TWI407132B - 定位方法及無線通訊系統 - Google Patents

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Description

定位方法及無線通訊系統
本發明係指一種定位方法及無線通訊系統，尤指一種利用指向性天線之特性的定位方法及相關無線通訊系統。
隨著資訊科技的發展與消費者的需求導向，可攜式電子裝置，如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)、平板電腦、智慧型行動電話等，可具有多種不同的功能來提供消費者使用。舉例來說，無線區域網路(Wireless Local area Network，WLAN)、藍牙(Bluetooth，BT)、第三代行動通訊、衛星定位(Global Positioning System，GPS)等應用即常被整合於同一可攜式電子裝置上。傳統的可攜式電子裝置通常係使用全向性天線來傳送與接收無線訊號。
一般來說，接收訊號強度指標(received signal strength indication，RSSI)值常被用作天線有效增益的評量指標，也可作為推測訊號源與接收器之間距離的判斷基礎。然而，儘管RSSI值可被用來判斷訊號源與接收器之間的距離，但是由於無法得知訊號源的方向，接收器因而依舊無法據以估算出訊號源的實際位置。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種定位方法及無線通訊系統。
本發明揭露一種定位方法，包含有提供一參考資訊，該參考資訊包含有相對應於接收來自複數個區域之訊號的複數個指向性天線之複數個預設訊號強度指標(RSSI)值；利用該複數個指向性天線掃描及偵測一無線通訊裝置；針對該複數個指向性天線，計算出相對應於該無線通訊裝置之複數個RSSI值；比較所偵測出之該複數個RSSI值與複數個預設RSSI值，以產生一比較結果；以及根據比較結果，判斷出該無線通訊裝置之一定位位置。
本發明另揭露一種無線通訊系統，包含有一定位裝置，具有複數個指向性天線；以及一無線通訊裝置；其中，該定位裝置建立相對應於複數個區域之一參考資訊，利用該複數個指向性天線掃描及偵測該無線通訊裝置，針對該複數個指向性天線計算出相對應於該無線通訊裝置之複數個RSSI值，比較所偵測出之該複數個RSSI值與該參考資訊以產生一比較結果，並根據比較結果判斷出該無線通訊裝置之一定位位置。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一無線通訊系統10之示意圖。無線通訊系統10包含有一定位裝置102與一無線通訊裝置104。定位裝置102包含有用來傳送與接收訊號之指向性天線ANT1～ANT3。較佳地，指向性天線ANT1～ANT3係分別被設置朝向不同的方向。定位裝置102可利用指向性天線ANT1～ANT3來掃描及偵測無線通訊裝置104，並據以決定無線通訊裝置104之所在位置。
一般來說，指向性天線可集中傳輸功率朝向一個或更多個特定方向發射更強的輻射電波而能具有優異的效能。指向性天線於相對應指向性輻射場型處相對具有許多優點，例如具有高增益、長傳輸距離、較佳接收訊號強度指標(received signal strength indication，RSSI)、低旁側(side lobe)干擾以及低雜訊等。簡言之，指向性天線可集中所涵蓋的輻射場型朝向單一或多個特定的方向，使其天線輻射場型呈現出近似圓錐狀(如同手電筒的光束一般)的涵蓋範圍。此外，指向性天線的指向性通常會以其波束寬的角度大小來表示，約在20度至90度之間。請參考第2A至2C圖，指向性天線ANT1係指向+Y軸方向，而其輻射場型則如第2A圖所示。指向性天線ANT2與ANT3則分別朝向-Y軸與-z軸方向，相對應的輻射場型則如第2B圖與第2C圖所示。在此情況下，當無線通訊裝置104位於位置P處時(如第4圖所示)，指向性天線ANT1～ANT3將會分別量測到不同大小的RSSI值。例如指向性天線ANT2所量測到的RSSI值會遠大於指向性天線ANT1與ANT3所量測到的RSSI值。因此，在二維的空間中，對於位處於各個不同位置的無線通訊裝置來說，每一無線通訊裝置將會擁有唯一的相對應於指向性天線ANT1～ANT3的RSSI值組合。
