用于估计接收机距无线电发射机的距离的方法、用于计算移动终端的位置的有关方法、移动终端和定位设备与制造工艺

本发明涉及用于估计无线电接收机距无线电发射机的距离的方法。本发明还涉及用于计算无线电移动终端的位置的有关方法、移动终端以及用于定位移动终端的设备。本发明优选地并有利地应用于属于利用OFDM（“正交频分复用”）调制的网络的接收机和发射机，诸如例如与长期演进（LTE）标准兼容的移动终端。

背景技术：
如已知的，移动终端的位置可以通过三边测量或多边测量技术获得，三边测量或多边测量技术基于移动终端与具有已知坐标的多个点（例如同步卫星或陆地无线电基站）之间的相对距离的了解。知道移动终端的位置允许使用紧急服务、允许使用基于移动终端的位置的服务（称为LBS“基于位置的服务”），诸如例如管理车队，允许使用其成本取决于用户的位置的服务（所谓的“基于位置的计费”），允许使用监控或安全服务（例如，用于跟踪失窃车辆的位置），以及还允许使用其它服务。已知基于卫星系统（例如全球定位系统或GPS）的用于定位移动终端的方法，其在移动终端的定位方面提供良好的准确度，但是不能在具有自然或人造障碍物的闭合楼宇或范围（例如，高楼之间的所谓的“城市峡谷”）内确保服务，自然或人造障碍物会妨碍卫星信号的接收。并且，卫星定位系统在它们能够提供位置估计之前需要相对长的时间来确立必要的同步。还已知基于依赖陆地蜂窝网络的系统的定位方法；这些方法提供较短的响应时间和室内覆盖，但是它们通常没有卫星系统那么准确并且对于许多应用而言是不够的。从专利申请WO2007/067007和从对应申请US2008/0291089A1知道用于定位移动终端的方法的一个示例。其描述了用于确定运动中的无线电信标的位置的设备和方法。具体地，该无线电信标发射具有“多个频率”的无线电信号，所述无线电信号被多个无线电基站接收。根据WO2007/067007的方法，估计被发送给每个基站的信号的两个“频率”之间的相位差。由位置计算服务器考虑估计的相位差和信号到达每个基站的时间来计算无线电信标与每个基站之间的相对距离。从而通过三边测量来计算无线电信标的位置。然而，从WO2007/067007知道的方法具有若干缺点。首先，为了正确评估相对距离，基站必须具有时钟同步以能够精确地估计信号覆盖到基站的各个路径所需要的时间之间的差。另外，从WO2007/067007知道的方法只有在移动终端即无线电信标发送被至少三个基站正确接收的信号时才允许估计相对距离。该要求对于蜂窝电话学领域中的应用是不利的，在蜂窝电话学领域中，移动终端通常辐射意在针对特定无线电基站的信号。此外，无线电基站必须能够与适配为计算移动终端的位置的服务器通信。这要求可以被以其它方式使用的专用连接或占用频带。简而言之，从WO2007/067007知道的方法对于计算移动终端与多个基站之间的相对距离而言既不是高效的也不实际。此外，该已知方案不允许移动终端在不使用昂贵的与连接到基站的位置计算服务器的通信的情况下计算其自己的位置。最后，从WO2007/067007知道的方法对例如由于信号反射而被发射的信号中的噪声是敏感的，信号反射可能引起估计出的相对距离中的误差。本发明的目的和

技术实现要素：
本发明致力于提供用于估计接收机距无线电发射机的距离的方法，所述方法克服了现有技术的一些缺点。具体地，本发明的一个目的是提供一种允许以快速和即刻的方式估计接收机距发射机的距离而无需与其它远程设备的任何另外的通信的方法。本发明的另一个目的是提供一种允许以高准确度估计所述距离的方法。本发明的另一个目的是提供一种允许校正由信号噪声，例如由多个传播路径上的信号发射引起的噪声，引起的任何误差的方法。本发明的这些和其它目的是通过一种用于估计接收机距无线电发射机的距离的方法、通过用于定位移动终端的相关方法和通过合并了在所附权利要求书中所阐述的特征的移动终端和定位设备来实现的，其中，所附权利要求书意图作为本描述的一部分。