專利名稱：為一個(gè)無(wú)線終端獲得導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)，尤其涉及為一個(gè)綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)的無(wú)線終端獲得和選擇性利用導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)。
基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)能為世界范圍內(nèi)的用戶提供精確的3維位置信息。

圖1描繪了全球定位系統(tǒng)(GPS)10。GPS10包括多個(gè)衛(wèi)星12-j以及至少一個(gè)GPS接收機(jī)14，其中j=1,2,...,n。每個(gè)衛(wèi)星12-j以已知速度vj圍繞地球運(yùn)行，而且與其它衛(wèi)星12-j之間間隔已知距離。每個(gè)衛(wèi)星12-j發(fā)送一個(gè)全球位置信號(hào)11-j，信號(hào)11-j包括一個(gè)已知頻率f的載波信號(hào)，它是利用與特定衛(wèi)星12-j相關(guān)的一個(gè)唯一的偽隨機(jī)噪聲(PN-j)碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)(ND-j)調(diào)制的。PN-j碼包括一個(gè)唯一的PN碼片序列，而導(dǎo)航數(shù)據(jù)ND-j包括一個(gè)衛(wèi)星識(shí)別符、定時(shí)信息和軌道數(shù)據(jù)，如仰角αj和方位角φj。圖2描繪了GPS信號(hào)11-j的一個(gè)典型的20ms幀，除了導(dǎo)航數(shù)據(jù)序列ND-j外，它還包括PN-j碼的全部20個(gè)序列。
GPS接收機(jī)14包括用于接收GPS信號(hào)11-j的天線15，用于檢測(cè)GPS信號(hào)11-j的多個(gè)相關(guān)器16-k，以及處理器17，其具有利用導(dǎo)航數(shù)據(jù)ND-j來(lái)定位的軟件，其中k=1,2,…,m。GPS接收機(jī)14通過(guò)PN-j碼檢測(cè)GPS信號(hào)。檢測(cè)GPS信號(hào)11-j涉及一個(gè)相關(guān)過(guò)程，其中利用相關(guān)器16-k在載頻方面(dimension)和編碼相位方面搜索PN-j碼。這種相關(guān)過(guò)程實(shí)現(xiàn)為，調(diào)制到一個(gè)復(fù)制的載波信號(hào)上的相移復(fù)制的PN-j碼與接收的GPS信號(hào)11-j實(shí)時(shí)相乘，其后是一個(gè)綜合和轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程。
在載頻方面，GPS接收機(jī)14復(fù)制載波信號(hào)，以在GPS信號(hào)11-j到達(dá)GPS接收機(jī)時(shí)與其頻率相稱。然而，由于多普勒效應(yīng)，GPS信號(hào)11-j到達(dá)GPS接收機(jī)14之前，GPS信號(hào)11-j傳輸?shù)念l率f要改變一個(gè)未知量Δfj。因此，每個(gè)GPS信號(hào)11-j在到達(dá)GPS接收機(jī)14時(shí)頻率將為f+Δfj。為補(bǔ)償多普勒效應(yīng)，GPS接收機(jī)14在從f+Δfmin～f+Δfmax范圍的頻譜fspec上復(fù)制載波信號(hào)，直到復(fù)制的載波信號(hào)的頻率與接收的GPS信號(hào)11-j的頻率相稱，其中Δfmin和Δfmax為當(dāng)GPS信號(hào)11-j從衛(wèi)星12-j傳輸?shù)紾PS接收機(jī)14時(shí)，由于多普勒效應(yīng)GPS信號(hào)ll-j將經(jīng)歷的頻率上的最小和最大改變，即，Δfmin≤Δfj≤Δfmax。
在編碼相位方面，GPS接收機(jī)14復(fù)制與每個(gè)衛(wèi)星12-j相關(guān)的唯一的PN-j碼。復(fù)制的PN-j碼的相位在編碼相位頻譜Rj(spec)上偏移，直到利用復(fù)制的PN-j碼調(diào)制的復(fù)制載波信號(hào)，在任何程度上(if atall)，與GPS接收機(jī)14接收的GPS信號(hào)11-j相關(guān)，在此每個(gè)編碼相位頻譜Rj(spec)包括相關(guān)PN-j碼的每個(gè)可能相移。當(dāng)相關(guān)器16-k檢測(cè)到GPS信號(hào)11-j時(shí)，GPS接收機(jī)14從被檢測(cè)到的GPS信號(hào)11-j中提取出導(dǎo)航數(shù)據(jù)ND-j，并利用該導(dǎo)航數(shù)據(jù)ND-j來(lái)為GPS接收機(jī)14定位。
通過(guò)測(cè)量將由無(wú)線終端接收的、從兩個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星發(fā)出的GPS信號(hào)所需的時(shí)差，GPS使得地基接收機(jī)能夠確定其位置。偽距離定義為這個(gè)時(shí)差乘光速。偽距離并不是真實(shí)距離，因?yàn)樗山邮諜C(jī)時(shí)鐘偏置引起的誤差。為確定2D位置(緯度和經(jīng)度)，通常要求接收來(lái)自三個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。為確定3D位置(緯度、經(jīng)度和高度)，要求接收來(lái)自四個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。然而，這個(gè)先決條件不總是能滿足，尤其是在衛(wèi)星信號(hào)被直接阻擋，如無(wú)線終端位于建筑物內(nèi)時(shí)。
目前GPS接收機(jī)正在被結(jié)合到不總是能保證空中視距明晰的無(wú)線電話或其它類型的移動(dòng)通信設(shè)備中。在這種情況下，GPS接收機(jī)14接收的GPS信號(hào)11-j的信噪比一般地比GPS接收機(jī)14在空中視距明晰的情況下低得多，由此使得GPS接收機(jī)14更難檢測(cè)GPS信號(hào)11-j。
