在加權最小二乘法位置解決方案中協方差矩陣估計的方法和設備的製作方法

2023-05-03 19:46:56 3

專利名稱：在加權最小二乘法位置解決方案中協方差矩陣估計的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及在無線通信系統中位置的測定，特別涉及加權最小二乘法解決方案的協方差矩陣的估計。
無線通信系統是眾所周知的，其中諸移動單元(例如車載移動臺或手持可攜式無線電設備)跟包括多個地理上不同的收發信機的固定通信基礎設施進行無線通信。在這樣的系統中，用於測定一個給定的移動單元的位置信息的方法是已知的。特別地可使用眾所周知的加權最小二乘法(WLS)解決方案來測定位置信息，例如在授予Geier等人的美國專利5416712中所示的。
簡要地說，用以測定位置的WLS方法試圖部分地基於該移動單元和具有已知位置的諸固定發射機之間的距離估計迭代地導出位置估計。假定該距離可計算為速度與時間的乘積，則距離估計(稱為偽範圍或PR)實際上通過將該移動單元和諸固定發射機之間的傳播延遲跟光速相乘進行計算。假定理想地測量所得的諸傳播延遲是理想的，則該移動單元的位置可使用該偽範圍幾乎無誤差地進行計算。但是，諸傳播延遲實際上使用發送的諸信號來測量，這些信號受到各種誤差源如噪聲、多徑幹擾、失真等的影響。在諸延遲測量中得到的諸誤差被轉化為諸偽範圍中的諸誤差，因而轉化為位置估計中的誤差。
為了防止諸測量誤差的出現，WLS解決方案要將各種測量的可靠性因素納入到位置估計中去。即，當WLS解決方案用於估計位置時，它更多地信賴具有較大可靠性的測量，並且低估具有較小可靠性的那些測量。以這種方式，WLS方案提供比無加權技術顯著的性能優點。但是，實際上不能直接測量信號的可靠性，而必須以隨機變量的方差來描述。
將測量可靠性納入位置測定場合的各種方法在現有技術中是已知的。例如，在授予Geier的美國專利5202829中，使用卡爾曼(kalman)濾波器來評價使用佇於船上GPS接收機測量的並且附上尾標的偽範圍的「質量」。另外，在授予Sheynblat的美國專利5436632中，披露一種系統，其中採用在已知位置(諸基準站和諸完整性監視器)的諸冗餘GPS接收機提供對由也裝備GPS接收機的移動單元進行的偽範圍測量的校正。Sheynblat的專利討論了WLS解決方案的使用，其中根據在由給定基準站及其對應的完整性監視器之間的誤差表示的接收機噪聲來測定「測量誤差的協方差」。
雖然Geier和Sheynblat的專利納入了可靠性測定以改善位置估計的精度，但是這樣的技術並不現成地適用於移動的和便攜的無線通信環境。首先，Geier和Sheynblat的兩項專利都要求使用GPS接收機。這樣的接收機對移動/便攜設備增加了顯著的造價和過高地增加這種設備的體積及複雜性，特別是可攜式無線電設備。
另外，如在』872 Geier專利中所指出的，使用卡爾曼濾波器要求比WLS解決方案顯著大的計算能力。在便攜單元中，計算能力經常受到體積和電池壽命考慮的限制，使得使用計算上昂貴的卡爾曼濾波器方法不太吸引人。因此，需要納入WLS位置解決方案的優點而不需要昂貴的GPS設備這樣一種方法。特別地，需要一種在WLS解決方案中用於估計協方差矩陣的技術。


圖1是一個無線通信系統的方框圖。
圖2是一個位置處理器的方框圖。
圖3是表示在移動單元與位置處理器協同工作以測定該移動單元位置時移動單元工作的流程圖。
圖4是表示當位置處理器與移動單元協同工作以測定該移動單元位置時位置處理器工作的流程圖。
圖5是表示用於測定到達時間方差的預定關係的例子的曲線圖。
圖6是表示使用加權最小二乘法解決方案的位置估計測定的流程圖。
圖7是表示當該固定基礎設施根據由該移動單元發送的信號來測定移動單元位置時固定基礎設施工作的流程圖。
圖8是一個移動單元的方框圖。
圖9是表示當圖8的移動單元獨立地測定它自己的位置時該移動單元工作的流程圖。
