专利名称：位置计算方法、位置计算装置及其程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种根据无线发射台发射信号的传输延时来测量接收机位置，尤其是根据蜂窝通信系统基站发射信号的传输延时来测量接收机位置的方法。
本
发明内容
在以往的位置检测系统中，接收机的路径是通过对延时分布的分析来检测的。因此，有可能由于延时波受到影响而使测量的位置有误，这种影响和多径效应、接收信号中的噪声以及不同伪噪声码之间的相关性产生的干扰等原因有关。
因此，本发明的一个目的就是减少由接收信号路径的错误检测而引起的测量距离的误差。
本发明的一个方面提供了一种位置检测方法，它用来自多个无线发射台的信号的传输延时来计算信号接收点的位置，其构成包括第一步，测量来自所述无线发射台的信号的接收定时；第二步，根据第一步得到的接收定时的测量结果来估算测量中的错误；第三步，在第一步得到的接收定时测量结果中去除第二步中被估算为错误的测量结果；由此计算接收点的位置。
本发明的另一个方面提供了一个位置计算装置(无线终端)，它用来自多个无线发射台的信号的传输延时来计算信号接收点的位置，其构成包括接收定时检测装置，用于测量来自所述无线发射台的信号的接收定时；误检估算装置，用于根据由所述的接收定时计算方法而得到的接收定时测量结果来估算测量中的错误；位置计算装置，用于从所述接收定时测量方法得到的接收定时测量结果中去除根据所述误检估算方法而被估算为错误的测量结果；由此，根据所述的位置计算方法进行位置计算。
根据本发明的另一个方面所述，在计算无线终端的位置时，去除了由于延时波受到影响而产生的错误的路径检测结果，这种影响和多径效应、接收信号中的噪声以及不同伪噪声码之间的相关性产生的干扰等原因有关。因此，范围测量的准确度或精度有了提高，移动终端位置测量的精度也有了提高。
图2是本发明所述的位置测量系统实施形态中的结构图表。
图3是一份曲线图，它描述了本发明实施形态中的延时分布曲线。
图4是一份流程图，它描述了本发明实施形态中的位置计算方法。
图5是一份流程图，它描述了误检估算的第一种实施形态。
图6是一份流程图，它描述了的信噪比(S/N)计算的第一种实施形态。
图7是一份流程图，它描述了误检估算的第二种实施形态。
图8是一份流程图，它描述了误检估算的第三种实施形态。
图9是一份流程图，它描述了误检估算的第四种实施形态。
图10是一份流程图，它描述了误检估算的第五种实施形态。
图11是一份流程图，它描述了误检估算的第六种实施形态。
图12是一份流程图，它描述了似然计算的一种实施形态。
图13是一份流程图，它描述了本发明另一种实施形态中的位置计算方法。
图1是本发明实施形态中的无线终端的基本结构框图。
在这个系统中，天线1接收到的信号被射频(RF)单元(无线部分)2转换为基带信号。然后该基带信号由模数(A/D)转换器3转换为数字信号。信号处理器4计算接收信号和参考信号之间的相关值，然后产生延时分布并将其存储在随机存储器(RAM)7内。信号处理器4也负责测量来自基站的信号的接收定时并将其存储在随机存储器(RAM)7内。此外，在接收每个基站发射信号的时候，信号处理器4将计算与延时分布取值点相对应的信号的信噪比，以决定是否接受该信号，并将判决结果存储在存储器如RAM 7内。
解调器5用于获得接收信号的源信息，包括基站发送的信号。例如，在CDMA(ARIB STD-T35)蜂窝系统中，可以根据在同步信道中存储的伪噪声(PN)码发送定时的偏移值，来检测每个基站在哪一时间发送了参考信号。根据发送定时的信息，无线终端可以计算基站的发送定时。接收同步信道的基站被认为是同步基站。
通过对延时分布的分析和基站信号的发送定时，中央处理器(CPU)6将计算接收定时之间的差值，以得到传输延时并计算传输距离。根据传输距离的测量结果，中央处理器(CPU)6将对该传输距离进行误检估算。估算方法将在后面进行详细说明。在传输距离计算结果中去除那些被判定为误检的传输距离后，CPU 6将根据传输距离来估算无线终端的位置。此外，CPU 6还根据传输延时来估算无线终端的位置，计算时要从传输延时计算结果中去除那些判定为误检的传输延时。
虽然，在上面的结构中，CPU 6计算传输距离来检测错误的传输距离并估算无线终端的位置，这种计算也可以在射频(RF)单元来进行。在这样的结构中，例如，执行位置计算方法的程序(该程序将在后面进行说明)被存储在存储器(内存)中，这样，基带处理B/B-LSI单元就可以从存储器中读取该程序并执行。在另一种结构中，一个LSI单元包含了CPU和存储器，它不同于基带LSI单元。程序被存储在存储器内，以便于LSI从存储器内读取程序并执行来进行位置计算。
噪声测量器8从射频(RF)单元转换得到的基带信号中提取噪声信号。噪声测量器8提取的噪声信号被模数(A/D)转换器9转换为数字信号。然后，信号处理器4进行信噪比计算并将结果存储在RAM 7内。
在某一位置，无线终端可以接收到来在多个基站的信号。无线终端根据来自至少三个基站的信号的传输延时来测量传输距离。将这三个基站的位置作为已知条件，无线终端可以由此用相交的方法进行位置测量。
图2是一个位置测量系统的结构图，其中应用了本发明的无线终端实施形态。
基站21，22，23的工作与来自GPS卫星20的时间信号同步，它们发送参考信号到与GPS卫星20同步的无线终端24。接收到来自基站21，22，23的信号后，无线终端24中的信号处理器4用滑动相关器进行相关计算，以获得延时分布曲线(图3)。在CDMA系统中，无线终端24计算接收信号和一个特殊的码字模式(由每个基站发送的公用导频信号)之间的相关，以检测接收到基站21或其它基站发射信号的时刻。