綜合無(wú)線-全球定位(WGP)系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)用來(lái)便于GPS接收機(jī)檢測(cè)GPS信號(hào)11-j。通過(guò)減少用于搜索GPS信號(hào)11-j的相關(guān)器執(zhí)行的綜合數(shù)，WGP系統(tǒng)便于GPS信號(hào)11-j的檢測(cè)。通過(guò)縮小要搜索的頻率范圍和編碼相位范圍可減少綜合數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，WGP系統(tǒng)限定GPS信號(hào)11-j的搜索到特定頻率，以及限定到一個(gè)小于編碼相位頻譜Rj(spec)的編碼相位范圍。
無(wú)線終端的位置也可根據(jù)從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)得到的信息來(lái)確定。這些信息一般地包括導(dǎo)頻相位偏置(PPO)信號(hào)。PPO測(cè)量包含無(wú)線終端與BS之間的距離信息。導(dǎo)頻相位偏置是對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)中的編碼相位的測(cè)量。它包括無(wú)線終端與BS之間的距離加上對(duì)來(lái)自任何一個(gè)基站的所有導(dǎo)頻相位偏置(PPO)都相同的一個(gè)偏差的信息。如果可得到來(lái)自兩個(gè)BS的導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量，那么通過(guò)從一個(gè)導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量中減去另一個(gè)導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量，可利用這兩個(gè)導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量來(lái)構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量。這種相減抵消了未知的常量，因此PPO測(cè)量就是從無(wú)線終端到一個(gè)BS的距離減去從無(wú)線終端到另一BS的距離。如果可得到三個(gè)以上的PPO測(cè)量，那么根據(jù)三角測(cè)量方案也可確定無(wú)線終端的2D位置。利用基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)來(lái)定位無(wú)線終端的一個(gè)問(wèn)題在于，PPO的測(cè)量誤差通常遠(yuǎn)大于基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量誤差。另一問(wèn)題在于，不是總能得到三個(gè)或更多個(gè)用于定位的測(cè)量值。
綜合無(wú)線-全球定位(WGP)系統(tǒng)同時(shí)依靠于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)定位無(wú)線終端。綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)同時(shí)組合來(lái)自無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以得到一個(gè)綜合的位置解。通過(guò)同時(shí)組合來(lái)自全球定位系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息，就能提高定位精度，同時(shí)避免至少需要三個(gè)測(cè)量值。
圖3描繪了一種綜合無(wú)線全球定位系統(tǒng)20，它包括WGP服務(wù)器22、多個(gè)基站23以及至少一個(gè)WGP客戶24。WGP服務(wù)器22包括一個(gè)GPS接收機(jī)26，其天線27安裝在一個(gè)空中視距清晰的已知固定位置。WGP服務(wù)器22能通過(guò)一個(gè)有線或無(wú)線接口與基站23通信。每個(gè)基站23位于一個(gè)已知位置，且為位于與該基站23相關(guān)的地理區(qū)域或小區(qū)25內(nèi)的WGP客戶提供通信服務(wù)，其中每個(gè)小區(qū)25的尺寸已知，而且可分成多個(gè)扇區(qū)。WGP客戶24包括一個(gè)GPS接收機(jī)28，以及可能是一個(gè)諸如無(wú)線電話29的無(wú)線終端，而且一般地處于移動(dòng)狀態(tài)，或位于一個(gè)空中視距清晰或不清晰的未知位置。
圖4為示意WGP系統(tǒng)20操作的流程圖300。在步驟310,WGP服務(wù)器22利用其GPS接收機(jī)26通過(guò)GPS信號(hào)11-j檢測(cè)到多個(gè)衛(wèi)星12-j。WGP服務(wù)器22從每個(gè)被檢測(cè)的衛(wèi)星12-j得到下述信息衛(wèi)星12-j的身份，以及與被檢測(cè)衛(wèi)星12-j相關(guān)的頻率fj、編碼相位、仰角αj和方位角φj，其中仰角αj定義為從WGP服務(wù)器22或客戶24到衛(wèi)星12-j的視線與該視線在水平面上投影之間的夾角，而方位角φj定義為該視線在水平面上的投影與正北方向在水平面上的投影之間的夾角。參見(jiàn)圖5，圖5描繪了對(duì)應(yīng)衛(wèi)星12-j和WGP服務(wù)器22或客戶24的仰角αj和方位角φj。
在步驟315，WGP服務(wù)器22從當(dāng)前正與之通信的基站23或服務(wù)WGP客戶24接收扇區(qū)信息，其中扇區(qū)信息指示W(wǎng)GP客戶24當(dāng)前所處的扇區(qū)。在步驟320,WGP服務(wù)器22根據(jù)服務(wù)基站的已知位置、與該服務(wù)基站相關(guān)的小區(qū)尺寸，以及WGP客戶24當(dāng)前所處的扇區(qū)來(lái)初步估計(jì)WGP客戶的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，WGP服務(wù)器22初步估計(jì)WGP客戶24位于該扇區(qū)內(nèi)的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，例如，扇區(qū)的近似中心點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，WGP服務(wù)器22利用已知的前向鏈路三角測(cè)量技術(shù)來(lái)初步估計(jì)WGP客戶24的位置。
