对添加到无线通信网络的无线收发机的位置的确定的制作方法

专利名称：对添加到无线通信网络的无线收发机的位置的确定的制作方法
技术领域：
本专利申请涉及用于确定被添加到无线通信网络的新的无线收发机的位置的装置和方法。
背景技术：
在传统的无线通信网络中，一般情况下，在经过大量的规划并知道位置之后，才建立小区塔通常所位于的基站(其称为“宏基站”或者简称为“宏”)。但是，在室内场所，来自宏基站的信号通常较弱，或者受到多径影响。为了解决这些问题，可以通过使用相对于宏基站(其通常位于室外)设计具有低功率的基站(其称为“毫微微基站”或简称为“毫微微”)，来在室内环境中(例如，在建筑物内或者矿井内)提供无线服务。因此，毫微微基站(其还称为接入点基站、毫微微小区、家庭节点B(HNB)、家庭演进节点B (HeNB)或者简称为毫微微)是室内基站。类似于普通(或宏)基站，毫微微将蜂窝电话语音和数据连接到蜂窝电话网络，但其服务更小区域。毫微微通常由用户自己部署在例如家中或者办公大楼内。使用毫微微基站有利于无线服务提供商，这是由于其卸下了小区塔业务。用户则由于位于该单位附近而从优良的信号强度中受益，特别是在来自普通基站的小区信号较弱或者不可用的环境中 。通常使用有线连接(例如，通过诸如数字用户线(DSL)或电缆调制解调器连接之类的回程线路，在公共因特网上)将毫微微连接到无线通信网络。在室内环境中放置毫微微的一个问题在于，无论何时安装毫微微，无线服务提供商的网络运营商都不能立即知道该毫微微的地理位置。此外，用户可以在它们的家中移动毫微微，或者他们随身携带毫微微，例如，当重新放置或者旅行时。运营商需要知道用户安装他们的毫微微的地理位置，以便满足各种政府法规和商业利益。当毫微微可以从宏基站接收信号时，传统方法可以使用观测的到达时间差(OTDOA)值来确定测量站的地理坐标，以计算位置。通常，可以将每一个OTDOA值计算成两个时间测量值之间的差值，即在测量站的附近(“邻居基站”)中的已知位置处，宏基站发送的信号的到达时间(Τ0Α)，来自另一个宏基站的另一个信号的另一个TOA也具有已知的位
置(“参考基站”)。上面所描述的OTDOA值通常包括如下所述的两个时间分量Ca) 一个时间分量源自于两个宏基站之间的距离的差值(其还称为“几何时间差”或GTD) ;(b)另一个时间分量源自于宏基站之间的同步偏移(其还称为“相对时间差”或RTD)。因此，可以将OTDOA表示成0TD0A=GTD+RTD。应当注意，位置信息仅存在于GTD中，即不在RTD中。因此，可以将GTD表示成GTD=0TD0A - RTD。为了计算进行这些测量的站的位置，需要知道下面内容Ca)通过毫微微执行的TOA测量所获得的OTDOA值、(b)邻居基站和参考基站的坐标、以及(c)这些基站之间的同步偏移(RTD )。可以通过使用称为位置测量单元(LMU)的设备来计算异步网络中的RTD，其中可以在网络中专门部署LMU来测量位于已知位置的一对基站之间的RTD。每一个LMU可以以上面所描述的方式来确定OTDOA值，随后使用其已知的与这些基站的距离来如下所示地计算RTD :RTD=0TD0A-GTD，其中OTDOA由LMU进行测量，GTD是已知的，这是由于基站位置和LMU位置是已知的。在同步网络中，可以将来自基站的传输同步到公共时钟(例如，全球定位系统(GPS)时间、或者全球导航卫星系统(GNSS)时间)，因此，RTD是已知的。例如，当基站的所有传输帧都同步到同一时间时，RTD为零。对上面的描述进行概括，可以通过使用下面的值来确定测量站的坐标(1)使用来自宏基站的传输在测量站处进行的OTDOA测量、(2)宏基站之间的RTD、以及(3)宏基站的坐标。但是，由于一些原因，新安装的毫微微不能够使用传统的OTDOA方法对来自宏基站的信号进行测量。为了使用OTDOA方法来计算位置，必须从具有已知位置的至少三个宏基站接收信号，必须通过某些方式使新安装的毫微微了解它们的RTD。由于通常将毫微微部署在室内，因此通常假定不能够从三个宏基站实现信号接收，特别是在下面的环境中不能实现当较差的宏小区覆盖是部署该新安装的毫微微的原因时。在室内环境中，来自GPS/GNSS卫星的信号接收通常也是受限的，或者具有较差的质量，使得其难于使用基于卫星信号的位置确定方法，来确定室内毫微微的地理坐标。

发明内容
在所描述实施例的若干方面，一种方法和系统如下所述地确定添加到无线通信网络的无线收发机(还称为“非参考无线收发机”)的位置。计算机获得多个到达时间差(TDOA)值，其包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值。每一个未知-未知TDOA值标识在一个未知位置处(例如，由位于该位置的非参考无线收发机)进行的一对测量值之间的差。该对中的测量值是从另外的未知位置(例如，由相应的一对非参考无线收发机)发送的无线信号的到达时间(Τ0Α)。每个未知-已知TDOA值标识在所述非参考无线收发机处进行的另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是从所述一个未知位置(例如，由所述非参考无线收发机中的一个)发送的无线信号的到达时间，而所述另一对测量值中的另一个测量值是从已知位置(例如，由无线通信网络中包括的参考无线收发机)发送的另外无线信号的到达时间。计算机至少基于(a)所述多个TDOA值和(b)(例如，无线通信网络中的参考 无线收发机的)所述多个已知位置，同时求解方程组，从而至少识别(例如，所述非参考无线收发机的)所述未知位置。计算机在存储器中存储通过同时求解所述方程组获得的所述未知位置的标识。在所描述的实施例的许多方面，非参考无线收发机如下所述地加入无线通信网络。所述非参考无线收发机对能够感测的多个无线信号进行测量，以获得多个测量值，并且通过回程链路(通过有线或者无线地)将这些测量值发送到计算机。其后，所述非参考无线收发机通过回程链路从所述计算机接收其位置和可选的其内部时钟的时间偏移。在本地存储所接收的信息之后，所述非参考无线收发机加入所述无线通信网络，例如，开始在所述无线通信网络和其附近的一个或多个移动站之间提供无线连接。可选地，非参考无线收发机可以使用其进行的这些测量值来识别最强的无线收发机(参考和/或非参考)，并向计算机返回标识。计算机可以适当地使用该标识。例如，可以(通过命令来)请求被识别为最强的非参考无线收发机关闭其下行链路信号的传输，以便在提供该标识的非参考无线收发机处实现更佳的测量。再举一个例子，可以使用识别为最强的参考无线收发机来生成提供该标识的无线收发机的粗略位置，以便用做为用于同时求解方程组的迭代的起始点。在所描述实施例的若干方面，一种装置添加到无线通信网络，多个非参考无线收发机具有未知位置和相对于彼此之间的未知同步的时钟。该装置包括用于获得多个到达时间差(TDOA)值的模块，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值。此外，该装置还包括响应于至少(a)所述多个TDOA值和(b)所述无线通信网络中的参考无线收发机的多个已知位置，用于同时求解方程组，以至少识别所述非参考无线收发机的所述未知位置的模块；以及，响应于通过所述用于求解的模块所获得的所述未知位置的标识，用于授权所述非参考无线收发机中的至少一个加入所述无线通信网络的模块。在所描述实施例的若干方面，一种包括指令的非暂时性存储介质，当所述指令由机器执行时，使处理器(其包括机器)执行操作。这些指令包括用于获得多个到达时间差(TDOA)值的指令，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值。这些指令还包括响应于至少(a)所述多个TDOA值和(b)所述无线通信网络中的参考无线收发机的多个已知位置，用于同时求解方程组，以至少识别所述非参考无线收发机的未知位置的指令。这些指令还包括响应于通过执行所述用于求解的指令而获得的所述未知位置的标识，用于授权所述非参考无线收发机中的至少一个以加入所述无线通信网络的指令。在所描述实施例的若干方面，一种无线收发机包括时钟，其同步到无线通信网络；网络监听模块，用于相对于要进行同步的所述时钟，生成来自未知位置且具有未知时序的无线信号的多个到达时间的测量值，以及来自已知位置且具有已知时序的信号的另外多个到达时间的测量值；处理器，其耦合到所述网络监听模块以接收所述测量值；存储器，其耦合到所述处理器；其中，所述存储器包括用于所述处理器计算多个到达时间差(TDOA)值的机器指令，每个TDOA值是所述多个测量值之中的一对测量值之间的差；以及，局域网(LAN)电路，其耦合到所述存储器以从所述存储器接收所述多个TDOA值。在所描述实施例的若干方面，所述无线收发机包括无线信号的下行链路发射机，其配置为响应在LAN电路上接收的请求而关闭。在所描述实施例的若干方面，一种包括指令的非暂时性存储介质，其中当所述指 令由机器执行时，使处理器执行操作。这些指令包括用于通过相对于要进行同步的时钟，对来自具有未知位置和未知时序的多个非参考无线收发机的信号的多个到达时间，以及来自具有已知位置和已知时序的另外多个参考无线收发机的信号的另外多个到达时间进行测量，来生成多个测量值的指令。这些指令包括用于计算多个到达时间差(TDOA)值的指令，其中将每个TDOA值计算为所述多个测量值之中的一对测量值之间的差。这些指令包括用于通过回程链路发送所述多个TDOA值的指令。应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，通过本申请的描述，所描述实施例的一些其它方面将变得容易显而易见，其中，通过示例的方式示出和描述了本发明的各个方面。附图和说明书应被视作是对本发明在本质上的说明而不是限制性的。


