專利名稱：多普勒定向儀以及用多普勒定向儀定向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多普勒定向儀，尤其涉及但不是唯一地涉及在蜂窩通信網(wǎng)站中所用的多普勒定向儀。本發(fā)明還涉及對(duì)例如是使用多普勒定向儀的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的方法。
我們所了解的多普勒定向儀被設(shè)計(jì)用來從所接收到的信號(hào)中確定方向。但是，這些已知的多普勒定向儀通常被設(shè)計(jì)而工作于經(jīng)過相對(duì)簡(jiǎn)單調(diào)制的接收信號(hào)，這些筒單的調(diào)制例如可以是頻率調(diào)制或幅度調(diào)制。已知的多普勒定向儀可能不適于用在含有相對(duì)復(fù)雜調(diào)制的接收信號(hào)，這種復(fù)雜的調(diào)制例如可以是高斯最小偏移鍵控(GMSK)。特別是，如果使用了復(fù)雜調(diào)制，則已知的多普勒定向儀需要增加許多時(shí)間，以便由所接收到的信號(hào)來確定方向。如果在定向儀必須從同時(shí)接收到的若干信號(hào)中來確定出方向的情況下，這就成為一個(gè)問題。隨著調(diào)制的復(fù)雜程度的增加，多普勒定向儀的檢測(cè)范圍和精度下降了。
在已知的蜂窩通信網(wǎng)中，一個(gè)固定的基地發(fā)送接收站(BTS)被設(shè)計(jì)為，能將信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)(MS)，或接收來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，該移動(dòng)臺(tái)例如可以是位于由上述基地發(fā)送接收站所服務(wù)的蜂窩或蜂窩扇區(qū)內(nèi)的移動(dòng)電話。對(duì)于BTS和MS之間的一般通信傳輸，只要BTS和MS之間的通信質(zhì)量令人滿意，則有關(guān)蜂窩或蜂窩扇區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)的精確位置的信息就不重要了。但是，美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)(FCC)最近引入一種規(guī)則，即要求在蜂窩或蜂窩扇區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)呼叫一種緊急業(yè)務(wù)時(shí)，該移動(dòng)臺(tái)的位置必須被定位在125米的范圍內(nèi)。已經(jīng)提出了幾種方法對(duì)蜂窩或蜂窩扇區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)的位置進(jìn)行定位。一種方法是利用信號(hào)到達(dá)的時(shí)差(TDOA)的原理。使用到達(dá)時(shí)差的方法，來自一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)被若干基地發(fā)送接收站接收。通過觀測(cè)來自指定移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)指定信號(hào)到達(dá)若干基地發(fā)送接收站所需的時(shí)間差，就有可能確定出該移動(dòng)臺(tái)的位置。但是，如果來自一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)僅僅可被單獨(dú)的一個(gè)基站接收時(shí)，就不能使用這種方法。另外，還存在許多困難，這些困難與提供所需的每個(gè)基地發(fā)送接收站的定時(shí)信號(hào)，以便能確定該時(shí)間差相關(guān)。
在所提出的另一種方法中，使用了定時(shí)超前信息(timing advanceinformation)。在時(shí)分多址聯(lián)接(TDMA)蜂窩網(wǎng)中需要定時(shí)超前信息。在時(shí)分多址聯(lián)接蜂窩網(wǎng)中，使用了若干時(shí)隙。一幀由預(yù)定數(shù)目的許多時(shí)隙組成。對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)，在每一幀內(nèi)都分配給它一個(gè)指定時(shí)隙，用于該移動(dòng)臺(tái)與基地發(fā)送接收站進(jìn)行通信。但是，與移動(dòng)站和基地發(fā)送接收站距離較近時(shí)相比，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)距離基地發(fā)送接收站相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，信號(hào)到達(dá)基地發(fā)送接收站所花費(fèi)的時(shí)間也較長(zhǎng)。
為正確地處理所接收到的來自各種移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，來自每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)必須是在所分配的時(shí)隙內(nèi)由基地發(fā)送接收站接收。為確保信號(hào)能在所分配的時(shí)隙內(nèi)被接收，基地發(fā)送接收站將要向移動(dòng)臺(tái)提供定時(shí)超前信息。這一信息表明移動(dòng)臺(tái)何時(shí)應(yīng)該向基地發(fā)送接收站發(fā)送自己的信號(hào)。因此，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)距離基地發(fā)送接收站相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，該移動(dòng)臺(tái)將會(huì)比移動(dòng)臺(tái)距離基站相對(duì)較近時(shí)更早地向基站發(fā)送自己的信號(hào)。因此，由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)能在所分配的時(shí)隙內(nèi)被基地發(fā)送接收站接收。由此，定時(shí)超前信息是移動(dòng)臺(tái)和基站之間距離的一種度量。但是，如果信息是來自于僅僅一個(gè)可用的基站時(shí)，這一系統(tǒng)就不精確了。另外，這種方法不能提供任何有關(guān)諸如接收信號(hào)的方向之類的提示。如果注意到來自兩個(gè)基站的定時(shí)超前信息，則這種方法可得到改善。但是，還會(huì)存在與所需的定時(shí)信號(hào)的提供相關(guān)的問題。
因此，本發(fā)明的確定實(shí)施例的目的是減少或至少減輕這些問題。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多普勒定向儀，包括至少一個(gè)天線，該天線與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)有一段距離，所述天線被設(shè)計(jì)為，在使用時(shí)能圍繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，所述至少一個(gè)天線被設(shè)計(jì)為能提供一種包含由所述至少一個(gè)天線接收到的、組合有多普勒頻移分量的信號(hào)的第一輸出信號(hào)；一種用于提供一個(gè)不含多普勒頻移分量的、包含所述接收到的信號(hào)的第二輸出信號(hào)的裝置；一種用于處理所述第一和所述第二信號(hào)，以獲取所述多普勒頻移分量的裝置；以及一種用于由所述多普勒頻移分量中確定出接收信號(hào)的接收方向的裝置。
