CN100586042C - 前向链路中继器频率水印方案 - Google Patents

Abstract

一种前向链路中继器频率水印(FLRFWM)系统，通过用中继器信息给中继信号加上水印，能够在有中继器的区域中对移动站进行准确的定位。每次信号经过中继器时，中继器用(唯一的或不唯一的)快速频率调制波形水印对前向链路信号加上水印。移动站检测和/或识别前向链路信号上的快速频率水印，以确定中继器信息，中继器信息有助于网络位置确定实体或移动站定位系统利用AFLT和/或A-GPS系统来确定位置。这里描述的前向链路快速频率水印系统实现了以下优点：对FL、AFLT和GPS性能最小的影响，良好的检测、识别和虚警概率，检测/识别时间短，以及良好的检测/识别灵敏度。

Description

前向链路中继器频率水印方案

相关申请的交叉引用

据此要求2003年2月24日提交的、题目为“FORWARD LINKREPEATER FREQUENCY WATERMARKING SCHEME”的美国临时申请No.60/449774的优先权，后者全文并入此处，作为参考。

发明领域

本发明涉及定位系统，其利用无线信号来确定电子移动设备的位置。

技术背景

基于GPS的现有定位系统使用环绕地球轨道的卫星的网络，这些卫星在已知时间发射信号。地面上的GPS接收机测量来自它能够“看到”的天空中各卫星的信号的到达时间。信号的到达时间与卫星的确切位置和从各卫星发射的信号的确切时间一起，用于对GPS接收机的位置进行三角测量。GPS接收机需要四个卫星来进行三角测量，并且，随着能被检测到的卫星的数量的增加，所得的定位性能也在提高。

如果只能找到三个(或更少)的卫星，则基于GPS的定位会出现一个问题，并且，在这种情况下(还缺少其他辅助信息)，不可能对GPS接收机准确地进行定位。例如，如果GPS接收机对天空的观察受阻(例如，位于一个混凝土建筑物的深处)，则不可能获得足够的GPS测量值，以确定接收机位置。

对于无线通信接收机(即移动站)，基站的现有无线网络可用于定位目的，其方式类似于GPS卫星网络用于GPS接收机。从理论上讲，每个基站的确切位置、基站发射信号的确切时间和基站信号到达移动站(即蜂窝电话)的时间可用于对移动站的位置进行三边测量。该技术被称为高级前向链路三边测量(AFLT)。

AFLT方法本身即可用于定位目的，或者，为了提高GPS系统的性能，在支持GPS的移动站(即，既包括GPS又包括无线通信接收机的设备)中，无线通信基站的现有网络可作为次级“卫星”网络，以用于定位目的。AFLT技术与GPS算法结合起来，被称为混合或辅助GPS(A-GPS)。

AFLT是一种利用多个无线通信网络基站来确定移动站位置的方法，每个基站发出唯一的导频信号。AFLT方法包括：从所述多个基站取得导频信号的多个数据测量值，在当前实施例中，这包括取得移动站的激活导频信号集合、候选导频信号集合和邻居导频信号集合中存在的导频信号的测量值。每个数据测量值包括每个导频信号的最早到达时间估计值。在一些实施例中，所述数据测量值还包括导频信号的所有可解析路径的RMSE估计值、每个到达时间的测量时间和能量测量值(例如，Ec/Io)。

通过AFLT算法获得的数据测量值可单独用于确定移动站位置，或者，一个或多个有代表性的AFLT测量值可与有代表性的GPS测量值一起，用于确定移动站的位置。在一些实施例中，移动站包括蜂窝电话，该方法还包括：在取得数据之前，将蜂窝电话无线地连接到一个蜂窝基站；该基站向蜂窝电话提供一个小区搜索列表，该小区搜索列表包括在可从中取得数据测量值的区域中的所有蜂窝基站。在包括GPS系统的实施例中，基站也可以提供GPS搜索列表，GPS搜索列表可用于减少移动站执行GPS搜索所需的时间，从而减少定位时间。

实践已经证明，AFLT(包括A-GPS)在定位方面只取得了有限的成功，部分原因在于：无线网络中所使用的中继器导致导频信号的发射点不明确。换言之，移动站当前还不能区分所收到的信号是从施主收发机基站(BTS)发射的，还是从中继器发射的。由于导频信号的发射点未知(例如，直接来自施主BTS或通过中继器)，所以，AFLT测量值不能用于准确地确定位置。此外，中继器还有内部延时，范围通常为几百毫微秒至数十微秒，从而潜在地导致大约24.4米(对于100毫微秒)至2.44千米(对于10微秒)范围内的定位误差。

在一个传统实施例中，中继器问题的一个解决方案是：排除存在中继器的区域中的所有AFLT测量值。但是，该方案完全使得在很多位置完全无法利用AFLT定位和A-GPS的AFLT部分，从而降低了定位的可用性和有益效果，并且增大了GPS搜索窗口，这导致定位时间更长。

为了帮助定位，过去曾提出在反向链路上引入签名，美国专利No.6501955对此进行了描述。但是，RL签名在降低中继器对定位影响方面的作用是有限的，因为移动站使用来自前向链路的AFLT测量值来进行定位。由于无法保证返回移动站的前向链路和来自移动站的反向链路沿着相同的路径(即通过相同的中继器)，所以，反向链路签名对于识别用于定位目的的中继器信息并不是最佳的。例如，美国专利No.6501955也曾提出在RF信号上引入签名，但是尚未开发出实际的解决方案。

发明内容

公开了一种前向链路中继器频率水印(FLRFWM)系统和方法，通过用中继器信息对中继信号加水印，能够在有中继器的区域中进行定位。该FLRFWM系统包括中继器和移动站，当前向链路信号经过中继器时，中继器用快速频率调制波形对前向链路信号加水印，移动站检测和识别快速频率调制波形。快速频率水印包括的中继器信息可用于利用AFLT和/或A-GPS系统在有中继器的区域中确定移动站的位置。中继器信息可以仅仅指示信号是中继的，或者也可以唯一地标识FL信号所经过的中继器。通过在前向链路上引入水印，可以将每个AFLT测量值进行中继器屏蔽，从而用于定位。前向链路快速频率水印实现以下优点：对FL、AFLT和GPS性能最小的影响，良好的检测、识别和虚警概率，检测/识别时间短，以及良好的检测/识别灵敏度。

公开了一种中继器，其包括：放大器，用于把从基站到移动站的前向链路信号进行放大；以及快速频率调制器，当前向链路信号经过中继器时，快速频率调制器用一个标识性的快速频率水印，对前向链路信号进行频率调制。快速频率水印具有的一个频率使得频率跟踪环路在移动站处基本上检测不到该水印，从而将对AFLT和GPS性能的负面影响最小化。此外，该快速频率水印的幅度能够降低对FL性能的负面影响。

在一些实施例中，周期为2T的基本上周期性的调制波形定义所述水印。所述波形的半周期T明显小于频率跟踪环路的时间常数，例如，小于频率跟踪环路的时间常数的约1/60，从而频率跟踪环路在移动站处基本上检测不到所述水印。在一些实施例中，该周期性波形可能是一个方波，其幅度小于或等于约50Hz。在一些实施例中，该周期性波形具有唯一值T，唯一地标识中继器，从而在移动站处实现对中继器的识别。在其他实施例中，所有中继器都有一个具有相同值T的周期性波形，从而在移动站处只实现对中继器的检测。

在一些实施例中，非周期性调制波形定义该水印，如比特持续时间为2T的BPSK、QPSK和OQPSK编码波形中之一。在这些实施例中，所述波形的半比特持续时间T明显小于移动站频率跟踪环路的时间常数，从而频率跟踪环路在移动站处基本上检测不到所述水印。在一些实施例中，该非周期性波形的幅度小于或等于约50Hz。在一些实施例中，该非周期性波形具有唯一的比特序列，从而在移动站处实现对中继器的识别。在其他实施例中，所有中继器都有一个具有相同比特序列的非周期性波形，从而在移动站处只实现对中继器的检测。

公开了一种移动站，其接收多个前向链路导频信号和识别快速频率水印波形是否存在以确定任一前向链路信号是不是中继的。该移动站包括：接收机，用于接收前向链路信号；频率跟踪环路，对FL信号进行准确的解调；以及AFLT搜索器。该AFLT搜索器检测导频信号和执行导频信号相位测量，所述导频信号相位测量包括测量所述多个前向链路导频信号的到达时间。该移动站还包括一个中继器识别系统，被配置为：如果水印存在，则检测和识别FL信号上的所述水印。通过在前向链路信号中搜索水印波形是否存在，该中继器识别系统检测FL信号上的中继器。该中继器识别系统识别前向链路信号上的中继器，方式如下：从前向链路信号中搜索水印波形是否存在；如果存在，则获取水印波形；寻找唯一标识中继器的水印波形的属性。由于快速频率，该频率跟踪环路基本上检测不到该水印波形。