图1A-1E根据所描述实施例的一些方面,用布局图的方式,描绘了位于建筑物30中的未知位置的无线收发机150BI、150BJ、150BK、位于建筑物30中的已知位置的无线收发机150RA和150RB的系统，其中这些无线收发机中的每一个通过有线连接189 (例如，电缆或者DSL)连接到对这些未知位置(和可选的未知传送时间)进行估计的计算机190。图2根据所描述实施例的一些方面，用高层级流程图的方式，描绘了由图1A-1E的系统中的收发机和/或计算机执行的各种动作。图3A根据所描述实施例的一些方面，用类似于图1A-1E的高层级框图的方式，描绘了根据图2的方法操作的无线收发机則、82、83、84、85、1 1、1 2和R3的另一个系统。图3B用图形来描绘了图3A的系统中的无线收发机BI、B2、B3、B4、B5、RU R2和R3之间的无线连接。图3C和图3D分别描绘了在异步网络和同步网络中进行到达时间测量时，计算机针对图3A中所示的无线收发机BI、B2、B3、B4、B5的位置所进行的估计。图4A根据所描述实施例的一些方面，用中间层级流程图的方式，描绘了图4B和图4C中所示类型的毫微微网络150里的毫微微和/或计算机190的系统所执行的各种动作。图4B和图4C根据所描述实施例的某些方面，用彼此是对方的替代的两个高层级框图的方式，描绘了从毫微微网络150向计算机190传输测量值，使用这些测量值来计算和在存储器中存储非参考毫微微的位置和可选的传送时间。图5A根据所描述实施例的某些方面，以低层级流程图的方式，描绘了由计算机190执行，以组合用于求解联立方程组的矩阵的动作。图5B以图1A中的存储器191的框图的方式，描绘了用于一个簇中包括的所有无线收发机的X坐标、y坐标和传送时间的三个向量，此外还示出为用于正在计算的未知参数(非参考收发机的X坐标、y坐标和传送时间)的向量xyt。图5C根据所描述实施例的一些方面，以低层级流程图的方式，描绘了由计算机190执行，以接收和存储TDOA测量值列表和发送在这些测量中使用的信号的收发机的相应标识列表的动作。图以图1A中的存储器191的框图的方式，描绘了如图5C中所示的计算机190所准备的测量值和标识的列表。图5E根据所描述实施例的某些方面，以低层级流程图的方式，描绘了由计算机190执行，以检查一个簇中的所有毫微微的连接性的动作。图5F根据所描述实施例的某些方面，以低层级流程图的方式，描绘了由计算机190迭代循环地执行，以便通过梯度最小化来求解联立方程组的动作。图5G以低层级流程图的方式，描绘了由计算机190执行，准备(针对X和I坐标和传送时间的)估计量的向量f、以及表示向量f关于X和y坐标和传送时间的偏导数的矩阵G，以用于图5F的迭代循环方法的动作。图5H以图1A中的存储器191的框图的方式，描绘了图5F和图5G的方法中所使用的估计量向量f和偏导矩阵G。图6A以低层级流程图的方式，描绘了在所描述实施例的一些方面中执行的，用于在对一组方程进行求解以获得非参考收发机的X坐标、y坐标和传送时间的估计量之前，从该组方程中去除线性相关TDOA测量值的动作。图6B以图1A中的存储器191的框图的方式，描绘了图6A的方法所使用的矩阵T。图7A根据所描述实施例的某些方面，以高层级流程图的方式，描绘了由图1A中所示类型的系统执行，以便通过将被识别为最强邻居的相邻毫微微j的下行链路传输关闭，提高毫微微i进行测量的准确性的方法。图7B-7G根据所描述实施例的一些方面，用布局图的方式，描绘了在图7A的方法所执行的一系列步骤中，在TDOA测量中使用的信号。图8根据所描述实施例的某些方面，以另一个高层级流程图的方式，描绘了由图1A中所示类型的系统执行，以便提高无线收发机进行的测量的准确性的另一种方法。图9根据所描述实施例的某些方面，以高层级框图的方式描绘了一种无线收发机900，其中该无线收发机900进行计算机190所使用的测量，以便计算多个无线收发机(其包括无线收发机900)的未知位置和可选的时间偏移。
具体实施方式
在所描述实施例的一些方面，装置和方法计算需要添加到无线通信网络中的放置在室内环境中的低功率无线收发机的地理位置(和可选的内部基时间的时间偏移)，如下所述。本申请将每一个这种收发机(在知道其位置之前)称为非参考无线收发机(与具有已知位置的参考无线收发机相比而言)。当每一个非参考无线收发机(例如，图1A中的收发机150BI)位于未知位置zBi时，可以相对于其内部基时间(例如，收发机150BI的内部基时间)，对其它无线收发机发送的信号的到达时间(TOA)执行多个测量。每一个非参考无线收发机(例如，收发机150BI)可以使用通常用于测量相邻基站的信号强度以便设置其下行链路发射功率的模块(有时称为网络监听模块(NLM))，来进行TOA测量。在所描述实施例的一些方面，刚刚所描述的模块可以包括在收发机150BI中的射频电路中，作为用于生成测量值的模块，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在收发机150BI中可以使用其它这种模块来生成本申请所描述类型的测量值。每一个非参考无线收发机(例如，收发机150BI)可以(但不需要)位于室内，例如，位于建筑物30内(图1A)。每一个收发机150BI中的RF电路可以使用为用于在建筑物30内无线地发送信号(即，空中信令)的模块。按照图2中的动作201，每一个非参考无线收发机150BI对来自任何无线收发机的信号执行TOA测量，该信号可以是非参考无线收发机(如图1A中的收发机150BJ和150BK)，也可以是已经包括在无线通信网络中的具有已知或者已确定的位置的无线收发机(其还称为“参考无线收发机”)(如图1A中的收发机150RA和150RB)。将图1A中的参考无线收发机150RA描绘成用于向多个移动站120A-120D(例如，蜂窝电话120A、120B、个人信息管理器(PIM) 120C和个人数字助理(PDA) 120D)提供无线连接。图1A描绘了对位于未知位置zBi处的非参考无线收发机150BJ发送，由位于另一个未知位置zBi的另一个非参考无线收发机150BI接收的信号160IJ的TOA测量。此外，图1A还描绘了来自另一个非参考无线收发机150BK，还由非参考无线收发机150BI接收的另一个信号160IK的另一个TOA测量。在所描述实施例的一些方面，这种测量值和U则量值可以(按照图2中的动作202)通过回程链路189直接发送给位置服务器(例如，计算机190 (图1A))。根据该实施例，回程链路189可以是有线链路(例如，同轴电缆或者光纤)，也可以是无线链路。在所描述实施例的一些方面，每一个收发机150BI包括以普通方式耦合到回程链路189(例如，图9中的电缆908)的图9中所示的局域网(LAN)电路904 (例如，以太网PHY、以太网交换机和因特网协议(IP)路由器)。因此，在所描述实施例的一些方面，在收发机150BI中将LAN电路904使用成用于发送去往/来自回程链路189的数据(例如，TDOA值或TOA测量值)和/或命令的模块和用于接收数据和/或命令的模块，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在收发机150BI中可以使用这些模块来(例如，通过因特网)发送/接收去往/来自计算机190的本申请所描述类型的数据和/或命令。在回程链路189是无线链路的实施例中，使用(例如，遵循诸如3G、WiMax、4G和WiFi的工业标准无线协议和/或通过微波链路和/或通过卫星碟)实现因特网连接的无线电路来替代上面所描述的LAN电路904。根据所描述实施例的方面，组成位置服务器的计算机190可以是服务移动位置中心(SMLC)、演进的SMLCX eSMLC )、网关移动位置中心(GMLC)、位置确定实体(PDE )、待机SMLC(SAS)、安全用户平面位置(SUPL)位置平台(SLP)等等中的一个或多个。此外，计算机190还包括例如通过路由器耦合到回程链路189的LAN电路。因此，在所描述实施例的一些方面，在计算机190中使用LAN电路作为用于发送去往/来自回程链路189的数据(例如，TDOA值或TOA测量值)和/或命令的模块、用于接收这些数据和/或命令的模块、以及用于获得这些数据和/或命令的模块，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在计算机190中可以使用其它这种单元来发送、接收和获得本申请所描述类型的数据和/或命令。计算机190可以(例如，通过回程链路189)耦合到上面所描述的无线通信网络，因此从参考无线收发机150RA和150RB接收类似的测量值。但是，在所描述的实施例的其它方面，如图2中的分支202A所示，省略了动作202。因此，计算机190可以通过按照动作204A接收直接来自无线收发机的本地计算的值，或者通过按照动作202接收无线发射机进行的TOA测量值，随后在动作203中集中地执行计算TDOA值，来获得TDOA值(按照图2中的动作205)，跟着按照动作204将这些TDOA值存储在存储器192中。