在步驟330，對(duì)于每個(gè)被檢測(cè)的衛(wèi)星12-j,WGP服務(wù)器22利用從被檢測(cè)的GPS信號(hào)11-j得到的信息，預(yù)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)處的頻率fj(r)以及編碼相位搜索范圍Rj(sect)，該范圍包括GPS信號(hào)11-j到達(dá)WGP客戶24當(dāng)前所處扇區(qū)內(nèi)的任意位置時(shí)的所有可能編碼相位。在步驟340，WGP服務(wù)器22發(fā)送一條搜索消息到服務(wù)基站23，在此該搜索消息包括，對(duì)于每個(gè)被檢測(cè)的衛(wèi)星12-j，相關(guān)PN-j碼的有關(guān)信息，預(yù)測(cè)的頻率fj(r)，以及編碼相位搜索范圍Rj(sect)。
在步驟350，服務(wù)基站23發(fā)送該搜索消息到WGP客戶24，而WGP客戶24在步驟360開(kāi)始并行搜索該搜索消息中指示的衛(wèi)星12-j。具體來(lái)說(shuō)，WGP客戶24將利用其相關(guān)器，來(lái)同時(shí)搜索該搜索消息中所指示的、編碼相位搜索范圍Rj(sect)限制內(nèi)的、預(yù)測(cè)頻率fj(r)上的每個(gè)GPS信號(hào)11-j。
綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)的性能直接取決于從衛(wèi)星和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收的信息質(zhì)量和精度，即，偽距離、PPO等。然而不幸的是，這些測(cè)量通常有干擾，而且經(jīng)常地包含相對(duì)大的偏差。尤其是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量信號(hào)頻繁出現(xiàn)測(cè)量誤差，而且大部分是偏差。這些偏差定義為在信號(hào)傳輸和處理期間產(chǎn)生的時(shí)延，而且通常隨每個(gè)扇區(qū)、每個(gè)基站，以及使用的每種類型和模式的無(wú)線終端而異。精確地估計(jì)和校正這些時(shí)延對(duì)于綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)的成功運(yùn)行很重要。
對(duì)于只涉及幾個(gè)基站/無(wú)線終端的小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可為GPS的每個(gè)基站和/或無(wú)線終端建立一個(gè)系統(tǒng)來(lái)校正時(shí)延。其中一種方案是單獨(dú)測(cè)量每個(gè)無(wú)線終端、基站和多路徑的各自時(shí)延。這個(gè)方案要求有一個(gè)裝備精密和昂貴儀器的大量受訓(xùn)技術(shù)人員隊(duì)伍來(lái)為每個(gè)基站的每個(gè)扇區(qū)中的每種無(wú)線終端測(cè)量時(shí)延。這個(gè)方案成本高、耗時(shí)，而且如果工作不十分細(xì)致的話，將導(dǎo)致性能很差。然而，為每個(gè)基站實(shí)際校正時(shí)延的過(guò)程對(duì)于涉及成百上千個(gè)基站和幾十種不同類型無(wú)線終端的大規(guī)模商業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不可行的。
另一種方案是根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星測(cè)量來(lái)估計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延參數(shù)。為此建立一個(gè)系統(tǒng)來(lái)估計(jì)和調(diào)整時(shí)延參數(shù)，接著存儲(chǔ)這個(gè)信息到數(shù)據(jù)庫(kù)中。一旦建立了時(shí)延參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，它就可幫助用來(lái)定位位置還未知的無(wú)線終端。對(duì)于無(wú)線終端/小區(qū)扇區(qū)對(duì)的時(shí)延參數(shù)估計(jì)一般地涉及下述步驟(1)將要被校正的無(wú)線終端放置在這樣的位置，在該位置上，要校正的小區(qū)扇區(qū)的主天線波束方向無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。該位置不應(yīng)太遠(yuǎn)離基站以避免多路徑影響；而且也不應(yīng)太靠近基站，以避免出現(xiàn)無(wú)線終端可能被鎖定到錯(cuò)誤的信號(hào)峰值，而不是主信號(hào)峰值的問(wèn)題。
(2)測(cè)量該位置以得到無(wú)線終端的精確坐標(biāo)。如果基站天線的坐標(biāo)還未知，應(yīng)確定其坐標(biāo)。無(wú)線終端的坐標(biāo)應(yīng)精確到幾米或更小。商業(yè)差分GPS的定位精度一般地為1米或更小。
(3)采集大量的網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星測(cè)量數(shù)據(jù)。為得到時(shí)延參數(shù)的未阻統(tǒng)計(jì)估計(jì)，應(yīng)采集一百個(gè)以上的采樣。
(4)根據(jù)無(wú)線終端和基站的已知位置，以及采集的網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星測(cè)量，計(jì)算該時(shí)延參數(shù)。
