对无线信号源进行定位的制作方法
优先权要求
本申请要求提交于2015年2月4日的美国专利申请14/613,912的优先权，其全部内容通过引用而并入于此。
背景技术：
本说明书涉及对无线信号(例如，射频信号)源进行定位。
全球定位系统(gps)是向用户装置提供位置、导航和定时服务的基于卫星的系统的示例。例如，gps系统可以由诸如智能手机或导航仪等的手持式装置中的gps接收器访问，以确定手持式装置的地理坐标。gps接收器可以获得gps接收器和gps卫星之间的距离的测量，并且使用该距离测量来确定gps接收器的位置。
技术实现要素：
在一般方面，检测源装置所生成的无线信号，并使用所检测到的无线信号来确定该源装置的位置。
在一些方面，无线信号源定位器系统包括分布在地理区域上的不同位置处的无线传感器装置。该无线传感器装置被配置为被动地监测所述地理区域中的无线通信网络信号。各无线传感器装置被配置为从所述地理区域中的移动装置接收装置信号。所述装置信号是所述移动装置为了发送至基站而根据无线通信网络协议所格式化的信号。各无线传感器装置还被配置为从同步源接收基准信号；基于所述装置信号和所述基准信号来生成到达时间数据；以及从所述无线传感器装置发送所述到达时间数据。所述无线信号源定位器系统还包括数据分析系统，该数据分析系统被配置为接收所述到达时间数据，并且基于对三个以上的所述无线传感器装置所生成的到达时间数据的分析来识别所述移动装置的位置。
在一些方面，向分布在地理区域上的不同位置处的无线传感器装置发送同步信号。所述无线传感器装置被配置为被动地监测所述地理区域中的无线信号。所述无线传感器装置响应于接收到所述同步信号来收集无线源信号。各无线源信号包括来自所述地理区域中的无线源的射频发送(rf)发送。各无线源信号是由各个无线传感器装置在所述同步信号所指示的时间检测到的。所述数据分析系统接收无线源信号并且识别所述地理区域中的无线源的位置。所述位置是基于使三个以上的不同的无线频谱检查装置所收集到的无线源信号互相关来识别的。
在以下附图和说明书中详细阐述了一个或多个实现。根据说明书和附图以及权利要求书，其它特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
图1是示出可以识别无线源的位置的示例性无线频谱分析系统的框图。
图2是示出可以识别无线源的位置的示例性无线频谱分析系统的架构的框图。
图3是示出无线传感器装置的示例性分布的框图。
图4是示出与无线传感器装置相关联的示例性频谱检查(si)信息的框图。
图5是示出与无线传感器装置相关联的示例si信息的另一框图。
图6是示出示例性无线传感器装置的框图。
图7是示出无线传感器装置的示例性si信号路径的框图。
图8是示出无线传感器装置的另一示例性si信号路径的框图。
图9是示例性无线传感器装置的俯视图。
图10是图9的示例性无线传感器装置900的天线910a～910d的示例性天线轮廓的俯视图。
图11是另一示例性无线传感器装置的俯视图。
图12是示出无线传感器装置的示例性应用的框图。
图13是示出用以识别蜂窝连接装置的位置的示例性技术的框图。
图14是示出用以识别蜂窝连接装置的位置的另一示例性技术的框图。
图15是示出示例性无线信号源定位器系统的框图。
图16是示出用以识别rf源的位置的示例性技术的框图。
图17是示出示例性无线信号源定位器系统的框图。
图18是示出信号的多个路径的框图。
图19是示出作为多路径效应的结果的多个互相关峰值的图。
图20是示出多个小区中的无线传感器装置的示例性分布的框图。
图21是示出基于卫星信号的示例性同步源的框图。
各个附图中的相同附图标记表示相同元件。
具体实施方式
在这里描述的一些方面中，使用与公共同步源同步的分布式传感器网络来识别射频(rf)源的位置。在一些实现中，传感器网络被动地检测该源所发送的信号。例如，该源可以是访问蜂窝网络的无线服务的移动装置，并且该移动装置的位置可以使用并非蜂窝网络的一部分的传感器来识别。在一些情况下，(不是蜂窝网络的一部分的)传感器检测从移动装置向(是蜂窝网络的一部分的)蜂窝基站发送的信号，并且移动装置的位置根据所检测到的信号以及来自同步源的信息来识别。在一些实现中，同步源可以是基站(例如，发射同步或广播信道的基站)、全球导航卫星系统(gnss)定时基准、生成gnss兼容的定时基准信号的地基发射器、携带精确的定时基准的其它广播rf信号、或它们的组合。
在一些实现中，无线信号源定位器系统包括由一组无线传感器装置所形成的传感器网络。在一些实现中，传感器装置根据无线通信网络协议来检测从源发送的信号。例如，尽管传感器装置本身不是蜂窝网络的一部分，但是传感器装置可以检测蜂窝网络中所交换的信号。传感器装置所检测到的信号可以包括被源进行格式化以与蜂窝基站、wi-fi接入点或其它无线资源提供方进行无线通信的信号。
在一些实现中，该组传感器装置可以放置在具有已知坐标的地理区域中。各传感器装置可以接收并同步到该区域中的可用无线服务。在一些情况下，各传感器装置可以具有用于从定时同步源接收同步信号以进行坐标定位并获得精确定时的接收器。例如，传感器装置可以具有集成的gnss接收器。在一些情况下，同步信号可以是无线网络广播信号(例如，蜂窝下行链路帧或时隙边界)、gnss定时基准、生成gnss兼容的定时基准信号的地基发射器、或者提供网络定时同步的其它信号。
可以根据环境和信号强度，通过传感器网络中的一些或所有传感器来接收目标信号。该目标信号是由要定位的目标rf信号源所发送的信号。目标信号的示例包括移动装置(智能手机、移动终端等)通过蜂窝或wi-fi/蓝牙(bluetooth)所发送的rf信号、静止或移动的rf干扰源、未知或伪造的蜂窝基站、rf频谱的非法用户(业余无线电)、或者目标信号源所发送的其它信号。
在一些实现中，各传感器装置可以测量目标信号相对于定时同步源所提供的同步信号的到达时间，并且传感器装置各自可以从传感器网络公共的定时同步源访问同步信号。可以将来自各传感器装置的信息发送至数据分析系统。在一些实现中，数据分析系统是集中处理引擎或网络运行中心(noc)。在一些情况下，数据分析系统通过通信网络(例如，ip网络或其它类型的通信系统)来接收到达时间数据。数据分析系统可以将来自各传感器的测量与各传感器的已知坐标和定时源(在无线网络定时源的情况下)的已知坐标相结合，并形成非线性方程以计算目标信号源的未知位置。图13～20以及相关联的描述提供了示例性实现的附加详情。
在一些情况下，传感器装置的到达时间测量可能具有可能会导致目标源定位错误的误差。在测量中包括更多的传感器或者重复测量多次，然后对测量结果求平均，这样可以减小误差。
在一些实现中，这里描述的主题事项可以以能够提供技术优势的各种方式实现。例如，无线传感器装置可以是低成本装置。因此，区域中部署的无线传感器装置的数量可以显著高于同一区域中的基站数量。结果，定位的精度可以高得多。另外，无线传感器装置不是蜂窝网络的一部分，因此可以用于确定包括不是移动装置(例如，微波炉、无线电装置等)的无线源的任何种类的源的位置。
在这里描述的一些方面中，在空间和时间上对无线信号进行监测和分析。例如，可以从在地理区域中的各个位置处并行工作的多个无线传感器装置来聚集无线信号的参数。该地理区域可以相对较小或较大(例如，具有范围从数十或数百米到数千米的半径)，并且一般可以表示任何关注区域(例如，建筑物、城市街区、管辖区、人群、行业等)。在一些情况下，聚集的数据可以促进对频谱使用的真实且全面的分析，并且提供对地理区域中的无线频谱和其它资源的利用和质量的了解。
在一些实现中，监测并分析根据各种无线通信标准所格式化的无线信号。例如，无线传感器装置可以监测并分析如下的通信标准：诸如全球移动系统(gsm)和gsm演进的增强数据率(edge)或egprs等的2g标准；诸如码分多址(cdma)、通用移动电信系统(umts)和时分同步码分多址(td-scdma)等的3g标准；诸如长期演进(lte)和高级lte(lte-a)等的4g标准；诸如ieee802.11等的无线局域网(wlan)或wifi标准、蓝牙、近场通信(nfc)和毫米通信；以及这些无线通信标准中的多个或其它类型的无线通信标准。在一些实现中，监测并分析其它类型的无线通信(例如，非标准化信号和通信协议)。
在一些情况下，无线频谱使用数据和相关信息可以由各种实体收集或者被提供至(例如，出售、订阅、共享或以其它方式提供至)各种实体。例如，无线频谱使用数据可以由政府机构或监管当局(例如，联邦通信委员会(fcc)等)、标准开发组织(例如，第三代合作伙伴计划(3gpp)、电气电子工程师协会(ieee)等)、频谱权所有者和被许可方、无线服务提供商、无线装置和芯片制造商和供应商、无线服务的终端用户、或其它实体使用。
