用于接收接收序列的接收设备和方法

专利名称：用于接收接收序列的接收设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于接收的接收设备和方法，还涉及一种包括发 射设备和接收设备的通信设备，该通信设备尤其用于数字通信系统和 定位系统中，以确定发射机位置或接收机内的接收序列的到达时间。
背景技术：
为了使数字传输系统中的接收机可以和发射机发出的数字信号 同步，发射机发射接收机已知的数字信号。接收机负责确定所发信号
的精确T0A (到达时间)。
为了确定到达时间，计算数字接收信号和已知数字发射信号之间 的互相关。
在定位系统中，发射机还发射由若干接收机接收的数字信号。可 以通过运行时间测量、根据接收机处的信号到达时间来确定发射机的 位置。
具体地，考虑到多径传播，仅能够以非精确的方式来确定信号的 到达时间。例如在通信系统中，这导致同步误差，或在定位系统中导 致错误的定位。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高接收序列的估计概率的设备 和方法。
这个目的通过权利要求l所述的接收设备、权利要求17所述的通 信系统、权利要求20所述的接收装置、权利要求21所述的方法以及权 利要求22所述的计算机程序而实现。
本发明提供了一种用于确定发射设备的位置的接收设备，包括
估计装置，被配置为根据第一接收序列的到达时间而确定所述发 射设备的第一位置，并根据第二接收序列的到达时间而确定所述发射 设备的第二位置，所述接收序列与所述发射设备的被发射的发射序列 相对应；以及
组合器，被配置为根据第一位置和第二位置来确定所述发射设备 的位置。
本发明还提供了一种用于确定发射设备的位置的方法，包括 接收第一接收序列的第一到达时间和第二接收序列的第二到达 时间，所述接收序列与所述发射设备的被发射的发射序列相对应；
根据第一接收序列的到达时间而确定所述发射设备的第一位置，
并根据第二接收序列的到达时间而确定所述发射设备的第二位置；以 及
根据所述第一和第二位置，确定所述发射设备的位置。 本发明还提供了一种接收装置，包括
接收机，被配置为接收第一接收序列和第二接收序列，每一个接 收序列包括多个连续值，第一接收序列的连续值与第二接收序列的连
续值不同；
相关器，被配置为确定第一接收序列的到达时间和第二接收序列
的到达时间；以及
组合装置，被配置为根据第一和第二到达时间而确定平均到达时间。
本发明的接收设备和本发明的接收方法可以有利地用在接收机 系统中以确定发射设备的位置，并用在通信系统中。
当发射机通过天线发射脉冲串时，由于多径传播，这典型地会导 致在接收机中估计脉冲串的到达时间时出现系统性误差。在这种情 况下，该误差取决于发射机的位置、发射机天线的方向以及所使用的 脉冲串。
由于多径传播导致频率选择性信道，所以估计的出错的到达时间 实际上还取决于所使用的脉冲串。如果发射具有不同频谱属性的不同 的脉冲串，则系统性到达时间误差也会变化。此外，如果使用不同的
发射天线来取代第一发射天线，这个误差也会变化，因为在这种情况 下，将产生不同的多径传播，即，将会使用不同的传输信道。
取决于发射天线己将其方向特性的主瓣对准何处，上述结果来自 如下事实有时会存在更多或更少的多径现象。
本发明基于如下发现多径传播对确定接收序列的到达时间的影 响可以在统计上减小，因为可以在发射机中使用多于一个的发射信号 (下文也称作脉冲串)，所使用的发射信号由预定义的多路复用方案而 规定。每一个发射信号展现出不同的时间信号和不同的频谱。备选地， 可以使用多于一个的发射天线，在任意一个时间点仅使用一个天线， 或两个天线同时发射。多路复用方案还可以确定天线之间的切换方式。
以这种方式，实现了波形分集，或发射天线分集。分集的基本原 理是，通过多个相互独立的路径，即不同的脉冲串对或不同的发射天 线对，获得相同的信息，例如发射机的位置，这个信息在从发射机至 接收机的每一个路径上以不同方式受损，即到达时间中存在系统性的 误差。通过把受损的信息进行组合，例如对被估计的受损的发射机位 置进行平均，可以获得原始信息，该原始信息所具有的误差(在所有 潜在的位置上进行了平均)比单个路径上接收的信息的误差要小。对 于定位系统，根据所选择的特定的脉冲串对和特定的发射天线对，针 对每一个发射机位置而获得不同的系统性到达时间误差。某些脉冲串 对或发射天线对对于特定位置是最理想的，即它们导致最小的系统性 误差。然而，在其他发射机位置处，它们可能导致很大的系统性误差。 在这些位置，其他的脉冲串对或发射天线对将导致更小的系统性误差。
根据一个实施例，在使用接收到的脉冲串来确定平均到达时间之 前，在接收机中利用品质值对所接收到的脉冲串进行加权。以这种方 式，减小了分布的接收序列对计算平均到达时间的不利影响。


参考附图，下面详细解释本发明的优选实施例，其中
图l是根据本发明的接收设备的框图2和3是根据本发明实施例的发射设备的框图4a-4f至7a-7f是根据本发明实施例的对不同接收序列的到达 时间的估计误差的图示；
图8是根据本发明一个实施例的同步脉冲串延迟的图示；
图9是脉冲串多路复用方案的图示；
图10a-10f是一个实施例中使用的变量的定义；以及
图ll是根据本发明的接收装置的框图； 图12是根据本发明实施例的通信设备的框图。
具体实施例方式
在下文对本发明优选实施例的描述中，相同或相似的附图标记用 于各个附图中描述的具有相似动作的元件，省却对这些元件的重复描 述。
