識別通信網內資產位置的方法與設備的製作方法
2023-05-22 12:35:51 2
專利名稱：識別通信網內資產位置的方法與設備的製作方法
相關申請的交叉參照本申請要求2001年2月20日和2000年11月14日提交的共同未決美國臨時專利申請NO.60/270,254和60/248,357的利益，這些申請通過引用包括在這裡。
背景技術：
本揭示內容涉及跟蹤無線或部分無線通信網內資產位置的設備與方法，尤其涉及利用可移動發射機廣播的通信序列在接收機的到達時間(下稱TOA)來識別資產位置。TOA評估指通信序列的「標時」。
在應用與通信網中接收機有關的測距或三角測量技術測定移動資產位置時，可能希望精密地評估通信序列到達時間。隨著網內資產數量的增多、通信業務量或標時事件速率的提高，標時性能與整個網絡性能會下降。通常並不希望在網內識別與每一廣播數據包有關的每個無線資產的位置。然而，網絡操作效率經常低下，因為不對每個接收的數據包標時，就無法對期望的數據包標時。
在有些無線網中，接入點結構會限制網絡性能。通常，接入點不允許標時處理快得足以對無線資產位置產生精確的估值。
無線通信網通常有一種相鄰蜂窩區以不同信道工作的蜂窩網結構，為儘量減小通信信號之間的幹擾，諸蜂窩區安排成儘量增大信道間的物理距離。這樣安排雖然儘量增大了網用戶的有效空間帶寬，但是因降低了接收機密度，往往劣化了指定信道上標時的有效位置評估精度。無線通信網已越來越多地設計成應用802.11射頻信號結構。隨著該標準的推廣使用，對識別廣播標準802.11數據包的無線資產的位置將越來越有價值。
通常希望識別無線通信網附近出現的「無源」資產的位置，如跟蹤貨倉裡的貨架位置。一個方法是對無源資產貼有源標牌，標牌一般按固定的時間表以單頻發射專用信號。當網絡不接收預定發射時，會丟失位置信息。固定時間表標牌不能「選擇」發射時間，因而不能優化利用開放的「廣播時間」周期。因此，在業務量大的通信網中，位置評估特別困難，效率低下。在多頻蜂窩網中，單頻標牌會不能得到優化跟蹤。
標時法一般應用基於相關性的信號處理技術(類似於信號解碼技術)，但已知相關技術固有的噪聲(如交叉相關噪聲)劣化了標時精度。
來自單一通信序列發射的多次信號到達(下稱「多徑」)，會劣化解碼的信號質量且難作序列檢測。當發射機附近的建築物產生的發射回波在「視線」信號之後到達接收機時，會出現多徑現象。「視線」(下稱LOS)信號是發射的信號通過發射機與接收機之間最短路徑的部分。LOS信號可穿過建築物，LOS路徑在可見譜中呈不透明。多徑會使被解碼數據信號沾上假數據序列，造成LOS數據序列檢測困難。多徑造成的假序列具有比LOS信號更強的信號，因為LOS信號被其穿過的建築物衰減了。
因此，希望提供有效的設備與方法來識別無線資產位置。
還希望提供可精確地識別無線資產位置的設備與方法。
更希望提供可識別廣播802.11信號結構的無線資產位置的設備與方法。
另還希望提供能對無源資產有效地貼標牌以作位置識別的設備與方法。
發明內容
本發明的目的是為識別無線通信網內無線資產位置而提供改進的設備與方法。
根據本發明的原理，提供的設備與方法可評估數據信號在接收機到達時間。在有些實施例中，數據信號被接收、解調並解碼成解碼的信號。可對有利於評估TOA的序列分析該解碼的信號，若檢出了有利的序列，就可選擇一相關函數，以與解調的信號相關。該相關函數可用基於數據序列的相關特性編制的規則選擇。利用該相關函數、該相關函數的值或它們的組合，可以評估TOA。
附圖簡介通過以下結合附圖所作的詳細描述，本發明的種種目的與優點將更清楚了，圖中用相同的參照字符表示相同的部件，其中
圖1示出可按本發明原理與無線資產位置識別系統一起使用的一示例設備
圖2示出可按本發明原理與無線資產位置識別系統一起使用的另一示例設備；圖3示出應用圖1與2所示設備的一示例通信網；圖4是示例步驟的流程圖，可在無線資產位置識別期間按本發明原理執行；圖5是一按本發明原理的示例通信網結構；圖6是另一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明的原理執行；圖7是又一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖8是再一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖9是又一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖10示出可按本發明原理與無線資產位置識別系統一起使用的另一示例設備；圖11是再一示例步驟流程圖，可在無線資產位置識別期間按本發明原理執行；圖12示出示例的被接收數據和按本發明原理的一相應示例相關信號；圖13示出另一示例被接收數據與一相應的示例相關信號；圖14示出按本發明原理的兩個示例相關信號；圖15是又一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖15A示出可按本發明原理處理的一示例相關信號；圖16是一示出執行圖15所示步驟時涉及的示例步驟的流程圖；圖17示出示例的被接收數據序列和按本發明原理的示例相關策略；圖18是又一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖19是再一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖20示出可按本發明原理與無線資產位置識別系統一起使用的示例設備；圖21是按本發明原理的一部分無線資產位置識別系統的示意圖；圖22是又一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖23是再一示例步驟流程圖，在無線資產位置識別期間可按本發明原理執行；圖24示出可按本發明原理用於無線資產位置識別的兩個示例相關信號。
發明的詳細描述可以為識別通信網內無線資產的位置提供若干系統與方法。本發明的有些實施例，包括一同步信號發生器和若干配置成對該無線資產廣播標時的通信序列的網資源，各網資源可與同步信號發生器作電通信，各資源配置成對通信序列標時。
可用同步信號同步諸網資源中出現的時鐘。可用來自資源的到達時間估值(下稱TOA估值)識別無線資產位置。在有些實施例中，可用到達不同網資源的通信序列的TOA之差識別無線資產位置。該TOA之差記為TDOA。可用TDOA測定一組求解的可能無線資產位置，並用第二TDOA識別求解組內被評估的資產位置。在有些實施例中，可用雙曲三角測量法將TDOA轉換成無線資產位置估值。
在有些實施例中，可以標時IEEE802.11通信序列，該通信序列包括802.11射頻信號結構。該通信序列包含一802.11數據包。
本發明有些實施例可提供一TOA評估裝置，可提供無線通信網中某一位置的通信序列的TOA估值。TOA評估裝置包括一個或多個用於接收一條或多條通信序列的接收機。TOA估值可以是通信序列或一部分通信序列的到達時間估值。通信序列包含一系列信息碼元，信息碼元可以是PN碼、CCK碼元、PBCC碼元或任一其他合適的信息碼元。在通信序列中，具有優質自相關特性的信息碼元模式適合標時，而有噪聲自相關特性的信息碼元模式不適合標時。
可將與一通信序列或其一部分相關聯的信號前沿定義為TOA。可用由通信序列或其一部分導出的相關信號的峰(下面討論)限定TOA。通信序列或其一部分的任何其他合適特徵也可限定TOA。若網中多臺接收機對通信序列應用同一種TOA定義，就可精密地估算TOA之差。
在一些實施例中，TOA評估裝置包括一接收射頻信號的裝置和與射頻裝置電子通信的第一電路，後者配置成檢測接收的通信序列的相關函數峰。
第一電路起相關器作用，檢測有利於TOA評估的通信序列部分。該相關器可以是滑動相關器，把通信序列與選擇的一參考函數相乘，乘積限定一相關信號。
第一電路包括一、二、三、四或五碼元相關器，其中各相關器的每個碼元對應於可能出現在接收的通信序列中的某些信息碼元。二碼元相關器可用來檢測通信序列中兩個連續對應碼元的模式，三碼元相關器用來檢測通信序列中三個連續對應碼元的模式。更「長」的相關器可檢測出現在通信序列中的更長的碼元模式。
第一電路包括一N碼元相關器，N為任意正整數。第一電路可以包括不同長度相關器的組合。在有些實施例中，系統包括串接的相關器。在有些實施例中，系統包括並聯的相關器。