在所描述实施例的一些方面，上面所描述的本地计算的值通过各收发机150BI中的处理器里包括的算术逻辑单元(ALU)来生成，因此将ALU使用成用于计算TDOA值的模块。在所描述实施例的一些方面，将ALU中包括的半减器使用成用于彼此之间减去测量值的模块。此外，在所描述实施例的某些方面，将ALU使用成用于同时求解方程组的模块，还使用成重新求解模块。所述求解模块和/或重新求解模块所获得的未知位置的识别，存储在计算机190的存储器192中，其后使用其来授权一个或多个非参考无线收发机加入该无线网络。此外，在所描述实施例的一些方面，将处理器使用成用于授权新无线收发机加入上面所描述的无线通信网络(从而将该新无线收发机添加到网络中)的模块。因此，在所描述实施例的一些方面，可以在收发机150BI中将处理器和/或其ALU使用成如本申请所描述的一个或多个模块，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在收发机150BI中使用其它模块来执行本申请所描述的各种功能。如图2中的动作203所示，通过一对TOA测量值来计算到达时间差(TD0A)。具体而言，相应的一对非参考无线收发机发送的信号的一对TOA测量值进行彼此相减，以获得一种类型的TDOA值，本申请还将其称为未知-未知TDOA值。这种一对上面所描述的测量值為j和·^的一个示例是具有分别来自非参考无线收发机150BJ和150BK的信号，它们的差即构成根据所描述的实施例的未知-未知TDOA值(参见图1A)。因此，每一个未知-未知TDOA值标识一对无线信号的到达时间的测量值之间的差。替代地，不是通过TOA τ,,和&的相减来计算TDOA值&，无线收发机可以通过执行接收的信号160IJ和160IK之间的互相关操作，来直接测量TD0A。随后，通过回程链路189向计算机190发送所获得的TDOA。在执行动作202的所描述实施例的方面，计算机190在动作203中，接收两个TOA测量值，并对它们进行相减，以获得未知-未知TDOA值，并(在动作204中)将该值集中存储在计算机存储器191中的位置192。或者，如果进入了分支202Α，则非参考无线收发机150ΒΙ在动作203，使用(其中间的ALU)自己本地对这两个TOA测量值进行相减，以获得未知-未知TDOA值·^.-元..,，并通过回程链路189，按照动作204Α向计算机190发送该值(与收发机的ID)，计算机190按照动作204将所接收的值集中存储在例如存储器191中的位置192处(参见图1A)。根据配置，上面所描述的动作201、202和203 (包括分支202A)通常根据需要进行重复。例如，如图IB中所示的非参考无线收发机150BI (按照图2中的动作201)，对来自已知位置ZKb的参考无线收发机150RB的信号160IB的到达执行另外的TOA测量 应当注意，通过使用参考无线收发机150RB通过建筑物30的窗户31从卫星20接收的信号(或者通过来自宏基站10的信号)，可以知道位置ZKb。为了简单起见，图IA到图IE示出了一个宏基站10和一个卫星20。应当理解的是，为了使用来自宏基站或者卫星(例如，GPS卫星)的信号来计算例如参考无线收发机150RB的位置，需要至少三个这种宏基站或者四个这种卫星。因此，基站10和卫星20可以分别表示一组基站和卫星，其数量足够用于通过传统的方式来确定参考无线收发机的位置。其后，可以(按照图2中的动作203)将另一种类型的TDOA值(本申请还称为未知-已知TDOA值)计算为一对测量值r和<』之间的差，计算机190将该值存储在存储器 191中的另一个位置193，如图IB中所示。在图IC所示的示例中，在建筑物30之内存在四个无线收发机150BJ、150RA、150RB和150BK，它们的信号可以由也包括在建筑物30中的非参考无线收发机150BI感测到。因此，非参考无线收发机150BI总共进行了四个TOA测量幻' 作为各信号160IJ、160IA、160IB和160IK的到达时间。因此，如图IC中所示，计算下面的六个TDOA值171，并存储在存储器191中一个未知-未知TDOA值 、,，四个未知-已知TDOA值即Kj.、Tlb-Tlj、，一个已知-已知TDOA 值。虽然图IC中的存储器191包含六个TDOA值171，但它们中的仅三个是线性独立的，并因此提供有用信息。例如，可以通过将两个其它TDOA值(S卩，r -弋和4 - t\b )相加来获得 TDOA - Tij，这是由于(Thb - iU) )+( α -τφ )= τα - Ti j，因此 TDOA τιΛ - f, 没有提供另外的信息。在图2中的动作206，计算机190可以在求解联立方程组之前，选择存储器191中的一组线性独立的TDOA值。该选择可以是基于TOA和/或TDOA测量值的可用质量。例如，当在无线收发机处执行TOA或TDOA测量时，该无线收发机可以另外对该测量的质量进行估计。该质量可以是标准偏差或者其它测量(例如，信噪比)。当选择线性独立的TDOA值时，可以选择具有更佳质量(例如，更低的标准偏差或者更高的信噪比)的那些值。或者，诸如图IC中的无线收发机150ΒΙ之类的无线收发机只向计算机190发送线性独立的TDOA值，或者计算机190在存储器191中存储线性独立的TDOA值之前，只计算线性独立的TDOA值。线性独立的TDOA值可以由无线收发机150ΒΙ或者计算机190通过选择一个参考TOA测量值(例如，图IC中的 ,)，并从其中减去其它TOA测量值·τ 和r ,未获得。其后，另一个非参考无线收发机150BJ重复上面所描述的动作201-203，产生另外的六个TDOA值172，如图ID中所示，其中这里的仅仅一个子集是线性独立的。此外，上面所描述的动作201-203还可以由另一个非参考无线收发机150BK进行重复，产生另外的六个TDOA值173，如图IE中所示，同样它们中的仅仅一个子集是线性独立的。因此，在使用由三个非参考无线收发机150BI、150BJ和150BK中的每一个所进行的TOA测量来计算各个TDOA值之后，在存储器191中存在总共十八个TDOA值170。其后，执行软件包中的指令的计算机190在动作206 (图2)中使用所有这些十八个TDOA值170或者这十八个TDOA值170的一个线性独立子集，来求解联立方程，以确定未知位置zBi，zBJ，zBk的坐标。在执行软件包时，计算机190执行一个或多个矩阵操作(其还称为向量操作)来求解联立方程组。在对这些方程进行求解之后，计算机190在存储器191中存储非参考无线收发机(例如，非参考无线收发机150BIU50BJ和150BK)的位置，以便以普通方式使用。在所描述的实施例的可选方面，非参考无线收发机150BIU50BJ和150BK除具有未知位置zBi，zBj，zBk之外，还具有各自的未知同步的时钟tl、tj和tK。因此，收发机150BI、150BJ和150K发送相对于彼此之间具有未知的时间偏移，并且还相对于参考无线收发机150RA和150RB同步到的公共时钟具有未知的时间偏移的时钟的无线信号。因此，在所描述的实施例的这些方面，计算机190可以对方程进行求解，以便另外地识别内部时钟tl、tj和tK和时间偏移，或者它们之间的RTD。其后，根据所描述的实施例的方面，可以按照动作 207，向非参考无线收发机150BIU50BJ和150BK发送计算机190所获得的时间偏移。因此，无线收发机150BI、150BJ和150BK向计算机190发送在未知位置处测量的多个TDOA值，随后无线收发机150BIU50BJ和150BK接收从计算机190返回的时间偏移，后者至少部分地基于所述多个TDOA值和该无线网络中使用的公共时钟。随后，无线收发机150BIU50BJ和150BK可以按照动作208重新设置它们各自的内部时钟，从而同步到公共时钟。应当注意，在所描述实施例的一些方面，无线收发机150BIU50BJ和150BK是处于建立以接受来自移动无线收发机120 (例如，蜂窝电话)的连接请求的过程之中的新基站无线收发机。应当注意，基站无线收发机150BIU50BJ和150BK通常是静止的，它们可以如本申请所描述的连接到回程链路189。在建立期间，在新基站无线收发机150BIU50BJ和150BK用于向移动无线收发机(例如，蜂窝电话)提供连接之前，如本申请所描述地确定新基站无线收发机150BI、150BJ和150BK的位置。收发机150BI、150BJ和150BK可以基于时间tl、tj和tK的估计，或者它们之间的RTD，在动作208提前或者延迟它们的内部时钟，并因此有效地在该通信网络中实现同步。例如，收发机150BIU50BJ和150BK可以以整个网络中的RTD是零或者任何其它固定值的这种方式，来调整它们的时钟。在刚刚所描述的内部时钟的重新设置之后，非参考无线收发机150BI、150BJ和150BK可以重复上面所描述的到达时间的测量，其后对TDOA值进行重新计算。因此，计算机190获得重新计算的TDOA值，其中每一个重新计算的TDOA值标识由收发机150BIU50BJ和150BK中的一个所进行的一对重复的测量值之间的差，其中这些收发机150BIU50BJ和150BK的内部时钟是同步的。这之后跟着计算机190现在再次求解(B卩，重新求解)联立方程，以便基于重新计算的TDOA值和参考收发机150RAU50RB的已知位置，来只计算非参考无线收发机150BIU50BJ和150BK的未知位置。由于RTD现在是已知的(例如，为零)，因此在该阶段只对未知位置进行重新计算。