專利名稱：測量位置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量特定對象的位置。
背景技術(shù)：
移動通信技術(shù)的發(fā)展已提供了用于測量通信網(wǎng)絡(luò)中的特定對象的位置的 不同方式。例如，GPS (全球定位系統(tǒng))技術(shù)可被實現(xiàn)為使用來自人造衛(wèi)星 的信號。GPS技術(shù)依賴于衛(wèi)星信號的強度，并需要在每一期望對象中安裝的 GPS接收機。

發(fā)明內(nèi)容
描述用于位置測量的技術(shù)和系統(tǒng)。具體來說，提供了在NLOS (非視距 Non-Line-Of-Sight)環(huán)境中具有改善的位置識別精度的用于測量特定對象的 位置的技術(shù)和系統(tǒng)。
在一個方面，根據(jù)本發(fā)明第一方面的位置測量設(shè)備包括接收單元，被 設(shè)計為接收從用于位置測量的對象裝置傳輸?shù)男盘?；位置計算單元，被設(shè)計 為通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時間(TOA)技術(shù)來計 算對象裝置的位置；介質(zhì)信道估計單元，被設(shè)計為利用所接收的信號來估計 所接收的信號在傳輸路徑上所穿透的介質(zhì)的信道信息；和位置校正單元，被 設(shè)計為利用所估計的介質(zhì)信道信息來計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起 的延遲時間，并利用該延遲時間來校正該位置計算單元所計算的對象裝置的 位置。
實現(xiàn)可可選地包括以下特征中的一個或多個。該介質(zhì)信道估計單元可包
括接收信道估計單元，被設(shè)計為利用所接收的信號來估計接收信道；和介 質(zhì)信道計算單元，被設(shè)計為通過從該接收信道中去除天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接 收信道，來計算介質(zhì)的信道。
該位置測量設(shè)備可包括存儲單元，被設(shè)計為存儲所述天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和 LOS接收信道的信息。該介質(zhì)信道計算單元可利用在該存儲單元中所存儲的 天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接收信道的信息來計算介質(zhì)信道。
該位置校正單元可包括距離偏移計算單元，被設(shè)計為利用所估計的介質(zhì) 信道來計算介質(zhì)的厚度，并基于該介質(zhì)的厚度來計算所接收的信號的傳輸距 離偏移；和位置確定單元，被設(shè)計為通過在該位置計算單元所計算的對象裝 置的位置上反映該距離偏移計算單元所計算的傳輸距離偏移，來確定對象裝 置的最終位置。
另外，該位置測量設(shè)備可包括介質(zhì)信息存儲單元，被設(shè)計為存儲用于介 質(zhì)的每一厚度的介質(zhì)信道的信息。該距離偏移計算單元可利用所估計的介質(zhì) 信道來計算介質(zhì)信息存儲單元中的介質(zhì)的厚度。
該位置測量設(shè)備可包括入射角確定單元，配置為掃描從該對象裝置接收 的所有方向的信號，并將首先接收的信號的接收方向確定為天線的入射角。
該位置計算單元可包括檢測單元，被設(shè)計為檢測與首先接收的信號對應(yīng) 的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引。該入射角確定單元可將從檢測單元輸出的每 一入射角的時間索引中的最早時間索引的入射角確定為天線的入射角。
在另一方面， 一種位置測量方法包括以下步驟接收從用于位置測量的 對象裝置傳輸?shù)男盘?；通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時 間(TOA)技術(shù)來計算對象裝置的位置；利用所接收的信號估計所接收的信 號在傳輸踏徑上所穿透的介質(zhì)的信道信息；和利用所估計的介質(zhì)信道信息來 計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起的延遲時間，并利用該延遲時間來校 正該對象裝置的位置。
實現(xiàn)可可選地包括以下特征中的一個或多個。所述估計信道信息的步驟 可包括利用所接收的信號來估計接收信道；和通過從該接收信道中去除天 線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接收信道，來計算介質(zhì)的信道。
確定位置的步驟可包括利用所估計的介質(zhì)信道信息計算介質(zhì)的厚度， 并基于介質(zhì)的厚度來計算所接收的信號的傳輸距離偏移；和在所計算的對象 裝置的位置上反映所計算的傳輸距離偏移，來確定對象裝置的最終位置。
該位置測量方法可包括掃描從該對象裝置接收的所有方向的信號，并將 首先接收的信號的接收方向確定為天線的入射角。
確定入射角的步驟可包括將天線旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度；檢測每一角度的所接 收的信號中的首先接收的脈沖響應(yīng)的時間索引；和選擇所檢測的首先接收的 脈沖響應(yīng)的時間索引中的最小時間索引，并將與所選擇的最小時間索引對應(yīng) 的角度確定為天線的入射角。
