專利名稱：利用無線通信測量距離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用無線通信測量距離。具體地，其涉及在工作于利用正交頻分復(fù)用(OFDM)的系統(tǒng)，例如局域網(wǎng)(LAN)中的兩個終端間測量距離。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種公知的射頻(RF)調(diào)制類型，其專用于局域網(wǎng)(LAN)，例如那些在5GHz頻段根據(jù)802.11a LAN行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作的網(wǎng)絡(luò)。此頻段為分配用于高速(達每秒56Mb)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆菂f(xié)作免許可頻段。
在802.11a LAN標(biāo)準(zhǔn)中定義的協(xié)議存在衍生，其用于4.9GHz頻段，僅用于公共安全目的。它的操作與調(diào)制非常類似于802.11a LAN標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并具有一些附加功能。
通常，根據(jù)802.11a LAN標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的LAN包括遠程單元(RU)和一個或多個接入點(AP)。在實際中，RU與AP可能是由類似硬件形成的通信終端，包括具有強大信號處理能力的4.9-5.0GHz收發(fā)信機。該RU實際上可為移動終端。該AP實際上可為固定終端，其物理連接至靜態(tài)物理網(wǎng)絡(luò)，并且通過AP向或從網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送的數(shù)據(jù)。
希望AP知道RU至AP的距離。一種利用藍牙跳頻(FH)調(diào)制在2.4GHz頻段測量RU相對于AP的位置的公知系統(tǒng)包括RU處的應(yīng)答器。該應(yīng)答器包括專用芯片。此系統(tǒng)在每一RU處需要特殊的硬件和軟件附加物，從而使該RU成為非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。此外，利用FH調(diào)制的測距需要利用回送過程。FH調(diào)整基本上不同于并且不兼容OFDM調(diào)制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種估計第一無線通信終端和第二無線通信終端間距離的方法，其包括(i)在該第一終端處接收信號，該接收信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號含有包括多個同時調(diào)制的載波的OFDM信號；以及(ii)處理該接收的信號，包括解調(diào)操作，以生成解調(diào)信號；(iii)將該解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在該接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(iv)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(v)對于識別的分量，計算從該第二終端至該第一終端的經(jīng)歷時間。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供第一無線終端，其用于測量其自身與第二無線終端間的距離，該第一終端包括(i)用于接收信號的接收機，該接收信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號含有包括多個同時調(diào)制的載波的OFDM信號；以及(ii)在接收信號上進行解調(diào)操作以產(chǎn)生解調(diào)信號的解調(diào)器；以及(iii)一個或多個處理功能，其用于(a)將該解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在該接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(b)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(c)對于該識別的分量，計算從該第二終端至該第一終端的經(jīng)歷時間。
該方法與該第一終端從而可使用僅利用標(biāo)準(zhǔn)OFDM信令的單向通信路徑(從發(fā)送終端至接收終端，無環(huán)回)?！皹?biāo)準(zhǔn)”O(jiān)FDM信令指的是現(xiàn)有的(現(xiàn)在或?qū)淼?通信協(xié)議/物理層可不加修改地用于現(xiàn)有的RU產(chǎn)品。
