用于往返时间测量的设备的制作方法

专利名称：用于往返时间测量的设备的制作方法
用于往返时间测量的设备
背景
1.背景领域
本公开的诸方面一般涉及无线通信系统，并且尤其涉及通过使用专用网络设施促 成对往返时间(RTT)的准确测量来为移动站进行位置确定。
2.相关背景
移动通信网络正在提供日益复杂的与位置定位相关联的能力。诸如举例而言与个 人生产率、合作式通信、社交网络化以及数据捕获有关的那些之类的新型软件应用可使用 位置信息来向顾客提供新特征和服务。除了相当大的商业潜力之外，某些管辖权限中的规 章要求可能要求网络运营商在移动站向紧急服务拨出呼叫(诸如美国的911呼叫)时报告该 移动站的位置。
常规而言，已经使用数字蜂窝定位技术、卫星定位系统(SPS)、和类似技术来提供 位置确定。在常规数字蜂窝网络中，位置定位能力还可由各种时间和相位测量技术从诸如 接入点或基站等具有已知位置的点来提供。例如，在CDMA网络中所使用的一种位置确定办 法称为高级前向链路三边测量法(AFLT)。使用AFLT，移动站可从对发射自多个基站的导频 信号的相位测量计算出自己的位置。
对AFLT的改善已经从混合位置定位技术产生，例如，在其中，除了与基站信号的 接收相关联的测量技术以外，移动站还可采用卫星定位系统(SPS)接收机。该SPS接收机 提供独立于从由这些基站传送的信号推导出的信息的位置信息。位置准确性能通过使用常 规技术组合从SPS和AFLT系统两者推导出的测量来提高。
然而，基于由SPS和蜂窝基站提供的信号的常规位置定位技术在移动站正在建筑 物内和在市区环境内工作时、或在期望高准确性的情境中可能遭遇困难。在此类情境中， 信号反射和折射、多径、和信号衰减、以及诸如此类会显著降低位置准确性，并会使“锁定时 间”减慢至长到不可接受的时段。这些问题可使用来自诸如举例而言根据802.1lx的W1-Fi 标准之类的其他现有无线网络的信号推导位置信息来克服。在其他现有无线网络中所使用 的常规位置确定技术可使用从这些网络内所使用的信号推导的往返时间(RTT)测量。
短程无线电或无线通信网络(诸如802. 11或W1-Fi网络、蓝牙网络、以及诸如此 类)中从站(STA)到接入点(AP)的RTT测量可被用以经由三边测量来确定站的位置或对其 定位。如本领域技术人员所理解的，给定了圆或球的中心和半径，三边测量被用来确定三个 圆形区域或四个球形区域的交集。例如，准确定位可辅助网络资源的高效分配、基于位置的 服务的置备，并且可提供附加优势。在常规网络中，AP可被用于定位；然而，现有AP的使用 具有若干个潜在挑战。
将理解，尽管2维定位需要至少三个非共线AP，但是具有三个非共线AP的特定几 何形态在现有部署中可能并不可用。使用RTT测距的准确定位可能需要诸AP具有带有低 方差的相容的处理延迟。然而，具有足可胜任的用于定位的资源的AP可能并非在所有部署 场景中均可用。进一步，给定AP上的重负载(诸如经由直接存储器寻址(DMA)处理大规模存 储器传递之类)可能引起RTT掉头时间上的变动并且由此使定位准确性和稳定性降格。又进一步地，如果将所部署的AP用于定位，那么在定位话务和正常数据/控制话务之间可能出现争用，从而导致定位数据的延迟或丢失。又进一步，定位可能需要对AP上的软件/固件进行配置或更新从而使得能够递送网络几何形态、地图URI或其他信息。然而此类配置和更新可能不是在所有部署场景中都可行。
使用RTT测量技术来准确地确定位置通常涉及关于在无线信号传播通过构成网络的各种设备时由这些无线信号引起的时延的知识。在实践中，当采用常规RTT定位技术时，估计处理延迟时间可涉及STA和AP两者处用于表征和解读RTT处理延迟的大量附加软件、无线AP中的硬件改变、和对操作环境耗时的部署前指纹特征识别和校准。
相应地，当使用RTT技术进行位置确定时，可能希望避免无线接入点中的硬件改变或避免显著附加处理，从而以成本高效方式改善位置定位准确性和性能。
概述
本发明的示例性实施例涉及用于促成例如短程无线网络之类的无线网络中的站 (STA)的定位的专用设施和方法。示例性设施可以能够向对测量相关通信的请求(诸如来自 STA的对于往返时间(RTT)测量的请求)提供自动响应并且可包括射频(RF)接口，该RF接口包括带有耦合到该RF接口的变频段和媒体接入控制(MAC)段的收发机。该设施具有指派给其的MAC地址。MAC段被配置成接收对测量相关通信的请求，在该短程无线网络内确立的均一的预定时段之后立即向收到的对该测量相关通信的请求生成诸如确收(ACK)(例如， 确收帧)之类的自动响应。该ACK可形成该测量相关通信。该均一的预定时段与该设施中对响应的处理相关联并且在该网络内的任何设施间是均一的。自动响应可包括MAC地址。 重要的是要注意，在一些实施例中，该设施被配置成仅执行该自动响应的生成，尽管该响应可包括诸如定位准则之类的附加信息，其中这些定位准则诸如是与该设施的位置相关联的 (x, y)坐标对或通用资源标识符(URI)或具有附加位置信息的类似物。例如，URI可与包含附加位置信息的资源相关联。在其它实施例中，该设施可被配置成在对测量相关通信的请求被生成之前在例如信标中提供诸如该设施的(x，y)坐标或通用资源标识符(URI)或具有附加位置信息的类似物之类的信息。
附图简要说明
给出附图以帮助对本发明实施例进行描述，且提供附图仅用于解说实施例而非对其进行限定。

图1是解说与本公开的实施例相容的移动站的示例性操作环境的图示。图2是解说示例性移动站的各种组件的框图。图3是解说使用无线接入点来确定移动站的位置的示例性技术的图示。图4是解说用多个无线接入点使用往返时间(RTT)来确定移动站的位置的时序的
时序图。

