CN101253793A - 查找给定时间时移动电话的物理位置的方法 - Google Patents

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Abstract

订户数据库存储与网络上的所有移动电话相关联的RF电平和时间提前量信息。位置参数数据库存储使不同物理位置与已针对那些位置测量或推断出的RF电平/时间提前量数据相关联的位置数据。接着出于建立给定时间时特定移动电话的位置的目的，通过使所述特定移动电话的所述RF电平/时间提前量数据与所述位置参数数据库进行匹配来解译所述订户数据库。这产生所述移动电话的位置。然而，对所述订户数据库的解译或查询仅在存在建立特定移动电话的位置的请求时才发生，而不是作为施加到网络上的所有移动电话的自动过程。

Description

查找给定时间时移动电话的物理位置的方法
技术领域
本发明涉及一种查找给定时间时移动电话的物理位置的方法。
背景技术
在移动通信系统中，定位和跟踪移动电话装置并扩大到移动订户的能力对于政府、管理和执法机构来说，以及作为重大商业机会的促成因素都极其重要。
数据库可用于使用从业者众所周知的技术将一个位置处的移动电话装置的参数映射到所述位置。举例来说，移动电话将所述移动电话附近的移动基站的传输强度发送到移动电话网络，作为移动电话控制信息的一部分，且所述传输强度可用来精确定点所述电话的位置。此传输强度被称为RF(射频)电平。将多个基站的被观察到的RF电平映射到观察到这些电平的位置的方法是基于从业者众所周知的技术的。
RF电平数据库或任何其它特征数据库的一个关键问题是数据库的构造。构造和维护可通过其来计算位置的数据库是昂贵且极其耗费时间的。
一种构造数据库的技术是驱动测试，其中人力驱动者利用待命电话和GPS装置手动覆盖整个地理区域，其中软件系统对照时间并对照装置参数(如被传输或将被传输到基站收发台或BTS的装置参数)而记录位置。为了维护准确的数据库，接着必须频繁或连续地重复驱动测试。这是劳动密集且昂贵的。
另一种技术是应用一组关于位置域内的装置参数的结构的假定以从几个观察资料中自举数据库；但初始准确性非常差，且很大程度上取决于假定的准确性。
已知使用RF分布作为“位置指纹”。可参考第6782265号、第6,449,486号和第6393294号美国专利。使用此方法，可依据驱动测试和预测两者来构造数据库。
还已知将交通监视系统的输出与移动电话网络的控制信息进行组合，以便以更加自动且因此更具成本效益的方式来构造和维护网络订户的位置的数据库。可参考来自本申请人的NERO 24TM系统。在NERO 24中，交通监视系统(TMS)针对在道路上移动的车辆提供连续、准确的位置。车辆携带(间歇地)现用的移动电话。在移动网络上观察到的移动电话控制参数存储在数据库内，从而使这些参数与特定位置联系起来(例如，特定RF信号电平样式可唯一地与特定物理位置相关联)。接着可通过将网络上的移动电话的移动电话控制参数与存储在数据库中的参数进行比较，来使用所存储的这一信息。这种方法提供一种用于以大大缩减的成本和精力来构造和维护支持订户位置的数据库的机制。因此，能够较大程度上采用基于位置的服务并开发之前受成本抑制的新的服务范围。然而，NER024系统是在假定“网络上的任何或所有现用移动电话的位置可能在任何时间被需要？”的情况下设计的。在先前实施方案中，这要求网络上每一装置的位置将在位置请求序列或包中有规律且自动地确定。然而，实际查找网络上所有移动电话的位置的过程计算量非常大。
发明内容
本发明是一种查找给定时间时移动电话的物理位置的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将从与网络上的多个移动电话相关联的移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的数据存储在订户数据库中；
(b)将使不同物理位置与从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的数据相关联的位置数据存储在位置参数数据库中；
(c)出于建立给定时间时移动电话的位置的目的，通过以下步骤来解译订户数据库中的数据：(i)使用所述数据作为对照位置参数数据库而执行的查询，以便产生作为所述移动电话的位置的应答，以及(ii)仅在存在建立所述一个特定移动电话的位置的明确请求时才这样做，而不是作为与多个移动电话的每一者有关的请求序列或包的一部分。