图l示出了根据本发明实施例的用于确定发射设备位置的接收设
备的框图。接收设备被配置为接收第一接收序列和第二接收序列iio、
112。接收序列110、 112是由发射设备(图l中未示出)发出的发射序 列。接收设备被配置为确定发射机的位置115。根据这个实施例，接收 设备包括两个接收机102，每一个接收机102都具有相关器104。另外， 接收设备包括估计装置105和组合器106。接收机102被配置为接收接收 序列IIO、 112，并确定接收序列的到达时间120、 122、 124、 126。为 此，相关器104被配置为接收由发射设备所发出的对应于接收序列110、 112的发射序列140、 142。接收机102被配置为确定第一接收序列的第 一到达时间120以及第二接收序列112的第二到达时间122，并把它们提 供给估计装置105。另一接收机102被配置为确定该另一接收机中的 第一接收序列110的另一第一到达时间124和该另一接收机中的第二接 收序列112的另一第二到达时间126，并把它们提供给估计装置105。
估计装置105被配置为根据第一到达时间120和另一第一到达时 间124来确定发射设备的第一位置128，并把其提供给组合器106。另外， 估计装置105被配置为根据第二到达时间122和另一第二到达时间126 来确定发射设备的第二位置129，并把其提供给组合器106。组合器106 被配置为根据第一位置128和第二位置129来确定发射设备的位置
115。为此，组合器可以被配置为对位置128、 129进行平均。
取决于应用领域，接收设备可以包括单一的接收机102，或多个接 收机102，接收机102向估计装置105提供第一到达时间和第二到达时
间。如果本发明的接收设备与已知接收机进行组合，则该接收设备可 以仅包括估计装置和组合器106，估计装置105被配置为从所采用的接 收机获得与到达时间有关的信息。估计装置105可以通过运行时间分析 来确定位置128、 129。因此，位置信息128、 129能够以标准化的值的 形式出现，例如以坐标的形式出现，而且可以被进一步处理。
接收设备中使用的算法包括，把两个到达时间从接收机传递至中 央计算机，图l中通过估计装置和组合器来表示中央计算机。随后，根 据与第一发射序列、或所有接收机的接收序列相关的第一到达时间来 确定第一发射机位置，而且根据与第二发射序列、或所有接收机的第 二接收序列相关的第二到达时间来确定第二发射机位置。随后，对所 确定的位置进行平均。因此，在中央计算机中计算平均的位置。
接收序列IIO、 112可以是脉冲串，该脉冲串从一个发射机通过传 输信道而发射至接收机102。传输信道可以是由有线传输信道或无线传 输信道。
接收机102可以是天线单元，被配置为根据通过传输信道而发送
的接收序列IIO、 112，确定具有所接收的接收序列的形式的数字信息。 接收机102，或可选地是相关器104，可以被配置为确定表示接收 序列IIO、 112的品质的品质值130、 132、 134、 136，或表示到达时间 120、 122、 124、 126的品质的品质值130、 132、 134、 136。品质值130、 132、 134、 136表示多径传播对到达时间120、 122、 124、 126的当前影 响，即被估计的到达时间相对于多径传播的损坏的品质值。根据一个 实施例，接收设备中计算的品质值是接收序列IIO、 112的被估计的信 噪比，也被称作SNIR。备选地，品质值130、 132、 134、 136可以是描 述多径影响的特征的参数。由于分集，即由于不同接收序列IIO、 112， 第一到达时间120、 124以及第二到达时间122、 126具有不同的品质值。 根据一个实施例，仅有具有高品质值的到达时间才会继续在接收 机中使用。备选地，在平均位置115的计算中，在组合器中通过加权，
考虑品质值。这意味着加权系数取决于品质值130、 132、 134、 136。 接收序列IIO、 112的品质越高，或由其确定的到达时间120、 122、 124、 126的品质越高，则用于确定平均位置115所用的权重越高。
平均位置115可以从位置128、 129的算术平均中导出。如果在确定 平均位置115中考虑品质值130、 132、 134、 136，则根据加权的位置128、 129的算术平均来确定平均位置115。为此，可以使用第一品质值130、 134对第一到达时间120、 124进行加权，并使用第二品质值132、 136 对第二到达时间122、 126进行加权。
根据这个实施例，相关器104被配置为通过将接收的接收序列与 发射序列140、 142进行相关，确定到达时间120、 122。发射序列140、 142与发射设备(图l中未示出)发出的发射序列相对应，而且在发射 后由接收设备110以接收序列110、 112而接收，并由接收机102以接收 到的接收序列而提供给相关器104。
如果第一接收序列110和第二接收序列112是仅在如下方面有所不 同的接收序列，即下层(underlying)发射序列通过第一接收序列IIO 的第一天线并通过第二接收序列112的第二发射天线而发出，那么相关 器104可以对接收的接收序列和发射序列执行连续的相关。然而，如果 接收序列IIO、 112是来自不同发射序列的接收序列，那么相关器104 将对接收的接收序列同时与第一发射序列140和第二发射序列142执行 相关。当使用多路复用方案时，不必对接收序列与两个发射序列进行 相关，因为首先，执行了与多路复用方案的同步，其后执行与正确 的发射序列的相关。根据一个实施例，接收设备100包括控制单元(图 中未示出)，该控制单元可以与发射机采用的多路复用方案同步。在这 个上下文中，多路复用方案表示所使用的发射序列的连续性，因而是 接收序列IIO、 112的连续性。同步可以由特殊的前同步码或其他措施 来执行。例如，接收设备可以被配置为响应同步序列的接收，例如 特殊前同步码的接收，以预定义的连续性把第一发射序列140和第二发 射序列142提供给相关器104。