图5是解说用于使用示例性设施的移动站的操作环境的图示。图6是解说使用诸设施来确定移动站的位置的示例性时序的时序图。图7是解说示例性设施的各种组件的框图。图8是解说用于使用设施来促成定位的示例性方法的流程图。具体描述本发明的各方面在以下涉及本发明具体实施例的描述和有关附图中被公开。可以设计替换实施例而不会脱离本发明的范围。另外，本发明的众所周知的元素将不被详细描 述或将被省略以免湮没本发明的有关系的细节。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例 性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。同样，术语“本发明的实施例”并 不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点、或工作模式。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而并不旨在限定本发明的实 施例。如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另 有明确指示。还将理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指定 所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素、和组件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、 整数、步骤、操作、要素、组件和其群组的存在或添加。
本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法体 系可在硬件、固件、软件、或其任何组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或 更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻 辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、 设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例 如，规程、函数等等)来实现。任何有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文中所 描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理单元来执行。存储器可被 实现在处理单元内，或处理单元之外。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长 期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，且并不限于任何特定类型的存储器或特定数目 的存储器、或记忆存储在其上的介质的类型。
如果在固件和/或软件中实现，则各功能可作为一条或更多条指令或代码存储在 计算机可读介质上。各示例包括编码成具有数据结构的计算机可读介质和编码成具有计算 机程序的计算机可读介质。计算机可读介质可采取制品的形式。计算机可读介质包括物理 计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定， 此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁 存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何 其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(⑶)、激光碟、光碟、数字多 用碟(DVD )、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述 的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
除存储在计算机可读介质上之外，指令和/或数据可作为信号在包括于通信装置 中的传输介质上提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些 指令和数据被配置成使一个或更多个处理单元实现权利要求中所概括的功能。即，通信装 置包括具有指示用以执行所公开功能的信息的信号的传输介质。在第一时间，通信装置中 所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第一部分，而在第二时间，通信装 置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第二部分。
藉由简要概述并且根据各种示例性实施例，可提供示例性往返时间设施(RTT_ APP)，该设施提供对站(STA)的准确且快速的定位或者辅助改善现有定位测量或估计。通 过提供有限数目的专用功能和均一的处理延迟，RTT_APP避免了以上所提及问题中的许多问题，尤其是与逐渐形成对基于AP的处理延迟的估计所需的大量处理有关的那些问题。例 如，RTT_APP可被配置成响应于定向的RTT测量分组来发送ACK，而没有其他处理功能性被 实现。RT_ APP可被附加地配置成发送信标(若需要)以用于递送关于网络的信息。RTT_APP 可在诸如举例而言W1-Fi 802. 11频带或类似频带之类的多个频带中的任何一个频带或其 组合上工作。RTT_APP可支持允许URI的递送的配置以用于递送网络几何形态或地图。
根据各种示例性实施例，RTT_APP具有小到有优势的尺寸、低成本和低功率，并且 比通用接入点所需要的硬件和软件功能性少。RTT_APP无需支持典型的AP特征，诸如路由、 交换、桥接以及类似特征并且无需额外端口，诸如以太网、WAN、USB端口或类似端口。RTT_ APP无需支持使能不同拓扑、安全性简档、VLAN及类似物所需的高级软件配置。示例性RTT_ APP通过替换或补充可能并非以良好地适于定位的方式部署的现有基础设备来允许室内定 位的部署。尽管RTT_APP能够发送偶发信标信号，但是由于RTT_APP主要是被配置成响应 于RTT测量请求，因此能以比常规AP更高效的方式在例如电池电源上将操作延续很长的时 段。由此，可在干线电源不可用之处部署RTT_APP。如本文在下面将进一步描述的，RTT_APP 能以先前未料想到的方式提供以上提及的所有优势和附加优势。