該第二終端可方便地包括標(biāo)準(zhǔn)未修改的硬件與軟件(即，并不需要修改該第二終端，以允許與根據(jù)本發(fā)明的第一終端一同使用)。
在該第一與第二方面中，第一終端可用于確定每一分解的分量的強度值，該強度值可與門限值比較，以確定是否將該強度值視為非零，從而包括具有該強度值的分量，以得到具有最短路徑長度的分量。
在本發(fā)明第一方面和第二方面中，由第二終端發(fā)射并由第一終端接收的發(fā)射信號可方便地是在802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義的PLCP(物理層匯聚過程)訓(xùn)練信號。此為通常在終端(例如，RU)發(fā)射的起始處提供的‘長訓(xùn)練序列’。此信號的目的使允許其它終端(例如，AP)與該終端同步。
該訓(xùn)練信號包括訓(xùn)練符號，其為由802.11a LAN標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)符號。它可在頻域中表示，也可在時域中表示。在頻域中，該訓(xùn)練符號包括64個預(yù)定義復(fù)數(shù)，也稱為相量(phasor)，這些復(fù)數(shù)中的52個為非零，其余為零。在時域，該訓(xùn)練符號包括復(fù)時間信號的64個時間采樣，該復(fù)時間信號通過計算這些相量的逆快速傅立葉變換(FFT)獲得。該復(fù)時間信號的每一采樣由兩個獨立分量構(gòu)成，即，I(同相)分量與Q(正交)分量。I分量為該復(fù)采樣的實部，且Q分量為該復(fù)采樣的虛部。該I與Q分量可通過公知的正交幅度調(diào)制(QAM)過程獲得，以產(chǎn)生該發(fā)射的RF信號。發(fā)射機在啟動時間，此處稱為T1和T2，將該訓(xùn)練符號發(fā)送兩次。為了同步目的，在接收機中以公知方式記錄這些時間。
在本發(fā)明的第一方面和第二方面，該發(fā)射信號從而可包括訓(xùn)練符號，該訓(xùn)練符號通過向在頻域中生成的信號的相量施加逆FFT運算而產(chǎn)生，以生成I與Q分量，合并這些分量以生成該發(fā)射信號。
該第一終端方便地包括存儲作為解調(diào)器輸出而產(chǎn)生的信息的存儲器。當(dāng)通過施加逆FFT運算產(chǎn)生發(fā)射信號時，由該存儲器存儲的信息包括由該解調(diào)器解調(diào)的信號的復(fù)時間采樣。該第一終端可進一步包括一種處理功能，其用于定位對應(yīng)于該訓(xùn)練符號起始的時間，以定義該存儲的時間采樣的采樣起始時間。優(yōu)選地，該處理功能用于定位前面所指的時間T2。
該第一終端還進一步包括一種處理功能，其用于對時間采樣施加校正因子，以補償頻率偏移。該第一終端可對時間采樣執(zhí)行FFT運算，例如，在補償頻率偏移之后。該FFT運算可為離散傅立葉變換(DFT)運算。通過該FFT運算產(chǎn)生恢復(fù)的相量復(fù)合矢量C(其包括所有接收多徑信號的作用的疊加)。該第一終端可進一步包括一種處理功能，其構(gòu)造下面進一步解釋的特殊矢量集{Ck}，其中，該集合的每一分量對應(yīng)于該發(fā)射信號經(jīng)歷的不同特定路徑長度。該第一終端可進一步包括一種處理功能，其將接收相量信號的恢復(fù)復(fù)合矢量分解為對應(yīng)于不同路徑長度的分量。這通過執(zhí)行求出復(fù)合矢量C與特殊矢量集{Ck}的每一分量值的內(nèi)積絕對值|<C，Ck>|的數(shù)學(xué)函數(shù)運算實現(xiàn)。此運算利用對應(yīng)于每一路徑長度的接收相位的唯一組合和所構(gòu)造的特殊矢量集合{Ck}的正交性。
對于從解調(diào)的接收信號恢復(fù)的信號進行的處理運算中的任意一個或多個可由單個處理器或以組合方式操作的多個處理器執(zhí)行。在實際中，每一這樣的處理器可為數(shù)字信號處理器(微處理器)，其可通過本領(lǐng)域?qū)嶋H公知的任何硬件和/或軟件形式實現(xiàn)。
下面將說明用于第一終端的執(zhí)行上述處理功能的詳細運算方法(算法)的示例。
在此說明書中，‘RF’通常理解為高于10kHz的頻率，例如，高達500GHz。在許多情況下，RF能量將具有從100kHz至100GHz的頻率。盡管本發(fā)明在原理上可適用于此范圍內(nèi)的所有頻率，但其特別適用于1GHz至10GHz的頻率范圍，特別是在4.9-5.0GHz區(qū)間內(nèi)的無線LAN頻率。