还公开了一种用于确定移动站的位置信息的方法。该方法包括：在可能存在中继器的区域中，根据多个导频信号的前向链路，确定位置信息。该方法开始为：在移动站中执行AFLT搜索，以检测导频信号和测量所述多个导频信号的最早到达时间。然后，移动站选择位于所述AFLT期间的第一导频信号，以及，通过对所述第一导频信号执行中继器AFLT搜索，将所述第一导频信号进行中继器屏蔽，所述中继器AFLT搜索包括搜索一个标识中继信号的快速频率水印波形。所述水印波形的频率使得所述移动站中的频率跟踪环路在所述移动站处基本上检测不到所述水印。对于多个其他选中的导频信号，通过重复所述选择和中继器屏蔽步骤，继续执行该方法，直到获得的被进行中继器屏蔽的导频信号的数量足以确定所述移动站的位置。最后，把在所述AFLT搜索中获得的所述导频信号的导频信号相位测量值和中继器信息提供给移动站位置确定系统或网络位置确定实体，以确定所述移动站的位置。

在中继器搜索期间所得到的中继器信息至少应该包含关于所述信号是否被成功进行中继器屏蔽的信息，如果是，则还包含所述信号是不是被中继的信息。在一个实施例中，中继器信息仅包含导频信号是否被成功进行中继器屏蔽的指示，如果是，还有关于信号是不是被中继的指示，从而，通过排除中继的导频信号和未被成功进行中继器屏蔽的导频信号的测量值，移动站位置确定系统和网络位置确定实体中之一确定所述移动站的位置。

在另一个实施例中，如果存在水印波形，则中继器AFLT搜索根据该水印波形识别中继器ID。在该实施例中，在中继器搜索期间所得到的、被提供给移动站位置确定系统或网络位置确定实体的中继器信息还包括被标识为中继的各导频信号的中继器ID，从而在计算位置时可以使用中继信号测量值。

在A-GPS用于确定位置的一些实施例中，在执行中继器AFLT之前，执行GPS搜索。如果获得的GPS测量值足以确定位置，则可以跳过中继器AFLT搜索，从而减少定位时间。

附图说明

为了更全面地理解本发明，下面将结合附图详细描述实施例，其中：

图1示出了多个无线通信网络基站、上面有中继器的建筑物、GPS卫星和手持移动站的用户；

图2示出了一个示例性的蜂窝基站覆盖区域结构；

图3是包括收发机基站(BTS)、中继器和移动站(MS)的前向链路中继器频率水印系统的框图；

图4示出了频率调制器(图3)对FL信号加水印所用的调制波形F(t)的一个例子；

图5示出了调制波形F(t)的另一个例子，其包括BPSK波形；

图6是集成了无线通信和定位能力、并且包括中继器识别系统的移动站的一个实施例的框图；

图7是对一个导频信号执行中继器标识搜索的流程图；

图8是在一个实施例中从FL导频信号中确定中继器ID所使用的中继器标识搜索的框图；

图9是在一个实施例中对多个FL导频信号执行中继器AFLT搜索的流程图；

图10是在另一个实施例中对多个FL导频信号执行中继器AFLT搜索的流程图，被优化用于最小识别时间；以及

图11是在有中继器的蜂窝覆盖区域中使用AFLT或A-GPS系统来确定移动站位置的方法示例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，其中相同的标记表示相同或相似的部件。

术语和缩略语

在说明书的详细描述中将使用以下术语和缩略语：

AFLT：高级前向链路三边测量。一种利用移动站测量的来自基站的无线信号的到达时间(以及可选地，其他陆地测量值)的定位技术。

AFLT搜索器：移动站的一部分，其搜索来自视野内各基站的导频信号。

A-GPS：辅助全球定位系统。一种定位技术，基于GPS伪距测量值、但利用基于AFLT或类似BTS的定位技术来进行确定位置。

基站：一种与移动站进行通信的单元，例如，基站可以包括用于网络连接的收发机基站(BTS)、移动交换中心(MSC)、移动定位中心(MPC)、定位实体和任何网络互联功能单元(IWF)。

BPSK：二相相移键控。

BTS：收发机基站。一种用于与移动站进行通信的固定站，包括发射和接收无线通信信号的天线。

C/A码：粗捕获码。GPS卫星发射的周期性序列，用于标识GPS发射卫星和测量从所观测的GPS卫星到GPS接收机的伪距。

CDMA：码分多址。一种高容量数字无线技术。

CSM：小区调制解调器(Cell Site Modem)。用于无线基站设备的芯片组。

FL：前向链路。从基站(BTS)到移动站(MS)的传输。

FTL：频率跟踪环路。FTL跟踪所收到的通信信号的载波频率，以进行准确的解调。

GPS：全球定位系统。一种利用到GPS卫星的距离测量值来确定三维位置的技术。

GSM：移动通信全球系统。

MS：移动站。该术语用于描述用户手机或无线终端。

MSM：移动站调制解调器。

PCS：个人通信业务。工作在1.8-2.0GHz范围内的所有数字蜂窝传输。

PDE：定位实体。管理移动站定位的网络实体。

导频信号集合(激活)：与当前分配给移动站的前向业务信道相关的导频信号。它们是移动站从本地基站接收到的最强导频信号，通常是相同导频信号的多径分量。

导频信号集合(候选)：移动站所能看到的、移动站所测量的强度超过“空中传输”给定门限的所有导频信号。

导频信号集合(邻居)：由在与移动站当前通信的基站的附近(或邻接)的基站发射的、可被移动站接收到的所有导频信号。

导频信号：从本地基站接收到的、标识该基站的无线信号。

PN码：伪随机噪声码。BTS发送的用于扩频的特定序列，用作小区(或小区扇区)的标识符，以及对话音和数据传输进行加扰。PN码还用于确定从所观测的BTS到移动站的伪距。

PPM：导频信号相位测量。从AFLT搜索所获得的导频信号测量值，包括PN码移的测量值。

PRM：伪距测量值。从GPS卫星搜索所得的GPS卫星信号测量值，包括C/A码移的测量值。

QPSK：正交相移键控。

中继器：一种把发向和来自BTS的无线信号进行接收、放大和重发的设备。

RL：反向链路。从移动站(MS)到基站(BTS)的传输。

RMSE：均方根误差。RMSE估计根据用于报告导频信号相位的路径的强度，提供测量的不确定性。

SNR：信噪比。

TRK_LO_ADJ：一种控制移动站中压控温补晶体振荡器(VCTCXO)的信号。通常，移动站中的所有时钟和频率参考都是从该振荡器产生的。

变量表

在详细描述中使用以下变量：

f：调制波形的频率，单位是Hz。

f_A：调制波形的幅度(振幅)，单位是Hz。

f_C：CDMA芯片频率(1.2288MHz)。

n：用于对中继器ID进行编码的比特的总数量。

N：使用特定水印方案可以获得的可能中继器ID的总数量。

N_POST：对频率相关中的复旋转(complex rotation)的输出执行相干积累(coherent accumulation)的次数。

N_PRE：来自搜索器的将要被进行相干积累的导频信号采样的数量。

T：CDMP码片中调制波形的半周期。

T_C：CDMA码片周期(＝1/f_c)。

T_CPD：CDMA码片中的叉积(cross product)更新率。

T_FC：在固件中将频率相关算法作为背景任务进行执行的时间。

T_MAX：CDMA码片中最长的调制波形半周期。

T_MIN：CDMA码片中最短的调制波形的半周期。

环境

图1示出了多个收发机基站(BTS)10、具有中继器16的建筑物14、GPS卫星18和手持移动站22的用户20。

BTS 10包括多个基站，用作无线通信网络的一部分，与移动站进行连接。BTS通常提供通信服务，使诸如无线电话之类的移动站通过通信网络12连接另一电话。但是，BTS也可用于其他设备和/或其他无线通信目的，例如，与手持个人数字助理(PDA)进行互联网连接。

在一个实施例中，BTS 10是CDMA无线通信网络的一部分，但在其他实施例中，也可以使用其他类型的无线通信网络，如GSM网络。在该实施例中，每个BTS定期地发射唯一标识该BTS的伪随机序列。伪随机序列是用于使接收机锁定的一系列比特。在CDMA术语中，该伪随机序列被称为“导频信号”，如同这里所使用的那样，术语“导频信号”可用于任何无线通信系统以及CDMA系统。

中继器16主要包括放大器，并且接收和发射在BTS和移动站之间的放大导频信号。从战略上讲，中继器可以位于蜂窝网络中没有空隙、干扰和微弱服务的任何地方，通过把从BTS到其他覆盖区域的导频信号进行放大，从而增强信噪比。

GPS卫星18包括任意一组用于对GPS接收机进行定位的卫星。这些卫星连续地发出能够被GPS接收机检测的无线信号，GPS接收机通过把GPS卫星C/A码与所收到的卫星C/A码进行相关并对其进行时移直至二者达到相关，测量无线信号从卫星行驶到接收机所用的时间量。由于无线信号的行驶速度是已知的，并且，卫星在符合“GPS时间”的每毫秒内同步周期性地发出它们的信号，所以，通过确定它们到达所用的时间，就可以确定信号行驶的距离。对于开放空间中的用户，GPS接收机对卫星的观察通常不受阻挡，因此，当用户位于开放空间时，测量GPS信号的到达时间是直接的，因为它通常是从卫星到接收机的直接“视线”。但是，对于无线通信的情形，用户所处的城市可能有高楼或其他障碍物，这使得GPS定位更加困难。

