專利名稱：通信定位系統(tǒng)的制作方法
根據(jù)其通信來判斷標準無線射頻(RF)通信發(fā)送器/接收器(“收發(fā)器”)的位置提供了緊急響應服務(救火，急救和警察)的可能性，來更快速地對尋求幫助的呼叫作出響應。通過獲得關于站點和地理位置的信息，就可以幫助進行公共安全和個人安全。如這里所公開的技術不需要以任何方式修改標準的通信裝置來實現(xiàn)實時判斷他們的位置。
被公眾所普遍使用的通信收發(fā)器是蜂窩通信系統(tǒng)的移動單元(即，“電話”)。例如包括“蜂窩電話”和“個人通信服務”(PCS)系統(tǒng)。蜂窩通信系統(tǒng)典型地使用控制數(shù)據(jù)消息來“管理”一移動單元的發(fā)送功率電平，來將其發(fā)送功率電平限制為僅在被控制本地“小區(qū)”內成功進行通信接收所需要的發(fā)送功率電平。這個功率管理可以限制在多個接收器站點對通信發(fā)送的接收，這樣使判斷發(fā)送者的位置就變得更困難了。進一步，當在進行通信時，無線電話專用于語音或者“業(yè)務”發(fā)送信道，而不是控制或者“訪問”信道。這樣，需要設備來在任何類型的信道上對發(fā)送器進行定位。
本發(fā)明通過提供可靠的和有效的裝置來從語音或者控制通信信號中，或者從這兩個中提取參數(shù)測量值，解決了這些問題。然后，這些測量可以被用于支持對無線通信收發(fā)器進行定位時所需要的定位處理。位置數(shù)據(jù)可以通過無線呼叫快速路由到某人，或者某個代理機構，他正處于對這個呼叫作出響應的位置。這樣，位置信息可以支持對無線緊急“9-1-1”呼叫的快速響應。也可以解決其它請求，例如非緊急援助或者與位置相關的，“黃頁”信息?？梢詮倪@個位置數(shù)據(jù)產(chǎn)生移動數(shù)據(jù)；這種數(shù)據(jù)可以被用于交通阻塞和機動車隊的管理。
本發(fā)明可以改善對標準的無線移動通信發(fā)送器進行定位的各種系統(tǒng)方法的性能和性價比。已經(jīng)公開的各種方法是用于提供設備和滿足這種系統(tǒng)的需求的。作為這種技術的先驅，除了其它新特征外，美國專利號No.4,728,959公開了帶一個裝置的一個系統(tǒng)，這個裝置可以從至少兩個陸地站，通過相位差異測量來測量移動無線發(fā)送器的一個方向角，這個裝置包括用于在每一個天線部件中一等效信號的一復數(shù)共軛乘積的一個相位敏感度加權積分的裝置。除了其它作用外，這允許根據(jù)在分布的傳感器站點使用相陣列接收的基本信號的協(xié)方差，來測量從一個移動收發(fā)器來的一個信號的到達方向角(AOA)，并且由此獲得和提供一個標準移動通信發(fā)送器的位置。
本發(fā)明通過使用匹配復制相關來改善他們的可靠性并將這種基本概念的應用擴展到嚴重共信道干擾領域，改善了現(xiàn)有技術的AOA系統(tǒng)。共信道干擾是一個特別的問題，并且是碼分多址(CDMA)通信的數(shù)字通信系統(tǒng)類型所固有的問題。現(xiàn)在已經(jīng)有這樣的系統(tǒng)，給定足夠的信號帶寬后(這通常不能從大多數(shù)“模擬”收發(fā)獲后)，通過利用信號本身的直接采樣表示的到達時間差(TDOA)相關從“成束”信號中抽取出測量來支持提供標準移動發(fā)射機信號。這個發(fā)送可能會(自適應地)減輕某些多徑信號傳播效應。但是，為了實際地實現(xiàn)這種相關處理，必須在一共同的相關站點來收集被采樣信號的表示。這種信號收集需要“空載傳輸”大量組成被采樣信號表示的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個目的是擴展基于AOA和TDOA的定位原理的應用，以使能夠用于不必要進行成束，并且不需要成束花費的信號。本發(fā)明的另一個目的是通過使用匹配復制處理來改善相關處理的有效性，這給相關器提供了信號的一個無畸變表示，以改善相關的可檢測性。本發(fā)明的另一個目的是通過當可以從被接收的信號和/或者從一個已知的被保存復制中，在本地推斷出信號復制時，消除表示信號數(shù)據(jù)在任何站點間的空載傳輸通信的需要，來改善集成系統(tǒng)處理的效率。本發(fā)明的另一個目的是對所有調制形式的RF傳送通過提取和使用信息內容的解調形式，大大減少在站點之間被傳送的表示信號數(shù)據(jù)的數(shù)量。
美國專利號No.5,327,144公開了一種支持通過使用被描述為相關處理的處理，來測量信號的到達時間(TOA)和相關的到達時間差異(TDOA)的方法的一個系統(tǒng)。但是，所描述的技術需要在站點之間進行大量的被采樣信號表示的空載傳輸通信，或者較少的解調復制。這種通信明顯地被用于提供使用模擬控制信道的蜂窩通信系統(tǒng)中的標準發(fā)送器的位置，這是通過利用短持續(xù)，“突發(fā)”(控制)信號來實現(xiàn)的。在美國，在移動收發(fā)器和通信系統(tǒng)基礎設施之間的“空中接口”上的“模擬”信號格式使用先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)規(guī)范。AMPS控制消息是以突發(fā)形式被發(fā)送的，其持續(xù)時間大約為10分之一秒。
本發(fā)明通過消除對突發(fā)，模擬，控制信號的需要和消除對信號表示空載傳輸通信的需要，改善了任何測量的相關推斷的應用性。本發(fā)明進一步延伸了匹配復制處理的適用范圍，以可以對“連續(xù)”的或者機會主義的(而不是僅感應的或者轉發(fā)的)發(fā)送的信號，以及數(shù)字格式發(fā)送的信號，例如CDMA系統(tǒng)中語音信號的發(fā)送進行處理。進一步，本發(fā)明還延伸了匹配復制相關處理，來為所有的通信信號格式提供可靠的和有效的AOA，以及TOA或者TDOA的測量。
本發(fā)明提供了一個系統(tǒng)，來有效地判斷一個蜂窩通信系統(tǒng)中一個標準移動通信無線發(fā)送器的位置敏感參數(shù)，并且對它進行定位和/或者跟蹤它。這個系統(tǒng)使用復制相關處理，和相關的表示信號數(shù)據(jù)壓縮和重構技術，來檢測感興趣的信號，并且獲得與位置相關的、所接收信號的參數(shù)的測量，例如信號到達的時間差異(TDOA)和到達的方向角(AOA)，以估計蜂窩通信信號源的位置。本發(fā)明利用信號相關處理技術來支持通信發(fā)送器定位，從而使得即使在一個頻帶中會同時收到多個發(fā)送的情況下(例如碼分多址(CDMA)通信中所發(fā)生的)，精確地和有效地提取一特定信號的參數(shù)。