因此，不需要查找网络上所有移动电话的位置。代替地，仅在存在这样做的明确请求时才建立特定移动电话的位置。因此，维护订户数据库的成本较低，因为其所保持的记录无需以任何方式进行处理，除非且直到相关订户的位置被查询为止。术语“给定时间时移动电话的位置”应在广义上被解释；其不意味着精确时刻时的位置，而是应被解释为涵盖在近似时间或延长的时间段内的位置，以及最近可靠已知的位置。
在一个实施方案中，已从TMS交通监视系统中导出用于填充位置参数数据库的位置数据中的至少一些，从而使道路网络上的点能够与一些或所有移动电话控制参数的值相关联。可能已直接通过测量(例如，控制参数可包含RF信号强度；这些可直接发送到移动电话并由移动电话报告返回)而导出此位置数据中的至少一些。另外，可通过计算或推断而导出延伸超出道路网络中的一些或所有道路的区域的位置数据中的至少一些。位置参数数据库可随着其从交通监视系统接收报告而连续或有规律地更新。
可从移动电话网络获得填充订户数据库的数据(即，从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的数据)。因为所述数据必须与位置参数数据库中的数据相关/匹配，所以其将包含至少一些与位置参数数据库中存在的相同类型的数据。因此，订户数据库中的数据还可包含以下数据中的一者或一者以上：
·相邻基站收发台的RF信号强度；
·来自若干对定位于同一地点的基站收发台的RF比率
·时间提前量信息(timing advance information)；
·传输误差率。
查询可触发匹配或搜索过程，以查找搜索查询中所指定的移动电话控制参数与位置参数数据库中的移动电话控制参数之间的最紧密的相关性。对于查询的应答是移动电话的位置，且所述位置接着存储在订户数据库中。
移动电话本身可能是配备有GPS接收器的卫星导航装置(例如，GOTM个人导航装置)的一部分，或者可在短程无线网络(例如，BluetoothTM)上与所述种类的装置通信。GO本身可具有内建的用于数据传输的GSM或其它蜂窝式芯片集；其还可视情况允许语音呼叫。因此，可容易地构造位置参数数据库：接着可将不同物理位置(其中所述位置由GPS定位数据界定)处的移动电话控制参数存储在装置上，以供随后上载到位置参数数据库(例如，通过使所述装置与因特网连接的PC对接)，或直接在蜂窝式无线网络上发送。
附图说明
将参看附图描述本发明，附图中：
图1是展示位置数据库构造中的信息流的示意图；
图2是展示交通监视系统(TMS)中的车辆的当前位置的示意性描绘；
图3是展示在构造中的位置数据库的示意性描绘；车辆1和车辆2刚刚由TMS定位；
图4展示查询订户的位置过程中所涉及的流程。
具体实施方式
这部分描述一个实施方案：一种用于将TMS(交通监视系统)的输出与移动电话网络的控制信息进行组合，以构造、维护和查询网络订户的移动电话订户位置的数据库的方法和设备。可在对特定移动电话的位置的明确请求的要求下查询所述数据库：仅在存在获得此信息的明确需要时才引起计算上的额外开销。
交通监视系统(TMS)提供在道路上移动的车辆的连续、准确的位置。车辆携带(间歇地)现用的移动电话。将移动网络上所观察到的移动电话控制参数存储在数据库内。数据库(或我们在术语“数据库”内包含的某一其它功能上等效的结构或方法)使车辆中所携带的那些移动电话与携带所述移动电话的车辆相关联。使用移动电话订户的身份使所产生的车辆位置信息与所存储的移动电话控制参数相关。
产生数据库，在所述数据库中，移动电话控制参数充当索引，借助所述索引，在给定最新移动电话控制参数的情况下，可计算和报告任何移动订户的位置。位置被查询的订户不需要一直在移动或一直受TMS监视。
在优选实施例中，移动电话系统本身用作对于交通监视系统的输入。在此实施例中，TMS通过观察车辆在网络上的移动来识别车辆中正携带哪些移动电话。在此情况下，使电话与车辆相关的数据库完全是隐含的，且系统断定车辆中正携带的所有移动电话可与TMS的输出相关。
在另一实施例中，TMS可能是其中车辆携带全球卫星定位系统接收器和移动电话的系统。GPS系统到如今已相当常见。举例来说，来自TomTom International BV的GO个人导航装置是一种普及的装置。通过传输从移动电话上的GPS导出的车辆位置的编码，可使车辆位置与移动电话参数相关，且可导出位置数据库。TMS还可能是以上实施例中的任一者的组合。
移动电话系统
在移动电话系统中，订户携带手持机(即，移动电话)。当订户发起或接收呼叫或文本消息时，手持机与BTS(基站收发台)，现代地形上经常看到的天线杆之间发生无线电通信。手持机与BTS不但传输在呼叫者与被呼叫者之间传递的消息的编码，而且为了可靠且有效地支持呼叫并在订户到处移动时在BTS之间传递呼叫，而在其本身之间传输大量控制信息。此控制信息可含有关于相邻BTS的信号强度的信息、用于指令距BTS较远的手持机较早地传输以便与其时隙相匹配的时间提前量信息、传输误差率和更多信息。将这些信息共同称为“移动电话控制参数”(可将其简写为“电话参数”)。