本發明提供用於估計在加權最小二乘法位置測定中使用的協方差矩陣的方法和設備。一般地講，在固定基礎設施與移動單元之間交換的信號產生M個信道質量度量(M≥3)。信道質量度量用於導出對應於M的到達時間方差，後者又用於導出M-1到達時間差分方差。預定的諸關係用於將信道質量度量映射為到達時間方差。到達時間差分加權矩陣是協方差矩陣的估計，它部分地包括到達時間差分方差，用於計算WLS的解，該解是移動單元位置的估計。這個過程可使用與移動單元協同工作的基於基礎設施的位置處理器來實現，或者可由該位置處理器或移動單元單獨執行。以這種方式，WLS解決方案可有利地用於位置測定的場合而不需要GPS設備。
參見圖1-9可更清楚地敘述本發明。圖1是無線通信系統100的方框圖，諸如摩託羅拉公司製造的IDENTM系統。該無線通信系統100包括經過網絡140接到位置處理器130的地理上不同的固定的諸收發信機110-116，和多個移動單元160(只示出一個)。雖然在圖1中未示出，但是每個移動單元160包括用於存儲和執行軟體程序的存儲器和一個或多個數字計算裝置，這在本領域是眾所周知的。
由每個收發信機110-116提供的覆蓋區域產生由所示的六角形代表的一個相應的小區120-126。在實踐中，每個收發信機110-116實際上可包括一組收發信機，雖然為簡化起見下面假定每個小區只包括單個收發信機。當一個移動單元在整個系統100內漫遊時，移動單元的無線通信業務由一個正在服務中的站點管理和提供。諸相鄰站點是當前正在服務中的站點周圍的那些站點。在圖1所示的例子中，由標號110標識的站點起著移動單元160的服務中的站點的作用，而由標號111-116標識的諸站點相應於諸相鄰站點。
在優選實施例中，根據時分復用(TDM)格式提供無線信道的諸收發信機110-116和位置處理器130統稱為固定基礎設施。
通過觀測或用其它合適的測量技術進行測定，人們就能以高的精度獲知每個收發信機110-116的固定的準確位置。
如下所述，本發明依賴於從移動單元接收或發送的諸信號中導出的信道質量度量。在本優選實施例中，這些信號中的每一個都包括對每個收發信機唯一的已知數據碼元。例如，在IDENTM系統中，當未被使用的時隙變為可用時，每個收發信機將發送它的已知數據碼元。
網絡140允許數據和控制信息在各個基礎設施單元之間傳送並且根據眾所周知的網絡協議進行工作。固定的基礎設施也可包括各種其它網絡實體170，這些網絡實體170可用作一個給定的移動單元的位置信息的請求者或目的地。這樣的基礎設施實體的例子包括但不限於各種控制臺、各種電話互連裝置和各種管理終端。
位置處理器130包括用於存儲及執行軟體程序的數字計算裝置131和存儲器132。實際上，可使用市售的計算機工作站或定製的計算機平臺來實現位置處理器130。在本優選實施例中，下面敘述的方法以駐留在位置處理器130和/或移動單元160中的軟體程序來實現。
圖2是位置處理器200的方框圖，位置處理器200包括一個方差測定器204，一個差分方差測定器206，它被連接到方差測定器204的輸出，還包括接到差分方差測定器206的輸出的一個位置測定器208。在本優選實施例中，圖2所示的每個方框以存儲在存儲器中並且由駐留在位置處理器200中的數字計算裝置執行的一個或多個基於軟體的算法來實現。但是應懂得也可使用其它的、不基於軟體的實現方法。
方差測定器204以信道質量度量作為輸入。如下所述，每個信道質量度量唯一地對應於由一個特定的移動單元所接收的信號，或者在另一個實施例中，對應於由諸固定收發信機之一所接收的一組信號。方差測定器204的輸出是與該信道質量度量具有一一對應關係的到達時間方差。到達時間方差是正好在該移動單元(或固定收發信機)接收每個信號時不確定性的指示。
