專利名稱：為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域創(chuàng)建射頻特征標記的方法和系統(tǒng)的制作方法
相關申請本申請涉及申請?zhí)枮?9/475,095(記錄號為CE04821N)，標題為“用于在無線通信系統(tǒng)中比較被測射頻信號傳播特性的方法和系統(tǒng)”的申請，該申請與本申請在同一天被提交，在這里作為參考而被并入。
已經(jīng)使用或建議了多種技術，用于提供用戶單元在通信系統(tǒng)中的位置，這些技術都存在缺點。例如，到達時間差(TDOA)系統(tǒng)使用來自已知位置的多個基站收發(fā)信機的測量值。這類系統(tǒng)需要用戶單元的信號在一個以上的基站收發(fā)信機上的信號接收、基站收發(fā)信機之間的時間同步、和視線波陣面?zhèn)鞑サ臏y量值，而不混淆視線信號與多徑信號，多徑信號是從影響信號傳播的物體反彈和繞射的信號。基于臨時規(guī)范95(IS-95)(一種碼分多址(CDMA)標準)的蜂窩系統(tǒng)中基站收發(fā)信機的同步精度不足以精確到使提供位置估計的信號傳播測量達到期望的分辨率。另外，在密集的市中心區(qū)，也稱為都市峽谷，視線波陣面的檢測不太可能，因為視線信號分量可能被鄰近的多徑分量遮蔽或模糊。
更高級的TDOA系統(tǒng)利用智能天線幫助消除一些多徑分量，增強即時波陣面的檢測。智能天線也能夠?qū)⒌竭_角(AOA)測量值加到用于定位搜索的幾何等式中，從而進一步增強性能。遺憾的是，某些都市峽谷的多徑環(huán)境對于智能天線來說太混亂，使其不是有效的解決方案。智能天線重疊解決方案也需要增加專用的相控天線陣，以便與現(xiàn)有天線協(xié)同工作。業(yè)務提供商很可能不情愿投資額外的天線，除非需要智能天線用于容量需求以及定位搜索需求。
一些工程師和運營商建議利用全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)來確定用戶的位置。此技術在都市峽谷中也存在問題。在許多位置不可能收到來自多個衛(wèi)星的產(chǎn)生精確定位估計值所必須的視線信號。
其它的提議包括將很多微小區(qū)設置在都市核心區(qū)域，因此通過識別用戶正在使用哪個小區(qū)站點來估計用戶的位置。雖然微小區(qū)在某些地區(qū)正日益普及，但是市場由于容量覆蓋問題通常排斥微小區(qū)，這意味著微小區(qū)的布置數(shù)目大概不足以寬廣到支持定位搜索。目前大多數(shù)的通信配置計劃仍然規(guī)定宏蜂窩覆蓋。
因此，顯然需要一種在通信系統(tǒng)服務區(qū)的雜散區(qū)域中定位用戶單元的改進和成本有效方案，其中有益地使用間接或非視線傳播信號的射頻信號特性來定位用戶單元。相應地，還需要一種用于在無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍中創(chuàng)建射頻特征標記區(qū)域的改進的方法和系統(tǒng)，其中射頻特征標記響應于從選定特征標記區(qū)域發(fā)送的信號的射頻傳播特性的主要特征。
本發(fā)明新的特征在所附權利要求書中闡述。但是，當結合附圖閱讀時，本發(fā)明自身，以及所用的優(yōu)選模式、進一步的目的及其優(yōu)點，將參照下面對實施例的詳細描述而更好地理解，其中

圖1說明在無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍的都市峽谷區(qū)域中的多徑信號傳播；圖2是說明一種方法和操作的高級邏輯流程圖，即根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)為在無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域生成空間平均的射頻特征標記；圖3描述處理原始測量數(shù)據(jù)以生成信道脈沖響應測量值形式的射頻傳播特性的隱式測量值，利用該測量值以根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)生成代表射頻特征標記的數(shù)據(jù)庫記錄。
圖4是說明一種方法和操作的高級邏輯流程圖，即根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍中測量用戶單元的時間平均射頻特征標記；圖5是如圖4所示的產(chǎn)生空間平均射頻特征標記的過程的更詳細的邏輯流程圖；圖6描述一種系統(tǒng)，用于根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域的射頻特征標記，還用于測量在定位事件期間要位于覆蓋范圍的用戶單元的射頻特征標記；圖7是如圖2所示的產(chǎn)生空間平均射頻特征標記的過程的更詳細的邏輯流程圖；圖8是展開的功率延遲分布的圖形表示，其由本發(fā)明的方法和系統(tǒng)使用；圖9是非線性平均圖8數(shù)據(jù)的圖形表示；圖10是從特征標記區(qū)域內(nèi)的多個位置收集的功率延遲分布的圖形表示；和圖11是非線性平均圖10數(shù)據(jù)的圖形表示。