在有些實施例中，TOA評估裝置包括配置成對接收機接收的通信序列作解碼的第二電路，如在無線802.11兼容網中，通常把一位(Barker序列)相關器用作解碼器。(這裡使用的術語802.11包括無線通信網規程的任一802.11族，包括802.11a與802.11b)在有些實施例中，TOA評估裝置包括第三電路，它配置成從相關器輸出信號(也稱為相關信號)裡濾出多徑信號分量。多徑信號是建築物發射的通信信號。通常在相應的直接或「視線」信號被接收後接收。指定視線信號的反射可產生多種多徑信號，而且後者可能比前者更強，因為視線信號在傳播通過建築物時被衰減了。因此，必須識別對相關信號有貢獻的視線。
在有些實施例中，TOA評估裝置包括配置成輸出指示到達時間估值的信號的第四電路。在有些實施例中，TOA評估裝置包括第五電路，被配置成對所述通信序列中的移動資產裝置標識碼作分析。移動資產標識碼包含媒體接入控制(下稱MAC)地址。移動資產標識碼可以包含網際網路協議(下稱IP)地址。第五電路在MAC地址與IP位址之間執行轉換，如可以應用地址分辨協議或反地址分辨協議作轉換。移動資產標識碼可由系統管理者選擇，它可以是一種802.11標識碼、唯一碼或非唯一碼。
在有些實施例中，TOA評估裝置包括解調通信序列的電路。在有些實施例中，TOA評估裝置包括接收通信序列的天線。在有些實施例中，TOA評估裝置包括執行到達時間評估所需任務的中央處理單元，該中央處理單元可以是個人計算機。在有些實施例中，TOA評估裝置包括一無線電模塊(如compactFlash Association的compact FlashTM名下(P.O.BOX51537，PaloAlto，California)、PCMCIA的PC CardTM名下(2635N.First St.Suite 209，San Jose，California 95134)和Mini PCI(PCI S.I.G控制的型號形狀因子)名下的市售產品)。
在有些實施例中，本發明包括一裝置網，包括配置成通過「選聽」而有選擇地識別某個移動資產位置的若干接收機。接收機接收來自移動資產的通信序列，若該資產的標識符對應於一選擇的標識符，就有選擇地評估該資產的位置。選擇的標識符可以是唯一標識符或非唯一標識符，可由系統用戶選擇並存入網資源存儲器。網發射機可對選擇的無線資產發信號，令其廣播通信序列，然後網對該序列標時。
在有些實施例中，本發明包括一TOA評估裝置網，各裝置包括一配置成工作於特定頻率的接收機。該網包括多個配置成對以不同頻率傳播的信號提供標時的TOA評估裝置。可對同一頻率分配一組TOA評估裝置。一組的分配頻率不同於其他組的分配頻率。諸裝置以蜂窩結構分布。這裡把涉及不同頻率廣播或接收的無線資產位置識別方法稱為「多頻合估」定位法。
網可以配置成用第一組的一個或多個TOA評估裝置接收來自某個無線資產的第一頻率通信序列，然後用第二組的一個或多個TOA評估裝置接收來自該無線資產的第二頻率通信序列。可以用工作於一個或多個相應附加頻率的一個或多個附加TOA評估裝置組，接收來自該無線資產的一個或多個相應的附加通信序列。在有些實施例中，無線資產發射可在足夠短的一段時間裡通過所有或部分可用的網頻進行，保證該無線資產位置在該期間保持幾乎不變。各TOA評估裝置可對在其各自頻率上收到的通信序列作標時。
根據TOA評估裝置產生的TOA估值，可算出一個或多個無線資產位置估值，從選自同組或不同組的一對TOA導出TDOA。TDOA可從位於有利於識別移動資產位置的TOA評估裝置導出，處於有利位置的位置包括接近無線資產的裝置，也包括在空間以有利於位置識別計算的模式分布的裝置(如以包圍移動單元的三角形模式)。
在有些實施例中，作初步位置識別計算以提供無線資產位置的粗估值。在有些這類實施例中，可應用按移動資產位置初步估值選擇的TOA評估裝置的到達時間估值，作高精密度估算。
在有些實施例中，TOA評估裝置可配置成接收一個以上頻率的通信信號，如該裝置可配置成接收網內所有可用頻率的通信序列。該裝置包括至少一個配置成接收網內每個可用頻率的通信序列的接收機。在有些實施例中，可將網內所有的TOA評估裝置配置成接收所有可用頻率的通信序列。在有些實施例中，工作於任一可用頻率的無線資產，可以廣播可被網內所有TOA評估裝置標時的通信序列。
在包括配置成接收多頻通信序列的TOA評估裝置的有些實施例中，裝置包括一主接收機和至少一個輔接收機，前者配置成在分配的頻率接收通信序列，後者配置成交替變換一系列頻率(如網內所有的可用頻率)。網包括一中央控制器，迫使輔接收機在特定時間工作於一選定的頻率，如控制器可以令所有的輔接收機同時進行一不同頻率的序列，不同頻率包括所有的可用頻率。在將所有輔接收機切換到一特定頻率的間隔內，可用網內幾乎所有的TOA裝置對無線資產在該頻率廣播的通信序列標時。
本發明的有些實施例包括配置成為TOA評估廣播一系列通信序列的無線資產。在有些實施例中，無線資產應用網接收機使用的一系列不同頻率廣播一系列通信序列。在有些實施例中，無線資產可為TOA評估配置成以指定頻率反覆發射一通信序列。這裡把無線資產出於識別其位置的目的而發射的通信序列稱為位置標識信息。
本發明的有些實施例包括貼到出現在通信網內或附近的移動物件上的標牌。2000年11月14日提交的美國專利申請NO.60/248,357描述了該標牌，該申請通過引用包括在這裡。標牌配置成對網提供位置標識信息，該信息包括格式適合網的數據，如標牌可發射802.11兼容數據。在有些實施例中，把標牌配置成等候一段預定時間，以檢測出現在網信道上的射頻能(如應用檢能器)，若射頻能明顯小於預定的閾值，就向網發送位置標識信息。標牌以「睡眠」模式等候，睡眠模式要求減小的電力，該模式由標牌內的定時器中斷，或由來自網絡端的「喚醒」呼叫中斷。
若第一測試頻率的射頻能不小於閾值，則將標牌配置成切換到一不同的網頻。在有些實施例中，標牌連續切換到不同的網頻，直到檢出一條無幹擾信道。當檢出無幹擾信道時，標牌可向諸網接收機發送位置標識信息。在有些實施例中，在廣播位置標識信息之前，把標牌配置成等候，直到指定的信道變無幹擾。
在有些實施例中，為實現多頻合估，可將標牌配置成以多頻發射位置標識信息。例如標牌可以包括多個發射機，在蜂窩網內一條以上信道上廣播位置標識信息。在有些實施例中，例如標牌可以應用單個可調諧發射機在多條信道上依次廣播位置標識信息。
在有些實施例中，標牌可以發射資產標識信息。資產標識信息包括識別標牌自身的信息、識別貼標牌的移動物件的信息，還可包括MAC地址、一部分MAC地址、IP位址、一部分IP位址，或者用於識別標牌或貼標牌移動物件的任何合適的唯一或唯一信息。
在有些實施例中，標牌配置成接收來自網發射機的數據。在某些實施例中，標牌配置成接收來自網終端的喚醒信號。
本發明包括在接收機評估通信序列TOA的方法和/或設備。2001年2月20日提交的美國臨時申請NO.60/270,254討論了TOA評估技術，其內容通過引用包括在這裡。通信序列出現在數據信號或一部分數據信號中。在有些實施例，本發明包括的方法用於接收數據信號，解調該數據信號(如得出通信序列)，由該數據信號形成解碼的信號(如得出位序列)，並應用選擇的或預選的相關函數評估該數據信號的TOA。
在用相關函數評估TOA的實施例中，相關函數包括對通信序列的表示和選擇的參考信號。對可選部分的數據信號評估該相關函數。需要時可作緩存的數據信號和參考信號以某種方式組合，當參考信號與數據信號或其一部分相關最強時，使相關函數具有最大值。可將出現這一最大值的時間(相對於數據信號或任何其他時間基準的始端)定義為該數據信號的TOA。
數據信號是被編碼成被TOA評估裝置識別的信號，如為了提高標時精度，可將有利於標時的預選通信序列插入數據信號。當與預選的通信序列相關時，識別編碼數據信號的TOA評估裝置可用預選的參考信號產生優質的相關信號。在本發明配置成接收已知通信序列的實施例中，可對PN碼、CCK碼元、PBCC碼元等序列或OFDM信號標時。在這些實施例中，預選的參考信號包括選自PN碼、CCK碼元、PBCC碼元的碼元或OFDM信號。例如，通過將數據信號頭部(如802.11包頭部)或數據包中的某一碼元設置成預定值，可為標時而編碼數據信號。在有些實施例中，可對數據信號編碼，以指導TOA評估裝置對序列作標時。
數據信號可以是不被編碼成讓TOA評估裝置識別的信號。在接收非編碼信號時，可監視數據信號，以檢測有利於用一個或多個存貯的參考信號實現相關的通信序列。當檢出可能有利的通信序列時，可將已知與檢出序列強相關的參考信號同該通信序列組合起來產生一相關信號。本發明監視有利通信序列的數據信號的諸實施例，可以檢測Barker碼、PN碼、擴頻碼(如DSSS切片碼)或任何其他合適碼的序列。
