CN102549448A - 使用多载波的定位 - Google Patents

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Abstract

一种确定移动设备和在至少一个多载波信号上与该移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的方法，包括：接收至少一个多载波信号；选择来自该至少一个多载波信号的至少一个载波信号；测量来自该至少一个多载波信号的该至少一个载波信号的信号特性；以及至少部分地基于该信号特性确定移动设备与无线收发机之间的距离估计。

Description

使用多载波的定位
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2009年3月17日的题为“Position Location UsingMultiple Carriers(使用多载波的定位)”的美国临时申请No.61/160,985的权益，该临时申请出于所有用途通过援引包括于此。
背景
无线通信系统被广泛部署以提供各种类型的通信内容和服务，诸如举例而言，语音内容、数据内容、视频内容、分组数据服务、广播服务、消息收发服务、多媒体服务，等等。典型无线通信系统可以是能够通过共享可用系统资源(例如，带宽和发射功率)来支持与多用户通信的多址系统。这些多址系统的示例可包括频分多址(FDMA)系统、第三代伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)系统、以及正交频分多址(OFDMA)系统。
一般而言，无线多址通信系统能同时支持多个无线移动设备的通信。每个移动设备可经由前向和反向链路上的传输与一个或多个基站通信。前向链路(或即下行链路)是指从基站至移动设备的通信链路，而反向链路(或即上行链路)是指从移动设备至基站的通信链路。这种通信链路可经由单输入单输出(SISO)、多输入单输出(MISO)或多输入多输出(MIMO)系统来建立。
无线通信系统通常采用特定载波频率来传送信息。所选取的载波频率可取决于无线系统的类型。例如，蜂窝系统采用政府许可的频谱，而其他系统(例如，无线电、Wi-Fi等)采用未许可频谱。另外，载波频率的带宽与在一段时间中可传达的数据量(也被称为吞吐量或数据率)有关。
尽管载波带宽一般因特定的无线系统而固定(例如，2兆赫兹(MHz)、2.5MHz、5MHz等等)，近来已经开发出多载波系统来增加用于要求高数据率的应用的带宽。此外，多载波系统可通过跨多个载波的联合资源分配和负载平衡而得到改善的资源利用率和频谱效率。多载波系统是有能力在两个或更多个载波频率上传送信息的系统。这种能力可存在于下行链路和上行链路连接两者中；或者，多载波系统可仅在上行链路或仅在下行链路上具有多载波能力。在多载波系统中，移动设备可被分配多个载波信道，移动设备聚集这些载波信道以增加用以向或从移动设备传送信息的速率。当移动设备的话务要求减弱时，可释放附加的载波，从而释放信道用于其他移动设备。
作为前述内容的示例，多载波高速分组接入(MC-HSPA)是HSPA系统的演进，其中聚集了两个5MHz载波信道以增加信道带宽，从而导致增加的吞吐量和数据率。MC-HSPA系统对于用诸如3GPP发行版7(R7)、R6、R5、和发行版′99(R99)等老协议设计的移动设备是后向兼容的。另外，对于运营商而言，MC-HSPA系统允许高效且灵活的频谱资产利用，即使被许可给运营商的多个载波在频谱内并非是毗邻的亦然。
概述
一种根据本公开的确定移动设备和在至少一个多载波信号上与该移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的方法的示例，包括：接收至少一个多载波信号；选择来自该至少一个多载波信号的至少一个载波信号；测量来自该至少一个多载波信号的该至少一个载波信号的信号特性；以及至少部分地基于该信号特性确定移动设备与无线收发机之间的距离估计。