本說明書中描述的技術(shù)和系統(tǒng)可可選地提供以下優(yōu)點中的 一個或多個。 本說明書中描述的技術(shù)和系統(tǒng)可在室內(nèi)地點使用。另外，不需要在每一對象 中安裝單獨接收機，這可降低實現(xiàn)成本。而且，可在其中不接收LOS信號分 量的NLOS環(huán)境或室內(nèi)區(qū)域中向特定對象的位置提供改善精度的位置識別。
此外，所述技術(shù)和系統(tǒng)可在城區(qū)實現(xiàn)，并更使得由于LOS信號分量的反 射或丟失引起的誤差最小化。而且，可通過降低由于例如建筑物的有損介質(zhì) 引起的傳播信號延遲，而使得測量的距離的誤差最小化。此外，可通過降低 由于例如建筑物的墻、木門或玻璃窗的有損介質(zhì)引起的任何附加信號傳播延 遲，而使得位置識別的降低精度最小化。


為了圖示的目的，僅參考附圖描述了本公開的幾個示例實施例。
圖l是圖示了示例位置測量系統(tǒng)的圖。
圖2是圖示了示例位置測量設(shè)備的框圖。
圖3是圖示了圖2的位置測量設(shè)備的詳細(xì)框圖。
圖4是圖示了示例位置測量設(shè)備的框圖。
圖5是圖示了根據(jù)從用于位置測量的對象裝置接收的信號的傳輸路徑的 脈沖響應(yīng)的示例的圖。
圖6是圖示了根據(jù)在位置測量設(shè)備的介質(zhì)信息存儲單元中存儲的介質(zhì)的 厚度的示例信道信息的圖表。
圖7圖示了位置測量設(shè)備的位置確定單元中的用于計算用于位置測量的 對象裝置的位置的示例位置確定單元。
圖8是圖示了在位置測量時執(zhí)行的示例位置測量處理的流程圖。
圖9a和9b是圖示了用于檢測以入射角首先接收的信號的路徑的脈沖響 應(yīng)的示例處理的圖。
具體實施例方式
描述用于測量特定對象的位置的技術(shù)和系統(tǒng)。
可利用從對象發(fā)射的信號來測量對象的位置。到達角(AOA)是測量從 用于位置測量的對象發(fā)射的信號的到達角以檢測對象的方向并確定對象的位 置的定位技術(shù)。利用AOA,假設(shè)在LOS (視距)環(huán)境中測量對象的位置。在 城區(qū)中，例如，由于建筑物使得不能接收LOS信號分量或反射了 LOS信號 分量。由此，這樣的信號導(dǎo)致相當(dāng)大的誤差。
到達時間(TOA)是測量用于位置測量的對象和接收機之間的到達時間 來確定對象的位置的定位技術(shù)。利用TOA,測量到達時間來確定對象的位置。 然而，由于存在例如建筑物的有損介質(zhì)，所以傳播信號可發(fā)生延遲，并因此， 發(fā)生距離誤差。
UWB (超寬帶)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)具有低成本和低功耗的通信和室內(nèi)位置識 別。UWB提供具有在相對窄的區(qū)域中幾十厘米或更低的精度的位置識別/跟 蹤功能。在UWB中，由于例如建筑物的墻、木門或玻璃窗的有損介質(zhì)使得 信號傳播發(fā)生附加延遲，由此導(dǎo)致位置識別的降低的精度。
圖1是圖示了示例位置測量系統(tǒng)100的圖。如圖1所示，位置測量系統(tǒng) 100包括位置測量設(shè)備110、用于位置測量的對象裝置130、以及用于在位置 測量設(shè)備110和對象裝置130之間反射或穿透廣播信號的有損介質(zhì)150和 170。
圖1的位置測量系統(tǒng)100可被實現(xiàn)為利用多個發(fā)送和接收天線來應(yīng)用 MIMO (多輸入多輸出)技術(shù)。在圖1示出的示例中，在位置測量設(shè)備110 中嵌入有兩個天線112和114。然而，可使用多于兩個天線。在無線通信中， 由于衰落、衰減、噪音或干擾，傳播信號的可靠性降低相當(dāng)多。特別是，多 徑引起的衰落現(xiàn)象導(dǎo)致由通過不同路徑接收的具有不同相位和尺寸的信號之 和造成的嚴(yán)重信號失真。這樣的信號失真可妨礙高速通信。MIMO技術(shù)使用 多個發(fā)送和接收天線，來防止位置測量系統(tǒng)的帶寬增加并允許高速通信。
作為對比，使用AOA,利用面向最強信號的接收方向的天線112和114 來測量對象裝置130的位置。然而， 一般來說，在介質(zhì)(例如，有損介質(zhì)170) 上反射的信號的功率比穿透介質(zhì)(例如，有損介質(zhì)150)的信號的功率強。 由此，在NLOS環(huán)境中，位置測量設(shè)備測量在反射信號的接收方向上的到達
角(6i)，以計算對象裝置130的位置。因此，在NLOS環(huán)境中，取代對象 裝置130的實際位置，將介質(zhì)170的位置確定為對象裝置130的位置。這引 起大的位置誤差。
根據(jù)本說明書的位置測量設(shè)備110測量到達角(62)。位置測量設(shè)備110 的天線112和114被設(shè)計為面向首先接收的信號的傳播方向，而不面向最強 信號的接收方向。位置測量設(shè)備110計算對象裝置130的位置。由此，根據(jù) 本說明書的位置測量設(shè)備110可比作為比較的AOA技術(shù)增加位置測量的精 度。
當(dāng)在利用AOA的位置測量中在計算到達角(62)期間發(fā)生誤差時，也 在位置測量設(shè)備110計算的對象裝置130的位置中發(fā)生誤差。為了避免這樣 的誤差，根據(jù)本說明書的位置測量設(shè)備110通過面向首先接收的信號的傳播 方向的天線112和114利用AOA計算對象裝置130的位置，并利用TOA執(zhí) 行位置校正。即，根據(jù)本說明書的位置測量設(shè)備110利用TOA計算對象裝置 130的距離，并對應(yīng)于利用TOA計算的距離來校正利用AOA計算的對象裝 置130的位置。