本發(fā)明中使用相關處理技術，進一步能夠延伸處理積分時間，來實現(xiàn)對所需通信信號效應的有效檢測并且改善對其與位置相關的參數(shù)的測量，即使對那些被調制成傳送語音對話的通信信號或者那些通過傳播效應被弱化的信號。當從所接收的發(fā)送中推斷出它們時，例如使用足夠強的、表示數(shù)字信息的調制信號，或者當可以獲得時，例如在所接收發(fā)送中使用通信控制或者其它已知的數(shù)據(jù)內容，本發(fā)明在相關處理中使用重構信號復制，使能夠消除支持相關分析的信號表示在站點之間進行通信。由于本發(fā)明對經(jīng)過語音轉換的，或者數(shù)據(jù)通信的各部分的調制數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)壓縮，大大地降低了支持相關分析的站點之間所進行的通信。這樣，本發(fā)明大大地改善了用于檢測和測量支持蜂窩或者地理進行劃分的通信系統(tǒng)中被使用的無線通信發(fā)送器的定位和跟蹤的信號參數(shù)的相關技術的可靠性，應用范圍，和效率，并且降低了其實現(xiàn)的成本。
下面參考附圖和示例性的實施方式，來更詳細地解釋本發(fā)明的上述所有目的，特征和優(yōu)點。


圖1顯示了一個運行系統(tǒng)結構，它在一個集成定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡天線站點，從一個移動無線通信單元接收發(fā)送。
圖2兩個傳感器站點的到達時間差異的幾何關系被顯示為雙曲線，這個雙曲線表示可以歸因于與各種時間差異相關的、不同固定范圍差異的位置軌跡。
圖3通過與時間差異相關的兩個雙曲線的交點來表示到達時間差異的定位，時間差異與從3個傳感器站點而形成的兩個不同對相關。
圖4通過與信號到達兩個不同傳感器站點的角度相關的兩個非共線固定方向線的交點來表示到達角度的定位。
圖5顯示了自動傳感器站點工作和數(shù)據(jù)流，其中被接收信號被路由到與一個本地被推斷或者被保存的匹配復制的相關，以提取到達角度和/或者到達時間測量來支持集中估計位置。
圖6顯示了合作的傳感器站點的工作和數(shù)據(jù)流，其中在不同站點被接收的信號被路由到一公共的、相互之間進行相關的相關，以提取到達時間差異和/或者到達角度測量來支持集中估計位置。
圖7信號復制被表示成從隨后的處理級產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)形式，以支持對被用于匹配復制相關的信號表示的準備。
圖8對一個定位系統(tǒng)結構進行示例的定位系統(tǒng)功能控制流涉及數(shù)據(jù)的控制站點的分配和報告?zhèn)鞲衅髡军c的責任，涉及根據(jù)所報告的測量數(shù)據(jù)來對控制站點的定位估計的計算。
RF信號發(fā)送器的位置可以從參數(shù)測量的幾何解釋來確定，例如到達時間的差異，或者信號在位置已知的多個接收站點的到達方向角度。圖1描述了發(fā)送一個信號102的一個RF發(fā)送器101，這個信號102被分布在這個發(fā)送器的工作區(qū)域內的傳感器站點或者臺104的天線103所接收。如圖中所示的發(fā)射器所表示的，需要被定位的發(fā)送器可以是移動的無線通信單元，例如蜂窩或者個人通信服務系統(tǒng)中所使用的電話。這個傳感器臺經(jīng)過“空載傳輸通信”鏈路105連接到至少一個中央站點或者控制臺106，在至少一個中央站點或者控制臺106上，從傳感器站點收集的時間差異數(shù)據(jù)或者角度數(shù)據(jù)可以被分析，來提供關于感興趣的發(fā)送器的估計位置，運動及其不確定性。在一個無線通信系統(tǒng)中，鏈路105被稱作“空載傳輸”，因為它們提供了在分布式臺之間交換信息的背景機制，這對支持從通信單元發(fā)送來的和發(fā)送到這個通信單元的基本RF通信102來說是必需的。
1與時間相關的測量使用與時間相關的測量，從在一對站點(例如，號1和2)共同接收的信號之間的一個到達時間差異(TDOA)與在這個信號接收器的位置和這個信號發(fā)送器的位置之間的范圍或者距離的關系可以看出定位功能。假定信號傳播的速度大約是光的速度c，然后，在站點1和2之間的TDOAt12是t12=(r1-r2)/c其中r1和r2分別是從發(fā)送器位置到站點1和2的接收天線的位置之間的距離。使用一個簡單的，普通的，兩維表示，通過將TDOA乘以c所獲得的距離差異定義了使用其來對發(fā)送器進行定位的一個雙曲線。即，一單個TDOA測量規(guī)定了可能的發(fā)送器位置的一個雙曲線的軌跡。圖2描述了使用兩個傳感器站點201和202所獲得的TDOA測量中所涉及的幾何關系，并且分別顯示在圖2的頂部和底部的、標號為SS1和SS2的位置。黑線203到207所表示的雙曲線是與各種TDOA值相關的、可能的發(fā)送器位置的軌跡，對每一根線來說，TDOA值是不同的。對用在兩個傳感器站點之間的黑虛線所表示的站點間基線208的兩端來說，雙曲線是對稱的。作為一個簡單的示例，一單個的、為零的TDOA值表示，一個發(fā)送器到兩個傳感器站點中的每一個站點的距離沒有差異，并且這個發(fā)送器的可能位置的相關軌跡將是一直線，并且是傳感器間的基線的垂直平分線。這個雙曲線205幾乎近似了這個平分線。當然，如圖2所顯示的，當僅獲得了只涉及兩個站點的TDOA時，發(fā)送器位置的判斷將局限于向世界延伸的一個雙曲線。通過在一第三的、不在一條直線上的站點303對信號的接收，如圖3所顯示的，可以獲得另一個TDOA測量，例如在傳感器站點1和3之間的TDOA測量，這定義了另一個與第一個雙曲線206相交的雙曲線301。兩個不同雙曲線的交點位置302可以從兩個相關的TDOA測量中計算出來。與任何測量相同，所獲得的TDOA測量可能具有固有的不準確性或者不確定性，這些固有的不準確性或者不確定性產(chǎn)生于信號傳播和測量設備的特性。這些不確定性在圖3中用淺的、虛線304來表示，從這些不確定性，可以計算出雙曲線交點的、用黑橢圓305所表示的不確定性區(qū)域，來表示對這個發(fā)送器進行的位置估計的準確程度。
2與方向相關的測量使用與方向相關的測量，可以從在一對站點(例如，號1和2)共同接收的信號之間的一個到達角度(AOA)與這個信號發(fā)送器的位置和與這個信號接收器的位置之間的關系看出定位功能。如圖4所表示的，每一個角度測量獨立地規(guī)定了一定向線(LOB)，401和402，使用這個定向線402和401可以確定發(fā)送器的可能位置?？赡芪恢?03可以從兩個或者多個這樣的LOB的交點來決定，并且角度中的不確定性404和相關的LOB可以被用于計算表示位置估計的不確定性區(qū)域的橢圓405。如果沒有任何其它信息，(僅)兩個這樣的、與離兩個天線位置的角度相關的LOB需要被用于來獲得一個位置估計。例如被Maloney等等在美國專利4,728,959(“959”)，為方向發(fā)現(xiàn)定位系統(tǒng)描述了用于蜂窩通信收發(fā)器的定位而應用這樣的方向發(fā)現(xiàn)技術的過程。