无线频谱使用数据和相关信息可以用于各种目的。例如，政府机构或监管当局可以使用该信息来更好地调节、控制和强制实施所分配或未分配的频谱使用权；标准开发组织可以使用该信息来选择工作频率并开发用以(例如，通过利用负载不高的频带并对拥塞的频带进行卸载)使频率负载均衡的标准；以及服务提供商可以使用该信息来优化或以其它方式改善系统硬件、软件、服务或基础设施。
利用更精确且更全面的频谱使用数据，可以设计有针对性的方案来改善无线频谱和其它资源的利用。在一些情况下，基于频谱权所有方和被许可方或者无线服务提供商所拥有或进行工作的频带的利用和质量，这些频谱权所有方和被许可方或者无线服务提供商可以设计、修改或以其它方式管理自身的频谱使用。例如，鉴于特定地理位置经受大量数据业务这一知识，无线服务提供商可以添加基站或者修改小区配置(例如，调节频率复用方案)以适应该地理位置中的大数据业务。作为另一示例，鉴于一天中的特定时间与其它时间相比经受更大量的数据业务这一知识，无线服务提供商可以设计用于鼓励高峰时间以外的时间内使用的促销或策略。
在一些示例中，无线频谱分析系统包括多个无线传感器装置和数据聚集系统。无线传感器装置可以分布在地理区域内的各个位置。无线传感器装置可以监测并分析各个位置处的rf频谱，并将信息发送至数据聚集系统。数据聚集系统可以用作聚集、编译并分析从无线传感器装置发送来的信息的中央后端系统。
在一些实现中，无线频谱分析系统以及个体无线传感器装置可以在频域、时域或两者中进行各种类型的分析。例如，无线传感器装置可以在频域、时域或两者中分析无线频谱。在一些情况下，无线传感器装置被配置为基于所检测到的信号来确定带宽、功率谱密度或其它频率属性。在一些情况下，无线传感器被配置为进行解调或其它操作以从时域中的无线信号提取内容(例如，无线信号中所包括的信令信息(例如，前导码、同步信息、信道条件指示、wifi网络的ssid/mac地址))。在一些情况下，无线传感器装置被配置为基于(例如来自无线源的)目标信号和(例如来自同步源的)同步信号来检测到达时间数据。
在一些示例中，无线频谱分析系统基于来自装置的频谱使用数据来提供频谱使用报告。可以将频谱使用报告提供给用户(例如，通过用户接口)，存储在数据库中(例如，为了分析或存档目的)，发送至订阅方或其它实体(例如，政府机构或监管当局、标准开发组织、频谱权所有方和被许可方、无线服务提供商等)，或者以其它方式输出。在一些情况下，频谱使用报告可以包括文本、数据、表格、图表、图形或无线频谱使用的其它表示。
在一些示例中，频谱使用报告可以包括频域信息、时域信息、空间域信息、或者这些信息与从分析无线传感器装置所检测到的无线信号中所获得的其它知识的组合。频谱使用报告可以包括基于来自不同位置的所有多个无线传感器装置的数据的全局信息和更高级别的知识。例如，频谱使用报告可以包括针对时间或空间的趋势、统计数据、模式、覆盖范围、网络性能或其它信息。在一些实现中，可以基于特定用户或实体的业务、偏好或其它属性来定制或自定义频谱使用报告。
在一些示例中，可以在地理区域内的区别位置处使用大量无线传感器装置以并行监测各区别位置处的无线信号。因此，可以同时或者在重叠时间段内检查各个位置处的rf信号，这样可以提供该地理区域内的无线信号的更精确且更全面的检查。在一些情况下，无线传感器装置例如通过针对宽频率范围“收听”或“观察”rf信号并且处理这些无线传感器装置所检测到的rf信号，来被动地监测这些无线传感器装置各自的位置处的无线信号。可能存在没有检测到rf信号的时间，并且在无线传感器装置的本地环境中检测到rf信号时，该装置可以(例如，间或地或连续地)处理这些rf信号。
在许多情况下，无线传感器装置可以检测由其它实体或系统或者在其它实体或系统之间(例如，在特定频率或频率集合上)发送来的无线信号、或者通过自然现象发送来的无线信号。这些无线信号的源、目的地、上下文和性质可以改变。因此，无线传感器可以监测各种系统、实体或现象的无线频谱使用，并且这里描述的系统不限于监测任何特定类型或种类的系统或协议。
在一些情况下，无线传感器装置可以被实现为成本相对低、紧凑且轻量的装置。在一些情况下，小型化和便携性可以扩大无线频谱分析系统的适用性并且增强其灵活性。在一些情况下，无线传感器装置可以放置于或者连接至蜂窝系统的微微/毫微微小区盒、wifi接入点或基站、交通工具、路由器、移动装置(例如，智能手机、平板电脑等)、计算机、物联网(例如，机器对机器(m2m))模块、线缆调制解调器盒、家庭用具电子盒(例如，tv、调制解调器、dvd、视频游戏站、膝上型电脑、厨房用具、打印机、照明器具、电话、时钟、调温器、火灾检测单元、co2检测单元等)、或其它地方。
在一些实现中，无线传感器装置可以现场对原始数据(例如，所检测到的rf信号)进行计算和分析，以提取相关信息的摘要(例如，频谱使用参数)。在一些实现中，代替向数据聚集系统发送原始数据，无线传感器装置发送从原始数据提取出的摘要，这样可以减少数据业务、降低功耗(在适用情况下可以延长电池寿命)并且提供其它优点。在一些情况下，可以例如根据请求或者在其它情况下将原始数据发送至数据聚集系统。
在一些实现中，无线传感器装置和数据聚集系统之间的通信例如可以基于互联网协议(ip)传输或者其它标准数据传输协议，从而可以提供更高效的数据传输。一般来说，可以随时从无线传感器装置向数据聚集系统发送消息。例如，该发送可以由所检测到的rf频谱的使用触发、由来自数据聚集系统的请求发起、根据预定安排或周期性间隔发送、或者采用其它方式。在一些情况下，聚集系统可以请求来自特定无线传感器装置的数据。
在一些示例中，可以从后端系统部署并控制无线传感器装置。例如，无线传感器装置可以在不要求现场的技术人员对该装置进行操作的情况下进行工作。在一些实现中，数据聚集系统或其它类型的中央控制系统可以执行控制操作，以例如配置并升级无线传感器装置。在一些情况下，控制系统可以请求配置信息或者在任何特定的无线传感器装置上运行内部测试。
在一些实现中，无线频谱分析系统可以识别无线信号源的位置。例如，无线传感器装置可以检测目标源所发送的目标信号，并将数据发送至数据聚集系统。数据聚集系统包括用于分析来自无线传感器装置的数据以确定目标源的位置的数据分析系统。
图1是示出可以识别无线源的位置的示例性无线频谱分析系统100的框图。图1所示的示例性无线频谱分析系统100包括无线传感器装置110和数据聚集系统115的网络。如图1所示，多个(例如，数十个、数百个或数千个)无线传感器装置110可以分布在包含一个或多个蜂窝网络的多个小区105的地理区域中，其中在各小区105中具有多个无线传感器装置110。在一些实现中，无线传感器装置110可以分布在其它地理区域(例如，不包括蜂窝网络的区域)中。无线传感器装置110可以彼此相同或相似，或者无线频谱分析系统100可以包括各种不同的无线传感器装置110。
如图1所示，各小区105包括一个或多个基站120，其中，该一个或多个基站120与蜂窝网络(例如，蜂窝语音网络、蜂窝数据网络等)中的用户设备(例如，蜂窝电话等)相互作用。各小区105通常包括单个基站120。通常，地理区域中的基站的密度是基于期望的小区覆盖范围来确定的，并且是在小区规划阶段计算出的，因此一旦部署了基础设施，则该密度保持相对固定。
基站120通常向广泛区域内(例如，在整个小区105内)的移动装置提供无线服务。如此，基站120需要足够的功率来在相对大的区域内发送信号，以例如提供令人满意的小区覆盖范围。基站通常使用具有10瓦至100瓦或更大的数量级的功耗的高功率处理器或高功率组件的阵列，并且可能需要冷却系统来维持基站的工作温度。由于这些原因和其它原因，基站经常是大型昂贵系统。例如，蜂窝基站经常包括安装在塔上的多个天线和塔的基部附近的具有电子器件的建筑物，并且在一些情况下，蜂窝基站的成本可能在$100000至$1000000以上的范围。
在所示的示例中，无线传感器装置110向数据聚集系统115提供数据。例如，无线传感器装置110可以通过ip网络、以太网或其它通信系统来向数据聚集系统115发送消息(例如，ip包、以太网帧等)。例如，除了基站120所支持的蜂窝网络以外(或者包括蜂窝网络)，无线频谱分析系统100可以利用现有通信和电力基础设施(例如，公共网络、私有网络、广域网等)。
示例性无线传感器装置110可以是各自监测并分析本地区域中的无线信号的模块化或独立装置。在一些情况下，无线传感器装置110被动地与蜂窝网络进行交互，而例如不(例如，向用户设备)提供蜂窝服务，不使用蜂窝网络的无线电资源，不支持基站120的操作，或者不以其它方式作为蜂窝网络的组件而工作。无线传感器装置110可以包括用于检测并分析无线信号的专用硬件(例如，定制电路、定制芯片组等)和专用软件(例如，信号处理和分析算法)。
