CN101606076B - 对距离估计或涉及距离估计的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于估计发射器和接收器之间距离的设备和方法。一种方法，包括：从接收器获取信号；确定该信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是通过非视距无线信道进行传播；利用包括根据无线信道选择的参数的模型，估计接收器和发送信号的发射器之间的距离。

Description

对距离估计或涉及距离估计的改进
技术领域
本发明涉及一种用于估计发射器和接收器之间距离的设备和方法。
背景技术
在很多情况中，找到丢失的物体、人或动物是很重要的。如果例如将小型射频(RF)发射器附接至狗的狗链或附接至孩子的衣服或手腕，则信号可以用于找到丢失的狗或孩子。
已知的方法可用于确定进入信号的到达方向(DoA)，并且从而可以确定找到发射器的方向，并且确定到发射器的距离。
接收的功率可以用于估计发射器和接收器之间的距离。基于所接收功率的方法的益处在于最小化了硬件和信号处理要求。然而，接收的功率取决于发射功率、天线增益和信号传播所通过的环境。由于环境的影响，接收的功率和发射器与接收器之间的距离之间的关系并不直接，从而很难获得准确的估计。当在发射器和接收器之间存在视距(LOS)时，可以最准确地估计距离。在该情况中，平均接收功率大约相对于距离的平方是减小的。
基于所接收功率的方法可以包括路径损耗，这与在消除快衰落之后所接收的功率相关。(接收的功率等于发射的功率加上路径损耗、加上慢衰落、加上快衰落。可以相当容易地消除快衰落；而消除慢衰落更困难)。
通常使用的路径损耗(PL)模型是
PL＝-10·γ·log10(r)+PL0(1)
其中r是发射器和接收器之间的距离，γ是路径损耗指数，并且PL0是在给定距离(例如，1m)处的路径损耗。
使用该模型具有某些由传播失真引起的问题。发射器和接收器之间比如建筑物或墙之类的物体衰减了信号，并且该衰减(阴影衰落)不直接取决于距离。
其他距离估计方法使用接收信号的相位或发射器和接收器之间的传播延迟。然而，此类方法需要发射器和接收器之间非常准确的时间同步，而这对于标准硬件是不可行的。另一距离估计方法是使发射器和接收器中的每个处具有GPS接收器以及用于交换坐标的通信方法。
不应认为本说明书中列出或讨论之前公开的文档是对该文档是现有技术或公知常识的一部分的承认。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种方法，包括：
从接收器获取信号；
确定所述信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是通过非视距(NLOS)无线信道进行传播；
利用包括根据所述无线信道选择的参数的模型，估计所述接收器和发送所述信号的发射器之间的距离。
术语“获取”涉及获取信号和/或信号的性质到其可以在其余要求保护的操作中使用的程度。
“更可能”意味着：信号通过LOS和NLOS无线信道中的一个进行传播的概率，大于信号通过LOS和NLOS无线信道中的另一个进行传播的概率。实际上，可以通过在合适的点处设置针对信号参数的阈值来对路径做出确定。可以凭理论或经验设置阈值。
确定无线信道可以包括识别所接收信号的特征，并且将识别的特征与LOS或NLOS信号的典型特征进行比较。短语“识别特征”涉及对信号参数的获取。
该特征可以包括衰落特征、功率延迟分布、多普勒频谱特征、角功率谱中的任意一个或多个。
接收器可以包括多天线接收器。确定无线传播信道可以包括对从多天线接收器获取的信号进行空间信号处理。
确定无线传播信道可以包括确定天线功率变化，并且将确定的天线功率变化与LOS或NLOS信号的典型天线功率变化进行比较。此外，或可替换地，确定无线信道可以包括确定角功率谱，并且将所确定的该角功率谱与LOS或NLOS信号的典型角功率谱进行比较。
确定无线信道可以包括识别信号的衰落特征，并且将衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较。
该方法可以包括响应于衰落深度符合预定阈值(即，较深的衰落)而确定无线传播信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道，或响应于衰落深度不符合预定阈值(即，较浅的衰落)而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
在一个实施方式中，如果值等于或大于上述阈值，则符合阈值，如果该值低于阈值则不符合阈值。在另一实施方式中，如果值高于阈值则符合阈值，并且如果值等于或低于阈值则不符合阈值。在另一实施方式中，如果值高于阈值则符合阈值，如果值低于阈值则不符合阈值。
该方法可以包括响应于在信号中识别出瑞利型衰落特征而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道，或响应于在信号中识别出莱斯型衰落而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
确定无线信道可以包括确定信号的角功率谱并且将角功率谱与LOS和/或NLOS信号的已知角功率谱进行比较。
该方法可以包括计算信号的角功率谱中最高峰值与次高峰值的比值；并且将该比值与预定阈值进行比较。