在本發明有些實施例中，通過使相關函數值相對TOA參數或估計量變成最大或最小，可以測定TOA估值，如可將TOA估值定義為相關函數的獨立變量的最大似然估值(或「峰值」)。
在本發明有些實施例中，可用TOA估值計算通信序列與一部分同步信號到達的時差。在有些實施例中，可用TOA估值計算通信序列與時鐘信號參考部分的時差。時鐘信號用TOA評估裝置的內部或外部時鐘產生。在本發明有些實施例中，可用TOA估值計算第一與第二接收機收到的同一通信序列的時差。在有些實施例中，可用TOA估值計算第一與第二通信序列的時差，而第一與第二通信序列在同一或不同的接收機接收。
本發明有些實施例可從相關信號中濾波或除去多徑信號分量。通過檢測出相關信號中一組可能重迭的峰前沿，可除去多徑。運用信道評估，可將多徑與視線相關信號分量分開。在應用信道評估的實施例中，把通信信道模擬成一系列分離脈衝函數，假定第一脈衝是視線脈衝。無多徑的理想相關信號與實際相關信號可一起用於構成該信道的估值。利用該評估的信道，可以分離視線脈衝與多徑脈衝。
在本發明有些實施例中，可提供評估通信序列TOA的系統或系統元件。有些這類實施例包括用於接收、解調、解碼、緩存、處理或濾波數據信號的設備，有些實施例包括把TOA估值輸出給其他網資源的設備，有些實施例包括多個相關器。在有些這類實施例中，相關器相互並聯。
本發明有些實施例包括在通信網中接收機上評估通信序列TOA的電路，該電路包括載波跟蹤電路或定時迴路。載波跟蹤電路可調節接收機用於接收無線電信號的振蕩頻率。
該電路包括切片碼相關器，它可將擴頻通信序列(如直接擴頻通信序列)解碼成一系列解碼的二進位碼元。切片碼相關器可用相關函數解碼通信序列，相關函數包括與通信序列的切片碼匹配的碼元序列。切片碼相關器可以作用於載波跟蹤電路輸出的信號。切片碼相關器的輸出反饋給載波跟蹤電路以跟蹤電路控制。
該電路包括標時電路，它可結合使用相關函數與通信序列而產生相關信號，並可利用相關信號評估該通信序列的到達時間。該標時電路包括分離多徑相關信號分量與視線相關信號分量的電路。標時電路可以影響載波跟蹤電路的輸出。
該電路包括接收機接口，可以是MAC接口。在有些實施例中，載波跟蹤電路、切片碼相關器和接收機接口串聯。在有些實施例中，標時電路接收載波跟蹤電路與相關器二者的輸出。跟蹤電路的輸出經相關器支路供給標時電路。在有些這類實施例中，跟蹤電路的輸出與相關器的輸出一起用來檢測用於TOA評估的通信序列中的序列。將標時電路的輸出接至接收機接口而與網資源通信。
有些實施例包括接相關器電路輸出的解碼器電路，可解碼相關器電路輸出，以對例如低數據通信速率產生一系列二進位信息碼元。解碼器電路接載波跟蹤信號輸出，解碼器解碼跟蹤電路輸出，以對例如高數據通信速率產生一系列二進位信息碼元。
有些實施例包括解擾器電路，它可以接收解碼的信號並向接收機接口輸出解擾信號。
本發明包括利用配置成對無線資產廣播通信序列標時的網資源識別該資產位置的設備和/或方法。在有些實施例中，標時的網資源包括TOA評估裝置。
在有些實施例中，TOA評估裝置可以估算無線資產廣播的通信序列的TOA。該TOA用選擇的相關函數估算，然後在第二TOA評估裝置上估算同一通信序列的TOA。
可用兩個TOA的TDOA(到達時間差)限定一組發射通信序列的位置。2000年11月14日提交的美國臨時專利申請NO.60/248,357，描述了用到達時間識別無線資產位置的技術，其內容通過引用包括在這裡。該組位置是一條雙曲線。在有些實施例中，各TOA評估裝置有一用於量化TOA的內部時鐘或計數器。包含在網內諸TOA評估裝置裡的時鐘經同步或校正，可以計算從不同TOA評估裝置得到的TOA裡導出的TDOA。
這裡把第一對TOA評估裝置產生的TDOA稱為第一TDOA，把對應於第一TDOA的一組可能的位置稱為第一求解組。識別資產位置時，附加位置信息可結合第一求解組使用。在有些實施例中，可充分迅速地獲取附加位置信息，以保證在獲取TOA評估裝置的位置標識信息期間，資產位置只發生很小變化。
附加位置信息包括例如至少一個附加TDOA求解組，它可限定第二條與第一雙曲線相交的雙曲線，且可從不同於第一對TOA評估裝置的TOA評估裝置求出。該附加TDOA求解組可從第一對的一個TOA和不包含在第一對裡的TOA評估裝置的一個TOA求出。可以使用許多附加TODA求解組。可將資產位置標識定義成兩個求解組最有可能或最精密地估算的相交。在有些實施例中，可用交點的最小二乘方估值識別資產位置。在有些實施例中，可用交點的最大似然估計量識別資產位置。
附加位置信息包括來自原來TOA評估裝置對外部TOA評估裝置的距離(或範圍)估值。當發送與接收時間都已知時，通過接收來自移動資產的通信序列可確定範圍。通過從TOA評估裝置向移動資產發射信號，接收來自該移動資產的「回波」信號，並用往返運行時間計算範圍，可確定該範圍。如在802.11通信網中，返回信號是802.11確認幀(ACK)。在有些實施例中，精密地控制被發射信號接收與回波信號廣播之間的延遲，可提供精密的往返運行時間。通過接收來自無線資產的通信信號並應用信號強度衰減估算範圍，可測定該範圍。還可用任何其他合適的方法測定範圍。
附加位置信息包括對移動資產位置在物理、地域或幾何上的限制。例如第一TDOA可經歷網內若干扇區。若已知移動資產不在一個或多個扇區內，則可排除這些扇區作為可能的位置，而用其餘扇區識別資產位置。
在本發明有些實施例中，把TDOA定義為指定一對TOA評估裝置的多個TOA差值的平均值，如第一TOA評估裝置接收來自移動資產的通信序列，它產生三個不同的TOA。第二TOA評估裝置接收來自移動資產的通信序列而產生三個對應的TOA。計算這三隊相應TOA的差值，產生三個TDOA，然後將這三個TDOA求均而定義為一有效TDOA。對該通信序列反覆應用同一相關函數，應用不同的連續相關函數，應用單個產生多個TOA估計量的相關函數(見下述)，或應用任何其他合適方法，在各TOA評估裝置產生連續的TOA。
在有些實施例中，當對接收的通信序列產生多個TDOA時(如當多對獨立的TOA評估裝置接收該通信序列時)，必須求出兩個以上求解組的交點。當出現兩個以上求解組時，可應用最小二乘方、最大似然度或任何其它適合估算位置最可能標識的方法來測定資產位置。
當出現兩個以上求解組時，必須廢棄其中的一個或多個。如在有些實施例中，若與基準TOA數據關聯的噪聲高於測定閾值，就廢棄有噪聲的求解組。有些實施例廢棄相對於其它對同一通信序列導出的求解組成為「極端數」的求解組。在應用最大似然評估法確定位置同一性的實施例中，對各求解組按其內出現的噪聲量加權，這樣相對於噪聲小的TDOA求解組，可對噪聲較大的TDOA求解組打折。
本發明有些實施例包括一條定時電纜，用於使網內TOA評估裝置時鐘同步。在有些實施例中，該電纜可提供高頻正弦波。在有些這類實施中，該電纜可提供高頻方波。同步信號由網資源產生，並由TOA評估裝置例如應用鎖相迴路倍頻。在TOA評估裝置，該信號作放大、濾波、波整形，或以任何其它合適方式的處理。該信號經處理，可產生配置成驅動數字計數器的數位訊號。在通信網中，數字計數器用作TOA評估裝置的TOA時鐘。
在有些實施例中，定期調製同步信號，使網內TOA評估裝置時鐘同步。定期調製可用作全網時鐘復位。TOA評估裝置裡的解調器可用來檢測定期調製，使數字計數器復位。在有些實施例中，對選擇的周期數或脈衝數去除信號裡的高頻分量，實施定期調製。為了檢測遺漏的脈衝並產生時鐘復位，可使用暫停時間大於單個脈衝的可再觸發單穩態電路。TOA評估裝置包括一大型計數器，如多達32位。在有些實施例中，計數器大於32位。
本發明有些實施例包括校正處理，以補償與各個TOA評估裝置相關的不同固定延遲。這些延遲包括但不限於接收機與電纜的延遲。延遲經量化，可調整用TOA評估裝置產生的TOA估值計算的無線資產位置估值。在有些實施例中，延遲可存入存儲器。
按本發明原理構制的示例實施例示於圖1～24。
圖1示出包括接收機110與處理器120的示例TOA評估裝置100，它包括向資產130等無線資產發射信號的發射機。在有些實施例中，TOA評估裝置100可以是或部分是無線網接入點，如802.11兼容接入點或任何其它合適的接入點。在有些實施例中，裝置100可以不包括通常與接入點相關的元件，如發射機。接收機110接收來自130等無線資產的通信信號112。無線資產130可以是移動個人計算機、筆記本計算機、手持個人計算機、汽車個人計算機、個人數字助理器(PDA)、蜂窩電話、蜂窩電話/PDA組合機、無線標牌、無線購物設備、無線盤存設備，或者任何其它適合於發射無線通信信號的裝置。無線資產130通過布線發射通信信號。