图2示出了一个示例性的蜂窝BTS覆盖区域结构。在该示例性结构中，多个六角形BTS覆盖区域24彼此邻接，对称平铺排列。BTS10分别位于各BST覆盖区域24之内，并在它们所处的区域内提供覆盖。具体而言，在这里为便于说明，BTS 10a提供覆盖区域24a内的覆盖，BTS 10b提供覆盖区域24b内的覆盖，等等。

在一个理想的蜂窝通信网络中，覆盖区域24被配置为彼此相邻，从而，当移动台穿过各覆盖区域时，向移动台提供连续的蜂窝覆盖。但是，大部分蜂窝网络都有导致蜂窝覆盖问题的空隙、干扰和其他障碍。例如，诸如隧道、车库以及体育馆等环境对蜂窝服务产生问题。作为其他例子，延伸的高速公路和农村覆盖范围用BTS进行维护可能是非常昂贵的。因此，为了以比安装另一BTS低得多的成本来增强或扩展BTS的范围，可以在覆盖区域中设置一个或多个中继器16。

在一个实施例中，中继器16包括在移动站和BTS之间收发信号的天线和收发机，后面还将结合图3对此进行详细描述。在一个简单的例子中，中继器把收到的信号进行放大，并在相同频率上重新传输它们。

在图2中，手持移动站22的用户20位于第一覆盖区域24a中。由于障碍物的干扰，如巨大的建筑物(未显示)，移动站22可能无法从第一BTS 10a接收到足够强的导频信号。此外，由于距离较远，移动站22可能无法直接从第二BTS 10b接收到足够强的导频信号。但是，中继器16b大约位于覆盖区域24b中，从而，可以充分覆盖移动站22的位置，否则的话，移动站22就会经历服务空隙。换言之，当从第二BTS 10b发射导频信号时，通过中继器16b将其放大，然后在移动站22处将其接收。

移动站22具有如上所述的定位能力，包括AFLT，因此，它不仅能够利用当前分配给移动站的导频信号(即激活集合)，而且还可以利用激活集合之外的导频信号，来确定移动站的位置。例如，在一个实施例中，移动站搜索邻居列表29中存在的导频信号，邻居列表29是该移动站可能收到的导频信号的列表。例如，可以从移动站提供邻居列表。

应当注意的是，根据当前的CDMA标准，可以为候选集合28(即，移动站能够看到的、移动站所测量的强度超过“空中传输”给定门限的导频信号)或激活集合27(即，与当前分配给移动站的前向链路信道相关的导频信号，它们是移动站从本地基站接收到的最强的导频信号，并且通常是相同导频信号的多径分量)选择邻居列表中的特定导频信号。

为了在移动站22的定位中使用AFLT测量值，必须为中继器成功把这些导频信号(不管在激活、候选或邻居集合中)进行屏蔽，如果是中继的，移动站必须确定信号来自哪个中继器。此外，为了在定位计算中使用中继的AFLT测量值，中继器的位置和内部延时也必须是已知和可用的。

如前所述，移动站中传统的AFLT和A-GPS系统不能检测和/或识别中继信号，这使得用于定位的导频信号相位测量值在有中继器覆盖的区域中基本上无用。为了解决该问题，这里公开了一种能够对前向链路信号唯一加水印的中继器以及一种能够检测和识别加了水印的中继信号的移动站。由于移动站能够检测和识别信号是不是中继的，并且，如果是中继的，根据该信号来自哪个中继器，使用移动站收到的激活、候选和邻居导频信号中任意之一，可以进行准确的定位。此外，这里还公开了一种能够(唯一地或不唯一地)对前向链路信号加水印的中继器，以及一种只能检测加了水印的中继信号的移动站。在该实施例中，由于该移动站只能检测信号是不是中继的，所以，必须从定位中排除所有中继的导频信号(以及没有被成功进行中继器屏蔽的导频信号)。

描述

前向链路中继器频率水印(FLRFWM)系统

图3是实现FLRFWM系统的通信系统的框图。该通信系统包括：收发机基站(BTS)10、中继器16和移动站(MS)22。BTS 10有一个天线30，用于从中发射前向链路导频信号31。中继器16包括：第一天线32，用于从BTS 10接收前向链路信号31；放大器33，用于放大信号；快速频率调制器34，用于对FL加水印；以及第二天线36，用于把加了水印的前向链路信号37发射给MS 22。该MS包括：天线38，用于从该中继器接收加了水印的前向链路信号37；以及频率跟踪环路39，用于对FL信号37进行准确的解调。

BTS 10包括用于无线通信的任何合适的基站。在一个实施例中，BTS被配置用于CDMA，但在其他实施例中，BTS可实现用于其他无线通信网络，例如TDMA和GSM。尽管只示出了一个发射信号的天线30，但应当理解的是，该BTS具有BTS的典型配置，包括一个或多个收发机，以及用于发射和接收信号的天线。

中继器16包括任何合适的中继器，具有放大器33，放大通信信号，也就是说，中继器16包括对BTS 10和MS 22之间的通信信号进行接收、放大和重新发射的任何合适配置。此外，该中继器包括一个频率调制器34，用快速频率调制对前向链路信号31加水印，例如，后面还将结合图4至图5对此进行详细描述。

在一个实施例中，中继器16包括第一天线32和第二天线36。第一天线32用于接收前向链路信号31，第二天线36用于从中继器重新发射前向链路信号37。应当注意的是，尽管图3的中继器只示出了一个放大器和一个频率调制器，但应当理解的是，中继器16也可以具有任何合适的配置。例如，该中继器也可以包括多个收发机(发射机/接收机)，它们经由天线32、36，接收和重新发射进入和发出中继器16的信号。

应当注意的是，该中继器也可以包括其他配置，例如，该中继器可以经由有线连接，而连接到BTS。这样的例子包括光中继器，其接收光信号(例如光纤)，将其放大(和/或对其进行重新整形、重新计时、频移以及重建)，以及无线地将其发射出去(在相同或不相同的频率上)。

中继器16包括快速频率调制器34，其用快速频率水印对前向链路信号31加水印，后面还将结合图4或图5对此进行详细描述。快速频率水印把前向链路信号标识为中继信号，并且可以标识唯一的中继器ID，以表示信号经过哪个中继器。通过对中继的前向链路信号加水印，可以判断哪个导频信号是被中继的，并且，通过唯一地对中继的前向信号加水印，还可以确定对于这些中继信号，哪个具体的中继器中继了该导频信号。使用该信息，可以用AFLT或其他类似定位技术，获得准确的定位信息。

仍参考图3，移动站22有一个天线38，用于接收来自BTS和中继器的通信信号，包括来自中继器16的加了水印的前向链路信号37。如同后面结合图7和图8详细描述的那样，如果有水印的话，MS 22能够检测FL信号上的快速频率水印，辨别信号是否来自中继器，以及，在一些实施例中，识别哪个具体中继器发射了该信号，从而实现准确的AFLT测量，并且定位计算中使用它们，这里的其他地方还将对此进行描述。还应当注意的是，频率跟踪环路39应该不能够检测到快速频率水印，后面还将结合图4和6对此进行详细描述。

中继器频率水印调制方案

图4和图5示出了可用于对FL信号加水印的快速频率调制波形的两个例子。图4示出了可用于对FL信号进行频率调制的周期性方波波形，其中，每个中继器唯一的中继器ID是用调制波形的频率(例如选择半周期T)来标识的，后面还将对此进行描述。图5示出了用于对FL信号进行频率调制的非周期性波形，其中，在调制波形内用二相相移键控(BPSK)对每个中继器唯一的中继器ID进行编码。应当注意的是，不同的调制波形可以被频率调制到FL信号上，从而对FL信号加水印。例如，可以使用诸如正弦和三角波形之类的周期性波形和诸如QPSK和OQPSK之类的非周期性波形。

在一些只需检测中继信号的实施例中，移动站只检测信号是不是中继的，而不识别信号所经过的中继器。在这种情况下，由于调制波形的存在表示导频信号是中继的，而不需要附加信息，所以，可以给所有中继器分配相同的ID，从而对所有中继的FL信号应用相同的调制波形。但在既需要检测中继信号还需要识别中继信号的其他实施例中，调制波形包括对每个中继器唯一的中继器ID，从而，移动站不仅能够检测调制波形的存在，而且还能根据该调制波形，识别导频信号所经过的中继器。

图4示出了调制波形40的一个示例，在一个实施例中，当FL信号通过中继器时，可将调制波形40调制到该FL信号上，从而给该信号加上水印。在该实施例中，调制波形的频率是中继了该FL信号的中继器的唯一ID，也就是说，波形的半周期T表示FL信号所经过的那个中继器的中继器ID。在该实施例中，调制波形包括一个周期性方波40，其幅度为f_A，周期44为2T。应当选择变量f_A(该频率调制波形的幅度)和T(该波形的半周期)42，以降低对FL、AFLT和GPS的负面影响，同时提高中继器检测和识别能力，后面还将对此进行更详细的描述。

