/质量方法，信号强度测量值、信号质量测量值或两者可由终端针对所述至少一个接入点而产生。接着，可基于所述测量值和每个接入点的身份来确定所述终端的位置。

对于所有定位方法，可进一步基于每个接入点的位置的可靠性来确定终端的位置，可基于仅所述接入点或一组接入点的位置历史信息来确定所述可靠性。

图11展示用于组合位置结果的过程1100。针对多种定位方法获得多个位置结果(框1112)。所述定位方法可包含AP ID方法、RTT方法、OTD方法、TOA方法、信号强度/质量方法、小区ID方法、GPS、A-GPS等中的任一者或任一组合。对所述多个位置结果进行组合，以获得最终位置结果(框1114)。基于所述最终位置结果而获得站的位置估计值(框1116)。所述位置结果可对应于所述站的可能位置的概率密度函数。所述概率密度函数可经组合以获得最终概率密度函数。在组合之前，可基于定位方法的可靠性而对位置结果进行加权。接着，可基于最终概率密度函数而获得所述站的位置估计值。

图12展示用于以用户平面或控制平面定位执行定位的过程1200。终端与WLAN中的接入点通信(框1212)。终端与用于定位所述终端的网络实体交换信令(框1214)。所述信令是经由接入点交换的。所述网络实体支持用户平面定位(例如，SUPL或X.S0024)，或控制平面定位(例如，针对3GPP或3GPP2)。终端接收来自网络实体的位置信息(框1216)。所述位置信息可包括接入点位置、接入点身份、接入点时序信息、辅助数据等，且可用于产生测量值、计算位置估计值等。终端可基于所述位置信息来确定其位置(框1218)。

对于基于终端的定位，终端可针对WLAN中的至少一个接入点(例如，服务接入点和/或其它接入点)获得测量值。所述测量值可以是RTT测量值、OTD测量值、TOA测量值、信号强度测量值、信号质量测量值等。所述终端接着基于所述测量值和从网络实体接收到的位置信息(例如，接入点位置)来确定所述终端的位置。

对于终端辅助的定位，终端可基于从网络实体接收到的位置信息而针对WLAN中的至少一个接入点获得测量值。终端可将所述测量值发送给网络实体。网络接着可基于所述测量值来确定所述终端的位置，且可向所述终端提供位置估计值。

使用上文所识别的方法中的任何一种针对终端而获得的位置估计值还可用于在其它定位方法(例如，GPS和A-GPS)可能原本不够准确和/或不够可靠的情形和环境下改进这些其它定位方法的准确性和可靠性。

图13展示图1中的一个接入点110、一个终端120和网络服务器130的框图。为了简单性，图13展示用于终端120的仅一个控制器/处理器1320、一个存储器1322和一个收发器1324；用于接入点110的仅一个控制器/处理器1330、一个存储器1332、一个收发器1334和一个通信(Comm)单元1336；以及用于网络服务器130的仅一个控制器/处理器1340、一个存储器1342和一个通信单元1344。一般来说，每个实体可包含任何数目的处理器、控制器、存储器、收发器、通信单元等。终端120可支持与一个或一个以上其它无线网络(例如GSM、W-CDMA和/或cdma2000网络)的无线通信。终端120还可接收并处理来自一个或一个以上卫星定位***(例如，GPS，伽利略等)的信号。

在下行链路上，接入点110向其覆盖区域内的终端传输业务数据、信令和导频。这各种类型的数据由处理器1330处理，且由收发器1334调节，以产生下行链路信号，所述下行链路信号经由天线传输。在终端120处，来自一个或一个以上接入点的下行链路信号经由天线被接收，由收发器1324调节，且由处理器1320处理，以获得各种类型的信息。举例来说，收发器1324和/或处理器1320可针对上文所述的WLAN定位方法中的任何一者产生各种测量值。存储器1322和1332分别存储用于终端120和接入点110的程序代码和数据。

在上行链路上，终端120可向WLAN 100中的一个或一个以上接入点传输业务数据、信令和导频。这各种类型的数据由处理器1320处理，并由收发器1324调节，以产生上行链路信号，所述上行链路信号经由终端天线传输。在接入点110处，来自终端120和其它终端的上行链路信号由收发器1334接收并调节，且进一步由处理器1330处理，以获得来自所述终端的各种类型的信息。接入点110可经由通信单元1336直接或间接与网络服务器130通信。

在网络服务器130内，处理器1340针对上文所述的WLAN定位方法中的任何一者执行处理。举例来说，处理器1340可针对各种WLAN定位方法建立并维护数据库，向终端提供位置信息，计算终端和/或接入点的位置估计值等。存储器1342存储用于网络服务器130的程序代码和数据。通信单元1344允许网络服务器130与接入点110和/或其它网络实体通信。

本文所描述的技术可由各种方法来实施。举例来说，这些技术可实施在硬件、固件、软件或其组合中。对于硬件实施方案，用于在站(例如，终端、接入点或某一其它实体)处执行定位的处理单元可实施在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文所描述的功能的其它电子单元、计算机或其组合内。