这样的方法的实施例可包括以下特征中的一个或更多个。该方法包括使用移动设备与无线收发机之间确定的距离估计以及移动设备与其他信号源之间的距离估计来确定移动设备的位置。接收至少一个多载波信号包括接收来自第一无线通信网络的第一多载波信号和来自第二无线通信网络的第二多载波信号，其中第一无线通信网络不同于第二无线通信网络，且选择至少一个载波信号包括选择来自第一多载波信号的第一载波信号和选择来自第二多载波信号的第二载波信号。来自至少一个多载波信号的至少一个载波信号的信号特性与信号强度有关。来自至少一个多载波信号的至少一个载波信号的信号特性是首次抵达时间。确定距离估计包括使用使距离估计最小化的首次抵达时间。确定距离估计包括至少部分地基于首次抵达时间确定来自该至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计；以及通过组合载波时基估计来确定多载波时基估计。确定多载波时基估计包括演算载波时基估计的均值。确定多载波时基估计包括演算载波时基估计的中值。确定多载波时基估计包括将载波时基估计中的至少一个载波时基估计标识为离群值，被标识为离群值的至少一个载波时基估计具有对应载波信号，此标识基于将该对应载波信号的载波功率与来自该至少一个多载波信号的其他载波信号的载波功率作比较、或者基于将载波时基估计与来自该至少一个多载波信号的其他载波信号的载波时基估计作比较。多载波时基估计是在不使用任何离群值的情况下确定的。确定多载波时基估计还包括对源自诸载波的载波时基估计进行加权，以使得离群值对多载波时基估计确定的贡献比非离群值载波时基估计要小；以及将多载波时基估计确定为源自诸载波的经加权载波时基估计的组合。
一种确定无线通信系统的移动设备和无线收发机之间的距离估计的方法的示例，无线收发机在多载波信号上与移动设备通信，该方法包括：接收包括使用同步时钟生成的载波信号的多载波信号；以及使用载波信号确定移动设备和无线收发机之间的距离估计。
这样的方法的实施例可包括以下特征中的一个或更多个。该方法包括使用移动设备与无线收发机之间确定的距离估计以及移动设备与其他信号源之间的距离估计来确定移动设备的位置。该方法包括选择载波信号之一作为参考载波信号；根据相对于参考载波信号的频率差异对至少一个非参考载波信号中的每一个的波形进行移位；以及组合参考载波信号的波形和至少一个经移位的非参考载波信号的波形以生成合成信号；其中移动设备和无线收发机之间的距离估计是使用合成信号确定的。
一种确定移动设备和在来自至少一个多载波信号的载波信号上与该移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的方法的示例，包括：接收来自该至少一个多载波信号的载波信号；基于相应的已知时间偏移量将载波信号对准；组合经对准的载波信号以产生合成信号；以及使用合成信号确定移动设备和无线收发机之间的距离估计。
一种确定移动设备的位置的方法的示例，包括：接收来自无线收发机中第一无线收发机的多载波信号中第一载波频率上的第一载波信号；接收来自无线收发机中该第一无线收发机的第二载波频率上的第二载波信号；使用第一载波信号确定移动设备的第一位置估计；使用第二载波信号确定移动设备的第二位置估计；以及通过组合第一位置估计和第二位置估计来确定移动设备的位置。
此方法的实施例可包括特征：确定对应第一位置估计的第一可靠性度量；以及确定对应第二位置估计的第二可靠性度量；其中确定移动设备的位置包括对按第一可靠性度量加权的第一位置估计和按第二可靠性度量加权的第二位置估计进行组合。
一种配置成确定移动设备和在至少一个多载波信号上与移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的装置的示例，包括：收发机，其配置成接收至少一个多载波信号；以及处理器，其通信地耦合至收发机并配置成至少部分地基于选自该至少一个多载波信号的至少一个载波信号的测得信号特性来确定移动设备和无线收发机之间的距离估计。
这样的装置的实施例可包括以下特征中的一个或更多个。信号特性是首次抵达时间。处理器被进一步配置成通过组合来自该至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个的载波时基估计来确定多载波时基估计，载波时基估计是至少部分地基于首次抵达时间确定的。处理器被进一步配置成演算载波时基估计的均值。