图1是STA1108的示例性操作环境100的图示。本发明的实施例针对可辅助STAl 108基于往返时间(RTT)测量来确定其位置的RTT_APP，其中由无线接入点引入的处理延迟 可被最小化或消除。将领会，各种实施例解决了与不同接入点间处理延迟上的变动相关联 的劣势。除诸接入点间处理延迟上的静态差量以外，这些变动还可由于负载条件及类似物 随时间推移改变。由于定位准确性可被处理延迟上的差量损害，所以出现了消除可变处理 延迟的需求。
工作环境100可包含一个或更多个不同类型的无线通信系统和无线定位系统。在 图1中所示的实施例中，卫星定位系统(SPS)102可被用作关于STA1108的位置信息的独立 来源。STAl 108可包括被专门设计成接收来自SPS卫星的信号以用于推导地理位置信息的 一个或更多个专用SPS接收机(102a、102b等)。
将领会，一般而言，SPS可以包括发射机系统，这些发射机被定位成使得诸实体能 够至少部分地基于接收自这些发射机的信号来确定自己在地球上或上方的位置。这样的发 射机通常发射用具有设定数目个码片的重复伪随机噪声(PN)码作标记的信号，并且可位于 基于地面的控制站、用户装备和/或空间飞行器上。在特定示例中，这类发射机可位于环地 轨道卫星飞行器(SV)上。例如,诸如全球定位系统(GPS)、Galileo、Glonass或Compass等 全球导航卫星系统(GNSS)的星座中的SV可发射用可与由该星座中的其他SV所发射的PN 码区分开的PN码(例如，如在GPS中那样对每颗卫星使用不同PN码或者如在Glonass中那 样在不同频率上使用相同的码)作标记的信号。根据某些方面，本文中给出的技术不限于 全球SPS系统(例如，GNSS)。例如，可将本文中所提供的技术应用于或另行使之能在各种地 区性系统中使用，诸如举例而言日本上空的准天顶卫星系统(QZSS)、印度上空的印度地区 性导航卫星系统(IRNSS)、中国上空的北斗等，和/或可与一个或更多个全球和/或地区性 导航卫星系统相关联或另行使其能与之联用的各种扩增系统(例如，基于卫星的扩增系统 (SBAS))。作为示例而非限定，SBAS可包括提供完好性信息、差分校正等的扩增系统，诸如 广域扩增系统(WAAS)、欧洲对地静止导航覆盖服务(EGN0S)、多功能卫星扩增系统(MSAS)、 GPS辅助式Geo (对地静止)扩增导航或GPS和Geo扩增导航系统(GAGAN)和/或类似系统。因此，如本文所使用的，SPS可包括一个或更多个全球和/或地区性导航卫星系统和/或扩 增系统的任何组合，且SPS信号可包括SPS信号、类SPS信号和/或其他与此类一个或更多 个SPS相关联的信号。
操作环境100还可包括一种或更多种类型的多个广域网无线接入点(WAN-WAP) 104，它们可被用于无线语音和数字通信并且用作另一关于STAl 108的独立的位置信息来 源。通常，WffAN内的WAN-WAP 104a_104c中的每一个可从固定位置操作并且提供大的都市 和地区性区域上的网络覆盖。WAN-WAP 104可以是可包括已知位置处的蜂窝基站的无线广 域网(WffAN)和诸如举例而言如根据802. 16所规范的WiMAX节点之类的其他广域无线系统 的一部分。将领会，该WWAN可包括为简单化而未在图1中示出的其他已知网络组件。
操作环境100还可包括局域网无线接入点(LAN-WAP) 106，其可用于无线语音和数 据通信，并且可用作另一独立的位置数据来源。LAN-WAP 106可以是可在建筑物中操作并 且在比WffAN小的地理地区上执行通信的无线局域网(WLAN)的一部分。例如，此类LAN-WAP 106可以是例如诸如为根据802.1lx的操作规范的网络之类的W1-Fi网络、蜂窝微微网和毫 微微蜂窝小区、蓝牙网络及类似网络的一部分。
STAl 108 可从 SPS 卫星 102、WAN-WAP 104 和 LAN-WAP 106 中的任何一者或其组 合来推导位置信息。上述系统中的每一个能使用不同的技术来提供对STA1108的位置的独 立估计。在一些实施例中，移动站可组合从这些不同类型的接入点中的每一个推导出的解 来提高位置数据的准确性。然而，为实现增加的准确性，尤其在卫星信号可能难以接收到的 室内位置内，对基于在离STA1108的近程性较近的信号源进行的定位或三边测量的依赖导 至更高准确性的潜在可能。
当使用SPS 102来推导位置时，移动站可使用专门设计成与SPS联用的接收机，该 接收机使用常规技术从由SPS卫星102发射的多个信号提取位置。本文所描述的方法和装 置可与各种卫星定位系统联用，诸如美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯Glonass (格洛纳斯) 系统、欧洲Galileo (伽利略)系统、任何使用来自卫星系统的组合的卫星的系统、或任何在 将来开发的卫星系统。另外，所公开的方法和装置可与使用伪卫星或者卫星与伪卫星的组 合的定位确定系统一起使用。伪卫星是广播类似于GPS或CDMA蜂窝信号的且被调制在L 频带或其他频率的载波信号上的PN码或其他测距码的基于地面的发射机，该载波信号可 以与GPS时间同步。每一个这样的伪卫星发射机可以被指派唯一性的PN码从而准许其被 远程接收机标识。伪卫星在来自轨道卫星的GPS信号可能不可用的情境中是很有用的，诸 如在隧道、矿井、建筑物、城市峡谷或其他封闭区域中。伪卫星的另一种实现被称为无线电 信标。如本文中所使用的术语“卫星”旨在包括伪卫星、伪卫星的等效物、以及还可能有其 他。如本文中所使用的，术语“SPS信号”旨在包括来自伪卫星或伪卫星的等效的类SPS信 号。
当从WffAN推导位置时，每个WAN-WAP 104a_104c可采取数字蜂窝网内的基站的形 式，并且STAl 108可包括蜂窝收发机以及能利用基站信号来推导位置的处理单元。此类蜂 窝网络可包括但不限于根据GSM、CDMA、2G、3G、4G、LTE及类似物的标准。应理解，数字蜂窝 网络可包括图1中所示的附加基站或其他资源。虽然WAN-WAP 104可能实际上是可移动的 或者以其他方式具有能被重新安置的能力，但出于解说目的，将假定它们基本上被安排在 固定的位置上。