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種測量前面定義的第一無線通信終端與第二無線通信終端間的距離的方法，包括在該第二(發(fā)送)終端處(i)生成包括FFT域中相量的OFDM訓(xùn)練符號；(ii)通過向在頻域中產(chǎn)生的信號相量施加逆FFT運算，處理該生成的信號，以生成I和Q分量；(iii)合并該I與Q分量，以產(chǎn)生包括多個同時調(diào)制的載波的發(fā)射信號；以及(iv)發(fā)射該發(fā)射信號；以及在該第一(接收)終端處(v)在該第一終端接收信號，該接收信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號含有包括多個調(diào)制載波的OFDM信號；以及(vi)處理該接收的信號，包括執(zhí)行解調(diào)操作，以生成解調(diào)信號；(vii)將該解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在該接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(viii)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(ix)對于識別的分量，計算從該第二終端至該第一終端的經(jīng)歷時間。
對于每一分解的分量，該方法可包括確定強度值，并將該強度值與門限值比較，以確定該強度值是否為非零的步驟。識別哪個分解的分量具有最短路徑長度的步驟可僅施加至具有確定為非零強度值的分量。
該第一終端可包括接入點終端，并且該第二終端可包括遠程單元終端，二者均為例如根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)或其它LAN協(xié)議操作的LAN的終端。根據(jù)本發(fā)明的實施例計算的這兩個終端間的距離可由該第一終端以各種方式使用。包括1)切換輔助由于接入點從LAN中的遠程單元接收的RF強度不一定與這二者間的距離呈簡單關(guān)系，因而這是有利的，當(dāng)通信鏈路質(zhì)量處于臨界狀態(tài)時，該接入點指示該遠程單元將其連接切換至最近的接入點，而不是從其接收最強信號的接入點。這使切換間的時間最大，并且使LAN的中央交換機上的信號處理負擔(dān)最小。由每一AP確定的距離值發(fā)送至通信范圍內(nèi)的每一RU，以允許該RU找出最近的AP。
(2)定位存在知道例如警察局的成員的公安人員的人員或車輛的當(dāng)前位置的需要。在這種應(yīng)用中使用本發(fā)明的實施例，當(dāng)知道RU和多個AP間的距離，并且知道固定AP的位置時，可通過三角測量計算該RU的位置。通過該RU中的處理器計算，距離信息可用于求出該RU的位置。另外，可在AP之一或其它地方的處理器執(zhí)行此計算。在所有情況下，測距信息必須從有關(guān)的AP發(fā)送至包括執(zhí)行該計算的處理器的終端。
利用實施本發(fā)明以計算兩個終端間距離的適當(dāng)算法，有利地避免了在該第二(發(fā)送)終端處需要任何應(yīng)答器或其它專用硬件或軟件。在該第一終端處，可通過簡單地分析該第二終端的標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練發(fā)射來執(zhí)行距離測量。因此，此實施例提供簡單的路徑，而不是回送過程。從而標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與操作軟件可有利地用于該第一終端。
現(xiàn)在將僅通過示例，并參考


本發(fā)明的各實施例。

圖1為公知的OFDM發(fā)射機的功能框圖。
圖2為OFDM接收機和實施本發(fā)明的處理器的功能框圖。
具體實施例方式
如同在本發(fā)明的實施例中所使用，OFDM為公知的調(diào)制形式，其將通信信道劃分為N個子信道。這些子信道以子載波為中心。在OFDM中，通過利用諸如4QAM、16QAM和64QAM(其中，‘QAM’為正交幅度調(diào)制)的調(diào)制方式調(diào)制所有子載波來發(fā)送數(shù)據(jù)。同時發(fā)送所有子載波。從而生成復(fù)數(shù)復(fù)合信號，其中，不能區(qū)分不同的子載波。
這與跳頻(FH)調(diào)制(例如藍牙)不同，其使用一次發(fā)送一個的多個子載波。
在根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)的OFDM LAN系統(tǒng)中，在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，發(fā)射機發(fā)送訓(xùn)練序列以與接收機在時間和頻率上正確的同步。在傳輸?shù)拈_始，RU發(fā)射稱為‘長訓(xùn)練序列’的OFDM RF突發(fā)，其目的是使AP同步。該長訓(xùn)練序列包括頻域中的N個子載波(在802.11a中N＝52)，其在載波(約5GHz)附近間隔相等的頻率。每一子載波具有相同的幅度，但不同的預(yù)定相位。這些相位值固定并且已知，設(shè)置它們向復(fù)合信號提供特定的有用屬性。此外，所有子載波由相同的系統(tǒng)產(chǎn)生，并且鎖定至相同的合成器，從而以確定方式全部相位相關(guān)。
根據(jù)波傳播定律，到達距離L處的遠程位置的每一子載波將經(jīng)歷不同的相位變化(由于其不同的頻率)。某些子載波將經(jīng)歷多個360度相位旋轉(zhuǎn)。然而，在遠程位置看到的N個相位的組合是唯一的，并且唯一地與經(jīng)歷的距離L和該長訓(xùn)練序列的初始相位相關(guān)。