随后，服务器计算机190在存储器191中存储重新计算的位置，以便以普通方式在未来使用。在所描述实施例的某些方面，计算机190可以按照动作208，使用存储器191中存储的位置，判断是否授权各非参考无线收发机加入该无线通信网络(例如，作为毫微微基站)。在所描述实施例的一些方面，例如，当某些网络单元请求其位置时，计算机190还向各非参考无线收发机发送(例如，从存储器191获取的)其位置以便它们使用，毫微微基站可以向请求的实体发送其位置，例如，在连接到毫微微基站的移动站可以进行紧急呼叫的情况下。无线收发机可以例如通过回程链路189接收如计算机190所确定和提供的该无线收发机的地理位置，并存储在其自己的本地存储器中以便未来使用。例如，无线收发机150BI、150BJ和150BK可以在被请求后向另一个网络实体(例如，操作和维护(Q&M)计算机198 (图7B))报告它们存储的位置。因此，以普通方式使用非参考无线收发机的识别的位置，例如以遵循与许可的区域中的无线收发机的操作有关的政府法规。在一个这种示例中，例如在0&M计算机198的操作者批准其位置是可信的之后，使用如本申请所识别的非参考无线收发机的位置来授权该非参考无线收发机加入无线通信网络。再举一个例子，当用户设备(例如，移动电话或者膝上型计算机)连接到无线收发机，与无线收发机通信，以发起紧急呼叫时，可以使用该无线收发机的位置来提供给紧急人员、该用户设备的位置的估计。在所描述实施例的某些方面，可以将无线收发机150BI的位置使用为(有线或无线)连接到该无线收发机150BI的用户设备(UE)的位置估计。因此，当从该无线收发机150BI发起紧急电话呼叫时(例如，从移动站的无线收发机连接到美国的紧急电话号码911的呼叫)，也使用这种识别的位置。概括言之，如下所述地计算至少两种类型的到达时间差(TDOA)值(a)将未知-未知TDOA值计算为位于未知位置的非参考无线收发机对于也位于未知位置的两个非参考无线收发机发送的信号进行的TOA测量值之间的差；(b)将未知-已知TDOA值计算为非参考无线收发机从未知位置发送的信号的TOA测量值和参考无线收发机从已知位置发送的另一个信号的另一个TOA测量值之间的差。将两种或更多类型的TDOA值一起使用来求解联立方程，以便识别非参考无线收发机的未知位置的坐标(和可选的内部时钟的时间偏移)。在所描述实施例的一些方面，非参考无线收发机使用未知同步的内部时钟来执行TOA测量。在所描述的实施例的这些方面，对联立方程求解另外地产生非参考无线收发机的内部时钟的同步偏移。因此，在求解联立方程时不使用相对时间差(RTD )，而将RTD获得为在求解联立方程时的另外未知数(例如，在异步网络的情况下)。在所描述实施例的某些方面，在执行两个或更多TOA测量的每一个无线收发机中本地计算TDOA值，将这些本地计算的TDOA值发送给计算机(其还称为“服务器”)。在所描述的实施例的其它方面，计算机从无线收发机接收TOA测量值，计算机自己计算TDOA值，即，集中地计算TDOA值。因此，根据所描述的实施例的方面，计算机可以通过下面两种方式来获得TDOA值直接从无线收发机接收本地计算的值，或者通过接收无线收发机进行的TOA测量值并在求解联立方程之前集中地计算TDOA值。在放置在例如建筑物30(图1A)之内的毫微微的网络中，毫微微中的一些可以放置在有利位置(例如，靠近窗户)，在该情况下，可以接收GPS/GNSS或者宏小区信号。因此，可以通过传统方式(例如，待机GPS/GNSS、辅助GPS/GNSS、OTDOA/高级前向链路三边测量(AFLT)方法等等)来确定网络中的一些毫微微的位置。原则上，这些技术在毫微微中使用基于手持装置的位置技术(即，从位置确定和体系结构观点来看，将该毫微微视作为移动站)。在所描述实施例的某些方面，这种通过传统方式定位的毫微微可以充当为参考毫微微。网络中的其它毫微微可以部署在室内的深处，这些位置具有相当差或者没有来自GPS/GNSS卫星或宏基站的信号接收。但是，这些毫微微可以从邻居毫微微接收广播信号。当毫微微充当为移动站，可以用于OTDOA/AFLT测量时，毫微微可以使用发射机(例如，下行链路发射机)来发送邻居毫微微接收的广播信号(例如，导频、同步、公共广播信号等等)。但是，由于发送用于在接收毫微微处进行OTDOA/AFLT测量的信号的这些毫微微的位置也是未知的，因此传统的三边测量技术可能是不可行的(即，这些技术需要知道发射机的位置)。在传统的定位方法中，可以基于位于已知位置的发射机(例如，宏基站或者GPS/GNSS卫星)来定位这些毫微微。使用传统的定位方法，在室内深处的毫微微没有接收足够的GPS/GNSS或者宏基站信号，从而不能通过传统的方式来实现这些毫微微的位置确定。根据所描述的实施例，可以将毫微微放置在建筑物30中(例如，位于大小为30米乘30米并被围墙包围的区域中)，其不允许这些毫微微接收足够强地构成通信链路的宏基站信号。在所描述实施例的一些方面，具有未知位置(例如，位于建筑物30之内的)新毫微微150BI、150BJ和150BK(图1A)可以不仅测量来自位于已知位置的发射机(例如，宏基站或 者通过传统方式已确定其位置的毫微微150RA和150RB)的信号(例如，导频)的到达时间的差，还测量来自位于未知位置的发射机(即，通过传统方式不能确定其位置的毫微微150BI、150BJ和150BK)的到达时间的差。在对网络中的已知位置和未知位置的发射机之间进行了所有TDOA测量的情况下，可以基于该组TDOA测量值来一次(S卩，同时)确定所有未知毫微微位置，如本申请所详细描述的。可以将所有毫微微测量值发送给中央位置服务器190，以确定该簇或者区域中的所有未知毫微微位置的位置。可以将大型网络中的毫微微(即，无线收发机)组合成一些簇，可以独立于其它簇地针对每一个簇执行位置确定。对于传统的基于OTDOA的解决方案,还需要(毫微微发送广播信号时的)时间偏移来计算未知位置。这通常通过使传送时间与公共时钟或者基时间(例如，GPS时间)同步来实现。但是，如上所述，在一些毫微微位置，不能实现GPS信号接收，因此不仅不能确定毫微微的位置，也不能使用传统方式来与毫微微传送时间同步。在传统的OTDOA解决方案中，网络中的位置测量单元(LMU)可以对传送时间进行测量。但是，该方法采用下面的事实即在传统OTDOA中，发射机(基站)和LMU的位置是已知的。在室内环境中，一些发射机是部署在宏基站和/或卫星信号的到达范围之外，因此该LUM方法是不适用的。相反，在所描述实施例的一些方面，除作为导航解决方案的一部分来计算位置之夕卜，计算机190还对毫微微的未知传送时间进行自动计算，如下面所详细描述的。假定宏基站(或者可以通过传统方式(例如，GPS)来确定其位置的一些毫微微)是同步的，则该方法可以允许将来自网络中的所有毫微微的传输同步到同一基时间，这是由于将毫微微的传送时间也确定为导航解决方案的一部分，随后可以使用其将毫微微传送时间同步到宏网络。本质上，可以基于估计的传送时间来调整毫微微的传送时间，以使RTD等于零。因此，在该描述的实施例的一些方面，计算机190不仅对毫微微位置问题进行求解，而且还解决毫微微同步问题。此外，计算机190还可以通过按照规则的时间间隔执行毫微微的位置/时间计算，使用来自同一簇的多组测量值来计算每一个非参考毫微微的平均位置/时间，来改善毫微微位置(和传送时间)解决方案。在所描述实施例的一些方面，基于毫微微是相对静止和可以进行更长测量/平均时间的事实，与例如移动站位置确定相比，按照规则的时间间隔使用重复的测量是有效的。一旦使用本申请所描述的类型的方法确定了非参考(即，具有未知位置的)毫微微的位置和传送时间，则可以在计算机190中的毫微微位置数据库中更新所有这些非参考毫微微的位置，随后将这些毫微微(它们现在具有已知位置和传送时间)使用成新的参考毫微微。任何后续的新TDOA测量值都可以用于对毫微微的位置进行另外精练(例如，使用位于已知位置的更多参考毫微微减少要针对该组联立方程求解的未知数的数量)，因此可以提高这些估计的准确性。只要在区域中部署了新毫微微，则可以将先前定位的毫微微使用成用于对新部署的毫微微进行定位的新参考毫微微。本申请这些描述的实施例的各个方面并不特定于毫微微定位。因此，应当理解的是，可以对网络中的任何类型的无线设备(例如，移动站)的位置进行估计，只要给定这些设备接收和发送某种广播或其它无线信号，并可以进行TOA或TDOA测量。在所描述实施例的一些方面，无线通信网络包括按照图4A中的动作401发送导频信号的一些宏基站(例如，图1A中的站10)。此外，刚刚描述的无线通信网络还包括按照图4A中的动作402也发送导频信号的一些毫微微150 (参见图4B)。在刚刚描述的无线通信网络中，宏基站10具有同步到公共基时间(例如，同步到GPS时间和/或也可以通过回程链路189接收的任何其它时间)的它们的内部时钟。但是，根据所描述的实施例的方面，在执行图2的方法之前，毫微微150初始不需要同步。毫微微150中的一些可以具有已知位置和定时(例如，如果在该毫微微处可以接收到GPS信号的话)，这些毫微微构成参考毫微微(例如，参见上面所描述的参考无线收发机150RA和150RB)。其它的毫微微150具有未知位置和/或传送时间(例如，参见上面所描述的非参考无线收发机150B1-150BK)，这些未知值由计算机190如下所述地进行计算。