基于本发明的一般思想是使用接收由发射机辐射的无线电信号的无线电发射机，基于接收的信号来计算它们之间的相对距离。这些信号包括接收机从中提取至少三个音调的分量，每个音调具有不同频率。接收机测量第一对音调之间的第一相位差和第二对音调之间的第二相位差，第二对音调不同于第一对音调，具体地，第一对音调和第二对音调中任一者的频率间隔大于另一者的频谱间隔。随后基于在接收机级测得的相位差来估计接收机和发射机之间的距离。通过这样做，可以以快速和即刻的方式估计所述距离；另外，接收机本身执行对于所述估计所需的测量，因此与发射机和其它远程设备的另外的通信不是必需的。有益地，接收机不需要发射任何无线电信号。以这种方式，还可以以更好的准确度来估计接收机和发射机之间的距离，因为音调之间的增大的频率间隔使与相位差中的空间变差相对应的空间分辨率增大。因此，对于在接收机级获得的相位差测量的相同的不确定度，估计距离随着间隔增大而更准确。优选地，通过在基于第一相位差的第一距离估计与至少一个基于第二相位差的第二距离估计之间进行比较来估计接收机和发射机之间的距离。因此，从具有较小频率间隔的音调获得的距离估计允许解决由于评估的相位差的可能的空间周期性而引起的任何模糊。从具有较大频谱间隔的音调获得的其它距离估计更准确，因此允许提高估计距离的精确度。本发明有益地适用于OFDM调制系统，其中，由发射机例如基站发射的信号包括在频率上相等地间隔的多个子载波，接收机例如移动蜂窝终端能够从所述多个子载波提取多个音调。通过适当地选择来自OFDM信号的子载波的音调，本发明的方法允许测量具有不同频率间隔的音调之间的相位差，其中所述音调是以一方式选择的，以使得针对宽间隔获得高准确度的距离估计，而同时针对小间隔去除由于相位差的空间周期性产生的任何模糊。在具有在频率上相等地间隔开的子载波的OFDM信号的情况中，优选地，两个对之间中具有较小间隔的音调的间隔等于OFDM信号的子载波之间的间隔。实际上，该间隔有益地是与相位差的最大空间周期性相对应的、信号音调之间的最小可用间隔。以这种方式，甚至可以估计接收机和发射机之间的长距离。一般，对于包括在频率上被不相等地间隔开的音调的信号，选择具有最小间隔的音调对也是有益的。优选地，信号音调是从信号内具有最佳信噪比即比预定阈值高的信噪比的那些音调中选出的。这允许改善相位差测量，从而进一步提高距离估计的准确度。优选地，具有较大间隔的音调是根据与具有较小间隔的音调之间的相位差相关联的测量不确定度来选择的，以便充分改善距离估计和适应现有操作条件。例如，也可以基于距离估计的准确度目标来选择音调。通过测量具有不同频率的音调对之间的相位差，本方法允许获取对于校正例如由信号反射引起的任何距离估计误差有用的参数。实际上，无线电信道的音调的传输函数的分析允许校正距离估计，即便在存在生成多个传播路径的信号反射中。有益地，这允许获取更准确的距离估计，距离估计也较少受由信号反射引起的噪声的影响。为了进行该校正，该方法优选虑及评估直接信号的幅度与多个传播路径之一上的反射信号的幅度之间的比，并且随后相对于直接信号来评估反射信号的延迟。该幅度比可以通过评估由接收机接收的信号的频谱的周期变差的一半幅度来计算，而延迟通过评估接收信号的频谱的周期变差的周期性间隔来计算。优选地，所述幅度比和所述延迟是通过测量接收信号中的多个音调对的多个相位差来计算的，其中所述多个对具有不同的相应频率但是具有相同的频率间隔。在一个实施例中，该方法随后迭代音调对之间的相位差，每一次迭代时，音调对都是以不同的（具体地，增大的）频率间隔来选择的。以这种方式，可以借助后续的测量来进一步提高距离估计的准确度。根据另一方面，本发明涉及用于计算移动终端的位置的方法。另外，还根据另一方面，本发明涉及移动终端和与所述方法有关的用于定位移动终端的设备。