[发明专利]用于自动标记高精度室内定位和确定位置信息的设备和方法

说明书

本发明提供一种设备(特别是服务器设备)，该设备用于在训练阶段中获得另一设备与至少一个接入点(AP)之间的一个或多个链路的信道状态信息(CSI)。该设备还用于在训练阶段中基于至少一个几何定位技术估计另一设备(特别是移动设备)的位置信息；生成包括一个或多个链路的CSI的数据库，每个CSI与估计的位置信息相关联。本发明还提出了一种设备(特别是移动设备)，该设备用于在测试阶段中从另一设备获得数据库，其中，该数据库包括一个或多个链路的CSI，每个CSI与估计的位置信息相关联。该设备还用于在测试阶段中估计该设备与至少一个AP之间的一个或多个链路的CSI；基于数据库和一个或多个链路的估计的CSI确定位置信息。因此，可以提供精确的和具有成本效益的室内定位。

技术领域

本发明一般涉及确定位置信息的领域，尤其涉及在无线局域网(wireless localarea network，WLAN)中自动标记高精度室内定位。为此，本发明提出了一种设备，例如服务器设备，该设备用于在训练阶段中生成包括另一设备(例如，无线设备)与接入点(accesspoint，AP)之间的链路的信道状态信息(channel state information，CSI)的数据库，并将每个CSI与位置信息相关联。本发明还提出了一种设备，例如移动设备或基础设施设备，该设备在测试阶段中基于移动设备与一个或多个AP之间的链路的估计的CSI来确定移动设备的位置。

背景技术

通常，移动手机的室内定位为多种场景和环境(例如办公室、接待公众的建筑、智能制造、物流等)提供了一种新的位置感知服务范式。然而，这一新功能面临着两大困难。第一个困难是需要服务所要求的亚米级精度。第二个困难是基于传统卫星的定位信号不可用。

此外，使用专用基础设施将降低成本效益(cost-effectivenes)，并且可能无法兼容大量的移动手机。这就是为什么依赖于现有的无线通信基础设施和标准是理想的解决方案。针对这种解决方案，研究了两大类室内定位方案：几何技术和指纹策略。几何方法使用一种或多种技术，例如到达时间、到达时间差、到达方向。几何技术对信道的多径分布的存在和变化非常敏感。这就是为什么几何技术在视线配置中提供最佳性能。然而，在室内环境中很少遇到这种情况。另一方面，指纹技术依赖于学习标记的无线地图，该无线地图可以包括关于移动手机所经历的信道的不同等级的细节：关于多个站点的信号强度、不同信道上的信号电平、一个或多个信道中的粗频率响应或细频率响应。

虽然这些技术更适应于多路径的存在，但是这些技术的实施方式需要处理以下两个主要问题：

1.使用另一地面真值定位系统进行数据标记：需要使用可以通过人工测量或另一精确定位系统获得的精确位置来标记训练集。这两种选择都意味着由于劳动力支出或存在替代基础设施而导致成本过大。这些额外的支出将降低指纹解决方案的成本效益。

2.环境改变以及需要更新标签数据集：室内无线环境下，每个位置所经历的信道容易发生不可预测的变化。由于标记数据集的过时，这些变化将降低指纹技术的性能。因此，需要定期更新该集合，以保持指纹解决方案的性能高于预定义阈值。

虽然指纹方案中的数据标记能够影响最终解决方案的精度和成本效益，但是却很少受到关注。传统的指纹方案对标记训练测试的准备和更新过程考虑不足。通常，可以考虑三类主要策略以处理该准备工作：

1.在预定义的位置集合中手动或自动训练：这是基本方案，该方案涉及在预定义的位置集合中手动测量信道度量并用相关位置标记这些信道度量。此外，最初的准备和更新都需要很高的人力成本。近年来，随着无人驾驶地面车辆(unmanned ground vehicle，UGV)成本的下降，可以通过UGV在预定义位置进行自动扫描来完成人工训练。在训练阶段存储的测量数据可以是确定性的，也可以是概率性的。在确定性方法中，获取的数据被压缩在一个单一的表示(例如最佳测量，若干测量的平均值)中。使用概率策略时，在训练过程中存储包含收集的度量的分布的统计信息。