该方法可以包括响应于该比值符合预定阈值而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
该方法可以包括响应于该比值不符合预定阈值而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
确定无线信道可以包括确定信号的功率延迟分布，并且将分布与LOS和/或NLOS信号的已知功率延迟分布进行比较。
该方法可以包括将功率延迟分布中的第一抽头的功率水平与其他抽头的功率水平进行比较。
该方法可以包括响应于第一抽头具有最高功率水平而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
该方法可以包括响应于第一抽头不具有最高功率水平而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
该方法可以包括将第一抽头的衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较。
该方法可以包括响应于在第一抽头中识别出瑞利型衰落特征而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
该方法可以包括响应于在第一抽头中识别出莱斯型衰落特征而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
确定无线信道可以包括确定信号的多普勒频谱，并且将多普勒频谱与LOS和/或NLOS信号的已知多普勒频谱进行比较。
该方法可以包括响应于在多普勒频谱中检测到优势峰而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
该方法可以包括响应于在多普勒频谱中没有检测到优势峰而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
根据本发明的第二方面，提供一种设备，包括
接收器，被配置用于获取信号；
处理电路，被配置用于确定信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是通过非视距(NLOS)无线信道进行传播；
处理电路进一步被配置用于使用包括根据无线信道选择的参数的模型来估计接收器和发送信号的发射器之间的距离。
处理电路可以被配置用于通过识别所接收信号的特征，并且将识别的特征与LOS或NLOS信号的典型特征进行比较来确定无线信道。
该特征可以包括衰落特征、功率延迟分布、多普勒频谱特征、角功率谱中的任意一个或多个。
接收器可以包括多天线接收器。该处理电路可以被配置用于通过对从多天线接收器获取的信号进行空间信号处理来确定无线信道。
处理电路可以被配置用于确定天线功率变化，并且将确定的天线功率变化与LOS或NLOS信号的典型天线功率变化进行比较。此外或可替换地，处理电路可以被配置用于确定角功率谱，并且将确定的角功率谱与LOS或NLOS信号的典型角功率谱进行比较。
处理电路可以被配置用于通过识别信号的衰落特征，并且将衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较来确定无线信道。
处理电路可以被配置用于响应于衰落深度符合预定阈值而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道，并且响应于衰落深度不符合预定阈值而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于在信号中识别出瑞利型衰落特征而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于在信号中识别出莱斯型衰落而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于通过确定信号的角功率谱，并且将角功率谱与LOS和/或NLOS信号的已知角功率谱进行比较来确定无线信道。
处理电路可以被配置用于计算信号的角功率谱中最高峰值与次高峰值的比值，并且将该比值与预定阈值进行比较。
处理电路可以被配置用于响应于该比值符合预定阈值而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于该比值不符合预定阈值而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
处理电路可以被配置用于通过确定信号的功率延迟分布，并且将该分布与LOS和/或NLOS信号的已知功率延迟分布进行比较来确定无线信道。
处理电路可以被配置用于将功率延迟分布中的第一抽头的功率水平与其他抽头的功率水平进行比较。
处理电路可以被配置用于响应于第一抽头具有最高功率水平而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于第一抽头不具有最高功率水平而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
处理电路可以被配置用于将第一抽头的衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较。