在这个和随后的实施例中，根据第一接收序列110和第二接收序列 112来确定平均位置115。可以使用多于两个的接收序列，或多于两个的发射天线。这是有利的，因为可以获得更大的分集。
图2示出了可以和图1所示接收设备一同使用的发射设备200的框 图。发射设备200被配置为发出第一发射序列240和第二发射序列242。 为此，发射设备200包括发射机252和天线254。发射机252被配置为向 天线254提供待发射的发射序列，并通过天线254发出这些序列。通过 传输信道把发射序列240、 242发射至接收设备。根据这个实施例，第 一发射序列240和第二发射序列242在时间上连续地发射。为了实现更 好的分集，发射序列240、 242是具有不同频谱属性的脉冲串。这意味 着，例如，发射序列240、 242包括不词的值序列，或者以不同的频率 而发射。
图3示出了另一个发射设备200的框图，该发射设备也可以和图l 所示的接收设备一同使用。与图2所示的发射设备不同，图3所示的发 射设备200展现出第一天线254和第二天线256。发射机252被配置为通 过第一天线254和第二天线256发出待发送的发射序列。根据这个实施 例，通过第一天线254发出第一发射序列240，而通过第二天线256发出 第二发射序列242。发射序列240、242可以相同，因为由于两个天线254、 256而确保了天线分集。为此，天线254、 256可以是具有不同特性的天 线，或具有不同的主波瓣方向的天线，或可能具有相同方向的具有不 同位置的天线。以这种方式，实现了天线分集。
对于通信系统，图1所示的接收设备可以与图2和3中所示的发射设 备200之一进行组合。到达时间可以有利地用于执行接收设备与发射设 备200之间的同步。
取决于发射设备200，可以利用天线分集或波形分集，即脉冲串分 集，或者可以利用天线分集和波形分集的组合。在利用两个不同的脉 冲串或两个不同的发射天线中，可以任意地分别选择脉冲串对的图案 或发射天线对的图案。例如，对于指定的第一发射天线，可以以交替 的方式来发射第一脉冲串和第二脉冲串，或在每一种情况下可以通过 第一天线将第一脉冲串发射两次，然后在每一种情况下通过第二天线 将第二脉冲串发射两次。可以自由地对下层图案进行编程。在接收设 备中，脉冲串的图案必须是已知的，因为在这里必须执行与相应所发
射的正确的脉冲串的互相关。可以执行与所选择的图案的同步，因为 检测到同步脉冲串，该同步脉冲串后总是跟随相同的已编程图案。接 收机可以忽略发射-天线图案。
在发射-天线分集中，发射天线可以同时地或以时分复用的方式进 行发射。
在下文中，对这种可能的发射脉冲，即脉冲串或波形，进行描述， 根据本发明的方法，该发射脉冲可以用于估计接收设备中的发射脉冲 的到达时间。
RRC003描述了滚降因子(roll-off)为0.03的根升余弦(root raised cosine)发射脉冲成形器。该波形的峰值因子(crest factor) 为对于实信号为8dB，对于复值信号为7dB。
RRC024指出了滚降因子为O. 24的根升余弦发射脉冲成形器。峰值 因子为对于实信号为5dB，对于复值信号为4.3dB。
RRC10指出了滚降因子为1.0的根升余弦发射脉冲成形器。峰值因 子为对于实信号为3.6dB，对于复值信号为3.4dB。
Gauss054指出了归一化带宽为0. 54的适度(softly)带限Gauss 脉冲。峰值因子为对于实信号为1.9dB，对于复值信号为1.8dB。
图4a至4f、 5a至5f、 6a至6f、 7a-7f示出了到达时间估计误差的包 络，即接收设备中的波形到达数据的估计误差的包络，该接收设备处 于特征如下的双向传输中
精确地接收到两个Dirac型路径。
第二路径相对于第一路径衰减了常数因子"attenuaton"，即信道 是时不变的，即不会衰落。衰减值在每一个图的头部以dB为单位指示 出，检查0dB (即两个相等强度的路径)、6dB和10dB的值。关于后两个 值，第一路径的到达占支配低位。
在图中的x轴上，两个路径之间的延迟在从lns至80ns之间变化。
两个路径之间恒定的相位差(图中表示为相位)从0度至180度而 变化，步长为30度。这族曲线产生了包络。
传输中没有添加热噪声，即信噪比非常高。
针对每一个情况中所涉及的配置，每一个图像的y轴以ps为单位反
映出所确定的TOA (到达时间)的估计误差。仅当两个路径中的第一路 径存在时，可以在通过单向信道的传输中确定的值才被看作理想的
T0A。
在两个连续图像中，分别示出了两种不同TOA估计方法的误差。首 先，示出了所谓的拐点方法的结果，其中，根据第一明确峰值左手边 的拐点的位置来确定TOA。第二图像则示出了所谓的最大值方法的结 果，其中根据第一明确峰值的最大值来确定TOA。可从标题看出图像中 涉及的方法。