在位置測量設(shè)備110處首先接收的信號穿透有損介質(zhì)150，并由此由于該 有損介質(zhì)150而發(fā)生傳播延遲。傳播延遲時間使得在利用TOA計算的距離中 存在誤差。所以，位置測量設(shè)備IIO估計并反映由于有損介質(zhì)150引起的傳 播延遲時間，以去除由傳播延遲？ 1起的距離偏移。
具體來說，位置測量設(shè)備IIO預(yù)先儲存或存儲天線轉(zhuǎn)移函數(shù)、LOS環(huán)境 中的接收信道信息和根據(jù)有損介質(zhì)150的厚度的信道信息(即，介質(zhì)信道信 息)。位置測量設(shè)備IIO根據(jù)穿透有損介質(zhì)150的信號估計接收信道(即，LOS 信道+介質(zhì)信道+天線轉(zhuǎn)移函數(shù))。位置測量設(shè)備IIO從估計的接收信道中去 除天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS信道，以估計介質(zhì)信道。位置測量設(shè)備IIO基于估計 的介質(zhì)信道，根據(jù)預(yù)先儲存的介質(zhì)信道信息來計算有損介質(zhì)150的厚度。而 且，位置測量設(shè)備110利用所計算的介質(zhì)150的厚度和介質(zhì)150的介電常數(shù) 而推導(dǎo)出介質(zhì)150引起的傳播延遲時間。此外，位置測量設(shè)備IIO在利用TOA 計算的對象裝置130的位置上反映推導(dǎo)出的傳播延遲時間'，以去除由傳播延 遲引起的TOA位置誤差。
圖2是圖示了示例位置測量設(shè)備110的框圖。如圖2所示，位置測量設(shè) 備110包括RF (射頻)接收單元210、介質(zhì)信道估計單元230、位置計算單 元250和位置校正單元270。 RF接收單元210利用多個天線接收從對象裝置 130傳輸?shù)腞F信號。RF接收單元210執(zhí)行例如下變頻或模數(shù)變換的無線接 收處理，并輸出無線接收處理后的信號。
介質(zhì)信道估計單元230從RF接收單元210接收所述無線接收處理后的信 號，并估計所接收的信號在傳輸信道路徑上所穿透的介質(zhì)的信道。介質(zhì)信道 估計單元230利用在從RF接收單元210輸出的信號中插入的導(dǎo)頻碼元和已 知導(dǎo)頻碼元來估計接收信道。另外，介質(zhì)信道估計單元230基于估計的接收 信道、信道轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS信道信息，來計算從對象裝置130傳輸?shù)男盘査?穿透的介質(zhì)150的介質(zhì)信道。接收信道可被表示為天線轉(zhuǎn)移函數(shù)、LOS信道 和介質(zhì)150的信道之和，并由此，通過從接收信道中去除天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS 信道，來計算介質(zhì)150的信道。天線轉(zhuǎn)移函數(shù)可預(yù)先存儲在位置測量設(shè)備110 的存儲器中，并且LOS信道根據(jù)弗里斯傳輸?shù)仁接梢韵碌仁絣表示。
等式l
<formula>formula see original document page 10</formula>，
在等式l中，f是頻段頻率；R是通過TOA方法計算的距離；而c是光 速。如果在等式l中僅考慮LOS信道的幅度，則指數(shù)部分變?yōu)?，而LOS信 道變?yōu)?c/4丌fR) 2。
位置計算單元250利用從RF接收單元210輸出的信號來計算對象裝置 130的位置。位置計算單元250可利用TOA和AOA來計算對象裝置130的 位置。
位置校正單元270利用從介質(zhì)信道估計單元230輸出的介質(zhì)150的信道， 來獲得介質(zhì)150的厚度信息。位置校正單元270還利用所獲得的介質(zhì)150的 厚度信息和介質(zhì)150的介電常數(shù)來計算傳播延遲時間。此外，位置校正單元 270根據(jù)所計算的傳播延遲時間來計算距離偏移。位置校正單元270存儲介 質(zhì)150的介電常數(shù)和根據(jù)介質(zhì)150的厚度的信道信息。這里，介質(zhì)150可表 示例如玻璃、墻或木頭的材料。在室內(nèi)環(huán)境中，有損介質(zhì)可包括墻。位置校 正單元270存儲墻的介電常數(shù)和根據(jù)墻壁厚度的信道信息。穿透有損介質(zhì)150 的信號經(jīng)受功率損耗，并且功率損耗與信號穿透的介質(zhì)150的厚度成正比。 位置校正單元270存儲損耗斜率(slope)信息，即與介質(zhì)150的厚度對應(yīng)的 信道信息。，
位置校正單元270從存儲的信息中獲得從介質(zhì)信道估計單元230輸出的 具有與介質(zhì)150的信道對應(yīng)的信道信息的介質(zhì)150的厚度。即，位置校正單 元270獲得從對象裝置130傳輸?shù)男盘査┩傅慕橘|(zhì)150的厚度信息。然后， 位置校正單元270利用獲得的介質(zhì)150的厚度信息和介質(zhì)150的介電常數(shù)來 計算傳播延遲時間。而且，位置校正單元270根據(jù)傳播延遲時間來計算距離 偏移。即，位置校正單元270通過將傳播延遲時間與傳輸速度相乘來計算距 離偏移。