通過處理第一和第二信號(hào)，可解除任何接收信號(hào)的調(diào)制分量。因此，可發(fā)現(xiàn)，這個(gè)裝置可允許多普勒定向儀的檢測(cè)范圍增加，同時(shí)還可允許得到更精確的結(jié)果。采用本發(fā)明的多普勒定向儀確實(shí)具有一個(gè)快速穩(wěn)定時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，這在無線電遠(yuǎn)程通信網(wǎng)中尤為有用。
在至少一個(gè)天線進(jìn)行機(jī)械旋轉(zhuǎn)的情況下，可獲得滿意的效果。但是，如果這至少一個(gè)天線是進(jìn)行電旋轉(zhuǎn)時(shí)，則可提供至少三個(gè)天線。最好可提供3個(gè)到10個(gè)天線，但在4個(gè)到8個(gè)天線之間可獲得良好效果。
用于提供第二輸出信號(hào)的裝置最好包括另一個(gè)天線。這另一個(gè)天線可具有穿過旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的一個(gè)軸。這另一個(gè)天線可與上述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)天線位于同一個(gè)平面上，或者也可在上述至少一個(gè)天線之上或之下。這一特征具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即由這另一個(gè)天線所接收的信號(hào)與由所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)天線接收到的信號(hào)相比，可能會(huì)非常相似，但是它不包含多普勒頻移分量。盡管在一些實(shí)施例中，這另一個(gè)天線可以繞自軸旋轉(zhuǎn)，但是這另一個(gè)天線最好實(shí)質(zhì)上是靜止的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用于提供第二輸出信號(hào)的裝置包括將來自至少一個(gè)天線的若干信號(hào)進(jìn)行組合，以提供所述第二輸出信號(hào)的裝置。這種方案具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)于第二信號(hào)來說，它不需要單獨(dú)的天線。另外，在這些提供了若干旋轉(zhuǎn)天線的實(shí)施例中，由于信號(hào)是由一個(gè)以上的天線接收的，所以減小了與信號(hào)衰落相關(guān)的問題。信號(hào)的如此合并使得所有多普勒頻移分量都被除去。
所接收到的信號(hào)最好包括一個(gè)調(diào)制載波。加到載波上的這種調(diào)制可以是高斯最小偏移鍵控調(diào)制。因此，有可能在蜂窩通信網(wǎng)中使用多普勒定向儀。這個(gè)蜂窩通信網(wǎng)可以是一個(gè)時(shí)分多址聯(lián)接網(wǎng)。
這至少一個(gè)天線被設(shè)計(jì)為這樣，使其在使用時(shí)，能在時(shí)分多址聯(lián)接網(wǎng)的時(shí)隙內(nèi)至少轉(zhuǎn)動(dòng)一次。最好是，該至少一個(gè)天線能在所述時(shí)隙內(nèi)至少轉(zhuǎn)動(dòng)兩次，并從該時(shí)隙的中間期所接收的信號(hào)中確定出方向。這樣，可不理睬在該時(shí)隙的開始和結(jié)尾處讀取信號(hào)所引起的異常情況。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種多普勒定向方法，它包括以下步驟圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)天線，以便能提供第一輸出信號(hào)，該信號(hào)含有合并了多普勒頻移分量的接收信號(hào)；提供一個(gè)第二輸出信號(hào)，該信號(hào)包括不含有多普勒頻移分量的接收信號(hào)；處理所述第一和第二信號(hào)，以獲取多普勒頻移分量；以及從多普勒頻移分量中確定出信號(hào)的接收方向。
依據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種對(duì)時(shí)分多址聯(lián)接通信網(wǎng)的一個(gè)蜂窩內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的方法，它包括以下步驟使用在上文中定義的多普勒定向儀，從所接收到的由所述移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)中，確定出信號(hào)的接收方向；使用定時(shí)超前信息來確定移動(dòng)臺(tái)和基站之間的距離；以及使用所確定出的距離和所確定出的方向來確定移動(dòng)臺(tái)的位置。
這種方法具有這樣一種優(yōu)點(diǎn)，即甚至是在考慮使用兩個(gè)或更多個(gè)基站來確定位置時(shí)，都不需要復(fù)雜的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
為更好地理解本發(fā)明以及為使其得到相同的實(shí)現(xiàn)，將參考通過結(jié)合以下附圖所舉的例子進(jìn)行說明，其中

圖1顯示了已知的多普勒定向儀的方框圖；圖2顯示了圖1的信號(hào)源和天線的示意圖；圖3a顯示了用于圖1中旋轉(zhuǎn)天線的、頻率變化與時(shí)間之比的圖；圖3b顯示了用于圖1中旋轉(zhuǎn)天線的、相位變化與時(shí)間之比的圖；圖4顯示了采用依據(jù)本發(fā)明的多普勒定向儀的方框圖，該圖詳細(xì)地說明了接收機(jī)；圖5顯示了圖4的多普勒定向儀的方框圖，該圖詳細(xì)地說明了控制單元；圖6顯示了在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，從移動(dòng)臺(tái)所接收到的一個(gè)典型的信號(hào)；圖7顯示了當(dāng)天線在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)兩次時(shí)，所得到的相位變化與時(shí)間之比的圖例；圖8顯示了采用本發(fā)明的另一個(gè)多普勒定向儀的方框圖；以及圖9顯示了用于圖8的天線的最佳排列方式。
圖1說明了一個(gè)已知的多普勒定向儀2，對(duì)其進(jìn)行說明是為了輔助理解本發(fā)明。多普勒定向儀2被如此設(shè)計(jì)，使其能處理經(jīng)幅度調(diào)制(am)或經(jīng)頻率調(diào)制(fm)的信號(hào)，以便確定那些信號(hào)的接收方向。多普勒定向儀2具有四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線4，它們被設(shè)計(jì)為或者可圍繞中心點(diǎn)3進(jìn)行機(jī)械旋轉(zhuǎn)，或者可圍繞中心點(diǎn)3進(jìn)行電旋轉(zhuǎn)。這四個(gè)天線4被設(shè)計(jì)為正方形結(jié)構(gòu)。天線4具有按照需要所選定的一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度。