關於無線通訊系統10的詳細操作方式，如第3圖所示可歸納為一定位流程30。要注意的是，若是有實質上相同的結果，本發明無線通訊系統10之定位方法並不以第3圖所示流程圖的順序為限。流程30包含以下步驟：
步驟300：開始。
步驟302：提供參考資訊，其中參考資訊包含有相對應於接收來自複數個區域之訊號的指向性天線ANT1～ANT3之複數個預設訊號強度指標(RSSI)值。
步驟304：利用指向性天線ANT1～ANT3掃描及偵測無線通訊裝置104。
步驟306：針對指向性天線ANT1～ANT3，計算出相對應於無線通訊裝置104之複數個RSSI值。
步驟308：比較所偵測出之複數個RSSI值與參考資訊，以產生比較結果。
步驟310：根據比較結果，判斷出無線通訊裝置104之定位位置。
步驟312：結束。
進一步說明，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例之一預設地圖之一示意圖。如第4圖所示，指向性天線ANT1～ANT3的涵蓋範圍被分成區域A～AI。定位裝置102則被置於該預設地圖的中央處。
首先，在步驟302中，定位裝置102可建立一參考資訊作為後續程序之參考基礎。參考資訊包含有相對應於指向性天線ANT1～ANT3之複數個預設RSSI值，也就是說，該複數個預設RSSI值為指向性天線ANT1～ANT3分別自區域A～AI接收訊號時所量測到的RSSI值。舉例來說，假設區域A～AI中的每一個區域皆有一個測試無線通訊裝置，定位裝置102可利用每一指向性天線逐一地偵測並計算出其與每一個測試無線通訊裝置有關的相對應RSSI值。詳細來說，定位裝置102可分別使用指向性天線ANT1～ANT3來掃描並連絡各個位於區域A～AI中的測試無線通訊裝置，如此一來，定位裝置102即可計算出每一指向性天線與每一個測試無線通訊裝置之間的相對應RSSI值，並將所計算出的相對應RSSI值紀錄下來。因此，針對前述所計算出關於指向性天線ANT1～ANT3的相對應RSSI值即可作為前述的複數個預設RSSI值。進一步地，定位裝置102可將全部的預設RSSI值設定為前述之參考資訊。換言之，針對於每一個區域來說，指向性天線ANT1～ANT3將分別會擁有一個相對應的RSSI值。
進一步地，在步驟304中，當使用者想要得知無線通訊裝置104的實際所在位置時，定位裝置102可以使用指向性天線ANT1～ANT3來掃描並偵測無線通訊裝置104。
接著，在步驟306中，定位裝置102會針對指向性天線ANT1～ANT3計算出相對應於無線通訊裝置104之RSSI值RSSI_1～RSSI_3。例如針對指向性天線ANT1而言，定位裝置102會計算出當指向性天線ANT1接收來自於無線通訊裝置104的訊號時的RSSI值RSSI_1。針對指向性天線ANT2而言，定位裝置102會計算出當指向性天線ANT2接收來自於無線通訊裝置104的訊號時的RSSI值RSSI_2，依此類推。換言之，在步驟306中，可以取得每一指向性天線與無線通訊裝置104之間的相對應RSSI值。
在步驟308中，定位裝置102開始將所計算出的RSSI值RSSI_1~RSSI_3與參考資訊進行比對，以產生一比較結果。定位裝置102將所計算出之指向性天線ANT1的RSSI值RSSI_1與前述(於步驟302所計算出)相關於指向性天線ANT1的預設RSSI值進行比對處理。同理，定位裝置102將所計算出之指向性天線ANT2的RSSI值RSSI_2與前述(於步驟302所計算出)相關於指向性天線ANT2的預設RSSI值進行比對處理。依此類推。