在一些情况下，无线传感器装置110以低功耗(例如，平均约为0.1或0.2瓦以下)进行工作，并且它们可以相对较小且廉价。在一些情况下，各个无线传感器装置可以小于典型的个人计算机或膝上型计算机，并且可以在各种环境下进行工作。在一些情况下，无线传感器装置是可以安装在办公空间中、城市基础设施上、住宅区中、交通工具上或其它位置中的模块化便携式紧凑装置。在一些情况下，无线传感器装置可以以不到$100制造而成，尽管实际成本将发生变化。
在图1所示的示例中，无线传感器装置110在地理上比基站120分布得更为密集。如此，在一些情况下，无线传感器装置110可以以较高的定位分辨率和精度来检查无线频谱。作为特定示例，1000个无线传感器装置110可以放置在城市内的各个位置，其中各小区105的各区域内具有约50个无线传感器装置110，尽管实际数量将针对个体应用而发生变化。各无线传感器装置110驻留于区别位置(即，物理上与其它无线传感器装置110的位置可区分开的位置)。
地理区域中的无线传感器装置110的密度可以例如基于该地理区域的面积、人口、位置或其它因素来确定。例如，在一些情况下，市区的无线传感器装置110的密度可以高于郊区的无线传感器装置110的密度。在一些情况下，由于示例性无线传感器装置110的成本相对低和尺寸较小，因此其可以分布在小区105或其它关注区域的各处，以提供用于监测并分析整个区域各处的无线频谱使用的更为经济的解决方案。
在一些情况下，可以在系统结构和管理方面的灵活度高的情况下实现无线频谱分析系统100。例如，无线传感器装置110可以是能够相对容易地进行重新定位的便携式即插即用装置，并且可以在各种位置中进行工作。在一些示例中，无线传感器装置110具有标准通信接口(例如，以太网、wifi、usb等)，并且接受标准电力或者利用电池电力进行工作。因此，无线频谱分析系统100的配置(例如，无线传感器装置110的总数、密度和相对位置)可以适应各种环境，并且例如可以间或地进行修改或调整。
示例性数据聚集系统115可以接收从无线传感器装置110发送来的数据(包括测量值、相关信息的摘要等)，存储该数据(例如，存储在数据库中)，并且执行用于处理来自数据库的聚集数据以提取更高层信息的算法。更高层信息可以例如包括与无线传感器装置110相关联的无线信号源位置、趋势、统计数据、覆盖范围、网络使用、或者任何其它局部或全局信息。数据聚集系统115还可以控制无线传感器装置110的操作并且单独这些与无线传感器装置110进行交互，以例如提供同步数据、请求特定数据或者进行其它控制操作。
图2是示出可以用于定位rf源的示例性无线频谱分析系统200的架构的框图。无线频谱分析系统200可以表示图1中的无线频谱分析系统100、或其它无线频谱分析系统。示例性无线频谱分析系统200包括多个无线传感器装置110、ip网络220、以及主控制器230。无线频谱分析系统200可以包括附加或不同的组件。在一些实现中，无线频谱分析系统可以如图2所示或者以其它合适的方式进行布置。
在如图2所示的示例中，各无线传感器装置110被实现为空间坐标为(xi,yi,zi)的各个物理位置处的无线传感器装置，其中i在1～l(l是无线传感器装置110的数量)的范围内变化。在一些实现中，各无线传感器装置可以包括识别无线传感器装置的位置坐标的全球定位系统(gps)或者其它位置识别系统，或者可以以其它方式识别位置坐标。在一些实现中，各无线传感器装置具有唯一标识符，并且该标识符可以与位置标识符或位置坐标相关联。
示例性无线传感器装置可以监测并分析频域和时域这两者中的无线频谱，并且进行相关联地理位置处可用的无线通信服务的深入分析。例如，无线传感器装置可以在任何给定时间在无线传感器装置的位置附近的本地无线环境中检测rf信号。在一些情况下，无线传感器装置可以识别数据包和帧，提取同步信息、小区和服务标识符、以及rf信道的质量测量值(例如，信道质量指示(cqi))，并基于由无线传感器装置所检测到的rf信号的这些和其它控制信息以及业务数据来得出频谱使用参数和其它信息。rf信号的控制信息以及业务数据可以包括与诸如2ggsm/edge、3g/cdma/umts/td-scdma、4g/lte/lte-a、wifi、蓝牙等的无线通信标准相对应的物理和介质访问(mac)层信息。(例如，针对特定频率或特定带宽等的)频谱使用参数可以包括所检测到的rf信号的功率、所检测到的rf信号的信噪比(snr)、到达时间数据、所检测到的rf信号具有最大功率的频率、或者其它参数。在一些实现中，无线传感器装置可以识别rf干扰发射机和干扰源或者其它类型的信息。
在图2所示的示例中，通过数据聚集或中央控制系统(例如，主控制器230)来聚集来自无线传感器装置的数据(例如，到达时间数据或者其它信息)。在一些实现中，利用主控制器230通过例如经由ip网络(例如，ip网络220)接收从无线传感器装置发送的消息来聚集来自无线传感器装置的数据。在一些实现中，无线传感器装置经由本地网络(例如，本地因特网202或204)而连接至ip网络220。无线传感器装置可以通过本地有线网络214或无线网络212而连接至本地网络。有线网络214可以例如包括以太网、xdsl(x-数字用户线路)、光网络或其它类型的有线通信网络。无线网络212可以例如包括wifi、蓝牙、nfc或其它类型的本地无线网络。在一些实现中，一些无线传感器装置使用一个或多个广域网206而直接连接至ip网络220。广域网206可以例如包括蜂窝网络、卫星网络或其它类型的广域网。
示例性主控制器230可以包括在图1的数据聚集系统115或其它后端系统中。主控制器230可以是包括一个或多个计算装置或系统的计算系统。主控制器230或其组件中的任何组件可以位于数据处理中心、计算设施或其它位置。在所示的示例中，主控制器230可以远程控制无线传感器装置的操作。主控制器230的示例性功能可以包括：从一些或所有无线传感器装置聚集信息、升级无线传感器装置软件、监测无线传感器装置的状态等。例如，主控制器230可以包括软件更新模块234或者连接至软件更新模块234。在一些情况下，软件更新模块234可以接收无线传感器装置软件232的更新，并且将软件更新推送至无线传感器装置。
在图2所示的示例中，主控制器230可以例如基于无线传感器装置的位置或状态、其相邻的无线传感器装置或其它因素，将无线传感器装置置于一个或多个校准或测试模式，重置无线传感器装置内的各个元件，或者根据需要对任何个体无线传感器装置进行配置。在一些示例中，无线传感器装置的状态可以包括：(i)无线传感器装置的温度；(ii)无线传感器装置的当前功耗；(iii)从无线传感器装置流回主控制器230的数据速率；(iv)无线传感器装置周围的本地wifi信号的信号强度、ssid、或者mac地址；(v)(例如，无线传感器装置中的内部gps单元所检测到的)无线传感器装置的位置；(vi)提供与无线传感器装置或者其周围的无线传感器装置的状态有关的信息的信号(例如，通过网络传输的ip包、控制信令)。主控制器230可以监测无线传感器装置的附加或不同状态。
在一些实现中，主控制器230可以包括或者连接至通信系统，其中该通信系统用于接收从无线传感器装置发送来的频谱检查信息(例如，到达时间数据、各频谱使用参数的空间和时间坐标、无线传感器装置的状态等)。主控制器230可以包括或者连接至数据分析系统236，其中该数据分析系统236可以聚集(例如，收集、编译或以其它方式管理)来自多个无线传感器装置的频谱检查信息、并基于来自无线传感器装置的频谱使用参数来生成地理区域的频谱使用报告。
在一些情况下，可以在数据接口238上呈现频谱使用报告，以向用户呈现无线传感器装置的各个位置的无线频谱的使用、质量或其它信息。例如，频谱使用报告可以表示在rf频谱内的多个带宽中的各带宽中所检测到的无线业务水平、针对多个无线通信标准所检测到的无线业务水平、地理区域中的无线频谱使用的空间和时间分布、或者其它信息。业务水平可以例如包括吞吐量、数据速率、峰值和谷值、或者频谱使用信息的其它统计量(例如，平均值和方差)。频谱使用报告可以例如包括示出所检测到的无线业务水平vs空间和时间的表格、图表和图。例如，频谱使用报告可以包括示出地理区域中的无线频谱使用的空间分布的图或地图(例如，如图3～5所示)。频谱使用报告可以包括示出无线频谱使用的时间分布或趋势的(例如，示出一天、一个月或一年中的峰值、平均值和谷值业务量的)柱状图或表格。频谱使用报告可以指示出地理区域中的发送无线信号的无线源的位置。这些位置可以被表示为坐标、测绘图等。
在一些实现中，数据分析系统236可以分析实时数据、历史数据或两者的组合，并确定地理区域的频谱使用参数。例如，数据分析系统236可以确定无线传感器装置所接收到的无线信号的源位置，并且所生成的频谱使用报告可以包括源位置的指示。