STAl 108可使用诸如举例而言高级前向链路三边测量法(AFLT)之类的已知的抵 达时间技术来执行位置确定。在其他一些实施例中，每个WAN-WAP104a-104c可采取WiMAX 无线网络基站的形式。在此类情形中，STAl 108可使用抵达时间(TOA)技术从由各WAN-WAP 104提供的信号来确定自己的位置。STAl 108可使用如以下将更详细地描述的TOA技术 来要么以自立模式要么使用定位服务器110和网络112的辅助来确定位置。注意，本公开 的实施例包括令STAl 108使用属于不同类型的各WAN-WAP 104来确定位置信息。例如，一 些WAN-WAP 104可以是蜂窝基站，而其他WAN-WAP可以是WiMAX基站。在此类工作环境中， STAl 108可以有能力利用来自每个不同类型的WAN-WAP的信号并且进一步组合推导出的 位置解来提高准确性。
当使用WLAN来推导位置时，STAl 108可在定位服务器110和网络112的辅助 下使用抵达时间技术。定位服务器Iio可通过网络112向移动站通信。网络112可包括 纳入LAN-WAP 106的有线和无线网络的组合。在一个实施例中，每个LAN-WAP 106a_106e 可以例如是无线接入点，其不必被设置在固定的位置上并且能够改变位置。每个LAN-WAP 106a-106e的位置可用共同坐标系的形式被存储在定位服务器110中。在一个实施例中， STAl 108的位置可通过令STAl 108接收来自每个LAN-WAP 106a_106e的信号的方式来确 定。每个信号可基于可包括在收到信号中的某种形式的标识信息(诸如举例而言，MAC地址) 来与其始发LAN-WAP相关联。STAl 108可随后推导与经分类排序的收到信号中的每一个相 关联的时间延迟。STAl 108可随后形成能包括这些时间延迟以及这些LAN-WAP中的每一个 的标识信息的消息，并经由网络112向定位服务器110发送该消息。基于收到的消息，定位 服务器可随后使用所存储着的有关系的LAN-WAP 106的位置来确定STAl 108的位置。定 位服务器110可生成包括指向移动站在局部坐标系中的位置的指针的位置配置指示(LCI) 消息并将该消息提供给STAl 108。该LCI消息还可包括相对于STAl 108的位置的其他感兴 趣的点(POI)。LCI可首先仅作为服务器110知晓STA108能看到的近旁LAN-WAP的MAC地 址的结果来被建立。连同该LCI，这些近旁LAN-WAP的位置被给予STA 108，STA 108可基 于此使用这些近旁LAN-WAP位置来推导自己的位置。替换地，服务器110可生成包括STA 位置的LCI。应注意，STA 108的位置可在服务器110处或在STA 108处推导出。当在STA 108处推导位置时，服务器110提供具有如所描述的LAN-WAP位置的LCI。当计算STAl 108 的位置时，定位服务器110可考虑到可能由无线网络内诸要素引入的不同延迟。
本文中描述的位置确定技术可用于诸如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、 无线个域网(WPAN)等的各种无线通信网络。术语“网络”和“系统”可以被可互换地使用。 WffAN可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频 分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)网络、WiMAX (IEEE 802. 16)网络等等。CDMA网络可实现诸如cdma2000、宽带CDMA (W-CDMA)等一种或更多种 无线电接入技术(RAT)。cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可实现 全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS )、或其他某种RAT。GSM和W-CDMA 在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。Cdma2000在来自名为“第三 代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN 可以是IEEE 802.1lx网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802. 15x、或其他某种类型的 网络。这些技术也可用于WWAN、WLAN和WPAN的任何组合。
图2的框图解说示例性移动站200 (例如，图1的STAl 108)的各种组件。为简单 化，图2的框图中所解说的各种特征和功能是使用共用总线连接在一起的，其旨在表示这 些各色特征和功能起作用地耦合在一起，不管具体耦合手段如何。除共用总线连接之外，本 领域技术人员将认识到，其他连接、机制、特征、功能或诸如此类可被提供并且按需适配以 起作用地耦合和配置实际的便携式无线设备。另外，还认识到，图2的示例中所解说的特征 或功能之中的一个或更多个可被进一步细分，或者图2中所解说的特征或功能之中的两个 或更多个可被组合。
如本文中所使用的，移动站(MS)是指诸如以下的设备蜂窝或其他无线通信设 备、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备(PND)、个人信息管理器(PM)、个人数字助理 (PDA)、膝上型设备或能够接收无线通信和/或导航信号的其他合适的移动设备。术语“移 动站”还旨在包括诸如藉由短程无线、红外、有线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通 信的设备——不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备处还 是在PND处。而且，“移动站”旨在包括能够诸如经由因特网、W1-F1、或其他网络与服务器 通信的所有设备，包括无线通信设备、计算机、膝上型设备等，而不管卫星信号接收、辅助数 据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备处、服务器处、还是与网络相关联的另一个设 备处。以上的任何可操作的组合也被认为是“移动站”。