处理电路可以被配置用于响应于衰落深度符合预定阈值而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道，并且响应于衰落深度不符合预定阈值而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于在第一抽头中识别出瑞利型衰落特征而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于在第一抽头中识别出莱斯型衰落特征而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于通过确定信号的多普勒频谱，并且将多普勒频谱与LOS和/或NLOS信号的已知多普勒频谱进行比较来确定无线信道。
处理电路可以被配置用于响应于在多普勒频谱中检测到优势峰而确定无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
处理电路可以被配置用于响应于在多普勒频谱中没有检测到优势峰而确定无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
根据本发明的第三方面，提供一种方法，包括
从接收器获取信号的步骤；
确定所述信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是通过非视距(NLOS)无线信道进行传播的步骤；
利用包括根据所述无线信道选择的参数的模型，估计所述接收器和发送所述信号的发射器之间的距离的步骤。
根据本发明的第四方面，提供一种设备，包括
用于获取信号的装置；
用于确定信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是通过非视距(NLOS)无线信道进行传播的装置；
用于利用包括根据无线信道选择的参数的模型，估计接收器和发送信号的发射器之间的距离的装置。
根据本发明的第五方面，提供一种计算机程序，包括代码部分，被配置用于执行第一方面的方法。
根据本发明的第六方面，提供一种计算机程序，包括
用于获取信号的代码部分；
用于确定信号更可能通过视距(LOS)环境进行传播还是通过非视距(NLOS)无线信道进行传播的代码部分；
用于利用包括根据无线信道选择的参数的模型，估计接收器和发送信号的发射器之间的距离的代码部分。
该计算机代码可以记录在载体上，包括读取和/或读取/写入存储器。
根据本发明的第七方面，提供一种计算机程序，包括适于在该程序在处理器上运行时，执行第一或第三方面的任意步骤的程序代码单元。
根据第八方面，提供一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码单元，该程序代码单元适于在该程序在处理器上运行时，执行第一或第三方面的任意步骤。
本发明的任何方面可以结合多天线接收器使用。
任何电路可以包括一个或多个处理器、存储器和总线。所述的一个或多个电路可以共享电路元件。
本发明包括独立的或各种组合的一个或多个方面、实施方式或特征，而不论是否以该组合或独立地进行具体地阐述(包括所要求保护的)。
附图说明
现在通过仅参考附图的示例的方式给出描述，在附图中：
图1示出了距离估计设备；
图2示出了进入信号的角功率谱(APS)和APS中两个峰值的功率差的例子；
图3示出了作为移动台和基站之间的距离的函数的路径损耗，该损耗是沿着微蜂窝Manhattan网格环境中的街道计算的；
图4示出了在LOS和NLOS无线信道中测量的功率延迟分布(PDP)的例子；
图5示出了第一抽头的功率变化平均幅度与平均功率的比较；以及
图6是表示方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了包括接收器12和处理电路14的距离估计设备10。接收器12连接至天线16。在使用中，处理电路14测量接收的信号功率，并且通过平均来消除快衰落。处理电路14检测信号的特征以获取关于传播条件的信息。特别地，处理电路14操作以从检测的特征确定是否可能在发送信号的发射器(未示出)和接收器12之间存在视距。使用该信息，处理电路14选择合适的路径损耗模型以使用接收的功率来估计发射器的距离。
视距(LOS)和非视距(NLOS)信号在很多方面彼此不同。在LOS情况中，从发射器到接收器存在直接路径。在NLOS情况中，大部分信号能量通常来自附近物体的反射，衍射和散射。NLOS情况中的直接路径穿透建筑物或其他障碍物，并且因此被衰减。可以在所接收信号的性质中看到该根本的不同。
通过获取关于无线传播信道的信息并且针对LOS和NLOS情况而将该信息用于选择合适的路径损耗模型，最小化了传播失真引起的误差。可以根据无线信道在路径损耗计算
PL＝-10·γ·log10(r)+PL0(1)
中使用常数γ和PL0的不同值，从而改进距离估计的准确度。
观察从多天线16的天线元件接收的信号的性质揭露了关于无线传播信道的信息，如将描述的。
多径无线传播导致信号功率在时间(延迟)和空间(角度)维度上扩展。而且，发射器或接收器12的移动引起频率维度上的扩展。延迟维度中的扩展可以用于检测由直接视距(LOS)传播路径引起的优势信号分量的存在。然而，在延迟维度中的信号扩展仅能够在传输的信号具有宽的带宽时观察到，这在基于例如蓝牙或Wibree的系统中不是这种情况。此外，观察频率维度中的信号扩展需要环境中的发射器、接收器或散射物体中的一个或多个正在移动。
以空间(或角度)维度观察所接收的信号揭露了关于无线信道的空间相干性的信息。处理电路14配置用于在空间信号处理方法中利用来自于多天线16的信号的信息，其包括使用一个或多个天线功率变化以及角功率谱。