图3和4示出地理区域中的无线频谱使用的示例性空间和时间分布的方面；图5示出用于确定源位置的示例性技术的方面。在一些情况下，相似或相关的信息可以包括在主控制器230所生成的频谱使用报告中，并显示给用户。在一些实现中，频谱使用报告可以包括频谱使用信息的附加或不同的表示。
图3是示出无线传感器装置的示例性空间分布的框图300。如图3所示，各无线传感器装置具有地理位置(xi，yi，zi)，并且可以监测并分析各自的地理位置(xi，yi，zi)处的无线频谱。各无线传感器装置可以向数据聚集系统(例如，图2中的主控制器230)发送频谱检查(si)信息。si信息可以例如包括频谱数据(例如，频谱使用参数)、目标信号的到达时间数据、各频谱使用参数的位置和时间信息、无线传感器装置的状态信息、或者其它信息。例如，位置和时间信息可以包括无线传感器装置的空间坐标(例如，(xi，yi，zi)或其它坐标)以及获得各频谱使用参数的时间坐标(例如，一天中的时间)。示例性框图300示出无线传感器装置的空间坐标，并且用作地理区域中的无线传感器装置的示例性空间分布的地图。在一些实现中，可以将各无线传感器装置的si信息叠加到图300上并且例如显示给用户。
图4是示出与图3所示的无线传感器装置相关联的示例性si信息410的框图400。在图4所示的示例中，可以在与无线传感器装置各自的空间坐标邻接的位置或这些空间坐标的上方显示示例性si信息410。所显示的si信息410可以包括上述的一些或所有类型的si信息。例如，可以显示频谱使用参数中的一个或多个。在一些实现中，还可以显示各频谱使用参数的时间坐标。该信息对于各个有区别的无线传感器装置可以相同、相似或不同。由于可以在中央位置(例如，主控制器230)处聚集si信息410，因此可以对多个无线传感器装置的si信息410进行相关、比较、插值或其它操作，以得出更多信息。例如，可以基于能够检测源信号的无线传感器装置的si信息来确定源信号的相对位置。可以得出附加或不同的信息。
图5是示出与图3所示的无线传感器装置相关联的示例性si信息的另一框图500。在该示例中，将一个或多个频率处检测到的信号功率显示为针对各位置处的各无线传感器装置的示例性si信息。将位置(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)以及(x4，y4，z4)处的频率为f的信号的测量功率分别表示为p信号,1510、p信号,2520、p信号,3530和p信号,4540。基于多个无线传感器装置的测量功率水平，可以例如利用(例如，中央控制器的)数据分析系统自动估计频率为f的信号505的源位置。例如，可以基于以无线传感器装置的位置(例如，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)以及(x4，y4，z4))为中心的多个圆弧的交点来确定信号505的源位置。可以基于p信号,1510、p信号,2520、p信号,3530和p信号,4540、与多个无线传感器装置各自有关的本地环境中的各路径损耗、阴影效应或者其它传播条件来确定各圆弧的半径。因此，可以在示例性地图上精确定位并示出rf信号的源位置以供可视化。还可以基于如下所述的同步信号来识别源位置。
图6是示出示例性无线传感器装置600的框图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图6所示的示例性无线传感器装置600、或者其它类型的无线传感器装置。示例性无线传感器装置600包括壳体610、rf接口612、电源管理子系统620、信号分析子系统(例如，si子系统630等)、cpu640、存储器650、通信接口、输入/输出接口642(例如，usb连接)、gps接口648、以及一个或多个传感器(例如，诸如指南针或陀螺仪等的3d取向传感器644、温度传感器等)。无线传感器装置600可以包括附加或不同的组件和特征，并且无线传感器装置的特征可以如图6所示或者以其它合适的配置进行布置。
在一些实现中，壳体610可以是容纳无线传感器装置600的rf接口612、电源管理子系统620、信号分析子系统、通信接口以及其它组件的便携式壳体。该壳体可以由塑料、金属、复合物、或者这些和其它材料的组合制成。壳体可以包括通过模制、机械加工、挤压或其它类型的工艺制造而成的组件。在一些实现中，无线传感器装置600可以连接至其它装置(例如，蜂窝系统的微微/毫微微小区盒、wifi接入点或基站、交通工具、路由器、移动装置、调温器等)，或与该其它装置集成。例如，无线传感器装置600的壳体610可以安装至、并入或以其它方式连接到其它装置。可选地，壳体610可以是仅容纳无线传感器装置600的组件的专用壳体。
在一些实现中，壳体610以及壳体610内部的组件的设计和布置可以被优化或以其它方式配置，以监测并分析无线信号。例如，可以针对检测并分析rf信号来优化这些组件的尺寸、取向和相对位置，并且该装置可以在容纳所有必要的组件的情况下是紧凑型的。在一些情况下，壳体610的数量级例如可以是10×10×4cm3，或者可以使用其它尺寸的壳体。
在一些实现中，rf接口612被配置为在无线传感器装置600周围的局部无线环境中检测rf频谱的多个带宽中的rf信号。rf接口612可以包括天线系统和被配置为在各个带宽中处理rf信号的多个无线电路径。在图6所示的示例中，rf接口612包括天线622a、rf无源元件624、rf有源元件626和无源元件628。rf无源元件624可以例如包括匹配元件、rf开关和滤波器。rf有源元件626可以例如包括rf放大器。rf有源元件626之后的无源元件628可以例如包括滤波器、匹配元件、开关和平衡-不平衡转换器(balun)。
在一些示例中，信号分析子系统可以被配置为基于rf信号和同步信号来识别到达时间数据。信号分析子系统可以包括无线电、数字信号处理器(dsp)、存储器、以及用于提取频谱参数并分析rf频谱的其它组件。在一些实现中，rf接口612和信号分析子系统的组合可以被称为频谱检查(si)信号路径，针对图7更详细地说明该si信号路径。
无线传感器装置600的通信接口可以被配置为向远程系统(例如，图2的主控制器230)发送频谱使用参数或其它si信息。通信接口可以包括一个或多个无线接口632(例如，wifi连接、蜂窝连接等)、至本地网络的有线接口646(例如，以太网连接、xdsl连接等)、或者其它类型的通信链路或信道。通信接口可以共享和复用共通的天线(例如，使用天线阵列)，或者这些通信接口各自可以具有有区别的专用天线。
无线接口632和有线接口646各自可以包括用以与局域网或广域网进行通信的调制解调器。例如，无线接口632和有线接口646可以经由局域网或广域网来向数据聚集系统(例如，图2的主控制器230)发送si信息，并从数据聚集系统接收控制信息(例如，软件更新)。在一些实现中，无线传感器装置可以配备有通信接口中的任一个或两者。有线接口646可以使得示例性无线传感器装置600能够利用(例如，建筑物中的)现有的有线通信基础设施和有线通信的大传输容量(例如，由光网络提供的大带宽、先进的数字用户线路技术等)。无线接口632可以增强示例性无线传感器装置600的移动性和灵活性，使得无线传感器装置600可以使用蓝牙、wifi、蜂窝、卫星或其它无线通信技术在各个位置和时间传送si信息。
在一些实现中，无线接口632和rf接口612可以共享硬件或软件组件(或两者)。在一些实现中，无线接口632和rf接口612可以单独地实现。在一些实现中，rf接口612主要负责信号接收而不是发送，并且rf接口612可以利用专用低功率电路来实现，因而降低了无线传感器装置600的整体功耗。
电源管理子系统620可以包括用于向无线传感器装置600提供电源并且管理无线传感器装置600的电源的电路和软件。在一些实现中，电源管理子系统620可以包括电池接口以及一个或多个电池(例如，可再充电电池、具有嵌入式微处理器的智能电池、或者不同类型的内部电源)。电池接口可以连接到调节器，其中该调节器可以辅助电池向无线传感器装置600提供直流电力。如此，无线传感器装置600可以包括自备电源，并且可以在任意位置处使用而无需其它外部能量源。附加地或可选地，电源管理子系统620可以包括用于从外部源(例如，交流电源、适配器、转换器等)接收电力的外部电源接口。如此，无线传感器装置600可以插入到外部能量源中。