对于固件和/或软件实施方案，可用执行本文所描述的功能的模块(例如，过程、函数等)来实施所述技术。固件和/或软件代码可存储在存储器(例如，图13中的存储器1322、1332或1342)中，且由处理器(例如，处理器1320、1330或1340)执行。所述存储器可实施在处理器内或处理器外部。

本文包含标题以供参考，且帮助定位某些部分。这些标题无意限制其下面所描述的概念的范围，且这些概念可在整个说明书的其它部分中具有适用性。

提供本发明的前面的描述内容是为了使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明了对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化形式。因此，不希望本发明限于本文所描述的实例，而是希望本发明符合与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (48)

1.一种设备，其包括：

处理器，其获得针对无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值，且用于基于所述测量值来确定所述至少一个接入点中的每一者的位置；以及

存储器，其耦合到所述处理器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述测量值是基于由所述至少一个接入点周期性地传输的传输序列。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个接入点对应于单个接入点，其中所述测量值包括由至少一个终端针对所述接入点而产生的往返时间(RTT)测量值，且其中所述处理器基于所述RTT测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述接入点的所述位置。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个接入点对应于一对接入点，其中所述测量值包括由至少一个终端针对所述对接入点而产生的观察到的时间差(OTD)测量值，且其中所述处理器基于所述OTD测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定每个接入点的所述位置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述OTD测量值由不同位置处的多个终端产生，且其中所述处理器基于所述OTD测量值和所述多个终端的已知位置来确定每个接入点的所述位置。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述处理器确定所述OTD测量值的实际时间差(RTD)值，且进一步基于所述RTD值来确定每个接入点的所述位置。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述处理器基于说明用于获得所述OTD测量值的传输中的时序漂移的函数来确定所述RTD值。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个接入点对应于单个接入点，其中所述测量值包括由至少一个终端针对所述接入点而产生的到达时间(TOA)测量值，且其中所述处理器基于所述TOA测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述接入点的所述位置。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述TOA测量值由不同位置处的多个终端产生，且其中所述处理器基于所述TOA测量值和所述多个终端的已知位置来确定所述接入点的所述位置。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个接入点对应于单个接入点，其中所述测量值包括由多个终端针对所述接入点而产生的到达时间(TOA)测量值，且其中所述处理器基于由所述多个终端产生的所述TOA测量值而针对至少一对终端获得观察到的时间差(OTD)测量值，且基于所述OTD测量值和所述多个终端的已知位置来确定所述接入点的所述位置。

11.一种方法，其包括：

获得无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值；以及

基于所述测量值来确定所述至少一个接入点中的每一者的位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述获得测量值包括获得由至少一个终端针对一对接入点而产生的观察到的时间差(OTD)测量值，且其中所述确定位置包括基于所述OTD测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述对中的每个接入点的所述位置。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述获得测量值包括获得由至少一个终端针对单个接入点而产生的到达时间(TOA)测量值，且其中所述确定位置包括基于所述TOA测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述单个接入点的所述位置。

14.一种设备，其包括：

用于获得无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值的装置；以及

用于基于所述测量值来确定所述至少一个接入点中的每一者的位置的装置。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述用于获得测量值的装置包括用于获得由至少一个终端针对一对接入点而产生的观察到的时间差(OTD)测量值的装置，且其中所述用于确定位置的装置包括用于基于所述OTD测量值和所述至少一个终端的已知位置来确定所述对中的每个接入点的所述位置的装置。

16.一种设备，其包括：

处理器，其用于获得从无线局域网(WLAN)中的接入点接收传输的至少一个终端的至少一个位置，且用于基于所述至少一个终端的所述至少一个位置来确定所述接入点的位置；以及

存储器，其耦合到所述处理器。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理器进一步基于所述WLAN所使用的无线电技术的范围限制来确定所述接入点的所述位置。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理器进一步基于所述至少一个终端或所述接入点所使用的传输功率来确定所述接入点的所述位置。

19.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理器基于所述至少一个终端的所述至少一个位置的平均坐标来确定所述接入点的所述位置。

20.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理器基于覆盖所述至少一个终端的地理区域的形心来确定所述接入点的所述位置。

21.一种设备，其包括：

处理器，其用于获得无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值，且用于基于所述至少一个接入点的所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个位置来确定终端的位置；以及

存储器，其耦合到所述处理器。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述测量值包括由所述终端针对所述至少一个接入点而产生的往返时间(RTT)测量值，且其中所述处理器基于所述RTT测量值和所述至少一个接入点的所述至少一个位置来确定所述终端的所述位置。

23.根据权利要求21所述的设备，其中所述至少一个接入点对应于至少两对接入点，其中所述测量值包括由所述终端针对所述至少两对接入点而产生的观察到的时间差(OTD)测量值，且其中所述处理器基于所述OTD测量值和所述至少两对接入点的位置来确定所述终端的所述位置。

24.根据权利要求21所述的设备，其中所述测量值包括由所述至少一个接入点针对所述终端而产生的到达时间(TOA)测量值，且其中所述处理器基于所述TOA测量值和所述至少一个接入点的位置来确定所述终端的所述位置。