3相關處理對一個信號源，例如一個蜂窩電話，從信號到達時間差異的測量或者，從信號到達已知位置的方向的測量而判斷出的其位置的準確性直接與所應用的TDOA和AOA測量過程的準確性相關。眾所周知，[例如，Weiss和Weinstein在1983年的IEEE ASSP 31的第472-486頁發(fā)表的“無源時間延遲估計的基本局限性-部分1窄帶系統(tǒng)”，和相關的參考]，在接收信號的處理中可以獲得的、最優(yōu)TDOA測量準確性是Cramer-Rao限，并且信號“交叉相關”的處理(下面描述)在正常信號和噪聲條件下，能夠固有地獲得帶最佳可檢測性的Cramer-Rao限。這樣，在TDOA估計中所應用的標準信號處理方法是信號相關處理。另外，眾所周知，[例如，H.L.Van Trees在1968年的New YorkWiley發(fā)表的“檢測，估計，和調制理論，部分I”，和相關的參考]，均勻地檢測一個淹沒在正常加性噪聲和其它信號的干擾中的所需信號的能力可以通過使用相關處理來優(yōu)化，以增強那些對所需信號是“相干的”或者“相關的”(即，類似)的信號分量，并且對那些不希望的或者感興趣的分量進行“積分排除”或者“平均排除”。使用相關處理的信號檢測裝置被稱作“相關接收器”。這樣，可以使用相關處理來在出現(xiàn)共信道干擾時或者在多個接收臺進行檢測，并提取支持定位分析的測量。
信號相關處理簡單地被用信號間時間延遲或者“滯后時間”，t的相關函數(shù)方程來表示 其中X1()和X2()是均值為零的表示采樣信號集合的信號波形，這些采樣信號之間的時間差是所需的；這個積分是兩個信號波形的乘積的“和”；積分和是對表示中心時間為t0，擴展間隔為T的時間(時刻)的集合S(t0，T)來進行計算的即，以數(shù)學集合符號表示，S(t0,T)={s｜t0-T/2＜s＜t0+T/2｝；ds是積分變量的微分；和“Norm”是被典型地選擇以使相關系數(shù)(即任何特定時間延遲，t的函數(shù)值)的幅度不大于1的一個歸一化因子即，｜R12()｜比1小或者等于1。不使用這個歸一化因子，這個相關是這兩個信號之間的“協(xié)方差”的時間平均值。這個相關函數(shù)的效果和特性是眾所周知的，并且在上面的參考中被引用，并且不是本發(fā)明的主題。
盡管在形式上顯然很復雜，但是上述相關函數(shù)的公式提供了檢測信號和分析信號之間時間差異所需要的特性，如從下面的討論中可以看出的。信號波形有很寬廣的特性，但是一般可以被概括為落在兩個極端之間完全有序和完全隨機。在任何一個情形下，信號的平均值為零，因為任何非零的常數(shù)平均值或者“DC偏置”值可以被從信號中扣除或者“阻塞”掉。這樣，信號可以被認為是“雙極性的”，其中大約一半信號值是正的，而一半信號值是負的。這個“有序”的信號可以是例如正弦的，例如帶一個沒有被調制的“載波”的可能通信，而這個“隨機”信號完全是不可預測的，例如帶一個類似于熱噪聲的信號。使用信號類型中的任何一個類型，兩個這樣信號的一個任意時間定位的乘積一般是雙極性的，并且這樣一個乘積的積分對正值和負值進行平均，并且產(chǎn)生了一個小的累加和(即，相關系數(shù)的幅度接近零)。這在上述相關中很容易出現(xiàn)，例如，當涉及的兩個信號完全是隨機的并且從而是不類似的，或者當信號是正弦的，但是其頻率非常不同。即使一個相關計算中所涉及的兩個信號是相同的隨機信號或者相同的正弦信號時，但是其時間沒有被合適地被調整，也可能產(chǎn)生這個現(xiàn)象。另一方面，當正在被進行相關的兩個信號在效果上是兩個相同的信號，但是它們之間有一個時間偏移，然后使用促使信號拷貝1與信號拷貝2進行時間對齊的特定時間延遲值t21來評價相關函數(shù)，以使無論何時只要拷貝1的值是正的或負的，則相應的拷貝2的值是類似的正的或者負的。對這個特定的時間延遲值，在這個積分中累加的所有非零信號乘積將是正的(即，乘積是“單極性”)并且相關系數(shù)的幅度將很大(即，幾乎是1)。既然每一個(模擬)接收器產(chǎn)生的一個信號不是發(fā)送信號的一個完好拷貝(因為接收器自身的噪聲，和所接收的干擾和信號傳播畸變)，則在不同站點所接收的信號的相關將不是完好的(即，將不產(chǎn)生一個幅度恰好為1的值)。無論如何，對出現(xiàn)一個所需信號的檢測可以用相關函數(shù)的強度或者幅度來表示，并且兩個信號之間的TDOA的基本測量可以是使信號互相關函數(shù)的幅度最大的信號間時間延遲值。
4相關和可檢測性(積分時間)在出現(xiàn)噪聲和干擾時，相關接收器檢測所需信號的能力被相關積分時間(CIT)間隔所限制，并且通過更長的“相關”CIT來改善可檢測性，這進一步對干擾和噪聲的效應進行了“平均”。對多站點接收的檢測，例如為了支持定位，CIT的延遲可以被延伸到包括任何所需要的信號延遲，來可靠地去除非相關噪聲或者干擾的相關性。能夠通過在相關中使用從一個遠程站點接收到的或者本地推斷的或者在每一個站點預知的匹配復制，例如對一特定的通信協(xié)議消息內容來獲得這個多站點接收中CIT的擴展。對于通信接收端，能夠在相關間隔中被有效地積分的數(shù)據(jù)的持續(xù)時間，即，最大有用的CIT被限制為在發(fā)送前這個相關接收器就知道的通信消息的最大間隔。使用與語音一起被傳送的這個隨機消息格式，通信接收的這個CIT最大值是被用于發(fā)送一個消息單元的信號的持續(xù)時間，例如，比特或者比特元組(bit tuplet)。
5示例CDMA接收中固有的“匹配復制”相關在被用于接收碼分多址(CDMA)RF通信信號的相關接收器中發(fā)現(xiàn)了相關函數(shù)的檢測能力的一個示例。當這些信號是類似的時，相關系數(shù)就大，對于不類似的信號，就產(chǎn)生相反的情形。這個相關函數(shù)提供了檢測和測量信號間相似程度，和信號間的時間延遲的方法。在CDMA和類似的“擴頻”通信中，需要被發(fā)送的每一個數(shù)字消息通過使用對這個接收器已知的、一高帶寬或者擴頻信號來被“編碼”，以表示這個消息比特流中的每一個比特(或者比特對或者比特元組)。例如，如果使用獨立的比特來對這個消息進行編碼，然后，一個已知的信號被使用來表示每一個“1”，并且另一個已知的信號(例如，反的或者互補相關信號)被用于表示每一個“0”。通過依次將所需比特序列的表示波形一起排列成一列，就形成了這個發(fā)送復合信號，并且這個信號被發(fā)送。根據(jù)美國關于CDMA系統(tǒng)的電信工業(yè)協(xié)會和電子工業(yè)協(xié)會暫定標準TIA/EIA/IS-95規(guī)范，使用正交相移鍵控(QPSK)來表示比特對(“00”，“01”，“10”，“11”)，被編碼的比特序列被轉換成進行RF發(fā)送。一個相關接收器將其自己的信號“代碼”的“匹配復制”，例如那些不同的用于表示“1”和“0”或者用于表示比特對的代碼，與其接收信號進行相關，并且這樣能夠通過產(chǎn)生與接收信號和對這個系統(tǒng)所固有的匹配復制的大的相關相應的比特流，來重構(例如，通過重新調制)所需要的消息。對特定消息比特流的發(fā)送，每一個發(fā)送器使用不與那些被這個系統(tǒng)中其它發(fā)送器所使用的代碼或者信號有很好的相關的唯一“代碼”或者信號。對所需要的比特的接收來說，每一個接收器與使用中的任何復制進行相關，這樣可以從處于一共同頻帶中的多個發(fā)送器中的任何一個接收一個信號。從被發(fā)送器所使用的復制信號開始，通過在發(fā)送器位置被轉換到RF，被接收信號產(chǎn)生了畸變，并且被與噪聲和干擾混合，并且在接收站點的接收中產(chǎn)生了畸變。接收器自身的匹配復制提供了在相關處理中被使用的、所需發(fā)送信號的大部分沒有被破壞的形式。