具体而言，在动作403，计算机190从0&M计算机198 (参见图7B)接收簇的标识和包括在该簇中的所有毫微微的标识符的列表。0&M计算机198可以以任何方式来形成簇，使得该簇中的所有毫微微足够靠近，以便能够接收和测量彼此的导频信号。如图4B中所示，计算机190是位置服务器，后者可以包括用于通过执行诸如硬盘或静态RAM之类的非暂时性存储器192中(例如，以二进制形式)存储的计算机指令421，来执行图4A中所示的各种动作的一个或多个处理器194。此外，在非暂时性存储器192中还存储了宏和已知的参考毫微微的位置422，以及不频繁地改变的其它信息423，例如，该无线通信网络中的所有毫微微和宏的小区标识符、频率等等。计算机190可以包括另外的存储器，例如，保存上面所描述的簇标识和毫微微ID列表的存储器193。返回参见图4A，响应簇和列表的接收，计算机190开始轮询该簇中的每一个毫微微以获得其测量值的处理。具体而言，在动作404，计算机190将循环计数器i的值设置为1，随后转到动作405。在动作405，计算机190可以使用回程链路189来发送命令，以请求毫微微i (在所描述实施例的某些方面，其可以是所述列表中的第一标识的毫微微)发起对接收的任何信号的测量(例如，TOA或TD0A)的执行。根据该实施例，计算机190另外向位于未知位置的毫微微i发送无线收发机的列表，其中将要对这些无线收发机的信号进行测量以生成到达时间差(TDOA)值。响应从回程链路189接收的命令，毫微微i执行操作406，如下所述。具体而言，毫微微i搜索在与其自己相同频率上发送信号的任何邻居毫微微和/或宏，以便执行频率内测量。具体而言，为了进行该操作，毫微微i关闭其下行链路发射机(其构成用于下行链路传输的模块)，搜索邻居毫微微和宏的导频信号；例如，毫微微i测量接收的邻居导频信号的到达时间(TOA)，通过成对地减TOA测量值来计算TD0A。在所描述实施例的一些方面，位于未知位置的毫微微i从回程链路189接收命令、将使用其来生成到达时间差(TDOA)值的无线收发机列表。该列表可以包括毫微微i用于执行这些测量的其它辅助数据信息，例如，关于导频信号配置的信息(例如，使用的编码等等)。因此，在该阶段，毫微微i搜索来自无线收发机的导频信号，其中这些无线收发机在从回程链路189接收的列表中进行了标识。如任何地方所陈述的，毫微微i通过执行接收的信号之间的互相关操作，来替代
地自己测量TD0A。在所描述实施例的一些方面，毫微微i执行在适当的时间周期上的导频信号测量的相干累积，跟着一些相干累积结构的非相干累积。例如，在根据3GPP长期演进(LTE)标准的通信网络中，导频信号可以是定位参考信号(PRS)，后者可以在一个子帧上进行累积相干，其后跟着一些子帧上的非相干累积。在来自名称为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的文档中描述了 LTE，其中该组织邮寄地址为法国c/o ETSI 650, route desLucioles, 06921 Sophia-Antipolis Cedex, 3GPP 移动能力中心，因特网网址为 http://www. 3gpp. org/ο在针对可以感测(例如，高于预设的门限)的所有信号(例如，导频信号)计算和/或测量了 TDOA之后，毫微微i再次打开其下行链路发射机。在所描述实施例的一些方面，毫微微i另外地搜索在不同的频率上发送信号的邻居毫微微/宏，以执行频率间测量，但在不关闭其自己的下行链路发射机的情况下进行这些操作。随后，在动作407，毫微微i使用回程链路189来返回一些或者全部测量值和毫微微和/或宏的标识(例如，小区标识符)，其中已使用这些毫微微和/或宏的信号来形成各自的TD0A。在所描述实施例的一些方面，毫微微i配置为在动作407只返回彼此之间线性独立的那些TDOA值(B卩，不能通过彼此相加或相减所获得的值)。但是，在所描述的实施例的其它方面，毫微微i返回所有测量值，而不管它们是否线性独立，在该情况下，计算机190执行图6A中所描绘的类型的方法，以去除线性相关的值。在接收到计算的/测量的TDOA之后，计算机190 (按照图4A中的动作408)检查是否已从用于所标识的簇的列表中的所有毫微微接收到测量值。如果没有，则控制转换到动作409，其中在动作409，将循环计数器i增加1，随后控制返回到动作405 (如上所述)。当用于所标识的簇的列表中的所有毫微微i都报告了测量值时，动作408的结果为是，控制转换到动作410。在动作410，计算机190在联立方程组中使用所有接收的TDOA值和参考毫微微和/或宏的坐标，来计算所有毫微微位置(和可选的时间偏移)。接着，计算机190按照动作411在存储器191 (参见图4B)中存储所计算的位置和时间偏移。根据本发明的方面，计算机190可以是任何服务器类型计算机，例如，可从ORACLE公司获得的Sun FireX2270 M2服务器，其包括96GB的随机存取存储器(RAM)和可从INTEL公司获得的Xeon处理器5600。根据所描述的实施例的方面，存储器191中存储的毫微微位置可以以普通方式在未来使用(例如，授权这些毫微微加入无线网络，和/或布置紧急电话呼叫等等)。在所描述实施例的一些方面，按照动作412将存储器191中的时间偏移发送给毫微微150,毫微微150则(在动作413)使用这些时间偏移来重新设置它们的内部时钟，从而导致同步网络。其后，现在针对同步网络(在了解动作413后)，计算机190可以重复上面所描述的测量处理，例如通过按照动作414将循环计数初始化为1，返回到(上面所描述的)动作405。应当注意，在该阶段，存在与所需要的相比更多的方程(假定针对每一个非参考无线收发机进行计算时不需要基时间)，因此，可以获得针对非参考毫微微的改善的位置估计，如下面参照图3C和图3D所进一步描绘的。虽然在图4A的上面描述中，将TDOA描述成由毫微微150发送给计算机190，在所描述的实施例的其它方面，替代地发送Τ0Α。因此，在所描述的实施例的这些方面，计算机190使用处理器194中的算术逻辑单元(ALU)里的减法器197来执行接收的TOA的成对相减，以获得TD0A，如图4C中所示。随后，如上所描述地处理现在获得的TDOA值，因此，图4C中的其余方框(虽然没有完全示出)与图4B相同。在所描述实施例的一些方面，通过软件421对处理器194进行编程，以执行图5A 中所示的方法。具体而言，在动作501，处理器194从η个无线收发机收集TDOA的测量值，其中这些无线收发机位于簇中的未知位置，如上面参照图4Α所描述的，随后处理器194建立长度为Nz的一维向量521来保存TD0A，如图中所示。长度Nz是向量521中的线性独立测量值(它们来自该簇中的“η”个非参考无线收发机中的每一个)的数量的总和，即NI、Ν2、…、Nn的总和。在图中，向量521保存Nz个TDOA，S卩，针对来自第一非参考无线收发机的测量值的TDOA1,1 TDOA1,2· · · TDOA1, N1、针对来自第二非参考无线收发机的测量值的TDOA2,工TD0A2,2. . . TD0A2，N2等等。因此，在向量521中，第一索引标识哪个收发机进行了该测量，第二索引标识总共进行了多少测量。如果在来自一个收发机的三个测量之中，可以将第三TDOA测量值获得为第一测量值和第二测量值的相加，随后由于线性相关，从向量521中排除第三测量值。向量521是长度根据从每一个无线收发机接收的测量值的数量来改变的动态向量。除向量521之外，处理器194还准备和维持另一个向量(参见图)，来保存每一个收发机从其接收信号的收发机的标识符。例如，通过计算来自邻居收发机(其具有“邻居收发机I的ID”)的信号和测量的收发机(其具有“测量的收发机I的ID”)的信号之间的差，来获得向量521中的第一值(即，TDOAu)。以与向量521中的TDOA测量值的列表相同的顺序(即，相同的序列)来组织向量522中的收发机的列表。应当注意，针对向量521中的用于给定收发机i的每一组Ni个项，在向量522中存在Ni+Ι个项，这是由于向量521中的每一个测量值需要向量522中的两个发射机。参见图5A，在执行动作501之后，如果准许毫微微150发送线性相关的测量值，则可以执行动作502。具体而言，在动作502中，处理器194检查在TDOA向量521中是否存储了线性相关的TD0A。如果是，则从TDOA向量521中去除线性相关的TD0A，一起从收发机ID向量522中去除相应的收发机ID (参见图K))。因此，TDOA向量521现在具有长度Nm。在动作501和502结束时，处理器194使用该TDOA测量值向量521来初始化向量r，其后转到动作503。在动作503，处理器194检查TDOA测量值的总数是否大于3n，其中η是收发机的数量，3η是未知数的数量(每一收发机三个未知数，即X坐标、y坐标和基时间)。应当注意，该描述假定二维位置估计，即，X坐标和I坐标。对于三维位置(X坐标、y坐标、z坐标)，未知数的数量是四，因此，随后收集的TDOA测量值的数量必须大于4η。如果动作503中的结果是否，则该结果指示不存在足够的方程来计算所述多个未知数，因此处理器194转到动作504。在动作504，处理器194重新调度来自这η个收发机的测量值，或者决定选择不同的簇(通过放大或者减小该簇的区域，在该簇中包括更多或更少的收发机)。在动作503之后，处理器194返回到上面所描述的动作501 。