所述实施方案提供一种根据移动电话控制信息的数据库和TMS交通监视系统的输出自动构造和更新位置数据库的方法。所述方法减少了位置数据库构造和维护的成本，并改进了所得数据库的准确性。所述数据库可经构造以使用移动电话控制信息的参数的任何特性或组合作为位置信息的密钥。提供两个数据库实例。第一实例使用一个地带内的服务小区、时间提前量和RF电平的组合作为位置密钥。第二实例使用来自若干对定位于同一地点的BTS的RF电平的比率来计算移动电话相对于基站的方位。接着，对若干对这些方位进行三角测量以产生移动电话的位置。虽然任一种形式的位置数据库都不是新颖的，但构造和查询数据库的问题迄今已使得位置数据库形式本身实际意义。但利用我们的构造数据库的方法，我们发现存在使用所述方法来构造和查询的位置数据库的具体实例，其提供可靠且准确的定位服务。
对于任何选定的位置数据库技术，俘获相关移动电话控制参数并使其与由TMS(交通监视系统，下文界定)输出的移动车辆的位置相关。因此，用界定道路网络上的所有点的位置映射的数据来填充位置数据库。在道路网络不是极其稀疏的地方，这提供对位置数据库的足够密集的初始填充，以允许将移动装置定位在几百米内。精确的准确度取决于交通监视系统和道路网络，并且还取决于选定的位置数据库技术。
在已发现特定位置的电话参数的情况下，可知道或可计算扩大的区域的参数。这取决于所使用的位置参数，例如对于比率数据库(见下文)，在从任何BTS开始的半径上的所有点处的比率是相同的。因此，在给定这样的点处的比率(经由TMS和电话参数)的情况下，数据库可针对整个半径线对其进行编码。在RF电平数据库中，可通过应用对信号随距来源的距离而衰减的速率的知晓以估计除已由TMS直接观察到且定位的点以外的点处的信号强度来实行某一程度的内插。见(例如)欧洲委员会的Digital MobileRadio Towards Future Generation Systems(1996年)。
通常，这些机制可足以产生具有整个地理区域上的参数的良好估计值的位置数据库，且因此提供高质量的定位服务。如果TMS还包含在沿着区域中的道路行驶的车辆中操作的基于GPS的导航装置，那么位置数据库的质量可显著提高。这些装置可提供非常准确的数据，其将不同位置与由装置本身(如果装置是具有一体式移动电话的GPS导航装置)或由与所述装置一起操作(例如，经由例如Bluetooth的微微网络(pico-network)连接到所述装置)的移动电话在每一位置处所查找到的电话参数联系起来。基于GPS的导航装置正变得越来越常见：如果位置数据库本身通过包含与如从GPS导航装置(如果其具有数据发送能力)直接发送或经由所连接的移动电话发送的GPS导出的位置数据组合的电话参数数据而变得更准确，那么可更准确地定位不会以任何方式与GPS装置相关联的移动电话。
图1是典型实施方案中的信息流的示意性概观。属于订户15的移动电话1在车辆2中现用(即，接通，但不必进行语音呼叫)。移动电话1与移动电话系统4交换控制参数3(RF信号强度、时间提前量、传输误差率等)的连续流。这些参数或从其中导出的数据被俘获并发送(6)到电话/车辆相关数据库9(其可能是隐含的)。TMS 7将车辆位置信息发送到电话/车辆相关数据库9。另外，发送电话参数6以填充位置参数数据库12，13，位置参数数据库12，13还接收车辆位置信息8。位置参数数据库12，13因此自动填充有使不同物理位置与每一不同物理位置处可应用的电话参数相关联的数据。如果移动电话1与GPS装置集成在一起或可从附近装置获得定位数据，那么其可将所述定位16发送到位置参数数据库12，13。
一旦构造了位置参数数据库12，13，就有可能对其进行查询。这是通过连续监视网络上所有移动电话的电话参数5并将所有这些参数发送到订户数据库来完成的。直到存在查找特定移动电话的位置的明确请求时才处理订户数据库11。
交通监视系统
如已经指示，TMS交通监视系统7提供携带现用移动电话1的车辆2的连续车辆位置信息8。使位置信息8与电话参数6相关(9)以产生位置数据库。虽然此配置中可使用任何形式的TMS，但使用本身是基于移动电话信息的TMS尤其便利。以此方式，可减小监视系统7的物理复杂性，且可共享大量的软件基础设施。