差分方差測定器206組合諸到達時間方差以產生到達時間差分方差。如下所述，到達時間差分方差用於加入如由位置測定器208所計算的，在WLS解決方案中使用的到達時間差分加權矩陣。由該位置測定器208輸出的位置估計，表示一個被迭代地更新的標稱的位置估計，當被用來更新該標稱的估計的諸校正數值已經收斂於最小閾值以下時，該標稱的位置估計被判定為足夠地精確。
在本優選實施例中，當確定該移動單元的位置時，圖2的位置處理器與移動單元協同工作。圖3表示當該移動單元的位置信息在與位置處理器協同工作的條件下被測定時一個移動單元的工作。在步驟302，該移動單元從M個處於不同的地理位置上的不一樣的收發信機接收M個信號(M≥3)。每個信號唯一地對應於一個收發信機，並且每個信號包括由其對應的收發信機所發送的已知數據碼元。
在已知諸數據碼元被發送和被接收之間的延遲用作測定移動單元與每臺收發信機之間的偽範圍的基礎。在實踐中，對一臺給定的收發信機所計算的延遲實際上是在對已知數據碼元的多次接收中所測量的延遲求出的平均值。參見圖1所示的例子，假定移動單元160從標號為X0、X1和X2的三個收發信機接收信號，每臺收發信機還分別地具有與其相關的偽範圍D0、D1和D2。
如本領域眾所周知的，可形成差分偽範圍(DPR)並且用作WLS位置求解的基礎。繼續參看圖1的例子，DPR可被定義為
D01=D0-D1
D02=D0-D2
雖然在上例中正在服務的站點被用作基準，完全可容易地使用一個相鄰的站點。實際上，已知諸數據碼元會遇到誤差，包括傳輸同步時間誤差(TOTS誤差)。為了計算這種誤差，在給定的收發信機和移動單元之間的PR測量值被定義為
而DPR被定義為
式中ei是第i臺收發信機的已知TOTS誤差。如果諸PR由移動單元計算，則每個收發信機的這種TOTS誤差可傳遞給該移動單元。
在從諸收發信機已收到M個信號之後，在步驟304，該移動單元測定M個信道質量度量。最好是，已知數據碼元的多次接收的平均值被用來導出每個信道的質量度量。以這種方式，可減輕含有噪聲的信號對質量測量的影響。信道質量度量採取載波對幹擾加噪聲的比值(C/I+N)的形式。用於測量這種C/I+N比值的技術在題為《用於測定信號可用性的方法及設備》的美國專利5440582中已被傳授，該專利被原封不動地收入本文作為參考文獻，並且跟在本文中被充分地和完全地說明的相同的專利一樣，具有相同的效果。然而，信號質量的其它指標(如接收信號強度)也可用於代替或作為對C/I+N的補充。不論如何測定，每個信道質量度量與從至少三個站點(M≥3)接收的已知數據碼元是一一對應的。雖然可容許至少三個站點中的每一個站點作為當前服務站點的相鄰站點。但實際上，只有一個站點成為該移動單元的當前服務站點。
在步驟306，該移動單元可選擇地測定M個RMS延遲的分布，其中每個RMS延遲分布唯一地對應於M個信號中的一個。如本領域眾所周知的，由於多徑幹擾和延遲，接收的信號經常失真。RMS延遲分布表示反射延遲的標準偏差(或均方根)值，經過加權後跟反射波中的能量成正比。以這種方式，RMS延遲分布用作目前多徑傳播環境下對由移動單元接收的已知數據碼元的影響的指標。用於測定RMS延遲分布的方法是本領域眾所周知的。
在步驟308，如果計算了信道質量度量和RMS延遲分布，則它們由移動單元被發送到位置處理器。假定在計算每個信道質量度量時，已知數據碼元的多次接收一起進行平均，則也發送所用的已知數據碼元接收次數Ni。
在步驟310，響應於在前一步驟中所發送的信息，該移動單元從該位置處理器可選擇地接收該移動單元的位置估計。也可能在執行步驟302-308之後，移動單元不接收位置估計。當在該移動單元之外的某一方，例如與該無線通信系統相關的基礎設施實體或者甚至另一個移動單元請求該位置信息時，就會出現這種情況。