第一明确峰值是量值大于与相关的最大量值有关的预定义 peakthresh值的第一峰值。对于特定的波形和特定的星座图，这可以 是主峰，对于其他来说，它可以是左手的次纹波，可以在估计算法的 特定波形中有利地选择左手次纹波。在误估计事件中，该算法可能错 误地还找到相关函数的左手或右手次纹波。在图中，这可以被看作很 大的T0A误差，这个TOA误差经常(但不总是)在更大延迟的事件中急 剧减小。作为惯例，peakthresh是1/2，但可以随着情况而变化。其值 包含在每一个图的标题行中。
下文参考图4A-4F对图4至7进行详细说明。图4a至4f涉及RRC003 波形。
在图4A中，在x轴上以ns为单位示出了延迟，而在y轴上以ps为单 位示出了TOA估计误差。衰减为0 dB，使用拐点方法来确定到达时间， 且peakthresh是1/2。曲线891表示0度相位差。曲线892表示30度相位 差，曲线893表示60度相位差，曲线894表示90度相位差，曲线895表示 120度相位差，曲线896表示150度相位差，曲线897表示180度相位差。 因此，曲线891和897表示T0A估计误差的包络。
图4B与图4A中示出的表示相对应，其中使用最大值方法来确定
TOA。
图4C和E中的图形表示与图4A中的表示相对应，图4C基于6 dB衰 减，而图4E基于10dB衰减。图4C和4E依次示出了包络891、 897。因此， 图4D和4F中的表示与图4B的表示相对应，图4D基于6 dB衰减，而图4F 基于IO dB衰减。图4D和4F同样指出了包络891、 897。
与图4A至4F—致，图5A至5F示出了基于RRC024波形的TOA估计误 差，图6A至6F基于RRC10波形，而图7A至7F基于Gauss054。在图5至7 中，仅在最初的图5A、 B至7A、 B中为误差包络891、 897分别提供了附 图标记。
在图4至7中涉及的几乎所有配置中，可以看出，拐点标准提供了 比最大值标准明显更小的TOA估计误差。如果第二路径比第一路径的衰 减更厉害，则其对TOA误差的影响将会更小。然而，这个效应主要可针 对大延迟情况而观察到。在小延迟的情况下，高度衰减的第二路径也 将导致显著的TOA误差。
无论何时延迟路径仅具有对于第一路径而言小于30ns的延迟，则 TOA误差为最大。这适用于使用有利的拐点标准和有利的波形。可以做 出该假定，因为还可以针对更多的传播路径来一般化该结果。仅有那 些具有小于30ns延迟的路径才是关键的。
在下文中，考虑RRC脉冲串。
在具有相等强度路径的所有RRC脉冲串的情况下，即衰减为OdB且 相位小于180度，拐点方法中TOA误差最初以几乎线性的方式出现，或 者在最大值方法中以实际上为线性的方式出现。这是由于第二路径使 相关曲线的主最大值或拐点向右移动。在最大值方法中，误差在某个 点上突然跳至O。这会在主峰值分为两个峰值的延迟处出现，而且该算 法突然检测属于第一路径的正确的第一峰值。
对于相位为180度，以及衰减为OdB， TOA误差在lns的很小延迟上 己经是很大的负数。这意味着此处出现的相关曲线展现出非常显著的 左手次纹波，而且该算法错误地估计这个主峰值。随着延迟的增大， 左手次纹波逐渐与主峰值合并，从而负的TOA误差增加并消失。
对于衰减》6 dB，可以观察到TOA误差在负值和正值之间连续地前 后振荡。还存在可能导致TOA误差为O的单独的延迟值。
对于RRC003脉冲串，TOA误差对于增大的延迟很缓慢地衰减，TOA 误差对于增大的延迟仅会很缓慢地衰减。甚至在两个路径之间80ns的 延迟后，该误差仍是可观的，例如对于O dB衰减，误差为1000ps，这 是由于RRC003脉冲串的脉冲响应很缓慢地消失，因而延迟的第二路径
的影响也会很缓慢地消失。
关于增大的滚降因数，可以看出，对于增大的延迟，TOA误差的衰 减要快得多，这是由于脉冲响应更平坦且衰减更快。然而，对于小的
延迟可以发现并非一致的趋势。这里，RRC024脉冲串导致最大的T0A误差。
为了确定相关器中的到达时间，如果可能，应当使用拐点方法， 因为拐点方法对于估计到达时间会获得更好的结果。
对于相同强度的路径和小延迟，带限Gauss脉冲Gauss054提供了优 点。误差可能高达-12ns，但是正的误差总是小于+2ns。
基于所述属性，能够设计更为有利的波形，可以有利地使用该波 形作为本发明的方法的发射序列。
取决于使用本发明的设备的环境条件，所引入的不同波形是有利 的。有利地，对于第一和第二发射序列，采用不同的波形，这导致平 均的到达时间，由于进行了平均，尽可能地向O补偿到达时间的误差。
下面描述本发明的方法的其他实施例。
在下面的实施例中，接收序列被称为T脉冲串，同步序列被称为A 脉冲串，接收设备被称为接收机而发射设备被称为发射机。
根据这个实施例，可以在发射机中对T脉冲串进行编程。在发射后， 它们的特征在于
T脉冲串的带宽不会超过t—burstbw的值(在图10u中示出)，
T脉冲串的持续时间大约总计为可调整的t—burstlen (在图10v 中示出)个B—cycles的值，加上从编程的B—samples至物理信号的转变 中的附加的时间扩展，例如内插、波散模拟电路，
t—burstmaxlen (在图10w中示出)的最大持续时间总计为 B—cycles,加上上述扩展，该扩展由发射机的实施方式而预定义，
来自发射机输出下游的T脉冲串SN工R总计为senderSINR的值(在 图10s中示出)或更好。
' 在发射机内，可以对两个T脉冲串进行编程，根据可编程的选择方 案进行发射。在下文中，将这两个T脉冲串分别称为T脉冲串O和T脉冲 串l。这两个T脉冲串中的每一个都以复值B—sa即les的形式出现，即以
采样频率B一clock在I和Q分量内分别对待发射的T脉冲串信号进行采样。