一种计算机程序产品的示例包括存储处理器可读指令的处理器可读介质，该指令被配置成使处理器：接收用于无线收发机与移动设备之间的通信的至少一个多载波信号；选择来自该至少一个多载波信号的至少一个载波信号；测量该至少一个载波信号的信号特性；以及至少部分地基于该信号特性确定移动设备与无线收发机之间的距离估计。
这样的产品的实施例可包括以下特征中的一个或更多个。信号特性是首次抵达时间。指令被进一步配置成使处理器：至少部分地基于首次抵达时间确定来自该至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计；以及通过组合载波时基估计来确定多载波时基估计。指令被进一步配置成使处理器演算载波时基估计的均值。
一种配置成确定移动设备和使用至少一个多载波信号与该移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的设备的示例，包括：用于接收至少一个多载波信号的装置；用于选择来自该至少一个多载波信号的至少一个载波信号的装置；用于测量该至少一个载波信号的信号特性的装置；以及用于至少部分地基于该信号特性确定移动设备与无线收发机之间的距离估计的装置。
这样的设备的实施例可包括以下特征中的一个或更多个。信号特性是首次抵达时间。用于确定距离估计的装置包括：用于至少部分地基于首次抵达时间确定来自该至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计的装置；以及用于通过组合载波时基估计来确定多载波时基估计的装置。用于确定多载波时基估计的装置包括用于演算载波时基估计的均值的装置。
本文中描述的项目和/或技术可提供以下能力中的一个或更多个。使用多个载波上的信号的定位相对于使用单个载波的传统定位改善了时基估计的准确性，并由此改善了距离估计的准确性。时基估计准确性的改善在非视线和高多径环境中(例如在城市区域)和在信号干扰噪声比(SINR)较低(例如在室内环境中)时是意义最为重大的。当定位使用在多个载波上发射的使用相同时钟或同步时钟生成的信号时，这些信号可被组合以形成用于时基估计的合成信号，从而提供了接近具有更快码片率(例如两倍码片率)的系统的性能。当定位使用在多个载波上发射的未使用相同时钟或同步时钟生成的信号时，这些信号可使用相同或不同的无线通信技术来发射。有效SINR可随着多个载波上的SINR的组合而增加。当时基估计的误差跨载波信号独立时，在富含多径的环境中在时基估计中具有分集增益。存在于一些载波信号上的扰乱信号和干扰在其他载波信号上可能并不存在。另外，多径效应可能在载波信号之间变化。因此，存在多个载波能增加区别干扰和信号的能力并能提供更可靠的提早信号峰值检测。尽管已描述了项目/技术-效果对，但是也可以借助除所提及的项目/技术以外的项目/技术来达成所提及的效果，并且所提及的项目/技术可以并非必然产生所提及的效果。
附图简述
图1是多址无线通信系统的简化图。
图2是通信系统的框图。
图3是移动站的组件的框图。
图4是促成确定移动设备与基站之间的距离估计的示例系统的框图。
图5是移动设备在多载波信号上与无线收发机通信的简化图。
图6是确定图5中所示的移动设备与无线收发机之间的距离估计的过程的流程框图。
图7是确定图5中所示的移动设备与无线收发机之间的距离估计的另一过程的流程框图。
图8是确定图5中所示的移动设备与无线收发机之间的距离估计的另一过程的流程框图。
图9是确定使用载波信号与无线收发机通信的移动设备的位置的过程的流程框图。
在附图中，具有类似相关特性和/或特征的组件可能具有相同的参考标记。
详细描述