為確定出信號(hào)的接收方向，現(xiàn)在，在說明圖1的其余器件之前，將參考圖2進(jìn)行說明，圖2說明了由圖1中的多普勒定向儀2所使用的多普勒頻移原理。為簡(jiǎn)單起見，假定天線4圍繞中心點(diǎn)3進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖2中，一個(gè)fm或am信號(hào)源5被放置在距四個(gè)天線4有一定距離的地方。天線4圍繞中心點(diǎn)3按箭頭7的方向旋轉(zhuǎn)。一般，當(dāng)一個(gè)天線處于圖2中所示的位置a時(shí)，順箭頭A的方向，有天線的瞬時(shí)分量。這樣，在位置a處，天線的速度分量與來自源5的信號(hào)的傳播總方向9垂直。因此，當(dāng)處于位置a時(shí)，由天線4接收到的信號(hào)沒有多普勒頻移分量。
眾所周知，當(dāng)在信號(hào)源和接收機(jī)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可觀測(cè)到多普勒頻移效應(yīng)。當(dāng)信號(hào)源和接收機(jī)相互靠近時(shí)，與信號(hào)源所發(fā)出的信號(hào)頻率相比，接收機(jī)所接收到的信號(hào)的頻率升高了。與此相反，當(dāng)信號(hào)源和接收機(jī)彼此遠(yuǎn)離時(shí)，與信號(hào)源所發(fā)出的信號(hào)頻率相比，接收機(jī)所接收到的信號(hào)的頻率降低了。
當(dāng)天線處于與位置a呈90°的位置b時(shí)，天線將順著箭頭B的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而遠(yuǎn)離源5。這樣，當(dāng)處于位置b時(shí)，天線4的運(yùn)動(dòng)方向遠(yuǎn)離源5，而這正好與信號(hào)從源5傳播到天線4的方向一致。因此，當(dāng)處于位置b時(shí)，最大地降低了天線所接收到的信號(hào)頻率。著這就是上文中所說明的多普勒頻移效應(yīng)的結(jié)果。
當(dāng)天線4處于與位置b呈90°的位置c時(shí)，天線4在箭頭C的方向上具有速度分量。這與天線處于位置a時(shí)的情況相似，當(dāng)處于位置c時(shí)，天線的速度分量與對(duì)來自源5的信號(hào)的接收方向呈直角。因此，當(dāng)天線處于位置c時(shí)，沒有多普勒頻移分量。
當(dāng)天線處于位置d時(shí)，天線4在箭頭D的方向上具有速度分量，箭頭D的方向是向源5靠近的方向。因此，由于多普勒頻移效應(yīng)，所接收到的來自源5的信號(hào)具有被最大程度地提高了的頻率。應(yīng)該能理解，當(dāng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)到除上述四個(gè)位置以外的其它位置時(shí)，也能觀測(cè)到多普勒頻移效應(yīng)。但是，所觀測(cè)到的多普勒頻移處在當(dāng)天線位于位置b和d時(shí)所觀測(cè)到的最大頻移值以及當(dāng)天線處于位置a和c時(shí)所觀測(cè)到的零偏移值之間。
以下，將參照?qǐng)D3a進(jìn)行說明，圖3a顯示了用于一個(gè)旋轉(zhuǎn)天線的頻率變化——時(shí)間圖。同時(shí)在圖3a中，還示出了在頻率值中獲得相應(yīng)變化的天線的位置。正如能看到的那樣，當(dāng)天線處于位置b時(shí)，天線所接收到的信號(hào)頻率最小，同時(shí)，當(dāng)天線處于位置d時(shí)，所接收到的信號(hào)頻率最大。應(yīng)該理解，為獲取圖3a所示的圖，來自所有四個(gè)天線的信號(hào)信息被組合。多普勒頻移的頻率與天線的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等。
圖3b顯示了所接收到的信號(hào)的相位改變與時(shí)間的關(guān)系圖。應(yīng)該理解，頻率改變和相位改變之間的關(guān)系如下所示
其中φ＝相位通過識(shí)別實(shí)際角位置，有可能確定對(duì)來自源5的信號(hào)的接收方向。圖1中所顯示的電路圖是如此設(shè)計(jì)的，使其能處理所接收到的信號(hào)，以便確定出點(diǎn)a。
再回到圖1，多普勒定向儀2具有第一帶通濾波器6。即便考慮到接收信號(hào)的多普勒頻移，由天線4接收的所需信號(hào)還是要被限定在一個(gè)指定頻帶內(nèi)。帶通濾波器6是這樣設(shè)計(jì)的，使其能濾除不需要的未落在指定頻帶內(nèi)的信號(hào)。由帶通濾波器輸出的信號(hào)可以被看作是(fc+mod)±df，其中fc是載波頻率，mod是調(diào)制分量，df是多普勒頻移。經(jīng)濾波的信號(hào)從第一帶通濾波器6中輸出，并輸入到放大器8。放大器8又與一個(gè)可變電阻器10相連。放大器8與可變電阻器10相組合，確定了一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)電路，在該控制電路中，放大器8的增益被調(diào)節(jié)，以保持其輸出處于線性范圍內(nèi)。由放大器8和可變電阻器10所確定的AGC的輸出被輸入到一個(gè)混頻器電路12。該混頻器電路12還具有來自壓控振蕩器14的一個(gè)輸入。振蕩器14的振蕩頻率受晶體16的控制。振蕩器14被調(diào)諧在頻率fk?；祛l器12產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出等于接收到的信號(hào)(fc+mod)±df與振蕩器所產(chǎn)生的頻率fk之間的差。所得到的信號(hào)頻率為(fc-fk+mod)±dffc-fk等于基頻fb。眾所周知，基頻fb是可處理輸入信號(hào)的頻率。
混頻器12的輸出，(fb+mod)±df，被輸入到第二帶通濾波器18，該第二帶通濾波器18被設(shè)計(jì)為能濾除由混頻器12執(zhí)行信號(hào)處理時(shí)可能產(chǎn)生的所有不需要的信號(hào)。尤其是，混頻器12還可提供一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的和。濾波器18被設(shè)計(jì)為能濾除來自這一加法的信號(hào)結(jié)果。由于來自混頻器12的信號(hào)輸出還包括一個(gè)調(diào)制分量，所以第二帶通濾波器18的輸出被連接到解調(diào)器20的輸入端。解調(diào)器的輸出將會(huì)是fb±df。解調(diào)器20的輸出被第二放大器22放大。放大器22的輸出與高通濾波器24相連。實(shí)際上，是使用以下器件中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)信號(hào)的fb部分進(jìn)行濾除帶通濾波器8、解調(diào)器20、放大器22以及高通濾波器24。