如前所述，基站21或其它基站与GPS卫星20发送的时间信号建立了同步，以此调整参考时间并在一个特殊的发送定时(偏移时间)发送导频信号。偏移时间的信息在同步信道中传输。无线终端24可以得到关于这个偏移时间的信息。无线终端24计算已测量得到的接收定时和从同步信道的信号中提取出来的信号发送定时的差值，以确定无线电波的传输延时。这个传输延时与基站21发射的无线电波到达无线终端24所用的传输时间相关。基站21和其它基站都包含了多个扇区，每个扇区都有一个收发机和天线。基站21从这些独立的扇区中发射互不相同的信号(导频信号有互不相同的时间偏移值)。因此，对自同一基站的信号中的每一个，无线终端24可以识别该信号是从基站的哪一个扇区发射的。
图3描述了依据本发明所述的无线终端实施形态中的相关操作而得到的延时分布实例。
一个延时分布指明了要考察的延时路径。在图3的曲线中，横坐标对应码扩散，它表示根据基站21或其它基站的发送定时而修正过的接收定时(传输延时)。纵坐标对应相关操作的输出，曲线上相关值较大的区域表明信号以相应的延时，即当前路径(传播时间对应路径)接收。
应用延时分布，我们对无线电波的传输(如从基站21到终端24)所必需的传输延时。
通过延时分布分析而得到的延时差值乘以光的速率，可以得到传输距离差值。当对至少三个基站中的每一个都计算出传输距离差值后，将基站位置作为已知条件，利用相交的方法可以进行位置估算。从三个或更多基站中挑选出不同的三个基站做组合，可以得到终端24的更多的位置估算。根据这些估算结果，可以得到终端位置的似然值。
图4是一份流程图，它描述了本发明实施形态中采用的位置计算方法。
首先，信号处理器4测量来自每个基站的信号的接收定时(传输延时)，并将其存储在随机存储器(RAM)7内。应用存储在RAM 7内的测量结果，CPU 6将误检估算(S102)。估算方法将在后面进行详细说明。在传输距离计算结果中去除判定为误检的结果后，CPU 6将根据传输距离估算无线终端的位置(S103)。
图5是一份流程图，它描述了本发明实施形态中的位置计算方法所采用的误检估算方法。
在误检估算方法中，如果一个扇区在接收时刻的信噪比小于一个阈值，该测量结果被判定为误检结果。这个方法是本发明实施形态中的位置计算方法(图4)的S102步骤所调用的子程序。
首先进行循环的初始化(S111)。然后从RAM 7(S112)内读入由信号处理器4分析得到的信噪比。对于每一个扇区，信噪比与一个预设阈值作比较(S113)。如果信噪比小于阈值，信号的信噪比则认为是不可用的。扇区的加权设为“0”是为了消除在本扇区测量所得的延时。如果信噪比等于或大于阈值，则信号的信噪比认为是可接受的。扇区的加权也就设为非“0”值，并且跳转至第S115步继续执行。
为了进行后续扇区的测量，此扇区的计数器加“1”，以便更新扇区计数器(S115)。从S112到S115这几步是重复执行的，直到计数器达到最大值。(所有扇区的数值都接收到了；S116步)。
当完成了误检的估算后，控制跳转至进行位置测量的(图4)S103步，在这一步中，通过消除加权为“0”的扇区中的信息，可以测量到无线终端位置。
在进行如图5所示的误检估算时，信号处理器4通过噪声测量器8中的噪声测量技术分离出噪声，从而计算信噪比。
图6表示了信噪比测量以及一种在RAM7中记录信噪比的方法。
首先，“0”设置给一个扇区，使得这个扇区计数器初始化(S121)。使用从第一个扇区中分离出的噪声，噪声测量器8计算出第一个扇区(S122)的信噪比，然后把计算结果存储到RAM7中。为了计算后续扇区的信噪比，扇区的计数器必须更新(S124)。另外，通过检查，可以决定扇区计数器的计数值是否小于那些有信号收到的扇区的个数。如果计数值大于等于扇区数目(S125步骤中的“No”)，就假定所有扇区的的信噪比都已经计算过，因而此过程可以结束。如果计数值小于扇区数目(S125步骤中的“Yes”)，就假定没有计算完所有扇区的信噪比，因此要返回S122步计算后续扇区的信噪比。
这样，第一实施形态的用于位置计算的误检估算方法是利用了从基站到无线终端信号传输延时来计算无线终端的位置。这种方法包括了一个起始步骤，在这一步中，需要测量从无线传输器到接收端的信号接收定时；接着是第二步，在这一步中，通过对第一步中的信号接收定时的测量，即比较两个值一个是第一步中用于接收定时计算的信号的信噪比，另一个是预设值(当同接收定时有关的信噪比低于或者等于预设值的阈值时)假设已测量接收定时的信号是不可接受的，同时将其估算为误检结果。在第三步中，要在第一步获得的测量结果中消除由第二步引入的错误估算测量结果，由此来计算无线终端的位置。因此，完全有可能消除由于接收噪声以及临近基站干扰而造成的错误检测结果。最终，可以提高测量的准确范围和无线终端位置的测量精度。
而且，无线终端第一实施形态是利用从大量基站接收到的信号的传输延时来计算它本身的位置，即接收信号的接收点。此无线终端包括了用于测量源自基站的接收信号的接收定时测量方法；按照接收定时测量获得的结果来估算测量中的错误的测量误差估算方法；以及位置测量方法，它消除了一些错误的测量结果，这些错误测量结果是由错误估算方法根据接收定时测量方法得到的接收定时而判定出来的。通过比较第一步中用于定时测量的信号的信噪比和一个预设值的大小关系(当和用于定时测量有关的信号的信噪比低于或者等于预设值。)，误检估算方法先假定测量的接收定时是不可接收的，然后进行错误测量估算(误检估算)。因此，无线终端的位置测量准确度可以得到提高。