位置校正單元270利用所計算的介質(zhì)150造成的距離偏移值，來校正由 位置計算單元250計算的對象裝置130的位置。由此，去除了介質(zhì)150造成 的位置誤差，從而獲得正確位置信息。
圖3是圖示了位置測量設(shè)備的示例表示的詳細(xì)框圖。如圖3所示，位置 測量設(shè)備110的介質(zhì)信道估計單元230包括接收信道估計單元231、介質(zhì)信 道計算單元233和天線轉(zhuǎn)移函數(shù)/LOS信道存儲單元235。位置計算單元250 包括碼元同步檢測單元251、 TOA計算單元253和AOA計算單元255。位置 校正單元270包括介質(zhì)信息存儲單元271、距離偏移計算單元273和位置確 定單元275。
介質(zhì)信道估計單元230的接收信道估計單元231從RF接收單元210接收 無線接收處理后的信號，并估計傳輸路徑上的接收信道。具體來說，接收信 道估計單元231利用在從RF接收單元210輸出的信號中插入的導(dǎo)頻碼元和 已知導(dǎo)頻碼元來估計接收信道，并向介質(zhì)信道計算單元233輸出所估計的接 收信道結(jié)果。因為信號損耗可能很嚴(yán)重，所以接收信道估計單元231反復(fù)根 據(jù)多個信號估計接收信道，并計算所估計的接收信道的滑動(sliding)平均 值，以確定期望的接收信道。
介質(zhì)信道計算單元233基于從接收信道估計單元231輸出的接收信道、 在天線轉(zhuǎn)移函數(shù)/LOS信道存儲單元235中存儲的天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS信道， 來計算從對象裝置130傳輸?shù)男盘査┩傅慕橘|(zhì)150的介質(zhì)信道。具體來說， 接收信道估計單元231所估計的接收信道是天線轉(zhuǎn)移函數(shù)、LOS信道和介質(zhì) 150的信道之和。通過從該接收信道估計單元231估計的接收信道中去除天 線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS信道，來計算介質(zhì)150的信道。
天線轉(zhuǎn)移函數(shù)/LOS信道存儲單元235記錄并存儲當(dāng)該位置測量設(shè)備110 與對象裝置130相鄰時獲得的信道信息，即天線轉(zhuǎn)移函數(shù)。另外，天線轉(zhuǎn)移
ii
函數(shù)/LOS信道存儲單元235記錄并存儲其中在位置測量設(shè)備110和對象裝置 130之間沒有介質(zhì)150的LOS環(huán)境的信道信息，即LOS信道。
位置計算單元250的碼元同步檢測單元251計算從RF接收單元210輸出 的信號的相關(guān)值，并輸出其中該相關(guān)值的斜率(即，差分值)第一次降低的 點的時間索引(即，計數(shù)器)。即，碼元同步檢測單元251輸出在多徑信號中 的首先接收的信號的路徑的最大脈沖響應(yīng)的索引。
TAO計算單元253利用從碼元同步檢測單元251輸出的索引，來計算該 對象裝置130與該位置測量設(shè)備110的距離。AOA計算單元255接收這兩個 天線(例如，天線112、 114)的角度信息，并利用所接收的這兩個天線的角 度信息來計算對象裝置130的位置坐標(biāo)。
位置校正單元270的距離偏移計算單元273利用從介質(zhì)信道計算單元233 輸出的介質(zhì)150的信道來從介質(zhì)信息存儲單元271獲得介質(zhì)150的厚度信息。 距離偏移計算單元273利用所獲得的介質(zhì)150的厚度信息和介質(zhì)150的介電 常數(shù)，來計算傳播延遲時間。而且，距離偏移計算單元273根據(jù)傳播延遲時 間來計算距離偏移。
具體來說，介質(zhì)信息存儲單元271存儲介質(zhì)150的介電常數(shù)和根據(jù)所獲 得的介質(zhì)150的厚度的信道信息。這里，介質(zhì)150可表示例如玻璃、墻或木 頭的材料。在室內(nèi)環(huán)境中，有損介質(zhì)可以是墻，并由此介質(zhì)信息存儲單元271 存儲墻的介電常數(shù)和根據(jù)墻的厚度的信道信息。穿透有損介質(zhì)150的信號經(jīng) 受功率損耗，并且功率損耗與信號所穿透的介質(zhì)150的厚度成比例地增加。
圖6是圖示了根據(jù)在存儲單元(例如，介質(zhì)信息存儲單元271)中存儲 的介質(zhì)(例如，介質(zhì)150)的厚度的示例信道信息的圖表。如圖6所示，當(dāng) 在有損介質(zhì)150的預(yù)定厚度處的頻率增加時，功率損耗增加。另外，當(dāng)在預(yù) 定頻率處的介質(zhì)150的厚度增加時，功率損耗增加。換言之，當(dāng)有損介質(zhì)150 的厚度增加時，有損介質(zhì)150的信道的損耗斜率變陡。
介質(zhì)信息存儲單元271存儲該損耗斜率信息，即根據(jù)介質(zhì)150的厚度的 信道信息。距離偏移計算單元273從介質(zhì)信息存儲單元271獲得具有與從介 質(zhì)信道計算單元233輸出的介質(zhì)150的信道對應(yīng)的信道信息的介質(zhì)150的厚 度。按照這種方式，距離偏移計算單元273獲得從對象裝置130傳輸?shù)男盘?所穿透的介質(zhì)150的厚度信息。然后，距離偏移計算單元273利用所獲得的 介質(zhì)150的厚度信息和介質(zhì)150的介電常數(shù)，來計算傳播延遲時間。此外，