輸入到控制單元26的信號(hào)可被看作是圖3b中所示的信號(hào)，即只有df。控制單元26被設(shè)計(jì)為能確定出信號(hào)的df分量的零交叉點(diǎn)，該零交叉點(diǎn)是相對(duì)于a參考點(diǎn)的點(diǎn)b和d的實(shí)際角位置。應(yīng)該能夠理解，點(diǎn)a到d的實(shí)際角位置依賴于所接收到的來自源的信號(hào)方向的變化。但是，為從所接收到的信號(hào)中得出實(shí)際角方向，必須確定出點(diǎn)a的實(shí)際角位置。這是通過將事先確定出的點(diǎn)b或d的實(shí)際角位置加上或減去90°而實(shí)現(xiàn)的。有關(guān)所確定出的信號(hào)的接收方向的信息例如可以顯示在一個(gè)顯示器28上。
控制單元26還有與四個(gè)天線4相連接的一個(gè)輸出，以控制天線的操作，這種操作包括控制天線的旋轉(zhuǎn)速度。
但是，所說明的與圖1相關(guān)的多普勒定向儀不適于處理象在GSM、DCS 1800以及PCS 1900蜂窩遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中使用的GMSK(高斯最小偏移鍵控)這樣的使用了復(fù)雜調(diào)制的信號(hào)。調(diào)制的類型越復(fù)雜，越會(huì)降低已知的多普勒定向儀的精度，同時(shí)還會(huì)降低檢測(cè)范圍。另外，如果信號(hào)具有復(fù)雜調(diào)制，則常規(guī)多普勒定向儀用接收到的信號(hào)確定出接收方向時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)增加。這使得常規(guī)多普勒定向儀不可能處理來自不同源的大量的信號(hào)，并由此不適用于蜂窩通信網(wǎng)?，F(xiàn)在，請(qǐng)參見圖4和5，它們顯示了采用本發(fā)明的用于象GSM、DCS 1800和PCS 1900這樣的時(shí)分多址聯(lián)接的蜂窩遠(yuǎn)程通信網(wǎng)的多普勒定向儀。應(yīng)該能夠理解，那些聯(lián)系圖1所說明的相似的原理同樣適用于本發(fā)明的實(shí)施例。
在說明采用本發(fā)明的多普勒定向儀50之前，將簡(jiǎn)要說明時(shí)分多址聯(lián)接(TDMA)的各種特征。一般來說，TDMA系統(tǒng)使用數(shù)字信號(hào)。由基站發(fā)出或接收到的信號(hào)被分為若干幀，每幀又被依次分為若干時(shí)隙，例如為8個(gè)。這8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成了一幀。這些時(shí)隙中的一個(gè)可被用于通信控制信號(hào)，而剩余的7個(gè)時(shí)隙將被分配，以便與同特定的基地發(fā)送接收站相連的蜂窩或蜂窩扇區(qū)內(nèi)的7個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。
與已知的結(jié)構(gòu)相似，圖4和5中顯示的多普勒定向儀50包括被設(shè)計(jì)為能繞中心點(diǎn)53進(jìn)行電子旋轉(zhuǎn)的四個(gè)天線52。正如所了解的那樣，在若干被設(shè)計(jì)為能電旋轉(zhuǎn)的天線中，天線本身并不動(dòng)，而是通過選擇性地從天線中讀取信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)處理，從而模擬出天線的轉(zhuǎn)動(dòng)。這里可以使用硬開關(guān)或軟開關(guān)。硬開關(guān)是在一次只選擇一個(gè)天線時(shí)使用的。軟開關(guān)是在同一次接通一個(gè)以上的天線時(shí)使用的。這種裝置可以是這樣的，即來自一個(gè)天線的信號(hào)要比來自其它天線的信號(hào)強(qiáng)。最好是，天線能夠在每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)n次，其中n是一個(gè)整數(shù)。正如下文中所要說明的，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，天線52被設(shè)計(jì)為能在每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)兩次。天線的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是如下定義的時(shí)隙數(shù)目×?xí)r隙頻率×天線數(shù)目×在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)數(shù)目現(xiàn)在請(qǐng)參見圖6，圖6顯示了由移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的并由基地發(fā)送接收站在一個(gè)時(shí)隙TS內(nèi)所接收的典型信號(hào)。正如所看到的那樣，在由接地發(fā)送接收站所接收到的信號(hào)中，在該時(shí)隙的開始和結(jié)束處分別有上斜坡區(qū)域和下斜坡區(qū)域。因此，為確定出移動(dòng)臺(tái)的方向，有必要在該時(shí)隙的中間區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，避免任何異常的讀取。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)天線被設(shè)計(jì)為能在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)完整地轉(zhuǎn)動(dòng)兩次。這將會(huì)產(chǎn)生如圖7所示的結(jié)果。因此，由天線52的第一次旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的信號(hào)中的前一半200以及由天線52的第二次旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的信號(hào)中的后一半202被忽略掉，而僅考慮由天線52的第一次旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的信號(hào)中的后一半204和由天線52的第二次旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的信號(hào)中的前一半206。
一般來說，天線52大約間隔1/4波長(zhǎng)。當(dāng)然也可使用其它任何合適的間距。天線52的輸出被輸入到第一帶通濾波器54，而第一帶通濾波器54又向第一放大器56和第一可變電阻器58提供一個(gè)輸出。第一帶通濾波器54、第一放大器56和第一可變電阻器58提供了與聯(lián)系圖1所說明的第一帶通濾波器6、第一放大器8和可變電阻器10具有相同的功能。一般來說，帶通濾波器54將會(huì)被調(diào)諧到一個(gè)合適的頻帶，以用于蜂窩通信網(wǎng)。例如，在GSM網(wǎng)中，頻率大約為800MHz。在DCS系統(tǒng)中，頻率將會(huì)在大約1800MHz，而在PCS系統(tǒng)中，頻率大約為1900MHz。