本發(fā)明的詳細描述現(xiàn)在參照圖1，描述了通信系統(tǒng)覆蓋范圍20，包括反射和繞射射頻信號的建筑物22-30，射頻信號經(jīng)歷用戶單元38和基站收發(fā)信機40之間的傳播路徑32-36。
從圖1很明顯可以看出，傳播路徑32-34具有不同于傳播路徑36的飛行時間和到達角。因此，如果收發(fā)信機40測量傳播信號的到達角和定時信息并利用該數(shù)據(jù)估計用戶單元38的位置，則來自傳播路徑32-36的數(shù)據(jù)并不合并表示通信系統(tǒng)覆蓋范圍20中的單個位置，除非考慮建筑物22-30引起的信號反射和繞射。
現(xiàn)在參照圖2，描述了說明一種方法和操作的高級邏輯流程圖，即根據(jù)本發(fā)明為在無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域生成空間平均的射頻特征標記。如圖所示，該過程在方框200開始，此后途經(jīng)方框202，在此該過程選擇通信系統(tǒng)覆蓋范圍20(參見圖1)中的一個位置。在優(yōu)選實施例中，選擇位置的過程包括標記發(fā)射機在通信系統(tǒng)覆蓋范圍20中的當前位置。這可以通過記錄位于發(fā)射機的GPS接收機的位置或者用地圖或測量設備標記該位置來實現(xiàn)。也可以使用其它的電子定位搜索裝置，諸如美國海岸警備隊操作的LORAN定位搜索系統(tǒng)。在優(yōu)選實施例中，選定的位置是開車或步行通過通信系統(tǒng)覆蓋范圍20并攜帶發(fā)射信號的發(fā)射機時選擇的多個位置的其中一個。圖1中以附圖標記42表示了一些選定的位置。
在選定一個位置之后，該過程測量來自選定位置的發(fā)射機的信號的射頻信號傳播特性，如方框204所示。被測的射頻信號傳播特性可以包括多徑分量的數(shù)目、每個多徑分量的平均功率、由于到達方位角和/或仰角和/或每個分量極化而引起的天線增益和相位、每個分量的多普勒頻率、和每個分量的相對時延?？梢酝ㄟ^所接收信號的參量分解而顯式測量這些特性。但在優(yōu)選實施例中，通過抽樣、計算和記錄用戶38和基站收發(fā)信機40的一個或多個天線的每一個之間的特定信道的信道脈沖響應來隱式測量射頻信號傳播特性。
如果顯式測量射頻信號傳播特性，則形成信道脈沖響應的參數(shù)模型，由下面的等式表示 其中e是所關注的天線的索引，Q(t)表示路徑數(shù)目，αq(t)是路徑q的復數(shù)幅值，Γe(θ，，ξ)是方位角為θ、仰角為、和極化角為ξ的波陣面激勵的天線e的復數(shù)值響應，和τq(t)是路徑q的延時。
通過利用特定部分的相對穩(wěn)定可以進一步分解這個非穩(wěn)定脈沖響應的等式 等式2中，T表示時間，τ表示延時。這些參數(shù)足以表征從傳送信號觀察的取決于位置的多徑失真。在任何給定時刻，發(fā)射機將占據(jù)一個位置，例如(x(t)，y(t))，其中被測脈沖響應的參數(shù)是射頻信號傳播特性。(注意該參數(shù)模型的描述排除了由于經(jīng)過環(huán)境的速率導致的多普勒頻移的建模。此數(shù)據(jù)隱式地包含在αq(T)內(nèi)。多普勒頻移是由于移動速率造成，其與位置只是次級相關。所描述的其它參數(shù)更直接地與發(fā)射機的位置相關聯(lián)。但是，在某些情況下，加入多普勒被證明是有益的)。
通過記錄脈沖響應的樣值而不必還原成基本參數(shù)就可以隱式測量這些特性。例如，這些射頻信號特性的矢量隱式測量值he(T)可以表示成如下he(T)＝[he(T，O)he(T，Ts)∧he，(T，(N-1)Ts)]T等式3
注意到響應的任何線性變換(例如傅里葉變換)為射頻信號傳播特性的隱式描述提供同樣有效的基礎。某些變換會產(chǎn)生將數(shù)據(jù)限制到更小支持區(qū)域的機會，從而舍棄不重要的數(shù)據(jù)和減少要記錄的數(shù)據(jù)量。例如，傅里葉變換之后將帶寬限制到具有顯著信號功率的頻率箱(frequency bins)，這可以減少記錄的數(shù)據(jù)量。這些變換遵循由Van derVeen，Vanderveen和Paulraj發(fā)表于1998年2月IEEE信號處理學報的“利用頻移不變技術的聯(lián)合角度和延時估計”方法。
在優(yōu)選實施例中，通過抽樣來自基站收發(fā)信機40的一個或多個天線的電壓測量值隱式地測量RF信號傳播特性?，F(xiàn)在參照圖3，由附圖標記300表示單個電壓樣值。電壓樣值300必須以大于所正測量信號的帶寬的速率取樣。
為了計算脈沖響應矢量h(i)，把例如具有元素vi-vi+N-1的樣值組302和304的電壓樣值組s(i)輸入到脈沖響應估計器306。脈沖響應估計器306提供所估計的信道脈沖響應的樣值(正如等式3)和圖3中的h(i)?？梢愿鶕?jù)1998年2月IEEE信號處理學報的“利用頻移不變技術的聯(lián)合角度和延時估計”描述的方法估計信道脈沖響應。
在優(yōu)選實施例中，當使用多個天線時，為每個天線測量脈沖響應，其中天線e的脈沖響應由he(i)表示。例如，如果使用E個天線，則所有天線的脈沖響應的每個測量值可以安排在等式4所示的矩陣H(i)中。