如果該接收信號為許多信號的復(fù)合疊加，由于多次反射(多徑傳播)，每一信號經(jīng)歷了(略微)不同的距離，則接收信號包含與所有這些路徑相關(guān)的信息。
在實際中，子載波的相位、幅度與頻率間隔(在發(fā)射RU處)固定并且已知，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練符號進行設(shè)置。通過施加逆FFT運算，這些相位與幅度生成作為空中RF信號發(fā)送的時變信號。該接收信號為時變信號，其是受到傳播條件、多徑反射和噪聲影響的發(fā)送信號的衍生。
對此接收的時間信號執(zhí)行FFT運算，以提供一組復(fù)矢量，其與原始訓(xùn)練符號相關(guān)，但由于多徑效應(yīng)和傳播定律造成的相位變化產(chǎn)生失真，并且這些矢量中的每一個包含關(guān)于一起包括在該多徑接收信號中的所有信號分量的混合信息。通過利用該信道的離散多徑模型，并且通過處理該復(fù)矢量，我們能夠分離關(guān)于各個路徑的信息，使得可識別最短路徑。其它較長路徑可認為是由于原始發(fā)射信號的多次反射造成的。這按照下面的方式完成。
通過利用OFDM調(diào)制的正交性，我們可構(gòu)造一組特殊矢量，每一個與一個特定的可能經(jīng)歷的距離相關(guān)，該距離包括在由該多徑接收信號的多個分量涵蓋的所有可能路徑中。我們執(zhí)行數(shù)學(xué)矢量運算，以求出這些復(fù)矢量(其通過FFT從接收的時間信號重建)和我們構(gòu)造的每一特殊矢量的所謂內(nèi)積。這樣，我們能夠產(chǎn)生一組不同的值，其每一個對應(yīng)于不同的可能路徑。每一個這樣的值與從每一不同路徑接收的能量成比例，即與該多徑接收信號的每一分量的對應(yīng)強度成比例。
與包括在該計算的強度值組中的非零強度值關(guān)聯(lián)的最短路徑長度是發(fā)送RU與該接收AP間的直接距離。應(yīng)當(dāng)注意，此路徑可能具有小于計算的一個或多個更長路徑的強度值，這是由于不同路徑中的不同傳播條件造成的。包含在計算組中的強度值可與門限值比較，以確定它們是否非零，即，它們是否等于或大于該門限值。該門限值可為例如在所有路徑上檢測的最大值的一半。
圖1表示在802.11LAN的RU中的公知形式的發(fā)射機中的OFDM信號的產(chǎn)生與發(fā)射。一組相量由基帶生成器101生成。它們表示頻域中的訓(xùn)練信號信息。運算器102向這些相量施加逆FFT運算。結(jié)果為64個復(fù)時間采樣，每一個具有I分量與Q分量。這些分量被提供至調(diào)制器105，其通過正交幅度調(diào)制(64QAM)產(chǎn)生將要發(fā)射的RF信號。處理此信號并通過發(fā)射機前端106將其作為發(fā)射信號107在RF發(fā)射。
圖2表示在AP的接收機/處理器200中的信號接收與處理。接收信號109在接收機前端201接收。該接收信號109為由圖1的發(fā)射機100產(chǎn)生的發(fā)射信號107的多徑衍生版本。該接收機前端201的輸出由解調(diào)器202進行處理，其執(zhí)行發(fā)射機100(圖1)的調(diào)制器105的逆功能，以產(chǎn)生具有在存儲器203中存儲的I和Q分量的復(fù)時間采樣。通過由接收機200以公知方式獨立獲取的同步信息，識別對應(yīng)于由發(fā)射機100進行的第二次訓(xùn)練符號發(fā)射的起始的時間T2。在處理器204中，時間T2處于在存儲器203中存儲的采樣中，以提供時間基準(zhǔn)，即精確的采樣起始時間。在處理器205中，調(diào)整至?xí)r間T2基準(zhǔn)的時間采樣被進一步處理，其通過在補償器205中施加校正因子，以考慮頻率偏移(后面進一步解釋)。然后通過運算器206向校正的時間采樣施加FFT運算，以產(chǎn)生包括一組相量的復(fù)矢量C。它們是原始訓(xùn)練符號的相量，其被破壞為發(fā)射信號107的多徑反射的結(jié)果。這些相量存儲在貯存器207中。
發(fā)生器208生成一組特殊矢量{Ck}，其與由復(fù)矢量C中的多徑接收信號中的分量涵蓋的可能的各個路徑長度相關(guān)。在實際中，如果長訓(xùn)練符號固定，則可一次產(chǎn)生這些矢量{Ck}，并將其存儲在存儲器中。處理器209通過計算稱為復(fù)矢量C與集合{Ck}內(nèi)積絕對值的函數(shù)，將貯存器207中的相量的恢復(fù)復(fù)矢量C分解為對應(yīng)于不同路徑長度的各個分量。這樣，可將復(fù)矢量C分解為所需的各個分量，這是由于對應(yīng)于包括在復(fù)矢量C的多徑信息中的每一路徑長度分量的接收相位的唯一組合和集合{Ck}的正交性造成的。通過此計算產(chǎn)生的值為一組存儲在存儲器210中的強度值。所產(chǎn)生并存儲的集合的每一強度值對應(yīng)于接收的信號分量，其從經(jīng)歷了不同距離的多徑信號分解得到。將這些值施加至比較器211，其將每一值與門限強度值比較。如前所述，該門限值可為整個集合值的最大強度值的一半。每個不小于該門限的強度值作為非零值施加至檢測器212，其識別哪個施加的非零值對應(yīng)于經(jīng)歷的最短路徑長度。最后，提供該識別值的信號分量從該發(fā)射機100至該接收機/處理器200的經(jīng)歷時間，其為經(jīng)歷距離的量度，通過關(guān)于此分量的相關(guān)信息計算得出。