天線52所提供的信號(hào)可被看作是(fc+mod)±df。df是多普勒頻移，并且要比fc+mod低很多。mod代表調(diào)制頻率，fc為載波頻率?？勺冸娮杵?8的輸出與第一混頻器60的輸入端相連。第一混頻器60還具有來自壓控振蕩器64的一個(gè)輸入。壓控振蕩器的振蕩頻率受晶體66的控制。振蕩器64在等于fc+fb的頻率處提供信號(hào)。fb是基帶頻率。第一混頻器60的輸出是這樣的，它等于((fc+mod)±df)-(fc+fb)＝mod±df-fb。之后，來自混頻器60的輸出穿過第二帶通濾波器62，該第二帶通濾波器62被設(shè)計(jì)為可除去任何不需要的落在所定義范圍之外的頻率分量。這些不需要的分量可看作是在由第一混頻器60執(zhí)行處理時(shí)所產(chǎn)生的。與圖1中所說明的裝置相似，第一混頻器60還提供一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的總和。濾波器60將濾除由這次求和所產(chǎn)生的信號(hào)。第二帶通濾波器62的輸出端與第二混頻器68的輸入端相連。
多普勒定向儀50還包括一個(gè)另外的天線70。這另一個(gè)天線70是一個(gè)固定的、不旋轉(zhuǎn)的天線，其軸穿過四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線52的中心53。在一個(gè)實(shí)施例中，可將該固定天線70可設(shè)計(jì)為位于這四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線的上面或下面。在另一個(gè)實(shí)施例中，可將該固定天線70設(shè)計(jì)為處于這四個(gè)天線52的中間。該固定天線在其輸出端提供信號(hào)fc+mod。換句話說，由固定天線70的輸出所提供的信號(hào)與旋轉(zhuǎn)天線52輸出的信號(hào)的不同之處僅僅在于沒有表現(xiàn)出多普勒頻移。由于固定天線70不旋轉(zhuǎn)，因而沒有多普勒分量df。由固定天線70接收到的信號(hào)被輸入到第三濾波器72，該第三濾波器72具有與四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線52相連的第一帶通濾波器54相同的或相似的特性。必須注意，不必要求第一帶通濾波器54必須與第三帶通濾波器72精確匹配。所述第三帶通濾波器72執(zhí)行與第一帶通濾波器54相同的功能，僅僅是對(duì)固定天線70所接收到的信號(hào)來說的。
第三帶通濾波器72的輸出與第二放大器74的輸入相連，而第二放大器74本身又與第二可變電阻器76相連。與連接有四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線52的第一放大器56和第一可變電阻器相似，第二放大器74和第二可變電阻器76提供了一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)電路。第二放大器74一般具有與第一放大器56相同的特性。同樣，第一可變電阻器58一般也具有與第二可變電阻器相同的特性。再次說明，應(yīng)該能理解，第一放大器56和第一可變電阻器不必與第二放大器74和第二可變電阻器76精確匹配，但最好具有相似的特性。
第二可變電阻器76的輸出與第三混頻器78的輸入相連。第三混頻器78還接收來自壓控振蕩器64的一個(gè)輸入，該壓控振蕩器64提供一個(gè)fc+fb的輸入。第三混頻器78的輸出是這樣的(fc+mod)-(fc+fb)＝mod-fb。再次說明，第三混頻器78的特性最好能與第一混頻器的那些特性相似。第三混頻器78的輸出與第四帶通濾波器80的輸入相連，第四帶通濾波器80將會(huì)除去由第三混頻器78執(zhí)行信號(hào)處理時(shí)所產(chǎn)生的落在所需頻帶外的、不需要的頻率分量，例如是由輸入到混頻器78兩個(gè)信號(hào)信號(hào)之和所得到的任意一種信號(hào)。再一次說明，第四帶通濾波器80具有與第二帶通濾波器62相似的特性。第四帶通濾波器80的輸出與第二混頻器68的輸入相連。這樣，第二混頻器68接收來自第二帶通濾波器62的這樣一個(gè)輸入mod+df-fb以及來自第四帶通濾波器80的一個(gè)第二輸入mod-fb這樣，第二混頻器68提供一個(gè)±df的輸出，該輸出被輸入到一個(gè)低通濾波器82，該濾波器82濾除由輸入到混頻器68的多個(gè)信號(hào)的總和而產(chǎn)生的任何一種信號(hào)。由于消去了接收信號(hào)中的調(diào)制分量，因此不用象圖1中所示的裝置那樣必須提供一個(gè)解調(diào)器。第二混頻器68的輸出一般具有圖3b所示的圖形形式。
低通濾波器82的輸出與一個(gè)放大器84相連，而該放大器82又與高通濾波器86相連。高通濾波器86的輸出與控制單元88相連，該控制單元88可依據(jù)所接收到的輸入信號(hào)，確定出所接收到的來自源的信號(hào)的接收方向。控制單元88使用聯(lián)系圖2、3a和3b所說明的原理，以便確定移動(dòng)臺(tái)的方向。與已知的裝置相似，控制單元88的輸出與四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線52相連。
現(xiàn)在，請(qǐng)參見圖5，它更詳細(xì)地顯示了控制單元88的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該能理解，在圖5中，接收機(jī)90與圖4中虛線內(nèi)所示的、并被標(biāo)記為參考號(hào)90的那些器件相對(duì)應(yīng)。
高通濾波器86的輸出被輸入到一個(gè)模擬至數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器92，它能將模擬形式的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器92的輸出被輸入到第五和第六帶通濾波器94和96。第五帶通濾波器94用于消除模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器92所使用的采樣頻率。第六帶通濾波器96是一個(gè)開關(guān)電容器濾波器，它具有來自計(jì)數(shù)器98的一個(gè)輸入。來自計(jì)數(shù)器98的輸入提供時(shí)鐘信號(hào)，以用于控制開關(guān)電容器濾波器96，尤其是其帶寬。
控制單元88還具有一個(gè)同步輸入100，它允許一個(gè)同步信號(hào)輸入到控制單元88。該信號(hào)可以是一個(gè)幀同步信號(hào)或一個(gè)時(shí)隙同步信號(hào)。正如先前所說明的那樣，一個(gè)典型的TDMA系統(tǒng)會(huì)使用若干幀，每幀又被分為若干時(shí)隙。例如，在每幀的開始處，可產(chǎn)生一個(gè)被用作同步信號(hào)的信號(hào)。應(yīng)該能理解，有關(guān)幀自身的定時(shí)是由基站內(nèi)的時(shí)鐘控制的。換句話說或者是另外，例如可以是在每次時(shí)隙的開始處提供信號(hào)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一個(gè)獨(dú)立的同步信號(hào)也是可能的。