图7是一个流程图，它描述了本发明中误检估算的第二种实施形态。根据此方法，当无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置(正在检测中的那个扇区所属的基站)这三个点不满足形成三角关系，则测试基站的测量结果被估算为错误检测结果。同第一个误检实施形态一样(图5)第二种位置实施形态也是一个子程序，在本发明中的种位置计算方法(图4)的S102步中调用。
首先，获得标注基站的信息以进行初始化操作(S131)，然后，基站信息从RAM(S132)中读出。然后检查该基站是否时标准基站(S133)。
如果该基站不是标注基站(“Yes”S133步中)，扇区计数器的计数值加“1”来更新扇区计数器，以处理三脚关系已经被检测了的后续扇区来进行误检估算(S134)。然后，检查扇区计数器的值是否小于接收到信号的扇区数目，如果计数值等于或者大于扇区数目(No，S135步)那么假设对所有扇区的误检都已进行，这样，处理阶数。如果计数器的值小于扇区的数目(YesS135步)，那么假设并非所有的扇区都根据三角条件进行了误检估算。然后，控制转入到S132步进行下一个扇区的误检估算。
另一方面，如果基站不是标准基站(No，S133步)那么检测无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置这三个点是否满足形成三角关系(S136到S138)，即当任意两边之和大于第三边，三角关系条件满足，换一句话，当三角形的三边分别为a，b，c时，若a+b＞c，则三角关系满足。
特别的是，要计算出无线终端与测试基站的距离X1和无线终端与标准基站的距离X2之间的差X(S136)，即X＝|X1-X2|。然后，计算出标注基站和测试基站之间的距离Y(S137)，然后，对比X和Y(S138)，如果X等于或者大于Y，(Yes，S138步)，则无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置不构成三角形。那么，可以认为该扇区延时测量结果中有错误，于是，扇区的加权值设为“0”。另一方面，若X小于Y，(No，S138步)无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置三个点可以构成三角关系。那么，可以认为该扇区延时测量结果是正确的。为了对后续扇区进行误检估算，扇区计数器计数值加“1”来更新扇区计数器(S134)。所以，用X＞＝Y来代替X＞Y(S138步)使得当X＝Y时，误检估算不进行，这样做是因为当X＝Y时，无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置三个点在同一直线上。
当误检估算完成，控制转到主程序的S103步(图4)，利用消除了权重值为“0”的扇区后的有用信息，来计算无线终端的位置。
也可以用另一种方法判断是否构成三角形。具体来说，首先获得无线终端与测试基站的距离X1和无线终端和标准基站的距离X2两者的总和Z，然后计算标准基站和测试基站的距离Y，然后，Z和Y比较，若Z＜Y，扇区的加权设为“0”。
如前所述，位置计算方法是利用了误检估算的第二种实施形态，它根据来在大量基站的每一个接收信号的传输延时来计算无线终端的位置。这种方法包括第一步，测量基站发射信号的接收定时，以及确定无线终端接收的信号是从大量基站中的哪一个标准基站中发送出来的；第二步，根据第一步得到的接收定时的测量结果，即根据无线终端和标准基站的距离、无线终端和测试基站的距离、标准基站和测试基站的距离这三者是否构成三角形(也即无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置这三个点是否构成三角形)来进行判断如果不构成三角关系，则假设来自测试基站的接收信号是不可接受的，并且该基站的测量结果是误检结果；第三步，从第一步中获得测量结果中去除由第二步得到的估算为误检的测量结果，来计算无线终端的位置。因此，完全有可能消除由于接收噪声以及临近基站干扰而造成的错误检测结果。最终，可以提高测量的准确范围和无线终端位置的测量精度。
在无线终端第二种实施形态的误检估算单元里，根据无线终端和标准基站的距离、无线终端和测试基站的距离、标准基站和测试基站的距离这三者是否构成三角关系(也即无线终端的位置，标准基站的位置，测试基站的位置这三个点是否构成三角关系)来进行判断如果不构成三角关系，则来自测试基站的接收信号估算为不可接受的，且该基站的测量结果是误检结果。因此，可以提高无线终端位置的测量精度。
图8是一个流程图，它描述了本发明的第三种误检估算的实施形态。
根据误检估算的第三种实施形态，由于一个基站的扇区之间的距离很近，当扇区测量距离之间的差超过了预设阈值，那么基站的距离测量结果估算为误检结果。同误检估算的第一种和第二种实施形态一样(图5和图7)，第三种方法也是一个子程序，它在本发明第一种实施形态的位置计算方法中的S102步被调用。
首先，标准扇区计数器设为“0”以初始化标准扇区(S141)，然后，参考扇区计数器设为“0”以初始化参考扇区(S142)。然后检查标准扇区的加权是否是“0”(S143)。若加权值是“0”(“No”，S143步)，则在不设置基站加权值(S147)的情况下，跳转到S148步。另一方面，若加权值不是“0”(“Yes”，S143步)，则跳转到下一步(S144)。