接收機110包括任何對來自無線資產130的通信信號112作接收、解調與解碼所需的硬體、固件或軟體。在有些實施例中，在接收機110與處理器120之間分配或分擔信號處理任務，如接收機110解調通信信號112，處理器120執行解碼和TOA分析任務。在有些實施例中，處理器120接收來自接收機110的通信信號112並對其解調，還應用合適的信號處理和/或分析硬體或軟體執行TOA分析任務。在有些實施例中，將接收機110與處理器120的任務集中於單個元件(如集中於接入點)。
例如，處理器120同個人計算機、掌上計算機、手持個人計算機、汽車個人計算機、個人計算機、個人數字助理器(PDA)、蜂窩電話、蜂窩電話/PDA組合機、機頂盒、便攜計算機、網際網路伺服器、網伺服器、薄型伺服器或任何其它適合處理通信信號或支持信號分析工具的裝置相關聯。
用戶140通過任何合適的有線或無線方式與系統100通信。有些系統100的實施例中，140等用戶通過鍵板、鍵盤、觸摸板或任何其它合適接口與處理器120互作用。用戶140可以是客戶機或主控處理器。
圖2的示例TOA評估裝置200，提供類似於結合TOA評估裝置100描述的功能。TOA評估裝置200包括的天線210，能接收來自無線資產的無線信號。在有些實施例中，天線210可對無線資產發射無線信號。在有些實施例中，TOA評估裝置200通過有線媒體向用戶傳送TOA評估信息，在有些實施例中，通過無線媒體向用戶傳送TOA評估信息。在有些實施例中，裝置200不包括發射功能。
在有些實施例中，與無線電模塊230和/或高解析度定時模塊240互作用的中央處理單元220，可以解調無線210收到的信號，解碼該信號，執行串行或並行相關任務，執行串行並行混合相關任務，並對系統200接收的通信序列提供產生或輸出TOA估值所需的緩存、數據處理和數據格式化。處理單元220可應用任一合適的信號處理和/或分析硬體或軟體。
在本發明有些實施例中，無線電模塊230對高解析度定時模塊240分別提供同相與正交無線電信號分量I與Q。無線電模塊230向定時模塊240提供輔助信號，如提供RSSI信號(用於測量信號強度)。MD-ROY信號(數據成幀)、RXCLK信號(對數據進行定時)和RXD信號(傳送收到的數據)。
在有些實施例中，定時模塊240包括數據採集模塊241、RSST A/D模塊242、定時器模塊243、資產ID分析器模塊244、配置寄存器245、相關模塊246和任何其它合適的模塊。數據採集模塊241採集來自信號I與Q的通信序列，把模擬信號轉換到數位訊號。定時器模塊243包括振蕩器與計數器，為標時系統200收到的通信信號提供時間基準，可對無線電模塊230發射的信號標時。發射信號的標時可結合使用收到信號的TOA，以估算信號在TOA評估裝置200與無線資產之間的往返運行時間。定時器模塊243與出現在網內的TOA評估裝置裡的其它定時模塊同步，故可計算兩個在不同TOA評估裝置收到的TOA之差。在有些實施例中，定時器模塊接收來自網資源的同步信號。例如，為分析出現在收到的通信序列中的無線資產標識信息(如MAC地址)，可以有資產ID分析器模塊244，它包括分析該標識信息的數據濾波器。可以有配置寄存器245，如可用於對選擇的標時存貯無線資產標識信息(如上所述)。提供的相關模塊246對通信序列應用相關函數，產生TOA估值。該模塊246包括多徑處理元件。
在有些實施例中，定時模塊240向中央處理單元220提供資產ID、TOA估值、I/Q數據、RSST或任何其它合適的信息，單元220處理接收自定時單元240的信息，通過無線或有線方式向其它網資源提供資產ID、TOA估值、I/Q數據、RSSI、信號強度、往返傳播時間、與無線資產的距離等信息或任何其它合適的信息；還向集中型資產位置標識處理器提供資產ID與TOA，以計算TDOA。
圖3示出的TOA評估裝置300類似於TOA評估裝置100與200，被匯入通信網310。通信網310由網伺服器320支持，它可以是區域網、廣域網、市區網、內部網、外部網、任一類其它通信網，或者任一該網的任何無線或部分無線形式。網伺服器320可與網際網路330或任何其它電子通信網通信。網310包括有線資產340。這裡把TOA評估裝置300、伺服器320、網際網路330、有線資產340與無線資產350等特徵稱為網資源。有線資產340可以是個人計算機、掌上計算機、手持個人計算機、個人數字助理器、機頂盒、便攜計算機、網際網路伺服器、LAN伺服器、薄型伺服器或任何其它合適的處理裝置。一個或多個TOA評估裝置300可以估算接收自350等無線資產的信號的TOA。網伺服器320、有線資產340之一、TOA評估裝置300之一或任何其它合適的網資源，都可產生同步信號，使出現在TOA評估裝置的300裡的時鐘同步。
圖4示出的廣義示例步驟流程圖，涉及本發明有些與識別通信網內無線資產位置相關的實施例。圖4的步驟僅作示例，可以任何合適的次序執行，實際上還有附加步驟，或可剔除某些步驟。圖4的某些步驟涉及接收無線信號，有些步驟涉及發射無線信號，有些步驟涉及處理信號。這些步驟可用任何合適的設備執行，包括圖1系統100、圖2系統200和圖3系統310的某些或全部元件。
在步驟410，一個或一組TOA評估裝置接收至少一個來自無線資產的通信序列。在有些實施例中，用工作於不同頻率的TOA評估裝置接收通信序列。在步驟420，對一個或多個通信序列標時。在有些實施例中，在TOA評估裝置就地標時。在步驟422，中央處理器收集來自網TOA評估裝置TOA估值，對成對TOA計算TDOA。在步驟424，用TDOA產生無線資產TDOA求解組，用於識別無線資產位置(如應用雙曲三角測量法)。
在步驟426，TOA與測距信號廣播時間(下稱TOB)一起用於估算TOA評估裝置與無線資產的距離，如可用TOB、TOA和任何涉及信號處理的延遲計算往返信號傳播時間。應用信號的傳播速度，可估算出距離。
在有些實施例中，在步驟430估算收到通信序列的信號強度。在有些這類實施例中，在TOA評估裝置就地估算信號強度。在有些實施例中，接收機的信號強度與無線資產發射機的信號強度一起用於計算信號衰減。在步驟426，用信號強度或衰減估算無線資產與TOA評估裝置的距離。在步驟428。例如應用三角測量法，可運用來自己知位置的不同接收機的距離估值識別無線資產位置。
在步驟440，用通信序列載波信號相位估算通信序列在TOA評估裝置的到達角(下稱AOA)。當知道了來自無線資產的一通信序列或多個通信序列的一個以上AOA時，可用兩個或更多載波信號傳播方向矢量的交點識別無線資產位置。
在有些實施例中，可用混合法識別無線資產位置，這類方法組合了TDOA求解組、無線資產與TOA評估裝置的距離、載波信號傳播方向或它們的任意組合或子組合。
圖5示出示例蜂窩無線通信網500的結構，它可以應用多頻合估法識別無線資產位置。網500包括圖3的網310的某些或全部元件，具有工作於選定頻率的多個區。網500區所示的頻率是基本工作頻率(如「分配的」頻率)。在有些實施例中，TOA評估裝置可工作於至少一個不同於基本頻率的頻率。各區有一個或多個接收裝置或接入點。在有些實施例中，各區有一個或多個諸如100的TOA評估裝置。網500有三個基本工作頻率f1、f2與f3，但本發明包括具有更多或更少基本工作頻率的網。位於f3區內的無線資產520，處於工作於頻率f1、f2與f3的附近接收裝置的範圍內。若這三個工作頻率之一被其它通信業務「佔用」，無線資產520就試用另兩個頻率之一通信。
在有些實施例中，各區的TOA評估裝置配置成主要以分配給該區的工作頻率進行發射和接收。例如，若無線資產520以f1廣播通信序列，位於區D、E與B裡的TOA評估裝置可接收該通信序列，並對其標時。在本發明有些實施例中，無線資產520在至少一個附加頻率廣播通信序列，以允許在其它(如較近的)TOA評估裝置上標時，如無線資產520先以頻率f1、再以頻率f2、又以頻率f3廣播通信序列，讓附近小區A、B、C內的裝置對該通信序列標時。在有些實施例中，無線資產520可用並行的發射機以多個頻率同時廣播通信序列。在有些實施例中，無線資產520以多個頻率連續廣播通信序列。