H(i)＝[h1(i)h2(i)∧hE(i)]等式4在測量射頻信號傳播特性之后，該過程確定在通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)是否存在下一個要測量的位置，如判決方框206所述。如果存在另一個要測量的位置，該過程途經(jīng)方框208，在此選擇下一個位置。在選擇下一個位置之后，取得新的測量值，如上參照方框204所述。注意到選定的位置不必是唯一的，唯一的情況可能是某人開車或步行經(jīng)過覆蓋范圍中的一個交叉點兩次。即使可以為選定的同一位置存儲一個以上的脈沖響應矢量，也應該在特征標記區(qū)域內(nèi)選擇多個不同的位置。
正如在方框206所確定的，如果已經(jīng)測量所有的位置，那么該過程定義多個特征標記區(qū)域，其中每個特征標記區(qū)域包含多個選定位置，如方框210所示。在優(yōu)選實施例中，選定的特征標記區(qū)域彼此相鄰，并在形狀和大小上幾何類似，因此這些區(qū)域看上去像布置在整個通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的格柵。舉個例子，圖1的特征標記區(qū)域44包括多個選定位置42，在這些選定位置已經(jīng)測量了RF信號傳播特性。
在另一個實施例中，可以根據(jù)信道脈沖響應中觀察的局部相關性選擇特征標記區(qū)域44，通過比較在一個位置的測量值與在另一個位置的測量值或者通過比較一組測量值與另一組測量值來確定該局部相關性。通過在定義特征標記區(qū)域時進行這種分析，可以形成不規(guī)則形狀的特征標記區(qū)域，這些特征標記區(qū)域可以更精確地代表來自該區(qū)域的射頻傳播特性，這進而使得位置估計更精確。
一旦定義了特征標記區(qū)域，該過程選擇第一特征標記區(qū)域，如方框212所示。對于選定的特征標記區(qū)域，處理每個被測的RF信號傳播特性，以產(chǎn)生用于該特征標記區(qū)域的空間平均射頻特征標記，如方框214所示。此空間平均射頻特征標記表示從選定的特征標記區(qū)域發(fā)射的并且在例如基站收發(fā)信機40的基站收發(fā)信機接收的信號的射頻信號傳播特性的主要特征。
對于隱式測量的RF信號傳播特性的空間平均射頻特征標記的計算過程可以通過參照圖7而更全面地了解。
圖7中，從隱式測量的射頻信號傳播特性為選定的特征標記區(qū)域計算空間平均射頻特征標記的過程在方框700開始，此后途經(jīng)方框702，在此該過程選擇測量射頻信號傳播特性的選定特征標記區(qū)域內(nèi)的第一位置。
接下來，該過程再次調(diào)用該選定位置的被測信道脈沖響應，如方框704所示。這些信道響應最好表示為與收集它們的位置有關的矢量。如果測量一個以上的天線，則脈沖響應作為一個矩陣被再次調(diào)用，其中每列表示來自單個天線的脈沖響應，如等式4所示。
接下來，該過程矢量化所再次調(diào)用的脈沖響應，并將所得的矢量附加成矩陣F的一列，其中該列相應于選定位置，如方框706所示。注意到只有基站收發(fā)信機使用一個以上的天線測量信道脈沖響應時，此矢量化過程才是必需的。對于L個測量位置，矩陣F可以表示成如下f(i)＝vec{H(i)}F＝[f(1)f(2)∧f(L)]接下來，該過程確定在選定的特征標記區(qū)域內(nèi)所測量位置的所有被測的脈沖響應是否都附加在矩陣F中，如方框708所示。如果來自所有位置的響應沒被再次調(diào)用和矢量化，則該過程選擇下一個位置，如方框710所示，并返回到方框704以再次調(diào)用下一個被測的信道脈沖響應。
如果該過程在方框708確定所有的數(shù)據(jù)都已經(jīng)被再次調(diào)用和附加以形成矩陣F，則該過程繼續(xù)來到方框712，其中從矩陣F中取出基本子空間T。此基本子空間的提取通常這樣實現(xiàn)，即分割直接對矩陣F進行奇異值分解操作的結果，或者通過對數(shù)據(jù)矩陣F估計的樣值協(xié)方差矩陣進行本征分解操作。此分割將重要的項從較不重要的項中分離出來，這些較不重要的項可能被噪聲或其它人造物嚴重失真。此分割可以簡單地通過對計算的奇異值或本征值按其幅度排序、并從N值組中選擇P·N最大值來實現(xiàn)，或可以選擇超過一個門限值的元素。確定基本子空間順序的更復雜的方法為本領域所熟知，例如1995年Prentice Hall卷III第5-9頁和第21-23頁Simon Haykin編輯的光譜分析和數(shù)組處理的發(fā)展。
在方框712表示的步驟已經(jīng)完成之后，矩陣T變成對于選定特征標記區(qū)域的空間平均RF特征標記。因此，從隱式測量的射頻信號傳播特性為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生射頻特征標記的過程在方框714結束。
涉及圖7描述的過程是從隱式測量的射頻信號傳播特性提取基本子空間的過程。對于隱式測量射頻傳播特性的基本子空間提取的更全面的討論以及提取基本子空間的其它方法參見1998年5月Stanford大學Michaela C.Vanderveen的名稱為“無線通信網(wǎng)的參量信道模型的估計”的論文。
該基本子空間提取捕獲來自特征標記區(qū)域的RF信號傳播特性的主要特征。此過程過濾在與選定特征標記區(qū)域相關聯(lián)的多個脈沖響應矢量中隱式接收和記錄的信息，并刪除被認為對于定位搜索不重要或較不重要的信息。