移动站200可包括可与一个或更多个天线202连接的一个或更多个广域网收发机 204。广域网收发机204可包括适合用于与WAN-WAP 104通信并检测去往/来自WAN-WAP 104的信号、以及直接与网络内的其他无线设备通信的设备、硬件和软件。在一个方面，广域 网收发机204可包括适合用于与无线基站的CDMA网络通信的CDMA通信系统。然而，在其 他方面，无线通信系统可包括不同类型的蜂窝电话技术，诸如举例而言TDMA或GSM网络，或 类似技术。另外，可以使用任何其他类型的无线联网技术，例如根据802. 16标准的WiMAX、 以及类似技术。移动站200还可包括可连接到一个或更多个天线202的一个或更多个局 域网收发机206。局域网收发机204包括适合用于与LAN-WAP 106通信并检测去往/来自 LAN-WAP 106的信号、以及直接与网络内的其他无线设备通信的设备、硬件和软件。在一个 方面，局域网收发机206可包括例如根据802.1lx标准的适合用于与一个或更多个无线接 入点通信的W1-Fi通信系统。然而在其他方面，局域网收发机206可包括另一类型的局域 网技术、个域网技术(诸如蓝牙网络)、或类似技术。另外，可以使用任何其他类型的无线联 网技术，例如超宽带、ZigBee、无线USB、或类似技术。
如本文中所使用的，缩写的术语“无线接入点”(WAP)可指称LAN-WAP106和 WAN-WAP 104。具体而言，在以下给出的描述中，当术语“WAP”被使用时，应理解，诸实施例 可包括可利用来自多个LAN-WAP 106、多个WAN-WAP 104或其两者的任何组合的信号的移 动站200。正在由移动站200使用的具体类型的WAP可取决于工作环境。不仅如此，移动站 200可动态地在各种类型的WAP之间进行选择以得出准确的位置解。
SPS接收机208也可被包括在移动站200中。SPS接收机208可被连接至一个或 更多个天线202以接收卫星信号。SPS接收机208可包括任何适合用于接收和处理SPS信 号的硬件和软件。SPS接收机208在恰适的场合向其他系统请求信息和操作，并且使用由任 何合适的SPS算法所获得的测量来执行对于确定移动站200的位置而言所必需的演算。
应注意，在一些实施例中，相对运动传感器212可耦合至处理单元210以提供独立于从由广域网收发机204、局域网收发机206和SPS接收机208所接收到的信号推导出的运 动数据的相对运动和取向信息。
藉由示例但而非限定，相对运动传感器212可使用加速计(诸如MEMS器件)、陀螺 仪、地磁传感器(诸如罗盘)、高度计(诸如大气压力高度计)和任何其他类型的运动检测传 感器。此外，相对运动传感器212可包括多个不同类型的器件，并组合其输出来提供运动信 息。例如，相对运动传感器可使用多轴加速计和取向传感器的组合来提供计算2-D和3-D 坐标系中的位置的能力。
处理单元210可被耦合至广域网收发机204、局域网收发机206、SPS接收机208以 及相对运动传感器212。处理单元可包括提供处理功能以及其他演算和控制功能性的一个 或更多个微处理器、微控制器和数字信号处理器。处理单元210还可包括或另行耦合至用 于存储数据和软件指令以用于在移动站内执行经编程的功能性的存储器214。存储器214 可以板载在处理单元210上(诸如在同一 IC封装内)，或者存储器可以是处理单元外部的存 储器并在功能上通过数据总线或类似物来耦合，或是内部存储器和外部存储器的组合。以 下将更详细地讨论与本公开的各方面相关联的软件功能性的详情。
数个软件模块和数据表可驻留在存储器214中并由处理单元210使用以管理通信 和定位确定功能性两者。如图2中所解说的，存储器214可包括和以其他方式收纳基于无 线的定位模块216、应用模块218、收到信号强度指示符(RSSI)模块220、往返时间(RTT)模 块222、和相对定位模块(未示出)。应该领会,如图2中所示的存储器内容的组织仅是示例 性的，并且由此，可取决于移动站200的实现按不同的方式来组合、分开和结构化这些模块 和数据结构的功能性。
应用模块218可以是在移动站200的处理单元210上运行的进程，该进程向基于 无线的定位模块216请求位置信息。替换地，该位置信息可由定位模块216自治地或在应 用模块218的控制下连续地、周期性地或以类似方式提供。应用通常在通信架构模型的上 层(诸如开放系统互连(OSI)七层开放架构协议模型的应用层)内运行，并且可包括室内导 航、伙伴定位器、购物和赠券、资产追踪、位置知悉式服务发现，以及诸如此类。基于无线的 定位模块216可使用从测量自与多个WAP交换的信号的RTT所推导出的信息来推导移动站 200的位置。为了使用RTT技术来准确地确定位置，对由每个WAP引入的处理时间延迟的 合理估计可被用来校准/调整测得RTT。测得RTT可由RTT模块222来确定，RTT模块222 能测量在移动站200与WAP之间交换的信号的时序以推导RTT信息。
一旦测得，RTT值就可被传递给基于无线的定位模块216以辅助确定移动站200的 位置。基于无线的定位模块216可使用由WAP传送的信号的振幅值以辅助对WAP的处理时 间的估计。这些振幅值可按照由RSSI模块220确定的RSSI测量的形式来确定。RSSI模块 220可将关于这些信号的振幅和统计信息提供给基于无线的定位模块216。基于无线的定 位模块216使用这些RTT测量来基于本文将在下面进一步描述的传播延迟测量及类似物准 确地确定位置。
在没有如由例如本文所议和所描述的RTT_APP提供的与减小处理延迟并且使其 均一相关联的效果的情况下，将需要附加校准以使用例如由相对运动传感器212或其他段 获得的信息来进一步完善WAP的处理时间。在一个实施例中，相对运动传感器212可向处 理单元210直接提供位置和取向数据，这些数据可被存储在例如存储器214中。在其他实施例中，相对运动传感器212可提供应该由处理单元210进一步处理以推导用于执行校准 的信息的数据。例如，相对运动传感器212可提供加速度和取向数据(单轴或多轴)。
该位置可以诸如响应于请求或以连续方式被连续输出到应用模块218。另外，基于 无线的定位模块216可使用参数数据库224来交换操作参数。此类参数可包括所确定的关 于每个WAP的处理时间、共同坐标系中的WAP位置、与网络相关联的各种参数、初始处理时 间估计、及类似物。以下将在后续章节中提供这些参数的详情。