6相關和測量的提取當上面所描述的相關處理被用于建立改善的信號檢測時，它也可以被調節(jié)成來用于提取除TDOA外的信號參數(shù)的可靠測量，例如AOA，信號強度，和多普勒系數(shù)。例如，在一個優(yōu)選實施方式中，通過使用被構造為兩個或者多個部件的一“相位陣列”的一個接收天線，(從這個相位陣列，基本信號被使用鎖相振蕩器來接收，如‘959’專利中所描述的)，從一單個臺的天線中的部件1和2來的信號X1(t)和X2(t)被通過進行一小(可能會發(fā)生改變)的延遲偏移tmax(s)來與一個復制信號X0(t)進行相關，從而被接收，以分別獲得系數(shù)序列R01(tmax(s)｜s,T)和R02(tmax(s)｜s,T)。與被用于評價相關的CIT，T相比，延遲tmax(s)是“小”的，并且是與產(chǎn)生了最成功被檢測的相關的本地相關極值相關的延遲偏移。因為噪聲，畸變和信號傳播效應(例如多徑傳播)，這個極值tmax(s)對每一個相關可能會是不同的。然后，通過例如在′959專利中所描述的關系，可以從各種部件相關系數(shù)之間的相位差異來推斷信號到達的角度。即，以一個類似于′959中關于使用兩個部件而進行分析中所提供的方法類似的方法，與部件間的基線的平分線的角度相關的AOA可以從相關系數(shù)的共軛乘積在一時間間隔S內的復數(shù)平均值的“幅角”推斷出來sin(AOA-bisector)≈1kbarg[1S∫R01*(tmax(s)|s,T)R02(tmax(s)|s,T)ds]]]>其中k是信號的波數(shù)(2π除以波長)，b是(基線)部件間的間隔，和在這個應用中，“arg”函數(shù)提取相關系數(shù)的(例如，零時間滯后的)相關的相位。其它相關結果的使用，利用可以從相關處理中推斷出的、改善的可檢測性和準確性的使用，可以被用于使用替代的、但是相關的和等價的表達式來等效地提取AOA測量，例如那些自適應利用地在可以從一個相位陣列天線的多個部件信號推斷出的相關系數(shù)的多樣性中的對偶協(xié)方差的表達式。這樣，相關結果也可以被用于相位陣列天線的束形成中，例如使用與上面關于AOA測量的方式相同的方式，來獲得所有通過束形成而產(chǎn)生的、空間分離在定位和通信方面的優(yōu)點(“空分多址”-SDMA)。類似地，為了進一步支持定位的判斷，相關結果被用于提取其它信號參數(shù)的測量，例如信號強度的測量，或者多普勒系數(shù)，信號強度直接與相關系數(shù)相關，而多普勒系數(shù)直接與時間差異的改變速率相關。
7自動與合作處理(“空載傳輸”)為了應用相關處理來檢測一個信號在不同站點的共同或者公共接收，和/或者為了測量在不同站點所接收的兩個不同信號的TDOA或者AOA，兩個信號應當同時在該相關器可獲得，或者該已知信號波形被同時提供給不同的相關器。為了測量信號到達每一個站點的一個方向，從其方向性接收天線的多個“相陣”部件來的信號的相關接收結果被用于推斷“基于相位”的AOA測量，方式與上面所討論的方式相同，并且與在′959專利中所描述的方式類似。為了測量在兩個站點所接收的信號表示之間的TDOA，兩個信號波用于同一個相關器或者“已知”信號波形被用于不同相關器，每一個相關器確定一個到達時間(TOA)并且通過減法獲得差值。圖5表示在自主傳感器站點工作中被應用的功能部件結構和數(shù)據(jù)流，其中一個“已知的”、本地被推斷的或者被保存的復制被用于相關處理，以獲得AOA或者TOA測量，如上面所描述的和如下面進一步所詳細描述的。在代表實施方式中，這個天線部件對RF信號作出響應，并且產(chǎn)生被“調節(jié)”的、被接收的和被路由到模擬到數(shù)字轉換器(ADC)以被“量化”為序列的、“時間序列”采樣的模擬信號的可變電壓。這個相關測量是從被接收信號采樣與被發(fā)送信號的被采樣、被調制和匹配的復制之間的數(shù)字相關推斷出的。如下面進一步所討論的，這個操作可以被用于其中一個已知的消息或者比特串復制被用于與控制/訪問信道采樣信號的一先驗部分進行相關的地方，或者可以被應用其中開銷比特序列，例如涉及通信同步，命令確認，和/或者連接管理(contact management)的開銷被用于與語音/業(yè)務信道采樣信號進行相關的地方。這個操作甚至可以被應用到用采樣語音信道信號來進行比特對復制相關的情況(即，用所有數(shù)字空中接口格式來獲得TOA，以及用CDMA信號來獲得AOA)。在可以獲得可靠的解調，并且用于改善時間滯后準確性的擴展CIT能夠保證的情況下，可以在本地，從被接收信號的解調中推斷出調制復制，與下面所討論的、用于合作站點處理的解調流類似。在任何一個進行自主操作的方法中，不需要任何“空載傳輸”通信來提供用于支持相關分析的復制信息。
當然，對其波形在接收以前不能夠預知、并且也不能夠從所接收的信號推斷出的任何信號的處理，聯(lián)合相關是必要的。與通過從一個強接收信號解調而獲得的復制信息進行相關也可以被用于合作地建立一弱接收的檢測，并且可以被用于從否則可能是沒有用的一個弱接收提取定位測量。在典型的分布式、“蜂窩”通信系統(tǒng)中，在分布在提供通信服務的地理區(qū)域的離散站點位置的小區(qū)基站接收了信號，并且這些小區(qū)基站通過一個通信骨干網(wǎng)絡被連接到中心設施，來支持分布式通信服務。以類似的方式，圖6表示了功能部件結構和用于合作性傳感器站點操作中的數(shù)據(jù)流，來支持在兩個獨立站點可能接收的共同信號的聯(lián)合相關分析。在這個合作性操作中，對相關來說，信號之一的一個(數(shù)字)表示，即如果信噪比功率比(SNR)非常不同，就是兩個中較強的一個，被傳送到接收另一個信號的站點。這種將信號表示“空載傳輸”到共同站點以進行聯(lián)合相關的支持類型，組成了推斷TDOA測量來用于其定位判斷的典型定位系統(tǒng)的一個昂貴部件。本發(fā)明使用了復制數(shù)據(jù)保存和壓縮來消除空載傳輸通信負載或者使這個空載傳輸通信負載最小。
一個信號的最直接的(數(shù)字)表示是這個(采樣)信號本身的一個直接拷貝。根據(jù)信號處理的基本奈奎斯特理論，為了精確地表示這個內容，必須使用等價于其信息內容帶寬的2倍的速率來對一個信號進行采樣。在頻率調制(FM)信號被以先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)的格式進行發(fā)送的情形下，先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)是在電子工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會規(guī)范EIA/TIA-553中被規(guī)定的，并且被用作美國“模擬”蜂窩系統(tǒng)的標準，信號信道的間隔是30kHz，因此可以用大約每秒60千個采樣來表示。如果對信號表示的每一個采樣，所希望的動態(tài)范圍大約是50dB，然后，每一個采樣將是8“比特”(‘b’)信息，并且這個信號表示將在信號持續(xù)時間的每秒內包括480千比特(480kb)。用于支持信號相關的這樣一個數(shù)據(jù)量的通信是一個負擔，并且本發(fā)明的目的是緩和或者消除這個空載傳輸通信負載，無論何時可能的話。