可以对从多天线16的天线元件接收的功率信息进行平均，以获取对所接收功率更可靠的估计并且因此获得更可靠的距离。这涉及以下事实：归因于多径传播的信号衰落在多天线元件中是不同的。
一种确定信号更可能通过LOS无线信道传播还是通过NLOS无线信道传播的方法包括使用衰落统计。LOS信道中的衰落是莱斯分布的，而NLOS信道中的衰落是瑞利分布的。瑞利分布衰落包括较深的衰落下降(dip)，这是由于缺乏直达分量造成的。该差异由设备10作为区分标准来使用。处理电路14配置用于计算衰落下降的平均值并且将该平均值与预定阈值进行比较。处理电路14配置用于响应于平均值符合预定阈值(即，较深的衰落下降)而确定无线信道更可能是NLOS信道，并且响应于平均值不符合预定阈值(即，较浅的衰落下降)而确定无线信道更可能是LOS信道。当信号衰落时，可以将衰落的深度计算为接收功率比上平均接收功率。可以在时间和空间维度上观察衰落。如果环境中发射器、接收器或散射物体中的一个或多个移动，则在每个天线元件的输出处测量的接收信号强度根据作为时间的函数的无线信道而改变。在时不变情况中，通过比较天线元件接收的功率来观察衰落(假设天线元件的辐射图案是相同的)。如下所述，该信息可以结合APS使用和/或通过将天线元件之间的信号功率/幅度的变化与阈值进行比较来使用该信息。较小的变化指示可能的LOS无线信道(假设相同的辐射图案)。
另一种确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的方法包括使用角功率谱(APS)，其中一个示例在图2中示出。处理电路14配置用于确定所接收信号的APS。除了距离估计之外，处理电路14可以使用APS来达到方向跟踪的目的。处理电路14配置用于搜索APS的局部最大值。在LOS信道中，信号功率主要来自于发射器的方向，并导致APS中的高峰。如果不存在直达信号分量(即，信道是NLOS信道)，功率可能更均匀地分布在角度域中。这意味着，在LOS无线信道中，APS中的最高峰和次高峰之间的比值，或最强峰的高度比上总(或平均)功率比在NLOS无线信道中大。处理电路14配置用于将APS中的最高峰和次高峰之间的比值与预定的阈值进行比较。处理电路14配置用于响应于该比值符合预定阈值而确定无线信道更可能是LOS信道，并且响应于该比值不符合预定阈值而确定无线信道更可能是NLOS信道。
确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的其他方法包括使用总信号功率的变化。信号遭受归因于多径传播的衰落，并且该衰落在不存在优势信号分量时最严重，诸如在NLOS情况中。在NLOS情况中，衰落相比于平均信号强度很容易为10dB或更深，而在LOS情况中，功率变化通常仅仅是若干分贝。对衰落统计的观察给出了信道状况的信息。
确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的其他方法包括使用第一抽头与其他抽头的功率相比。在发射的信号具有宽带宽的情况中，接收器12可以具有能够估计信道延迟散射(即，信道的功率延迟分布(PDP))信道估计块(未示出)。在LOS情况中，平均功率延迟分布在开始处具有最高峰，即，LOS分量总是强于从障碍物经由反射或衍射到达接收器12的多径中的任意路径。
确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的其他方法包括使用第一抽头中的功率变化。如果单独的功率延迟分布的形状并非可靠的指示符，那么将其与功率变化测量进行组合改进了准确度，即，对功率延迟分布中第一抽头的衰落特征的观察给出了无线信道的指示。可以使用上述基于衰落的方法。
确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的其他方法包括使用多普勒频谱的形状。在LOS存在于发射器和接收器之间的情况中，在所接收信号的多普勒频谱中存在一个优势峰，可以通过处理电路14对其进行计算。当在相对短的时段上进行观察时，该优势峰还具有相对恒定的多普勒频移。因此，通过计算总信号和/或第一抽头和/或最高APS峰的多普勒频谱并且将该频率变化与阈值进行比较，可以区分LOS和NLOS无线信道。符合阈值的变化指示可能的NLOS无线信道，而不符合阈值的那些变化指示可能的LOS无线信道。
另外一种确定信号更可能通过LOS无线信道进行传播还是通过NLOS无线信道进行传播的方法包括使用APS中最强峰中的功率变化。基于第一抽头的功率变化的方法可以在角度域中应用。该方法包括观察最高峰的衰落深度(即，最高峰的功率随时间改变了多少)，并且将该深度与阈值进行比较。处理电路14配置用于计算衰落下降的平均值并且将该平均值与预定阈值进行比较。处理电路14配置用于响应于平均值符合预定阈值(即，较深的衰落)而确定无线信道更可能是NLOS信道，并且响应于平均值不符合预定阈值(即，较浅的衰落)而确定无线信道更可能是LOS信道。当信号衰落时，可以将衰落深度计算为接收功率比上平均接收功率。在由于窄带宽而难于计算延迟域中的功率变化时，该方法尤其有用。
还能想到：使用信号特征中的差异来在LOS和NLOS情况之间进行区分的任何其他方法处于本发明的范围内。
处理电路14配置用于组合任意两个或更多方法以改进可靠性。当决定使用哪个(些)方法时，可以在考虑例如以下内容的情况下针对每个系统单独做出该决定：