在實際中，施加至參考圖2說明的該解碼信號的各種處理功能中的兩個或更多可方便地由通用處理設(shè)備執(zhí)行，例如數(shù)字信號處理器(微處理器芯片)，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
對于該接收機/處理器200中的處理功能的運算的詳細分析如下1.算法說明該OFDM長訓(xùn)練符號的非零基帶子載波Sn(t)具有以下形式Sn(t)=ρnei(nΔωt+φn),ρn=1,φn∈{0,π},n=-Nc/2,···,Nc/2,n≠0---(1)]]>其中，對于802.11a OFDM長訓(xùn)練符號，Nc＝52，N＝64，Δω＝2π·20E6/N，其中，N為一個符號中的時間采樣數(shù)。用ωt，ωr表示分別具有隨機相位θt，θr的調(diào)制器與解調(diào)器中心頻率，利用離散多徑模型，將路徑系數(shù)與延遲分別表示為hm∈C,τm∈R,m=0,···,Np-1---(2)]]>其中，Np為RF路徑的數(shù)量，并且不失一般性，我們假設(shè)，發(fā)射機(Tx)與接收機(Rx)前端延遲可忽略(如果不能忽略，其將為硬件產(chǎn)生的、已知的固定延遲，可通過相應(yīng)地后向調(diào)整該接收的訓(xùn)練符號的相位進行校正)。然后，通過ϵ=(ωt-ωr)2πNΔω,|ϵ|<<1---(3)]]>在后面的題為‘算法的限制與精確度’小節(jié)中，我們顯示通過計算該時間符號的FFT獲得的第n個接收的子載波的相量具有以下形式
cn=Σm=0Np-1hmei[θt-θr+φn-(ωt+nΔω)τm]+O(ϵ)≈Σm=0Np-1bmei(φn-nΔω·τm)---(4)]]>我們暫時忽略(4)中的O(ε)誤差，從而bm=hmei(θt-θr-ωtτm).]]>注意，利用循環(huán)前綴，(4)對于延遲的路徑有效，因為對于每一接收路徑，我們總是在全部N個采樣的集合上計算FFT，并且FFT{xn+d}=ei2πλNdFFT{xn}---(5)]]>從而，我們所需的就是‘Frame Sync’(其為包含由802.11標(biāo)準(zhǔn)定義的64個時間采樣的時間信號，并且用于這些時間采樣的時間同步)?，F(xiàn)在，我們假設(shè){φn}已知，因為它們是OFDM長訓(xùn)練符號的相位。將該長訓(xùn)練符號的解調(diào)相量的(Nc+1)維矢量表示為C={cn(1-δn,0)},n=-Nc2,···,Nc2---(6)]]>并且考慮矢量Cm={ei(φn-nΔωτm)(1-δn,0)},n=-Nc2,···,Nc2,m=0,···,Np-1---(7)]]>那么，顯然有C∈span{Cm}m=0Np-1---(8)]]>且具體地C=Σm=0Np-1bmCm---(9)]]>如果我們令τm=2πmNpΔω,Np=Nc2---(10)]]>那么，利用內(nèi)積定義<x,y>=Σn=-NpNpxnyn*---(11)]]>這些矢量相互正交，因為對于p，g∈0，…，Np-1<Cp,Cq>=Σn=-Npn≠0NpemΔω(τq-τp)=2Re{ei2πNp(q-p)Σn=0Np-1ei2πnNp(q-p)}=Ncδpq---(12)]]>現(xiàn)在，如果第J條路徑為最短的非模糊路徑，即bm＝0，m＜J，則<C,Ck>=Σm=JNp-1bm<Cm,Ck>=0,k<JNcbk,k≥J---(13)]]>由于|<C，Ck>|在k＝J時第一次不等于零，則τJ=2πJNpΔω]]>為最短的經(jīng)歷時間。如果c=3E8msec]]>為光速，則估計的距離為d＝c·τJ米。
2.算法的限制與精確度首先，我們估計由不完美的頻率同步引入的誤差第m路徑和第n子載波的下混合接收時間信號具有以下形式Sn,m(t)={hmei[(ωt+nΔω)(t-τm)+θt+φn]}e-i(ωrt+θr)]]>其得到Sn,m(t)=hmei[θt-θr+φn-(ωt+nΔω)τm]ei(ωt-ωr+nΔω)·t---(14)]]>因此，令xn,m=hmei[θt-θr+φn-(ωt+nΔω)·τm]---(15)]]>并且利用(3)中的ε，接收機在時間tq=2πqNΔω,q=0,···,N-1]]>得到的對應(yīng)的信號采樣組為Sn,m=xn,m{ei(ωt-ωr+nΔω)2πqNΔω}q=0N-1=xn,m{(1+iϵq)ei2πnqN+O(ϵ2)}q=0N-1---(16)]]>從而，通過(15)，我們得到Sn,m=hmei[θt-θr+φn-(ωt+nΔω)·τm]{ei2πnqN+O(ϵ)}q=0N-1---(17)]]>進行(17)的FFT，并將RF路徑相加，得到(4)。通過10ppm的頻率誤差，我們得到|ε|≈0.016，從而，我們在(3)中的假設(shè)是合理的。在(同步至)Frame Sync消息中的微小誤差不是非常重要，因為一個采樣偏移僅導(dǎo)致15的誤差。