处于移动交通中的移动装置与静态移动装置相比在计算其位置方面具有两个优点；它们被限定于道路网络，且它们有规律地横越小区和时间提前量地带。在应用尖端交通模型的情况下，可对这些信息进行处理以产生在移动呼叫的持续时间内车辆在道路网络上且因此在特定地理位置处的准确方位。此信息可用来监视道路网络的交通状态，如Applied Generics的第6650948号美国专利中所描述，所述专利的内容以引用的方式并入本文中。另外，与GPS卫星导航系统集成或可在短程无线网络上与其通信的移动装置还可用来产生准确方位，且可将所述数据返回到远程服务器。
对当前实施方案来说，交通监视系统7适合于在其停止跟踪移动订户15时、或周期性地当其具有足够的有用信息可提供时发射关于其已跟踪的每一移动订户15的位置相关信息9。此信息将包含移动订户15的位置的一系列定位点和所述位置处的时间。通过沿被横越的道路区段进行内插，系统可频繁到每一秒就产生一个定位点，从而提供非常精确的位置信息供位置数据库处理。
在对车辆的路线存在疑问的情况下，例如在两条道路缓慢分叉的交叉处之后，交通监视系统7可根据其对车辆选择每一路线的可能性的意见，将概率附加到可能路线中的每一者上的定位点。位置数据库10接着以最适合其的方式自由地解译这些概率。位置数据库10可内插定位点并将参数存储在所述位置处。或者，位置数据库10可存储两个可能的位置，并自己附加概率。或者，位置数据库10可应用某一其它算法。
移动订户位置数据库
移动订户位置数据库10是提供位置查询所借助的数据库。移动订户位置数据库10由订户数据库11和许多位置参数数据库12，13组成。这些位置参数数据库由数据库管理器控制。位置数据库随着其从TMS接收到关于车辆位置的报告并将这些报告与由车辆所携带的移动电话的电话参数相关而持续地更新。
订户数据库
订户数据库11含有从在订户与网络之间传递的控制信息3导出的移动订户参数的原始记录。这些记录为所有订户而保留，并提供满足对订户位置的查询(如果应进行所述查询的话)所需的信息。
维护订户数据库的成本较低，因为其所保存的记录无需以任何方式进行处理，除非且直到相关订户的位置被查询为止。
位置参数数据库
位置参数数据库(LPDB)12，13记录位置数据库所属的地理区域的特定位置参数。位置数据库可含有一个或一个以上LPDB 12，13。选择将哪些LPDB保存在位置数据库10中可至少取决于所述区域的地理参数、可用于每一位置查询的计算机处理能力、网络拓扑和可用的移动电话网络控制信息。LPDB所使用的坐标系统和LPDB内的适当移动电话控制参数的编码是LPDB特有的。
RF电平LPDB
GSM移动电话的控制信息含有在电话处观察到的服务BTS(且至多达6个相邻BTS)信号强度。信号强度根据距BTS的距离、区域的拓扑、建筑物的存在且由于许多其它因素而变化。
在RF电平LPDB中，地理区域被细分为规则的小正方形，称为存储桶(bucket)。对于每一存储桶，保存每当认为车辆移动电话位于存储桶内时所观察到的信号强度值的记录。逐步建立存储桶内信号强度的复合轮廓。
在位置查询时，返回与针对正被查询的位置的订户电话最近记录的信号强度轮廓最匹配的存储桶，作为所述订户定位在其内的存储桶。
图2示意性地展示处于不同位置和时间(s1，t1)，(s2，t2)的两个车辆的当前位置。(t1与t2有可能相同)。图3示意性地说明每一车辆(密集对角线)的位置处的RF电平和附近的存储桶。针对每一车辆位置展示所有七个附近BTS(BTS1到BTS7)的信号强度。一些存储桶具有已直接测量到的信号强度(宽对角影线)；其它存储桶被内插(垂直影线)。
两两比率LPDB
在移动网络中，3个BTS共同定位在单一地点现在非常常见，其中每一BTS经定向以向周围区域的120度扇区提供服务。于是，移动电话从任何对BTS观察到的RF信号强度的比率在距BTS的距离上是恒定的，且很大程度上取决于电话相对于BTS的方位。因此，如果电话可看到2对协同定位的BTS，那么可准确地对所述电话位置进行三角测量。Schreiner M.、Tangemann M.、Nikolai D.的A New Network-based PositioningMethod for Location Services，2003年第5届欧洲个人移动通信会议会议记录，第162-168页已描述了这种机制。
在这种情况下，LPDB由RF电平相对于所有对协同定位的BTS的方位的函数的编码组成。每当在特定位置观察到车辆时，计算相对于可见的协同定位BTS对的方位，并记录其信号强度的比率以构造或更新BTS对的函数值。
在位置查询时，计算移动电话观察到的最近RF电平的比率。使用LPDB中的函数来查找方位，且对2个方位进行三角测量以导出移动电话的位置，且因此导出订户的位置。
位置查询