产生T脉冲串，使得其在所使用的6量化中以最优方式而受控。这 意味着该信号实际上采用可示出的最大值+31。
在来自A和T脉冲串的多路复用中，在采集周期中，精确地发送一 个A脉冲串，并在随后发送at—multip1—len (在图10f中示出)个T脉冲 串，at—multipl—len的值是可调整的。这个方案是周期性延续的。可 调整的间隔必须保持在某个周期内的A脉冲串和第一T脉冲串之间，在 单独的T脉冲串之间，以及在某个周期的最后一个T脉冲串与下一周期 的A脉冲串之间。
在发射机内，存在计数器at—multip1—cntr，它总是在A脉冲串的 启动前复位至0，并且在每一次完整地发射T脉冲串后增加1。因此， at—multipl—cntr的最大值总计为at—multipl」en。
对于时间多路复用，考虑以B—samples形式出现的A脉冲串。 当下文提到总是以B^ample形式的"相关A脉冲串"时，其含义仅 为下文描述的、总是以B一sample形式的"产生的A脉冲串"的一部分， 它根据以B—sample—48形式出现的A脉冲串(例如直接位于发射机自身 内，出现在多路复用器输入端处)，通过发射脉冲成形、上采样和上变 频而产生。
图9示出了 "相关A脉冲串"所指的产生的A脉冲串的一部分。图中 上半部分示出了以B—samples—48为单位的"下层A脉冲串"，因此两个 采样之间的距离(l)是B—cycle—48。其整个长度(6)为以B—cycles—48 为单位的a—burst len。
图9示出了如下内容的延迟和持续时间以Bjample^48为单位存 储的A脉冲串，借助发射脉冲成形、上采样和上变频而产生的以 B—samples为单位的A脉冲串，以及相关A脉冲串。
下半部分示出了以B—sample为单位的产生的A脉冲串。因此，两个 采样之间的距离(2)是B—cycle。
在时间t0，把存储的A脉冲串的第一B—sa即lej8输入信号产生、 发射脉冲成形、上采样和上变频。取决于实施方式，在时间t2之后，
即在延迟(3)后，存储的A脉冲串的这个第一B—sample—48才会出现在 产生的A脉冲串中。这个延迟包括两个分量。在信号产生中进行缓冲以 进行流水化等会导致从时间tO开始至点ti的初始延迟(4)，其中当通 过信号产生来输出所产生的A脉冲串的第一有效B一sample时，把存储的 A脉冲串的第一B—sa即le—48引入这个信号产生。另外，所有使用的滤 波器、发射脉冲成形器和上采样低通具有组运行时间，所述组运行时 间累积为滤波器运行时间(5)。如果离线地(offline)创建所产生的 A脉冲串，则延迟(4) =0，除非发射机引入附加的流水线操作。然而， 由滤波器的瞬时振荡所导致的延迟，即滤波器的组运行时间，总会出 现并可以注意到。
如果在时间t3把存储的A脉冲串的最后的B—sample—48输入信号产 生，则当B—sa即le位于信号产生的输出上时，在延迟(3)后的时间t4 之后，最后的B—sa,le一48才会出现。在时间t5，信号产生输出所产生 的A脉冲串中最后有效的B—sample。在持续时间(7)之后，即t5-14，
所有的滤波器已经衰减。在典型使用的包括对称脉冲响应的滤波器中， 持续时间(7)等于累积的组运行时间(5)。
由波散滤波器导致的累积脉冲加宽，即瞬时振荡和衰减时间之和， (5) -+- (7)，必须不超过a—maximpwiden个B—samples的值，从而确
保整个系统的正确运行，特别是确保了接收机的正确运行。
因此，所产生的A脉冲串的以有效Bja即les表示的全部长度是 (8),即(5)、 (6)和(7)之和。由于(5)和(7)取决于实施方式， 在下文中，总是把(6)(即以B—sample—48表示的a—burstlen)看作相 关A脉冲串的长度。在不同的表示中，以B—samples为单位的 a_burstlen—B是从第一到最后一个B—sample的距离，这些B—sample分 别与存储的A脉冲串中的第一或最后一个B—sa即le—48相关。
下文所考虑的相关A脉冲串的长度无论如何不包含信号加宽，该信 号加宽可以由信号产生、发射冲激成形器和上采样低通中的波散滤波 器的脉冲响应而引起，而且不包含与实施方式有关的其他潜在的信号 力口宽。
图10中描述的方案示出了多路复用、脉冲串持续时间和距离。
图10所示的所有时间比施加到发射机内的多路复用器，该多路复 用器在A脉冲串和T脉冲串之间切换。
因此，在这一点上，A和T脉冲串都以B—samples形式出现。 所有时间指示分别应用于相关A脉冲串。
在下文中，当提到T脉冲串时，其含义是已经编程的两个T脉冲串之一。
图10示出了脉冲串多路复用中的持续时间和距离。
相关A脉冲串展现出以B—cycles—48为单位的长度aj3urstlen，它 比相关A脉冲串所需要的、以B—cycles—48为单位的最大长度 a—burstmaxlen要短。
T脉冲串展现出以B—cycles为单位的长度t—burstlen，它比所需要 的、以B—cycles为单位的最大T脉冲串长度t—burstmaxlen要短。
即使在系统中使用具有不同长度的A和/或T脉冲串，相关A脉冲串 尾端与T脉冲串开始之间的暂停也应当保持规定值。如果相关A脉冲串 更短或更长，这意味着仅对其开始(前端)进行相应的移动。如果T 脉冲串更短或更长，则仅应对其尾端进行相应的移动。
