用于提供传送分集以对抗位置估算中的多路径效应的系统和方法
【技术领域】
[0001]各种实施方式涉及无线通信，以及具体地，涉及用于使用彼此之间共享一个或多个特性的两组或多组发射机来估算接收机位置的网络、设备、方法、以及计算机可读介质。
【背景技术】
[0002]存在以合理的精确度对人或物在地理区域中的位置(或“方位”)进行估算的期望。对位置的精确估算能够提高应急反应时间、追踪企业资产、以及将消费者关联到附近商业。各种技术被用于估算对象的位置，包括三边测量(trilaterat1n)，其是使用几何学来估算对象方位的过程(使用对象的方位处接收的不同信号的行进的距离，其中所述信号传送自地理上分离的发射机)。
[0003]在很多城市地面定位系统中，从发射机到接收机的视线(LOS)信号路径被建筑等所阻挡，仅留下从发射机到接收机的信号行进上的反射路径。这导致了对接收机位置的不太精确的估算，特别是如果反射路径比LOS路径少多于百余米时。更糟糕的是，处理时间必须保持最小以在由政府、商业实体、或消费者的需求所设定的严格的时段内确定接收机的方位。因此需要改善位置估算技术。
【发明内容】
[0004]本公开的某些实施方式通常涉及用于估算接收机的位置的网络、设备、方法以及计算机可读介质。这样的网络、设备、方法以及计算机可读介质可以从两个共置的(co-located)发射机接收测距信号，以及之后基于从该两个测距信号中提取的信息与对应于所述两个共置的发射机的方位的信息之间的关系估算所述接收机的位置。
【附图说明】
[0005]图1描述了典型地面定位系统的方面。
[0006]图2描述了具有共置发射机组的系统的方面。
[0007]图3描述了共置发射机组的方面。
[0008]图4A示出了使用从由共置的发射机传送的信号中提取的信息估算接收机的位置的过程。
[0009]图4B示出了使用从由共置的发射机传送的信号中提取的到达时间数据计算接收机的位置估算的过程。
[0010]图5描述了发射机系统的方面。
[0011]图6描述了接收机系统的方面。
【具体实施方式】
[0012]术语
[0013]应当理解的是这里使用的每个术语都被赋予了本领域技术人员所理解的最广泛的意思。为了说明的目的，一些术语的示例在下面给出。这些示例可以属于不同的实施方式。
[0014]术语“视线”或“L0S”可以被用于此处以表示在空间(例如发射机和接收机或接收机的位置的估算)中的任意两个点之间的最短距离。这些术语通常被用于表示假设在发射机和接收机之间不存在来自对象的介入阻挡，在沿着发射机和接收机之间的直线信号路径行进后将到达接收机的信号。类似地，术语“多路径”或“MP”可以用于表示除最短距离之外的其他距离。这些术语通常被用于表示在沿着置于发射机和接收机之间的对象行进后将到达接收机的信号。当信号行进时，该信号沿着发射机和接收机间的“路径”或“信号路径”行进。所述路径可以包括一个或多个分割，并且每个分割通常是两个对象之间的LOS路径。例如，反射对象到接收机的路程的多路径信号将包括以下中的至少一者:发射机和建筑物之间的第一分割、两个建筑物之间的另一分割，以及建筑物和接收机之间的最后的分割。
[0015]如果从发射机的传送信号的传输时间和该信号的接收时间已知，则这些时间的差乘以光速将提供对该信号行进距离的估算。
[0016]术语“范围”和“距离”可以在本公开中交替使用。但是，在一些情况中，“范围”涉及接收机和发射机之间的欧氏(Euclidean)距离。当然，由于信号的多路径行进，接收机可能仅能够使用该信号的测量的行进时间确定到发射机的估算距离，但是接收机可能不能使用从多路径信号中提取的数据确定到该发射机的实际距离。
[0017]在很多情况中，其中两个信号源于相同的方位并之后被接收机接收，对应于第一信号(沿着最短路径行进产生第一测距)的传输和接收时间比对应于第二信号(在较长路径上行进)的传输和接收时间更接近实际距离。
[0018]术语“伪距(pseudorange) ”可以包括一个测量范围，通常由于接收机的时钟误差该测量范围中存在一个偏差(一般未知)。通常，这个相同的偏差存在(即公用模式)与所有接收的信号有关，以及因此如果足够的信号被接收到一般可以被估算。还可以存在其他类型的偏差，例如由于温度对发射机电路的影响而来自发射机的传输时间上的微小误差。由于距离单元和时间单元因光速相关，因此所述伪距可以在距离单元或时间单元被测量。
[0019]在本公开术语“到达时间”可以指示本地时钟上读取的时间，信号到达接收机的时间。应当注意的是，信号的到达时间的测量可以就信号的不同特征来进行。例如测量可以是前沿测量(例如第一时间超出阈值)，信号互相关峰值的方位、多信号峰值的方位的平均值等等。说明书这里不依赖与特定的测量到达时间的方法。当不同信号被同时传送时，这些信号的到达时间的差异主要对应于行进时间的差异，以及因此每个信号所行进的距离上的差异。类似地，当不同的信号被同时接收时，这些信号的传输时间的差异主要对应于行进时间上的差异，以及因此每个信号所行进的距离上的差异。应当注意的是，由于发射机和接收机的缺陷以及由于多路径效应，所传送的信号和接收的信号的失真可以导致对接收机处的到达时间的测量的小误差。这就是为什么上述差异不仅仅是由于距离或行进时间上的差异造成的。