從概念上更容易理解的另一種提取主要特征的方法是非線性地平均與特征標記區(qū)域相關聯(lián)的被測脈沖響應，以提供單個平均功率延遲分布。參照圖10，通過在每次延遲對脈沖響應幅度取復數(shù)樣值，被測脈沖響應可以被轉(zhuǎn)換成功率延遲分布。曲線1000是這種功率延遲分布集合的圖形表示，功率以分貝表示，延遲以微秒表示，每次測量的位置松散地表示為一整數(shù)索引。曲線1000分布的集合沿位置軸1002前進，其中沿位置軸1002的位移表示在選定特征標記區(qū)域內(nèi)收集的多個測量值。沿著位置軸1002取平均值允許我們提取平均特征，產(chǎn)生平均功率延遲分布。參照圖11，曲線1100是從圖10的數(shù)據(jù)提取的這種平均功率延遲分布的圖形表示?？梢詾槊總€被測的天線計算平均功率延遲分布。平均功率延遲分布向基本子空間一樣可用于表示射頻信號傳播特性的平均或主要特征。
射頻信號傳播特性的主要特征傾向于與發(fā)射機和接收機的位置有關。因為基站收發(fā)信機在傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中一般是固定的，我們可以利用該主要特征識別用戶單元的位置。
在為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生空間平均射頻特征標記之后，該過程記錄空間平均射頻特征標記和表示選定特征標記區(qū)域的位置之間的關系，如方框216所述。最好通過將一個記錄寫入數(shù)據(jù)庫來完成此記錄操作，該數(shù)據(jù)庫使每個空間平均射頻特征標記與其各自的特征標記區(qū)域相關聯(lián)，正如諸如在特征標記區(qū)域44中心的位置46(參見圖1)所表示的一個位置。
接下來，該過程確定是否需要為該覆蓋范圍的另一個特征標記區(qū)域計算另一個空間平均射頻特征標記，如方框218所示。如果需要對另一個特征標記區(qū)域進行另外的處理，則該過程選擇下一個特征標記區(qū)域，如方框220所示，然后返回到方框214，在此計算下一個空間平均射頻特征標記。
如果該過程在方框218確定已經(jīng)處理了所有的特征標記區(qū)域，則數(shù)據(jù)庫形成過程結束，如方框222所述。該數(shù)據(jù)庫包括對于每個特征標記區(qū)域的空間平均射頻特征標記。該空間平均射頻特征標記包括表示從特征標記區(qū)域發(fā)送的信號的主要射頻傳播特性的信息，這些信息通過從來自特征標記區(qū)域中多個位置的測量值中算術地過濾較不重要的信息來確定。該數(shù)據(jù)庫現(xiàn)在準備好用于估計用戶單元位置，正如在下面所詳細描述的。
現(xiàn)在參照圖4，描述了一種方法和操作的高級邏輯流程圖，即根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)測量無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍中發(fā)射機的時間平均射頻特征標記、比較該時間平均射頻特征標記與空間平均射頻特征標記，并響應該比較，產(chǎn)生品質(zhì)因數(shù)。品質(zhì)因數(shù)的集合可用于通過決定發(fā)射機最有可能從哪個特征標記區(qū)域發(fā)射來估計發(fā)射機的位置。
如圖所示，該過程在方框400開始，此后途經(jīng)方框402，在此該過程接收一個估計用戶單元位置的請求。
在收到請求之后，該過程測量來自用戶單元發(fā)射機的信號的射頻信號傳播特性，該系統(tǒng)正在估計該用戶單元的位置，如方框404所示。被測的射頻信號傳播特性可以包括多徑分量的數(shù)目、每個多徑分量的平均功率、由于波陣面到達和極化的方位角和仰角而造成的天線增益和相位、波陣面的多普勒頻率、和波陣面的相對時延?？梢酝ㄟ^所接收信號的參量分解而顯式地測量這些特性。但在優(yōu)選實施例中，通過抽樣和記錄要定位的用戶和基站收發(fā)信機之間的特定信道的頻道脈沖響應來隱式測量射頻信號傳播特性。
測量來自要定位用戶單元的信號的射頻信號傳播特性非常類似于在形成空間平均射頻特征標記數(shù)據(jù)庫期間測量來自選定位置發(fā)射機的信號的射頻信號傳播特性，如圖2中方框204所示。
一旦已經(jīng)測量了射頻信號傳播特性，則該過程確定是否需要另一個測量，如方框406所示。最好，周期地取得RF信號傳播特性的多個測量值，使得可以計算出對于要定位的用戶單元的時間平均射頻特征標記。在某些情況下RF信號傳播特性的單個瞬時測量值可能是足夠的，但是我們都知道單個樣值估計器由于信號傳播中的潛在隨機過程而易發(fā)生很大的變化。從多個測量值估計RF信號傳播特性利用了統(tǒng)計原理來緩和隨機性并提取RF信號傳播特性的平均結構或主要特征。
如果需要另一個測量值，則該過程延遲，如方框408所示，然后回到方框404，在此再次測量射頻信號傳播特性。所取的測量數(shù)可以由在預定固定時間間隔內(nèi)可進行的周期性測量數(shù)確定。
如果該過程在方框406確定已經(jīng)取到足夠的測量值，則該過程進行到方框410，在此處理被測的射頻信號傳播特性以產(chǎn)生來自要定位的用戶單元的信號的時間平均射頻特征標記，在此時間平均射頻特征標記表示射頻信號傳播特性的主要特征。參照圖5可以更全面的理解計算時間平均射頻特征標記的過程。