如果在动作503中的结果为是，则处理器194转到动作505来检查该簇是否形成了连接的图，即，识别的属于该簇的所有收发机是否是这些收发机中的任何一个都可到达的。如上所述，图3Β描绘了示出毫微微之间的连接关系的连接图。如果在特定的毫微微和该簇中的所有其它毫微微中的任何一个之间不存在信号(即，测量值)，则该簇不形成连接的图。因此，如果在动作505中的答案是否，则处理器194转到动作504 (如上所述)。如果动作505的结果为是，则该结果指示准备了一组方程，并且可以对其进行求解。因此，处理器194分别按照动作506、507和508，为三个向量中的每一个分配存储器(两个向量523和524分别用于X和y坐标，第三个向量525用于传输时间)，其后按照动作509、510和511，在所分配的存储器中存储这三个向量。这三个向量523-525全部都是长度为m+n的一维向量，其中m是参考收发机的数量，η是非参考收发机的数量。基于存储器192中存储的已知值(图4Β)，对这三个向量中的每一个里用于参考收发机的m个元素523M、524M和525M进行初始化。将这三个向量中的每一个里用于非参考收发机(例如，图IA中的收发机150BI、150BJ和150BK)的η个元素523Ν、524Ν和525Ν初始化为非零值，它们是粗估计的例如位置和/或时间，这些值已知与无线通信网络中的收发机的正常操作所需要的相比不准确。在所描述实施例的一些方面，处理器194形成长度为3η的另一个一维向量526(本申请还将其称为向量xyt)，来保存所有未知值(其包括分别形成向量526的元素526X、526Y和526Τ的向量523、524和525中的元素523Ν、524Ν和525Ν)。其后，在动作512，处理器194在对联立方程进行求解时使用向量523-526中的一个或多个，例如使用软包。当求解联立方程的处理收敛时，向量526保存所计算的针对非参考无线收发机(例如，图IA中的收发机150BI、150BJ和150BK)的位置和传送时间的值。应当注意，执行图5A的各个动作的具体方式取决于所描述的实施例的方面。在所描述实施例的一些方面，如图5C中所不地执行图5A中的动作501 (下面描述),但在了解本发明内容时应当容易理解的是，在所描述的实施例的其它方面，以不同方式实现动作501。此外，在所描述实施例的某些方面，如图5E中所示地执行图5A中的动作505 (下面描述)，但在了解本发明内容时应当容易理解的是，在所描述的实施例的其它方面，以不同方式实现动作505。此外，在所描述实施例的某些方面，如图5F中所示地执行图5A中的动作512(下面描述)，但在了解本发明内容时应当容易理解的是，在所描述的实施例的其它方面，以不同方式实现动作512。在所描述实施例的一些方面，处理器194执行图5C中所描绘的类型的方法。具体而言，在动作531，处理器194为一维动态数组521分配存储器(图OT)。应当注意，随着接收到测量值，为数组521初始分配的存储器量改变(S卩，增加)。可以以任何方式来确定该初始量，例如，基于收发机的数量。接着，在动作532，处理器194将循环计数i初始化为1，转到动作533。在动作533，处理器194从位于未知位置的非参考无线收发机i接收Ni个TDOA测量值，以及进行这些测量的收发机的标识(ID)。其后，处理器194如下所述地执行动作534-536。在动作534，处理器194将在动作533接收的Ni个TDOA测量值添加到动态TDOA向量521中。在动作535，处理器194为长度Ni+Ι的一维数组分配存储器，以便用于 保存也是在动作533中接收的收发机的标识(ID)0接着，在动作536，处理器194存储这些收发机标识(ID)。在执行动作534-536之后，处理器194将循环计数器i增加值1，随后转到动作538。在动作538，处理器194检查循环计数器i是否超过数n，其中η是非参考收发机的数量。如果答案为否，则控制返回到(上面所描述的)动作533。如果答案为是，则控制转到动作539，并且在该动作中，处理器194简单地存储各个值，如下所述。处理器194在长度为Nz的动态向量521 (图OT)中存储从该簇中具有未知位置的η个收发机接收的TDOA测量值。另外，处理器194在η个向量522中存储用于向量521中的所有TDOA测量值的收发机的收发机ID。在所描述实施例的一些方面，处理器194执行图5E中所描绘的类型的方法。具体而言，在动作541，(在去除与线性相关的TDOA有关的ID之后)处理器194从所有η个向量522 (图OT)读取收发机标识符(ID)，其中这些收发机进行了 TDOA测量。接着，在动作542，处理器194在向量522中进行搜索，以检查剩余的(没有被删除的)标识符是否形成连接的图。在概念上，可以通过将收发机表示成顶点，收发机之间的链路(测量值)表示成边线来构成该图。可以使用任何图遍历方法来检查向量522的连接性，例如深度优先搜索(DFS)或者广度优先搜索(BFS)。对于其它的图遍历算法，例如参见下面的文献Knuth，DonaldE. (1997), iiThe Art ofComputer Programming”, Vol. 1，3rd Ed. , Addison-ffesley, Boston,以引用方式将其全部内容并入到本文。接着，在动作543 (图5E)，处理器194对图遍历的输出进行检查，以发现该图是否已连接，如果答案为是，则进入动作505 (图5A)，否则不进入动作505。在所描述实施例的一些方面，处理器194执行图5F中所描绘的类型的方法。具体而言，在动作551，处理器194在存储器191中为长度Nm的一维向量f分配存储器，将向量f初始化为全零。其后，在动作552，处理器194在存储器191中为大*Nmx3n的二维矩阵G分配存储器，将向量G初始化为全零。在所描述实施例的一些方面，图5H描绘了该一维向量f和二维矩阵G。其后，在动作553，处理器194设置循环计数器Iter，例如，通过将其初始化为0，当在求解联立方程(例如，多达20项)时不收敛时，设置关于项的最大极限。此外，在动作553，处理器194设置用于检查收敛和停止迭代的公差值δ。可以基于对于毫微微的定位的准确性需求(例如，遵循政府法规和/或无线通信网络的运营商的要求)，来选择公差S。例如，在所描述实施例的一些方面，将公差值δ发送为值0.25m。其后，在动作544，处理器194将η个非参考无线收发机中的每一个的参数χ坐标、y坐标和传送时间t的向量xyt的当前值,装载到其存储器192中(因此,存在3n个未知数)。在用于求解联立方程的迭代循环的下一动作555中，处理器194使用当前已知的坐标(即，向量xyt的值)计算TDOA的估计量，其后将计算的TDOA值存储在向量f中。在所描述实施例的一些方面，对于第一迭代(Iter=O),使用针对3n个未知数的先验非零值猜测来初始化该向量xyt。在所描述实施例的某些方面，需要使用矩阵运算(例如，逆运算)的非零值(这是由于不能对零值的矩阵或者零值的向量进行逆运算)。当初始猜测非常远离真实值时，图5F的方法不能针对这3η未知参数的求解进行收敛。由于该原因，对向量xyt中的这3n个未知参数初始进行“粗”估计，例如，基于用户输入的位置或者基于这η个非参考无线收发机的因特网协议(IP)地址。在所描述实施例的一些方面，在向量xyt中，将非参考无线收发机i初始化为在两个坐标的每一个中，与参考无线收发机j的已知位置偏移I米的位置，其中在该非参考无线收发机i处发现参考无线收发机j具有最强的信号。
例如，图ID中的非参考无线收发机150BJ可以从两个参考无线收发机150RA和150RB分别接收具有-90dBm和-IlOdBm的信号强度的无线信号。在该示例中，收发机150BJ中的处理器将来自收发机150RA的信号识别为来自参考无线收发机150RA和150RB的两个接收的信号之中的最强信号，这是因为与来自收发机150RB的-IlOdBm的接收信号强度相t匕，来自收发机150RA的-90dBm的接收信号强度更强。因此，在该示例中，可以将非参考无线收发机150BJ的位置初始化为在这两个坐标的每一个中，与参考无线收发机150RA的已知位置偏移I米。上面的接收信号强度的示例性单位是dBm，后者是使用参照一毫瓦的测量功率的分贝(dB)来表示的功率比的缩写。如果另一个非参考无线收发机k也碰巧发现其也从相同的参考无线收发机j接收到最强信号，则将向量xyt中的其位置初始化为在两个坐标中的每一个里，与参考无线收发机j的已知位置偏移2米的另一个位置。例如，图IC中的非参考无线收发机150BI可以从两个参考无线收发机150RA和150RB分别接收信号强度为_105dBm和_120dBm的信号。在该示例中，在该示例中，收发机150BI中的处理器再次将来自收发机150RA的信号识别为来自参考无线收发机150RA和150RB的两个接收的信号之中的最强信号，这是因为与来自收发机150RB的-120dBm的接收信号强度相比，来自收发机150RA的_105dBm的接收信号强度更强。因此，在该示例中，可以将非参考无线收发机150BJ的位置初始化为在这两个坐标的每一个中，与参考无线收发机150RA偏移2米。再举一个例子，可以将非参考无线收发机i初始化为一对参考无线收发机j和k之间的半路位置，其中在非参考无线收发机i处发现参考无线收发机j和k具有最强信号(接收的信号强度或者RSS)，对非参考无线收发机i进行粗估计，以初始化向量xyt中的其3个未知参数。在所描述实施例的一些方面，向量xyt的初始化中使用的特定值并不是精确地准确，但更准确的值导致在更少的迭代中实现更高概率的收敛。例如，可以使用位于某个范围之内的仅仅随机值来初始化向量xyt (例如，与参考发射机的位置所覆盖的区域相对应的最大和最小范围，向量xyt中的传送时间也可以初始化为位于某个范围之内的任意数，其中该范围是基于该区域中的任意两个发射机的发射信号帧之间的最大时间差)。再举一个例子，可以将非参考无线收发机初始化为在参考无线收发机的中心位置周围随机分布的位置。如果在簇中存在m个参考无线收发机，则可以确定所有m个参考收发机的中心位置。随后，将考虑的簇中的η个非参考无线收发机的位置随机地初始化位于以这m个参考收发机的确定的中心位置为中心的圆或者任何其它区域中。可以通过与m个参考收发机的确定的中心位置距离最远的参考收发机，来确定中心位置周围的区域的大小。可以使用(例如，在预定的范围之内选定的)任意随机数来初始化η个非参考收发机的传送时间。