(5)根據(jù)新的估計(jì)值調(diào)整或存儲(chǔ)該時(shí)延參數(shù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。該數(shù)據(jù)庫(kù)為每種無(wú)線終端，以及為每個(gè)基站的每個(gè)小區(qū)扇區(qū)存儲(chǔ)時(shí)延信息。
顯然，上面提到的現(xiàn)有技術(shù)程序既成本高又耗時(shí)。它要求通過(guò)相同的程序來(lái)為每個(gè)基站校正每個(gè)扇區(qū)的每種無(wú)線終端。由于每次校正涉及的時(shí)間限制和成本，可得到的采樣數(shù)相當(dāng)有限，這又影響了所得結(jié)果的精度。此外，利用這種校正過(guò)程，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的硬件/軟件將發(fā)生變化，而且無(wú)線終端可請(qǐng)求重復(fù)進(jìn)行該校正過(guò)程。因此，上面提到的校正過(guò)程僅適用于僅有幾個(gè)基站/無(wú)線終端的小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而對(duì)于必須校正成百上千個(gè)基站和幾十種不同無(wú)線終端的大規(guī)模商業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，則不實(shí)用。
因此，需要一種自動(dòng)獲得綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)中的無(wú)線終端的PPO時(shí)延參數(shù)，以及此后選擇性利用該P(yáng)PO時(shí)延參數(shù)來(lái)定位不能無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端的方法。
一種綜合無(wú)線-全球定位(WGP)系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測(cè)量和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量確定無(wú)線終端的位置。這種識(shí)別位置的精度取決于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量質(zhì)量，而不利的是這種測(cè)量將包含諸如偏差的測(cè)量誤差。偏差是由信號(hào)處理和傳輸期間發(fā)生的時(shí)延導(dǎo)致的。該時(shí)延隨每個(gè)扇區(qū)/基站以及使用的每種無(wú)線終端型號(hào)而異。校正該偏差對(duì)于WGP系統(tǒng)的成功運(yùn)作很重要。在本發(fā)明中，公開(kāi)了一種利用WGP系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)確定導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)(偏差)以及對(duì)于發(fā)生的變化自適應(yīng)調(diào)整該參數(shù)的方法。該方法不要求為校正建立一個(gè)特定系統(tǒng)，而且不要求專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍來(lái)執(zhí)行聲場(chǎng)校正。通過(guò)這種方法，可利用能無(wú)阻接收GPS信號(hào)的無(wú)線終端來(lái)得到導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)，以及接著在定位不能無(wú)阻接收GPS信號(hào)的無(wú)線終端時(shí)，利用該時(shí)延參數(shù)來(lái)校正導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量。
圖1描繪了稱為全球定位系統(tǒng)(GPS)的現(xiàn)有基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)；圖2描繪了GPS信號(hào)的一個(gè)典型的20ms幀；圖3描繪了一種綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)；圖4描繪了示意圖3的綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)操作的流程圖；圖5示意了對(duì)應(yīng)一個(gè)衛(wèi)星和一個(gè)無(wú)線全球定位系統(tǒng)客戶的仰角和方位角；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明原理來(lái)估計(jì)時(shí)延參數(shù)，即綜合無(wú)線全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的方框圖。
如前所述，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如全球定位系統(tǒng)，包括一組衛(wèi)星，它們發(fā)送能被無(wú)線終端用來(lái)定位其位置的衛(wèi)星信號(hào)。無(wú)線終端在地球上的位置是通過(guò)無(wú)線終端接收各個(gè)衛(wèi)星發(fā)出的全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)所需時(shí)差確定的。為確定2D位置(緯度和經(jīng)度)通常要求接收來(lái)自三個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。為確定3D位置(緯度、經(jīng)度和高度)通常要求接收來(lái)自四個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。然而，這個(gè)先決條件不總是能滿足，尤其是在衛(wèi)星信號(hào)被阻擋而無(wú)法直接被無(wú)線終端接收時(shí)，如無(wú)線終端位于一個(gè)建筑物內(nèi)時(shí)。也可利用來(lái)自無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻相位偏置(PPO)信息確定無(wú)線終端的位置。