因此，在步驟310中，定位裝置102可根據該比較結果判斷出無線通訊裝置104之所在位置。當比較結果顯示所偵測出的每一RSSI值等於相對應指向性天線由某一特定區域接收訊號時的預設RSSI值大小時，定位裝置102即判斷該特定區域為無線通訊裝置104之定位位置。舉例來說，若所偵測出的RSSI值RSSI_1等於指向性天線ANT1接收區域P之訊號時的預設RSSI值，所偵測出的RSSI值RSSI_2等於指向性天線ANT2接收區域P之訊號時的預設RSSI值，以及所偵測出的RSSI值RSSI_3等於指向性天線ANT3接收區 域P之訊號時的預設RSSI值，則定位裝置102可判斷出區域P為無線通訊裝置104之所在位置。因此，藉由取得每一指向性天線之相對應RSSI值，使用者將可快速且精確地獲知無線通訊裝置104於該預設地圖上的定位位置。
以下以一無線區域網路系統為例來說明，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一無線區域網路系統50之一示意圖。無線區域網路系統50包含有具有指向性天線ANT1~ANT3之一筆記型電腦502以及存取點AP1~AP3。在無線區域網路系統50中，筆記型電腦502可以僅透過指向性天線ANT1~ANT3於指向性天線ANT1~ANT之涵蓋範圍內對存取點AP1~AP3進行存取。首先，筆記型電腦502計算出當指向性天線ANT1~ANT3接收來自區域A~AI中之各個區域的訊號時的相對應預設RSSI值(步驟302)。請參考第6圖，第6圖為本發明實施例之對應於指向性天線ANT1~ANT3之部份預設RSSI值之一示意圖。當使用者要進行網際網路瀏覽時，使用者會想要知道在指向性天線ANT1~ANT3所涵蓋的範圍內是否有哪些存取點是可以提供存取的，而可以提供存取的存取點究竟是處於預設地圖上的何處。因此，使用者可以操縱筆記型電腦502來使用指向性天線ANT1~ANT3，以掃描並連絡各個存取點(步驟304)。接著，筆記型電腦502計算出RSSI值RSSI1_1~RSSI1_3、RSSI2_1~RSSI2_3及RSSI3_1~RSSI3_3。RSSI值RSSI1_1~RSSI1_3分別表示指向性天線ANT1與存取點AP1~AP3之間的RSSI值(步驟306)。RSSI2_1~RSSI2_3分別表示指向性天線ANT2與存取點AP1～AP3之間的RSSI值。RSSI3_1～RSSI3_3分別表示指向性天線ANT3與存取點AP1～AP3之間的RSSI值。若RSSI值RSSI1_1、RSSI2_1及RSSI3_1分別為-33dBm、-37dBm及-28dBm，筆記型電腦502即可據以判斷出存取點AP1係位於區域F之中。同理，若RSSI值RSSI1_2、RSSI2_2及RSSI3_2分別為-86dBm、-93dBm及-99dBm，筆記型電腦502即可據以判斷出存取點AP2係位於區域AG之中。依此類推，筆記型電腦502亦可據以判斷出存取點AP3係位於區域AI之中。
另一方面，筆記型電腦502亦可於其顯示裝置上顯示出存取點AP1～AP3之位置判斷結果，舉例來說，請參考第7圖，存取點AP1～AP3之位置判斷結果可以一雷達圖顯示方式來呈現於顯示裝置上。
綜上所述，傳統技術僅能利用全向性天線來估算出接收器與訊號源之間的距離，相較之下，本發明可提供藉由使用指向性天線而快速且精確地實現二維空間定位的定位方式。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．無線通訊系統
102．．．定位裝置
104．．．無線通訊裝置
30．．．流程
300、302、304、306、308、310、312．．．步驟
50．．．無線區域網路系統
502．．．筆記型電腦
A~AI．．．區域
ANT1～ANT3．．．指向性天線
AP1～AP3．．．存取點
第1圖為本發明實施例之一無線通訊系統之示意圖。
第2A圖至第2C圖為指向型天線之輻射場型之之示意圖。
第3圖為本發明實施例之一流程之示意圖。
第4圖為本發明實施例之一預設地圖之一示意圖。
第5圖為本發明實施例之一無線區域網路系統之一示意圖。
第6圖為本發明實施例之對應於指向性天線ANT1～ANT3之部份預設RSSI值之一示意圖。