本文描述的技术提供了用于确定移动设备和在至少一个多载波信号上与该移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的机制。移动设备在多载波信号上与无线收发机通信，其中在移动设备与每个无线收发机之间，各载波的信号可使用、或者也可不用相同时钟或同步时钟来生成。作为示例，若来自特定收发机的载波信号不是使用相同时钟或同步时钟生成的，则信号特性(例如，信号强度或首次到达时间)是在载波信号上测得的，且移动设备与该特定收发机之间的距离估计是使用测得的信号特性来确定的。或者，未使用相同时钟或同步时钟生成的载波信号可以使用已知的时间偏移量来时间对准并被组合以生成用于确定移动设备与特定收发机之间的距离估计的合成信号。作为另一示例，若来自特定收发机的载波信号是使用相同时钟或同步时钟生成的，则使用这些载波信号，例如通过组合载波信号以生成合成信号来确定移动设备与特定收发机之间的距离估计。移动设备的位置可使用所确定的距离估计以及该移动设备与其他信号源之间的距离估计来确定。其他实施例也落在本公开和权利要求书的范围内。
本文中描述的定位技术可协同诸如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)等各种无线通信网络来实现。术语“网络”和“系统”往往被可互换地使用。WWAN可以是码分多址(CDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、OFDMA网络、3GPP LTE网络、WiMAX(IEEE 802.16)网络，等等。CDMA网络可实现诸如CDMA2000、宽带CDMA(W-CDMA)等一种或更多种无线电接入技术(RAT)。CDMA2000涵盖IS-95、IS-2000和IS-856标准。W-CDMA在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。CDMA2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN可以是IEEE 802.11x网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x、或其他某种类型的网络。这些技术也可联合WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合来实现。
参照图1，其解说了多址无线通信系统。收发机100包括多个天线群，一个群包括天线104和106、另一个群包括天线108和110、以及再一个群包括天线112和114。在图1中，每个天线群仅示出了两个天线，然而，每个天线群可利用更多或更少的天线。移动设备116与天线112和114正处于通信，其中天线112和114在前向链路120上向移动设备116传送信息，并在反向链路118上从移动设备116接收信息。移动设备122与天线106和108正处于通信，其中天线106和108在前向链路126上向移动设备122传送信息，并在反向链路124上从移动设备122接收信息。在FDD系统中，通信链路118、120、124和126可使用不同频率进行通信。例如，前向链路120可使用与反向链路118所使用的不同的频率。
每群天线和/或它们被设计成在其中通信的区域常常被称作收发机的扇区。在该实施例中，天线群各自被设计成与落在收发机100所覆盖的区域的一扇区中的诸移动设备通信。
在前向链路120和126上的通信中，收发机100的发射天线利用波束成形来提高不同移动设备116和122的前向链路的信噪比。另外，使用波束成形向随机地散布在其覆盖中的诸移动设备发射的收发机对邻近蜂窝小区中的移动设备造成的干扰比通过单个天线向其所有移动设备发射的收发机造成的干扰小。
收发机可以是用于与诸终端通信的固定站，并且也可以B节点、基站、或某个其他术语来述及。移动设备也可用用户装备(UE)、无线通信设备、终端、接入终端、移动站、无线终端、或其他某个术语来称呼。如本文中所使用的，移动设备是指诸如以下的设备：蜂窝或其他无线通信设备、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备(PND)、个人信息管理器(PIM)、个人数字助理(PDA)、膝上型设备或能够接收无线通信和/或导航信号的其他合适的移动设备。术语“移动设备”还旨在包括诸如通过短程无线、红外、有线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通信的设备，不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备上还是在PND上。而且，“移动设备”旨在包括能够诸如经由因特网、Wi-Fi、或其他网络与服务器通信的所有设备，包括无线通信设备、计算机、膝上型设备等，而不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备处、服务器处、还是与网络相关联的另一个设备处。以上的任何可操作组合也被认为是“移动设备”。