可以使用两个参数对从相关A脉冲串的开始到随后的T脉冲串的开 始的距离进行调整。从用于产生A脉冲串的触发直到最后的T脉冲串的 开始的距离at一dist可以以S—cycles为单位进行调整。另外，根据上述 定义，从该触发到相关A脉冲串开始的初始延迟a—initdel可以以 B—cycles为单位进行调整。因此，从相关A脉冲串的开始到T脉冲串的 开始的实际距离是at—disc [s—cycles]-a—initdel [B—cycles]。
由于实施方式的原因，距离at—dist以S—cycles为单位出现。
由于实施方式的原因，可以以S—cycles为单位对采集周期中的两 个连续T脉冲串的开始之间的距离t—burstperiod进行调整。
三个脉冲串距离不可以自由地调整，而必须满足如下要求
ta—dist + at—dist = t一bu:rstperiod。 两个连续采集周期中的A脉冲串的开始之间的距离a—burstperiod
不能够在发射机中调整，而是来源于其他的可调整参数
a—burstperiod[S—cycles]=at—multipl—len*t—burstperiod[S—cycl
根据基于"素数算法"的下层方案，向发射机分配特定的脉冲串 重复率，然而该重复率随发射机而稍有不同，而不是同步的伪随机图 样。因此，这是一种根据随机选择发射机的脉冲串距离的方法，从而 不存在特定的脉冲串交叠图样。
在存储于发射机内的两个T脉冲串中，总是选择一个T脉冲串进行 发射。借助于从计数器at一multip1—cntr中获得的比特t—choice来执行 该选择，其中根据如下规范并使用可编程掩码t—choice—mask来获得比 特t—choice:
t—choice = (t—choice—mask[O] AND at—multipl—cntr[O] OR (t—choice—mask[l] AND at—multipl—cntr[l]。
这里，变量
表示变量的第0比特(即LSB)，而变量[l]表示第一 比特，AND或0R分别表示以逐个比特(bitiise)方式的AND或OR。
如果t—choice的值为0，则发射T脉冲串0;如果t—choice==l，则 发射T脉冲串1 。
因此，对于Lchoice—mask二00 (右手边上的LSB)，将总是发射T 脉冲串0。
对于t—choice—mask==01，在每个T脉冲串后，在T脉冲串0和T脉冲 串l之间执行转变，在A脉冲串后以T脉冲串0开始。
对于t—choice—mask==10，在每隔一个T脉冲串后，在T脉冲串0和T 脉冲串l之间执行转换，在A脉冲串后以T脉冲串0开始，即所发射的是 T脉冲串0、 T脉冲串0、 T脉冲串l、 T脉冲串l、 T脉冲串0、 T脉冲串O、 T 脉沖串l、...。
t—choice一mask二二ll不是合理的选择，因而一定不能这样设置。
发射机中可能存在两个发射天线。可以同时使用两个发射天线， 也可以仅选择其中的一个。如果使用两个天线，则可编程的比特
two—ants (在图16af中示出)的值被设置为l。如果two—ants==0，则
在每一种情况下仅选择两个发射天线中的一个进行发射。借助于比特 ant—choice来执行该选择，根据如下规范并使用可编程的掩码 ant—choice—mask (图16d中所示)从计数器at—multipl—cntr中获得比 特ant—choice:
ant—choice = (ant—choice—mask[O] AND at_multipl一cntr[O]
OR
(ant—choice_mask[l] AND at一multip1—cnt:r[l])。
这里，变量
表示变量的第0比特(即LSB)，而变量[l]表示第一 比特，AND或OR分别表示逐个比特方式的AND或OR。
如果ant—choice的值为0 ，则在天线0上执行发射；当 ant—choice^l时，在天线l上执行发射。
然而，这仅应用于two—ants==0。在two—ants二二l时，每一个脉冲 串在两个天线上发射。对于two—ants==0，获得如下方案
对于ant—choice==00 (右手边的LSB)，总在天线0上执行发射。
对于ant—choice二二01，在每个T脉冲串后，在天线0和天线1之间执 行转变，对于A脉冲串和随后的T脉冲串，以天线0开始。
对于ant—choice==10，在每隔一个T脉冲串后，在天线0和天线1 之间执行转变，对于A脉冲串和随后的T脉冲串，以天线0开始，即以如 下顺序进行发射天线0、天线0、天线l、天线l、天线0、天线0、天 线l、…。
ant—choice二二ll不是合理的选择，因而一定不能这样设置。
图10a-10af定义了前一实施例中所定义的变量。
图ll示出了根据本发明实施例的接收装置的框图，包括接收机 1102、相关器1104和组合器1106。接收装置1100中的接收机1102被配 置为接收发射机的接收序列。在这个实施例中，接收机1102被配置为
接收第一接收序列1110和第二接收序列1112。接收机1102被配置为向 相关器提供所接收的接收序列。相关器1104被配置为确定接收装置
1100中的第一接收序列1110的第一到达时间1120，以及确定接收装置 1100中的第二接收序列1112的第二到达时间122，并将它们提供给组合 器。组合器1106被配置为把到达时间1120、 1122彼此组合，并确定组 合的到达时间，在这个情况下是平均的到达时间1125，并提供该到达 时间以进行进一步的处理。