在S144步，首先检测参考扇区的加权值是否为“0”。若加权值是“0”(“No”，S144步)，则在不设置基站加权值(S147)的情况下，跳转到S148步。另一方面，若加权值不是“0”(“Yes”，S144步)，则检查标准扇区和参考扇区是否属于同一个基站(S145)。若标准扇区所属基站不是参考扇区所属基站(“No”，S145)，则在不设置基站加权值(S147)的情况下，跳转到S148步。另一方面，若标准扇区基站也是参考扇区的基站(“Yes”，S145步)，则根据测量距离的差值来设置基站的加权值。
简而言之，根据误检估算的第三种实施形态，当标准扇区和参考扇区的权值都不是“0”，(S143和S144)，且标准扇区和参考扇区属于同一基站时，则设置基站的加权值(S145)。
在检查过基站权值设置以后，(S143到S145)，计算出X1和X2的差值，这里，X1是指参考扇区和无线终端的距离，X2是指标准扇区和无线终端的距离。然后将X＝|X1-X2|与预设阈值做比较。这些基站和扇区间相应的值被预先存储在RAM7以便进行下一步的误检估算。当距离差值超过了阈值(“No”S146)，则可以认为距离测量结果存在一个错误。所以，同一基站的所有扇区的权值设为“0”(S147)。
然后，利用测量结果之间的差值来对下一个扇区进行误检估算，更新参考扇区计数器(S148)。接下来，参考扇区计数器和参考扇区计数器的最大值(参考扇区总的接收数目)作比较。若参考扇区计数器的值小于总的参考扇区的接收数目，(“Yes”，S149)则假设利用测量结果不同进行的误检估算还没有结束，控制跳回到S143步。对一下个参考扇区，计算不同扇区之间的距离差值来进行误检估算。
另一方面，如果参考扇区计数器的值等于或大于参考扇区总的接收数目，则假设利用测量结果不同进行的误检估算对所有扇区都已经结束(“No”，S149)。在把下一个扇区作为标准扇区的条件下，为了利用距离差值来进行误检估算，必须更新标准扇区(指示标准扇区的计数器值增加，S150)。标准扇区计数器的值加“1”，再和接收到的扇区数目(标准扇区的最大值，即标准扇区的接收总数)。如果标准扇区加“1”后的值等于或者大于接收到的扇区的总数目，(“No”，S151)，则假设利用信噪比进行误检估算对每一个可能用作标准扇区的扇区而言已经结束，因此，处理终止。
另一方面，如果标准扇区加“1”后的值小于接收到的扇区的总数目，(“Yes”，S151)，则假设利用信噪比进行误检估算对每一个参考扇区而言还没有结束，控制跳转到S142步，然后参考计数器初始化(S142)，从第一个比较扇区开始，根据使用不同标准扇区的扇区之间的距离测量的差异对误检进行估算。
如前所述，应用了误检估算第三种实施形态的位置计算方法是如下的一种方法它根据源自基站的接收信号的传输延时来进行无线终端的位置计算，而此基站有很多个扇区。此方法包括了第一步，测量基站发射信号的接收定时。第二步，比较同一基站中不同扇区距离测量值同阈值的大小关系(当同一基站不同扇区距离测量值之间的差等于或者大于(及超出)阈值)则假设来自基站或者扇区的信号是不可接受的，且基站(或扇区的)测量结果认为是误检结果。第三步，从第一步获得的测量结果中，去除第二步中估算为误检的测量结果来进行无线终端的位置计算。因此，完全有可能消除由于多径效应造成的错误路径检测，所以，在无线终端里进行的终端位置测量精度得到了提高。
在无线终端第三种实施形态的误检估算单元里，根据同一基站中不同扇区距离测量值同阈值的大小关系(当同一基站不同扇区距离测量值之间的差等于或者大于(及超出)阈值)则假设来自基站或者扇区的信号是不可接受的，且基站(或扇区的)测量结果认为是误检结果。因此无线终端位置测量精度得到了提高。
图9是一个流程图，它描述了本发明的第四种误检估算的实施形态。
在第四种误检估算实现的方法中，当属于同一基站的扇区的信噪比的比值超过了预设的阈值时，有较小信噪比的扇区的测量结果被估算为误检结果，和误检估算的第一种到第三种实施形态一样，(图5，图7和图8)，第四种方法也是一个子程序，它在本发明第一种实施形态的位置计算方法中的S102步被调用。
首先，为了进行误检估算，标准扇区计数器设为“0”以初始化标准扇区(S161)，然后，参考扇区计数器设为“0”以初始化参考扇区(S162)。然后检查标准扇区的加权是否是“0”(S163)。若加权值是“0”(“No”，S163步)，则在不设置基站加权值(S167和S168)的情况下，跳转到S169步。另一方面，若加权值不是“0”(“Yes”，S163步)，则跳转到下一步(S164)。
在S164步，首先检测参考扇区的加权值是否为“0”。若加权值是“0”(“No”，S164步)，则在不设置基站加权值(S167和S168)的情况下，跳转到S169步。另一方面，若加权值不是“0”(“Yes”，S164步)，则检查标准扇区和参考扇区是否属于同一个基站(S165)。若标准扇区所属基站不是参考扇区所属基站(“No”，S165)，则在不设置基站加权值(S167和S168)的情况下，跳转到S169步。另一方面，若标准扇区基站也是参考扇区的基站(“Yes”，S165步)，则根据根据标准扇区和参考扇区的信噪比的比较值设置基站的加权值。
也就是说，根据误检估算的第三种实施形态，当标准扇区和参考扇区的权值都不是“0”，(S163和S164)，且标准扇区和参考扇区属于同一基站时，则设置基站的加权值(S165)。