8“匹配復制”本發(fā)明提供了一個簡單的方法和裝置來改善在一個站點或者多個站點上通信信號的可檢測性，并且來使額外空載傳輸通信的需求最小或者消除這個需求以支持檢測信號到達和推斷用于通信收發(fā)器的定位的測量的相關處理。特別地，本發(fā)明應用了有效果的和有效率的匹配復制信號相關，來支持共同信號定位參數(shù)的最佳檢測和測量。在匹配復制方法的應用中，當發(fā)送波形可以被推斷時，在每一個接收站點“知道”或者推斷可能的接收信號或者可能的接收信號被提供到每一個接收站點，或者當本地“不知道”的信號波形被遠程接收和解釋時，被傳送到共同相關站點。對一個遠程接收的信號，本發(fā)明使用了一個“數(shù)據(jù)壓縮”形式的通信波形(例如，被解調信號)來有效地支持相關處理，這個相關處理是對不需要在站點間進行波形的“高保真度圖象”傳送的一個表示進行的。使用相關使相關積分間隔延伸到大大超過用于檢測“通信”的單獨單元或者比特的間隔的一個持續(xù)時間。使用信號復制的數(shù)據(jù)壓縮表示來支持相關可以消除將完全的信號拷貝傳送到一個共同站點以進行一個相關處理的需求。
更詳細地，在美國所使用的AMPS網(wǎng)絡中，在間隔為30kHz并且中心頻率大約是835MHz的獨立頻率信道上進行移動單元通信。有兩個通信類型在“控制信道(CC)”上的通信和在“語音信道(VC)”上的通信。無論何時這個移動單元用戶將需要被撥打的一個電話號碼鍵入移動單元來發(fā)起這個呼叫，嵌入式移動單元數(shù)據(jù)處理器促使這個收發(fā)器發(fā)送一個CC消息，這個CC消息的持續(xù)時間大約是100毫秒(msec)并且包括以每秒10千比特的速率(bps)，即10kbps被頻移鍵控(FSK)調制發(fā)送的數(shù)據(jù)比特。類似地，當這個移動單元被另一個呼叫者“呼叫”時，這個通信系統(tǒng)用一個CC消息來“尋呼”這個移動單元，并且這個移動單元使用一個CC FSK消息來進行響應，這個CC FSK消息的持續(xù)時間也大約是100毫秒，并且其信息速率是10kbps。在任何一個情形下，接收到移動單元廣播的這個CC消息后，通信系統(tǒng)選擇一個VC用于對話，并且向這個移動單元發(fā)送回一個分配這個被選擇VC的消息。在這個初始的和隨后被分配的VC后，就進行這個隨后進行的對話。當然，這個語音信號在接收以前是不知道的，并且當它們出現(xiàn)時被用頻分調制(FM)進行發(fā)送。在發(fā)送以前，這個語音信號被進行壓擴，這將進一步壓縮固有的、已經(jīng)被人體語音的頻率內容范圍所限制的信號的帶寬。這樣，從這個移動單元來的初始CC消息的典型特征是，其信號的帶寬遠遠大于VC的帶寬。眾所周知[例如，Weiss and Weinstein,op.cit.]，一個TDOA測量估計的精度與信號帶寬成反比，并且與時間帶寬乘積的平方根成反比，因此工作在AMPS通信標準下的一個移動單元的CC消息提供了通過TDOA測量技術來充分進行定位的主要可能性。以一個非常類似于AMPS的方式，典型的專用移動無線(SMR)系統(tǒng)所提供的語音通信也被進行FM調制，并且其信道間隔是25kHz，這樣類似地，TDOA測量的有效性也是有限的。無論如何，就一個VC信號支持對TDOA的判斷來說，其用于進行相關處理的復制信號可以被一段采樣信號或者FM解調語音信號的一采樣段來表示，其本身的特征是與FM發(fā)送相比，其帶寬減少了。實際上，通過線性預測編碼(LPC)和動態(tài)范圍壓擴可以進一步壓縮被采樣語音信號表示的數(shù)據(jù)內容，并且仍具有精確進行FM波形重構所必需的足夠保真度。
對一個數(shù)字數(shù)據(jù)消息，例如一個通信控制消息，被發(fā)送波形的一個數(shù)據(jù)量壓縮的表示的最簡單示例是被交換，提取，解調的數(shù)據(jù)消息本身。如前面所提到的，這樣一個消息可以用相對小的、其平均比特率大約是10kbps的速率來表示，盡管被發(fā)送波形表示需要一個更高的速率。通過使用對所感興趣的、特定通信系統(tǒng)的規(guī)范合適的消息-波形變換，可以從這個消息內容構造這個復制波形。這些變換包括各種形式，例如在EIA/TIA和其它規(guī)范中所描述的FSK，QPSK，和DQPSK等形式，如上面所提到的和如下面將要進一步討論的。
通過使能對呼叫發(fā)起CC發(fā)送的信號到達時間(TOA)和信號到達角度(AOA)進行的相關檢測，本發(fā)明可以有效地提供一個無線通信發(fā)送器的位置，例如為一個緊急呼叫911向一個公眾安全應答點(PSAP)提供這個位置，而不需要與一個共同相關器站點進行信號表示的任何通信。使用在各自接收站點的相關，通過使用從所接收CC消息內容中重構的CC信號的一個匹配復制，就可以推斷所需的每一個檢測，所接收的CC消息內容是實時被檢測或者預先知道的。根據(jù)所有控制消息的AMPS格式標準[EIA/TIA-553]，被發(fā)送的CC信號從一個“同步”比特圖形開始，然后，是以一個特定序列被定義的、被重復5次以確保通信可靠性的比特信息，最后是錯誤檢測和糾正比特圖形。這樣，盡管每一個消息可能唯一地由獨立的被呼叫電話號碼和主叫電話號碼和一個識別序列號碼組成，但是這個消息內容的成功接收和解調在每一個站點提供了數(shù)據(jù)流，在這個數(shù)據(jù)流，可以重構FSK復制信號來通過相關分析進行有效的檢測和參數(shù)判斷。實際上，是被解調控制消息的被提取表示定義了被發(fā)送的復制，并且從而使得能夠通過相關器用最佳的可靠性和精確性來確定其檢測和參數(shù)測量。因為CC消息的持續(xù)時間短，并且因為可以對整個消息進行接收和解碼，這個復制的所有部分或者任何部分可以被重構以用于相關中，來準確地識別這個消息內容中一被選擇的特定時刻的時間(例如，這個同步圖形的結束，或者這個錯誤檢測圖形的開始，或者這個數(shù)據(jù)內容的第三次重復的第一比特的開始)。如上面所提到的，可以通過在相關處理中使用較長的信號持續(xù)時間，來改善參數(shù)測量的準確性。通過成功地判斷與位置相關的參數(shù)，例如TOA和/或者AOA，僅很少一部分描述測量參數(shù)值和不確定性的信息內容，連同它們的站點和測量時間一起，需要被傳送到一個共同的站點，在這個站點中，TOA的差異，即TDOA可以被計算出來和/或者所有與位置相關的參數(shù)數(shù)據(jù)可以被用于估計這個發(fā)送器的相關位置。