圖5中，從隱式測量的射頻信號傳播特性計算時間平均射頻特征標記的過程在方框500開始，此后途經(jīng)方框502，在此該過程選擇測量來自要定位的用戶單元的信號的射頻信號傳播特性的第一時間。
接下來，該過程再次調(diào)用該選定時間的被測信道脈沖響應，如方框504所示。這些信道脈沖響應最好表示為與收集它們的時間有關的矢量。如果測量一個以上的天線，則響應作為一個矩陣被再次調(diào)用，其中每列表示來自單個天線的脈沖響應，如等式4所示。
接下來，該過程矢量化所再次調(diào)用的脈沖響應，并將所得的矢量附加成矩陣G的一列，其中該列相應于所選定時間，如方框506所示。注意到只有基站收發(fā)信機使用一個以上的天線測量信道脈沖響應時，此矢量化過程才是必需的。對于L個測量時間，矩陣G可以表示成如下g(i)＝vec{H(i)}G＝[g(1)g(2)∧g(L)]接下來，該過程確定是否所有測量時間的所有測量脈沖響應已經(jīng)附加在矩陣G中，如方框508所示。如果沒有把所有的時間再次調(diào)用、矢量化和附加到G，則該過程選擇下一個時間，如方框510所示，并返回到方框504以再次調(diào)用下一個測量的信道脈沖響應。
如果該過程在方框508確定所有的數(shù)據(jù)都已被再次調(diào)用和附加以形成矩陣G，則該過程在方框512繼續(xù)，在此從矩陣G提取基本子空間S。此基本子空間的提取通常這樣實現(xiàn)，即分割直接對矩陣F進行奇異值分解操作的結果，或者通過對從數(shù)據(jù)矩陣G估計的樣值協(xié)方差矩陣進行本征分解操作。此分割將重要的項從較不重要的項中分離出來，這些較不重要的項可能被噪聲或其它人造物嚴重失真。此分割可以簡單地通過對計算的奇異值或本征值按其幅度排序、并從N值組中選擇P·N最大值來實現(xiàn)。或者，可以選擇超過一門限值的元素。確定基本子空間順序的更復雜的方法為本領域所熟知，例如1995年Prentice Hall卷III第5-9頁和第21-23頁Simon Haykin編輯的光譜分析和數(shù)組處理的發(fā)展。
在方框512表示的步驟已經(jīng)完成之后，矩陣S變成對于來自所要定位的用戶單元的信號的時間平均RF特征標記。因此，從隱式測量的射頻信號傳播特性產(chǎn)生時間平均射頻特征標記的過程在方框514結束。
涉及圖5描述的過程是從隱式測量的射頻信號傳播特性提取基本子空間的過程。對于隱式測量的射頻傳播特性的基本子空間提取的更全面的討論以及提取基本子空間的其它方法參見1998年5月Stanford大學Michaela C.Vanderveen的名稱為“無線通信網(wǎng)的參量信道模型的估計”的論文。
該基本子空間提取捕獲從特征標記區(qū)域傳播的信號的主要特征。此過程過濾在與選定特征標記區(qū)域有關的多個脈沖響應矢量中隱式接收和記錄的信息，并刪除被認為對于定位搜索不重要或較不重要的信息。
從概念上更容易理解的提取主要特征的另一種方法是非線性地平均與特征標記區(qū)域有關的被測脈沖響應，以提供單個平均功率延遲分布。參照圖8，通過在每次延遲對脈沖響應幅度取復數(shù)樣值，被測脈沖響應可以被轉(zhuǎn)換成功率延遲分布。曲線800是這種功率延遲分布集合的圖形表示，功率以分貝表示，延遲以微秒表示，每個測量的功率延遲分布的測量時間表示為微秒。曲線800分布的集合沿位置軸802前進，其中位置軸802表示在一個時間跨度內(nèi)收集的多個測量值。沿著位置軸802取平均值允許我們提取平均特征，產(chǎn)生平均功率延遲分布。參照圖9，曲線900是從圖8的數(shù)據(jù)提取的這種平均功率延遲分布的圖形表示?？梢詾槊總€被測的天線計算平均功率延遲分布。平均功率延遲分布與基本子空間一樣可用于表示射頻信號傳播特性的平均或主要特征。
射頻信號傳播特性的主要特征傾向于與發(fā)射機和接收機的位置有關。因為基站收發(fā)信機在傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中一般是固定的，我們可以利用這些主要特征來識別用戶單元的位置。
再參照圖4，在方框410已經(jīng)計算了時間平均射頻特征標記之后，如方框412所示，該過程從特征標記數(shù)據(jù)庫中選擇一數(shù)據(jù)記錄，該數(shù)據(jù)庫具有表示選定特征標記區(qū)域的射頻信號傳播特性的主要特征的數(shù)據(jù)。
該過程然后比較來自要定位的用戶單元的信號的時間平均射頻特征標記與來自特征標記數(shù)據(jù)庫的包含空間平均射頻特征標記的選定數(shù)據(jù)記錄，以產(chǎn)生品質(zhì)因數(shù)，如方框414所示。在優(yōu)選實施例中，射頻特征標記從隱式測量值中得到，計算品質(zhì)因數(shù)的過程可以通過以下操作完成，即計算來自要定位的用戶單元的時間平均射頻特征標記表示的基本子空間和來自數(shù)據(jù)庫中選定數(shù)據(jù)記錄的空間平均射頻特征標記之間的距離。距離計算可以通過計算一個特征標記在另一個特征標記上的投影的模方(norm)來進行。此比較可以是加權比較，其中對更重要的信息給予更多考慮。