距離偏移計算單元273根據(jù)傳播延遲時間來計算距離偏移。即，距離偏移計 算單元273通過將傳播延遲時間與傳輸速度相乘，來計算距離偏移。
位置確定單元275利用從AOA計算單元255輸出的對象裝置130的位置 坐標(biāo)、從TOA計算單元253輸出的對象裝置130的距離和從距離偏移計算單 元273輸出的由于介質(zhì)150引起的距離偏移值，來計算對象裝置130的位置。 下面進一步參考圖7來描述位置確定單元275執(zhí)行的位置計算。
圖7圖示了用于計算對象裝置130的位置的示例位置確定單元。位置確 定單元275利用從AOA計算單元255輸出的位置坐標(biāo)，來計算對象裝置130 的位置。在圖7中，附圖標(biāo)記701表示利用從AOA計算單元255輸出的位置 坐標(biāo)所計算的對象裝置130的位置。如圖7所示，甚至根據(jù)從對象裝置130 傳輸?shù)男盘栍嬎愕牡竭_角的很小誤差也引起實際位置705和利用AOA計算的 位置701之間的偏差。
因此，在利用AOA確定對象裝置130的位置之后，位置確定單元275 利用TOA執(zhí)行位置校正。位置確定單元275在從TOA計算單元253輸出的 對象裝置130的距離信息上反映從距離偏移計算單元273輸出的距離偏移信 息，以校正對象裝置130的位置(圖7中的附圖標(biāo)記703 )。位置確定單元275 將在從位置測量設(shè)備110到利用AOA計算的對象裝置130的位置的直線上離 開校正距離的位置確定為對象裝置130的最終位置。附圖標(biāo)記705表示最終 實際位置。
圖4是圖示了另一示例位置測量設(shè)備的框圖。如圖4所示，根據(jù)本說明 書的位置測量設(shè)備110還包括入射角確定單元410和天線入射角調(diào)整單元 430。入射角確定單元410向天線入射角調(diào)整單元430傳輸天線旋轉(zhuǎn)命令，并 將從對象裝置130傳輸?shù)男盘栔械氖紫冉邮盏降男盘柕慕邮辗较虼_定為天線 的角度。具體來說，入射角確定單元410向天線入射角調(diào)整單元430傳輸天 線旋轉(zhuǎn)命令，以改變天線的角度。入射角確定單元410根據(jù)天線角度的改變 利用從碼元同步檢測單元251輸出的索引，而選擇從對象裝置130傳輸?shù)男?號中的首先接收到的信號，并將所選擇的信號的接收方向確定為天線的入射 角。碼元同步檢測單元251輸出在每一天線角度處接收的信號的路徑中的對 于每一天線角度首先接收的信號的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引。入射角確定 單元410從與為每一天線角度收集的首先接收的信號對應(yīng)的路徑的脈沖響應(yīng) 的時間索引中選擇與最先接收到的信號對應(yīng)的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引。
入射角確定單元410將與所選擇的時間索引關(guān)聯(lián)的與所選擇的脈沖響應(yīng)對應(yīng) 的天線的角度確定為入射角。
參考圖5進一步描述碼元同步;f僉測單元251和入射角確定單元410的操 作。圖5圖示了根據(jù)從對象裝置130接收的信號的傳輸路徑的脈沖響應(yīng)的示 例。當(dāng)通過位置測量設(shè)備110的天線角度的旋轉(zhuǎn)改變天線的入射角時，碼元 同步檢測單元251根據(jù)天線角度的改變而檢測對于每一入射角首先接收的信 號的路徑的脈沖響應(yīng)。
圖9圖示了檢測在入射角處首先接收的信號的路徑的脈沖響應(yīng)的示例。 圖9 (a)是圖示了入射角的脈沖響應(yīng)的示例的圖表。如圖9(a)所示，當(dāng)在 入射角處接收多徑信號時，入射角的脈沖響應(yīng)905呈現(xiàn)為重疊的多徑脈沖響 應(yīng)901和903。由此，為了檢測脈沖響應(yīng)905中的首先接收的信號的路徑的 脈沖響應(yīng)901,使用脈沖響應(yīng)905的斜率。圖9 (b)的附圖標(biāo)記907是脈沖 響應(yīng)905的斜率。脈沖響應(yīng)905中的首先接收的信號的路徑的脈沖響應(yīng)901 由其中斜率第一次下降的點909表示。碼元同步才企測單元251執(zhí)行FIR (有 限脈沖響應(yīng))濾波；求樣本之間的微分以獲得斜率；并選擇其中斜率第一次 下降的點作為首先接收的信號的路徑的脈沖響應(yīng)。
返回參考圖5,碼元同步檢測單元251獲得每一入射角的脈沖響應(yīng)，并 利用針對圖9描述的處理來選擇對于每一入射角首先接收的信號的脈沖響應(yīng) 501a、 501b、 501c和501d。入射角確定單元410在碼元同步檢測單元25所 ^r測的對于每一入射角首先接收的信號的脈沖響應(yīng)501a、 501b、 501c和501d 中選擇具有最小時間索引的脈沖響應(yīng)501b。而且，入射角確定單元410將其 中檢測到脈沖響應(yīng)501b的天線的角度確定為入射角。
天線入射角調(diào)整單元430根據(jù)從入射角確定單元410輸出的天線旋轉(zhuǎn)命 令而按照順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)天線(例如，天線112、 114)預(yù)置角度(例 如，1° )。天線入射角調(diào)整單元430根據(jù)入射角確定單元410的天線旋轉(zhuǎn)命 令而按照特定方向旋轉(zhuǎn)天線，并將天線固定在那個位置。