在检查过基站权值设置以后，(S143到S145)，计算出标准扇区和参考扇区信噪比的比值，且与预设阈值做比较。若比值小于阈值，(“Yes”，166步)，则对标准扇区传输延时和参考扇区的传输延时做比较，且把具有较大权值的扇区的传输延时设为“0”。若比值大于或者等于阈值，(“No”，166步)，则假设其余具有较小传输延时的扇区的发送信号是不可接受的，因此，具有较小信噪比的扇区的加权值设为“0”。
接下来，利用下一参考个扇区的信噪比进行误检估算，更新参考扇区计数器(S169)。然后，参考扇区计数器和参考扇区计数器的最大值(参考扇区总的接收数目)作比较。若参考扇区计数器的值小于总的参考扇区的接收数目，(“Yes”，S170)则假设利用信噪比进行的误检估算还没有结束，控制跳回到S163步。对一下个参考扇区，计算其信噪比以进行误检估算。
另一方面，如果参考扇区计数器的值等于或大于参考扇区总的接收数目，则假设利用信噪比进行的误检估算对所有扇区都已经结束(“No”，S170)。在把下一个扇区作为标准扇区的条件下，为了利用信噪比来进行误检估算，必须更新标准扇区(指示标准扇区的计数器值增加，S171)。标准扇区计数器的值加“1”，再和接收到的扇区数目(标准扇区的最大值，即标准扇区的接收总数)。如果标准扇区加“1”后的值等于或者大于接收到的扇区的总数目，(“No”，S172)，则假设利用信噪比进行误检估算对每一个可能用作标准扇区的扇区而言已经结束，因此，处理终止。
另一方面，如果标准扇区加“1”后的值小于接收到的扇区的总数目，(“Yes”，S172)，则假设利用信噪比进行误检估算对每一个参考扇区而言还没有结束，控制跳转到S162步，然后参考计数器初始化(S162)。从第一个比较扇区开始，根据使用不同标准扇区的扇区之间的距离测量的差异对误检进行估算。
如前所述，应用了误检估算第三种实施形态的位置计算方法是如下的一种方法它根据源自基站的接收信号的传输延时来进行无线终端的位置计算，而此基站有很多个扇区。此方法包括了第一步，测量基站(每一个扇区)发射信号的接收定时。第二步，根据第一步得到的接收定时的距离测量结果(即扇区间信噪比的比较结果)，将基站(扇区)测量结果估算为错误测量结果(误检结果)。也就是，根据扇区间信噪比的比较结果，具有较小信噪比的扇区或者具有较大延时的扇区被估算为误检结果(其中，要对同一基站的大量不同扇区的信噪比相互比较。如果扇区间的信噪比的比值等于或大于阈值(或超过阈值)，具有较小信噪比的扇区的测量结果被估算为误检结果。如果扇区间信噪比的比值小于预设阈值(等于或者小于预设阈值)，则需要对不同扇区的传输延时做相互比较，具有较大延时的扇区的测量结果被估算为误检结果)。第三步，因此，完全有可能消除由于多径效应成的错误路径检测，所以，在无线终端里进行的终端位置测量精度得到了提高。从第一步获得的测量结果中，去除第二步中估算为误检的测量结果来进行无线终端的位置计算。因此，完全有可能消除由于多径效应造成的错误路径检测，接收机噪声以及临近基站干扰和其他原因造成的错误路径检测，这样，在无线终端里进行的终端位置测量精度和测量范围的准确度都得到了提高。
在无线终端的第四种实施形态进行误检估算的单元，误检的同时通过比较扇区间信噪比(S/N)比值的测量结果，可以选择性的估算扇区间具有较小信噪比的扇区的测量结果和具有较大延迟时间的扇区的测量结果(通过比较具有相同基站的大多数单元间的信噪比，如果扇区间的信噪比比值大于或等于预定值，这具有较小信噪比的扇区的测量结果被认为是错误的；如果扇区间信噪比比值小于或等于预定值，则比较扇区间的延迟时间，具有较大延迟时间的扇区测量结果被认为是错误的)。因此位置测量的精确度在无线终端中得到改进。
图10的流程图显示了本文误检估算方法的第五种实施形态。
在这种误检估算方法中，无线终端被摆在一个虚拟位置上，基站选择在该位置的一个方向视角上。每次测量时计算差值(rml-rl)，其中rml为无线终端所在位置到基站i的距离，rl为该已知位置的基站到基站i的距离。通过比较相互间的(rml-rl)差异进行误检估算。如同本误检估算方法的第一到第四种实施形态(图5、7、8和9)，第五种实施形态也是本文中第一种实施形态中位置计算方法(图4)的步骤S102调用的一个子程序。
如果第五种实施形态误检估算处理前的误检估算已经设置某些扇区的权值为″0″，则假设基站的权值不为″0″的扇区数目即为有效基站的数目。如果有效基站的数目超过了预定的一个阈值BSN(步骤S181中的″Yes″情况)，则第五种实施形态中进行误检估算。另一方面，如果有效基站的数目小于或等于预定阈值BSN(步骤S181中的″No″情况)，则第五种实施形态中不进行误检估算。
当需要进行第五种实施形态中的误检估算时，系统进行初始化操作，并确定无线终端的虚拟位置。在进行这项操作时，如果终端的位置需要反复计算，后续计算将使用到前一次的计算结果。换句话说，在后面将要提到的如图13中所示的位置计算方法中，步骤S222所得到的终端位置将会被使用。根据得到的无线终端虚拟位置，将计算虚拟终端到达基站位置的距离、方向，以及范围及距离测量的误差。到达基站i的方向表示为(COSi，SINi)。步骤S183的计算重复进行并更新扇区直到被更新的扇区数目达到接收到的扇区(步骤S184)。当对所有扇区都计算完虚拟位置到基站的距离、方向和范围测量的误差后(步骤S183)，标准扇区和参考扇区的计数器都被置为″0″以分别实现标准扇区和参考扇区的初始化。