在其他实施例中，这些附加信息可任选地包括辅助位置和运动数据，其除相对运 动传感器212外还可从诸如举例而言SPS测量之类的其他来源确定。这些辅助位置数据可 能是间歇性的并且是有噪的，但取决于移动站200正在其中工作的环境，可有益地作为用 于估计或确认对WAP的定位的估计、或用于估计或确认与定位相关联的其他信息的独立信 息的另一来源。
虽然图2中所示的模块在该示例中被解说为被包含在存储器214中，但应认识到， 在某些实现中，可使用各种机制来提供或以其他方式起作用地安排此类规程。例如，基于无 线的定位模块216和应用模块218的全部或部分可在固件中提供。另外，虽然在本示例中， 基于无线的定位模块216和应用模块218被图解为分开的特征，但应认识到，例如，此类规 程可被组合在一起作为一个规程或者或许与其他规程相组合，或者以其他方式进一步划分 成多个子规程。各种替换和/或附加配置中的每种配置可作为如本文以下进一步描述的用 于执行各种创造性功能的手段被涵盖。
处理单元210可包括适合用于执行至少本文中所提供的技术的任何形式的逻辑。 例如，处理单元210可以是能基于存储器214中的指令被起作用地配置成选择性地发起利 用运动数据的一个或更多个例程以供在移动站的其他部分中使用。
移动站200可包括用户接口 250，后者提供任何合适的接口系统，诸如允许用户与 移动站200交互的话筒/扬声器252、小键盘254、以及显不器256。话筒/扬声器252可使 用广域网收发机204和局域网收发机206提供语音通信服务。小键盘254可包括包含供用 户输入的任何合适按钮的任何类型的小键盘。显示器256包括诸如举例而言背光LCD显示 器之类的任何合适的显示器，并且还可包括用于附加用户输入模式的触摸屏显示器。
如本文中所使用的，STAl 108可以是可配置成捕获从一个或更多个无线通信设备 或网络发射的无线信号以及向一个或更多个无线通信设备或网络发射无线信号的任何便 携式或可移动设备或机器。如图1和图2中所示，移动站代表此类便携式无线设备。由此， 借助示例而非限定，STAl 108可包括无线电设备、蜂窝电话设备、计算设备、个人通信系统 (PCS)设备、或者其他类似的装备有无线通信的可移动设备、设施、或机器。
如本文中所用的，术语“无线设备”可以指可在网络上传递信息并且还具有位置确 定和导航功能性的任何类型的无线通信设备。无线设备可以是任何蜂窝移动终端、个人通 信系统(PCS)设备、个人导航设备、膝上型设备、个人数字助理、或任何其他能够接收和处理 网络和SPS信号以用于进行基于无线的位置确定的合适的移动站。
基于无线的位置确定可使用分开的信号源或其组合按各种方式来达成。在一些 实现中，无线位置确定可使用SPS测量来执行。例如，如果STAl 108刚进入室内环境，并 且如果该室内环境并不严重衰减SPS信号，那么SPS定位可被使用。在其他一些实现中， 使用为语音/数据通信采用的信号的诸技术可被利用来进行位置确定。此类别中的各种技术在题为 “WIRELESS POSITION DETERMINATION USING ADJUSTED ROUND TRIP TIME MEASUREMENTS (使用经调整的往返时间测量的无线位置确定)”的共同待决申请(美国专利 申请No. 12/622，289)中阐述。
图3中示出了用以解说用于确定STAl 108的位置的示例性技术的简化环境。STAl 108可使用诸如2. 4GHz信号之类的RF信号和用于调制这些RF信号的标准化协议以及根 据诸如IEEE 802. 11及类似标准等标准配置的信息分组交换来与例如多个WAP 311无线通 信。通过从所交换的信号提取出不同类型的信息并且使用网络的布局(诸如如以上所描述 的网络几何形态)，STAl 108可确定其在预定义参考坐标系中的位置。如图3中所示，移动 站可使用二维坐标系来指明其位置(xt，yt)，然而，本文中所公开的诸实施例并不限定于此， 并且还可适用于使用例如三维坐标系来确定位置(如果想要额外的维度)。另外，虽然图3 中示出了三个WAP (WAPI 311a、WAP2 311b和WAP3 311c)，但是可能想要使用附加WAP并 且使用适用于超定系统的技术来对位置求解，这些技术能平均掉由不同噪声效应引入的各 种误差，并且因此改善所确定的位置的准确性。
为了使用无线信号测量来确定给定时间t的位置(xt, yt)，移动站STA1108可能 首先需要确定网络几何形态。该网络几何形态可包括由坐标(xk，yk)指定的每个WAP 311 在参考坐标系中的位置，其中k=l，2，3，对应于如图3所示的WAPl 311a的位置(xl，yl)、 WAP2 311b的位置(x2，y2)、和WAP3 311c的位置(x3，y3)。移动站可然后确定距离dk，其 中 k=l, 2，3，对应于 STA 108 和 WAP1311a 之间的 dl，STAl 108 和 WAP2 311b 之间的 d2，以 及STA 108和WAP 311c之间的d3。如将在下面更详细描述的，数个不同办法可被用来估 计这些距离(dk)，诸如藉由在STAl 108和每个WAP 311之间交换的RF信号的特性的知识。 此类特性如以下将要讨论的可包括这些信号的往返传播时间、和根据RSSI的信号强度。这 些距离进一步易有标示为errdk的各种误差312a_312c，其中k=l，2，3。本公开中尤其感兴 趣的是可归因于各WAP的处理延迟的误差。本文将在下面更详细地描述消除显著处理延迟 以及尤其是各WAP间处理延迟上的变动。
在其他实施例中，可使用与这些WAP没有关联的其他信息来源来部分地确定或完 善这些距离(dk)。例如，诸如SPS之类的其他定位系统可被用来提供对dk的粗略估计。应 注意，很有可能SPS在预期的操作环境(诸如室内、都市区域、或类似环境)中具有的信号可 能不足以提供对dk—贯准确的估计。然而，SPS信号可与其他信息相组合以辅助位置确定 过程。其他相对定位设备可驻留在STAl 108中，其能被用作提供对相对位置和取向的粗略 估计的基础。