为了将n比特(其中n表示用于中继器ID的比特数量)加水印到导频信号上，可以定义N＝2ⁿ个波形，每个波形的周期为2[T_MIN：inc：T_MAX]T_C秒，其中，在CDMA码片中，2T_MIN是最短的周期，2T_MAX是最长的调制波形周期，N是在该示例性实施例中可被调制的不同中继器ID的数量，并且，选择inc，以在N个水印之间产生均匀的频率间隔。

此外，应当选择半周期T 42，从而使最慢的水印(即具有最大T(T_MAX)的水印)快得足以基本避免被频率跟踪环路(FTL)在MS处检测到(如图3中的39所示)。否则，如果FTL能够在MS处检测到该频率水印，频率水印的当前幅度(f_A或-f_A)将导致TRK_LO_ADJ(一个控制移动站中的压控温补晶体振荡器VCTCXO的信号，所有移动站时钟和频率参考都是从该信号产生的)截止。在CDMA网络系统中，这将导致不希望的CDMA编码多普勒效应，这将对AFLT测量值的准确性产生负面影响，因为AFLT搜索中过去没有实现时间跟踪。当在其他通信系统中实现时，也会出现类似的问题。此外，在A-GPS系统中，在GPS处理期间禁止频率跟踪环路，因为移动站总是处于捕获模式，并且TRK_LO_ADJ被冻结为其最近的CDMA值，其与冻结时的水印幅度相反。在GPS伪距测量中该误差转换成GPS多普勒误差，从而潜在地降低GPS伪距的测量值的又一效果和所得位置的准确度。

在一些实施例中，最好选择幅度f_A约为50Hz的波形，从而使FL性能恶化最小化(例如，平均低于0.2dB)、提高中继器检测和识别能力以及减少识别时间。在图4所示波形的一个实现示例中，其中，在CDMA网络系统中实现快速频率调制，当f_A约为50Hz并且T的大约是[10*64：inc：11*64]CMDA码片范围时，获得良好的效果，其中，CDMA码片周期或T_C是1/1.2288e6秒，并且，为便于检测，选择inc，以实现均匀的频率间隔。然后，把所得值截短到最接近的chipx8时钟。例如，水印波形的所得频率范围为[872.72：960]Hz，均匀间隔大约为2.815Hz。在后面的示例部分，还会对这些结果进行详细描述，讨论如何优化变量(例如f_A和T)，从而提供对FL CDMA、AFLT和GPS最小的影响、提高中继器检测和识别能力以及减少识别时间。

图4的实施例中的快速频率调制一定程度上是有优势的，因为它不需要符号时间同步。换言之，由于唯一标识中继器的是周期性调制波形的频率(即通过半个周期T)，而不是具体的(n比特)符号编码，所以，不必在中继器处提供同步，否则的话，需要在中继器处提供同步来准确地将非周期性调制波形(如编码的n比特符号编码)的开始部分(和结束部分)进行同步。此外，由于该实施例中的周期性调制波形的自身特性，具体而言，是调制波形频率中编码的中继器ID，与其他基于频率调制的水印方案相比，该水印对衰减保持很高的免疫力。

图5示出了用于对FL加水印另一个调制波形50的示例。具体而言，图5示出了用二相相移键控(BPSK)将n比特中继器ID频率调制到FL信号上。在该实施例中，每个比特周期54是用两个半周期T定义的。零(“0”)56是通过将半周期T的导频信号与f_A进行调制而产生的，然后在半个周期内，将该信号与-f_A进行调制。一(“1”)是通过在两个连续时间T持续时间内将FL信号先与-f_A进行调制、然后再与f_A进行调制而产生的。该水印调制需要(n比特)符号时间同步，因此，中继器必须具有一个用于完成所需同步的系统。尽管符号时间同步会增加在中继器中实现快速频率调制的复杂度和成本，但在一些实施例中，受益大于成本，并且，调制方案能够取得良好的效果。

应当注意的是，这里只给出了CDMA系统中的一些实现示例，快速频率调制也可以实现在多种无线系统中，如TDMA和GSM。

移动站

图6是移动站22的一个实施例的框图，该移动站集成了AFLT和基于GPS的定位能力，并且包括一个能够检测FL信号(即，如果该信号是被中继的)上的水印的中继器识别系统。如果检测到水印，它可以从加了水印的中继FL信号中提取出中继器信息。该实施例使用GPS和/或AFLT来确定位置，但是，在其他实施例中，也可以只使用AFLT。

在图6中，无线通信系统60连接到一个或多个天线59。无线通信系统60包括与无线BTS进行通信和/或检测来自它的信号的合适设备、硬件和软件，包括：接收机61，用于接收FL信号；频率跟踪环路(FTL)62，对FL信号进行准确的解调。

在一个实施例中，无线通信系统60包括一个适于与无线BTS的CDMA网络进行通信的CDMA通信系统，但在其他实施例中，该无线通信系统可以包括其他类型的网络，如TDMA或GSM。

移动站控制系统63连接到无线通信系统60，通常包括一个提供标准处理功能的微处理器以及其他计算和控制系统。AFLT搜索器64连接到无线通信系统60和移动站控制系统63。该AFLT搜索器检测导频信号，并对移动站发现的导频信号(如，来自激活、候选和邻居导频信号集合)执行导频信号相位测量，并将这些测量值提供给导频信号相位测量(PPM)数据库65。

与控制系统63相连接的导频信号相位测量(PPM)数据库65用于存储来自AFLT搜索器的观测数据测量值的有关信息，例如，到达时间、RMSE和Ec/Io。导频信号ID唯一标识数据库中每个导频信号。

移动站可选地提供定位系统66，定位系统66连接到移动站控制系统63和PPM数据库65。适当的时候，定位系统66从其他系统(例如，GPS通信系统、PPM数据库和中继器识别系统)请求信息和操作，然后利用通过任意合适的AFLT算法、GPS算法以及AFLT算法和GPS算法的组合而获得的测量值，执行用于确定移动站位置所需的计算。为此，定位系统66还包括位置和导频信号处于激活、候选和邻居列表中的所有BTS以及中继器的内部延时的数据库(未显示)。

应当注意的是，定位系统66可以不需要网络定位实体(PDE)而单独工作，也就是说，在没有来自MS外部资源的帮助下(独立模式)，MS也可以确定其自身的位置。或者，定位系统66也可以与驻留在网络中其他地方的外部PDE一起工作，也就是说，PDE协助MS产生GPS搜索列表(例如，通过向MS提供GPS天文年历和位置表)，而MS执行位置计算(基于MS的模式)。但是，在其他一些实施例中，移动站控制系统63可以从外部PDE接收GPS获取帮助(例如，GPS搜索列表，具有编码和频率的搜索窗口)，并将一些或全部的位置测量信息(如，AFLT和GPS测量值、中继器信息等)传送给MS之外的PDE，PDE计算MS的位置，并可能通过无线通信网络将该位置发送回该MS。PDE驻留在一个或多个相互网络连接而与移动站进行通信的外部处理系统上。应当注意的是，可以修改PDE协助，以包括向该服务基站可用的MS发送任意中继器协助信息，例如关于一个具体PN的所有可能中继器，它们的中继器ID及其内部延时(如果在MS执行定位的话，潜在地还有它们的位置)。这有助于降低中继器的识别时间，从而降低定位时间。

用户接口67包括任意合适的接口系统，如麦克风/扬声器68、键盘69以及与MS进行用户交互的显示器70。麦克风/扬声器68提供使用无线通信系统的话音通信服务。键盘69包括任何合适的用户输入按钮。显示器70包括任何合适的显示器，如背光LCD显示器。

GPS通信系统74也连接到移动站控制系统63和一个或多个天线61，并且包括用于接收和处理GPS信号的任何合适硬件和软件。

移动站22还包括中继器AFLT搜索器73、中继器识别系统72和可选的中继器ID数据库71，它们共同对定位实现准确的PPM，即使在有中继器的无线通信覆盖区域中。请求之后，中继器AFLT搜索器73对常规AFLT搜索器64所找到的激活、候选和邻居导频信号中的一些或全部，运行中继器AFLT搜索。然后，把结果发送给中继器识别系统72，中继器识别系统72包括用于运行中继器标识搜索的任何合适硬件、固件和/或软件。如果有中继信号，中继器标识搜索能够检测到中继的信号，并对该信号上的水印进行解码，从而确定该FL信号来自哪个中继器。通常，中继器标识搜索是以数字方式实现的，就如同图8所讨论的那样，但是，其他实现方式也可以使用其他搜索方法。

在一些实施例中，可选地提供中继器ID数据库71，中继器ID数据库71连接到中继器识别系统72，可以保存该移动站附近的中继信号的有关信息，当前能够向移动站发送信息，以协助检测和定位。该中继器ID数据库可用于协助识别中继器，例如，可将该中继器ID数据库中的信息送给移动站内部的定位系统或MS外部的网络定位实体，以便于利用该中继的导频信号来确定MS的位置。应当注意的是，该中继器数据库中存储的信息可选地容纳在MS之外PDE中，就如同参考定位系统66所描述的那样。

中继器频率水印检测和识别方案

图7是中继器标识搜索的流程图，示出了中继器标识搜索在一个实施例中如何检测和识别单个FL信号上的水印。通常对多个导频信号进行多次中继器AFLT搜索，从而获得足够的被进行中继器屏蔽的AFLT测量值，以用于定位，后面还将结合图9和图10对此进行描述。但是，图7和图8的重点放在应用于单个FL导频信号的中继器搜索。