同步信號(hào)輸入100與提供了兩種功能的方框102相連。方框102的第一功能是將同步信號(hào)從其載波中分離出來。時(shí)鐘分離和調(diào)制解調(diào)器方框102的第二功能是將來自控制電路88的輸出信號(hào)加到時(shí)鐘信號(hào)載波上，以提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)器信號(hào)或一個(gè)網(wǎng)際信號(hào)，從而由控制電路88提供一個(gè)輸出。因此輸入100還被用作一個(gè)調(diào)制解調(diào)器的輸出?？?02的第二輸出與接收所輸入的同步信號(hào)的時(shí)鐘框104相連。由時(shí)鐘框104處理上述所輸入的同步信號(hào)，以提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘框104的輸出與受時(shí)鐘信號(hào)控制的計(jì)數(shù)器98相連。正如可從圖5中看到的那樣，計(jì)數(shù)器98具有三個(gè)輸出。第一個(gè)輸出105a被送到開關(guān)電容器濾波器96。如前所述，來自計(jì)數(shù)器98的輸出105a提供了時(shí)鐘信號(hào)，用于控制開關(guān)電容器96，尤其是其帶寬。來自計(jì)數(shù)器的第二輸出105b被送到一個(gè)天線控制單元106。天線控制單元106控制四個(gè)旋轉(zhuǎn)天線52的電旋轉(zhuǎn)速度。來自計(jì)數(shù)器98的最后一個(gè)輸出105c連接到定向和輸入/輸出塊108，這在下文中將會(huì)詳細(xì)說明。
開關(guān)電容器濾波器96的輸出與放大器110的輸入相連。放大器110的輸出與判定執(zhí)行框112相連，該判定執(zhí)行框112被設(shè)計(jì)為能確定圖3b中所示的信號(hào)的零交叉點(diǎn)。但是，由于相對(duì)于信號(hào)的接收方向來說，發(fā)生零交叉點(diǎn)的位置為90°，所以，提供有一個(gè)延遲框114，用于將判定執(zhí)行框112所確定的值加上或減去90°。延遲框108的輸出與定向框108相連，定向框108能依據(jù)延遲框108所接收的輸入以及所接收到的來自計(jì)數(shù)器98的信息，而確定出信號(hào)的接收方向。來自計(jì)數(shù)器98的輸入允許輸入/輸出框108確定發(fā)生零交叉點(diǎn)加上或減去90°延遲時(shí)天線的實(shí)際位置。這是由于天線52的電旋轉(zhuǎn)也是由計(jì)數(shù)器控制的。這樣，就可知道天線52在發(fā)生指定事件時(shí)與參考點(diǎn)相關(guān)的實(shí)際位置。因此，輸入/輸出框108可確定發(fā)生零交叉點(diǎn)加上或減去90°時(shí)的計(jì)數(shù)數(shù)目，并由此確定出天線52的實(shí)際的相應(yīng)角位置。輸入/輸出框108還可能涉及有延遲，該延遲是由所接收的信號(hào)從天線52傳播到輸入/輸出框108所花費(fèi)的時(shí)間而引起的。
輸入/輸出框108可包括一個(gè)緩沖器，它用于存儲(chǔ)在n個(gè)時(shí)隙之前所確定出的一個(gè)給定移動(dòng)臺(tái)的方向。這樣，任何異常的讀取都可被忽略。例如，如果由于多徑傳播，在一個(gè)方向上，在當(dāng)前時(shí)隙所接收到的信號(hào)與x個(gè)時(shí)隙前所接收到的信號(hào)大不相同，可以確定當(dāng)前的讀數(shù)由于多徑傳播的影響，而不能表示移動(dòng)臺(tái)所處的實(shí)際方向。因此，出于對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的目的，這樣一種讀數(shù)可被忽略，而且這種讀數(shù)可依賴于使用由在先的一個(gè)時(shí)隙或多個(gè)時(shí)隙所獲得的一個(gè)讀數(shù)或多個(gè)讀數(shù)。輸入/輸出框108被輸入到框102，該框102將方向信息加到調(diào)制解調(diào)器信號(hào)上，以提供一個(gè)如上所述的輸出。
使用圖5和6中所示的多普勒定向儀，有可能確定出信號(hào)的接收方向。但是，多普勒定向儀50不能提供象移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離這樣的信息。因此，為對(duì)移動(dòng)臺(tái)的位置進(jìn)行定位，使用了定時(shí)超前信息。如前所述，基地發(fā)送接收站(BTS)為一個(gè)移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)特殊的時(shí)隙，并且由該移動(dòng)臺(tái)(MS)發(fā)射的信號(hào)必須落在該時(shí)隙內(nèi)。但是，與距離基地發(fā)送接收站相對(duì)較近的移動(dòng)臺(tái)所發(fā)出的信號(hào)的情況相比，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離基站相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送出的信號(hào)將會(huì)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能被傳送到基地發(fā)送接收器。因此，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離BTS相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，基地發(fā)送接收站所接收的來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)不能在所分配的時(shí)隙內(nèi)被完整接收。如果在其所分配的時(shí)隙內(nèi)，發(fā)射到這個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)不能被完整接收，將會(huì)干擾相鄰時(shí)隙內(nèi)的另一個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)。為解決這一困難，BTS將要對(duì)諸如是BTS和移動(dòng)臺(tái)之間的距離等執(zhí)行一個(gè)估算。根據(jù)這一估算，BTS計(jì)算在后將會(huì)由移動(dòng)臺(tái)所使用的定時(shí)超前信息。該定時(shí)超前信息將表明該移動(dòng)臺(tái)何時(shí)應(yīng)該向BTS發(fā)送自己的信號(hào)，以便該信號(hào)能在為其指定的時(shí)隙內(nèi)被BTS接收。這樣，當(dāng)MS離BTS相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，與MS和BTS之間的距離相對(duì)較小時(shí)相比，MS將會(huì)更早地向BTS發(fā)送其信號(hào)，以便確保由移動(dòng)臺(tái)發(fā)射出的信號(hào)可在其指定時(shí)隙內(nèi)被BTS接收。這樣，定時(shí)超前信息是BTS和移動(dòng)臺(tái)之間距離的一種度量，同時(shí)，多普勒定向儀對(duì)移動(dòng)臺(tái)的方向提供一種指示。使用這一信息，有可能將發(fā)出信號(hào)的移動(dòng)臺(tái)定位在、特別是小于125米的精度內(nèi)。
如果來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)可被一個(gè)以上的基站所接收，而每個(gè)基站又具有采用本發(fā)明的多普勒定向儀，則系統(tǒng)的精度可進(jìn)一步得到改善。這樣，在每一個(gè)基站，都對(duì)移動(dòng)臺(tái)的可能的位置進(jìn)行確定。通過使用來自兩個(gè)或更多個(gè)基地發(fā)送接收站的這一信息，系統(tǒng)精度提高了。如果使用后一種方法，則需要一種能控制若干基站的主控制器，以便使用來自每個(gè)基站的信息，確定出指定移動(dòng)臺(tái)的位置。一般來說，僅使用一個(gè)基站，可用±2°±800m的精度對(duì)移動(dòng)臺(tái)定位。如果使用兩個(gè)基站，則精度為±2°±120m。應(yīng)該理解，這些值可以隨特定通信網(wǎng)以及蜂窩的大小而變動(dòng)。