通信系統(tǒng)的數(shù)目在不斷增多，其中通信的語音內容被“數(shù)字化”，并且其發(fā)送是經(jīng)過各種技術進行的，例如碼分多址(CDMA)和時分多址(TDMA)，其形式是北美(NA)的TDMA或者全球移動通信系統(tǒng)(GSM)TDMA，而不是經(jīng)過AMPS系統(tǒng)的模擬FM技術。類似地，無線數(shù)據(jù)通信裝置，例如那些在蜂窩數(shù)字包數(shù)據(jù)(CDPD)系統(tǒng)中被使用的無線數(shù)據(jù)通信裝置，根據(jù)定義了它們獨立復制信號格式的空中接口規(guī)范發(fā)送數(shù)字化信息。使用這樣的“數(shù)字化”系統(tǒng)，數(shù)字化語音或者數(shù)據(jù)信息內容可以被用于足夠地表示這個信號波形，進行相關時需要這個信號波形來判斷所需的TDOA，AOA，或者其它定位參數(shù)的估計值。如上面所描述的，這個數(shù)字化信息內容可能包括速率大約是10kbps(每秒10千比特)或者更低速率的一個信息，而RF信號波形的直接表示將包括每秒幾百千比特(或者甚至可以是每秒幾百萬比特，在CDMA信號的編碼帶寬超過1MHz-一百萬赫茲的情形下)。這樣，通過僅將在各個站點接收的一段語音通信中的、量減少的“數(shù)字”信息內容發(fā)送到一個共同站點，然后，這個信息內容可以被用于重構等價發(fā)送信號波形，以用于必要的相關處理。
9特定的匹配復制構造/重構為了支持相關分析，根據(jù)合適的信號規(guī)范來進行信號重構處理，這個合適的信號規(guī)范定義了表示每一個通信系統(tǒng)的信息比特流中0和1的特定系統(tǒng)。這個信號復制處理被概括在圖7中，并且在下面被進行更詳細地討論。
如上面所提到的，AMPS CC的通信使用EIA/TIA-553所規(guī)定的FSK發(fā)送。根據(jù)曼徹斯特編碼技術，這些信號使用從比信號載波頻率低8kHz到比信號載波頻率高8kHz的一個頻率跳變來表示一個“1”，而使用從比信號載波頻率高8kHz到比信號載波頻率低8kHz的一個頻率跳變來表示一個“0”。在AMPS CC標準中，這種信息的比特使用10kbps的速率被傳送。
對在TIA/TIA/IS-95中描述的CDMA通信來說，消息內容比特首先被編碼成對每一個發(fā)送器是唯一的“不相關”比特流，然后被使用QPSK技術進行發(fā)送，在QPSK中，每一對編碼比特表示為被發(fā)送信號的四個正交相位中的一個。雖然消息比特的發(fā)送速率為9600bps，但是每一個被編碼比特“小片”被以每秒1.2288百萬片(Mcps)的速率進行發(fā)送。
對根據(jù)EIA/TIA/IS-54中的NA TDMA規(guī)范進行的TDMA發(fā)送，一個消息的比特平均速率是7800bps，并且被以每秒24.3千符號(ksps)的時間突發(fā)進行發(fā)送(使用被管理系統(tǒng)所控制的時分多址)，其中使用差分正交相移鍵控(DQPSK)技術，以符號對來表示消息比特。使用這個方法，每對比特被用等于四個被選擇相位變化組中的一個的相位跳變或者差異來表示。類似地，使用被稱作高斯最小相移鍵控(GMSK)的平滑形式的、二進制的偏移DQPSK來將比特序列轉換成在全球移動通信系統(tǒng)(GSM)中所使用的TDMA發(fā)送[例如，如被Michael Moulyand Marie-Bernadette Pautet在1992年的Cell & Sys，“GSM移動通信系統(tǒng)”中所描述的，]。對CDPD傳送，GMSK被用于以19.2kbps的速率來變換和發(fā)送消息數(shù)據(jù)比特，并且其發(fā)送被重疊在AMPS結構的語音信道上，其信道間隔為30kHz。這些對系統(tǒng)特定的信號波形中的每一個被合適地從需要被發(fā)送的消息比特流中構造出來。這樣，使用被發(fā)送信號波形的完全重構和濾波表示，用于相關處理中的信號具有支持最佳信號檢測和參數(shù)判斷所需要的完全信號帶寬。
通過使用上面所描述的、數(shù)據(jù)量減少的信號表示和匹配復制重構技術，和相關的匹配復制相關處理，可以大大減少支持相關分析所需要的空載傳輸通信，甚至可以消除它。這個匹配復制相關處理也延伸了處理積分時間來便于檢測所需要的信號效果，即使是在具有強的、本地的、干擾信號環(huán)境下的遠程站點中。這樣，本發(fā)明大大增強了用于在多個站點檢測和測量信號參數(shù)的相關技術的可靠性和效率，并且減少了實現(xiàn)這個技術的成本，這個相關技術是用于支持對通信信號發(fā)送器進行定位的，例如蜂窩通信系統(tǒng)中的無線通信發(fā)送器。
10設備和處理用于接收標準的、以進行定位的無線通信的設備結構基本上由與在實現(xiàn)這個通信系統(tǒng)本身時所使用的裝置相同的裝置組成。例如，圖5和6所顯示的天線結構和信號接收部件實際上完全與那些在提供通信服務中所使用的相同。用于支持AOA測量的相位陣列使用了相同的技術，并且與目前在某些增強了容量和頻率重使用的地點中實現(xiàn)的、用于提供“空分多址”通信服務的“智能陣列”相同。為了支持有用位置的TOA和TDOA判斷，在分布式傳感器站點的信號的數(shù)字化或者采樣必須在(最多)一個半微秒內同步和被打上時間標記。這可以通過使用穩(wěn)定的、校準的振蕩器來實現(xiàn)，例如那些基于銣鐘或者全球定位系統(tǒng)(GPS)的時間基準，并且在每一個傳感器站點被進行周期性地重新校準。振蕩器標準的穩(wěn)定性或者漂移速率決定了與來自已知位置的信號進行重新校準的頻率。類似地，對有用的AOA的相位陣列判斷來說，必須執(zhí)行對設備特定的重新校準，部件間的重新校準，相位差異偏移的重新校準，但是其重新校準頻率與溫度和其它環(huán)境漂移對模擬RF設備的影響相關，并且需要在站點間保持時間的同步，但是同步保持的時間大約是半秒。
在CDMA情形下，本發(fā)明的數(shù)字相關信號處理與被用于提供通信服務的“軟件無線”接收設備中所使用的數(shù)字相關信號處理類似，或者相同。對圖5和6所顯示的相關測量提取器來說，這個處理可以用專用于進行有效的通信處理的數(shù)字信號處理裝置來實現(xiàn)，或者替代地，可以使用通用信號處理裝置來執(zhí)行，例如由新澤西的Upper SaddleRiver的Pentek公司所制造的、可擴展的、并且被設計成使用Dallas，TX的Texas Instruments公司制造的4個TMS320C6201數(shù)字信號處理芯片的多處理器板。隨著數(shù)字信號處理設施能力的改進，和性價比的下降，上面所描述的、目前被分配到模擬信號調節(jié)設備的更多功能將被用于數(shù)字信號處理裝置。通過使用數(shù)字信號處理方法，信號完整性被保持了或者被大大改善了，而其功能和靈活性增加了中心站點(CS)的、關于多傳感器站點(SS)資產(chǎn)(asset)的功能方向的控制流可以被表示為如圖8所顯示的一個實施方式。在這個流中，這個控制站點分配獲得和報告關于感興趣的通信呼叫(COI)的、與位置相關的測量的責任。這傳感器站點也報告對在反向控制信道(RCC)上被發(fā)起通信的檢測，和對前向語音控制信道(FCC)上提供的語音信道分配(VCA)的檢測，并且隨后由這個通信系統(tǒng)發(fā)起的、到這個移動呼叫者單元的前向語音信道(FVC)的語音信道分配的檢測。對VCA作出響應，SS協(xié)調它們的分配以報告給CS，并且調諧到并且跟蹤COI來產(chǎn)生到CS的、在進行的、與位置相關的測量，直到CS結束了這樣一個分配，或者感興趣的信號丟失了。在圖8所顯示的這個實施方式中，僅從語音信號推斷出與位置相關的測量。在一個替代的實施方式中，這個傳感器站點可能會連續(xù)地監(jiān)視通信控制信號，以當它們出現(xiàn)時從它們推斷出與位置相關的測量。在這樣一個實施方式中，這個傳感器站點也向CS報告這樣的定位數(shù)據(jù)，當在發(fā)起通信時被檢測到時。