在76中，为了提供信号所要求的处理增益和增加SNR，对单个导频信号积累多个导频信号采样(例如，通过导频搜索器)，从而为相关的导频信号强度实现可靠的中继器检测和识别。

在77中，如果有水印的话，中继器标识搜索检测FL信号上的快速频率水印波形，并且，在一些实施例中，根据该水印确定中继器ID。图8在88给出了一个例子，其使用频率相关(frequency correlation)来确定水印的频率，从而确定中继器ID。

应当理解的是，很多方法可以根据水印来检测和识别中继器ID，例如，如果水印包括通过BPSK快速频率调制(图5)编码的中继器ID，则中继器标识搜索不再使用频率相关，而是使用基于匹配滤波器的方法，在中继器中需要符号时间同步。在一个只需要检测中继器(没有识别)的例子中，可以简化水印编码，从而简化其检测。

在78中，将中继器搜索所收集的中继器信息发送给移动站控制系统或PDE，以进行适当的处理。应当注意的是，在一些实施例中，在水印上只提供对中继信号的检测(即，非唯一的中继器ID)，那么，中继器标识搜索将获得表示该信号是否被成功进行中继器屏蔽(例如，如果没有尝试中继器搜索，或者，如果尝试了中继器搜索但却以失败而告终，或者，如果成功执行了中继器搜索)的中继器信息，如果是，还有该信号是不是中继的。但是，如果该波形提供中继器ID，则中继器信号还包括从发现被中继的导频信号的水印波形中提取出来的中继器ID。

中继器AFLT搜索器可以串行或并行地运行多个导频信号，从而获得足够的中继器屏蔽的导频信号相位测量值(PPM)，以确定移动站的位置，后面还将结合图9和图10对此进行描述。

图8是中继器识别系统的一个实施例的框图，示出了如何把中继器标识搜索配置为：检查前向链路信号，并使用与所有可能中继器ID的频率相关来获取与该中继器ID相对应的水印频率。在该例子中，中继器ID包含在水印周期(2T)中，并且，N表示在一个示例性调制方案中可被调制的不同水印(中继器ID)的数量。

在80中，中继器AFLT搜索器接收在f_c(码片频率)上的同相位(I相位)和正交相位(Q相位)导频信号采样，并对N_PRE/2个导频信号采样执行相干积累，以实现较高的处理增益。相干积累(在80中)的输出包括N_PRE/2个导频信号采样，这些采样具有较慢速率(f_c/(N_PRE/2))，但却具有较高的SNR。将形式为I和Q导频信号采样的结果发送给中继器识别系统，后面还将结合标记82、84、86和88对其进行描述。

在82中，中继器识别系统从中继器AFLT搜索器80接收N_PRE/2个CDMA码片导频信号采样和，并相干地积累它们两次。该附加的相干积累进一步提高了SNR，从而提高了导频信号采样的处理增益。

应当注意的是，82示出了对两个连续的启动时间(on-time)和两个连续的N_PRE/2个CDMA码片延时的N_PRE/2个码片导频信号采样相干和(其中z^-1表示应用在这N_PRE/2个码片导频信号采样和上的N_PRE/2个CMDA码片延时)的两组相干积累。这只是一个示例性实施例，可用于消除中继器ID检测器采样相位相关性，而不使N_PRE从它最大的可能值T_MIN/2降低(后面还将对此进行描述)。换言之，需要将这两个集合相干地积累两次(一次延时，一次无延时)，从而对相互偏移N_PRE/2个码片的N_PRE码片导频信号采样获得2个相干和。

在84中，从82取得两个N_PRE码片导频信号采样相干和(偏移量为N_PRE/2个码片)，并对它们执行相同的处理。因此，为了描述该处理，在84中，我们可以把重点只放在处理导频采样的上方启动时间N_PRE码片和。在这里，z^-1表示将从82输出的一个N_PRE导频信号采样和延时所使用的N_PRE CMDA码片的延时。N_PRE个导频信号码片采样和的一次N_PRE码片延时和一次无延时的版本将提供用于计算叉积的信号，后面还将结合86对此进行描述。

在86中，中继器识别系统从84中(对于启动时间和N_PRE/2码片延时的和)接收N_PRE码片延时和无延时的N_PRE个导频信号采样和。然后，通过计算来自84的N_PRE个CMDA码片导频信号采样的延时和无延时的相干和的叉积(对于启动时间和N_PRE/2码片延时的和)，获得该水印。将N_PRE限制为不超过T_MIN/2(是Nyquist速率的两倍)，其中，由于叉积实际进入(pull-in)范围(f_c/4T_CPD)，T_MIN是T的最小值，其中，T_CPD是CDMA码片中的叉积更新率(等于N_PRE个CDMA码片)。

应当注意的是，在图8的86中，并行地示出了关于偏移量为N_PRE/2码片的N_PRE个相干和的两组叉积，由于上述原因，它们在两组相干积累之后。然后，用f_s＝2f_c/N_PRE的开关将这两个叉积的输出进行时间复用或对齐，以获得合并的频率水印(例如，以2f_c/N_PRE进行采样，其中，f_C是CDMA码片频率，并且等于1.2288MHz)。

在88中，如果有水印，则中继器识别系统从86接收快速频率水印，然后与所有可能的中继器ID执行频率相关，以从中提取出该中继器ID。实际上，如果有水印，则频率相关器获得该频率水印波形的频率内容，其在一个实施例中标识该中继器ID。

如88中所示，频率相关器用N个可能的水印波形频率，运行N次复旋转，以及对N_POST个连续复旋转输出的相干积累，然后是M次非相干积累，以实现前向链路中继器频率水印(FLRFWM)检测和识别。换言之，在所得的N个能量中，选择最高的、还比设定门限要强的能量作为获胜峰值，用于对该获胜峰值运行复旋转的频率定义了中继器水印波形频率(1/(2T))。因此，其数量(1至N)定义该中继器ID。如果所得N个能量中没有能量满足获胜峰值标准(例如，这些能量都小于设定门限)，则FL信号上不存在水印，因此该FL不是被中继的。

在一个示例性实施例中，频率相关包括N点FFT(快速傅立叶变换)算法。应当注意的是，执行N点FFT算法(例如，在该实施例中为32点的FFT)优于执行全部N_POST点FFT(例如，这里为2*1364点)，因为它降低了执行FFT所需的时间，从而降低了识别时间。N点FFT是足够的，因为水印只能有N个不同频率，从而只占用整个频率空间的一小部分。应当注意的是，这只是一个示例性算法，用于在一个实施例中提取中继器ID，其中，中继器ID包含在水印波形周期(2T)内，每个导频信号可以提供N个可能的唯一中继器ID(例如，图4的波形)。但是，应当理解的是，其他实施例也可以使用其他算法，从该示例性水印波形或其他水印波形中提取中继器信息。

中继器AFLT搜索方法

图9和图10的流程图示出了两个示例性方法，用于对多个导频信号执行中继器搜索，以获得足够的被进行中继器屏蔽的导频信号相位测量值(PPM)，从而确定移动站的位置。应当注意的是，有很多种可能的中继器搜索方法，但这里只示出了两种方法。例如，在A-GPS系统中，可以确定定位只需要一个或两个附加PPM(与来自GPS的PPM测量值组合起来)，因此，中继器搜索需要一个简单得多的方法，它只检查一个或两个最佳的导频信号。

应当注意的是，图7和8示出了移动站如何从单个导频信号中提取中继器信息，图9和10示出了中继器AFLT搜索和识别方法，该方法包括：选择导频信号；对每个导频信号执行中继器识别；重复该过程，直至获得的测量值足以预定位和/或确定移动站的最终位置。

图9是执行中继器搜索的方法的流程图，示出了移动站中的中继器识别系统如何执行中继器搜索。

在90中，对所有导频信号(例如，来自激活、候选和邻居集合)执行常规的AFLT搜索。

在92中，为了高效地开始操作，确定来自常规AFLT搜索的“最佳”检测出的导频信号。可以根据任意合适的标准，基于常规AFLT搜索的结果，例如导频信号强度(Ec/Io)、RMSE等，选择“最佳”导频信号，其中，“最佳”导频信号是具有最高Ec/Io、最低RMSE等的信号，这取决于各种实际因素和设计指标。

在94中，对所选择的导频信号，执行中继器标识搜索，前面结合图7和图8对此进行了描述。

在96中，移动站判断是否从中继器搜索中获得了足够的被中继器屏蔽的PPM(即，被中继器屏蔽的PPM足以预定位或确定MS的最终位置)。

在97中，如果没有获得足够的中继器屏蔽PPM，需要为中继器屏蔽选择附加的导频信号。

在98中，选择下一个“最佳”导频信号，如同上面结合标记92所描述的那样。该过程继续循环，从而对下一个最佳导频信号重复步骤94和96等，直至为中继器ID存在与否搜索到足够的导频信号测量值，以为预定位和最终定位准确地确定MS位置。