一旦每个距离均被确定，移动站就可随后通过使用诸如举例而言三边测量之类的 各种已知几何技术来求解其位置(xt，yt)。从图3可见，STAl 108的位置理想情况下位于围 绕每个WAP的虚线圆的交集处。这些圆可由半径dk和中心(xk, yk)定义,其中k=l,2,3。在 实践中，由于噪声、联网系统中的各种系统性和随机因子及其他误差，包括每个WAP中的基 于负载的处理延迟，这些圆的交集可能并不位于单个点处。
为了更好地理解与使用例如RTT测量的位置演算相关联的问题，以下章节将更详 细地讨论根据RTT测量的基于无线的位置确定，这些RTT测量包括具有与根据各种示例性 实施例的RTT_APP相关联的均一延迟的RTT测量。将领会，RTT和RSSI测量可被组合以改 善对每个WAP 311的处理时间延迟的估计。
再次参照图3，确定STAl 108与每个WAP 311之间的距离可涉及使用与RF信号相关联的传播时间信息。在一个实施例中，能执行对在STAl 108与WAP 311之间交换的信号的往返时间(RTT)的确定并将其转换成距离(dk)。RTT技术可被用来测量发送数据分组与接收到确收之间的时间。RTT测量方法一般使用校准来移除处理延迟。然而，在尝试提供高位置准确度时，尤其在对位置精确度有高要求的应用中，使用校准可能是不够的。尽管在一些应用和环境中，移动站和无线接入点的处理延迟被假定为是相同的，但在现实中，它们随时间推移往往有不同程度的不同。
为了测量关于给定WAP 311的RTT，如图4所示，STAl 108可发送诸如定向探测请求之类的探测请求410，该探测请求410能够被WAP 311、以及还可能有正在接收射程内操作的其他WAP接收。探测请求410被发送的时间(诸如该分组的传送时间tTX之类)可被记录。在从STAl 108到WAP 311的对应传播时间tro (该时间可被一般化为tPN442)之后， WAP将接收到该分组。WAP311可然后处理该定向探测请求410并且在诸如Awapci 431或一般化情形中为Λ_ 441之类的处理时间之后向STAl 108发送回诸如ACK 411之类的ACK。 在第二传播时间tP(l之后，STAl 108可记录该ACK分组被接收到的时间，诸如接收时间tKX ACK。移动站可然后基于例如时间差tpx ACK-tTX分组来将RTT确定为时间420、或在一般化情形中为时间429。更简单地，RTT等于两倍的传播延迟加处理延迟。
通过使用如上所述的基于定向探测请求的RTT测距，STAl 108可不直接与WAP 311 相关联地来执行RTT测量。由于定向接入探测被认为是单播分组，因而WAP 311可通常将在规定的时段之后确认对接入探测分组的成功解码。通过避免与WAP 311相关联，额外开销可被大幅缩减。
STAl 108和WAPk之间的往返时间可以如在下式I中那样建模。
RTTk=2dk+ Δ k+ Δ STA+nk (1)
其中
dk是STAl 108和WAPk 311之间的实际距离(英尺)；
Δ k是WAPk 311的硬件处理时间(纳秒)；
Asta是STAl 108处的硬件处理延迟(纳秒)；以及
nk是RTT测量中的误差(纳秒)，该误差是因未知的WAP高度、移动站时序误差、以及WAP时序误差所造成的误差的总和。
应该领会，因为距离的单位是以英尺来提供的，并且时间的单位是以纳秒(ns)来提供的，所以光速可被近似为单位数以简化该模型并通过避免乘法运算来减少计算时间。
可假定，STA处理延迟Λ STA可被STAl 108校准掉，对于固定处理延迟而言尤其如此。由此Asta可被取为零。如果STAl 108知晓个体WAPk 311的处理时间Λ，那么到该WAPk 311的传播时间就可被估计为(RTTk-Ak)/2，该传播时间将对应于STAl 108和WAPk 311之间的距离(dk)。然而，STAl 108通常不具有WAPk 311的处理时间的知识，并且STAl 108通常在到WAPk 311的距离能被估计出之前就必须获得对处理时间Ak的估计。然而，WAP处理延迟Ak在个体WAP间可以是可变的或者至少可包含可变延迟分量并且由此可能是难以校准去除的，当个体WAP的非RTT测量相关的处理负载增加或减少时尤其如此。本文所议和所描述的RTT_APP的各种示例性实施例被设计成减轻与可变处理时间相关联的误差。
除涉及RTT的估计以外，应注意，每个WAP 311和STAl 108之间的距离也可被估
权利要求
1.一种用于促成短程无线网络中的站(STA)的定位的设施，所述设施包括 射频(RF)接ロ ；以及 耦合到所述RF接ロ的媒体接入控制(MAC)段； 其中，所述MAC部分配置成 在所述RF接口上接收来自所述STA的对测量相关通信的请求； 在均一的时段之后立即生成并在所述RF接口上传送对收到请求的自动响应，所述均一的时段被建立成在所述设施和所述网络内的任何其他各个所述设施间是均一的；以及仅执行所述自动响应的生成。
2.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述对所述测量相关通信的请求包括对往返时间(RTT)測量相关通信的请求，并且其中所述自动响应形成所述RTT測量相关通信。
3.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述MAC段包括硬件MAC段。
4.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述RF接ロ包括配置成将传输频带频率转换成数字基带频率的变频段。
5.如权利要求4所述的设施，其特征在于，所述传输频带频率包括802.11传输频帯。
6.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述RF接ロ包括配置成将数字基带频率转换成传输频带频率的变频段。
7.如权利要求6所述的设施，其特征在于，所述传输频带频率包括802.11传输频帯。
8.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述响应包括与包含附加位置信息的资源相关联的统ー资源标识符(URI )。
9.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述响应包括定位准则。