PPO是對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)中的編碼相位的測(cè)量。它包括無(wú)線終端與基站之間的距離加上對(duì)來(lái)自任何一個(gè)基站的所有導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量都相同的一個(gè)恒定偏差的信息。如果可得到三個(gè)以上的PPO測(cè)量，那么無(wú)線終端的2D位置也可根據(jù)三角測(cè)量計(jì)算來(lái)確定。依靠基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)信號(hào)來(lái)定位無(wú)線終端的一個(gè)問(wèn)題在于，PPO信號(hào)的測(cè)量誤差通常遠(yuǎn)大于基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量誤差。另一問(wèn)題在于，不是總能得到三個(gè)或更多個(gè)測(cè)量值來(lái)確定一個(gè)無(wú)線終端的位置。
綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)依靠來(lái)自衛(wèi)星系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)的信息來(lái)定位無(wú)線終端。通過(guò)同時(shí)組合來(lái)自GPS和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息，就能提高定位精度，而且不必要求得到至少三個(gè)測(cè)量值。
不用說(shuō)，WGP系統(tǒng)的性能直接取決于接收的衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的質(zhì)量，如偽距離和導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延測(cè)量。這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量有干擾，而且偏差大。尤其是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量通常包含測(cè)量誤差，其中大部分為偏差。這些偏差是由信號(hào)傳輸和處理期間產(chǎn)生的時(shí)延導(dǎo)致的。這些時(shí)延隨每個(gè)扇區(qū)/基站，以及使用的每種無(wú)線終端型號(hào)而異。精確地估計(jì)和校正這些時(shí)延對(duì)避免產(chǎn)生大的定位誤差很有必要。
包括導(dǎo)頻相位偏置(PPO)測(cè)量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量存在誤差，這些誤差包括慢速變化和快速變化分量。由信號(hào)傳輸和處理時(shí)延引起的慢速變化分量通常表現(xiàn)為偏差。快速變化分量表現(xiàn)為噪聲。偏差分量通常比噪聲要大得多，應(yīng)予以校正。而無(wú)法校正的噪聲分量可通過(guò)其他技術(shù)消除，其中一種技術(shù)就是平均方法。
對(duì)于位于基站k的扇區(qū)j的無(wú)線終端i，導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延測(cè)量可表示為yijkppo=dikc+aippo+bijkppo+eijkppo----(1)]]>其中公式項(xiàng)中的上標(biāo)‘ppo’指示它與導(dǎo)頻相位偏置有關(guān)。下標(biāo)“i”、“j”和“k”表示該項(xiàng)分別與基站k的扇區(qū)j中的無(wú)線終端i有關(guān)。另外，d為從該移動(dòng)終端到基站的距離，c為光速，b為偏差測(cè)量，e為噪聲測(cè)量，而a為對(duì)與該無(wú)線終端i有關(guān)的所有PPO測(cè)量都相同的一個(gè)未知常量。
公式1表明，導(dǎo)頻相位偏置偏差測(cè)量yijkppo包括從該移動(dòng)終端到基站的距離dik(除以光束得到時(shí)間量)加上偏差bijkppo、噪聲eijkppo和常量αippo。盡管通過(guò)平均技術(shù)可消除噪聲eijkppo，但通過(guò)平均技術(shù)無(wú)法消除偏差bijkppo。偏差通常遠(yuǎn)大于噪聲，必須被估計(jì)或予以校正。偏差b主要是由來(lái)自移動(dòng)終端、基站以及可能來(lái)自路徑的信號(hào)傳輸和處理中的硬件/軟件時(shí)延引起的。由于存在未知常量appo，因此無(wú)法直接從PPO測(cè)量中得到偏差bppo的估計(jì)。取多個(gè)PPO測(cè)量的平均只會(huì)得出bppo加上appo的估計(jì)，而不會(huì)單獨(dú)得到bppo。因此，得到bppo估計(jì)需要其它信息。用于估計(jì)bppo值的信息為無(wú)線終端定時(shí)偏差btime，它可由下式表示bijtime=dikc+bijppo----(2)]]>其中公式項(xiàng)中的上標(biāo)‘time’表示該項(xiàng)與無(wú)線終端定時(shí)偏差btime有關(guān)，而dik為從該移動(dòng)終端到基站的距離。盡管真實(shí)的定時(shí)偏差bijtime還未知，但如果該無(wú)線終端能良好地接收GPS信號(hào)，則它可連同無(wú)線終端位置一起精確地估計(jì)。估計(jì)的定時(shí)偏差bijktime可表示為bijtime=bijGPS+eijGPS(3)其中，bijGPS為根據(jù)GPS信息估計(jì)的時(shí)間偏差，而誤差項(xiàng)eijGPS包括時(shí)間偏差估計(jì)中的誤差。