在99中，为中继器信息屏蔽足够数量的PPM之后，中继器AFLT搜索完成，将结果发送给合适的系统以处理移动站的位置，例如，这里其他地方描述的MS定位系统(图6的66)或PDE。就如同标记78和119所详细描述的那样，中继器信息包括这样的指示：信号是否被成功进行中继器屏蔽(例如，没有尝试中继器搜索，或者，尝试了中继器搜索但却失败，或者，中继器搜索执行成功)；检测的导频信号是不是中继的；以及，在一些实施例中，与中继信号相关的唯一中继器ID。

图10示出了对多个导频信号执行中继器搜索的另一种方法，其有助于降低完成中继器识别过程的时间。该方法利用这样的事实：对于较高Ec/Io的较强导频信号，中继器识别过程不必与具有较低Ec/Io的较弱导频信号花费相同的时间，但仍能维持相同的识别性能(例如，虚警和识别的目标概率相同)。因此，可以修改中继器标识搜索灵敏度，以提高识别时间，并且，可以分离浅度和深度搜索，从而为高Ec/Io情形提供较快的响应。

在该实施例中，中继器识别系统仍对根据常规AFLT搜索所检测到的用于准确预定位或最终定位所需数量的“最佳”导频信号执行中继器识别，但是，该中继器识别过程本身可以根据导频信号强度(Ec/Io)而缩短。

在100中，对来自激活、候选和邻居集合的所有导频信号执行常规AFLT搜索，然后把常规AFLT搜索的L个最佳结果发送给中继器识别系统，以对其执行中继器AFLT搜索。“最佳”导频信号的选择可以基于常规AFLT搜索结果相关的任意合适指标，例如，导频信号强度(Ec/Io)、RMSE等，其中“最佳”导频信号是具有最高Ec/Io、最低RSME等的信号，这取决于各种实际因素和设计指标。

在101中，中继器识别系统在这组L个最佳导频信号中选择第一导频信号。

在102中，根据Ec/Io强度，把每个导频信号分入四个导频信号强度组S_{1，2，3，4}，以便于用变化的Ec/Io深度和变化的搜索时间的4次中继器标识搜索进行搜索。可以如下进行分组：设置门限Th_{1，2，3，4}(Th₁是最强的Ec/Io门限，Th₄是最弱的Ec/Io门限)，把第一导频信号的Ec/Io测量值与第一门限(Th₁)进行比较，如果大于该门限，则将其放入组S₁中，如果否，然后与Th₂进行比较，如果大于该门限，则将其放入组S₂中，等等。

在103中，如果从常规AFLT搜索所得的L个最佳结果中仍有多个导频信号，循环继续，直至把所有L个最佳导频信号分组完毕。

在104中，首先对S₁最强组中的所有导频信号并行地执行最短和最浅的中继器标识搜索S₁。应当注意的是，导频信号强度组S_{1，2，3，4}中的每一个组都具有变化的Ec/Io深度和变化的搜索时间。因此，如果在常规AFLT搜索中检测到的需要为中继器进行屏蔽的所有L个“最佳”导频信号都具有高的Ec/Io(例如＞Th₁)，则将完成中继器识别，而不必执行任一深度搜索(例如，用最浅和最短搜索S₁，从所有导频信号中搜索中继器ID)，从而减少完成中继器识别过程所需的时间。

在105中，如果获得的中继器屏蔽的导频信号相位测量值(即中继器屏蔽的PPM)足以确定MS的位置，则不需要更多的中继器搜索。

在106中，对搜索组中的剩余导频信号，重复中继器搜索(即步骤104)，直至为中继器信息屏蔽了所有导频信号，或者直至为预定位和/或最终定位MS获得了足够的中继器测量值。

在107中，对剩余组(S_2，3，4)，重复步骤104至106，直至没有其他搜索组(在该例子中，i＝4)。

在108中，在获得了足够的中继器测量值或者没有搜索组剩余之后，处理结束，可以发送用于MS预定位或最终定位(位置确定)的合适的测量值。

在一些实施例中，可以引入优选响应质量的概念，其中，不同的优选响应质量值与所期望的中继器搜索灵敏度、目标概率、范围/有益效果和最大允许识别时间一致。这样，我们对初始的粗略定位(即预定位)和最终的定位(即最终定位)中继器搜索具有不同的优选响应质量值，从而在二者之间实现不同的最大识别时间要求。此外，我们对最终定位也可以有不同的优选响应质量值，以考虑到各种类型的应用对对中继器检测过程的可能不同要求。

优选响应质量值将设定目标检测过程误差概率，其规定S_{1，2，3，4}搜索Ec/Io灵敏度以及对各种其他中继器搜索参数的选择，如中继器搜索要执行的导频信号的最大和最小数量以及最大的总识别时间。然后，对于每次中继器搜索，可以根据从常规AFLT搜索中获得的结果和所期望的优选响应质量参数，动态地调整搜索检测门限Th_{1，2，3，4}，以进一步降低总识别时间。例如，尽管可以为最大允许识别时间设定优选响应质量，但是，如果需要为中继器屏蔽的所有AFLT测量值都具有高的Ec/Io，那么，应当动态调整AFLT中继器搜索过程中的门限Th_{1，2，3，4}，以便于不执行深度搜索，从而减少实际的识别时间。

就如图下面部分所详细描述的那样，可以在需要的时候，执行中继器搜索(和中继器识别)，即：只对于预定位或只有当GPS搜索(如果执行A-GPS)返回的GPS测量值不足以确定位置时，才执行中继器搜索，从而节省处理时间(MIPS)和缩短定位时间。后面将结合图11描述一种定位方法。

利用FLRFWM确定位置的示例性方法

图11是在有中继器的蜂窝覆盖区域中利用AFLT或A-GPS确定移动站位置的示例性方法的流程图。显然，使用这里所公开的中继器识别系统，可以实现不同的定位方法。

在110中，获得蜂窝BTS邻居的搜索列表。该小区搜索列表将被用来搜索来自该列表上的蜂窝站的导频信号，并且，它也可以包括用于发现该列表上的蜂窝站的导频信号的信息。

可以用多种方式获得小区搜索列表，在一个简单的实施例中，小区搜索列表包括蜂窝系统中所有可能的导频信号，但是，搜索所有这些可能的导频信号会消耗不希望的时间量。在一个实施例中，为了节省时间，与移动站进行的本地蜂窝基站可以向该移动站提供小区搜索列表，包括用于搜索每个导频信号的搜索窗口。应当注意的是，可以修改小区搜索列表，使其还包括该服务基站可用的任何中继器协助信息，如果有的话，例如关于列表中PN的所有可能中继器、它们的ID以及它们的内部延时(如果在MS处执行定位的话，潜在地还有它们的位置)。这有助于减少中继器识别时间和定位时间。

在112中，取得来自小区搜索列表上的各蜂窝BTS的导频信号的AFLT测量值。应当注意的是，即使某导频信号的强度不足以建立通信，该导频信号的强度仍可能足以被检测到以及能够测量到达时间和其他品质。

在一个实施例中，所述AFLT测量值包括最早到达时间(TOA)估计值、提供最早TOA的路径的RMSE估计值以及导频信号的所有可解析路径的Ec/Io估计值，可用它来更新导频信号的Ec/Io。这些测量值可以存储在如图6所示的PPM数据库中，其中每个导频信号与多个相关测量值关联。

在114中，获得GPS卫星搜索列表。这是一个可选操作，它提供一张搜索列表，GPS可用它来寻找卫星，从而降低对足以实现定位的卫星进行定位所需的时间。或者，GPS系统可以只搜索整个天空，但是，这样满天空的搜索通常会消耗更长的时间。

在116中，根据合适的GPS过程，获得GPS测量值。在一个实施例中，GPS通信系统在该列表中所指定的搜索窗口上，首先寻找可看到的卫星列表中所指定的卫星，这可以明显地减少用于获得足够GPS信号所需的时间。

在117中，MS判断所获得的GPS测量值是否足以确定位置。如果获得了足够的测量值，则不必在MS中做进一步处理，于是该处理转到流程图的119中，以向MS中的定位系统或位于MS外的网络中、但与之进行蜂窝通信的PDE提供合适的伪距测量值(可能还有从常规AFLT搜索获得的PPM以及表示未执行中继器搜索的中继器信息)。该定位系统或PDE处理GPS测量值，然后返回MS的位置。如果没有获得足够的测量值，则运行图9或10中所描述的中继器AFLT搜索118，以及如下面的118中所描述的那样。

在118中，对常规AFLT搜索期间所获得的导频信号执行中继器AFLT搜索，图9或图10对此已经做了详细描述。由于对常规AFLT搜索中发现的导频信号执行中继器搜索，所以，在小搜索窗口中执行搜索，并且，搜索器能够同时搜索它们。根据当前的搜索技术，中继器可以并行地搜索大约1至8个导频信号，这取决于目标移动站调制解调器(MSM)。

在119中，可以把从GPS搜索所得的伪距测量值(PRM)、从常规AFLT搜索所得的导频信号相位测量值(PPM)和从中继器(AFLT)搜索所得的中继器信息提供给MS内的定位系统或MS外、但与之进行无线通信的PDE。该MS定位系统或PDE处理所有这些测量值，从而获得MS位置。