1.在窄带系统中，无法容易地分离延迟抽头，并且因此查看第一抽头和其功率变化是不理想的。
2.如果系统是静态的，则基于衰落的方法可能是没用的。“静态”意味着根本不存在移动。
3.基于APS的方法需要多天线接收器。接收器的空间分辨率确定基于APS方法的使用。
4.当存在(接收器/发射器/环境的)移动时，基于多普勒的方法时最有用的。如果可能不存在移动，或速度不足够大，则基于多普勒的方法可能是没用的。
图4示出了测量的LOS和NLOS无线信道的功率延迟分布(PDP)的示例。可以看到，PDP的形状在这两个情况中是不同的。在LOS情况中，PDP的第一抽头最高并且之后，PDP通常遵循时间上的指数衰减。在NLOS情况中，第一分量不必最强，并且PDP的形状更随机。指数衰减还可以在NLOS情况中看到。
图5示出了LOS和NLOS两种情况的示例中，与平均功率相比下的第一抽头的功率变化的平均幅度。
在0.2秒期间对第一延迟抽头进行跟踪(测量车辆的速度大约是5m/s，即，这对应于大约1米)。对第一抽头的瞬时功率中的变化进行监测。首先，对抽头的功率进行归一化，以使得在LOS和NLOS情况中具有相等的功率。针对每个0.2秒周期计算绝对功率变化的平均值。
在示例性LOS情况中，与平均信号水平相比，第一抽头功率变化的幅度在-10到-6dB级别，而在示例性NLOS情况中，变化通常更大。应该理解，将图5中的值提供为示例，并且本发明不限于这样的值。该值例如取决于带宽，并且可以针对每个系统单独确定。然而，在该情况中，-6dB是良好的阈值。
参见图5，分布是部分重叠的。如果变化的幅度低于-6dB(其约在曲线交叉的点处)，则无线信道是LOS情况的概率约为80％(假设在没有额外信息的情况下，LOS和NLOS情况是等概率的)。如果变化幅度高于-6dB，则无线信道是NLOS情况的概率约为86％。将该信息与这里所述的一个或多个其他方法组合导致了较高的检测可靠性。
在图5中示出的情况作为为了在NLOS和LOS情况之间进行区分而如何设置阈值的示例。明显的是技术人员将理解如何将该示例应用于上述的其他检测方法。
在确定了接收的信号更可能通过LOS信道进行传播还是通过NLOS信道进行传播之后，处理电路14选择模型参数以描述在该特定无线传播信道中的路径损耗。仅针对LOS或NLOS无线信道选择这些参数。等式(1)具有两个参数。如果环境是已知的(例如，城市户外)，则参数γ可以从路径损耗模型中获取。参数PL0可以在设备的设计阶段期间设置，因为其取决于天线增益等。通常在设计阶段需要某类标定或参数设置是有用的。
此外，处理电路14通过使用合适的模型来使用天线元件的平均接收的功率以估计距离。
由于接收的功率除了距离之外还取决于发射的功率和天线增益，所以在接收器处需要知道发射的功率和天线增益以消除它们的影响。该影响可以通过进行一个或多个已知距离处的标定测量来消除。发射器可以使用与用于估计距离相同的无线连接将该信息传送给接收器12。
在视距(LOS)情况中，距离估计的准确度是良好的，因为在接收器和发射器之间不存在物体，并且因此等式(1)的模型更准确。在非视距(NLOS)情况中，准确度不像LOS情况那样良好，但是比将LOS和NLOS情况同等看待要好，如在现有技术中所做的那样。
图3示出了作为移动终端和基站之间的距离的函数的路径损耗，并且提供了距离功率相关性的示例。在城区Helsinki中的微蜂窝环境(即，其中基站在房顶水平之下)中的2.4GHz载波频率处进行测量。在将快速衰落引起的功率变化滤除之后计算路径损耗。在图3中，上部曲线表示LOS并且下部曲线表示NLOS。
一个可能的路径损耗模型是
PL＝-10·γ·log10(r)+PL0(1)
其中PL是路径损耗，r是发射器和接收器之间的距离，γ是路径损耗指数，并且PL0是在固定距离(例如，1m)处的路径损耗。因此，如果路径损耗PL已知，则可以计算距离r。应该理解，本发明不限于该特定模型，并且可以使用任何合适的模型。
如图3所示，路径损耗无疑取决于距离，但是在LOS和NLOS情况之间存在显著差异。例如，如果损耗是90dB，则针对LOS情况，距离估计约为430m，而针对NLOS情况，距离估计仅约为70m。
因此，通过在LOS和NLOS情况之间进行区分，相当于现有技术方法，显著地改进了距离估计的准确度。
在一个实施方式中，等式(1)在LOS和NLOS情况两者中应用，但是针对常数γ和PL0应用不同的值。
可能的方法应用包括
1.跟踪设备
2.全球定位系统(GPS)。在GPS系统中，多径是个问题，因为反射路径长于直接路径，并且因此到达时间可能不正确。
3.未来通信系统的初始同步或切换阶段，在未来通信系统中，移动终端可以将其到基站的大致距离用于其传输的正确定时。
在变形中，如果多天线的一个天线元件具有太低或太高的功率，则可以将其忽略。
图6是表示方法的流程图。该方法开始于100处并且在108处结束。步骤102包括从接收器获取信号。步骤104包括确定该信号更可能通过视距(LOS)无线信道进行传播还是非视距(NLOS)无线信道进行传播。步骤106包括使用包括根据该无线信道选择的参数的模型来估计接收器和发送信号的发射器之间的距离。该方法可以包括本说明书中描述或要求保护的任何其他步骤。
应该理解，前述电路可以具有除了所述功能之外的其他功能，并且这些功能可以由相同的电路执行。