或者，對于顯式測量的射頻信號傳播特性，該特征標記可以是表示顯式傳播模型參數(shù)的超維矢量，如等式2中，并且表示它們比較的品質(zhì)因數(shù)可以是這些超維矢量的空間和時間平均版本之間的距離，類似于上述用于隱式測量值的方法。在這里以及其它地方，應注意平均可以包括傳統(tǒng)的線性平均、非線性平均或通過提取基本子空間進行的基于子空間的平均。
接下來，該過程存儲與來自空間平均射頻特征標記數(shù)據(jù)庫的選定數(shù)據(jù)記錄相關聯(lián)的品質(zhì)因數(shù)，如方框416所示。此后，該過程確定是否有另一個數(shù)據(jù)記錄要比較，如方框418所示。如果有另一個數(shù)據(jù)記錄要比較，則該過程選擇下一數(shù)據(jù)記錄，如方框420所示，然后返回到方框414以比較兩個射頻特征標記。
如果該過程確定已經(jīng)比較完所有的數(shù)據(jù)記錄，則該過程在方框422繼續(xù)，在此該過程根據(jù)有關的品質(zhì)因數(shù)對數(shù)據(jù)記錄排序以找到位置估計值。一旦已經(jīng)發(fā)現(xiàn)位置估計值，則該過程輸出對應于位置估計值的特征標記區(qū)域，如方框424所示。此輸出可以是與特征標記區(qū)域相關聯(lián)的位置的坐標，例如位置46的坐標。然后該過程終止，如方框426所示。
現(xiàn)在參照圖6，描述了一種系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，用于為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域產(chǎn)生射頻特征標記，還為要定位于覆蓋范圍內(nèi)的用戶單元測量時間平均射頻特征標記。如圖所示，由天線604-606接收多個波陣面600和602。波陣面600-602表示來自已經(jīng)遭受多徑失真的單個信源的信號。換句話說，兩個波陣面600和602來自相同的發(fā)射機但通過不同的傳播路徑。
在一典型實施例中，天線606-604可以由典型蜂窩塔頂上的三個扇區(qū)中每一個扇區(qū)的兩個分集接收天線實現(xiàn)。天線606-604連接到接收機和下變換器608，其將射頻頻譜轉(zhuǎn)換成復數(shù)值基帶。
接收機和下變換器608的輸出連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器610的輸入，其將復數(shù)值基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值流。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器610輸出的數(shù)字值流連接到信道估計器612的輸入。信道估計器612估計波陣面600-602的射頻信號傳播特性。射頻信號傳播特性可以包括多徑分量的數(shù)目、每個多徑分量的平均功率、由于波陣面的到達和極化方位角和仰角而造成的天線增益和相位、波陣面的多普勒頻率和波陣面的相對時延。如上所述，這些特性可以通過所接收信號的參量分解來顯式地測量，或通過估計、抽樣和記錄信道脈沖響應來隱式地測量。
信道估計器612的輸出，不論是射頻傳播特性的隱式表示還是這些特性的顯式測量值，都被存儲在存儲器614中。此存儲器可以由熟知的數(shù)據(jù)存儲設備實現(xiàn)，諸如硬盤、磁帶、隨機存儲器、CD ROM等等。
處理器616連接到存儲器614用于再次調(diào)用和處理數(shù)據(jù)和存儲這種處理的結果。處理器616可以由通用微處理器、定制的專用集成電路或數(shù)字信號處理器實現(xiàn)。處理器616內(nèi)是可以由硬件和軟件的各種組合實現(xiàn)的其它功能塊。還要注意信道估計器612也可以在處理器616中實現(xiàn)。
關于建立空間平均射頻特征標記數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)，處理器616包含再次調(diào)用存儲在存儲器614中數(shù)據(jù)的區(qū)域選擇器618，其中該數(shù)據(jù)表示特定特征標記區(qū)域的被測射頻信號傳播特性。區(qū)域選擇器618然后把此數(shù)據(jù)傳遞到特征標記區(qū)域處理器620，其計算選定特征標記區(qū)域的空間平均射頻特征標記并將該特征標記存儲在數(shù)據(jù)庫622中，數(shù)據(jù)庫622把該特征標記與特定的特征標記區(qū)域相關聯(lián)。如參照圖2和圖7所述計算空間平均射頻特征標記。
當處理器616收到一個估計用戶單元位置的請求時，用戶特征標記處理器624從存儲器614中再次調(diào)用信道估計器612做出的數(shù)據(jù)測量值。這些測量值表示在多個時間測量的來自要定位的用戶單元的信號的射頻特征標記傳播特性。用戶特征標記處理器624計算時間平均射頻特征標記，如參照圖4和5所述。