总之，我们展示如何使用所构造的位置数据库10来发现使用移动电话1的任意移动订户15的位置。直到这一刻，已经避免了主要计算成本，且现仅需要承受计算特定订户15的位置的成本(因为其已被明确地请求)。通常，LCDB中参数的匹配涉及某一成本较高的计算、不精确的匹配和/或搜索。图4展示查询流程。其以针对特定订户的明确位置查询(41)开始。与之前的系统不同，不自动查询所有订户。这使产生订户数据库11的计算上的额外开销保持较低。将位置查询(41)发送到位置数据库10，所述位置数据库10俘获位置已被确定的所有订户的位置。位置数据库10将指令(42)发送到订户数据库11，要求返回在所述时间(通常是最近的记录)时所述特定订户(或更准确地说，其移动电话)的控制参数(例如，RF电平、时间提前量等)。返回所述信息(43)。接着将所述信息作为查询(44)发送到位置参数数据库12，位置参数数据库12在其数据库中寻找最接近的匹配。最接近的匹配将与唯一位置联系起来；接着将所述位置返回(45)到位置数据库10，位置数据库10又将给定时间时订户的位置提供(46)给正寻找所述位置的任何服务。系统中将不可避免地存在某一等待时间，使得返回到所述服务的位置将通常是所述订户的最近可靠得知的位置。

Claims (14)

1.一种查找给定时间时移动电话的物理位置的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将从网络上的多个移动电话相关联的移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的数据存储在订户数据库中；
(b)将使不同物理位置与从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的数据相关联的位置数据存储在位置参数数据库中；
(c)出于建立所述给定时间时移动电话的位置的目的，通过以下步骤来解译所述订户数据库中的所述数据：(i)使用所述数据作为对照所述位置参数数据库而运行的查询，以便产生作为所述移动电话的位置的应答，以及(ii)仅在存在建立所述一个特定移动电话的位置的明确请求时才这样做，而不是作为与所述多个移动电话的每一者有关的请求包序列的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少已从交通监视系统中导出一些所述位置数据，从而使道路网络上的点能够与一些或所有所述移动电话控制参数的值相关联。
3.根据权利要求2所述的方法，其中至少一些所述位置数据已直接通过测量而导出。
4.根据权利要求2所述的方法，其中至少已通过计算或推断导出延伸超出所述道路网络中的一些或所有道路的区域的位置数据。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中从移动电话网络获得从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的所述数据。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的所述数据包含相邻基站收发台的RF信号强度。
7.根据任何前述权利要求所述的方法，其中从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的所述数据包含来自若干对定位于同一地点的基站收发台的RF电平。
8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的所述数据包含时间提前量信息。
9.根据任何前述权利要求所述的方法，其中从移动电话控制参数导出的或作为所述移动电话控制参数的值的所述数据包含传输误差率。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述位置参数数据库随着其从所述交通监视系统接收报告而连续或有规律地更新。
11.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述查询触发匹配或搜索过程，以查找所述搜索查询中所指定的移动电话控制参数与所述位置参数数据库中的所述移动电话控制参数之间的最紧密的相关性。
12.根据任何前述权利要求所述的方法，其中对所述查询的应答是所述移动电话的位置，且所述位置存储在所述订户数据库中。
13.根据权利要求2所述的方法，其中所述交通监视系统包含具有集成的移动电话的GPS允用导航装置。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述交通监视系统包含在短程无线网络上与移动电话通信的GPS允用导航装置。
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