应当注意的是，在一些实施例中，水印中仅提供对中继信号的检测能力(即，没有唯一中继器ID)，那么，中继器搜索所收集的中继器信息将表示信号是否被成功进行中继器屏蔽(例如，没有尝试中继器搜索，或者，尝试了中继器搜索但却以失败而告终，或者，成功执行了中继器搜索)，如果是，还有该信号是不是中继的。在这些实施例中，通过排除中继信号和未成功进行中继器屏蔽的信号的PPM测量值，MS定位系统或PDE然后可以选择来确定MS的位置。

还应当注意的是，在一些实施例中，如果水印波形中提供中继器ID，则中继器搜索所收集的中继器信息还包括从水印波形中提取出的中继器ID，如果有信号被中继的话。在这些实施例中，MS定位系统或PDE可以利用所识别出的中继器的有关信息(例如，它们的位置和内部延时)，用所包括的中继信号的PPM来计算移动站的位置。

应当注意的是，对于涉及根据用于产生更准确GPS辅助信息(更小的GPS窗口)的AFLT测量值来计算初始粗略位置(即，预定位)的呼叫流，在预定位计算中使用常规AFLT搜索测量值之前，应当执行“中继器”AFLT搜索，从而提供更准确的GPS搜索窗口。

FLRFWM的实现方式示例

在一个实现方式示例中，将FLRFWM应用到CDMA系统上，以优化定位性能。对于合理的目标误差事件概率，如大约为10^-2的虚警概率(P_FA)、漏检测概率(P_MISSDET)、漏识别概率(P_MISSID)，该实现方式示例的结果包括下列导频信号的FL频率水印的标识：在约358毫秒内，下降约-16.9dB；在约712毫秒内，下降约-19.2dB；在约1.423秒内，下降约-21.2dB；以及，在约2.844秒内，下降约-23.1dB。

在该实现方式示例中，由FM调制器应用到前向链路信号上的调制波形是周期性方波，幅度为+/-f_A，周期为2T，其中，在该实现方式示例中f_A是50Hz，T的码片范围为[104*64：inc：111*64]。应当注意的是，为便于检测，选择增量inc，以实现水印的频率的均匀间隔，然后将该值截短最接近的chipx8时钟。在该示例中，水印波形的所得频率范围约是872.72Hz至960Hz，均匀间隔大约是2.815Hz；由于该频率水印，实现了FL CDMA性能降低的最小化。

应当注意这样一条限制，该示例只针对有限数量(如32)的中继器ID，从而需要在系统中其他地方实现某规定算法。因此，基于FLRFWM的方案更适合利用载波的扇区中继器，其中，载波可以运行规定算法作为中继器部署的一部分，而不是个人中继器，在个人中继器中，规定方案很难实现，或者，中继器的数量可能超过基于前向链路快速频率水印的方案所能支持的数量。

还应当注意的是，如图所预期的那样，频率跟踪环路不会跟踪出该频率水印波形，因为最慢的中继器水印所具有最大T(T_MAX)约是频率跟踪环路的时间常数的1/60。所得的ac波纹约在PCS频率上是+/-3.0Hz(等效于GPS频率上的约2.5Hz)，同时实现了0Hz的平均估计频率误差，因此，该水印对GPS或AFLT性能不会产生太大的影响。

该实现方式示例使用如图8所描述的中继器ID检测器。应当注意的是：为了降低中继器ID检测器SNR采样相位相关性而不必导致检测器SNR的降低，对偏移量为N_PRE/2码片的N_PRE码片相干和，两组叉积并行执行，而不是从最大可能值降低N_PRE。将N_PRE设置为最大可能值T_MIN/2(例如，在该实现示例中为5*64个CDMA码片)，从而提高在相关导频信号Ec/Io强度范围内目标虚警、检测和识别概率的处理增益。对最大N_PRE的设计限制是由于叉积实际进入范围f_C/(4T_CPD)约束，其中，T_CPD是CDMA码片中的交叉更新率，如同其他地方所讨论的那样。对32个中继器ID频率，运行频率相关器，以识别FL频率水印。选择变旋转2*1364之后的相干积累长度为N_POST，以使得频率段尺寸小得足够解析中继器签名的频率间隔(在这里是2.815Hz)。增加N_POST超过该值，将一定程度上增加处理增益(明显小于N_PRE的增长，下面还将对此进行讨论)，但是可能增加定位时间。

最后，对于灵敏度Ec/Io＝-16.9dB，只需要一次非相干积累(即M＝1)；对于Ec/Io＝-19.2dB，M＝2；对于Ec/Io＝-21.2dB，M＝4；对于灵敏度Ec/Io＝23.1dB，M＝8。

假设我们在小搜索窗口上进行搜索，由于我们对常规AFLT搜索中已经发现的导频信号重新进行搜索，考虑将执行叉积和对32个中继器ID频率进行频率相关作为背景任务的时间定义为T_FC，所以，识别时间大约是(N_PREN_POSTM+T_FC)码片/导频信号。因此，如果我们估计T_FC约是2毫秒，那么，对于Ec/Io灵敏度为-16.9dB的搜索S₁，检测时间约是358ms/导频信号。

应当注意的是，为了节省识别时间和处理时间(MIPS)，可以只在必须的时候才执行中继器搜索，也就是说，当需要基于AFLT的预定位时才执行中继器搜索，以及，对于只有当GPS返回的测量值不足以确定移动站位置时的最终定位时，才执行中继器搜索。

还应当注意的是，对于预定位和最终定位(即，初始和最终AFLT搜索)，非相干和的数量可以不同，并且，如果需要的话，根据常规AFLT搜索的结果和所期望的优选相应质量，也可以进行动态调整，前面对此已进行过讨论。对于预定位，可以执行较短、灵敏度较低的中继器AFLT搜索，并且，对于最终定位，如果需要的话，根据常规AFLT搜索结果和所期望的优选相应质量，可以执行较短或较长/灵敏度较高的中继器AFLT搜索。中继器标识搜索可以采用图10所示的方法。

水印所选择的调制波形及其特征被设计为满足四个相互矛盾的条件：使对FL性能的负面影响最小；使对AFLT和GPS性能影响最小；最大的检测和识别概率；以及最小的识别时间。

为了降低对FL性能的影响，可以设计水印，以导致FL CDMASNR的最小的性能降低，也就是说，通过降低T_MAX和f_A来降低相位偏移，使平均损失不超过0.2dB。此外，通过选择调制波形的T_MAX足够小，确保频率跟踪环路不跟踪出频率水印波形，从而使FTL无法检测到水印，可以实现对GPS和AFLT性能负面影响的最小化，就如同这里的其他地方所描述的那样，也就是说，在FTL中应当看到对平均值无影响，对方差的影响最小，并且，峰值到峰值的波纹中的最大增长不应超过约几Hz。

对T的最大值(T_MAX)和频率的幅度(f_A)的选择被设计为平衡两个相互矛盾的条件，也就是说：降低对FL CDMA、AFLT和GPS性能的影响，这降低f_A和T_MAX；同时增加f_A和T_MAX，以获得最佳检测和识别概率。例如，为了降低水印波形对FL性能的负面影响，选择T_MAX为11*64码片，f_A最多为+/-50Hz；为这些参数选择这些最大允许值，从而提高中继器检测和识别概率。该T_MAX大约是FLT最快时间常数的1/60(其中，最快时间常数被定义为跟踪-3.0dB的PCS导频信号)，从而，对于在GPS频率上的周期为2T_MAX的最慢改变水印波形，最糟糕情形所得的变化为+/-2.5Hz，最糟糕情形的CDMA编码多普勒效应约为+/-3.0Hz，这导致对GPS和AFLT性能的影响最小。

可以看出，在非相干阶段的输出端处，中继器ID搜索输出SNR大约等于：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{repIDsearb}}\≈10\·\log ({(\mathrm{\π}\·T_c)}^2\·\frac{\mathrm{\α}}{k}\·N_{\mathrm{POST}}\·N_{\mathrm{PRE}}^4\·{f^2}_A\·\frac{E_C^2\·{\sin c}^4(f_A\·T_c\·N_{\mathrm{PRE}})}{{\mathrm{\σ}}_n^2\·({\mathrm{\σ}}_n^2+N_{\mathrm{PRE}}\·E_C\·{\sin c}^2(f_A\·T_c\·N_{\mathrm{PRE}}))})$

其中，T_c是CDMA码片周期＝1/f_C，E_c是CDMA码片上的导频信号能量，σ_n ²是导频信号采样的噪音标准偏差，是叉积输出功率从理想的损失(dB)，k是由于相邻叉积噪音采样的相关所导致的噪声方差的增加。还应当注意的是，增加中继器ID检测器输出SNR将导致检测和识别概率的增加。根据这种表达方式，显然，通过增加N_PRE、再增加f_A，可以实现中继器ID检测器SNR(以及，因此的检测和识别概率)的最大增长。