參考圖6，圖6示意的方框圖于為所處位置能無(wú)阻接收來(lái)自GPS衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端確定導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的估計(jì)值。這個(gè)參數(shù)用于確定所處位置不能無(wú)阻接收來(lái)自GPS衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端位置。時(shí)延參數(shù)估計(jì)值的確定與應(yīng)用該估計(jì)值來(lái)校正時(shí)延是并行執(zhí)行的。對(duì)于商業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在由幾十個(gè)基站(BS)620…630服務(wù)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分布有成千上萬(wàn)個(gè)無(wú)線終端(WT)610、612、614、616。
一些無(wú)線終端能極佳地接收全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，而其他無(wú)線終端可能位于GPS信號(hào)被障礙物部分或完全阻塞的位置。對(duì)具有極佳GPS接收的無(wú)線終端來(lái)說(shuō)，無(wú)需利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延參數(shù)來(lái)進(jìn)行位置計(jì)算。利用直接從衛(wèi)星接收的GPS信號(hào)所得到的精度對(duì)于每個(gè)固定位置通常好于10米。
在本發(fā)明中，來(lái)自能極佳接收GPS信號(hào)的終端的信息信號(hào)被饋入處理器640，處理器640提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)估計(jì)，其輸出用于用該時(shí)延參數(shù)來(lái)刷新數(shù)據(jù)庫(kù)650。該估計(jì)參數(shù)接著用作不能無(wú)阻接收來(lái)自衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)信號(hào)的無(wú)線終端的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)，因此它需要利用相對(duì)于GPS信號(hào)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來(lái)為該無(wú)線終端定位。
為了替位于基站中一個(gè)特定小區(qū)扇區(qū)的每種特定的無(wú)線終端型號(hào)自動(dòng)估計(jì)導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)，應(yīng)采用滿足下述條件的來(lái)自無(wú)線終端的所有測(cè)量1)同一型號(hào)；2)由同一基站的同一小區(qū)扇區(qū)服務(wù)，以及3)能無(wú)阻接收GPS信號(hào)。第一個(gè)條件可通過(guò)檢查該無(wú)線終端上報(bào)的設(shè)備序號(hào)來(lái)確定。每個(gè)終端都有一個(gè)唯一的設(shè)備序號(hào)，通過(guò)一個(gè)識(shí)別設(shè)備序號(hào)與無(wú)線終端型號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)可使設(shè)備序號(hào)與型號(hào)相聯(lián)系。利用聯(lián)系每個(gè)無(wú)線終端與一個(gè)偽隨機(jī)號(hào)的軟件可建立第二個(gè)條件。最后一個(gè)條件可通過(guò)確定無(wú)線終端檢測(cè)的衛(wèi)星數(shù)以及每個(gè)被檢測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的信噪比來(lái)建立。根據(jù)公式(2)和(3)，可得到bijppo=bijGPS-dikc+eijGPS----(4)]]>上述公式中的最后兩項(xiàng)可認(rèn)為是零。平均噪聲誤差。因此，如果在一個(gè)公共基站的扇區(qū)j，具有無(wú)阻隔衛(wèi)星信號(hào)接收的i型無(wú)線終端總數(shù)為Nij，那么估計(jì)的PPO時(shí)延可表示為下述公式b^ijppo=1NijΣn=1Nij(bijGPS-dikc+eijGPS)n----(5)]]>b^ijppo≈1NijΣn=1Nij(bijGPS-d^ikc)n----(6)]]>其中d^ik]]>為從無(wú)線終端到基站的估計(jì)距離，而bijGPS為根據(jù)GPS信息的估計(jì)時(shí)間偏差。
無(wú)線終端與基站之間的估計(jì)距離d^ik]]>可根據(jù)從GPS得到的無(wú)線終端位置，以及從包含在數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知基站位置來(lái)確定。GPS的時(shí)間偏差bijGPS是根據(jù)無(wú)線終端從GPS衛(wèi)星接收的信號(hào)得到的。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)GPS信號(hào)時(shí)，可確定復(fù)制碼的相位，或最大化相關(guān)器輸出的復(fù)制偽數(shù)量(pseudonumber)碼的起始時(shí)間。衛(wèi)星在發(fā)射時(shí)刻的時(shí)鐘嵌入到無(wú)線終端接收的衛(wèi)星信號(hào)中。從無(wú)線終端的最大相關(guān)復(fù)制碼的起始時(shí)間中減去衛(wèi)星時(shí)鐘，接著將結(jié)果乘以光速將得到測(cè)量的偽距離。但由于在無(wú)線終端的時(shí)鐘中存在時(shí)間偏差bijGPS，因此所得到的偽距離值將不是從無(wú)線終端到衛(wèi)星的真實(shí)距離；它實(shí)際上是真實(shí)距離加上由無(wú)線時(shí)鐘偏差導(dǎo)致的距離之和。
對(duì)于無(wú)阻接收GPS信號(hào)的無(wú)線終端，通常是從四個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星得到偽距離測(cè)量，獲得四個(gè)或更多個(gè)偽距離測(cè)量使得通過(guò)利用眾所周知的GPS導(dǎo)航算法能確定包括三個(gè)未知坐標(biāo)的無(wú)線終端的未知3D位置，以及終端時(shí)間偏差bijGPS。所得到的無(wú)線終端時(shí)間偏差為關(guān)系式(5)或(6)中使用的bijGPS值。