在確定了天線的方向之后，TOA計算單元253從入射角確定單元410接 收天線方向確定完成信號。在接收了天線方向確定完成信號之后，TOA計算 單元253利用從碼元同步檢測單元251輸出的索引來計算對象裝置130的距 離。
在入射角確定單元410確定了天線的方向之后，AOA計算單元255從入
射角確定單元410接收這兩個天線的角度信息，并利用所接收的這兩個天線
的角度信息來計算對象裝置130的位置坐標(biāo)。
圖8是圖示了示例位置測量處理的流程圖。如圖8所示，當(dāng)從用戶輸入 位置測量命令并指定了對象裝置130時，位置測量設(shè)備110將天線的角度初 始化為0。 (S801)。
位置測量設(shè)備iio增加天線的角度(例如，r ),并向?qū)ο笱b置i3o傳
輸信號發(fā)送命令(S803 )。當(dāng)從位置測量設(shè)備110向?qū)ο笱b置130傳輸信號發(fā) 送命令時，對象裝置130傳輸用于位置測量的信號。從對象裝置130傳輸?shù)?信號在介質(zhì)170上反射或穿透介質(zhì)150,并在位置測量設(shè)備110的天線處被 接收。
位置測量設(shè)備110檢測在當(dāng)前天線角度處接收的多徑信號中的首先接收 的信號的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引(S805 )。位置測量設(shè)備IIO將所檢測的 脈沖響應(yīng)的時間索？ 1設(shè)置為最小時間索引，并和入射角 一起存儲該最小時間 索引(S807)。
位置測量設(shè)備IIO確定是否完成了 360°旋轉(zhuǎn)(S809)。當(dāng)4企測到?jīng)]有完 成360°旋轉(zhuǎn)時，位置測量設(shè)備IIO將天線角度增加1° ,并向?qū)ο笱b置130 傳輸信號發(fā)送命令(S803 )。位置測量設(shè)備110檢測在將天線角度增加1°之 后接收的多徑信號中的首先接收的信號的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引 (S805 )。位置測量設(shè)備110比較所檢測的時間索引和預(yù)先存儲的最小時間索 引，以更新最小時間索引和入射角(S807 )。即，位置測量設(shè)備110比較在當(dāng) 前天線角度處檢測的脈沖響應(yīng)的時間索引和預(yù)先存儲的最小時間索引。當(dāng)當(dāng) 前檢測的脈沖響應(yīng)的時間索引小于預(yù)先存儲的最小時間索引時，位置測量設(shè) 備用當(dāng)前檢測的脈沖響應(yīng)的時間索引更新預(yù)先存儲的最小時間索引，并因此 更新入射角。當(dāng)完成了所有方向的索引檢測時，位置測量設(shè)備110存儲首先 接收的信號的時間索？ 1值和入射角信息。
在完成了所有方向的掃描之后，位置測量設(shè)備110用與步驟S807中存儲 /更新的最小時間索引對應(yīng)的入射角來設(shè)置天線角度，并利用AOA計算對象 裝置130的第一位置(S811)。即，位置測量設(shè)備110利用首先接收的信號的 AOA計算對象裝置130的位置。
隨后，位置測量設(shè)備110利用TOA計算對象裝置130的第二位置(S813 )。 即，位置測量設(shè)備110將在從位置測量設(shè)備110到利用AOA計算的對象裝置
130的第一位置的直線上與位置測量設(shè)備110離開利用TOA計算的距離的位 置確定為對象裝置130的位置。
位置測量設(shè)備110利用所接收的信號估計介質(zhì)150的信道，并計算介質(zhì) 150引起的傳播延遲時間，以計算距離偏移(S815)。具體來說，位置測量設(shè) 備110的介質(zhì)信道計算單元233基于從接收信道估計單元231輸出的接收信 道、在天線轉(zhuǎn)移函數(shù)/LOS信道存儲單元235中存儲的天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS 信道，來估計從對象裝置130傳輸?shù)男盘査┩傅慕橘|(zhì)150的信道。接收信 道估計單元231所估計的接收信道是天線轉(zhuǎn)移函數(shù)、LOS信道和介質(zhì)150的 信道之和。由此，當(dāng)從該接收信道估計單元231估計的接收信道中去除天線 轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS信道時，計算介質(zhì)150的信道。位置測量設(shè)備110的距離偏 移計算單元273利用從介質(zhì)信道計算單元233輸出的介質(zhì)150的信道來從介 質(zhì)信息存儲單元271獲得介質(zhì)150的厚度信息。距離偏移計算單元273利用 所獲得的介質(zhì)150的厚度信息和介質(zhì)150的介電常數(shù)，來計算傳播延遲時間， 并根據(jù)該傳播延遲時間來計算距離偏移。
在計算了距離偏移之后，位置測量設(shè)備110校正在步驟S813中計算的對 象裝置130的位置(S817)。當(dāng)在步驟S813中計算的對象裝置130的位置比 實際位置遠時，將對象裝置130的位置朝向該位置測量設(shè)備110移動該距離 偏移。