25.根据权利要求21所述的设备，其中所述测量值提供所述至少一个接入点的至少一个身份，且其中所述处理器基于所述至少一个身份而获得所述至少一个接入点的所述至少一个位置，且基于所述至少一个接入点的所述至少一个位置来确定所述终端的所述位置。

26.根据权利要求21所述的设备，其中所述测量值包括由所述终端针对所述至少一个接入点而产生的信号强度测量值、信号质量测量值或信号强度和信号质量测量值两者，且其中所述处理器基于所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个身份来确定所述终端的所述位置。

27.根据权利要求21所述的设备，其中所述处理器进一步基于所述至少一个接入点的所述至少一个位置的可靠性来确定所述终端的所述位置。

28.根据权利要求27所述的设备，其中所述处理器基于所述接入点的位置历史信息来确定每个接入点的所述位置的可靠性。

29.根据权利要求27所述的设备，其中所述处理器基于一组接入点的位置历史信息来确定每个接入点的所述位置的可靠性。

30.一种方法，其包括：

获得无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值；以及

基于所述至少一个接入点的所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个位置来确定终端的位置。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述获得测量值包括获得由所述终端针对所述至少一个接入点而产生的信号强度测量值、信号质量测量值或信号强度和信号质量测量值两者，且其中所述确定位置包括基于所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个身份来确定所述终端的所述位置。

32.一种设备，其包括：

用于获得无线局域网(WLAN)中至少一个接入点的测量值的装置；以及

用于基于所述至少一个接入点的所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个位置来确定终端的位置的装置。

33.根据权利要求32所述的设备，其中所述用于获得测量值的装置包括用于获得由所述终端针对所述至少一个接入点而产生的信号强度测量值、信号质量测量值或信号强度和信号质量测量值两者的装置，且其中所述用于确定位置的装置包括用于基于所述测量值和所述至少一个接入点的至少一个身份来确定所述终端的所述位置的装置。

34.一种设备，其包括：

处理器，其用于针对多种定位方法获得多个位置结果，用于组合所述多个位置结果以获得最终位置结果，且用于基于所述最终位置结果来获得站的位置估计值；以及

存储器，其耦合到所述处理器。

35.根据权利要求34所述的设备，其中所述多个位置结果对应于所述站的可能位置的多个概率密度函数，且其中所述处理器组合所述多个概率密度函数以获得最终概率密度函数，并基于所述最终概率密度函数来获得所述站的所述位置估计值。

36.根据权利要求35所述的设备，其中所述处理器基于所述多种定位方法的可靠性来对所述多个位置结果进行加权。

37.根据权利要求35所述的设备，其中所述多个定位方法包括接入点身份(AP ID)方法、往返时间(RTT)方法、观察到的时间差(OTD)方法、到达时间(TOA)方法、信号强度或信号质量方法、全球定位***(GPS)方法和辅助GPS(A-GPS)方法中的至少一者。

38.一种方法，其包括：

针对多种定位方法获得多个位置结果；

组合所述多个位置结果，以获得最终位置结果；以及

基于所述最终位置结果来获得站的位置估计值。

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述组合所述多个位置结果包括组合所述多个位置结果的多个概率密度函数以获得所述最终位置结果的最终概率密度函数，且其中所述获得所述位置估计值包括基于所述最终概率密度函数来获得所述站的所述位置估计值。

40.一种设备，其包括：

处理器，其与无线局域网(WLAN)中的接入点通信，以与用于定位站的网络实体交换信令，以接收来自所述网络实体的位置信息，且以基于所述位置信息来确定所述站的位置，其中所述信令是经由所述接入点交换的，且其中所述网络实体支持用户平面定位或控制平面定位；以及

存储器，其耦合到所述处理器。

41.根据权利要求40所述的设备，其中所述站是与所述接入点通信且与所述网络实体交换信令的终端。

42.根据权利要求40所述的设备，其中所述站是所述接入点。

43.根据权利要求40所述的设备，其中所述位置信息包括接入点位置、接入点身份和接入点时序信息中的至少一者。

44.根据权利要求40所述的设备，其中所述处理器获得所述WLAN中至少一个接入点的测量值，并基于所述测量值和从所述网络实体接收到的所述位置信息来确定所述站的所述位置。

45.根据权利要求44所述的设备，其中所述测量值包括往返时间(RTT)测量值、观察到的时间差(OTD)测量值、到达时间(TOA)测量值、信号强度测量值和信号质量测量值中的至少一者。

46.根据权利要求40所述的设备，其中所述处理器基于从所述网络实体接收到的所述位置信息来获得所述WLAN中至少一个接入点的测量值，将所述测量值发送给所述网络实体，且从所述网络实体获得所述站的位置估计值。

47.根据权利要求40所述的设备，其中所述网络实体支持安全用户平面定位(SUPL)或X.S0024。

48.根据权利要求40所述的设备，其中所述网络实体支持用于3GPP网络或3GPP2网络的控制平面定位。

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