在有些實施例中，區內的TOA評估裝置配置成從基本頻率切換到第二頻率、第三頻率或某個不同頻率。區內的TOA評估裝置可以從一個頻率切換到另一個頻率，以接收來自例如配置成以單頻(這裡稱為「目標」頻率)廣播的通信序列，並對其標時。在有些實施例中，可將網內部分或全部TOA評估裝置配置成幾乎同時切換到目標頻率，以接收通信序列作標時。
圖6～9示出示例步驟的廣義流程圖，涉及在通信網內應用多頻合估法識別無線資產位置。圖6～9的步驟僅作示例，可按任一合適的次序執行，其實還有些附加步驟，或某些步驟可以刪除。圖6的某些步驟涉及用無線資產產生和/或發射無線信號，可用任一合適的設備執行，如圖6的部分或全部步驟可用圖1的無線資產130等無線資產執行。圖7～9的有些步驟涉及接收無線信號或處理信號，可用任一合適的設備執行，包括圖1的系統100、圖2的系統200、圖3的網310和圖5的網500的部分元件。
在圖6的步驟610，無線資產在廣播供通信網內接收裝置用於標時的信號之前，可以等候一段選擇的時間。該網類似於圖3的網310或圖5的網500。在涉及諸如網500的多頻蜂窩網的實施例中，在選擇的時間結束時，無線資產以頻率f1廣播通信序列(步驟620)。在步驟630，無線資產發射機切換到頻率f2廣播通信序列。在步驟640，無線資產發射機切換到頻率f3廣播通信序列。
在有些實施例中，無線資產發射機對應於通信網內可用的工作頻率，切換到附加頻率，如步驟640以f2+m所示。在有些實施例中，以不同頻率廣播的諸通信序列幾乎相同，在有些實施例中，以不同頻率廣播的諸通信序列不同。
圖7示出用於多頻合估方案的示例步驟，其中每個工作於分配給該組頻率的成組TOA評估裝置，用於識別通信網內無線資產的位置。為便於示例，把網分成三組TOA評估裝置(組1、組2、與組3)。在有些實施例中，網分成較少的組，或分成較多的組。在步驟700，網利用組1裝置接收無線資產以頻率f1廣播的通信序列。在步驟705，組1裝置對該通信序列標時。在步驟710，網處理器按組1估算的成對TOA計算TDOA。在步驟715，產生求解組，包括由組1的TOA導出的每個TDOA的一個或多個無線資產位置。
在步驟720，網用組2裝置接收無線資產以頻率f2廣播的通信序列。涉及組2裝置與以頻率f2接收的通信序列的步驟725～735的處理，類似於涉及組1裝置與頻率f1接收的通信序列步驟705～715的處理。在步驟740，網用組3裝置接收無線資產以頻率f3廣播的通信序列。步驟745～755的處理涉及組3裝置和以頻率f3接收的通信序列，類似於涉及組1裝置和以頻率f1接收的通信序列的步驟705～715處理。在步驟760，網處理器應用步驟715、735、755產生的一個或多個求解組識別該無線資產的位置。若步驟715、735、755全體只產生一個求解組，則識別無線資產位置要求收集更多的信息。步驟760之後返回步驟700，開始新一輪多頻標時。
圖8示出用於多頻合估方案的示例步驟，其中用包括一個或多個輔接收機的TOA評估裝置識別通信網內無線資產的位置。TOA評估裝置中的輔接收機(如除了工作於基頻的諸接收機外)以基本工作頻率以外的頻率接收信號，並不中斷基頻接收。在步驟820，工作於等同頻率的諸輔接收機接收來自無線資產的通信序列。在步驟830，估算各接收機的通信序列的TOA(如應用與各接收機相關的TOA評估裝置)。在步驟840，由接收機估算的成對TOA計算TDOA。在步驟850，產生求解組，包括步驟840導出的各TDOA的一個或多個可能的無線資產位置。在步驟860，用一個或多個在步驟850產生的求解組識別無線資產位置。若步驟850隻產生一個求解組，識別無線資產位置就要求附加信息。在步驟870，把輔接收機切換到新的等同頻率，利用以新頻率接收的通信序列重複無線資產定位循環。在本發明有些實施例中，沒有輔接收機。在這些實施例中，把主接收機配置成切換到不同頻率執行步驟820～870。
圖9示出由網執行的示例步驟，用於「選聽」無線資產。在有些實施例中，可對接收自預選組無線資產一員的無線資產的通信序列作標時。在步驟910，選擇一個或多個無線資產標識符，它們對應於希望識別其位置的無線資產。在步驟920，存貯選擇的標識符。在步驟930，網接收來自無線資產的通信序列。在步驟940，根據通信序列分析資產標識符，確定在發射的無線資產的標識。在步驟950，將收到的標識符與預選標識符比較，若不相配，就不出現TOA或位置識別處理，過程回到步驟930，為可能的位置識別接收新的通信序列。若收到的標識符與預選標識符相配，則在步驟960估算通信序列TOA。步驟930～960可在網內多個接收裝置上執行，故在步驟960可估算對應於多個接收裝置裝置的多個TOA。在步驟970，用步驟960的TOA估值識別無線資產位置。在有些實施例中，步驟960和970涉及估算和/或處理用於位置識別的非TOA量，例如步驟960和970包括圖4的一個和多個步驟424、426、428、430、440和442。
圖10示出無線標牌1000的示例結構，該標牌結構可貼到移動物件作位置識別。天線1010可與通信網的設備(如圖1的系統100和圖2的系統200)收發信號。無線電發射機1020產生對網廣播的通信序列，它被配置成用不同頻率的載波信號調製通信序列。在有些實施例中，可選擇有利於無線資產位置識別的通信序列，有些通信序列包括無線資產標識信息。控制器1040裝在標牌1000裡，可與無線電接收機1030和無幹擾信道檢測器1060互作用，檢測通信信道上存在的射頻業務。在有些實施例中，設有無線電接收機1030。在這些實施例中，用無幹擾信道檢測器1060判斷信道是否無幹擾。檢測器1060可以是檢能器。標牌1000利用接收機1030和檢測器1060「聽」信道上的通信業務，若信道無幹擾，就在其上廣播通信序列。若信道上有業務，控制器1040就把接收機1030切換到後續的不同聽頻率，直到檢出無幹擾的信道。然後，控制器1040把發射機1020切換到該無幹擾信道，廣播通信序列。可以設置由控制器1040控制的收發開關1050，以把天線1010切換成與發射機1020或接收機1030通信。
在有些實施例中，接收機1030配置成接收來自網的信號，其中包括指令該機廣播通信序列，使網能識別標牌的位置。標牌1000由電源1080供電。在有些實施例中，為減輕電源的負擔，將元件組1070配置成工作於低功率。
圖11是示例步驟的廣義流程圖，涉及向通信網提供有關移動物件的位置標識信息。圖11的步驟僅為示例，可以任何合適的次序執行。實際上還有附加步驟，或可刪除某些步驟。圖11的有些步驟涉及用標牌產生和/或發射無線信號，並可用任何合適的設備的執行，如圖11的部分或全部步驟可用圖1的無線資產130等無線資產(包括圖10的標牌1000)或任何合適設備執行。為簡化起見，假定用1000等標牌執行圖11步驟。
在步驟1110，標牌保持睡眠模式。在本發明有些實施例中，睡眠模式可節省電力，如在圖10的電源1080中。作為網發射機的發射機向標牌發送喚醒信號，該信號是標牌附近發射的強RF信號。在步驟1120，標牌用檢能器接收喚醒信號。若在預定時間結束時收不到喚醒信號，可將標牌配置成在步驟1120自動醒來。在步驟1125，發射機和接收機電路(如圖10的元件組1070中)被賦能。若收到喚醒信號，發射機和接收機電路可在步驟1125被賦能。之後，在步驟1140，標牌判斷信道對廣播通信序列是否無幹擾。在有些實施例中，步驟1140用檢能器執行。圖11的有些步驟可用標牌(如類似於圖10中標牌1000的標牌)執行，它被配置成廣播802.1 信號，但不完全遵照802.11，如標牌不含接收機。若信道對廣播不無幹擾，標牌可在步驟1150激活延遲。步驟1150包括應用退避(back-off)算法提供預選的延遲，之後返回步驟1140再檢查該信道。該退避算法是符合802.11的退避算法。在有些實施例中，步驟1150之後返步驟1110，把標牌送回睡眠模式。在有些實施例中，步驟1140檢測連續不同頻率上的通信業務。
在步驟1140檢出無幹擾的信道時，標牌可在步驟1160廣播通信序列，該通信序列可在步驟1140檢出的無幹擾信道上廣播。步驟1160廣播的通信序列包括識別標牌或貼標牌物件的信息。例如，若該步驟由一不同類的無線資產執行，可在該通信序列中包含任何合適的標識信息。通信序列可以包含位置標識信息，也可包含與IEEE802.11通信標準兼容的碼元。