現(xiàn)在，請(qǐng)參見圖8，該圖顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這些與第一實(shí)施例中的器件相同的器件被標(biāo)記有相同的參考號(hào)碼。
與第一實(shí)施例中的情況相同，該裝置包括四個(gè)可電旋轉(zhuǎn)的天線120，它們能繞公共中心點(diǎn)122旋轉(zhuǎn)。這里存在由天線裝置提供的四個(gè)獨(dú)立的輸出124、126、128和130。尤其是，每個(gè)天線120具有其自己的獨(dú)立輸出124-130。124-130中的每個(gè)輸出都輸出到各自的帶通濾波器130、132、134和136。130-136中每個(gè)帶通濾波器的相應(yīng)的輸出被分別輸入到其自己的放大器140、142以及144和146，在這些放大器中，相應(yīng)的信號(hào)得到放大。放大器140到146中的每一個(gè)放大器的輸出都被輸入到相應(yīng)的Wilkinson Fork 148、150、152和154中，它們將放大器140到146中每一個(gè)的輸出都分解為兩個(gè)信號(hào)，并使這兩個(gè)信號(hào)彼此隔離。
與Wilkinson Fork 148到154相應(yīng)的輸出156、158、160和162中的一個(gè)被輸入到能提供單獨(dú)一個(gè)輸出的單獨(dú)一個(gè)信號(hào)組合器164。組合器164的信號(hào)輸出等于第一實(shí)施例的天線70所提供的輸出，這就是fc+mod。與本發(fā)明第一實(shí)施例的單獨(dú)一個(gè)天線70相比，使用四個(gè)天線來提供不包含多普勒頻移的接收信號(hào)，減輕了由于信號(hào)衰落而引起的問題。應(yīng)該能理解，來自四個(gè)天線120的信號(hào)被如此組合而消除了多普勒頻移分量。
每個(gè)Wilkinson Fork 148-154的另一個(gè)輸出166、168、170和172被輸入到相應(yīng)的可變電阻器174、176、178和180。可變電阻器174-180可被看作是用來控制天線旋轉(zhuǎn)的可調(diào)節(jié)衰減器。特別是，由于天線的電旋轉(zhuǎn)使用了軟開關(guān)，可變電阻器可被用來改變對(duì)同一時(shí)間接通的相應(yīng)信號(hào)的衰減。
174-180中的每個(gè)可變電阻器都具有兩個(gè)輸出182-196。174-180中的每個(gè)可變電阻器的第一輸出182、186、190、194被輸入到控制單元198，其構(gòu)造與第一實(shí)施例中的控制單元88相似。每個(gè)可變電阻器的另一個(gè)輸出184、188、192、196被合并，并輸入到第一帶通濾波器54，該濾波器54執(zhí)行一個(gè)與第一實(shí)施例中的第一帶通濾波器54相似的功能。組合器164的輸出被輸入到一個(gè)第三帶通濾波器72，該濾波器72提供一個(gè)與第一實(shí)施例中的第三帶通濾波器72相似的功能。對(duì)于與圖4所示第一實(shí)施例的那些器件相同的器件，就不再作進(jìn)一步說明。
一個(gè)鎖相環(huán)199位于壓控振蕩器64及與其相關(guān)的晶體66之間，以確保壓控振蕩器64能保持在一個(gè)信道上?？刂茊卧?98具有對(duì)第一可變電阻器58以及對(duì)第二可變電阻器76的輸出，以控制相應(yīng)的放大器56和74的增益?？刂茊卧€具有用來控制鎖相環(huán)199的一個(gè)輸出，以控制其信道。控制單元具有與第一實(shí)施例的輸入/輸出100相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入/輸出197。
現(xiàn)在，請(qǐng)參見圖9，它顯示了四個(gè)天線52的最佳實(shí)施例。提供了一個(gè)可彎曲電路板110，四個(gè)天線中的每一個(gè)都被刻蝕在這塊電路板上。在將天線部件52刻蝕到這塊可彎曲電路板上之后，該可彎曲電路板彎曲，形成一個(gè)圓柱面。在這個(gè)圓柱面的中部另有一個(gè)電路板112。在這另一塊電路板112上，至少提供有接收機(jī)部件的一部分。那些另外的部件可以被刻蝕到這另一塊電路板112上。電路板上所提供的用于各種接收機(jī)部件的多個(gè)輸入端被焊接到天線52的輸出口114上。可將該裝置修改為還包括第一實(shí)施例中的一個(gè)固定天線70。
應(yīng)該能理解，電旋轉(zhuǎn)天線的數(shù)目不一定是四，它可以是從3個(gè)一直到16個(gè)天線。旋轉(zhuǎn)著的每一個(gè)天線最好是全方向的。天線52可以圍繞中心點(diǎn)53作機(jī)械旋轉(zhuǎn)，但在最佳實(shí)施例中它們是電旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，其中天線都是電旋轉(zhuǎn)的，數(shù)據(jù)是順次從每個(gè)天線中讀出的。使用軟開關(guān)，使得實(shí)際上可以在同一次，從兩個(gè)以上的天線中讀取數(shù)據(jù)。但是，來自天線的相應(yīng)的信號(hào)的衰減可能會(huì)受到圖8中電阻器的控制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供有四個(gè)天線，對(duì)于該天線裝置的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)，它們中的每一個(gè)都接通90次。但是，也可將這一數(shù)目該為任何其它合適的數(shù)目。如果一個(gè)天線是機(jī)械旋轉(zhuǎn)的，則可用一個(gè)單個(gè)的天線來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。
應(yīng)該能理解，在對(duì)本發(fā)明的一種修改方案中，可在SDMA(空分多址聯(lián)接)系統(tǒng)中使用多普勒定向儀，以確定所接收到的來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)的方向，并由此確定出應(yīng)該發(fā)射給BTS的信號(hào)的方向。
本發(fā)明的實(shí)施例還可用在FDMA系統(tǒng)(頻分多址聯(lián)接)、類似系統(tǒng)或任何其它合適的系統(tǒng)中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用一個(gè)帶有移相器的組合器來替代第二混頻器。但是，混頻器更簡(jiǎn)單，因而更經(jīng)濟(jì)，所以是最合適的。
在本發(fā)明實(shí)施例中所使用的天線可具有任意恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，例如可以是全向天線。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線是偶極子天線，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，天線是盤錐形的。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施例還可用在具有調(diào)幅或調(diào)頻信號(hào)的裝置中。實(shí)際上，本發(fā)明的實(shí)施例適用于處理具有任何不同類型調(diào)制的信號(hào)。