图2是MIMO系统200中发射机系统210(例如，图1的收发机100)和接收机系统250(例如，图1的移动设备116或122)的示例的框图。
MIMO系统为数据传输采用多个(T个)发射天线和多个(R个)接收天线。由这T个发射及R个接收天线构成的MIMO信道可被分解为S个也被称为空间信道的独立信道，其中S≤min{T，R}。这S个独立信道中的每一个对应于维。如果由这多个发射和接收天线创生的附加维度得到利用，则MIMO系统就能提供改善的性能(例如，更高的吞吐量和/或更大的可靠性)。
MIMO系统支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)系统。在TDD系统中，前向和反向链路传输是在相同的频率区域上，从而互易性原理允许从反向链路信道来估计前向链路信道。这使得在接入点处有多个天线可用时该接入点能够在前向链路上萃取波束成形增益。
参照图2，在发射机系统210处，数个数据流的话务数据从数据源212被提供给发射(TX)数据处理器214。在一实施例中，每个数据流在各自的发射天线上被发射。TX数据处理器214基于为每个数据流选择的特定编码方案来格式化、编码、和交织该数据流的话务数据以提供经编码数据。
每个数据流的经编码的数据可使用正交频分复用(OFDM)技术来与导频数据多路复用。导频数据通常是以已知方式处理的已知数据码型，并且可在接收机系统处被用来估计信道响应。每个数据流的经多路复用的导频和已编码数据随后基于为该数据流选择的特定调制方案(例如，二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、M相移键控(M-PSK)、或M正交调幅(M-QAM))来调制(即，码元映射)以提供调制码元。每个数据流的数据率、编码、和调制可由处理器230执行的指令来决定。
所有数据流的调制码元随后被提供给TX MIMO处理器220，后者可进一步处理这些调制码元(例如，针对OFDM)。TX MIMO处理器220然后将NT个调制码元流提供给个NT个发射机(TMTR)222a到222t。在某些实施例中，TX MIMO处理器220向这些数据流的码元并向从其发射该码元的天线应用波束成形权重。
每个发射机2221到222T接收并处理各自相应的码元流以提供一个或以上模拟信号，并进一步调理(例如，放大、滤波、以及上变频)这些模拟信号以提供适合在MIMO信道上传输的已调制信号。来自发射机2221到222T的T个已调制信号随后分别从T个天线2241到224T被发射。
在接收机系统250处，所发射的已调制信号被R个天线2521到252R所接收，并且从每个天线252接收到的信号被提供给相应的接收机(RCVR)2541到254R。每个接收机254调理(例如，滤波、放大、及下变频)各自的收到信号，数字化该经调理的信号以提供样本，并且进一步处理这些样本以提供相对应的“收到”码元流。
RX数据处理器260随后从R个接收机254接收这R个收到码元流并基于特定接收机处理技术对其进行处理以提供T个“检出”码元流。RX数据处理器260随后解调、解交织、并解码每个检出码元流以恢复该数据流的话务数据。RX数据处理器260所执行的处理与发射机系统210处由TX MIMO处理器220和TX数据处理器214所执行的处理互补。
处理器270定期地确定使用哪一预编码矩阵。处理器270编制包括矩阵索引部分和秩值部分的反向链路消息。
该反向链路消息可包括涉及通信链路和/或收到数据流的各种类型的信息。反向链路消息随后由还从数据源236接收数个数据流的话务数据的TX数据处理器238处理，由调制器280调制，由发射机254调理，并被回传给发射机系统210。