此外，在动作555，处理器194计算矩阵G，后者是向量f的偏导数(例如，在所描述实施例的一些方面，沿着两个位置坐标轴中的每一个(X轴和y轴)和传送时间)。其后，在动作556，处理器194使用当前已知的坐标和传送时间(向量f中)，计算(保存向量r的图
的向量521中的)TDOA测量值和TDOA的估计量之间的差r_f。此外，在动作556，处理器194将差值r-f与基于矩阵G的逆(关于三个参数x、y和t中的每一个偏导数)的缩放因子进行相乘，以获得值Axyt的改变的指示。应当注意，向量Axyt是长度3n的一维向量。差值r-f与矩阵G和向量Axyt有关，如下所示r-f=G. Δ xyt因此，为了求解Axyt (所以可以将其添加到参数向量xyt，以便获得其新值)，必须对矩阵G进行逆运算。对于一组二次方程，该逆是矩阵G—1，但所描述实施例的一些方面使用一组非二次方程，对于该情况，逆矩阵是(GT.G)_、GT。因此，在所描述实施例的一些方面，在动作556中计算矩阵(GT. Gr1. Gt,随后(使用矩阵乘操作)将所获得的矩阵与差值向量r-f进行相乘，以获得如下所示的改变向量Δχη Axyt= (Gt · G” · Gt · (r-f)
其后，在动作557，处理器194通过将新计算的改变向量Λ xyt添加到向量xyt中的所述3n个未知参数,计算这3n个未知参数的新值,从而生成用于向量xyt中的这3n个未知参数的新值，如下所示xyt (Iter) =xyt (Iter-I) + Δ xyt应当注意，上面的方程是基于下面参照方程(17)所描述的最小平方方法，通过使用泰勒序列对成本函数线性化(仅保存零阶和第一阶项)来获得的。其后，在动作558，处理器194例如通过检查当前迭代的Axyt是否大于前一迭代的Axyt，来检查该解是否发散，如果是则转到动作559来处理收敛失败。在动作559，处理器194可以例如使用更大或者更小的簇来重新调度测量，和/或当静默一个或多个相邻收发机的传输时重复这些测量等等。此外，处理器194还可以使用向量xyt的新初始值，重复图5F中的方法与动作551，但现在具有向量xyt中的值的不同先验猜测。在动作558，如果答案为是，则处理器194转到动作560来检查收敛，例如，通过检查当前迭代的Axyt (其以米的单位来表示，即通过将时间与无线波的传播速度(例如，光束)进行相乘，将时间单位转换为米单位)是否小于公差S (例如，在动作553中设置为公共值O. 25米，如上所述)。在所描述实施例的一些方面，将Axyt中的3n个值里的每一个与公差δ进行比较，仅当这3η个值中没有一个超过公差δ时，动作560才确定收敛。如果在动作560中满足该条件，则处理器194转到动作561来处理成功，例如，在非暂时性存储器192中的数据库里存储向量xyt中的这3n个未知数的当前值以便未来使用，和/或向0&M计算机198发送向量xyt。如果在动作560的答案为否，则在动作562将循环计数器iter进行递增，其后跟着动作563，检测循环计数器iter是否达到预定的最大极限。如果动作563指示已达到最大值，则处理器194转到(上面所描述的)动作559，或者转到动作554来执行下一次迭代。在所描述实施例的一些方面,处理器194执行图5G中所描绘的类型的方法,来实现图5F中的动作555，但在所描述的实施例的其它方面，可以执行其它方法。具体而言，在动作570，将循环计数器I初始化为1，随后处理器194转到动作571。在动作571，针对保存向量r (从其中的行I)的向量521 (图OT)中的TDOA测量值I，处理器194使用向量522来获取测量的收发机IDi的标识符(ID)，以及进行TDOA测量值I的其两个邻居收发机IDj和IDk的标识。接着，在动作572-574，处理器194读取刚刚识别的三个收发机IDi、IDj和IDk的X坐标(Xi, X」，xk)、y坐标(yi; yp yk)和传送时间(t」，tk)的值。其后,在动作575,处理器194使用这些值来计算收发机IDi与其两个邻居收发机IDj和IDk的下面距离
权利要求
1.一种确定要添加到无线通信网络的无线收发机的未知位置的方法，所述方法包括 获得多个到达时间差(TDOA)值，所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值； 其中，每个未知-未知TDOA值标识在第一未知位置处进行的一对测量值之间的差，所述一对测量值是从一对另外的未知位置发送的无线信号的到达时间； 其中，每个未知-已知TDOA值标识另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是从所述未知位置中的一个未知 位置发送的无线信号的到达时间，并且所述另一对测量值中的另一个测量值是从已知位置发送的另外的无线信号的到达时间； 至少基于(a)所述多个TDOA值和(b)包括所述已知位置的多个已知位置同时求解方程组，以至少识别所述未知位置；以及 在存储器中存储通过所述求解获得的所述未知位置的标识。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括 在所述获得之前，向所述第一未知位置处的无线收发机发送命令以执行测量。
3.根据权利要求I所述的方法，还包括 从所述第一未知位置接收所述测量值； 将所述测量值中的至少一个从所述测量值中的另一个中减去，以获得所述TDOA值中的至少一个。
4.根据权利要求I所述的方法，其中 所述无线信号的时钟相对于彼此具有已知时间偏移。
5.根据权利要求I所述的方法，其中 所述无线信号的时钟相对于彼此具有未知时间偏移；并且 所述时间偏移是通过求解所述方程组获得的。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括 在所述存储之后 获得多个重新计算的TDOA值； 其中，至少一个重新计算的TDOA值标识在通过使用通过所述求解所获得的时间偏移对在进行所述测量时所使用的内部时钟进行重置之后，在所述第一未知位置处进行的一对重复的测量值之间的差；并且 至少基于(a)所述多个重新计算的TDOA值和(b)所述多个已知位置同时重新求解所述方程组，以识别至少多个重新计算的位置；以及 在所述存储器中存储至少所述多个重新计算的位置。
7.根据权利要求I所述的方法，还包括 在所述获得之前，将要对其信号进行测量以至少生成所述多个到达时间差(TDOA)值的子集的无线收发机的列表发送到所述未知位置。
8.一种用于将新无线收发机添加到无线通信网络的方法，所述方法包括 接收第一请求； 响应所述第一请求，通过在第一未知位置测量无线信号集合的第一多个到达时间，生成第一多个测量值； 发送所述第一多个测量值；接收第二请求； 响应所述第二请求，通过在所述第一未知位置测量所述集合中的子集内的无线信号的第二多个到达时间，生成第二多个测量值； 其中，所述子集不包括所述集合中的最大接收信号强度(RSS)的无线信号；并且 发送所述第二多个测量值。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括 基于来自已知位置的无线信号的到达时间来设置时钟； 其中，所述设置是在接收所述第二请求之前执行的；并且 发送所述已知位置处的无线收发机的标识，其中从该无线收发机接收在对所述时钟的所述设置中使用的所述无线信号。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括 接收具有所述第二请求的时间偏移；以及 在所述生成所述第二多个测量值之前，基于所述时间偏移来重置时钟。
11.一种用于将新无线收发机添加到无线通信网络的方法，所述方法包括 测量多个无线信号的接收信号强度(RSS)，以获得多个RSS测量值； 使用所述多个RSS测量值来识别其中的最大RSS测量值； 发送生成所述最大RSS测量值的无线收发机的标识； 接收无线收发机的列表； 使用所述列表来生成多个到达时间差(TDOA)值，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值； 其中，每个未知-未知TDOA值标识在未知位置的一对测量值之间的差，所述一对测量值是从未知位置发送的信号的到达时间； 其中，每个未知-已知TDOA值标识所述未知位置处的另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是从所述未知位置中的一个未知位置发送的无线信号的到达时间，并且所述另一对测量值中的另一个测量值是从已知位置发送的另外的无线信号的到达时间；以及 发送所述多个TDOA值。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括 接收至少部分地取决于所述多个TDOA值的时间偏移；以及 使用所述时间偏移来重置内部时钟。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括 通过无线地发送具有预定的代码集的预定信号，加入所述无线通信网络。