在步驟1170，標牌將數據上行發送至網。標牌用802.11通信協議將數據上行發送至網，上行數據包括電池狀態信息、標牌溫度信息或任何其他合適的信息。在有些實施例中，標牌可在步驟1180在不同的信道上廣播通信序列。這樣廣播過程就返回步驟1140，搜索新的無幹擾信道；否則，過程可返回1110，使標牌回到睡眠模式。
在本發明提供通信序列標時的諸實施例中，涉及到圖12～20示出的一些原理、方法與設備。
可用相關函數檢測出現在通信序列中的碼元模式。相關函數中的本地或全局極值對應於具有強自相關特性的碼元模式。具有強自相關特性的碼元模式可產生易觀察和可再現的相關函數峰。這種峰的時間值可用作收到數據信號的TOA估值或標時。在有些實施例中，相關函數C(τ)定義為C=-TTD(t)R(t-)dt----(1)]]>式中t是時間量度，D(t)代表時間相關的解調接收信號，R(t)代表參考信號。R(t)對應於出現在D(t)裡的碼元模式。-T與T分別是C(τ)評估(或極值掃描)時間間隔的開始與結束。D(t)的TOA估值定義為使C(τ)有極值的τ值，該極值可以是最大值或最小值。把對應於C(τ)的極值的t值稱為 圖12對示例的D(t)和R(t)示出一例C(τ)。該例中，D(t)是通信序列，包括級聯的三個連續的通用信息碼元。用「+」指示的各碼元示作PN碼，如該PN碼可以是Barker碼。雖然將碼元示為PN碼，但是這裡討論的原理也適用於PBCC、CCK、OFDM或其他合適的碼元。將R(t)選成對應於出現在D(t)中的信息碼元或信息碼元模式。在圖12例中，R(t)與單一重複的信息碼元(「+」)一樣。D(t)中每出現一次R(t)，C(τ)就有一個峰值。可將分別對應於本地C(τ)峰C1、C2與C3的任一估計量 與 選作TOA估值。在有些實施例中，可將D(t)的TOA定義為 與 等估計量的平均值。例如，可將D(t)的TOA定義為^>1NiN^i]]>其中 對指定D(t)而言是N個 估值的平均值。
圖13的一例D(t)類似於圖12的情況，但將圖12中用「-」標識的第二信息碼元「極性」反轉。(這裡使用的相反「極性」的信息碼元，對指定的相關函數產生正負號相反的相關信號。)C(τ)中相應的第二峰為負值。由於指定時間點C(τ)的值取決於一系列t值(即-T～T)，所以C(τ)對D(t)的極性變化很敏感，結果在C(τ)中可觀察到諸如1300的交叉相關噪聲。噪聲1300很難將視線信號分量與多徑分開，因為該噪聲與視線分量同幅值。
圖14示出兩例C(τ)。波形1400與圖12的同，波形1450相對1400有增強的峰值。應用等同於出現在D(t)中的級聯信息碼元的參考信號，可增大峰值。例如定義為
C=-TTD(t)R(t-)dt----(3)]]>的相關函數C′(τ)包括信號R′(t)，而R′(t)包括級聯的D(t)信息碼元。例如，R′(t)是圖12所示級聯的三個連續碼元(各自標為「+」)。
圖15示出示例步驟的一般流程圖，涉及本發明的一些實施例。圖15的步驟僅作示例，可按任何合適的次序執行，實際上還有附加步驟，或可以刪除某些步驟。圖15的有些步驟涉及接收無線信號，有些涉及處理信號，種種步驟可用任何合適的設備執行，包括圖1的接收機110等接收機和包含在圖2中TOA評估裝置200裡的設備。
為簡明起見，下述討論把圖15的步驟描述成由「系統「執行，該系統包括適合執行這些步驟的任何系統。系統在步驟1510接收數據信號，該數據信號接收自無線資產，如圖1的無線資產130或圖3的無線資產350。數據信號在步驟1520解調，得出解調信號。系統在步驟1530緩存數據信號。如下所述，在檢測信號序列時，可使用緩存的數據。例如在步驟1540，通過相關與數位化，可將解調信號解碼成解碼二進位數據序列，解碼的二進位數據在步驟1550緩存。
在有些實施例中，在步驟1560分析緩存的二進位數據，檢測存在的有利的信息碼元模式。在步驟1570，評估C(τ)等相關函數，包括R(t)等參考信號。(為簡明起見，雖然結合圖15～17示出並討論了應用C(τ)與R(t)的步驟，但是當把級聯的信息碼元選為參考函數而分別代替C(τ)與R′(t)時，圖15～17及其這裡的說明的範圍還包括相應的應用C′(τ)與R′(t)的步驟。)在步驟1575，檢驗相關信號質量(如對C(τ))。應用某種客觀量度，如信噪比、峰值或任何其他合適的指標，量化相關信號質量。
若相關信號C(τ)的質量足夠高，就可在步驟1580將視線信號分量與多徑分開。步驟1580包括前沿檢測步驟1585、信道評估步驟1590。信道評估包括超分辨技術，如MUSIC，或任何其他合適的信道評估技術。
在步驟1580，系統估算TOA。在有些實施例中，系統使C(τ)最大，以確定 在有些實施例中，系統使C(τ)最小，以確定 在有些實施例中，系統把TOA定義為相關峰的前沿。例如在步驟1590，將圖15A的視線峰1502與多徑峰1504(也示於圖15A)分開。可將視線峰1502的前沿1503定義為通信序列的TOA。峰1502可與峰1504區分，因為視線脈衝先於多徑脈衝收到。(多徑信號比視線信號的傳播路徑更長。)在有些場合中，視線峰1502可能同多徑峰1504重疊或交匯，此時可在步驟1585將交匯脈衝的前沿定義為TOA。
圖16示出的示例步驟涉及諸如圖15的步驟1560，這些步驟僅作示例，可以任何合適的次序執行，實際上還有附加步驟，或可刪除某些步驟。在步驟1610，系統斷定或確定收到的數據信號為TOA編碼，如無線資產發射的數據信號包括有利於TOA評估的預選的通信序列，而該預選的通信序列以預定位置位於數據包內(如從數據包的第n位開始)。在有些實施例中，系統配置成檢測數據包內的指示符，TOA評估通信序列位於包內的指定位置。預選的通信序列包括PBCC、CCK與OFDM碼元，預選的信息序列包括PN碼。
系統接收預選的通信序列時，步驟1610後接步驟1620，可將參考信號置成等於一個或多個CCK碼元、PBCC碼元、OFDM碼元或PN碼的序列。
當系統接收未對標時編碼的數據包時，可監視數據信號，如步驟1630所示。數據信號監視包括對存在的有利於標時的信息碼元模式監視解碼版的數據信號(如來自步驟1550)。解碼數據的每一位對應於出現在諸如圖12與13中D(t)的通信序列裡的一個信息碼元。在位流中檢測了有利模式後，可選擇對應於該模式的參考信號，用於與標時的解調信號相關。
例如，緩存器按N位的接收與解碼次序存貯該N位，每位對應於D(t)中的某一碼元。這樣，若在位流中檢出了有利於標時的位序列，系統就可瞄準緩存數據信號中對應於標時位流序列的碼元。為簡明起見，這裡把針對標時的碼元組記為「M」。當M包括一個以上信號符時，系統可對M的子組「P」相關，P是M的中心子組。例如若M有5個信息碼元，系統可配置成選擇與P強相關的參考信號(R(t)或R′(t))，而P為三個M的中心信息碼元(即M的第二、第三與第四碼元)。
在有些實施例中，系統可以不執行步驟1610。在有些這類實施例中，系統可配置成使參考信號與通信序列中預定的信息碼元相關，如系統配置成對通信序列中的第一信息碼元應用相關函數。在另一例中，系統配置成應用通信序列中第二到第四信息碼元相關。可選擇通信序列任一合適的碼元與參考信號相關。
圖17示出圖16的步驟1630中所含的幾例N、D(t)和P，以及圖16的步驟1640中所含R(t)的幾個相應例。(為作示例，R(t)指單個和級聯的參考信號，如在公式3中表示為R′(t)的信號。)圖17中實例1～5各自包括一規模為N個12位的緩存器，保存了一段解碼的數據信號D(t)。D(t)中各碼元用「+」或「-」表示，分別指示正或負極化碼元(後接圖12與13使用的慣例)。M是一組出現在D(t)中的碼元。P是位子組，可能出現在M中，以與參考信號R(t)相關為目標。R(t)中各碼元用「+」表示，指示正極性碼元。雖然圖17示出只有正極性碼元的R(t)，若有必要，R(t)可以包括一個或多個負極性碼元。在有些實施例中，R(t)是一信息碼元序列，與出現在P中的信息碼元序列相同。
在實例1中，只出現隔離的正極性碼元。系統選擇與單個P碼元相關的單一碼元參考信號R(t)。實例2中，M包含2個碼元，系統選擇與M中單個目標碼元P相關的單個碼元參考信號R(t)。系統瞄準M中的尾碼元以減小C(τ)中所得峰前沿的噪聲(如交叉相關噪聲)，提高TOA評估精度(如存在多徑時)。實例3中，M包括三個碼元，系統瞄準與單碼元R(t)相關的中心符P。為了與碼元比出現在M中的碼元少的R(t)相關，瞄準M的中心自組碼元是有利的，可以減小C(τ)(或C′(τ))中的噪聲。實例4和5示出瞄準M中的中心碼元。實例4中，系統瞄準的兩個碼元(P)在M中的四個碼元裡居中，P與具有2碼元的R(t)相關。實例5中，系統瞄準的三個碼元(P)在M中的五個碼元裡居中，P與具有三碼元的R(t)相關。