第一實(shí)施例的單個(gè)天線被描述為固定的。但在一些實(shí)施例中，假定在沒有產(chǎn)生多普勒頻移的情況下，或是在所產(chǎn)生的多普勒頻移分量被消去的情況下，這個(gè)天線也可以動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種多普勒定向儀，包括至少一個(gè)天線，它距離旋轉(zhuǎn)點(diǎn)有一定距離，所述至少一個(gè)天線被設(shè)計(jì)為在使用時(shí)，能圍繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，所述至少一個(gè)天線被設(shè)計(jì)為可以提供包括由所述至少一個(gè)天線接收到的、組合有多普勒頻移分量的一個(gè)信號(hào)的第一輸出信號(hào)；用于提供包括所述接收到的不包含所述多普勒頻移分量的信號(hào)的第二輸出信號(hào)的裝置；用于處理所述第一和第二信號(hào)，以獲取所述多普勒分量的裝置；以及用于從所述多普勒頻移分量確定出所述接收信號(hào)的接收方向的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多普勒定向儀，其特征在于至少提供有三個(gè)天線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種多普勒定向儀，其特征在于用來提供第二輸出信號(hào)的所述裝置包括另外一個(gè)天線。
4.如權(quán)利要求3所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述另外一個(gè)天線具有穿過所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的一個(gè)軸。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述另一個(gè)天線實(shí)質(zhì)上是不動(dòng)的。
6.如權(quán)利要求1和2所述的一種多普勒定向儀，其特征在于用來提供第二輸出信號(hào)的所述裝置包括這樣一種裝置，該裝置用于對(duì)來自所述至少一個(gè)天線的若干信號(hào)進(jìn)行組合，以提供所述第二輸出信號(hào)。
7.如前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述處理裝置被設(shè)計(jì)為能從所述接收信號(hào)中分離出所述多普勒頻移分量。
8.如前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述接收信號(hào)包括一個(gè)調(diào)制載波，所述處理裝置被設(shè)計(jì)為能對(duì)所述第一和第二信號(hào)進(jìn)行組合，以消去接收信號(hào)中的調(diào)制分量。
9.如權(quán)利要求8所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述加到載波上的調(diào)制是高斯最小偏移鍵控調(diào)制。
10.如前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述多普勒定向儀可用在一種蜂窩通信網(wǎng)內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述蜂窩通信網(wǎng)是時(shí)分多址聯(lián)接網(wǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的一種多普勒定向儀，其特征在于將所述至少一個(gè)天線設(shè)計(jì)為在使用時(shí)，在所述時(shí)分多址聯(lián)接網(wǎng)的一個(gè)時(shí)隙內(nèi)能至少轉(zhuǎn)動(dòng)一次。
13.如權(quán)利要求11或12所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述至少一個(gè)天線在所述時(shí)隙內(nèi)至少轉(zhuǎn)動(dòng)兩次，并從在所述時(shí)隙的中間區(qū)域接收到的信號(hào)部分中確定出方向。
14.如前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述至少一個(gè)天線位于一個(gè)電路板上。
15.如權(quán)利要求13所述的一種多普勒定向儀，其特征在于所述電路板被設(shè)計(jì)為圓柱面形式。
16.如權(quán)利要求14所述的一種多普勒定向儀，其特征在于另一個(gè)電路板位于所述圓柱面內(nèi)，以支撐所述多普勒定向儀的至少一部分。
17.一種多普勒定向方法，包括以下步驟圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)天線，以提供一個(gè)第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)包括一個(gè)接收到的組合有一個(gè)多普勒頻移分量的信號(hào)；提供一個(gè)第二輸出信號(hào)，該第二輸出信號(hào)包括所接收到的不含有所述多普勒頻移分量的信號(hào)；處理所述第一和第二信號(hào)，以獲得多普勒頻移分量；以及從所述多普勒頻移分量中確定出信號(hào)的接收方向。
18.對(duì)處于時(shí)分多址聯(lián)接蜂窩通信網(wǎng)的蜂窩內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的一種方法，包括以下步驟使用如前述任何一種權(quán)利要求所述的一種多普勒定向儀確定出對(duì)所述移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行接收的接收方向；使用定時(shí)超前信息來確定移動(dòng)臺(tái)和基站之間的距離；使用所述確定出的距離和確定出的方向來確定移動(dòng)臺(tái)的位置。
全文摘要
多普勒定向儀包括與定位點(diǎn)(53)有一定距離的至少一個(gè)天線(52)。將這至少一個(gè)天線(52)安裝為使其在使用時(shí)能圍繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)(53)旋轉(zhuǎn)。這至少一個(gè)天線(52)被設(shè)計(jì)為,使其能夠提供包括由所述至少一個(gè)天線(52)接收的、合并有多普勒頻移分量的第一輸出信號(hào)。這里有用于提供包括所接收到的、不含多普勒頻移分量的信號(hào)的第二輸出信號(hào)的裝置(70)。處理裝置(54－82)處理第一和第二信號(hào),以獲取多普勒頻移分量。確定裝置(88)從這個(gè)多普勒頻移分量中確定出來自接收信號(hào)的接收方向。
文檔編號(hào)H04Q7/34GK1246924SQ98802273
公開日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月3日
發(fā)明者米科·塔帕尼·威克斯特羅姆 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司