本发明的更多目的和优点将从以下对本发明的几个实施例的描述显见，这几个实施例是通过非限制性示例的方式提供的。附图说明现在将参考附图通过非限制性示例的方式来描述一些优选和有益的实施例，其中：图1示出发射机和接收机之间的信号的传播。图2A和图2B示出在时域中（图2A）和频域中（图2B）表示的包括四个音调的信号的示例。图3示出作为信号所行进的距离的函数的、信号的两个音调之间的相位差的趋势。图4示出作为信号所行进的距离的函数的、被间隔开15kHz的OFDM信号的两个子载波的音调之间的相位差的趋势。图5示出作为信号所行进的距离的函数的、被间隔开90kHz的OFDM信号的两个子载波的音调之间的相位差的趋势。图6示出例示根据本发明的方法的流程图。图7示出在发射机和接收机之间存在产生信号反射的障碍物时信号的传播。图8例示接收机和发射机之间的实际距离与存在信号发射时的表面距离之间的关系。图9A示意性地示出在没有畸变的情况下发射或接收的LTE蜂窝网络的信号的频谱，而图9B示出在有由于信号反射引起的畸变的情况下接收的LTE蜂窝网络的信号的频谱。图10示出，在具有由于信号反射引起的畸变的情况下接收的LTE蜂窝网络的信号的情况下，对于直接信号与通过反射接收的信号的±3dB的幅度比，当较低子载波的频率改变时在被间隔开180kHz的不同频率处的两个LTE子载波的音调之间的相位差的理论趋势。图11例示根据本发明用于计算蜂窝网络中的移动终端的位置的方法的一个实施例。附图示出本发明的不同方面和实施例，并且在适当时，可以用不同的标号来指定不同附图中类似的结构、组件、材料和/或元件。本发明的详细描述在本说明书中，术语“音调”（tone）是指具有幅度A、相位和频率f的正弦信号。无线电信号通过“调制”来发射。具体地，电磁信号包含信息称作“调制”，并且被印（即调制）在音调上；经这样调制的信号名为“载波”，或，如果存在通过另一音调进行的后续频率变换则名为“子载波”。较高的频率变换被用来使得已调制信号适合于被天线辐射。在接收机级，由天线接收的信号可以被解调来隔离其分量。以这种方式，有可能从载波提取至少一个对应音调。此外，在本说明书中，术语“接收机”和“发射机”是指适配为发射和接收无线电信号的设备，其中，估计的距离实质上是分隔接收机的天线和发射机的天线的（空间的或平面中接近的）距离。最后，两个频率之间的“间隔”是指两个频率之间的差的模，即较高频率减去较低频率。图1示意性地图示出无线电信号从发射机101到接收机102的传输，发射机101和接收机102用相应的天线示意性地示出。信号103行进分隔发射机101的天线和接收机102的天线的距离d，在空中以实质上等于光速c的速度传播，并且花费行进时间td来覆盖距离d；其遵循：d=c·td其中：c是电磁波在空中的传播速度，可以假定其等于光在真空中的速度，即约3·108m/s。td是电磁波行进距离d花费的时间。信号103包括至少一个音调，为简化起见，假定其具有单位幅度和零初始相位。由发射机101发射的音调st因此可以表示为用下式表示的简单正弦函数：st=sin(2πft)其中：f是信号103的音调st的频率，t是时间。为了本发明的方法的目的，信号103在传播期间经历的幅度衰减是不重要的；因此，为了简化，在本描述中，将假定其不存在。在距发射机101的天线距离d处，信号103被接收机102的天线接收；接收的信号103的音调sr可以表示为：sr=sin[2πf(t-td)]因此，音调sr相对于音调st具有延迟td，这是由信号103行进距离d所花费的行进时间引起的。由接收机102接收的音调sr也可以表示如下：其表示取决于延迟td的相位图2A和2B图示出根据本发明的教导可以使用的信号103的示例。信号103包括在时域（图2A）和频域（图2B）中表示的四个音调1,2,3和4，其分别具有相互不同的相应频率f1,f2,f3,f4，以及任意幅度A。