最大范圍與分辨率如下Δω2π=0.3125Mhz]]>得到max.range=2π(Np-1)NpΔωc=923m,]]>resolution=2πNpΔωc≅37m.]]>在建議用于4.9GHz，具有可變帶寬的LAN系統(tǒng)中，期望的最大可用范圍可利用5MHz BW擴展至4km。然而，由于對于固定的子載波數(shù)量，范圍/分辨率比恒定，則距離分辨率約為160m。
由于Np的值不是2的冪，則不能立刻利用FFT計算(12)。另外，必須對于所有路徑執(zhí)行計算，因為關(guān)于最短路徑(其可能不是最短的)的適當(dāng)判決需要歸一化。然而，可以使用DFT，由于Np＝26，則實時計算不是必須的。
3.算法使用的優(yōu)選形式下面說明當(dāng)完全的802.11a標(biāo)準(zhǔn)接收機可用時的算法的優(yōu)選形式。我們所指的適用文檔是保持原始標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)“IEEE Std 802.11a-1999Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and PhysicalLayer(PHY)specifications”。
參考以前的標(biāo)注和等式，令Nc=52,Δω2π=0.3125Mhz,Np=Nc2,τm=2πmNpΔω,m=0,···,Np-1---(18)]]>該OFDM長訓(xùn)練序列具有Nc+1個子載波，其相量由下面的矢量定義L-26，26＝[11-1-111-11-1111111-1-111-11-111110(19)1-1-111-11-11-1-1-1-1-111-1-11-11-11111]在(19)中，“1”或“-1”分別對應(yīng)于φn＝0或φn＝π。然后，根據(jù)(18)與(19)構(gòu)建(7)中定義的矢量{Cm｝。802.11a PHY中的PLCP前序(‘SYNC’)包括位于由T1和T2表示的起始時間的兩個完全相同的長訓(xùn)練序列。為了最大化允許的延遲擴展(換言之，最大化左側(cè)的循環(huán)拓展的長度)，選擇同步至?xí)r間T2的起始。
下面是以算法操作的優(yōu)選形式在AP接收機內(nèi)操作的步驟1)存儲接收的PLCP采樣；2)在離線模式中利用接收機提供的‘Frame Sync’(單獨接收)定位T2的起始；3)利用信道精密頻率估計補償頻率偏移的時間采樣；4)在時間采樣的FFT的輔助下計算(6)中的分量C；
5)計算(13)中的|<C，Ck>|。最小的J滿足|<C,CJ>|maxk{|<C,Ck>|}>0.5---(20)]]>其為對應(yīng)于最短路徑的指數(shù)。
6)計算路徑長度d＝c·τJ，其中，c為光速。
權(quán)利要求
1.一種估計第一無線通信終端與第二無線通信終端間的距離的方法，包括(i)在第一終端接收信號，接收的信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號含有包括多個同時調(diào)制的載波的OFDM信號；以及(ii)處理所述接收信號，包括執(zhí)行解調(diào)操作，以生成解調(diào)信號；(iii)將所述解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在所述接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(iv)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(v)對于識別的分量，計算從所述第二終端至所述第一終端的經(jīng)歷時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括由所述第一終端為在步驟(iii)中分解的每一分量確定強度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，將所述強度值與門限值比較，以確定是否將所述強度值視為非零，并且在步驟(iv)中，僅包括具有非零強度值的分量，以得到具有最短路徑長度的分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的方法，其中，由所述第一終端接收并處理的信號是在802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義的PLCP(物理層匯聚過程)訓(xùn)練信號的多徑衍生。