根據(jù)上述處理，位置測量設(shè)備110可精密地測量對象裝置130的位置。 在一些實現(xiàn)中，本說明書中描述的技術(shù)和系統(tǒng)可在UWB (超寬帶)通信 系統(tǒng)中使用。UWB技術(shù)不侵入傳統(tǒng)寬頻帶，但是利用相當(dāng)?shù)偷墓膩戆l(fā)送和 接收數(shù)據(jù)。由此，利用UWB,可避免對現(xiàn)有頻率信道的干擾，并允許短距離 中的高速數(shù)據(jù)傳輸。特別是，UWB技術(shù)使用很好時域分辨率的脈沖信號，并 可應(yīng)用于高精度室內(nèi)位置識別。由此，當(dāng)利用本說明書中描述的技術(shù)和系統(tǒng) 應(yīng)用UWB技術(shù)時，可實現(xiàn)更精確的位置識別。
在一些實現(xiàn)中，OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)在UWB頻帶中使用，由此 降低了位置識別中的誤差的可能性。OFDM技術(shù)將頻帶劃分為528MHz的副 頻帶，并通過FHSS (跳頻頻譜擴展)而在可用帶寬上跳轉(zhuǎn)，使得可有效利用 UWB帶寬。
根據(jù)本說明書的位置測量技術(shù)和系統(tǒng)可合并為計算機可讀介質(zhì)中的計算 機可讀代碼。計算機可讀介質(zhì)包括用于存儲計算機系統(tǒng)可讀的數(shù)據(jù)的各種儲可讀介質(zhì)是CD-ROM (只讀存儲器致密盤)、RAM(隨 機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)、軟盤、硬盤或磁光盤。
盡管本說明書包括許多細(xì)節(jié)，但是這不應(yīng)解釋為對于任何發(fā)明或要求保 護的發(fā)明的范圍的限制，而是對于可具體為特定發(fā)明的特定實施例的特征的 描述。在多個單獨實施例的上下文中的本說明書中描述的特定特征也可在單 一實施例中組合實現(xiàn)。相反，在單一實施例的上下文中描述的各種特征也可 單獨或按照任何適當(dāng)?shù)淖咏M合在多個實施例中實現(xiàn)。此外，盡管特征可如上 描述為在特定組合中并甚至象初始要求保護的那樣動作，但是來自要求保護 的組合的一個或多個特征在一些情況下可從該組合中切除，并且要求保護的 組合可針對子組合或子組合的變形。
類似地，盡管在圖中按照特定順序描繪了搡作，但是這不應(yīng)理解為要求 按照所示特定順序或連續(xù)順序執(zhí)行這樣的操作，或要求執(zhí)行所有圖示的操作， 以實現(xiàn)期望的結(jié)果。在某些情況下，多任務(wù)和并行處理可以是有利的。此外， 上述實施例中的各種系統(tǒng)組件的操作不應(yīng)理解為要求所有實施例中的這樣的 分離，并應(yīng)理解為所描述的程序組件和系統(tǒng)可一般一起集成在單一軟件產(chǎn)品 中或封裝在多個軟件產(chǎn)品中。
本發(fā)明在位置識別中反映引起傳播信號的延遲從而降低例如墻、木門或 玻璃窗的位置識別精度的元素，以改善位置識別的精度。具體來說，本發(fā)明 可改善在利用寬帶的U職(3.1 10.2GHz)和802.11n ( 2.4GHz、 5GHz)通 信系統(tǒng)中的位置識別的精度。
僅描述了幾個實現(xiàn)和示例，并且可基于本申請中所描述和圖示的內(nèi)容進 行其它實現(xiàn)、增強和變形。
1權(quán)利要求
1.一種用于測量用于位置測量的對象裝置的位置的位置測量設(shè)備，該設(shè)備包括接收單元，配置為接收從該對象裝置傳輸?shù)男盘枺晃恢糜嬎銌卧?，配置為通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時間(TOA)技術(shù)來計算對象裝置的位置；介質(zhì)信道估計單元，配置為利用所接收的信號來估計所接收的信號在傳輸路徑上所穿透的介質(zhì)的信道；和位置校正單元，配置為利用所估計的介質(zhì)信道來計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起的延遲時間，并利用所計算的延遲時間來校正所計算的對象裝置的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的位置測量設(shè)備，其中該介質(zhì)信道估計單元包括 接收信道估計單元，配置為利用所接收的信號來估計接收信道；和 介質(zhì)信道計算單元，配置為通過從該接收信道中去除天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和視距(LOS)接收信道，來計算介質(zhì)的信道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的位置測量設(shè)備，還包括存儲單元，配置為存儲所述天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接收信道的信息， 其中該介質(zhì)信道計算單元利用所存儲的天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接收信道的 信息來計算介質(zhì)信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的位置測量設(shè)備，其中該位置校正單元包括 距離偏移計算單元，配置為利用所估計的介質(zhì)信道來計算介質(zhì)的厚度，并基于所計算的介質(zhì)的厚度來計算所接收的信號的傳輸距離偏移；和位置確定單元，配置為通過在所計算的對象裝置的位置上反映所計算的 