比較一個時間平均射頻特征標記與一個空間平均射頻特征標記的過程從特征標記區(qū)域搜索器626從用于選定特征標記區(qū)域的數(shù)據(jù)庫622再次調(diào)用一個空間平均射頻特征標記開始。特征標記區(qū)域搜索器626的輸出連接到特征標記比較器628的一個輸入，特征標記比較器628的另一個輸入連接到用戶特征標記處理器624的輸出。特征標記比較器628比較來自要定位的用戶單元的信號的時間平均射頻特征標記和選定特征標記區(qū)域的空間平均射頻特征標記，并根據(jù)該比較結果產(chǎn)生品質(zhì)因數(shù)。特征標記比較器628可以連接到存儲器614以便臨時存儲有關特征標記區(qū)域搜索器626再次調(diào)用的每個特征標記區(qū)域的品質(zhì)因數(shù)。特征標記比較器628還可以峰值保持方式存儲該品質(zhì)因數(shù)和對應的特征標記區(qū)域，因此如果產(chǎn)生更高的品質(zhì)因數(shù)，則該品質(zhì)因數(shù)及其特征標記區(qū)域坐標將替換前面的值。特征標記比較器628連接到輸出功能630，其格式化由具有最佳品質(zhì)因數(shù)的特征標記區(qū)域表示的用戶單元的估計位置。此輸出可以是特征標記區(qū)域例如位置46的位置坐標形式，或通過顯示表示用戶單元位置的地圖。
應當注意的是，上述實施例用于解釋上行鏈路操作模式，其中移動用戶單元是發(fā)射機，基站收發(fā)信機是接收機。接收機和發(fā)射機的其它組合實際上是可能的，包括下行鏈路上的操作。下行鏈路操作可以通過測量用戶單元中的射頻信號傳播特性，或計算用戶單元中的相關聯(lián)射頻特征標記，并將該特性發(fā)送到處理射頻特征標記的基站收發(fā)信機來實現(xiàn)。類似于上行鏈路的方法，這可以通過在基站收發(fā)信機的多個天線實現(xiàn)。
已經(jīng)為了說明和描述的目的提出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的上述描述。它不希望是窮盡的或?qū)⒈景l(fā)明限制到所披露的確切形式。根據(jù)上述的教導，明顯的修改或改變也是可能的。選擇和描述該實施例以提供本發(fā)明原理及其實際應用的最佳說明，并允許本領域的普通技術人員將本發(fā)明用于各種實施例和適于特定用途的各種改變。當根據(jù)所附權利要求書以公平、合法和公正授權的寬度進行解釋時，所有的這些修改和改變都在所附權利要求書確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的特征標記區(qū)域創(chuàng)建射頻特征標記的方法，該方法包括步驟測量與從無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的多個位置所發(fā)射的一個信號相關聯(lián)的射頻信號傳播特性；在包含具有選定測量射頻信號傳播特性的選定位置的覆蓋范圍中定義多個特征標記區(qū)域；針對一個選定特征標記區(qū)域，在選定特征標記區(qū)域中對所選的被測射頻信號傳播特性進行處理，來為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生一個空間平均射頻特征標記，其中該處理提取在選定特征標記區(qū)域內(nèi)被發(fā)射的信號的射頻信號傳播特性的主要特征；記錄在空間平均射頻特征標記和選定特征標記區(qū)域之間的關聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1的用于創(chuàng)建射頻特征標記的方法，其中在包含具有所選的被測量射頻信號傳播特性的所選位置的覆蓋范圍中定義多個特征標記區(qū)域的步驟進一步包括在包含具有所選的被測射頻信號傳播特性的選定位置的覆蓋范圍中定義多個特征標記區(qū)域，其中特征標記區(qū)域彼此相互鄰近，并且在幾何形狀和尺寸上是相似的。
3.根據(jù)權利要求1的用于創(chuàng)建射頻特征標記的方法，其中在選定特征標記區(qū)域中對所選的被測射頻信號傳播特性進行處理，來為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生一個空間平均射頻特征標記的步驟進一步包括對一個包含選定特征標記區(qū)域內(nèi)信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣進行分解，來提取表示選定特征標記區(qū)域中射頻信號傳播特性的主要特征的子空間。
4.根據(jù)權利要求3的用于創(chuàng)建射頻特征標記的方法，其中對一個包含信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣進行分解的步驟進一步包括步驟執(zhí)行對包含信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣的本征分解，以產(chǎn)生多個本征矢量及其對應的本征值；并且選擇對應于N個最大本征值的N個本征矢量。
5.根據(jù)權利要求1的用于創(chuàng)建射頻特征標記的方法，其中測量與從無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的多個位置所發(fā)射的一個信號相關聯(lián)的射頻信號傳播特性的步驟進一步包括為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的多個位置測量脈沖響應形式的射頻信號傳播特性。