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項所述的方法，其中，將在步驟(ii)中作為解調(diào)器操作輸出而產(chǎn)生的信息存儲在存儲器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，存儲器中存儲的信息包括時間采樣，并且所述方法包括向所述信息施加處理功能，以定位對應(yīng)于所述存儲的時間采樣中訓(xùn)練符號起始的時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述處理功能用于在所述存儲的時間采樣中定位對應(yīng)于第二次發(fā)射訓(xùn)練符號的起始的時間T2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，包括由所述第一終端向所述存儲的時間采樣施加校正因子，以補償頻率偏移。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求6至8中任何一項所述的方法，包括對這些時間采樣執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)運算，以產(chǎn)生相量的復(fù)合矢量C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括構(gòu)造特殊矢量集合{Ck}，其中，該集合{Ck}的每一分量對應(yīng)于經(jīng)歷的不同特定路徑長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括由所述第一終端通過執(zhí)行求出復(fù)合矢量C與構(gòu)造集合{Ck}的每一分量的內(nèi)積絕對值|＜C，Ck＞|的數(shù)學(xué)函數(shù)運算，將相量的恢復(fù)復(fù)合矢量C分解為對應(yīng)于不同路徑長度的分量。
12.一種第一無線通信終端，用于測量其自身與第二無線終端間的距離，該第一終端包括(i)用于接收信號的接收機，接收的信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號含有包括多個同時調(diào)制的載波的OFDM信號；以及(ii)用于對該接收信號進行解調(diào)操作以產(chǎn)生解調(diào)信號的解調(diào)器；并且其特征在于(iii)一個或多個處理器，其用于(a)將所述解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在所述接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(b)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(c)對于識別的分量，計算從所述第二終端至所述第一終端的經(jīng)歷時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的終端，其用于對于每一分解的分量確定強度值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的終端，其用于對于每一分解的分量將所述強度值與門限值比較，以確定是否將所述強度值視為非零，從而將包括具有所述強度值的分量，以得到具有最短路徑長度的分量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的終端，其中，所述第一終端用于接收并處理作為在802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義的PLCP(物理層匯聚過程)訓(xùn)練信號的多徑衍生的接收信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任何一項所述的終端，包括用以存儲作為解調(diào)器輸出而產(chǎn)生的信息的存儲器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的終端，其中，所述存儲器用于存儲由所述解調(diào)器解調(diào)的信號的復(fù)時間采樣。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的終端，其中，所述第一終端進一步包括一種處理功能，其用于在所述存儲的時間采樣中定位對應(yīng)于訓(xùn)練符號起始的時間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的終端，其中，所述處理功能用于在所述存儲的時間采樣中定位對應(yīng)于第二次發(fā)射訓(xùn)練符號的起始的時間T2。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任何一項所述的終端，其中，所述第一終端進一步包括一種處理處理功能，其用于向這些時間采樣施加校正因子，以補償頻率偏移。