音调1,2,3和4在发射机101的输出处具有已知的相互的相位差，为了简化，在本描述中，假定相位差在时刻t=0时等于零。必需指出的是，这样的初始相位差，即在发射机101的输出处的相位差，是容易被接收机102知道的。实际上，这对于无线电传输例如蜂窝无线电传输是惯例。一开始，考虑信号103的两个音调，例如音调1和音调2。后者比音调1具有更高的频率，即f2>f1。在时刻t=td，即，信号103被处于距发射机101距离d处的接收机102接收到的时刻，具有频率f1的音调1与具有频率f2的音调2之间的相位差用下式给出：其等于：即，相位差与音调1的频率f1和音调2的频率f2之间的间隔成正比，并且与信号103为了到达接收机102所要行进的距发射机101的距离d成正比。图3例示出作为由信号103行进的距发射机101的距离d的函数的、两个音调1和2的相位之间的相位差的趋势。相位差随着距离d增大而从接收机和发射机两者都知道的值（在该示例中为零）线性增大至与所述值加上2π弧度（在该示例中，为2πrad，即360°）相等的值。当相位差达到2πrad的值时,其值再次等于其在距发射机101零距离处具有的值。的趋势在空间中周期性地重复，其周期等于距离dP，即，等于速度与频率f1和f2之间的间隔之比：dP=c/(f2-f1)知道由接收机102接收的信号103的两个音调之间的相位差其中信号103的两个音调的频率和初始相位是已知的，则可以计算分隔发射机101和接收机102的距离d，假定该距离比相位差本身的周期性距离dP短的话。根据以上内容，实际上，获得距离d与由接收机102测得的两个音调1和2之间的相位差之间的正比例：参考图4，通过非限制性示例的方式，现在考虑OFDM信号，诸如例如由LTE蜂窝网络的无线电基站101发射的OFDM信号。在该示例性情况中，接收终端102是LTE移动终端，即被适配为连接到网络的用户装置。可以从OFDM信号提取多个音调。实际上，OFDM信号通过具有相近频率的多个“子载波”来承载信息。每个子载波按照改变其波形的幅度和相位的模式被调制。然而，为了解调OFDM信号，即，将经调制的子载波与对应的音调（未经调制的）比较，接收机借助适合的提取电路来“提取”与信号的子载波对应的多个音调。因此，具有OFDM调制的信号的多个子载波对应于之前描述的多个音调。在一个实施例中，LTE蜂窝网络的OFDM信号包括按照取决于无线电信道的频带的数目、以15kHz相等地间隔开的多个子载波。具体地，无线电信道通常为5MHz宽，并且存在占据4.5MHz频带的300个子载波，而每侧留下250kHz不被占据以便促进相邻信道之间的去耦。类似以上所描述的OFDM信号的OFDM信号允许针对每个子载波提取一个单独的音调，并且因此可以用于根据本发明的方法来估计发射机(例如LTE无线电基站)和接收机(例如LTE移动终端)之间的距离。通过将频率间隔为15kHz的、从OFDM信号的两个相邻子载波提取的音调视为基准音调：f2-f1=15kHz获取如图4中所示的两个OFDM子载波的音调之间的相位差的趋势，该趋势根据距发射机101的距离d而线性增大。具体地，正如前面提到的，随着距离d从零增大到周期性距离dP1，相位差从零线性增大至360°。过了距离dP1，相位差以周期锯齿趋势重复，其周期为dP1。在本示例中，利用以上公式计算的dP1约为20km。在所考虑的涉及LTE网络的OFDM信号的示例中，于是可以将两个相邻子载波的音调之间的相位差与发射机101和接收机102之间的距离d相互关联，假定后者在距离dP1即距发射机101约20km以内。当前可用的OFDM系统（例如LTE或WiMax）的小区的覆盖范围通常比该周期性距离dP1短得多。因此，对于当前使用的系统以及在不久的将来可能构想到的系统，以良好的安全裕量确保了该方法的适当操作。一般，不会由于相位差的周期性出现模糊（a...