步骤S187中检查标准扇区是否属于同步基站。如前所述，同步基站是发送同步信道给无线终端接收的基站。同步信道包括基站发送参考信号的计时信息。如果标准扇区属于同步基站(步骤S187中″Yes″的情况)，则不设置该基站的权值(S183)而直接进行步骤S194。否则，若标准扇区不属于同步基站(步骤S187中″No″的情况)，则检查参考扇区是否属于同步基站(步骤S188)。如果参考扇区属于同步基站(步骤S188中″Yes″的情况)，则不设置该基站的权值(S193)而直接进行步骤S194。否则，若参考扇区不属于同步基站(步骤S188中″No″的情况)，则进行下一步操作(S199)。
在步骤S189中，检查标准扇区的权值是否为″0″。如果是″0″(步骤S189中″No″的情况)，则不设置该基站的权值(S193)而直接执行步骤S194。否则，若标准扇区权值为0，(步骤S189中”Yes”的情况)，则检查是否参考扇区的权值为”0”(步骤S190)。如果参考扇区的权值为”0”(步骤S190中”No”的情况)，则不设置该基站的权值(S193)而直接执行步骤S194。否则，若参考扇区的权值不为”0”(步骤S190中”Yes”的情况)，则直接进行下一步(S191)。
在步骤S191中，使用步骤S183中得到的从无线终端的虚拟位置到基站的方向，计算标准扇区和参考扇区的角度差，即COS(i-j)＝COSiCOSj+SINiSINj。角度差COS(i-j)与预定的阈值比较以确定标准扇区和参考扇区是否从无线终端的虚拟位置的相同方向。如果标准扇区方向信号与参考扇区方向信号的角度差超过了预定角度(步骤S191中”No”的情况)，则认为标准扇区和参考扇区属于不同的基站，并且不设置基站权值(S193)而直接进入步骤S194。否则，如果标准扇区方向信号与参考扇区方向信号的角度差在预定角度内(步骤S191中”Yes”的情况)，则认为标准扇区和参考扇区属于相同的基站，并计算标准扇区信号和参考扇区信号间的延迟时间差。得到的时间差与预定的阈值比较(S192)，并将具有较大延迟时间的基站的权值设为”0”。如上所述，在步骤S191中，所有在预定的角度范围内具有相同方向的基站被选择出来并且权值被置为”0”。
换句话说，根据本文的误检估算方法，基站的权值只有满足以下情况才被赋值标准扇区和参考扇区都不属于同步基站(S187和S188)，标准扇区和参考扇区的权值都不是″0″(S189和S190)且标准扇区和参考扇区属于相同的基站(S191)。
在检查完基站权值的设置(S187到S191)后，将计算根据参考扇区和无线终端距离得到的测量距离(rml-rl)和根据标准扇区和无线终端距离得到的测量距离(rmJ-rJ)之间的差别。该差值将与一个预定的阈值进行比较。如果差值小于阈值(步骤S192中”Yes”的情况)，则所有具有较大延迟时间(S193)的基站的权值被设为”0”。否则，若差值大于或等于阈值(步骤S192中”No”的情况)，则不设置基站的权值而直接进行步骤S194。
然后，更新参考扇区计数器，使用测量结果差值估算下一个参考扇区的误差检测(S194)。接着参考扇区计数器的值与其最大值(参考扇区接收总数)进行比较。如果参考扇区计数器的值小于参考扇区接收总数(步骤S195中”Yes”的情况)，则认为使用测量结果差值进行错检估算还没有完全完成，程序控制跳到步骤S187。对下一个参考扇区计算测量结果差值进行错检估算(S187到S193)。
相反，若参考扇区计数器的值大于或等于参考扇区接收总数，则认为使用测量结果差值进行错检估算对所有扇区都已经完成(步骤S195中的”No”情况)。然后更新标准扇区(计数器增加一个值说明为标准扇区；S196)，把下一个扇区设为标准扇区进行误检估算。标准扇区计数器加”1”得到的值与接收扇区数进行比较(标准扇区的最大数目，即接收标准扇区的总数)。若”标准扇区计数器+1”大于或等于接收标准扇区总数(步骤S197中”No”的情况)，则认为使用测量结果差值进行误检估算对所有可能为标准扇区的扇区已经完成，处理因此被终止。
相反，若“标准扇区计数器+1”小于接收标准扇区总数(步骤S197中”Yes”的情况)，则认为使用测量结果差值进行误检估算对参考扇区还没有完成，因此程序控制跳到步骤S186。参考扇区计数器被初始化(S186)，从参考扇区的第一步开始，根据另一个标准扇区的信噪比进行误检估算(S187到S194)。
根据第五种实施形态，若相邻基站非常接近无线终端，从无线终端观察，相同基站的扇区间的角度会变得很大并且在某些情况下会产生错误操作。不过，因为相同方向的基站相互间距数千米，在处理过程中若只删除最近的基站而不会产生任何问题，即使无线终端的虚拟位置精确度到100米左右。则最近的基站是相邻基站的同步基站。因此，若同步基站在处理过程中删除，则错误操作会被避免。例如在步骤S187和S188中，推荐选择使用标准扇区和参考扇区不属于基站的情况。
如上所述，使用第五种实施形态误检估算方法的位置计算方法是这样一种计算方法，它根据无线终端接收的从具有多个扇区基站发出的信号的传播延迟时间进行计算。该方法首先测量从各个扇区发送信号的接收记时；第二步选择出从无线终端看去，以某一扇区的方向为标准方向、在预定角度范围内的扇区，根据前面测得的接收计时计算出这些扇区的距离，比较第一个扇区和无线终端与第二个扇区和无线终端间距离的差值，将差值与预定的阈值比较(将第一个扇区到无线终端与第二个扇区到无线终端的延迟时间间的差值与预定阈值比较)，根据比较的结果判断是否为错误的测量；第三步删掉第二步中认为是错误的测量结果，计算出无线终端的位置。因此就有可能将因为多径、接收噪声、相邻基站互耦干涉等等延迟情况造成而通过误检的情况去除掉。结果使得范围测量的准确度得到提高，同时也提高了无线终端位置精确度。