在一些实现中，电源管理子系统620可以监督并管理无线传感器装置600的功耗。例如，电源管理子系统620可以监测无线传感器装置600的rf接口612、通信接口、cpu640、以及其它组件的功耗，并且例如将无线传感器装置600的功耗状态报告给中央控制器。在一些实现中，无线传感器装置600可以被设计为具有低功耗，并且电源管理子系统620可以被配置为在功耗超过阈值的情况下向中央控制器发送警报或者干预无线传感器装置600的操作。电源管理子系统620可以包括附加或不同的特征。
cpu640可以包括例如能够执行指令以管理无线传感器装置600的操作的一个或多个处理器、或者其它类型的数据处理设备。cpu640可以进行或者管理针对图1～5所述的无线传感器装置的操作中的一个或多个。在一些实现中，cpu640可以是si子系统630的一部分。例如，cpu640可以处理、计算和以其它方式分析(例如，来自rf接口612的)测得的无线频谱数据。在一些情况下，cpu640可以执行或解释存储器650中所包含的软件、脚本、程序、功能、可执行程序或其它模块。
输入/输出接口642可以连接至输入/输出装置(例如，usb闪速驱动器、显示器、键盘或者其它输入/输出装置)。输入/输出接口642可以辅助例如无线传感器装置600和外部存储器或显示装置之间的经由诸如串行链路、并行链路、无线链路(例如，红外、射频等)或者其它类型的链路等的通信链路的数据传输。
存储器650可以例如包括随机存取存储器(ram)、存储装置(例如，可写只读存储器(rom)等)、硬盘或者其它类型的存储介质。存储器650可以存储与无线频谱分析系统中的无线传感器装置600、主控制器以及其它组件的操作相关联的指令(例如，计算机代码)。存储器650还可以存储可以由无线传感器装置600上所运行的一个或多个应用程序或虚拟机所解释的应用数据和数据对象。存储器650可以例如存储无线传感器装置600的位置数据、环境数据和状态数据、无线频谱数据以及其它数据。
在一些实现中，可以通过从其它源(例如，经由数据网络从中央控制器、从cd-rom、或者以其它方式从其它计算机装置)加载程序，来对无线传感器装置600进行编程或更新(例如，重新编程)。在一些情况下，中央控制器根据预定安排或者以其它方式在软件更新变得可用时将这些更新推送至无线传感器装置600。
图7是示出示例性频谱检查(si)信号路径700的框图。si信号路径700包括rf接口710(例如，表示为无线电路径a)和频谱分析子系统705。图6的无线传感器装置600的rf接口612可以被实现为图7中的示例rf接口710或者以其它方式实现。图6的无线传感器装置600的si子系统630可以被实现为图7中的示例频谱分析子系统705或者以其它方式实现。在一些情况下，si信号路径700可以进行用于监测并分析无线信号所需的所有操作。例如，si信号路径700可以执行典型的无线接收器诸如解调、均衡、信道解码等的功能。si信号路径700可以支持各种无线通信标准的信号接收，并且访问用于分析无线信号的频谱分析子系统705。
在所示的示例中，rf接口710可以是用于检测并处理rf信号的宽带或窄带前端芯片组。例如，rf接口710可以被配置为在无线通信标准的一个或多个频带的宽频谱或者在特定频带内的窄频谱中检测rf信号。在一些实现中，si信号路径700可以包括一个或多个rf接口710以覆盖关注频谱。针对图8描述这种si信号路径的示例性实现。
在图7所示的示例中，rf接口710包括一个或多个天线722、rf多路复用器720或功率合成器(例如，rf开关)、以及一个或多个信号处理路径(例如，“路径1”730、…、“路径m”740)。天线722可以是多端口天线或单端口天线。天线722可以包括全向天线、定向天线、或者这两者中的各一个或多个的组合。天线722连接至rf多路复用器720。在一些实现中，rf接口710可以被配置为使用一个或多个天线722，以基于单输入单输出(siso)、单输入多输出(simo)、多输入单输出(miso)或者多输入多输出(mimo)技术来检测rf信号。
在一些实现中，无线传感器装置的本地环境中的rf信号可以由天线722拾取，并被输入到rf多路复用器720中。根据需要分析的rf信号的频率，从rf多路复用器720输出的信号702可以路由至处理路径(即，“路径1”730、...、“路径m”740)其中之一。这里，m是整数。各路径可以包括有区别的频带。例如，“路径1”730可以用于1ghz和1.5ghz之间的rf信号，而“路径m”可以用于5ghz和6ghz之间的rf信号。多个处理路径可以分别具有中心频率和带宽。多个处理路径的带宽可以是相同或不同的。两个相邻处理路径的频带可以重叠或不相交。在一些实现中，可以基于不同的无线通信标准(例如，gsm、lte、wifi等)所分配的频带来分配或以其它方式配置处理路径的频带。例如，可以配置为使得各处理路径负责检测特定无线通信标准的rf信号。作为示例，“路径1”730可以用于检测lte信号，而“路径m”740可以用于检测wifi信号。
各处理路径(例如，“处理路径1”730、“处理路径m”740)可以包括一个或多个rf无源元件和rf有源元件。例如，处理路径可以包括rf多路复用器、一个或多个滤波器、rf解多路复用器、rf放大器和其它组件。在一些实现中，从rf多路复用器720输出的信号702、702m可以应用于处理路径中的多路复用器(例如，“rf多路复用器1”732、...、“rf多路复用器m”742)。例如，如果选择“处理路径1”730作为信号702的处理路径，则信号702可以被馈送到“rf多路复用器1”732。rf多路复用器可以在来自第一rf多路复用器720的信号702和由频谱分析子系统705所提供的rf校准(cal)音调738之间进行选择。“rf多路复用器1”732的输出信号704可以进入滤波器(滤波器(1,1)734a、…、滤波器(1,n)734n，其中n是整数)其中之一。滤波器进一步将处理路径的频带划分成较窄的关注频带。例如，“滤波器(1,1)”734a可以应用于信号704以产生滤波信号706，并且滤波信号706可以应用于“rf解多路复用器1”736。在一些情况下，可以在rf解多路复用器中放大信号706。然后，可以将放大后的信号708输入到频谱分析子系统705中。
同样地，如果选择“处理路径m”740作为信号702m的处理路径，则信号702m可以被馈送到“rf多路复用器m”742。rf多路复用器可以在来自第一rf多路复用器720的信号702m和由频谱分析子系统705所提供的rf校准(cal)音调748之间进行选择。“rf多路复用器m”742的输出信号可以进入滤波器(滤波器(m,1)744a、…、滤波器(m,n)744n，其中n是整数)其中之一。在一些情况下，可以在rf解多路复用器746中放大滤波器的输出信号。然后，可以将放大后的信号708m输入到频谱分析子系统705中。
频谱分析子系统705可以被配置为将检测到的rf信号转换为数字信号，并且基于检测到的rf信号来进行用以识别信息的数字信号处理。频谱分析子系统705可以包括一个或多个si无线电接收(rx)路径(例如，“si无线电rx路径1”750a、“si无线电接收路径m”750m)、dsp频谱分析引擎760、rf校准(cal)音调生成器770、前端控制模块780、以及i/o790。频谱分析子系统705可以包括附加或不同的组件和特征。
在所示的示例中，将放大后的信号708输入到“si无线电rx路径1”750a中，其中该“si无线电rx路径1”750a将信号708降频为基带信号并应用增益。然后，可以经由模数转换器来对降频信号进行数字化。数字化信号可以被输入到dsp频谱分析引擎760中。dsp频谱分析引擎760例如可以(例如，基于无线通信标准的规范)识别数字信号中所包括的包和帧，读取嵌入在数字信号中的前导码、头部、或者其它控制信息，并且确定一个或多个频率处或带宽上的信号的信号功率和snr、信道质量和容量、业务水平(例如，数据速率、重传率、延迟、丢包率等)或其它频谱使用参数。例如，dsp频谱分析引擎760的输出(例如，频谱使用参数)可以应用到i/o790并进行格式化，以经由无线传感器装置的一个或多个通信接口来向数据聚集系统发送频谱使用参数。
rf校准(cal)音调生成器770可以生成用于诊断和校准无线电rx路径(例如，“无线电rx路径1”750a、…、“无线电rx路径m”750m)的rf校准(cal)音调。例如，可以针对线性和带宽来校准无线电rx路径。
图8是示出无线传感器装置的si信号路径800的另一示例性实现的框图。在一些情况下，si信号路径可以包括连接到多个不同天线的多个rf接口(无线电路径)。在图8所示的示例中，si信号路径800包括各自连接到频谱分析子系统830的无线电路径a810和无线电路径b820。无线电路径a810和无线电路径b820可以以与图7的rf接口或者无线电路径a相似的方式配置，或者无线电路径a810和无线电路径b820可以以其它方式配置。无线电路径a810和无线电路径b820可以具有相同或不同的配置，从而例如针对无线频谱监测和分析覆盖相同或不同的频带。