通过平衡检测概率和识别时间，可以选择对水印波形的设计上限制(T_MIN的下限)。对于最小的识别时间，应该将T_MIN最小化，而对于最大的中继器ID检测概率，应该将T_MIN最大化。也就是说，通过强加最大可能的N_PRE，T_MIN将决定检测器SNR。为了确保以Nyquist速率对最快水印波形进行采样，应将最大N_PRE设定在T_MIN。此外，叉积鉴别器的实际进入范围f_C/(4T_CPD)限制最大的N_PRE，其中，T_CPD是叉积更新率，等于N_PRE个CDMA码片。也就是说，最大的水印频率f_MAX＝f_C/(2T_MIN)不应该超过叉积实际进入范围的边沿，因此，N_PRE的最大值为T_MIN/2。反过来，N_PRE对中继器ID检测器SNR影响最大，如上所述。在该实现方式示例中，综合上述考虑，最佳总体T_MIN大约是10*64个码片。

本领域技术人员应当理解，通过上面的描述，在不脱离本发明精神或保护范围的前提下，也可以实现其他实施例。本发明只由下面的权利要求进行限定，当与上述说明书和附图结合起来时，所述权利要求包括所有这些实施例及其修改。

Claims (35)

1、一种用于把从基站到移动站的前向链路信号进行放大的中继器，其中，所述移动站具有频率跟踪环路，所述中继器包括：

放大器，用于把从所述基站到所述移动站的所述前向链路信号进行放大；以及

快速频率调制器，当所述前向链路信号经过所述中继器时，所述快速频率调制器用一个标识性的快速频率水印，对所述前向链路信号进行频率调制，其中，所述水印具有的一个频率使得所述频率跟踪环路在所述移动站处基本上检测不到所述水印。

2、如权利要求1所述的中继器，其中，所述水印包括非周期性波形。

3、如权利要求2所述的中继器，其中，所述非周期性波形包括比特持续时间为2T的BPSK、QPSK和OQPSK编码的波形中之一，其中T明显小于所述移动站频率跟踪环路的时间常数。

4、如权利要求3所述的中继器，其中，所述非周期性波形的幅度小于或等于约50Hz。

5、如权利要求3所述的中继器，其中，T小于所述频率跟踪环路的所述时间常数的约1/60。

6、如权利要求3所述的中继器，其中，所述非周期性水印波形具有唯一的比特序列，从而唯一地标识所述中继器。

7、如权利要求1所述的中继器，其中，所述水印基本上是周期性的，周期为2T，其中T明显小于所述移动站频率跟踪环路的时间常数。

8、如权利要求7所述的中继器，其中，T小于所述频率跟踪环路的所述时间常数的约1/60。

9、如权利要求7所述的中继器，其中，快速频率水印幅度小于或等于约50Hz。

10、如权利要求7所述的中继器，其中，所述周期性波形包括周期性方波。

11、如权利要求10所述的中继器，其中，所述周期性方波的幅度小于或等于约50Hz。

12、如权利要求11所述的中继器，其中，所述幅度约为50Hz。

13、如权利要求7所述的中继器，其中，所述水印波形具有唯一值T，从而标识所述中继器。

14、一种移动站，用于接收多个前向链路导频信号以及识别快速频率水印波形是否存在以确定所述前向链路导频信号中任意之一是不是中继的，所述移动站包括：

接收机，用于接收前向链路信号；

频率跟踪环路，用于对所述前向链路信号进行准确的解调；

高级前向链路三边测量AFLT搜索器，用于检测导频信号和执行导频信号相位测量，所述导频信号相位测量包括测量所述多个前向链路导频信号的到达时间；以及

中继器识别系统，被配置为：检测所述水印，并且如果所述水印存在则识别所述水印，从而识别中继的前向链路信号，其中，所述中继器识别系统从所述前向链路信号中搜索所述水印，以获取唯一标识所述中继器的所述水印波形，所述水印波形具有的一个频率使得所述频率跟踪环路基本上检测不到所述水印。

15、如权利要求14所述的移动站，其中，所述中继器识别系统包括：

积累模块，用于积累一系列的导频信号采样；

水印波形获取模块，如果水印波形存在，则通过计算导频信号采样的连续和的叉积，从所述导频信号采样中获取所述水印波形；以及

频率相关执行模块，如果水印波形存在，则对所述水印波形执行频率相关，以确定其唯一标识所述中继器的频率。

16、如权利要求14所述的移动站，其中，所述中继器识别系统包括解调模块，用于对BPSK调制水印波形进行解调。

17、如权利要求16所述的移动站，其中，所述解调模块包括基于匹配滤波器的解调器。

18、如权利要求14所述的移动站，还包括GPS接收机，用于接收GPS信号。

19、如权利要求18所述的移动站，其中，所述中继器识别系统还包括跳过模块，如果所述GPS接收机所产生的测量值的数量足以对所述移动站进行准确的定位，则所述跳过模块跳过从所述前向链路信号中搜索所述水印。

20、一种用于根据多个导频信号的前向链路来确定移动站的位置信息的方法，该方法包括：

在所述移动站中执行高级前向链路三边测量AFLT搜索，以检测导频信号和测量所述多个导频信号的最早到达时间；

选择在所述高级前向链路三边测量AFLT搜索期间找到的第一导频信号；

通过对所述第一导频信号执行中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索，对所述第一导频信号进行中继器屏蔽，所述中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索包括搜索一个标识中继信号的快速频率水印波形，其中，所述水印波形具有的一个频率使得所述移动站中的频率跟踪环路在所述移动站处基本上检测不到所述水印；

对多个其他选中的导频信号，重复所述执行中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索和中继器屏蔽步骤，直至所获得的被中继器屏蔽的导频信号的数量足以确定所述移动站的位置；以及

把在所述高级前向链路三边测量AFLT搜索中获得的所述导频信号的导频信号相位测量值和中继器信息提供给移动站位置确定系统和网络位置确定实体中之一，以确定所述移动站的位置。

21、如权利要求20所述的方法，其中，所述中继器信息标识所述信号是否被成功进行中继器屏蔽，如果是，则还标识所述信号是不是中继的，从而，通过排除中继的导频信号和未被成功进行中继器屏蔽的导频信号的测量值，移动站位置确定系统和网络位置确定实体中所述之一确定所述移动站的位置。

22、如权利要求20所述的方法，还包括：根据所述水印波形，识别中继器ID。

23、如权利要求22所述的方法，其中，所述提供中继器信息的步骤包括：提供所述导频信号是否被成功进行中继器屏蔽的有关信息，如果是，则还提供所述信号是不是被中继的有关信息，如果是，则还提供被标识为中继的导频信号的所述中继器ID，从而，移动站位置确定系统和网络位置确定实体中所述之一可以把中继的导频信号的测量值包括在位置计算中。

24、如权利要求22所述的方法，其中，所述中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索包括：

积累来自高级前向链路三边测量AFLT搜索器的导频信号采样；

通过计算连续导频信号采样和的叉积，获取所述频率水印波形；以及

执行频率相关，以确定与所述中继器ID相对应的所述水印波形频率。

25、如权利要求22所述的方法，其中，所述中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索包括基于匹配滤波器的解调，以从BPSK编码的快速频率水印中解码出所述中继器ID。

26、如权利要求20所述的方法，还包括：在所述执行中继器高级前向链路三边测量AFLT搜索步骤之前，执行GPS搜索。

27、如权利要求26所述的方法，其中，如果所述GPS搜索所产生的测量值的数量足以准确地确定所述移动站的位置，则跳过所述中继器屏蔽步骤。

28、一种用于如果在移动站中存在中继器信息则从导频信号中获取所述中继器信息的方法，该方法包括：

在所述移动站中，对第一导频信号执行中继器标识搜索，该搜索包括从所述第一导频信号的前向链路中搜索一个标识中继信号的快速频率水印波形，其中，所述水印波形具有的一个频率使得所述移动站中的频率跟踪环路在所述移动站处基本上检测不到所述水印；以及

提供导频信号相位测量值和中继器信息，以用于位置确定。

29、如权利要求28所述的方法，其中，所述中继器信息标识所述信号是否被成功进行中继器屏蔽，如果是，则还标识所述信号是不是中继的，从而，通过排除中继的导频信号和未被成功进行中继器屏蔽的导频信号的测量值，移动站位置确定系统和网络位置确定实体中之一确定所述移动站的位置。

30、如权利要求28所述的方法，还包括：根据所述水印波形，识别中继器ID。

31、如权利要求30所述的方法，其中，所述提供中继器信息的步骤包括：提供所述导频信号是否被成功进行中继器屏蔽的有关信息，如果是，则还提供所述信号是不是中继的有关信息，如果是，则还提供被标识为中继的导频信号的所述中继器ID，从而，移动站位置确定系统和网络位置确定实体中所述之一可以把中继的导频信号的测量值包括在位置计算中。

32、如权利要求30所述的方法，其中，所述中继器标识搜索包括：

积累来自导频信号搜索器的导频信号采样；

通过计算连续导频信号采样和的叉积，获取频率水印波形；以及

执行频率相关，以确定与所述中继器ID相对应的所述水印波形频率。

33、如权利要求30所述的方法，其中，所述中继器标识搜索包括基于匹配滤波器的解调，以对BPSK编码的快速频率水印进行解码。

34、如权利要求28所述的方法，还包括：在所述执行中继器标识搜索步骤之前，执行GPS搜索。

35、如权利要求34所述的方法，其中，如果所述GPS搜索产生的测量值的数量足以准确地确定所述移动站的位置，则跳过所述执行中继器标识搜索步骤。

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