因此，申请人单独地公开了在这里描述的每个独立的特征以及两个或更多此类特征的任何组合以达到这样的程度：即，此类特征或组合能够基于本说明书、按照本领域的技术人员的公知常识而作为整体来实现，而不论此类特征或特征的组合是否解决这里公开的任何问题，并且不是对于权利要求书范围的限制。申请人指示本发明的多个方面可以包括任何此类独立的特征或特征的组合。根据前面的描述，对于本领域的技术人员明显的是可以在本发明的范围内进行各种修改。
虽然已经示出、描述并指出了如应用于本发明优选实施方式的基本的新颖性特征，但是应该理解对所述设备和方法的形式以及细节上的各种省略、替换和改变可以由本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的情况下做出。例如，明确指出：以基本相同的方式执行基本相同的功能来实现相同的结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合位于本发明的范围之内。而且，应该认识到，结合公开的本发明的任何形式或实施方式示出的和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以并入任何其他公开的或描述的或建议的形式或实施方式中作为设计的一般性常识选择。因此，旨在仅如由所附权利要求书的范围所指示那样进行限制。此外，在权利要求书中，功能加装置项旨在覆盖这里描述的结构为执行记载的功能，并且不仅是结构性等同物，还有等同的结构。因此，尽管螺钉和螺栓可能不是结构性等同物，即螺钉采用圆柱表面来将木质部分紧固到一起，而螺栓采用螺旋表面，但在紧固木质部分的环境中，螺钉和螺栓可以是等同的结构。

Claims (20)

1.一种用于估计接收器和发射器之间的距离的方法，包括：
从多天线接收器的天线单元获取相应信号；
通过执行从包括以下过程的组中选择的一个或多个，确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播，以确定所述发射器和接收器之间的无线信道：
确定所述相应信号的角功率谱，并且将所述相应信号的角功率谱与LOS和/或NLOS信号的典型角功率谱进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
确定所述相应信号的功率变化，并且将所述相应信号的功率变化与LOS和/或NLOS信号的典型功率变化值进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
利用包括根据所述发射器和接收器之间所确定的无线信道选择的参数的模型，估计所述接收器和发射器之间的距离。
2.一种用于估计接收器和发射器之间的距离的设备，包括
接收器，被配置用于从多天线接收器的天线单元获取相应信号；
处理电路，被配置用于确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播，以确定所述发射器和接收器之间的无线信道，所述处理电路被配置用于执行从包括以下过程的组中选择的一个或多个：
确定所述相应信号的角功率谱，并且将所述相应信号的角功率谱与LOS和/或NLOS信号的典型角功率谱进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
确定所述相应信号的功率变化，并且将所述相应信号的功率变化与LOS和/或NLOS信号的典型功率变化值进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
所述处理电路进一步被配置用于利用包括根据所确定的无线信道选择的参数的模型，估计所述接收器和发射器之间的距离。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路进一步被配置用于通过识别所述接收的相应信号的特征，并且将识别的特征与LOS或NLOS信号的典型特征进行比较来确定所述无线信道，从而确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播，以确定所述发射器和接收器之间的无线信道。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述特征包括衰落特征、功率延迟分布、多普勒频谱特征中的任意一个或多个。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于通过对从所述多天线接收器获取的相应信号执行空间信号处理来确定所述无线信道。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于通过识别所述相应信号的衰落特征，并且将所述衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较来确定所述无线信道。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述处理电路被配置用于响应于衰落深度符合预定阈值，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道，并且响应于衰落深度不符合所述预定阈值，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述处理电路被配置用于：
响应于在所述相应信号中识别出瑞利型衰落特征，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道；以及