14.一种用于将具有未知位置和相对于彼此的未知同步的时钟的多个非参考无线收发机添加到无线通信网络的装置，所述装置包括 用于获得多个到达时间差(TDOA)值的模块，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值； 其中，每个未知-未知TDOA值标识由位于未知位置的非参考无线收发机进行的一对测量值之间的差，所述一对测量值是由相应的非参考无线收发机对从未知位置发送的信号的到达时间；其中，每个未知-已知TDOA值标识在所述非参考无线收发机处进行的另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是由所述非参考无线收发机中的一个发送的信号的到达时间，并且所述另一对测量值中的另一个测量值是由所述无线通信网络中包括的参考无线收发机发送的另外的信号的到达时间； 响应于至少(a)所述多个TDOA值和(b)所述无线通信网络中的参考无线收发机的多个已知位置，用于同时求解方程组，以至少识别所述非参考无线收发机的未知位置的模块；以及 响应于由所述用于求解的模块所获得的所述未知位置的标识，用于授权所述非参考无线收发机中的至少一个以加入所述无线通信网络的模块。
15.根据权利要求14所述的装置，其中 所述用于求解的模块至少另外地产生在所述非参考无线收发机内部的时钟的多个时间偏移。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括 用于在回程链路上发送命令以发起所述测量的模块；以及 用于从所述回程链路接收所述多个TDOA值的模块。
17.根据权利要求14所述的装置，还包括 用于在回程链路上发送命令以发起所述测量的模块； 用于从所述回程链路接收所述多个测量值的模块；以及 用于将所述测量值彼此进行相减的模块。
18.根据权利要求14所述的装置，还包括 用于获得多个重新计算的TDOA值的模块； 其中，每个重新计算的TDOA值标识在所述非参考无线收发机中的所述一个处的一对重复的测量值之间的差，每个重复的测量值标识在重置之后，相对于公共时钟的所述到达时间；以及 响应至少(a)所述多个重新计算的TDOA值和(b)所述多个参考无线收发机的所述多个已知位置，用于同时重新求解所述方程组，以识别所述多个非参考无线收发机的至少多个重新计算的位置的模块。
19.一种包括指令的非暂时性存储介质，当所述指令由机器执行时，使处理器执行操作，所述指令包括 用于获得多个到达时间差(TDOA)值的指令，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值； 其中，每个未知-未知TDOA值标识由位于未知位置的非参考无线收发机进行的一对测量值之间的差，所述一对测量值是由相应的非参考无线收发机对从未知位置发送的信号的到达时间； 其中，每个未知-已知TDOA值标识在所述非参考无线收发机处进行的另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是由所述非参考无线收发机中的一个发送的信号的到达时间，并且所述另一对测量值中的另一个测量值是由所述无线通信网络中包括的参考无线收发机发送的另外的信号的到达时间； 响应于至少(a)所述多个TDOA值和(b)所述无线通信网络中的参考无线收发机的多个已知位置，用于同时求解方程组，以至少识别所述非参考无线收发机的未知位置的指令；以及 响应于通过执行所述用于求解的指令而获得的所述未知位置的标识，用于授权所述非参考无线收发机中的至少一个以加入所述无线通信网络的指令。
20.根据权利要求19所述的存储介质，其中 执行所述用于求解的指令至少另外地产生在所述非参考无线收发机内部的时钟的多个时间偏移。
21.根据权利要求19所述的存储介质，还包括 用于发送命令以测量所述到达时间的指令；以及 用于从回程链路接收所述多个TDOA值的指令。
22.根据权利要求19所述的存储介质，还包括 用于发送命令以测量所述到达时间的指令； 用于从回程链路接收所述测量值的指令；以及 用于将所述测量值彼此进行相减的指令。
23.一种无线收发机，包括 时钟，其同步到无线通信网络； 网络监听模块，用于相对于要进行同步的所述时钟，生成来自未知位置且具有未知时序的无线信号的多个到达时间的测量值，以及来自已知位置且具有已知时序的信号的另外多个到达时间的测量值； 处理器，其耦合到所述网络监听模块以接收所述测量值； 存储器，其耦合到所述处理器； 其中，所述存储器包括用于所述处理器计算多个到达时间差(TDOA)值的机器指令，每个TDOA值是所述多个测量值之中的一对测量值之间的差；以及 局域网(LAN)电路，其耦合到所述存储器以从所述存储器接收所述多个TDOA值。
24.根据权利要求23所述的无线收发机，还包括 下行链路发射机，其耦合到所述处理器； 响应所述LAN电路上的请求，由所述处理器关闭所述下行链路发射机。
25.—种包括指令的非暂时性存储介质，当所述指令由机器执行时，使处理器执行操作，所述指令包括 用于通过相对于要进行同步的时钟，对来自具有未知位置和未知时序的多个非参考无线收发机的信号的多个到达时间，以及来自具有已知位置和已知时序的另外多个参考无线收发机的信号的另外多个到达时间进行测量，来生成多个测量值的指令； 用于计算多个到达时间差(TDOA)值的指令，其中将每个TDOA值计算为所述多个测量值之中的一对测量值之间的差；以及用于发送所述多个TDOA值的指令。
26.根据权利要求25所述的非暂时性存储介质，还包括 用于接收命令以对所述多个到达时间进行测量的指令。
27.根据权利要求25所述的非暂时性存储介质，还包括 用于响应命令，发送具有预定代码集的预定信号的指令。
28.—种包括耦合到一个或多个处理器以及一个或多个存储器的局域网(LAN)电路的计算机，所述一个或多个存储器包括 包括参考无线收发机的多个已知位置的数据； 包括用于所述一个或多个处理器获得多个到达时间差(TDOA)值的指令的软件，其中所述多个TDOA值包括多个未知-未知TDOA值和多个未知-已知TDOA值； 其中，每个未知-未知TDOA值标识第一未知位置处的一对测量值之间的差，所述一对测量值是从一对另外的未知位置发送的无线信号的到达时间； 其中，每个未知-已知TDOA值标识另一对测量值之间的差，其中所述另一对测量值中的一个测量值是从所述未知位置中的一个未知位置发送的无线信号的到达时间，并且所述另一对测量值中的另一个测量值是从已知位置发送的另外的无线信号的到达时间； 包括用于所述一个或多个处理器同时求解方程组，以至少基于(a)所述多个TDOA值和(b)包括所述已知位置的多个已知位置，来至少识别所述未知位置的指令的软件； 包括用于所述一个或多个处理器在所述一个或多个存储器中存储从执行所述用于求解的指令得出的所述未知位置的标识的指令的软件。
29.根据权利要求28所述的计算机，其中，所述一个或多个存储器还包括 包括用于将所述测量值中的至少一个从所述测量值中的另一个中减去，以获得所述TDOA值中的至少一个的指令的软件。
30.根据权利要求28所述的计算机，其中，所述一个或多个存储器还包括 包括用于所述一个或多个处理器获得多个重新计算的TDOA值的指令的软件； 其中，至少一个重新计算的TDOA值标识在通过使用通过执行所述用于同时求解所述方程组的指令所获得的时间偏移对用于进行所述测量的内部时钟进行重置之后，在所述第一未知位置处进行的一对重复的测量值之间的差；以及 包括用于所述一个或多个处理器至少基于(a)所述多个重新计算的TDOA值和(b)所述多个已知位置，来同时重新求解所述方程组，以识别至少多个重新计算的位置的指令的软件；以及 包括用于所述一个或多个处理器在所述一个或多个存储器中存储至少所述多个重新计算的位置的指令的软件。
全文摘要
如下所述地确定添加到无线通信网络的非参考无线收发机的位置。每一个非参考无线收发机对由其它非参考无线收发机以及参考无线收发机发送的信号的到达时间(TOA)执行测量。其后，根据如下所述的至少两种类型的一对测量值来计算到达时间差(TDOA)(a)获得未知-未知TDOA值，作为由非参考无线收发机发送的信号的TOA测量值之间的差；以及(b)获得未知-已知TDOA值，作为由非参考无线收发机发送的信号的TOA测量值和由参考无线收发机发送的另一个信号的另一个TOA测量值之间的差。使用这两种类型的TDOA值来求解联立方程，以识别非参考无线收发机的位置，以及可选的由非参考无线收发机发送的信号的传输时间。
文档编号G01S5/10GK102985841SQ201180033215
公开日2013年3月20日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月1日
发明者S·菲舍尔, M·A·阿明, R·保兰基 申请人:高通股份有限公司