[0020]术语“三边测量”可以包括通过将各个发射机的测距结果(例如对信号的范围估算/测量)结合来估算接收机的方位的过程。三边测量通常涉及对来自每个发射机的测距结果指派权重。其中还可以是对来自每个发射机的测距结果的单独调整来说明多路径效应、偏差、发射机方位、或其他误差。在三边测量期间，可以考虑一组候选方位，并且与数据最匹配的方位被选择。每个候选方位是以(x，y，z)形式的三元组，通常在东、北、上(ENU)坐标系中。应当注意的是，应用有关单独候选位置的方法论可以应用到多个候选位置。举例来说，一种三边测量的算法可以按如下被定义:
[0021 ] F (X，y, z, tb) = min {sum (wk* | pk_rk (x, y, z) _tb |p)}，
[0022]其中wk是第k个发射机的权重，p k是第k个发射机的伪距，r k(x, y, z)是候选方位(X，y, z)到第k个发射机的距离，tb是时间偏差(在距离单元中表达)，P是提升误差的所需的幂数(从字面上来说，P 一般为2 ;在一种实施方式中，由于在存在多路径下的优越性能，P为I)，以及Z是接收机的高度。
【背景技术】
[0023]
[0024]图1示出了典型地基于陆地的定位系统100，其中包括地面发射机111、113、115、和117，每个地面发射机被放置于各个环境对象190间。这种系统遭遇在城市或室内环境中的各种挑战。一个特别挑战涉及由接收机120接收的信号的“多路径”效应。理想地，由发射机传送的信号应当在分离该接收机和该发射机的最短距离上行进。这样的信号由信号133示出，并且被称为“视线”(LOS)信号。但是，在城市环境中，很多信号在到达接收机处前就被任意数量的对象反射、衍射、和/或分散。这些信号由信号131和135示出，并且由于他们在沿多个对应不同反射的分段行进之后才到达接收机，因此被称为“多路径”信号。示出的信号137表示永远不能到达接收机120的被阻挡的信号。应当注意的是，图1和图2所示的各种LOS和多路径信号仅作为示例性目的示出。很多其他多路径信号路径可以在这种环境中存在并且示出的路径可能不是在实际环境中最主要的可能的路径。
[0025]发射机和接收机之间的信号的行进时间的测量可以被用作沿信号行进的距离的测量，但是当信号为多路径信号时，该距离并不总是为发射机和接收机之间的最短距离(或“范围”)的精确测量。为了示出这些，图1示出了 LOS距离141，该LOS距离141比信号131行进的路径距离更短。可惜的是，如果在三边测量处理中使用，则多路径信号131产生发射机和接收机之间的距离的不精确测量将会降低对接收机的任何位置估算的精度。在极端情况下，例如在密集的城市峡谷或深室内方位，信号肯定会被发射机和接收机之间的对象减弱，以使得不可能仅通过研究接收的信号的延迟简档(profile)来获得精确的LOS距离测量。在一些情况中，由于多路径效应反射的路径可以比LOS距离长几百米。
[0026]另外的问题是遇上沿LOS路径和多路径路径两者行进的信号，这使得接收机更难获取最早到达的LOS信号并估算与该信号关联的传输时间。这直接造成范围测量误差。结果是，计算的三边测量定位解决方案也是错误的。
[0027]当接收机接收到来自给定发射机的LOS和多路径信号两者的组合时，接收机可以提取LOS信号分量，在该情况中信号可以被认为是从定位测定角度的LOS信号。可替换地，当多路径分量的存在是如此的有影响因为其可测量地改变到达时间的测量时，信号可以被认为是多路径?目号。
[0028]多路径相关的问题能够对抗几个等级。例如，发射机能够被放置在更高的高度以增加LOS信号接收的可能。可替换地，超分辨率、三边测量或其他算法可以被修改来增加看见LOS信号的可能或来更好地处理多路径信号。但是，改进算法可能无法完全解决这些问题，以及更高高度的发射机的研发可能是不可行的。
[0029]对于这些和其他问题的解决方案在下面被详细描述。
[0030]共置的发射机
[0031]为了解决如上所述的问题，两组或更多组“共置”的发射机被安装在图2所示的系统200的各个方位处。在一些实施方式中，这些方位接近与图1所示的发射机的相同方位。
[0032]每组“共置”的发射机可以由两个或更多个以相对短的距离分离的发射机，例如在一些实施方式中，相对短的距离不多于5米；在一些实施方式中，相对短的距离不多于100米，或者在其他实施方式中，相对短的距离是用于传输测距信号的载波频率的波长λ的倍数(例如15倍λ)。在一些实施方式中，分离共置的发射机的距离可以是分离每组共置的发射机的距离的函数。例如，任意两个共置的发射机之间的最大距离可以是任意两组共置的发射机之间的最短距离的一小部分(例如小于1/10)。共置的发射机可以使用从每个共置的发射机所传送的信号中提取的标识符被标识。
[0033]应当注意的是，共置的发射机可以形成为不同平台的一部分(例如，每个形成不同基站的一部分)，或共置的发射机两者可以形成能够支持多个共置的发射机的单个平台的一部分(例如，每个形成相同基站的一部分)。在一种实施方式中，共置的发射机可以使用一个或多个公共多路复用参数(例