傳輸距離偏移，來確定對象裝置的最終位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的位置測量設(shè)備，還包括介質(zhì)信息存儲單元，配置為存儲用于介質(zhì)的每一厚度的介質(zhì)信道的信息> 其中該距離偏移計算單元利用所估計的介質(zhì)信道來計算介質(zhì)信息存儲單元中的介質(zhì)的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的位置測量設(shè)備，還包括入射角確定單元，配置為掃描從該對象裝置接收的所有方向的信號，并 將首先接收的信號的接收方向確定為與該位置測量設(shè)備關(guān)聯(lián)的天線的入射 角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的位置測量設(shè)備，其中該位置計算單元包括 檢測單元，配置為檢測與首先接收的信號對應(yīng)的路徑的脈沖響應(yīng)的時間索引，和其中該入射角確定單元將從檢測單元輸出的每一入射角的時間索引中的 最早時間索引的入射角確定為天線的入射角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的位置測量設(shè)備，還包括入射角調(diào)整單元，配置為基于該入射角確定單元的命令來調(diào)整該天線的 入射角。
9. 一種用于測量用于位置測量的對象裝置的位置的位置測量方法，該方 法包括以下步驟接收從該對象裝置傳輸?shù)男盘?；通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時間(TOA)技術(shù)來計算對象裝置的位置；估計所接收的信號在傳輸路徑上所穿透的介質(zhì)的信道信息；和利用所估計的介質(zhì)信道信息來計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起的 延遲時間，并利用該延遲時間來校正該對象裝置的位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的位置測量方法，其中所述估計介質(zhì)的信道信息的 步驟包括利用所接收的信號來估計接收信道；和通過從所估計的接收信道中去除天線轉(zhuǎn)移函數(shù)和LOS接收信道，來計算 介質(zhì)的信道。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的位置測量方法，其中所述計算延遲時間并利用該 延遲時間來校正對象裝置的位置的步驟包括利用所估計的介質(zhì)信道信息計算介質(zhì)的厚度，并基于所計算的介質(zhì)的厚 度來計算所接收的信號的傳輸距離偏移；和通過在所計算的對象裝置的位置上反映所計算的傳輸距離偏移，來確定對象裝置的最終位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的位置測量方法，還包括通過掃描從該對象裝置接收的所有方向的信號并將首先接收的信號的接 收方向確定為天線的入射角，來確定入射角。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的位置測量方法，其中所述確定入射角的步驟包括 將天線旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度；檢測與每一角度的所接收的信號中的首先接收的信號對應(yīng)的路徑的脈沖 響應(yīng)的時間索引；和選擇所檢測的脈沖響應(yīng)的時間索引中的最小時間索引，并將與所選擇的 最小時間索引對應(yīng)的角度確定為天線的入射角。
14. 一種嵌入有計算機可讀指令的計算機可讀介質(zhì)，可操作為促使數(shù)據(jù) 處理設(shè)備執(zhí)行以下操作，包括接收從用于位置測量的對象裝置傳輸?shù)男盘?；通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時間(TOA)技術(shù)來計算對象裝置的位置；估計所接收的信號在傳輸路徑上所穿透的介質(zhì)的信道信息；和 利用所估計的介質(zhì)信道信息來計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起的延遲時間，并利用該延遲時間來校正該對象裝置的位置。
全文摘要
公開了一種用于測量對象裝置的位置的技術(shù)、系統(tǒng)和計算機可讀介質(zhì)。一種位置測量設(shè)備包括接收單元，被設(shè)計為接收從用于位置測量的對象裝置傳輸?shù)男盘?。該位置測量設(shè)備還包括位置計算單元，被設(shè)計為通過利用所接收的信號應(yīng)用到達角(AOA)和到達時間(TOA)技術(shù)來計算對象裝置的位置。該位置測量設(shè)備還包括介質(zhì)信道估計單元，被設(shè)計為利用所接收的信號來估計所接收的信號在傳輸路徑上所穿透的介質(zhì)的信道。該位置測量設(shè)備還包括位置確定單元，配置為利用所估計的介質(zhì)信道來計算由穿透該介質(zhì)的所接收的信號引起的延遲時間，并利用該延遲時間來校正該位置計算單元所計算的對象裝置的位置。
文檔編號G01S5/02GK101359045SQ20081013113
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者趙泳勛 申請人:韓國科亞電子股份有限公司