在有些實施例中，可在查找表中存貯參考信號R(t)庫，查找表用一系列可能檢出的序列作索引，這樣就可用檢出的序列選擇能產生優化相關信號的參考信號。有些實施例提供的規則可對收到數據信號中指定的檢出序列優先選擇可能的R(t)。選擇合適的R(t)產生的相關信號，其脈衝很少有或者沒有圖14那樣的交叉相關噪聲。
圖18示出本發明有些實施例涉及的示例步驟的一般流程圖。圖18的步驟僅作示例，可以任何合適的次序執行，實際上還有附加步驟，且可刪除某些步驟。圖18的有些步驟涉及接收無線信號和處理信號。各種步驟可用任何合適的設備執行，包括圖1中接收機110等接收機和圖12中包含在TOA評估裝置200裡的那些設備。
為簡明起見，以下將圖18的步驟描述成由「系統」執行，該系統包括任何適於執行這些步驟的系統。系統在步驟1810接收數據信號，數據信號接收自無線資產，如圖1的無線資產130或圖3的無線資產350。數據信號在步驟1812被解調，得到解調信號，它類似於結合圖15描述的信號。解調信號在步驟1814分離，以作並行處理，包括並行相關和任何其他合適的處理、濾波或緩存步驟。
在步驟1820、1822、1824、1826和1828，把對應於公式(1)或(3)中的D(t)的解調信號同時饋給多個相關器。步驟1822、1824和1826允許同時執行1碼元、2碼元與3碼元相關。步驟1822的相關可應用對應於公式(1)中R(t)的參考信號。步驟1824～1828的相關可應用對應於公式(3)中R′(t)的參考信號，因為步驟1824～1828涉及到級聯的參考信號。涉及信息碼元序列比步驟1822～1826中的序列更長的相關，可在步驟1828與步驟1822～1826中的部分或全部步驟同時執行。在任一步驟1822～1828中，系統存貯了足量的碼元，可用上述結合圖17定義的目標碼元組M或目標碼元子組P作相關。
系統利用步驟l820和l830檢測解調數據信號中的序列。例如在步驟1820用1碼元相關器解碼該解調數據信號。解碼相關器類似或等同於步驟1822所使用的1碼元相關器。隨著解調數據流在步驟1820通過解碼器，可將得到的位存入緩存器，用於在步驟1830作序列檢測。檢出序列後，在步驟1840，根據已知與檢出序列強相關的參考信號，選一相關信號(如在步驟1822～1828生成)。步驟1832～1838是多徑處理步驟(圖18中的MPP)，用於從步驟1822～1828中產生的相關信號裡濾除多徑信號。
在步驟1850，系統使選出的相關函數最大化，把一TOA估值定義為估計量，如 在有些實施例中，則以要求最小化的方式限定該相關函數而評估 在有些實施例中，系統在步驟1832～1838用前沿檢測、信道評估及其組合來限定TOA估值。(前沿檢測與信道評估已結合圖15和15A作過討論。)在這些實施例中，步驟1840涉及從步驟1832～1838的結果中選一TOA估值。在這些實施例中，可以不必在步驟1850確定諸如 的TOA估計量而限定TOA估值。
圖19示出可用於執行圖18所示某些步驟的示例緩存器1900(對解碼的數據)、1922(對信息碼元)和1932(對信息碼元)。解調信號1902傳給解碼器1904、相關器1920和1930。解碼器1904把輸出1906傳給序列檢測器1907裡的緩存器1900，用於檢測諸如1908的模式。該例中，模式1908包括5個連續的相同位，包含起始位1909與最終位1910。值與模式1908中的值不同位1911通知模式1908結束。各個緩存器1922和1932中的一碼元相關器1920與三碼元相關器1930同時產生各自的相關信號Cl與C3。對於一碼元和三碼元相關器，M1、P1與R1和M3、P3與R3分別對應於圖17中的M、P與R。
可用檢出的模式1908選一個相關器輸出(如C1或C3)用於確定TOA。在圖19例中，由於預期C3比C1強，所以選擇C3。C3比C1強的原因在於，三碼元參考信號(R(t))與在五碼元子組(M)居中的三碼元子組(P)相關。反之，C1則基於一碼元參考信號(R1(t))與在一碼元子組(M)居中的一碼元子組(P)相關。
在有些實施例中，序列檢測器1907配置成改變用於在解碼器輸出1906中搜索信息序列判據。例如檢測器1907編程後可搜索五個連續同符的序列。若在分析了預定位數後仍檢不出這種序列(或經過一段預定時間後，或二者)，解碼器就自動偏向搜索更容易尋找的模式(如更短的模式)。在有些實施例中，可應用多種搜索策略。在有些實施例中，檢測器1907具有適合重掃部分或全部解碼器輸出1906的處理特徵與緩存容量，可識別不同的位模式。
圖20示出的示例TOA評估裝置2000，可執行部分圖16和18的步驟。無線電接收機2010類似於圖1的接收機110，也類似於圖2中中央處理單元220與無線電模塊230的組合。系統2000的其他元件集中入系統100的處理器120、系統200的定時模塊240或任何其他合適的信號處理設備裡。系統2000與圖3的網310等通信網通信。
天線2012接收來自圖1中無線資產130等無線資產的在載波信號上調製的通信序列，可向載波跟蹤電路2020提供分別被A/D轉換器2014與2016數位化的基帶同相(I)與正交(Q)信號。電路2020包括載波信號跟蹤和/或定時迴路，用該載波信號同步系統2000的定時。跟蹤電路2020向切片碼相關器提供同步的通信序列，用於解碼該通信序列。反饋迴路2032向電路2020反饋，以跟蹤控制。相關器2030向解碼器2050提供相關信號，後者對通過路徑2035接收自跟蹤電路2020的高數據速率調製碼元作解碼。高數據速率調製碼元包括PBCC、CCK等802.11數據結構和任何其他合適的高數據速率調製碼元。設置的解擾器2060對解碼的解調通信序列解擾。MAC接口2070向網資源提供解擾的通信序列。
電路2020向標時電路2040提供同步的通信序列作TOA評估。設置的支路2022讓電路2040幾乎與相關器2030並行地執行任務，電路2040包括一個或多個TOA估值相關器。在有些實施例中，電路2040可執行圖18的數據信號解碼步驟1820，或執行諸如序列檢測步驟1830、多位相關步驟1822～1828、多徑處理步驟1832～1836、估計量選擇步驟1840、TOA數據輸出步驟1850等圖18所示的步驟，或任何其他適合標時的步驟。MAC接口2070接收來自電路2040的TOA估值並把它供給網資源。
圖21示出可用於識別無線資產位置的示例網2100，它包括多個TOA評估裝置。為簡明起見，圖21隻示出三個TOA評估裝置A(2110)、B(2120)和C(2130)，它們以電纜2102作電子通信。無線資產位於還未被識別的位置P，可廣播被TOA評估裝置A～C接收的通信序列。可用一對指定的TOA評估裝置的TDOA產生包含點P的求解組(如上所述)。例如可用TDOABC產生由無線資產與每個系統B和C的距離差限定的雙曲線，而該TDOABC可對到達TOA評估裝置B和C的通信序列算出。TDOABC與距離差的關係為TDOABC=1C(rB-rC)----(4)]]>式中C是通信序列的傳播速度，rB為無線資產與TOA評估裝置B的距離，rC為無線資產與TOA評估裝置C的距離。然後，用量(rB-rC)限定一條包含P或其估值的曲線(如雙曲線)。例如，應用系統對A與B或A與C產生的TDOA，可產生含P的第二求解組。可用來自其他TOA評估裝置(未示出)的TOA估值產生一個或多個求解組，用於識別位置P。
主控時鐘2104經電纜2102向TOA評估裝置提供同步信號，以同步裝置內設置的時鐘、定時器或計數器。同步信號向TOA評估裝置發送復位脈衝，迫使裝置時鐘同時復位。當電纜2102包括輸電線時(如Ethernet直流電力線)，可用該電力線發射同步信號，如將同步信號加到或電容耦合到直流電信號裡。當電纜2102包括數據傳輸線時，可用數據傳輸線發射同步符，如電纜2102可以包括一對扭絞線(如Ethernet數據傳輸線)。同步信號可以重疊在扭絞對載送的數據信號上。在TOA評估裝置，可用濾波、共模抑制及其組合方法分離定時與數據信號。不同的TOA評估裝置有不同的固定延遲。例如若時鐘2104與TOA評估裝置間的電纜長度不同，或諸裝置的處理速率不一，那麼裝置產生的TOA即使在同步後仍包含了偏差。偏差可以量化，而TOA估值可在計算TDOA之前自動補償。在有些實施例中，設置一種信標，對裝置2110～2130廣播無線同步信號。