10.如权利要求9所述的设施，其特征在于，所述定位准则包括与所述设施的位置相关联 (x，y)坐标对并且所述响应包括所述(x，y)坐标对。
11.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述响应包括针对所述对所述测量相关通信 的请求的确收(ACK)，所述ACK形成所述测量相关通信。
12.一种用于在短程无线网络中提供定位的设备，所述设备包括 收发机装置，其用于从站(STA)接收对测量相关通信的请求并且用于传送针对所述对所述测量相关通信的请求的自动响应；以及 媒体接入控制(MAC)装置，其耦合到所述收发机装置，所述MAC装置用于 识别所述对所述测量相关通信的请求，所述请求基干与所述设备相关联的标识符和所述请求的请求类型来识别； 使所述收发机装置在与识别所述请求相关联的均一的时段之后立即生成所述自动响应，所述均一的时段在所述设备中和在所述网络内的任何其他各个所述设备中是均一的，所述收发机装置仅生成所述自动响应。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述对所述测量相关通信的请求包括对往返时间(RTT)測量相关通信的请求。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述收发机装置进ー步用于在802.11传输频带上的传送和接收中的至少ー者。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述自动响应包括与包含附加位置信息的资源相关联的统ー资源标识符(URI )。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述MAC装置进ー步用于使所述收发机装置 在信标消息中传送与包含位置信息的资源相关联的统ー资源标识符(URI)。
17.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述MAC装置进ー步用于使所述收发机装置在信标消息中传送与所述设备的所述位置相关联的(x，y)坐标对。
18.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述自动响应包括与所述设备的位置相关联的(X，y)坐标对。
19.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述自动响应包括针对所述对所述测量相关通信的请求的确收(ACK)帧，所述ACK帧形成所述测量相关通信。
20.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述自动响应包括信标帧，并且其中所述MAC装置进ー步用于使用所述信标帧来实现载波感测机制和退避机制之一。
21.一种用于在短程无线网络中提供定位的方法，包括 在所述短程无线网络中的多个专用网络设施处接收来自站(STA)的对测量相关通信的请求； 在所述多个专用网络设施处识别所述对所述测量相关通信的请求； 在与所述多个专用网络设施中的每个专用网络设施相关联的均一的处理延迟之后在所述多个专用网络设施处立即生成自动响应；以及 基于来自所述多个专用网络设施中的对应各个专用网络设施的各自相应的各个所述自动响应的不同抵达时间来对所述STA进行定位。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述对所述STA的定位包括使用来自所述多个专用网络设施中的对应三个专用网络设施的三个不同的抵达时间来对所述STA进行三边测量。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述自动响应包括与包含附加位置信息的资源相关联的统ー资源标识符(URI )。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在干，所述自动响应包括与所述多个专用网络设施中的对应ー个专用网络设施的位置相关联的(x，y)坐标对。
25.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述自动响应包括针对所述对所述测量相关通信的请求的确收(ACK)，所述ACK形成所述测量相关通信。
26.一种其上具有用于在短程无线网络中提供定位的指令的计算机可读介质，所述指令在被处理单元读取和执行时执行操作，所述指令包括 用于为对所述短程无线网络中的測量相关通信的请求提供自动响应的代码 用于从站接收对测量相关通信的请求的代码； 用于在供用于所述请求和所述自动响应的处理的均一的延迟之后立即为收到的对所述测量相关通信的请求生成自动响应的代码，所述均一的延迟在所述网络内的能够提供所述自动响应的任何元件间是均一的；以及 用于仅执行所述自动响应的生成的代码。
27.如权利要求26所述的计算机可读介质，其特征在于，所述指令进ー步包括用于随所述自动响应包括统ー资源标识符(URI)的代码，所述URI与包含附加位置信息的资源相关联。
28.如权利要求26所述的计算机可读介质，其特征在于，所述自动响应包括与所述网络内的能够提供所述自动响应的对应元件的位置相关联的(x，y)坐标对。
29.如权利要求26所述的计算机可读介质，其特征在于，所述自动响应包括针对所述对所述測量相关通信的请求的确收(ACK)，所述ACK形成所述测量相关通信。
全文摘要
促成对在例如短程无线网络之类的网络中的站(STA)的定位的设施。对测量相关通信的请求提供自动响应。该设施可包括射频(RF)接口和媒体接入控制(MAC)段。MAC段可接收该请求并且在均一时段之后立即生成该自动响应，该均一时段在该网络内的任何此类设施间是均一的。该设施仅执行该自动响应的生成，尽管该响应可包括诸如该设施的(x,y)坐标之类的附加信息。
文档编号G01S5/14GK103038663SQ201180021556
公开日2013年4月10日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年4月30日
发明者S·M·达斯, A·阿加瓦尔, A·F·纳古比, E·T·L·哈迪 申请人:高通股份有限公司