在发射机系统210处，来自接收机系统250的已调制信号被天线224所接收，由接收机222调理，由解调器240解调，并由RX数据处理器242处理以提取接收机系统250所发射的反向链路消息。处理器230随后确定要使用哪个预编码矩阵来确定波束成形权重，然后处理所提取的消息。
移动设备的定位
存在数种确定无线通信系统中移动设备的位置的技术，包括全球定位系统(GPS)技术、辅助GPS(A-GPS)、以及基于蜂窝小区的定位方法，诸如源蜂窝小区(COO)、抵达时间(TOA)、观测抵达时间差(OTDOA)、高级前向链路三边测量(AFLT)、以及抵达角(AOA)。这些技术具有变化的精确度，可能不能提供当今许多基于位置的服务所需要的准确度。特别地，卫星信号并不总是强到足以提供准确定位。例如，GPS定位在室内环境和城市环境中尤其不准确，在室内环境中SINR会较低，而在城市环境中高且密集的建筑物会限制卫星视野并且建筑物的反射表面会导致多径效应。
常规定位技术使用基于单载波信号的距离估计。通常，基于地面的定位中的基础操作之一是对信号的首次到达路径进行时基估计。在收发机与移动设备之间传送的单载波信号可能经由多条路径(即，多径)被接收到。信号的这多条路径可能具有不同的收到功率和抵达时间。收到信号可以被互相关以区别收到信号的多条路径。一般而言，假定所检测到的首次抵达路径与传播最短距离的路径相关联，并因此是用来估计移动设备与收发机之间的距离的正确值。通常，该首次抵达路径由于相对于收发机与移动设备之间的其他路径而言为零的反射或较少反射因而是最强路径。所标识的首次抵达路径的首次抵达时间可加上其他参数(例如，估计信号传输时间和/或收发机与移动设备的时钟之间的时间偏移量)用来估计移动设备与收发机之间的距离。取决于所用的定位方法，首次抵达时间可要么由移动设备基于下行链路收到信号来估计、要么由收发机基于上行链路收到信号来估计。
移动设备的位置可使用移动设备与收发机之间所估计的距离、以及移动设备与例如基于地面和基于卫星的信号源等其他信号源之间的距离估计来确定。例如，对于与移动设备通信的多个收发机(例如，三个或更多收发机)，移动设备的定位可通过使用这多个收发机到该移动设备的估计距离执行三边测量来确定。
一种定位技术——观测抵达时间差(OTDOA)通过测量来自至少三个收发机的信号的时基来估计移动设备的位置。参考收发机信号与至少两个近邻收发机的信号之间的抵达时间差定义两个双曲线。这些双曲线的交点定义地球表面上的一位置，即移动设备的估计位置。OTDOA技术的准确性因变于时间差测量的分辨率和邻近收发机的几何学。邻近收发机之间的时基关系需要精确已知，这在异步网络中并非固有地成立。对于异步网络，可遍布部署区添加位置测量单元(LMU)以跟踪每个收发机相对于高质量时基参考的时基。在一个示例中，移动设备或LMU可测量收发机信号的帧时基之间的观测时间差。这些测量可被例如发送至收发机或通信网络的无线电网络控制器以确定移动设备的位置。或者，移动设备可使用时间差测量和接收自通信网络的辅助数据(例如，参考收发机和近邻收发机的位置)来确定位置。
另一定位技术——上行链路-抵达时间差(U-TDOA)基于对发送自移动设备并在多个(例如，四个或更多个)LMU处收到的已知信号的抵达时间的网络测量。LMU需要在地理上与要定位的移动设备接近从而准确地测量已知信号阵发的抵达时间。由于LMU的地理坐标是已知的，移动设备的位置可使用双曲三边测量来确定。
有利地，可开发出使用多个载波上的信号(例如，多载波信号)进行基于地面的定位的技术以提供无缝的移动定位。多载波信号可相当大地改善定位准确性。例如，若蜂窝信号的带宽被扩展，则时基估计准确性会显著改善。使用多个载波的时基估计可在基于移动台和基于基站的定位的许多形式的定位中使用，并且可被应用于3GPP和3GPP2无线通信技术。
如本文中所使用的术语“多载波系统”可包括具有多个无线技术的系统。例如，智能电话可典型地接收蜂窝信号和IEEE 802.11x Wi-Fi信号，而多模蜂窝电话可接收多种技术的信号，例如全球移动通信系统(GSM)和WCDMA、CDMA2000和LTE、以及WCDMA和LTE。