图9是示例性无线传感器装置900的俯视图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图9所示的示例性无线传感器装置900、或者被实现为其它类型的无线传感器装置。图9中的示例性无线传感器装置900可以包括图6～7所示的一些或所有特征，或者图9中的无线传感器装置900可以包括更少的、附加或不同的特征。无线传感器装置900可以包括例如连接到无线传感器装置900的壳体内的一个或多个rf接口的一个或多个天线。例如，示例性无线传感器装置900的天线可以是图6的天线622a～622c或者图7的天线722。
天线可以策略性地设置在无线传感器装置900上以接收rf信号。图9所示的示例性无线传感器装置900包括放置于相对于无线传感器装置900的中心彼此相差90度的位置的四个天线910a～910d。在一些情况下，例如，可以基于天线的总数、天线轮廓、无线传感器装置900的位置和取向、或者其它因素而以不同的分离程度、取向或位置来设置天线。
图10是图9的示例性无线传感器装置900的天线910a～910d的示例性天线轮廓的俯视图1000。在图10所示的示例中，天线910a～910d分别具有各自的天线轮廓或图案920a～920d。天线轮廓920a～920d可以是相同或不同的。例如，可以基于关注频率或频带、期望天线增益或其它因素来选择或以其它方式配置天线轮廓920a～920d。
图11是另一示例性无线传感器装置1100的俯视图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图11所示的示例性无线传感器装置1100，或者被实现为其它类型的无线传感器装置。图11中的示例性无线传感器装置1100可以包括图6～10所示的一些或所有特征，或者图11中的无线传感器装置1100可以包括更少的、附加的或不同的特征。
无线传感器装置1100包括该无线传感器装置1100上的四个天线1110a～1110d和基准方向指示器1105。在一些情况下，天线1110a-1110d是根据基准方向指示器1105而相对于基本方向或其它坐标系统来取向或配置的。在图11所示的示例中，基准方向指示器1105沿着北向指南针方向来取向。可以使用其它基准方向。可以识别天线1110a～1110d的取向和位移，并且在一些情况下，可以相对于基准方向指示器1105来调节天线1110a～1110d的取向和位移。
在一些实现中，无线传感器装置可以是便携式模块化装置。例如，一些无线传感器装置可以是可移动的或者可重新配置的，以便(例如，串联地)用在多个位置，而不必实质解构或拆卸该装置。在一些情况下，无线传感器装置可彼此互换，使得无线传感器装置的网络可以方便地升级、扩展、定制或以其它方式进行修改。
在一些情况下，无线传感器装置可以由一个或多个操作者例如通过定位装置并将该装置连接到标准电源和数据链路来进行安装。在一些情况下，无线传感器装置可以利用紧固件(例如，螺钉、螺栓、插销、接合剂等)而固定于适当位置，或者无线传感器装置可以在自由位置停留(例如，无需利用紧固件)。在一些情况下，无线传感器装置可以在各种位置和环境中进行工作。作为示例，一些无线传感器装置可以安装在交通工具(例如，小汽车、公共汽车、火车、轮船等)中，其中在该位置，无线传感器装置可以在运动中监测和分析频谱。在其它示例中，无线传感器装置可以安装在交通基础设施、通信基础设施、电力基础设施、专用不动产、工业系统、城市或商业建筑物、住宅区和其它类型的位置中。
图12是示出无线传感器装置1210的示例性应用的框图1200，其中无线传感器装置1210安装在公共汽车1220上。无线传感器装置1210可以在公共汽车1220移动时记录其变化的地理位置，监测各位置处的无线信号，并且向中央控制器发送频谱检查信息。在一些实现中，无线传感器装置1210可以被配置为监测并分析公共汽车1220上的乘客所使用的频谱。例如，无线传感器装置1210可以检测乘客所使用的手机的标识符，检测乘客的手机所发送和接收的蜂窝或wifi信号，并且得出特定于公共汽车1220内或周围所发生的rf业务的频谱使用参数。无线传感器装置1210可以以其它方式配置。在一些情况下，无线传感器装置1210可以利用公共汽车1220的电源和通信能力，或者无线传感器装置1210可以包括独立的电源和通信能力。
图13是示出用于识别蜂窝连接装置的位置的示例性技术的框图1300。如图13所示，框图1300包括位于具有空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(xn，yn，zn)的位置处的多个无线传感器装置1310，其中n是传感器网络中的第n个传感器装置。框图1300还包括位于(xb，yb，zb)处的基站1302以及位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标移动装置1304。
在所示的示例中，目标移动装置1304和基站1302在相同的蜂窝网络中进行工作。根据蜂窝网络标准，基站1302可以向小区中的一个或多个移动装置发送广播信道信号。目标移动装置1304可以接收广播信道信号并且发送接入信道信号，以与基站1302连接并获得蜂窝网络服务。在一些情况下，例如，如果蜂窝网络是lte网络，则接入信道信号可以是随机接入信道(rach)请求。在一些情况下，rach请求可以与在目标移动装置1304处接收到的广播信道信号同步。例如，rach请求可以在时间上与帧的边缘(例如，图13所示的帧1)对准。在一些情况下，基站1302可以在发送了广播信道信号之后的时间δτb接收rach。
在一些实现中，无线传感器装置1310可以被动地监测以多个有区别的蜂窝网络标准中的任意标准进行工作的蜂窝网络中所发送的信号。例如，无线传感器装置1310可以监测蜂窝网络信号，而无需请求来自蜂窝网络的服务并且无需向蜂窝网络发送数据。在一些情况下，无线传感器装置1310可以识别蜂窝网络所使用的无线通信协议和上行链路/下行链路频率。无线传感器装置1310可以接收广播信道和rach两者。无线传感器装置1310可以计算这两个信号之间的时间差(在图13中表示为δτi)，其中i是无线传感器装置1310的索引，且i＝1，2，3...n。无线传感器装置1310还可以确定基站1302的位置。例如，无线传感器装置1310可以检测基站1302的唯一标识符，并且从公开可用的数据库确定基站1302的位置。无线传感器装置1310可以将时间差δτi发送至数据分析系统(例如，图2中的主控制器230)。在一些情况下，一个或多个无线传感器装置1310可以接收基站1302对于目标移动装置1304所发送的rach请求的应答。该应答可以包括rach请求到达和基站1302的下行链路帧边界之间的时间偏移，即δτb。无线传感器装置1310可以将δτb作为附加的到达时间测量值发送至数据分析系统，以提高位置确定的精度。在一些情况下，无线传感器装置1310还可以将其自身的位置、基站的位置及它们的组合发送到数据分析系统。
在一些实现中，数据分析系统可以形成基于从无线传感器装置1310接收到的时间差δτi的非线性方程组。例如，无线传感器装置1310、基站1302和目标移动装置1304的位置可以用以下向量表示：
非线性方程组可以包括基于时间差δτi的n个方程。以下表示方程的示例：
其中c是光速。
然后，数据分析系统可以对非线性方程组进行求解，并确定目标移动装置1304的位置，即
图14是示出用于识别蜂窝装置的位置的另一示例性技术的框图1400。如图14所示，框图1400包括位于具有空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(xn，yn，zn)的位置处的多个无线传感器装置1410，其中n是传感器网络中的第n个传感器装置。框图1400还包括位于(xb，yb，zb)处的基站1402以及位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标移动装置1404。
在所示的示例中，目标移动装置1404和基站1402在相同的蜂窝网络中进行工作。根据蜂窝网络标准，基站1402可以向小区中的一个或多个移动装置发送广播信道信号。目标移动装置1404可以接收广播信道信号并且向基站1402发送上行链路信号。在一些情况下，上行链路信号可以由在时域中具有已知周期属性的目标移动装置1404来发送。例如，根据蜂窝网络标准，上行链路信号可以与时隙、帧，训练序列或导频序列或其组合对准。在一些情况下，例如，如果蜂窝网络是lte网络，则可以在时隙中发送上行链路信号。在一些情况下，目标移动装置1404可以调整上行链路信号的发送时间，使得在基站1402处接收到的上行链路信号与基站1402所发送的广播信道对准。例如，如图14所示，目标移动装置1404可以在所接收到的广播信道帧的帧边界(例如，帧1)之前的δτs处发送上行链路信号。在一些情况下，上行链路信号可以是rach请求。