現在參看圖4，示出一個流程圖，表示在結合位置處理器測定移動單元的位置信息時一個位置處理器的工作。在步驟402，響應於對一個給定的移動單元的位置估計的測定請求，該位置處理器為該移動單元測定M個信道質量度量。在本優選實施例中，當信道質量度量作為來自該移動單元的輸入數據被接收時，它們是由該位置處理器「測定的」。在這種情況下，針對每個信道質量度量，也接收在那個信道質量度量計算中使用的已知數據碼元的接收次數。然而，正如本領域普通技術人員所知道的那樣，該位置處理器可根據從移動單元接收的其它數據來確定合適的信道質量度量本身，這是可能的。
在步驟404，該位置處理器可從該移動單元可選擇地接收有關至少一個RMS延遲分布測量的信息。當提供時，該RMS延遲分布最好與在前一步驟中討論的信道質量度量和其它信息一起包括在其中。
在步驟406，該位置處理器測定M個到達時間方差，每個信道質量度量各測定一個到達時間方差。已知數據碼元用於導出信道質量度量，到達時間方差是對每個信號測量所得的傳播延遲中不確定性的指標。在本優選實施例中，信道質量度量根據預定的關係被映射為到達時間方差。圖5表示這種預定關係的例子。
圖5中所示的每個預定關係由曲線501-503繪出。這些預定關係使用計算機模擬和/或現場測試導出，以便確定在寬的條件範圍內的所期望的時間測量性能。使用這些曲線501-503,C/I+N值(沿水平軸以分貝為單位測量)被映射為相應的到達時間方差值(沿垂直軸以μs2為單位測量)。除了所示的那些以外，對水平和垂直軸二者來說，各種數值範圍都是可能的，而且是設計選擇中要考慮的問題。實際上，每個預定關係使用存儲表或根據經驗確定的數學函數來實現。雖然圖5中示出單族曲線501-503，但是能夠導出很多族這樣的曲線。
假定使用RMS延遲分布測量，則諸曲線501-503中的每一條根據接收的RMS延遲分布的一個特定值進行索引。每條曲線501-503表示以一個單獨數值為中心的RMS延遲分布的範圍。因此，在所示的實例中，當接收的RMS延遲分布接近5.0μs時，使用由第一曲線501表示的第一預定關係；當接收的RMS延遲分布接近2.5μs時，使用由第二曲線502表示的第二預定關係；而當接收的RMS延遲分布接近0μs時，使用由第三曲線503表示的第三預定關係。在不使用RMS延遲分布的情況下，所使用的單個預定關係包括各條曲線的平均值，或者被選擇作為對應於最頻繁測量的RMS延遲分布的曲線。
回到圖4，在步驟408根據下式確定差分到達時間方差
因此，認為每個差分到達時間方差
是第一站點的標定到達時間方差Vo與從第i個(1≤i≤M-1)相鄰站點到該第一站點的標定到達時間方差Vi之和。第一站點的標定到達時間方差Vo是第一站點的到達時間方差
除以已知諸數據碼元的接收次數No，它被取樣以便測定該第一站點的信道質量度量(然後測定到達時間方差)。同樣地，第i個站點的標定到達時間方差Vi是第i個站點的到達時間方差
除以所用的已知數據碼元的接收次數Ni。雖然第一站點最好是正在向所考慮的移動單元提供服務的站點，對第一站點來說，它同樣可能是諸相鄰站點之一。
假定平均DPR誤差為零和在每個站點處的已知數據碼元測量是不相關的，則到達時間差分加權矩陣V(或協方差矩陣)的元素上可根據下式確定 Vjk=V0+Vjj=k； Vjk=V0 j≠k。對於涉及一個第一站點和M-1個相鄰站點的位置測定來說，到達時間差分加權矩陣變為
回憶一下，
。因此，本發明提供用於估計在WLS解決方案中使用的協方差矩陣的一種方便的方法。
在測定協方差矩陣之後，在步驟410，該位置處理器求出由下式給定的WLS位置的解下面參照圖6進一步敘述確定WLS位置的解的過程。確定WLS位置的解的結果是給出移動單元的位置估計。隨後在步驟412，該位置估計可選擇地被發送到一個移動單元或原先要求該位置信息的基礎設施實體。
圖6表示使用WLS解決方案來測定位置估計的方法。在步驟602，根據由諸坐標(Xn,Yn)表示的標稱位置估計來確定一個偽範圍差分校正矢量ΔD和差分方向餘弦矩陣C。將初始的標稱位置估計選擇在該第一小區(最好是該正在服務的小區)的邊界內，並且還根據所使用的小區的類型來選擇。即，如現有技術中人所共知的，若該第一小區被「分成扇區」，則選擇大多數正在服務的扇區的中心為初始標稱位置估計。但是，如果第一小區不被分成扇區，則初始標稱位置估計的一個好的選擇是在一個圓心位於第一小區和半徑約等於其半徑一半的圓形上的一點。此外，關於那些相鄰小區被用於位置測定的知識可用於通過可能選擇最接近該相鄰小區的一點來進一步細選這樣的點。