进一步，因为错检估算是在去掉了被估算为离终端最近基站的信息后得出的，则因为相互距离太短而造成的错误操作可以因此而被避免。
在第五种实施形态误检估算单元中，每个扇区到无线终端的方向都被计算并选择出在标准方向附近预定角度范围内的扇区，第一个扇区到无线终端和第二个扇区到无线扇区的距离差与预定的阈值比较(将第一个扇区到无线终端与第二个扇区到无线终端的延迟时间间的差值与预定阈值比较)。根据比较的结果判断是否为错误的测量。因此，无线终端的位置测量准确度可以得到提高。
图11显示了本文误检估算方法第六种实施形态的流程。
在误检估算的第六种实施形态，计算位置及似然性时先去除特定基站的测量结果，似然性的值按升值排序以获得最大似然值，然后计算最大似然值与其它似然值的比值并与预定阈值进行比较。如同错检估算的第一到第五种实施形态(图5，7，8，9，10)，第六种实施形态也是本文中第一种实施形态中位置计算方法(图4)中步骤S102调用的一个子程序。
第六种实施形态中计算的似然值是一个估算位置的似然性的数值值。假设范围或距离测量中的误差服从高斯分步，且基站i的距离测量误差的标准方差为ヲ。则似然性如下表示L=Πi1σ2πexp(-12σ2ΣiΔxi2)---(1)]]>表达式(1)表示了误差的分步。
似然性也可以用距离测量的误差如下表示L=-ΣiΔxi2---(2)]]>在表达式(2)中，距离测量误差的平方和需要乘以-1。
如果本实施形态误检估算处理前的误检估算已经设置某些扇区的权值为″0″，则假设基站的权值不为″0″的扇区数目即为有效基站的数目。如果有效基站的数目超过了预定的一个阈值BSN(步骤S201中的″Yes″情况)，在第六种实施形态中进行误检估算。另一方面，如果有效基站的数目小于或等于预定阈值BSN(步骤S201中的″No″情况)，则第五种实施形态中不进行误检估算。
当需要进行第六步中的误检估算时，似然性表被初始化(S202)。每个实验扇区都被更新，计算其似然性并存储到存储器中(S203)。似然性的计算值L(j)按升序顺序存储(S204)。
计算出最大似然值与最大似然值外的第n个似然值间的比值，并将之与预定的阈值进行比较(S205)。
(最大似然值)/(自最大似然值的第n个似然值)＞阈值(3)表达式(3)中，n代表除最大似然值外的其它似然值或其索引。
下一步，若最大似然值与第n个似然值的比值大于阈值(最大似然值大于任何其它似然值；步骤S205中”Yes”的情况)，最大似然值相关的实验扇区的权值被置为”0”，并且有效基站的数目减一。这样，通过删除特定实验扇区的信息可以获得最大似然值相反，若最大似然值与第n个似然值的比值小于或等于阈值(步骤S205中”No”的情况)，处理将被终止。
在第六种实施形态中，既可以将最大似然值与第n个似然值的比值与阈值进行比较，也可能用最大似然值与除最大似然值外似然值的均值的比值与阈值进行比较，这里的似然值可以使用公式(1)或(2)进行计算。
图12显示了第六种实施形态步骤S202中计算实验扇区似然性方法的流程。
首先为了计算每个实验扇区的似然性，将实验扇区计数器的值为”0”以初始化实验扇区(S211)。第j个实验扇区的权值保存到存储器中并重置为”0”(S212)。计算第j个实验扇区的似然值L(j)并保存到存储器中。然后从内存中读取第j个实验扇区保存的权值(S214)。
接着更新参考扇区计数器的值以计算下一个实验扇区的似然性。实验扇区计数器的值与接收数(接收实验扇区的总数，也就是实验扇区的总数)进行比较。如果实验扇区计数器小于接收数量，则认为实验扇区似然性的计算还没有完成(步骤S216中”Yes”的情况)，程序控制跳到步骤S212计算下一个参考扇区的似然性(S212到S214)。
相反，如果实验扇区计数器大于或等于接收数，则认为实验扇区似然性计算已经完成(步骤S216中”No”的情况)，处理将被终止。
如上所述，使用第六种实施形态误检估算方法的位置计算方法是这样一种计算方法，它根据无线终端接收的从具有多个扇区基站发出的信号的传播延迟时间进行计算。该方法首先测量从各个扇区发送信号的接收计时；第二步在根据前面测得的接收计时计算出扇区距离的基础上，删除特定扇区测量结果后计算无线终端的位置和似然性，从这些计算值中选出最大似然值并将其与除最大值以外的其它似然值比较，根据比较的结果(认为最大似然值比其它似然值大的值超过某个判断准则)判断最大似然值相关的扇区的测量结果是否为错误的；第三步删掉第二步中认为是错误的测量结果，计算出无线终端的位置。因此就有可能将因为多径、接收噪声、相邻基站互耦干涉等等延迟情况造成而通过误检的情况去除掉。结果使得范围测量的准确度得到提高，同时也提高了无线终端位置精确度。
在第六种实施形态误检估算单元中，在删除特定扇区的测量结果下计算出无线终端的位置及似然性并从中选出最大似然值，将最大似然值与除最大值以外的其它似然值比较，并根据比较结果(认为最大似然值比其它似然值大的值超过某个判断准则)判断最大似然值相关的扇区的测量结果是否为错误的。因此，无线终端的位置测量准确度可以得到提高。
图13显示了本文计算位置的另一种实施形态的流程。
首先，信号处理单元4测量从基站发出的接收计时(传播延迟时间)并保存计时到RAM7(S211)中。根据步骤S211得到的传播延迟时间，计算出无线终端的一个虚拟位置(S222)。根据存储在RAM7中的测量结果，CPU6使用步骤S211(S223)中计算出的无线终端虚拟地址进行误检估算。然后CPU6去除掉被认为是错误检测的传播延迟时间数据(S224)，并根据其余数据在此计算无线终端的位置。
