基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统和方法制造方法及图纸

本申请公开内容涉及基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统和方法，具体地说，涉及使用包括多个天线的通信装置对终端进行定位的定位系统和方法。基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统和方法使用其中安装有多个天线的单个通信装置来计算终端的位置，并且可以通过使用两个或更多个通信装置来更准确地计算终端的位置。另外，定位系统和方法与现有通信系统的收发装置、中继站或无线接入点进行通信，从而准确地获得终端的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请公开内容涉及基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统和方法，具体地说，本申请公开内容涉及用于使用包括多个天线的通信装置对终端进行定位的定位系统和方法。
技术介绍
通常来说，现有的定位系统是使用射频(RF)通信装置的系统。作为使用RF通信装置的系统，有基于卫星、地面信标、无线LAN(Wi-Fi、WLAN)、RFID、有源RFID、移动通信、蓝牙、UWB、ZigBee、WiBro/WiMax和广播信号的系统。为了使用这种系统来估计用户的位置，已提出了若干方法。首先，已有一种由基于RFID的系统使用的识别型导航算法。该算法是用于包括多个传感器的系统的方法。在该方法中，当用户从该用户附近的传感器接收到信号时，仅提供指示该用户位于该传感器附近的粗略位置信息。因此，位置准确度极低，并且不可能进行连续定位。另外，必须安装诸如RFID标签之类的多个传感器，从而导致成本增加。已有一种通过估计接收信号的强度来计算位置的方法。这是一种执行下列操作的方法：创建实际且相对应的位置处的信号强度的数据库；以及将接收信号的强度与数据库中的数据进行比较，从而估计用户的位置。在该方法中，数据库需要每个位置处的信号强度。因此，构造数据库要花费大量的时间和成本。另外，还存在以下问题：当室内布置或环境改变时，必须重新构造数据库。此外，还有一种通过根据接收信号估计发射机与接收机之间的距离，来使用三角测量法计算用户的位置的方法。该方法当前被使用得最多，并且与以上提及的两种方法相比，该方法相对可靠。然而，对于三角测量法，需要安装至少三个发射机，这导致成本增加。除此之外，还有一种通过根据接收信号估计发射机与接收机之间的角度，来确定位置的方法。该方法同样需要安装至少三个发射机，因而导致成本增加。另外，在使用发射机与接收机之间的距离和角度来确定位置的方法中，只有当发射机被大范围布置时才可以确定位置。另外，为了确定距离和方向，必须在载波信号上携带测距信号，并且测距信号主要用于确定位置。测距信号易于使用，但是测距信号的导航准确度低。相反，载波信号具有高导航准确度。然而，为了使用载波信号，必须解决载波信号的不确定性。因此，使用载波信号是有难度的。由于现有方法的限制的缘故，需要提出一种用于以低成本准确估计用户的位置的定位系统。
技术实现思路
技术问题本申请公开内容提供了一种基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统和方法，其能够通过使用其中安装有多个天线的通信装置，利用仅一个或多个通信装置准确地找到终端的位置，从而实现成本降低，并且其能够与现有通信系统的收发装置、中继站或无线接入点通信，从而准确地获得终端的位置。技术方案在一个方面，提供了一种基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统，该定位系统包括：通信装置，其包括多个天线，并且生成或中继通信信号；与所述通信装置通信的终端；以及位置计算模块，其使用从所述多个天线发送到所述终端的信号之间的相位差来计算所述终端的位置。所述位置计算模块可以包括在所述终端中，或者可以是与所述终端分开提供的。所述通信信号可以是从由测距信号、载波信号和子载波信号组成的组中选择的信号。所述通信装置可以以从由下列方式组成的组中选择的方式来执行通信：人造卫星、地面信标、伪卫星、无线LAN(Wi-Fi、WLAN)、Wibro、移动通信、蓝牙、UWB、红外线、超声波、Zigbee、无线USB、RFID、有源RFID和广播信号。所述位置计算模块可以包括：用于执行与所述终端的交互式通信的基于交互式通信的位置计算模块，或者用于执行与所述终端的单向通信的基于单向通信的位置计算模块。在另一个方面，提供了一种基于包括多个天线的无线通信装置的定位方法，该定位方法包括：允许包括多个天线的通信装置生成或中继通信信号以与终端通信；以及使用从所述多个天线发送到所述终端的信号之间的相位差来计算所述终端的位置。有益效果现有的定位系统和方法必须设置有多个通信装置。然而，根据本申请公开内容的实施例的定位系统和方法可以使用一个或多个通信装置来准确地估计位置。也就是说，可以使用单个通信装置准确地计算终端的位置。另外，随着通信装置的数量增加，可以更准确地计算终端的位置。因此，可以以较低的成本配置定位系统。