一旦得到位于一個(gè)公共扇區(qū)且能無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)的同一型號(hào)的無(wú)線終端測(cè)量，根據(jù)表達(dá)式(5)或(6)將這些測(cè)量組合起來(lái)以得到估計(jì)的PPO時(shí)延參數(shù)。在此應(yīng)注意，估計(jì)的PPO參數(shù)是直接從4個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星以及無(wú)線終端的位置得到的，而且避免了現(xiàn)有技術(shù)的高成本、耗時(shí)程序。
在公式(5)或(6)中，導(dǎo)頻相位偏置參數(shù)的估計(jì)是在組合大量測(cè)量采樣后計(jì)算的。得到的采樣數(shù)越大，結(jié)果也就越精確。該公式也可改變?yōu)楣烙?jì)導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延的其他形式。例如，如果我們想通過(guò)利用以前的估計(jì)值和一個(gè)新輸入數(shù)據(jù)連續(xù)刷新導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的估計(jì)，而不重新計(jì)算總和，那么也可應(yīng)用下面的算法b^ijppo(m+1)=x1b^ijppo(m)+x2(bijGPS-d^ikc)----(7)]]>其中，(x1≥0,x2≥0,x1+x2=1)。
在表達(dá)式(7)中，b^ijppo]]>(m+1)和b^ijppo]]>(m)分別表示新刷新的估計(jì)和前一步驟m中的估計(jì)?？蔀橹祒1分配一個(gè)從0到1.0變化的值，而值x2可分配一個(gè)0和1.0之間變化的值，且假定x1+x2=1。x1與之前得到的PPO時(shí)延值相關(guān)，而x2與當(dāng)前PPO時(shí)延值相關(guān)。因此，當(dāng)x1相對(duì)x2較大時(shí)PPO時(shí)延參數(shù)將緩慢遞增刷新，而當(dāng)x1相對(duì)x2較小時(shí)PPO時(shí)延參數(shù)將快速刷新。
盡管本發(fā)明是根據(jù)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例描述的，但應(yīng)理解，這些公開(kāi)不應(yīng)理解為限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在讀過(guò)上述說(shuō)明后會(huì)很清楚各種替代方案和修正。由此，所附權(quán)利要求書可理解為覆蓋屬于本發(fā)明精神和范圍的所有更新和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．在用于確定無(wú)線終端位置的綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)中，一種用于確定導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的方法，其特征在于，包括步驟根據(jù)從一個(gè)衛(wèi)星接收的全球定位系統(tǒng)信號(hào)，確定位于基站的一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的第一無(wú)線終端的位置；從一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)得到該基站的位置；根據(jù)所得到的基站位置和第一無(wú)線終端的確定位置，確定第一無(wú)線終端與該基站之間的距離；將第一無(wú)線終端與該基站之間的距離轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間d；計(jì)算由于第一無(wú)線終端的時(shí)延，從衛(wèi)星到第一無(wú)線終端的GPS信號(hào)中的時(shí)延b；以及從時(shí)延b中減去時(shí)間d，以得到第一導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括步驟根據(jù)從一個(gè)衛(wèi)星接收的全球定位系統(tǒng)信號(hào)，確定位于該基站該扇區(qū)內(nèi)的第二無(wú)線終端的位置；根據(jù)該基站和第二無(wú)線終端的位置，確定第二無(wú)線終端與該基站之間的距離；將第二無(wú)線終端與該基站之間的距離轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間d；計(jì)算由于第二無(wú)線終端的時(shí)延，從一個(gè)衛(wèi)星到達(dá)第二無(wú)線終端的GPS信號(hào)的時(shí)延b；從由于第二無(wú)線終端的時(shí)延而從衛(wèi)星到達(dá)第二無(wú)線終端的GPS信號(hào)的時(shí)延b中，減去信號(hào)從第二無(wú)線終端到基站傳輸?shù)臅r(shí)間d，以得到第二導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)。將第一導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)與第二無(wú)線終端的第二導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)相加，以得到一個(gè)和值；以及將該和除以相加的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)數(shù)，以得到一個(gè)估計(jì)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，還包括識(shí)別第一和第二無(wú)線終端的步驟。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，還包括步驟將第一和第二無(wú)線終端與它們所處的基站和基站扇區(qū)相聯(lián)系。