圖22和圖23示出的示例步驟一般流程圖，涉及本發明用TDOA識別無線資產位置的一些實施例。圖22和圖23的步驟僅作示例，可用任何合適的次序執行，實際上還有其他步驟，也可刪除某些這類步驟。圖22和23的某些步驟涉及接收無線信號和處理信號。各種步驟可用任何合適的設備執行，包括圖1的系統100(含例如接收機110)和圖2的系統200。
在步驟2210，使用於無線資產位置識別的網TOA評估裝置的時鐘同步於選擇的網時間信號或計數器。在步驟2220，第一TOA評估裝置接收來自無線資產的通信序列並產生TOA1(第一TOA估值)。在步驟2230，網時間參照TOA1。在步驟2240，第二TOA評估裝置接收通信序列並產生TOA2(第二TOA估值)。在步驟2250，網時間參照TOA2。在步驟2260，用TOA1與TOA2計算TDOA。然後在步驟2270，產生一組可能的無線資產位置。重複步驟2210～2260，產生一個或多個附加求解組的可能的無線資產位置。
圖23示出的示例步驟，可在多個TOA評估裝置提供多個TDOA估值時執行。在步驟2310，收集與廣播通信序列一起產生的TOA估值。在步驟2320，將一TOA評估裝置定為參考TOA評估裝置。在步驟2330，來自非參考TOA評估裝置的TOA與參考系統產生的TOA一起用來計算各非參考系統的TDOA。在有些實施例中，可指定一個以上的參考系統。在步驟2340，用各TDOA產生一個資產位置求解組。在步驟2350，廢丟受噪聲劣化的實際不可行或不可能(「越限」)的求解組或其他質次求解組。在步驟2360，若在步驟2350選擇後留下至少兩個求解組，則用餘下的求解組和求解評估法，諸如最小二乘方評估、最大似然評估、噪聲加權最大似然評估或任何其他合適的評估法，來識別無線資產位置。若在步驟2350之後留下的求解組少於2個，則過程進到步驟2370，不識別位置。
圖24示出與無線資產廣播的通信序列相關的示例相關信號CA(τ)與CB(τ)。該通信信號被多個TOA評估裝置接收，各裝置產生一相關信號。例如可用圖21分別示作A與B的TOA評估裝置產生CA(τ)與CB(τ)，它們類似於圖12的C(τ)。圖25中，CA和CB分別依賴於時間變量τA與τB，它們分別指系統A與B裡的內部時鐘或計數器。這些內部是時鐘同步後，使τA與τB同步並參照同一標準。例如，CA具有峰CA1～CA4，分別對應於TOA估計量 CB具有峰CB1～CB4，分別對應於TOA估計量 這些估計量用公式1確定。運用成對TOA估計量，包括來自系統A與B的估計量，可產生多個TDOA。例如可由 與 產生圖24的TDOA1，由 與 產生TDOA2。雖然圖24示出四個TDOA，但有些實施例可產生四個以上的TDOA。儘管圖24的TDOA基於 與 等TOA估值，但有些實施例可應用基於前沿檢測、信道評估及其組合方法的TOA估值來計算平均TDOA。圖24的TDOA稱為「初步TDOA」。在有些實施例中，對於參照圖21～23討論的無線資產，可用初步TDOA的平均值產生一求解組的可能的資產位置。
由此提供了在無線通信網內識別無線資產位置的設備與方法。本領域的技術人員明白，本發明可用其他實施例來實施，本文描述的諸實施例用於示例而非限制，所以本發明僅受制於下述的諸權利要求。
權利要求
1.一種提供位置標識信息的方法，所述位置信息對應於通信網內一移動資產的位置，其特徵在於，所述方法包括等候一段預定的時間；檢測第一信道上存在的射頻能量；和若所述射頻能量基本上小於預定閾值，就發射所述位置標識信息。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射802.11數據包。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，若所述射頻能量基本上不小於所述閾值，還包括檢測第二信道上存在的射頻能量；和若所述第二信道上的射頻能量基本上小於預定閾值，就在所述第二信道上發射所述位置標識信息。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，若所述射頻能量基本上不小於所述閾值，還包括一直等到所述射頻能量基本上小於所述閾值；和發射所述位置標識信息。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述檢測包括應用檢能器。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射資產標識信息。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射至少一個為到達時間評估而選擇的信息序列。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括接收來自網發射機的通信序列。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括接收來自所述網內的發射機的喚醒信號，其中在收到所述喚醒信號時啟動所述檢測。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，僅在收到所述喚醒信號時才起動所述檢測。
11.一種提供位置標識信息的方法，所述位置信息對應於通信網內一移動資產的位置，其特徵在於，所述方法包括接收來自所述網內一發射機的喚醒信號；和發射所述位置標識信息。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射802.11數據包。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射資產標識信息。
14.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述發射包括發射至少一個為到達時間評估而選擇的信息序列。
15.一種提供位置標識信息的系統，所述位置信息對應於通信網內一移動資產的位置，其特徵在於，所述系統包括延遲一段預定時間的裝置；檢測第一信道上射頻能量的裝置；和在所述第一信道上發射所述位置標識信息的裝置。
16.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述發射裝置配置成發射802.11數據包。
17.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括檢測出現在第二信道上的射頻能量的裝置；和在所述第二信道上發射所述位置標識信息的裝置。
18.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述檢測裝置包括檢能器。
19.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述發射裝置配置成發射資產標識信息。
20.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述發射裝置配置成發射至少一個為到達時間評估而選擇的信息序列。
21.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括接收來自網發射機的通信序列。
22.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括接收來自所述網內的發射機的喚醒信號的裝置；和響應於收到的所述喚醒信號啟動所述位置標識信息發射的裝置。
23.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述發射裝置配置成發射至少一個為到達時間評估而選擇的信息序列。
全文摘要
利用通信序列到達不同網接收機的時間差，可識別無線通信網內不變未修正無線資產的位置。標時裝置包括與信號解碼器並行工作的相關器電路，可對諸通信序列標時。蜂窩無線網可多頻合估以提高空間標時密度。把標牌貼於無源資產，可向網裝置提供位置標識信息。可識別廣播標準802.11射頻結構的資產的位置。應用選擇的相關函數，可減少使通信序列相關時所固有的噪聲。
文檔編號H04W48/08GK1568599SQ01818794
公開日2005年1月19日 申請日期2001年11月14日 優先權日2000年11月14日
發明者D·哥倫, C·D·胡可 申請人:訊寶科技公司