第7圖為本發明實施例之顯示定位位置之一雷達圖之一示意圖。
30．．．流程
300、302、304、306、308、310、312．．．步驟

Claims (15)

  1. 一種定位方法，包含有：提供一參考資訊，該參考資訊包含有相對應於接收來自複數個區域之訊號的複數個指向性天線之複數個預設訊號強度指標(RSSI)值；利用該複數個指向性天線掃描及偵測一無線通訊裝置；針對該複數個指向性天線，計算出相對應於該無線通訊裝置之複數個RSSI值；比較所偵測出之該複數個RSSI值與複數個預設RSSI值，以產生一比較結果；以及根據比較結果，判斷出該無線通訊裝置之一定位位置。
  2. 如請求項1所述之定位方法，其中提供該參考資訊之步驟包含有：針對每一該複數個指向性天線，於接收來自複數個區域之其中之一的訊號時，偵測並計算出相對應之一預設RSSI值；以及將針對該複數個區域所計算出之所有預設RSSI值定義為該參考資訊。
  3. 如請求項1所述之定位方法，其中針對該複數個指向性天線計算出相對應於該無線通訊裝置之複數個RSSI值之步驟包含有：針對每一該複數個指向性天線，分別計算出接收來自於該無線通訊裝置之訊號時的相對應RSSI值。
  4. 如請求項3所述之定位方法，其中比較所偵測出之該複數個RSSI值與複數個預設RSSI值以產生該比較結果之步驟包含有：分別比較該複數個指向性天線之其中之一所偵測出之RSSI值與相對應於同一指向性天線之預設RSSI值，以產生該比較結果。
  5. 如請求項1所述之定位方法，其中根據比較結果，判斷出該無線通訊裝置之一定位位置之步驟包含有：當比較結果顯示所偵測出的每一RSSI值等於相對應指向性天線由一特定區域接收訊號時的預設RSSI值大小時，判斷該特定區域為該無線通訊裝置之定位位置。
  6. 如請求項1所述之定位方法，其中每一所偵測出之該複數個預設RSSI值係為該複數個指向性天線之其中之一於接收來自該無線通訊裝置的訊號時的RSSI值。
  7. 如請求項1所述之定位方法，其中該複數個指向性天線係分別被設置朝向不同方向。
  8. 一種無線通訊系統，包含有：一定位裝置，具有複數個指向性天線；以及一無線通訊裝置；其中，該定位裝置建立相對應於複數個區域之一參考資訊，利用該複數個指向性天線掃描及偵測該無線通訊裝置，針對該複數個指向性天線計算出相對應於該無線通訊裝置之複數個RSSI值，比較所偵測出之該複數個RSSI值與該參考資訊以產生一比較結果，並根據比較結果判斷出該無線通訊裝置之一定位位置。
  9. 如請求項8所述之無線通訊系統，其中該參考資訊包含有相對應於複數個指向性天線接收來自該複數個區域之訊號時之複數個預設訊號強度指標(RSSI)值。
  10. 如請求項8所述之無線通訊系統，其中該定位裝置針對每一該複數個指向性天線，於接收來自複數個區域之其中之一的訊號時，偵測並計算出相對應之一預設RSSI值，並將針對該複數個區域所計算出之所有預設RSSI值定義為該參考資訊。
  11. 如請求項8所述之無線通訊系統，其中該定位裝置針對每一該複數個指向性天線，分別計算出於接收來自無線通訊裝置的訊號時之一相對應RSSI值。
  12. 如請求項11所述之無線通訊系統，其中該定位裝置分別比較該複數個指向性天線之其中之一所偵測出之RSSI值與相對應於同一指向性天線之預設RSSI值，以產生該比較結果。
  13. 如請求項11所述之無線通訊系統，其中當比較結果顯示所偵測出的每一RSSI值等於相對應指向性天線由一特定區域接收訊號時的預設RSSI值大小時，判斷該特定區域為無線通訊裝置之定位位置。
  14. 如請求項8所述之無線通訊系統，其中每一所偵測出之該複數個預設RSSI值係為該複數個指向性天線之其中之一於接收來自該無線通訊裝置的訊號時的RSSI值。
  15. 如請求項8所述之無線通訊系統，其中該複數個指向性天線係分別被設置朝向不同方向。
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