給定初始標稱位置估計和分別地用於第一和第i相鄰收發信機的收發信機位置及TOTS誤差e0及ei(1≤i≤M-1)二者的知識，則標稱的差分偽範圍可根據下式計算Dn,0i=(Dn,0+e0)-(Dn,i+ei)式中，Dn,0是標稱位置估計和正在服務的站點之間的已知距離，而Dn,i是標稱位置估計和第i個相鄰站點的收發信機之間的已知距離。利用DPR的標稱值，包含在
中的校正值作為由該移動單元測量(並且傳遞給位置處理器)的DPR和標稱DPR之間的差值進行計算。因此，對於涉及第一站點和M-1個相鄰站點的位置測定，
被定義為
該差分方向餘弦矩陣C包括M-1個相鄰站點中的每個站點的差分方向餘弦，並且被定義為
將第i個相鄰站點的已知位置表示為(Xi,Yi)，則C的諸元素被定義如下在確定了
和C之後，在步驟604可確定標稱位置校正矢量
。標稱位置校正矢量包含對標稱位置估計的校正並且被定義為使用線性代數求出WLS位置的解，由下式得到標稱位置校正矢量
在步驟606，已求出標稱位置校正矢量後，通過加上
即(Xn+δx,Yn+δy)來更新標稱位置估計。利用這個新的標稱位置估計，還重新計算偽範圍差分校正矢量
和差分方向餘弦矩矩陣C二者，以反映對標稱位置估計的校正。計算
C和
更新標稱位置估計和重新計算
C和
的這個過程可以迭代進行，直至得出最終解為止，如下面所述的。
在步驟608，確定標稱位置校正矢量是否發散。這是通過將當前標稱位置校正矢量(δx,current,δy,current)的分量與前面計算的標稱位置校正矢量(δx,previous,δy,previous)進行比較而完成的。特別是，當滿足以下條件時認為已出現發散
δx,current＞U·δx,previous
δy,current＞U·δy,previousU是一個具有大於1的值的上閾值，在本優選實施例中具有值10。應該懂得，除了單個的上閾值外，具有不同值的獨立的閾值Ux和Uy可以被用於獨立的諸發散狀態。如果確定已出現發散，則停止WLS求解的進一步迭代和求不出位置估計。
如果不滿足發散條件，則在步驟612確定該標稱位置校正矢量是否已收斂於下閾值L之下，如由下式所描述的那樣L的值是設計選擇中要考慮的一件事，而且在模擬中已設定為8.05米(0.005英裡)的值。如果標稱位置校正矢量沒有收斂於下閾值以下，則處理過程返回到步驟604，允許WLS求解進行另一次迭代。然而，如果標稱位置校正矢量已收斂，則在步驟614該位置估計被設定為等效於當前標稱位置估計。
鑑於上述情況，本發明提供用於估計協方差矩陣的一種改進的方法，它又使計算有效的WLS解決方案能夠用於位置測定的場合。除了其中位置處理器與移動單元協同工作的實施例之外，本發明還可有益地用於這些情況希望位置測定只使用固定的基礎設施(收發信機和位置處理器)或只使用一個移動單元。這些其它的實施例將在圖7-9中加以敘述。
圖7表示一種根據本發明的位置測定的僅使用基礎設施的方法。特別是，圖7所示的方法適合於由圖1和2所示的基礎設施執行。在步驟702，M個不同的收發信機(M≥3)各接收由移動單元發送的信號的一種表示，得到M種不同的信號表示。即，每臺收發信機接收相同的信號，但跟其它收發信機相比，遭受不同的誤差條件(即衰落、幹擾等)。例如，參見圖1，收發信機X0,X1和X2接收由移動單元160發送的一組信號。如上所述，在本優選實施例中，由該移動單元發送的信號基本上等效於由諸收發信機發送的一個已知數據碼元的序列。