在一些实现中，无线传感器装置1410可以被动地监测以多个有区别的蜂窝网络标准中的任意标准进行工作的蜂窝网络中所发送的信号。例如，无线传感器装置1410可以监测蜂窝网络信号，而无需请求来自蜂窝网络的服务并且无需向蜂窝网络发送数据。在一些情况下，无线传感器装置1410可以识别蜂窝网络所使用的无线通信协议和上行链路/下行链路频率。无线传感器装置1410可以接收广播信道和上行链路信号两者。在一些情况下，一个或多个无线传感器装置1410可以判断为上行链路信号是以预定发送图案发送的。无线传感器装置1410可以将该判断报告给数据分析系统。在一些实现中，数据分析系统可以向无线传感器装置1410发送命令以计算并报告时间差。
无线传感器装置1410可以计算广播信道信号和上行链路信号之间的时间差(在图14中表示为δτi)，其中i是无线传感器装置1410的索引，且i＝1，2，3...n。无线传感器装置1410还可以确定基站1402的位置。例如，无线传感器装置1410可以检测基站1402的唯一标识符，并且从公开可用的数据库确定基站1402的位置。无线传感器装置1410可以将时间差δτi发送至数据分析系统(例如，图2中的主控制器230)。在一些情况下，基站1402可以在下行链路消息中向目标移动装置1404发送δτs(例如，lte网络中的时间提前值)。一个或多个无线传感器装置1410可以接收下行链路消息并将δτs作为附加的到达时间测量值发送至数据分析系统，以提高位置确定的精度。在一些情况下，无线传感器装置1410还可以将其自身的位置、基站的位置及它们的组合发送到数据分析系统。
在一些实现中，数据分析系统可以形成基于从无线传感器装置1410接收到的时间差δτi的非线性方程组。例如，无线传感器装置1410、基站1402和目标移动装置1404的位置可以用以下向量表示：
非线性方程组可以包括基于时间差δτi的n个方程。以下表示方程的示例：
其中c是光速。
然后，数据分析系统可以对非线性方程组进行求解，并确定目标移动装置1404的位置，即
在一些实现中，数据分析系统可以向传感器网络中的无线传感器装置1410发送命令。该命令可以指示无线传感器装置1410与公共定时同步源同步。公共同步源可以是发射同步或广播信道的基站、全球导航卫星系统(gnss)定时基准、生成gnss兼容的定时基准信号的地基发射器、携带精确的定时基准的任何其它广播rf信号、或它们的任何组合。数据分析系统可以指示无线传感器装置1410计算目标信号(例如，目标移动装置1404所发送的上行链路信号)相对于公共定时同步源的到达时间。无线传感器装置1410可以将计算出的值报告给数据分析系统。数据分析系统可以基于所报告的值而形成如上所述的一组类似的方程，并且确定目标移动装置1404的位置。
图15是示出示例性无线信号源定位器系统1500的框图。无线信号源定位器系统1500可以表示图1的无线频谱分析系统100、或者可以识别无线信号源的位置的其它无线频谱分析系统。无线信号源定位器系统1500包括多个无线传感器装置1510、ip网络1520、主控制器1530和数据分析模块1532。如图所示，无线信号源定位器系统1500还包括基站1502和目标移动装置1504。无线信号源定位器系统1500可以包括附加或不同的组件。在一些实现中，无线信号源定位器系统可以如图15所示或者以其它合适的方式配置。
如图15所示，各无线传感器装置1510位于各自具有空间坐标(xi，yi，zi)的物理位置处，其中i从1到n变化。如先前所讨论的，各无线传感器装置1510可以被动地监测位于空间坐标(xb，yb，zb)处的基站1502以及位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标移动装置1504所发送的无线信号。无线传感器装置1510可以计算基站1502所发送的广播信道信号和目标移动装置1504所发送的rach信号之间的时间差(在图15中表示为δτi)，其中i是无线传感器装置1510的索引，且i＝1，2，3...n。无线传感器装置1510可以将δτi发送至数据分析系统。
如图15所示，数据分析系统可以包括主控制器1530和数据分析模块1532。在一些实现中，无线传感器装置1510可以通过ip网络(例如，ip网络1520)将时间差值δτi发送至数据分析系统。在一些实现中，无线传感器装置1510经由局部网而连接至ip网络1520。在一些实现中，一些无线传感器装置1510使用一个或多个广域网而直接连接至ip网络1520。
示例性主控制器1530可以包括在图1的数据聚集系统115或其它后端系统中。主控制器1530可以是包括一个或多个计算装置或系统的计算系统。主控制器1530或其组件的任何组件可以位于数据处理中心、计算设施或其它位置处。在所示的示例中，主控制器1530可以远程控制无线传感器装置1510的操作。主控制器1530的示例性功能可以包括：聚集来自一些或所有无线传感器装置1510的信息、升级无线传感器装置1510的软件、并且监测无线传感器装置1510的状态。例如，主控制器1530可以将软件更新发送至一些或所有无线传感器装置1510。在一些实现中，如先前所述，主控制器1530可以发送命令以指示无线传感器装置1510与公共定时同步源同步。主控制器1530还可以指示无线传感器装置1510计算目标信号相对于公共定时同步源的到达时间。
在一些实现中，主控制器1530可以包括数据分析模块1532，或者如图15所示那样连接至数据分析模块1532。数据分析模块1532可以聚集(例如，收集、编译或以其它方式管理)来自多个无线传感器装置1510的时间差值δτi，并且确定目标移动装置1504的位置。在一些实现中，数据分析模块1532可以分析实时数据、历史数据或两者的组合，并且确定地理区域的位置。
在图13、14和15所示的示例中，无线传感器装置(1310、1410、1510)分布在地理区域内的有区别的位置，并且无线传感器装置被动地监测地理区域中的无线通信网络信号。图13、14和15所示的示例性无线通信网络信号是由移动装置(1304、1404、1504)和基站(1302、1402、1502)所生成的并根据蜂窝网络标准(例如，3g、lte等)所格式化的信号；但是无线传感器装置可以监测其它类型的无线通信网络信号。例如，无线传感器装置可以监测根据其它类型的无线通信网络协议(例如，wifi、蓝牙等)所格式化的信号。
各无线传感器装置(1310、1410、1510)被配置为从地理区域中的移动装置接收装置信号。在图13、14和15所示的示例中，该装置信号可以是由移动装置(1304、1404、1504)生成的用于发送至基站的rach信号、上行链路信号、或者其它信号。各无线传感器装置(1310、1410、1510)还被配置为从同步源接收基准信号。在图13、14和15所示的示例中，该基准信号可以是由基站(1302、1402、1502)发送的广播信道或其它信号。在一些情况下，可以从其它类型的同步源接收基准信号。例如，可以从主控制器1530、从卫星系统等接收基准信号。
可以通过无线传感器装置检测并使用这些和其它类型的装置信号以及基准信号以生成到达时间数据。在图13、14和15所示的示例中，到达时间数据包括由各个无线传感器装置各自计算得到的时间差δτi。该时间差或者其它类型的到达时间数据可以由无线传感器装置生成并且(例如，通过数据分析系统)用于识别移动装置的位置。例如，无线传感器装置可以将到达时间数据发送至数据分析模块1532，并且数据分析模块1532可以基于分析这些无线传感器装置中的三个或更多个无线传感器装置所生成的到达时间数据来识别移动装置的位置。
图16是示出用于在无需发送信号结构的先前知识的情况下识别rf源的位置的示例性技术的框图1600。如图16所示，框图1600包括位于具有空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(xn，yn，zn)的位置处的多个无线传感器装置1610，其中n是传感器网络中的第n个传感器装置。框图1600还包括位于(xb，yb，zb)处的基站1602以及位于具有空间坐标(xs，ys，zs)的未知位置处的目标rf源1604。在一些实现中，无线传感器装置1610可以确定基站1602的位置。例如，一个或多个无线传感器装置1610可以检测基站1602的唯一标识符，并且从公开可用的数据库确定基站1602的位置。在一些实现中，无线传感器装置1610可以与基站1602所发送的广播信道信号同步。可选地或组合地，无线传感器装置1610可以与任何其它公共同步源(例如，gnss/gps信号)同步。