6.根據(jù)權利要求5的用于創(chuàng)建射頻特征標記的方法，其中為覆蓋范圍中的多個位置，對脈沖響應形式的射頻信號傳播特性進行隱式測量的步驟進一步包括為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的多個位置測量功率延遲分布。
7.一種用于為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的特征標記區(qū)域創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，包括用于對與無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的多個位置所發(fā)射的一個信號相關聯(lián)的射頻信號傳播特性進行測量的裝置；用于在包含具有所選的被測射頻信號傳播特性的選定位置的覆蓋范圍中對多個特征標記區(qū)域進行定義的裝置；用于在選定特征標記區(qū)域中對所選的被測射頻信號傳播特性進行處理，來為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生一個空間平均射頻特征標記的裝置，其中該處理提取在選定特征標記區(qū)域內(nèi)被發(fā)射的信號的射頻信號傳播特性的主要特征；以及用于記錄在空間平均射頻特征標記和選定特征標記區(qū)域之間的關聯(lián)的裝置。
8.根據(jù)權利要求7的用于創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，其中用于在包含具有所選的被測射頻信號傳播特性的選定位置的覆蓋范圍中對多個特征標記區(qū)域進行定義的裝置進一步包括用于在包含具有所選的被測射頻信號傳播特性的選定位置的覆蓋范圍中定義多個特征標記區(qū)域的裝置，其中特征標記區(qū)域彼此相互鄰近，并且在幾何形狀和尺寸上是相似的。
9.根據(jù)權利要求7的用于創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，其中用于在選定特征標記區(qū)域中對所選的被測射頻信號傳播特性進行處理，來為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生一個空間平均射頻特征標記的裝置進一步包括用于對一個包含選定特征標記區(qū)域內(nèi)信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣進行分解，來提取表示選定特征標記區(qū)域中射頻信號傳播特性的主要特征的子空間的裝置。
10.根據(jù)權利要求9的用于創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，其中對一個包含信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣進行分解的裝置進一步包括用于執(zhí)行對包含選定特征標記區(qū)域內(nèi)信號傳播特性的矢量表示的結構化矩陣的本征分解，以產(chǎn)生多個本征矢量及其對應的本征值的裝置；以及用于選擇對應于N個最大本征值的N個本征矢量的裝置。
11.根據(jù)權利要求7的用于創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，其中用于測量與從無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的多個位置所發(fā)射的一個信號相關聯(lián)的射頻信號傳播特性的裝置進一步包括用于為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的多個位置測量脈沖響應形式的射頻信號傳播特性的裝置。
12.根據(jù)權利要求11的用于創(chuàng)建射頻特征標記的系統(tǒng)，其中用于為覆蓋范圍中的多個位置，對脈沖響應形式的射頻信號傳播特性進行隱式測量的裝置進一步包括用于為無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的多個位置測量功率延遲分布的裝置。
全文摘要
在一個無線通信系統(tǒng)中,對與從自無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中的幾個位置所發(fā)射的一個信號相關聯(lián)的射頻信號傳播特性進行測量(204)。接著,在覆蓋范圍中定義多個特征標記區(qū)域(201),其中每個特征標記區(qū)域都包含幾個具有所選的被測射頻信號傳播特性的選定位置。對一個選定特征標記區(qū)域(212),對相關聯(lián)的被測射頻信號傳播特性進行處理,來為選定特征標記區(qū)域產(chǎn)生一個空間平均射頻特征標記(214)。該空間平均射頻特征標記表示在選定特征標記區(qū)域內(nèi)所發(fā)射信號的射頻信號傳播特性的主要特征(214)。最后,對空間平均射頻特征標記和選定特征標記區(qū)域之間的關聯(lián)進行記錄(216)。
文檔編號H04B17/00GK1342374SQ00804438
公開日2002年3月27日 申請日期2000年12月15日 優(yōu)先權日1999年12月30日
發(fā)明者小威廉·弗朗西斯·亞歷山大, 斯里坎斯·古馬迪 申請人:摩托羅拉公司