根据一个实施例，仅有那些具有高品质值的到达时间1120、 1122 才会在接收机中进一步使用。备选地，当计算平均到达时间1125时， 在组合器1106中通过加权来考虑品质值1130、 1132。这意味着加权系 数取决于两个品质值1130、 1132。接收序列1110、 1112的品质越高， 或根据接收序列1110、 1112而确定的到达时间1120、 1122的品质越高， 则用于确定平均到达时间1125的平均操作中的权重越高。
通过对到达时间1120、 1122进行算术平均，可以获得平均到达时 间1125。如果在确定平均到达时间1125时考虑品质值1130、 1132，则 可以通过对加权的到达时间进行算术平均而确定平均到达时间1125。 为此，可以利用第一品质值1130对第一到达时间1120进行加权，而利 用第二品质值1132对第二到达时间1122进行加权。
对于用于确定发射机位置的导航应用，可以把若干个图ll所示的 接收装置1100组合在一起。这样，定位系统可以包括图2和3所示的 发射设备200之一，以及包括多个图1所示接收装置100的接收机系统。 图12中示出了用于确定发射设备200的位置的系统。
根据这个实施例，接收机系统包括第一接收装置1100a和第二接收 装置1100b。两个接收装置1100a、 1100b均被配置为接收第一接收序列 1110和第二接收序列1112。接收序列IIOO、 1112与发射设备1200通过 传输信道而发射到接收装置1100a、 1100b的发射序列1240、 1242相对 应。第一接收装置1100a被配置为向估计装置1472提供第一平均到达时 间1125a，而第二接收装置1100b被配置为向估计装置1472提供第二平 均到达时间1125b。估计装置1472被配置为根据平均到达时间1125a、 1125b来确定发射机1474的位置。通过对从发射设备1200至接收装置
llOOa、 1100b的接收序列1110、 1112的运行时间进行比较，可以在估 计装置1472这部分上实现位置确定。典型地，定位系统包括多于两个 接收装置。
根据一个实施例，接收机系统包括时钟发生器和触发发生器，通 过光网络把触发发生器的信号提供给接收装置1100a、 1100b。触发的 目的是使接收装置1100a、 1100b中所有的到达时间计时器以同步的方 式启动。
在图12所示的定位应用中，可以计算品质值，以估计多径影响， 而且可以用于选择所使用的到达时间。
在估计装置1472中，把接收机1100a、 1100b中估计的到达时间 1125a、 1125b彼此组合，以计算发射设备的位置。
所述的发射设备、接收设备和接收装置可以彼此组合。另外，仅 针对单独实施例描述的特定特征可以转移到适当的实施例。
取决于环境，本发明的方法可以以硬件或软件来实现。可以在数 字存储介质上实现，具体为具有电可读控制信号的盘或CD，这些信号 可以和可编程的计算机系统进行交互，从而执行各个方法。通常，本 发明还包括具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在机器 可读载体上，用于当该计算机程序产品在计算机上运行时执行本发明 的方法。换句话说，本发明能够以具有程序代码的计算机程序来实现， 当该计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行本发明的 方法。
权利要求
1.一种用于确定发射设备(200)的位置的接收设备，包括估计装置(105)，被配置为根据第一接收序列(110)的到达时间(120)而确定所述发射设备的第一位置(128)，并根据第二接收序列(112)的到达时间(122)而确定所述发射设备的第二位置(129)，所述接收序列(110、112)与所述发射设备的被发射的发射序列(240、242)相对应；以及组合器(106)，被配置为根据第一位置和第二位置来确定所述发射设备的位置(105)。
2. 根据权利要求1所述的接收设备，还包括接收机(102)，被配置为接收第一接收序列(110)和第二接收 序列(112)，每一个接收序列包括多个连续值，而且所述接收机包括 相关器(104)，所述相关器(104)被配置为确定第一接收序列的到达 时间(120)和第二接收序列的到达时间(122)。
3. 根据权利要求1或2所述的接收设备，其中，所述组合器(104) 被配置为根据第一位置(128)和第二位置(129)的算术平均而确 定位置(115)。
4. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，所述相关器 (104)被配置为确定第一接收序列(110)的第一品质值(130)和第二接收序列(112)的第二品质值(132)，所述组合器(106)被配置 为把所述品质值包括在通过加权来确定位置(115)的过程中。
5. 根据权利要求4所述的接收设备，其中，所述组合器(106)被 配置为利用第一品质值(130)对第一位置(128)进行加权，利用 第二品质值(132)对第二位置(129)进行加权，并且通过对加权的 第一位置和加权的第二位置进行平均而确定位置(115)。
6. 根据权利要求4或5所述的接收设备，其中，所述相关器(104) 被配置为确定接收序列(110、 112)的信噪比，并将所述信噪比作 为品质值(130、 132)提供。
7. 根据权利要求4或5所述的接收设备，其中，所述相关器(104)被配置为确定对接收序列(110、 112)的多径影响，并将所述多径影响作为品质值(130、 132)提供。
8. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，所述相关器 (104)被配置为根据第一接收序列(110)与第一发射序列(140)的相关而确定第一到达时间(120)，并根据第二接收序列(112)与第 二发射序列(142)的相关而确定第二到达时间(122)。
9. 根据权利要求8所述的接收设备，其中，第一接收序列(110) 和第二接收序列(112)以预定的连续性到达接收机(102)，所述相关 器(104)被配置为以所述预定的连续性来提供第一发射序列(140) 和第二发射序列(142)。
10. 根据权利要求8或9所述的接收设备，其中，所述接收机(102) 被配置为接收同步序列，所述相关器(104)被配置为响应所述同步 序列的接收，以所述预定的连续性来提供用于进行相关的第一发射序 列(140)和第二发射序列(142)。
11. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，第一接收序 列(110)的连续值与第二接收序列(112)的连续值不同。
12. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，第一接收序 列(110)和第二接收序列(112)包括不同的频谱属性。
13. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，第一接收序 列(110)和/或第二接收序列(112)与微分Gauss发射脉冲、带限Gauss 发射脉冲或根升余弦脉冲串相对应。
14. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，所述接收机 还被配置为接收另一接收序列，所述相关器被配置为确定所述另一接 收序列的另一到达时间，所述估计装置被配置为根据所述另一接收序 列的到达时间而确定所述发射设备的另一位置，所述组合器被配置为 根据第一、第二和另一位置而确定所述发射设备的位置。
15. 根据上述任一权利要求所述的接收设备，其中，所述估计装 置(105)被配置为根据第一接收序列的到达时间(120)和第一接 收序列(110)的另一到达时间(124)而确定所述发射设备(200)的 第一位置(128)，并根据第二接收序列(112)的到达时间(122)以 及第二接收序列(112)的另一到达时间(126)而确定所述发射设备 的第二位置(129)。
16. 根据权利要求15所述的接收设备，包括另一接收机(102)， 所述另一接收机(102)被配置为接收第一接收序列(110)和第二接 收序列(112)，所述另一接收机包括另一相关器(104)，所述另一相 关器(104)被配置为确定第一接收序列的另一到达时间(124)和第 二接收序列的另一到达时间(126)。
17. —种通信系统，包括如权利要求1至16中任意一项所述的接收设备；以及发射设备(200)，包括用于发出第一发射序列(240)和第二发射序列(242)的发射机(252)，所述接收序列(110、 112)与被发射的发射序列相对应。
18. 根据权利要求17所述的通信系统，其中，所述发射设备包括 第一天线(254)，所述发射机(152)被配置为根据预定的连续性， 通过所述第一天线发出第一发射序列(240)和第二发射序列(242)。
19. 根据权利要求15所述的通信系统，其中，所述发射设备包括 第一天线(254)和第二天线(256)，所述发射机(252)被配置为 根据预定的连续性，通过所述第一天线发出第一发射序列(240)，并 通过所述第二天线发出第二发射序列(242)。
20. —种接收装置(1100)，包括接收机(1102)，被配置为接收第一接收序列(1110)和第二接 收序列(1112)，每一个接收序列包括多个连续值，而且第一接收序列 (1110)的连续值和第二接收序列(1112)的连续值不同；相关器(1104)，被配置为确定第一接收序列的第一到达时间 (1120)和第二接收序列的第二到达时间(1122);以及组合装置(1106)，被配置为根据第一和第二到达时间而确定平 均到达时间(1125)。
21. —种用于确定发射设备(200)的位置的方法，包括 接收第一接收序列(110)的第一到达时间(120)和第二接收序列(112)的第二到达时间(122)，所述接收序列(110、 112)与所述 发射设备的被发射的发射序列(240、 242)相对应；根据第一接收序列的到达时间而确定所述发射设备的第一位置(128)，并根据第二接收序列的到达时间而确定所述发射设备的第二位置(129);以及根据所述第一和第二位置，确定所述发射设备的位置(115)。 22. —种包括程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行如权利要求21所述的方法。
全文摘要
一种用于确定发射设备的位置的接收设备，包括估计装置(105)，被配置为根据第一接收序列(110)的到达时间(120)而确定所述发射设备的第一位置(128)，并根据第二接收序列(112)的到达时间(122)而确定所述发射设备的第二位置(129)。另外，所述接收设备包括组合器(106)，组合器(106)被配置为根据第一位置和第二位置来确定所述发射设备的位置(105)。
文档编号G01S5/02GK101116006SQ200580048070
公开日2008年1月30日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者恩斯特·埃伯莱因 申请人:弗劳恩霍夫应用研究促进协会