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，還包括步驟將第一和第二無(wú)線終端與型號(hào)相聯(lián)系。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于第一和第二無(wú)線終端具有共同的操作特性，并且位于同一基站的一個(gè)公共扇區(qū)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括步驟將該無(wú)線終端與基站之間的距離除以光速，以得到信號(hào)從基站到該無(wú)線終端傳輸?shù)臅r(shí)間d。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，計(jì)算時(shí)延b的步驟包括步驟得到從該無(wú)線終端到至少四個(gè)衛(wèi)星的距離，用于確定三個(gè)未知變量值加上時(shí)延b。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，還包括步驟利用天文歷表計(jì)算衛(wèi)星的位置，用于確定三個(gè)未知變量值加上時(shí)延b。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，三個(gè)未知變量為該無(wú)線終端的x、y和z軸坐標(biāo)值。
11．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，第一和第二無(wú)線終端包括24個(gè)以上的無(wú)線終端。
12．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，第一和第二無(wú)線終端包括48個(gè)以上的無(wú)線終端。
13．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，第一和第二無(wú)線終端包括74個(gè)以上的無(wú)線終端。
14．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，第一和第二無(wú)線終端包括99個(gè)以上的無(wú)線終端。
15．在綜合無(wú)線-全球定位系統(tǒng)中，一種用于確定所處位置不能無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端的位置的方法，其特征在于步驟識(shí)別該無(wú)線終端，與該無(wú)線終端通信的基站和基站扇區(qū)，識(shí)別該無(wú)線終端、基站和扇區(qū)后，為該無(wú)線終端分配一個(gè)導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)，以根據(jù)來(lái)自無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息確定該無(wú)線終端的位置。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，分配一個(gè)估計(jì)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的步驟包括步驟選擇預(yù)先根據(jù)位于同一基站的同一扇區(qū)內(nèi)、且所處位置能接收全球定位系統(tǒng)信號(hào)的類似無(wú)線終端確定的一個(gè)估計(jì)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)。
17．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，還包括步驟利用該估計(jì)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)作為所處位置不能無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端的時(shí)延參數(shù)。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，還包括步驟利用從位于同一基站同一扇區(qū)的無(wú)線終端得到一個(gè)估計(jì)的導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)，且類似于所處位置不能無(wú)阻接收衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)線終端。
全文摘要
本發(fā)明為一種利用綜合無(wú)線全球定位系統(tǒng)來(lái)獲得導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù),以及對(duì)于發(fā)生的變化自適應(yīng)調(diào)整該參數(shù)的方法。該方法不要求為校正建立一個(gè)特定系統(tǒng),而且不要求專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍來(lái)執(zhí)行聲場(chǎng)校正。通過(guò)這種方法,可利用能無(wú)阻接收全球定位系統(tǒng)信號(hào)的無(wú)線終端來(lái)確定導(dǎo)頻相位偏置時(shí)延參數(shù)的估計(jì),這些參數(shù)估計(jì)接著用于刷新數(shù)據(jù)庫(kù)中之前得到的參數(shù)。接著利用該估計(jì)的導(dǎo)頻相位時(shí)延參數(shù)來(lái)校正應(yīng)用于定位不能無(wú)阻接收GPS信號(hào)的無(wú)線終端的導(dǎo)頻相位偏置測(cè)量。
文檔編號(hào)H04W64/00GK1318752SQ01116899
公開(kāi)日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2001年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
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