在步驟704，每個收發信機以與上述基本上相同的方式(圖3，步驟304)為其相應的表示測定一個信道質量度量。同樣地，在步驟706，如上所述(圖3，步驟306)，由每個收發信機可選擇地確定一個RMS延遲分布。而且，由每個收發信機測定PR。在步驟708，信道質量度量和，如果可得到的話，該RMS延遲分布由諸收發信機發送給位置處理器。另外，每個收發信機向該位置處理器傳送其PR和用於測定信道質量度量的已知諸數據碼元的接收次數。
在已收到在步驟708發送的信息之後，位置處理器執行諸步驟710-716，以確定協方差矩陣和WLS位置的解。因為諸步驟710-716基本上等效於圖4的諸步驟406-412，所以不需要進一步敘述。
本發明的另一個實施例只有移動單元的方案示於圖8-9。圖8是適合於只有移動單元的位置測定方案的移動單元方框圖。特別是，移動單元800包括一個接收機802，連接到接收機802輸出的一個方差測定器804，連接到方差測定器804輸出的一個差分方差測定器806，和連接到差分方差測定器806輸出的一個位置測定器808。方差測定器804、差分方差測定器806和位置測定器808在結構上和功能上分別等效於上面參照圖2敘述的方差測定器204、差分方差測定器206和位置測定器208。而且，方差測定器804、差分方差測定器806和位置測定器808最好以存儲在存儲器中的一個或多個基於軟體的諸算法來實現並且由駐留在該移動單元中的數字計算裝置來執行。為了本發明的目的，位置處理器200和移動單元800之間的唯一差別是在移動單元800中包括接收機802。至少接收機802必須能夠從基礎設施諸收發信機接收信號，而在本優選實施例中，必須能夠從不同的諸收發信機接收已知的諸數據碼元。另外，接收機802包括上述從接收的諸信號中提取信道質量度量所要求的功能。
圖9中進一步示出移動單元800的工作。特別是諸步驟902-906分別等效於圖3的諸步驟302-306。即，該移動單元從諸收發信機接收諸信號，並且導出為測定WLS位置的解所要求的信息。然後，除了向基於基礎設施的位置處理器發送這樣的信息之外，該移動單元執行分別等效於圖4的諸步驟406、412的諸步驟908-914。
如上所述，本發明有益地提供了在WLS位置測定中使用的估計協方差矩陣的方法和設備。使用信道質量度量作為基礎，本發明允許協方差矩陣在WLS位置求解中有放地被估計和應用。因為WLS位置求解與利用卡爾曼濾波器的技術相比，在計算上是有效的，而且不要求使用昂貴的GPS接收機，本發明可以在基於基礎設施的位置處理器或移動單元中或在二者的結合中實現。使用計算機模擬，已經表明本發明在至少67％的時間內可測定移動單元的位置在其實際位置的125米(0.08英裡或410.1英尺)以內。
雖然本發明已根據目前的諸優選實施例作了敘述，但是本領域的技術人員很容易懂得，在不背離本發明的精神或不背離所附權利要求書的範圍的前提下可進行各種修改。
權利要求
1．在包括與多個移動單元進行無線通信的一個固定基礎設施的無線通信系統中，該固定基礎設施包括一個位置處理器，一種為該位置處理器用於估計多個移動單元中的一個移動單元的位置的方法，該方法包括諸步驟
測定對應於該移動單元的M個信道質量度量，其中M≥3；
根據該信道質量度量測定M個到達時間方差；
根據該到達時間方差測定M-1個到達時間差分方差；和
使用該到達時間差分方差來測定加權最小二乘法的解以估計該移動單元的位置。
2．根據權利要求1的方法，測定到達時間方差的步驟還包括一個子步驟
根據至少一個預定關係之一，將載波對幹擾加噪聲比映射為未標定的到達時間方差，其中至少一個預定關係之一根據至少一個RMS延遲分布進行索引。
3．根據權利要求1的方法，還包括根據下式確定到達時間差分方差的步驟
其中是
是第i個到達時間差分方差；
Vo是對應於第一站點的第一標定到達時間方差；
Vi是對應於M-1個相鄰站點中的第i個站點的第i個標定到達時間方差；
是對應於第一站點的第一到達時間方差；
是對應於第i個相鄰站點的第i個到達時間方差；