此外，为了应用于本申请公开内容的实施例，可以将现有的通信系统按照原样来应用或者略经更改，而不需要用于定位的附加系统。附图说明所公开的示例性实施例的以上及其它方面、特征和优势将从以下结合附图的详细描述中变得更加明显，其中，在附图中：图1是示意性地示出了根据本申请公开内容的实施例的、基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统的图；图2是详细示出了根据本申请公开内容的实施例的通信装置200的图；图3是根据本申请公开内容的实施例的、基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统的位置计算模块的概念图；图4是根据本申请公开内容的实施例的、在基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统的终端中估计用户位置的算法的流程图；图5是根据本申请公开内容的实施例的、在基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统使用单向通信的情况下，使用接收信号之间的相位差来直接计算位置的算法的流程图；图6是示出了用于解释图5的算法的天线布置的图；图7是根据本申请公开内容的实施例的、在基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统使用单向通信的情况下，通过使用接收信号之间的相位差估计仰角和方位角来计算位置的算法的流程图；图8是用于解释根据本申请公开内容的实施例的由基于单向通信的位置计算模块计算仰角的方法的图；图9是示出了使用直接方法来计算用户的粗略位置的仿真结果的图；图10是根据本申请公开内容的实施例的、当基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统使用交互式通信时，通过直接计算距离来计算位置的算法的流程图；图11是根据本申请公开内容的实施例的、当基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统使用交互式通信时，使用距离和接收信号之间的相位差来计算位置的算法的流程图；图12是根据本申请公开内容的实施例的、当基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统使用交互式通信时，使用距离和方位角或者使用仰角和方位角来计算位置的算法的流程图；图13是示出了根据本申请公开内容的实施例的、使用基于交互式通信的位置计算模块来计算用户位置的仿真结果的图；并且图14是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.27 KR 10-2009-0046611;2009.12.24 KR 10-2001.一种基于包括多个天线的无线通信装置的定位系统，包括：
通信装置，其包括多个天线，并且生成或中继通信信号；
与所述通信装置通信的终端；以及
位置计算模块，其使用从所述多个天线发送到所述终端的信号之间的
相位差来计算所述终端的位置。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述位置计算模块包括在
所述终端中。
3.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述位置计算模块是与所
述终端分开提供的。
4.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述通信信号是从由测距
信号、载波信号和子载波信号组成的组中选择的信号。
5.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述多个天线之间的距离
等于或短于所述通信信号的波长的一半。
6.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述多个天线之间的距离
等于或长于所述通信信号的波长的一半。
7.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述通信装置是执行与所
述终端的交互式通信的收发装置。
8.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述通信装置是执行与所
述终端的单向通信的发送装置。
9.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述通信装置以从由下列
方式组成的组中选择的方式执行通信：人造卫星、地面信标、伪卫星、无
线LAN(Wi-Fi、WLAN)、Wibro、移动通信、蓝牙、UWB、红外线、超
声波、Zigbee、无线USB、RFID、有源RFID和广播信号。
10.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述终端执行与所述通
信装置的交互式通信。
11.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述终端执行与所述通
信装置的单向通信。