在一些实现中，无线传感器装置1610可以检测由目标rf源1604所发送的具有未知结构的rf信号。无线传感器装置1610可以将该检测报告给数据分析系统。在一些情况下，数据分析系统可以请求无线传感器装置1610报告同步源和当前时间基准。数据分析系统可以根据公共同步源(例如，gnss时间或蜂窝网络帧数)来确定信号记录的开始时间和结束时间。在一些情况下，数据分析系统可以在信号记录开始之前向无线传感器装置1610提供开始时间和结束时间。在开始时间，所有无线传感器装置1610可以开始记录来自目标rf源1604的信号。在所示的示例中，针对基站的广播信道信号用作公共同步源的情况，开始时间是无线传感器装置1610所接收到的基站的广播信道信号的帧1的开始。
在记录之后，无线传感器装置1610可以存储所记录的表示为si(t)的波形，其中i是无线传感器装置1610的索引，且i＝1，2，3...n。无线传感器装置1610可以将原始si(t)波形发送至数据分析系统。
数据分析系统可以接收所记录的波形并且确定各波形相对于彼此的偏移时间。在一些实现中，数据分析系统可以在si(t)和sj(t)之间应用相关函数，其中i和j是各对无线传感器装置1610的索引，且i≠j。以下项表示所记录的信号的互相关的示例。
(s1*s2)(τ)
(s1*s3)(τ)
(s2*s3)(τ)
其中τ表示互相关的时间。互相关可以产生具有不同峰值的输出。在一些情况下，例如，如果不存在多路径散射，则可以产生一个峰值。在一些情况下，例如，如果存在若干个多路径，则可以产生多个峰值。
图18和19示出多路径效应的示例。图18是示出信号的多个路径的框图1800。框图1800包括发送rf信号的rf源1804、接收由rf源1804发送的rf信号的无线传感器装置1810。框图1800还包括反射rf信号的对象a1820和对象b1822。rf源可以是基站、移动装置或其它类型的rf源。如图18所示，rf信号可以采用“路径1”1832并且从rf源1804直接行进到无线传感器装置1810。rf信号还可以从rf源1804经由“路径2”1834和“路径3”1836分别被对象b1822和对象a1820反射而行进到无线传感器装置1810。
图19是示出作为多路径效应的结果的多个互相关峰值的图1900。如图19所示，可以基于相关计算来识别与到达时间
参考图16，在所示的示例中，可以识别与到达时间δτij相对应的一个峰值。数据分析系统还可以形成基于δτij的非线性方程组。例如，无线传感器装置1610、基站1602和目标rf源1604的位置可以用以下向量表示：
非线性方程组可以包括n个方程。以下表示这些方程的示例：
其中c是光速。
然后，数据分析系统可以对非线性方程组进行求解，并确定目标rf源1604的位置，即
图17是示出示例性无线信号源定位器系统1700的框图。示例性无线信号源定位器系统1700可以表示图1的无线频谱分析系统100、或者其它无线频谱系统。无线信号源定位器系统1700包括多个无线传感器装置1710、ip网络1720、主控制器1730和数据分析模块1732。如图所示，无线信号源定位器系统1700还包括基站1702和目标rf源1704。无线信号源定位器系统1700可以包括附加或不同的组件。在一些实现中，无线信号源定位器系统可以如图17所示或者以其它合适的方式配置。
如图17所示，各无线传感器装置1710位于各自具有空间坐标(xi，yi，zi)的物理位置处，其中i从1到n变化。如先前所讨论的，各无线传感器装置1710可以被动地监测位于空间坐标(xb，yb，zb)处的基站1702以及位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标rf源1704所发送的无线信号。如先前所述，无线传感器装置1710可以与基站1702所发送的广播信道信号同步。无线传感器装置1710还可以记录目标rf源1704所发送的rf信号的被表示为si(t)的波形，其中i是无线传感器装置1710的索引，且i＝1，2，3...n。无线传感器装置1510可以将si(t)发送至数据分析系统。
如图17所示，数据分析系统可以包括主控制器1730和数据分析模块1732。在一些实现中，无线传感器装置1710可以通过ip网络(例如，ip网络1720)将si(t)发送至数据分析系统。
示例性主控制器1730可以包括在图1的数据聚集系统115或者其它后端系统中。主控制器1730可以是包括一个或多个计算装置或系统的计算系统。主控制器1730或其组件的任何组件可以位于数据处理中心、计算设施或其它位置处。在所示的示例中，主控制器1730可以远程控制无线传感器装置1710的操作。主控制器1730的示例性功能可以包括：聚集来自一些或所有无线传感器装置1710的信息、升级无线传感器装置1710的软件、并且监测无线传感器装置1710的状态。在一些实现中，如先前所述，主控制器1730可以发送命令以指示无线传感器装置1710与公共定时同步源同步。主控制器1730还可以指示向无线传感器装置1710的信号记录的开始和结束时间。
在一些实现中，主控制器1730可以包括数据分析模块1732，或者如图17所示连接至数据分析模块1732。数据分析模块1732可以进行记录波形的互相关，并且基于所识别出的峰值来识别到达时间信息。数据分析模块1732可以基于到达时间信息来确定目标rf源1704的位置。在一些实现中，数据分析模块1732可以分析实时数据、历史数据或两者的组合，并且确定地理区域的位置。
图20示出多个小区中的无线传感器装置的示例性分布的框图2000。如图20所示，框图2000包括位于具有空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)的位置处的多个无线传感器装置2010。框图2000还包括位于(xb，yb，zb)处的基站2002以及位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标rf源2004。无线传感器装置2010可以位于不同的小区中。在所示的示例中，无线传感器装置2010之一位于与基站2002相同的小区中，而其它无线传感器装置2010位于不同的小区中。在一些情况下，位于不同小区的无线传感器装置2010可以在确定目标rf源2004的位置时一起工作。例如，这些无线传感器装置2010可以基于目标rf源2004所发送的目标信号来计算定时差，或者记录目标rf源2004的接收波形。这些无线传感器装置2010可以将数据发送到数据分析系统以确定目标rf源2004的位置。
在一些实现中，无线传感器装置2010可以使用其它小区中所发送的信号作为公共同步源。例如，图20中的一些或所有无线传感器装置2010可以使用基站2002所发送的广播信道信号作为公共同步源。在一些情况下，无线传感器装置2010可以使用其它源(例如，gnss/gps信号)作为公共同步源。
图21是示出基于卫星信号的示例性公共同步源的框图2100。如图21所示，框图2100包括位于具有空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(xn，yn，zn)的位置处的多个无线传感器装置2110，其中n是传感器网络中的第n个传感器装置。框图2100还包括卫星2106和位于未知位置(xs，ys，zs)处的目标rf源2104。在一些实现中，如先前所述，公共同步源可以在对目标rf源2104进行定位时向无线传感器装置2110提供同步信号。在一些情况下，同步信号可以是基站所发送的信号，例如同步或广播信道。在一些情况下，同步信号可以是携带精确的定时基准的任何其它广播rf信号。在一些情况下，如图21所示，同步信号可以是卫星2106所发送的信号。例如，同步信号可以是gnss信号或gps信号。
虽然本说明书包含很多细节，但这些细节不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而应被解释为特定于特定示例的特征描述。还可以组合本说明书在单独实现的上下文中所描述的某些特征。相反，在单个实现的上下文中所描述的各种特征还可以在多个实施例中单独实现或者以任何合适的子组合实现。
已经描述了很多示例。然而，应当理解，可以进行各种修改。因此，其它实施例在所附权利要求书的范围内。
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