No是用於測定對應於第一站點的第一到達時間測量的已知諸數據碼元的接收次數；
Ni是用於測定對應於第i個相鄰站點的第i個到達時間測量的已知諸數據碼元的接收次數；和
下標i處於1至M-1的範圍之內。
4．根據權利要求3的方法，還包括測定到達時間差分方差的步驟，其中該第一站點是該移動單元的正在服務的站點。
5．根據權利要求3的方法，測定加權最小二乘法的解的步驟還包括諸子步驟
基於標稱位置估計來測定一個偽範圍差分校正矢量
和一個差分方向餘弦矩陣C；
根據下式計算標稱位置校正矢量
其中到達時間差分加權矩陣V被定義為
根據該標稱位置校正矢量更新該標稱位置估計，該偽範圍差分校正矢量和該差分方向餘弦矩陣；和
只要該標稱位置校正矢量不發散和只要該標稱位置校正矢量不收斂於至少一個下閾值之外，則迭代進行前面的計算和更新步驟。
6．根據權利要求5的方法，測定加權最小二乘法的解的步驟還包括一個子步驟
當標稱位置校正矢量已收斂於至少一個下閾值之外時，設定該移動單元的位置等效於該標稱位置估計。
7．根據權利要求5的方法，測定加權最小二乘法的解的步驟還包括一個子步驟
當標稱位置校正矢量已發散於至少一個上閾值之外時，停止計算和更新諸步驟的迭代運行。
8．一種位置處理器，包括
一個數字計算裝置；
連接到該數字計算裝置的一個存儲器，該存儲器已存儲可執行的指令，當由該數字計算裝置執行時，使得該數字計算裝置包括
一個方差測定器，響應於對應於一個移動單元的M個信道質量度量，產生M個到達時間方差，其中M≥3；
一個差分方差測定器，響應於該到達時間方差，產生M-1個到達時間差分方差；和
一個位置測定器，響應於該到達時間差分方差，計算加權最小二乘法的解以便估計該移動單元的位置。
9．一種移動單元，包括
一臺接收機，響應於來自多個地理上不同的固定收發信機的M個收發信機的M個信號，產生M個信道質量度量，其中每個信號和每個信道質量度量唯一地對應一臺收發信機，並且其中M≥3；
一個位置處理器，連接到該接收機，包括
一個數字計算裝置；
連接到該數字計算裝置的一個存儲器，該存儲器已存儲可執行的指令，當由該數字計算裝置執行時，使得該數字計算裝置包括
一個方差測定器，響應於該信道質量度量，產生M個到達時間方差；
一個差分方差測定器，響應於該到達時間方差，產生M-1個到達時間差分方差；和
一個位置測定器，響應於該到達時間差分方差，計算加權最小二乘法的解以便估計該移動單元的位置。
10．一種通信系統，包括
至少M個地理上不同的收發信機，每個收發信機接收由一個移動單元發送的一組信號的M個表示中相應的一個，和每個收發信機為諸表示中相應的一個測定一個信道質量度量，其中M≥3；
一個位置處理器，連接到收發信機，包括
一個數字計算裝置；
連接到該數字計算裝置的一個存儲器，該存儲器已存儲可執行的指令，當由該數字計算裝置執行時，使得該數字計算裝置包括
一個方差測定器，響應於該信道質量度量，產生M個到達時間方差；
一個差分方差測定器，響應於該到達時間方差，產生M-1個到達時間差分方差；和
一個位置測定器，響應於該到達時間差分方差，計算加權最小二乘法的解，以便估計該移動單元的位置。
全文摘要
在一個固定基礎設施(110－116)和一個移動單元(160)之間進行交換的諸信號產生M個信道質量度量。該信道質量度量經過預定的關係(501－503)被映射為M個對應的到達時間方差,反過來它又被用於導出M－1個到達時間差分方差。部分地包括到達時間差分方差的一個到達時間差分加權矩陣被用於計算WLS的解,該解是移動單元位置的估計。這個過程可使用與該移動單元協同工作的基於基礎設施的位置處理器(130)來實現,或者可單獨利用該位置處理器或該移動單元來實現。
文檔編號G01S5/00GK1215474SQ9719356
公開日1999年4月28日 申請日期1997年12月19日 優先權日1997年1月31日
發明者馬克·A·伯西勒, 德布拉·A·瓊斯, 尼古拉思·C·奧露斯 申請人:摩託羅拉公司