通過使用標準的統(tǒng)計分析過程[例如，Jazwinski在1970年的Academic Press中發(fā)表的“隨機處理和濾波理論”中所描述的]，可以分析LOB的、基于TDOA的范圍差異測量和基于AOA的測量，和與它們相關的不確定性信息，來提供對相關移動單元的位置和速度的估計。測量信息和其不確定性的理解表示可以有很多形式，例如離散屬性矢量，其中矢量中的每一個元素表示一特定離散屬性的值，這值可以是邏輯值，整數(shù)，浮點數(shù)，或者符號，這些值的特定選擇伴隨有置信度；帶相關統(tǒng)計錯誤的連續(xù)數(shù)字參數(shù)；和/或者模糊邏輯參數(shù)。定位估計處理可以使用很多分析和不確定性管理系統(tǒng)中的任何一個或者它們的組合，這些分析和不確定性管理系統(tǒng)中的每一個適合于合適的理解表示。這種分析方法的示例包括最大可能性估計或者最小平方估計，聯(lián)合概率數(shù)據(jù)相關算法，用于連續(xù)參數(shù)的概率密度函數(shù)多目標跟蹤系統(tǒng)，多假設不確定性管理系統(tǒng)，帶將離散邏輯宣稱與連續(xù)的數(shù)字信息融合的多置信度產(chǎn)生規(guī)則的、基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，模糊邏輯引擎，和有原因的安全網(wǎng)絡(causal belief network)。被用于來從與位置相關的數(shù)據(jù)獲得一個定位估計的這些分析的特定方法，形式，或者實現(xiàn)方式不是本發(fā)明的主題。
這種分析所產(chǎn)生的定位估計可以用圖形的，表格的，或者內部處理器數(shù)據(jù)的格式來進行表示，并且可以被提供到或者顯示在集成在數(shù)據(jù)收集設備和分析設備中的顯示器上，或者被提供到或者顯示在與這種設備遠離的設備中所實現(xiàn)的顯示器上。
執(zhí)行傳感器站點控制和管理，定位和跟蹤計算，定位數(shù)據(jù)的保存和檢索，和定位和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的顯示和與用戶交換這些數(shù)據(jù)所需要的處理和顯示設施可以很容易地用通用個人計算機結構的當前版本的一個集成集合來實現(xiàn)。這些結構可能包括例如是基于英特爾的奔騰或者Motorola的Power PC處理器芯片的處理器和工作站的一個網(wǎng)絡。
為了公眾的利益，最有用的是，通過有效地利用上述技術獲得的位置可以被用于迅速地將用于求助的一個無線呼叫路由到對需要幫助的位置是最近的、或者對從這個位置來的求助呼叫具有管轄責任權的公眾安全應答點(PSAP)。特別地，在接收站點執(zhí)行與本地推斷復制的相關，或者執(zhí)行與預先知道的發(fā)起控制消息的那些被保存部分的相關，與在接收信號后處理從另一個站點需要的數(shù)據(jù)相比，從這個相關所推斷的、與位置相關的測量數(shù)據(jù)可以被更快速地實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明可以進一步將與位置相關的測量應用到更快速地來評價定位計算和獲得呼叫路由算法所需要的位置以快速地和準確地將這個呼叫路由到合適的、決定位置的響應點，推斷與位置相關的測量時不需要站點間進行信號復制數(shù)據(jù)的合作傳送。
本發(fā)明的原理，優(yōu)選實施方式和操作模式已經(jīng)在前面的說明中被提出了。這里所公開的實施方式可以被理解為說明了本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。前面關于本發(fā)明的公開沒有使用任何方式來限制該領域內分普通技術人員可以獲得的等價結構的范圍，而是以前面沒有考慮到的任何方式延伸了等價結構的范圍。可以對前述示例性的實施方式進行很多的修改和改變，而不會偏離在后附權利要求書所提出的、本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1．用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，包括至少第一和第二傳感器站，每一個傳感器站具有一個用于從這個移動無線發(fā)送器接收一個信號的天線和相關信號調節(jié)裝置，和對一個被識別的、被接收信號的表示時刻印上時間標記來產(chǎn)生帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)的一個定時機制；分別在第一和第二傳感器站中的至少第一和第二信號特征處理單元，每一個信號特征處理單元用于產(chǎn)生復制信號數(shù)據(jù)；分別在第一和第二傳感器站中的至少第一和第二信號相關處理單元，每一個相關處理單元執(zhí)行帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)和復制信號數(shù)據(jù)的匹配復制相關處理來產(chǎn)生與位置相關的信號參數(shù)；一個通信系統(tǒng)，用于將與位置相關的信號參數(shù)從傳感器站傳送到一個中心站點；裝置，用于從與位置相關的信號參數(shù)估計這個移動發(fā)送器的位置；和一個輸出，用于表示這個移動發(fā)送器的估計位置。
2．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中與位置相關的信號參數(shù)包括到達時間信息。
3．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中與位置相關的信號參數(shù)包括到達時間差異參數(shù)。
4．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中與位置相關的信號參數(shù)包括到達角度信息。
5．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中在至少所述第一傳感器站上的這個信號特征處理單元包括一個壓縮機制來壓縮帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)；這個通信系統(tǒng)在至少所述第一傳感器站和第二傳感器站之間交換被壓縮的、帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)；在至少所述第二傳感器站上的這個信號特征處理單元包括一個重構機制來重構所述被壓縮的、帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)，并且將這個重構的、帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)用作復制信號數(shù)據(jù)。