使用这种方法，如图13所示，此位置计算方法在接收计时进行误检之前计算位置。因此，此位置计算方法适合于使用无线终端虚拟地址进行误检估算的误检估算方法(如图10所示的第五种实施形态)。
权利要求
1.一种位置计算方法，它用来自多个无线发射台的信号的传输延时来计算信号接收点的位置，包括第一步，测量来自所述无线发射台的信号的接收定时；第二步，根据第一步得到的接收定时的测量结果来估算错误测量结果；第三步，从第一步得到的接收定时测量结果中去除第二步中被估算为错误的测量结果；由此计算接收点的位置。
2.依照权利要求1所述位置计算方法，其中所述的第二步，包括根据已经测量接收定时的信号的信噪比与预设阈值的比较结果，来估算相关于该信号的测量结果是否错误。
3.依照权利要求1所述位置计算方法，还包括确定在所述接收点所接收信号的多个无线发射台中标准无线发射台步骤，其中所述的第二步，包括根据所述接收点和所述标准无线发射台之间的距离、所述接收点和作为估算目标的无线发射台之间的距离、所述标准无线发射台和作为估算目标的无线发射台之间的距离来判断是否形成三角形，将任何一个不满足三角形成立条件的作为估算目标的无线发射台的测量结果推定为误检结果。
4.依照权利要求1所述位置计算方法，其中包括多个扇区构成无线设备，其中每一个扇区都由无线发射台构成；所述的第二步，包括根据同一无线设备的每一个扇区的距离的测量结果和预设阈值的比较结果，来估算将该无线设备的测量结果作为误检结果。
5.依照权利要求4所述位置计算方法，其中所述各扇区的距离的测量结果是与作为关于所述各扇区的延时之差的预定阈值进行比较，
6.依照权利要求1所述位置计算方法，其中多个扇区构成无线设备，其中每一个扇区都由无线发射台形成；所述的第二步，包括根据同一无线设备多个扇区之间的信噪比比较结果，选择地将具有较小信噪比的扇区或在扇区之间具有较长延时的扇区的测量结果判定误检结果。
7.依照权利要求1所述位置计算方法，还包括计算从接收点到无线发射台的方位的步骤，其中所述的第二步骤包括将所述无线发射台的方位作为标准方位，选出在预设角度内所存在的无线发射台；获得所述接收点和选为近方向上的第一个无线发射台之间的距离与所述接收点与第二发射台之间距离的差值，将该距离差值和预设阈值作比较，根据比较结果估算无线发射台测量结果的该测量。
8.依照权利要求7所述位置计算方法，其中将所述接收点和第一无线发射台之间的距离与接收点和第二无线发射台之间的距离的差值，与来自第一无线发射台的信号和来自第二无线发射台的信号的传输延时的差值作为预设阈值作比较。
9.依照权利要求7所述位置计算方法，还包括估算一个与接收点最近的无线发射台；去除和最近的无线发射台发射信号有关的信息；选出同一方向上的无线发射台。
10.依照权利要求1所述位置计算方法，其中所述的第二步，包括通过去除特定无线发射台的测量结果，计算接收点的位置和似然值；选出似然值中最大值；将最大的似然值和其它的似然值作比较；根据比较结果，将和最大似然值相联系的特定无线发射台的测量结果估算为误检结果。
11.一种位置计算装置，它根据来自多个无线发射台的信号的传输延时，来计算信号接收点的位置，包括接收定时检测装置，用于测量来自所述无线发射台的信号的接收定时；误检估算装置，用于根据由所述的接收定时检测装置得到的接收定时测量结果来估算测量的错误；位置计算装置，用于从所述接收定时检测装置得到的接收定时测量结果中去除根据所述误检估算装置而被估算为错误的测量结果；由此，根据所述的位置计算方法进行位置计算。
12.一种软件产品，用于让计算机执行位置计算方法，该方法通过接收来自多个发射点的信号来计算信号接收点的位置，包括第一步，测量来自所述多个发射点的信号的接收定时；第二步，根据第一步得到的接收定时的测量结果来估算测量的错误；第三步，从第一步得到的接收定时测量结果中去除第二步中被估算为错误的测量结果，由此，计算所述接收点的位置。
13.依照权利要求12所述的软件产品，还包括根据来自于所述多个发射点的信号的传输延时，计算信号接收点的位置。
14.依照权利要求12所述的软件产品，其中发射点为无线发射台。
15.依照权利要求12所述的软件产品，其中计算机作为位置计算装置。
16.一种控制装置，包括中央处理单元(CPU)和用于存储程序的存储器，其中所述存储器存储有用于让CPU执行以下步骤的程序第一步，测量来自多个无线发射台的信号的接收定时；第二步，根据第一步得到的接收定时的测量计算结果来估算测量的错误；第三步，从第一步得到的接收定时测量结果中去除第二步中被估算为错误的测量结果，由此，计算所述接收点的位置；所述CPU运行存储在所述存储器中的所述程序。
17.依照权利要求12所述的控制装置，其中所述的控制装置由半导体集成电路构成。
全文摘要
一种位置计算方法,用来自无线发射台群的信号的传输延时,来计算信号接收点的位置。由于对接收信号的路径采用了错误检测方法,因此距离测量中的错误得到减少。该错误检测方法包括:第一步,测量来自无线发射台群的信号的接收定时;第二步,根据第一步得到的接收定时的测量结果来估算测量中的错误;第三步,在第一步得到的接收定时测量结果中去除第二步中被估算为错误的测量结果;由此计算接收点的位置。
文档编号G01S5/10GK1368648SQ0210204
公开日2002年9月11日 申请日期2002年1月18日 优先权日2001年2月6日
发明者渡边晃司, 桑原幹夫, 恒原克彦, 藤嶋坚三郎 申请人:株式会社日立制作所