12.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述终端以从由下列方
式组成的组中选择的方式执行通信：人造卫星、地面信标、伪卫星、无线
LAN(Wi-Fi、WLAN)、Wibro、移动通信、蓝牙、UWB、红外线、超声波、
Zigbee、无线USB、RFID、有源RFID和广播信号。
13.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述位置计算模块包括
基于交互式通信的位置计算模块。
14.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述位置计算模块包括
基于单向通信的位置计算模块。
15.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述基于交互式通信的
位置计算模块包括：
距离计算单元，其通过交互式通信计算所述终端与所述通信装置之间
的距离；以及
位置估计单元，其使用所述距离估计所述终端的位置。
16.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述基于交互式通信的
位置计算模块包括：
距离计算单元，其通过交互式通信计算所述终端与所述通信装置之间
的距离；
相位差计算单元，其计算从所述多个天线发送到所述终端的信号之间
的相位差；
位置计算单元，其使用从所述多个天线发送的所述信号之间的所述相
位差来计算所述终端的位置；以及
位置估计单元，其使用所述距离和所述终端的所计算的位置来估计所
述终端的位置。
17.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述基于交互式通信的
位置计算模块包括：
距离计算单元，其通过交互式通信计算所述终端与所述通信装置之间
的距离；
相位差计算单元，其计算从所述多个天线发送到所述终端的信号之间
的相位差；
方位角计算单元，其根据从所述多个天线发送的所述信号之间的相位
差来计算方位角；以及
位置估计单元，其使用所述距离和所述方位角来估计所述终端的位置。
18.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述基于交互式通信的
位置计算模块包括：
距离计算单元，其通过交互式通信计算所述终端与所述通信装置之间
的距离；
仰角计算单元，其基于所述距离来计算仰角；
相位差计算单元，其计算从所述多个天线发送到所述终端的信号之间
的相位差；
方位角计算单元，其根据从所述天线发送的所述信号之间的所述相位
差来计算方位角；以及
位置估计单元，其使用所述仰角和所述方位角来估计所述终端的位置。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的定位系统，其中，假设所
述终端与所述通信装置之间的距离是dround_trip，所述终端接收所述信号的时
间是treceive，所述终端发送所述信号的时间是ttransmit，并且所述通信装置在
接收到所述信号之后直到发送所述信号的时间延迟是tdelay，则所述距离计
算单元使用以下等式获得所述终端与所述通信装置之间的距离：
dround_trip＝c·(trecetive-ttransmit-tdelay)/2。
20.根据权利要求18所述的定位系统，其中，假设所述终端与所述通
信装置之间的距离是dround_trip，所述仰角是θ，并且所述通信装置的所述天
线的高度是h，则所述仰角计算单元使用以下等式获得所述仰角：
θ=sin-1(hdround_trip).]]>21.根据权利要求14所述的定位系统，其中，所述基于单向通信的位
置计算模块包括：
相位差计算单元，其计算从所述多个天线发送到所述终端的信号之间
的相位差；
位置计算单元，其使用从所述多个天线发送的所述信号之间的所述相
位差来计算所述终端的位置；以及
位置估计单元，其使用所述终端的所计算的位置来估计所述终端的位
置。
22.根据权利要求14所述的定位系统，其中，所述基于单向通信的位
置计算模块包括：
相位差计算单元，其计算从所述多个天线发送到所述终端的信号之间
的相位差；
仰角计算单元，其根据从所述多个天线发送的所述信号之间的所述相
位差来计算仰角；
方位角计算单元，其根据从所述多个天线发送的所述信号之间的所述
相位差来计算方位角；以及
位置估计单元，其使用所述仰角和所述方位角来估计所述终端的位置。
23.根据权利要求22所述的定位系统，其中，假设第i天线与所述终
端相对连接所述第i天线和所述多个天线中的第j天线的线之间的角是
γi-j，所述第i天线和所述终端之间的距离与所述第j天线和所述终端之间
的距离之间的差是iΔjd，并且所述第i天线与所述第j天线之间的距离是
bi-j，则所述仰角计算单元将通过以下等式计算出的值γi-j中的最小值确定
为所述仰角：
γi-j=cos-1(Δjidbi-j).]]>24.根据权利要求16、17、18、21和22中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：奇昌敦，李宅振，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：