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任何一項所述的終端，其中，所述第一終端包括一種處理功能，其用于對這些時間采樣執(zhí)行FFT運算，以產(chǎn)生相量的復(fù)合矢量C。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任何一項所述的終端，其中，所述第一終端進一步包括一種處理處理功能，其用于構(gòu)造特殊矢量集{Ck}，其中，該集合的每一分量對應(yīng)于經(jīng)歷的不同特定路徑長度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的終端，其中，所述第一終端包括一種處理處理功能，其用于通過執(zhí)行用來求出復(fù)合矢量C與特殊矢量集合{Ck}的每一分量值的內(nèi)積絕對值|＜C，Ck＞|的數(shù)學(xué)函數(shù)運算，將相量的恢復(fù)復(fù)合矢量C分解為對應(yīng)于不同路徑長度的分量。
24.根據(jù)權(quán)利要求12至23中任何一項所述的終端，其進一步包括一種處理功能，該功能用于利用估計的距離結(jié)果，執(zhí)行LAN系統(tǒng)操作。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的終端，其包括LAN接入點，并且該終端包括一種處理功能，其用于參與第二終端的切換輔助過程，該第二終端為該LAN的遠程單元(RU)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的終端，其用于在其它接入點終端的輔助下，利用估計的距離結(jié)果，確定遠程單元終端的位置。
27.一種估計第一無線通信終端與第二無線通信終端間的距離的方法，包括在該第二(發(fā)送)終端處(i)生成包括頻域中相量的OFDM訓(xùn)練符號；(ii)通過向頻域中產(chǎn)生的信號的相量施加逆FFT運算，處理該生成的信號，以在時域中生成復(fù)信號的I和Q分量；(iii)合并該I與Q分量，以產(chǎn)生含有包括多個同時調(diào)制的載波的OFDM信號的發(fā)射信號；以及(iv)發(fā)射該發(fā)射信號；以及在該第一(接收)終端處(v)接收包括由所述第二終端發(fā)射的發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生的接收信號；以及(vi)處理所述接收信號，包括執(zhí)行解調(diào)操作，以生成解調(diào)信號；(vii)將所述解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在所述接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(viii)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(ix)對于識別的分量，計算從所述第二終端至所述第一終端的經(jīng)歷時間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述第二終端為標(biāo)準(zhǔn)未修改的RU終端。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的方法，其中，該方法利用從所述第二終端至所述第一終端的沒有回送的單向通信路徑進行操作。
全文摘要
一種估計第一無線通信終端與第二無線通信終端間的距離的方法，包括(i)在第一終端接收信號，接收的信號包括由第二終端發(fā)射的RF發(fā)射信號的復(fù)合多徑衍生，該發(fā)射信號包括OFDM信號；以及(ii)處理該接收的信號，包括執(zhí)行解調(diào)操作，以生成解調(diào)信號；(iii)將該解調(diào)信號分解為對應(yīng)于包括在該接收信號中的不同路徑長度分量的多個分量；(iv)識別哪個分解的分量對應(yīng)于最短的路徑長度；以及(v)對于識別的分量，計算從該第二終端至該第一終端的經(jīng)歷時間。該第一終端可用于確定每一分解的分量的強度值。該強度值可與門限值比較，以確定是否將該強度值視為非零，從而包括具有該強度值的分量，以得到具有最短路徑長度的分量。還說明了一種終端，其用于執(zhí)行這些步驟和包括這些步驟的發(fā)送和接收OFDM信號的方法。由該第二終端發(fā)射，并由該第一終端以多徑衍生形式接收的發(fā)射信號可方便地為在802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義的PLCP(物理層匯聚過程)訓(xùn)練信號。這通常是在由LAN中的終端(例如RU)的發(fā)射起始處提供的“長訓(xùn)練序列”。此信號的目的是允許另一終端(例如，AP)與該終端同步。
文檔編號H04L27/26GK1853114SQ200480026578
公開日2006年10月25日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者阿瑞爾·盧扎托, 薩洛蒙·塞爾法蒂 申請人:摩托羅拉公司