响应于在所述相应信号中识别出莱斯型衰落，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
9.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于：
计算所述相应信号的角功率谱中的最高峰值与次高峰值的比值；
将所述比值与预定阈值进行比较；以及
响应于所述比值符合所述预定阈值，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道；以及
响应于所述比值不符合所述预定阈值，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道；
确定所述相应信号的角功率谱，并且将所述相应信号的角功率谱与LOS和/或NLOS信号的典型角功率谱进行比较。
10.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于通过确定所述相应信号的功率延迟分布，并且将所述分布与LOS和/或NLOS信号的已知功率延迟分布进行比较来确定所述无线信道。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述处理电路被配置用于：
将所述功率延迟分布中的第一抽头的功率水平与其他抽头的功率水平进行比较；
响应于所述第一抽头具有最高功率水平，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道；以及
响应于所述第一抽头不具有最高功率水平，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述处理电路被配置用于：
将第一抽头的衰落特征与LOS和/或NLOS信号的已知衰落特征进行比较；以及
响应于在所述第一抽头中识别出瑞利型衰落特征，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道；以及
响应于在所述第一抽头中识别出莱斯型衰落特征，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道。
13.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于确定所述相应信号的多普勒频谱，并且将所述多普勒频谱与LOS和/或NLOS信号的已知多普勒频谱进行比较，从而确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理电路被配置用于：
响应于在所述多普勒频谱中检测到优势峰，确定所述无线信道更可能是LOS信道而不是NLOS信道；以及
响应于在所述多普勒频谱中没有检测到优势峰，确定所述无线信道更可能是NLOS信道而不是LOS信道。
15.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路进一步被配置用于选择合适的路径损耗模型，作为估计所述接收器和发射器之间的距离的模型。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述处理电路被配置用于利用以下路径损耗模型来估计所述接收器和发射器之间的距离：
PL＝-10·γ·log10(r)+PL0
其中，PL表示路径损耗；
r表示所述发射器和接收器之间的距离；
γ表示路径损耗指数；以及
PL0表示给定距离处的路径损耗。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理电路被配置用于根据所述确定的无线信道，为常量γ和PL0选择不同的值。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理电路被配置用于针对PL参数来利用所述相应信号的平均值。
19.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理电路被配置用于通过对所述确定的角功率谱和/或所述确定的功率变化求平均，确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播。
20.一种用于估计接收器和发射器之间的距离的设备，包括：
用于从多天线接收器的天线单元获取相应信号的装置；
用于通过执行从包括以下过程的组中选择的一个或多个，确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播，以确定所述发射器和接收器之间的无线信道的装置：
确定所述相应信号的角功率谱，并且将所述相应信号的角功率谱与LOS和/或NLOS信号的典型角功率谱进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
确定所述相应信号的功率变化，并且将所述相应信号的功率变化与LOS和/或NLOS信号的典型功率变化值进行比较，以确定所述相应信号更可能关联于通过视距(LOS)无线信道还是通过非视距(NLOS)无线信道而从发射器进行传播；以及
所述用于确定的装置被进一步配置用于利用包括根据所述确定的无线信道选择的参数的模型，估计所述接收器和发射器之间的距离。
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