6．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中這個復制信號數(shù)據(jù)包括蜂窩通信系統(tǒng)的控制信息。
7．如權利要求6的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中這個控制信息包括語音信道上的開銷信息。
8．如權利要求6的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中這個控制信息包括控制信道數(shù)據(jù)。
9．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中在至少一個傳感器站的這個信號特征處理單元包括一個壓縮機制來壓縮從移動無線發(fā)送器發(fā)送的信號，和一個重構機制來從一個被壓縮數(shù)據(jù)表示重構從移動無線發(fā)送器來的這個信號；和在至少一個傳感器站的這個信號相關處理單元將被重構信號與復制信號數(shù)據(jù)進行相關。
10．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，進一步包括用于估計移動發(fā)送器的移動的裝置。
11．用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送的一個信號的一個到達角度的一個裝置，包括一個本地相位陣列天線和相關的信號調節(jié)裝置，用于壓縮從這個移動無線發(fā)送器來的一個信號；一個信號特征處理單元，用于產(chǎn)生復制信號數(shù)據(jù)；和在這個傳感器站的一個信號相關處理單元，用于使用被接收信號數(shù)據(jù)和復制信號數(shù)據(jù)進行匹配復制相關處理來產(chǎn)生被接收信號的一個到達角度。
12．如權利要求11的用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送的一個信號的一個到達角度的一個裝置，其中復制信號數(shù)據(jù)包括從移動無線發(fā)送器來的信號的現(xiàn)有已知協(xié)議格式。
13．如權利要求11的用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送的一個信號的一個到達角度的一個裝置，其中復制信號數(shù)據(jù)包括從接收信號推斷的表示信號數(shù)據(jù)。
14．如權利要求11的用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送的一個信號的一個到達角度的一個裝置，進一步包括與本地相位陣列天線遠離的一個天線和一個信號特征處理單元，這個遠程天線和信號特征處理單元產(chǎn)生表示信號數(shù)據(jù)。
15．如權利要求11的用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送的一個信號的一個到達角度的一個裝置，其中相關處理器對表示信號數(shù)據(jù)進行相關，相關時間是一個延伸的積分時間。
16．如權利要求11的一個裝置，其中這個相關處理器對接收信號數(shù)據(jù)進行相關，來產(chǎn)生包含部件之間的相位信息的系數(shù)，部件之間的相位信息本身被用于一個相關中來根據(jù)下述關系獲得信號到達角度(AOA)的測量sin(AOA-bisector)≈1kbarg[1S∫R01*(tmax(s)|s,T)R02(tmax(s)|s,T)ds]]]>其中相對于部件之間基線的中垂線的角度的AOA差異與外部相關系數(shù)的復共軛乘積R01(tmax(s)｜s,T)和R02(tmax(s)｜s,T)在一個時間間隔S內的復數(shù)平均值的“幅角”相關；k是這個信號的近似波數(shù)；b是(基線)部件之間的間隔；和在這個應用中的“arg”函數(shù)提取它們相關系數(shù)的零滯后相關的相位。
17．如權利要求1的用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準的移動通信無線發(fā)送器進行定位的裝置，其中信號復制數(shù)據(jù)是從包括下述的組中選擇出的接收信號的現(xiàn)有已知協(xié)議形式，從接收信號推斷的表示信號數(shù)據(jù)，語音信道信號，和數(shù)字數(shù)據(jù)信息。
18．用于在蜂窩通信系統(tǒng)中對一個標準移動通信無線發(fā)送器進行定位的方法，包括接收從在至少第一和第二傳感器站的移動無線發(fā)送器來的一個信號；對所接收信號的一個被識別的、表示性的時刻進行時間標記，來產(chǎn)生帶時間標記的、接收信號數(shù)據(jù)；在第一和第二傳感器站產(chǎn)生復制信號數(shù)據(jù)，使用帶時間標記的接收信號數(shù)據(jù)和復制信號數(shù)據(jù)來執(zhí)行匹配復制相關處理，以產(chǎn)生與位置相關的信號參數(shù)；將與位置相關的信號參數(shù)從傳感器站傳送到一個中心站點；中心站點從獲得的、與位置相關的信號參數(shù)來估計移動發(fā)送器的位置；和指示移動發(fā)送器的估計位置。
19．用于測量從一個移動無線發(fā)送器發(fā)送來的一個信號的到達角度的一個方法，包括在一個本地相位陣列天線接收從移動無線發(fā)送器來的一個信號；產(chǎn)生復制信號數(shù)據(jù)；和使用接收信號數(shù)據(jù)和復制信號數(shù)據(jù)來執(zhí)行匹配復制相關處理，以產(chǎn)生從這個移動無線發(fā)送器發(fā)送來的信號在本地相位陣列天線的到達角度。
全文摘要
復制相關處理,和相關的表示信號數(shù)據(jù)壓縮和重構技術被用于檢測感興趣的信號,并且獲得對接收信號參數(shù)的可靠測量,例如信號到達時間差異,和到達方向角度,這些接收信號參數(shù)可以被用于估計一個蜂窩通信信號源的位置。本發(fā)明創(chuàng)新地使用了信號相關處理來對通信發(fā)送器進行定位。這使能夠精確地和有效地提取一特定信號的參數(shù),即使在包括多個接收發(fā)送的頻帶中,例如碼分多址(CDMA)通信中所發(fā)生的情形。這里所公開的相關處理進一步擴展了處理積分時間來便于有效地檢測所需的通信信號的效果和對與其位置相關的參數(shù)進行復制測量,即使在通信信號被調制成傳送語音對話,或者通過傳播效應被衰減的信號的情形下。在相關處理中使用現(xiàn)有的、構造的信號復制消除了支持相關分析的信號表示在站點之間進行傳送。語音對話的壓縮數(shù)據(jù)表示,或者數(shù)據(jù)通信的各種數(shù)據(jù)的壓縮數(shù)據(jù)表示被用于大大地減少支持相關分析的、在站點之間進行的通信。
文檔編號G01S3/02GK1286008SQ98813131
公開日2001年2月28日 申請日期1998年1月16日 優(yōu)先權日1997年1月16日
發(fā)明者約翰·E·邁隆尼, 詹姆斯·O·史蒂文森 申請人:Ksi公司