在一些使用多载波的定位技术中，这多个载波是时间同步的。即，所有载波上的信号都是基于相同时钟生成的，另外，与数据帧相关的所有时基都是对准的。若干现有的和开发中的无线通信技术规定了时间同步载波。例如，在IS95/CDMA2000 1xEV-DO(演进数据最优化)系统中，载波与GPS时基固有地同步。在另一示例中，在3GPP发行版8中的双蜂窝小区高速下行链路分组接入(DC-HSDPA)中，两个下行链路载波在每个基站处是同步的。在3GPP发行版9中的DC-HSDPA中，两个上行链路载波是同步的。对DC-HSDPA的多载波扩展可能要求下行链路和上行链路两者上的多个载波是同步的。
图3是移动站(MS)300的组件的框图。在所绘实施例中，MS 300具有通过多载波收发机313同时接收和发射一个或多个频率信道(例如作为宽带多载波信号)的能力。多载波收发机313通过接口320通信地耦合至MS 300的其他组件。MS 300包括可能通过任选的总线/存储器接口310和总线301耦合至数字信号处理器(DSP)312、杂项接口330、以及存储器340的通用处理器311。杂项接口通常将包括语音/音频接口和文本接口。在所绘实施例中，MS 300包括任选的GPS接收机326和相关联的天线327。GPS接收机326和相关联的天线327为MS 300提供接收例如用于定位的GPS信号的能力。GPS接收机326通过接口325通信地耦合至MS 300的其他组件。其他实施例可包括上述模块/接口或附加模块/接口的部分或全部的任何可工作组合。
用于使用多个载波进行时基估计的示例系统
作为示例，图4解说促成演算来自两个或更多个载波的首次抵达路径的时基估计的系统400。系统400包括可与移动设备404(例如，用户装备、移动站、接入终端、和/或任意数目的全异设备(未示出))通信的基站402(例如，收发机、B节点、eNode B(演进型B节点)等)。基站402可在前向链路信道(下行链路信道)上向移动设备404传送信息。此外，基站402可在反向链路信道(上行链路信道)上从移动设备404接收信息。系统400可以是SISO、MISO、或MIMO系统。另外，系统400可在OFDMA无线网络(例如，3GPP、3GPP2、3GPP LTE等)中工作。另外，以下所示和所述的基站402中的组件和功能可存在于移动设备404中，反之亦然。所公开的技术可提供来自两个或更多个载波的首次抵达路径的估计时基，并且如此的估计时基可在基站402和/或移动设备404中演算。特别地，首次抵达路径可利用移动设备404接收的下行链路信号或基站402接收的上行链路信号从两个或更多个载波估计出。
基站402包括能采集来自两个或更多个载波的首次抵达路径的信号采集模块406。在一些实现中，首次抵达路径涉及GPS信号。基站402还包括时基估计模块408，后者能提供对两个或更多载波的组合时基估计(例如，载波时基估计的平均值或中值)、或来自两个或更多载波的合成信号(例如，组合移位载波信号的波形)中的至少一者以估计首次抵达路径的时基。时基估计模块408还能利用组合时基估计或合成信号来演算定位。
移动设备404包括能采集来自两个或更多个载波的首次抵达路径的信号采集模块410。在一些实现中，首次抵达路径涉及GPS信号。移动设备404还包括时基估计模块412，后者能提供对两个或更多载波的组合时基估计(例如，载波时基估计的平均值或中值)、或来自两个或更多载波的合成信号(例如，组合移位载波信号的波形)中的至少一者以估计首次抵达路径的时基。时基估计模块412还能利用组合时基估计或合成信号来演算定位。
移动设备在多个载波上与无线收发机的通信
根本上，时基准确性与信号带宽成反比。因此，相比于使用单载波，使用多个载波可改善时基估计。有多种方法将多载波信号用于定位。用于未使用相同或同步时钟生成的载波信号的技术可组合每载波时基估计。用于使用相同或同步时钟生成的载波信号的技术可将来自多个载波的信号组合成合成信号。通过各种公开的技术，时基估计准确性在以下情形中可以有明显改善：对于室内环境而言常见的差SINR；以及对于城市环境而言常见的大量多径。
图5解说其中移动设备510在多个载波上与无线收发机530通信的系统500的示例。无线收发机530可在一种或多种无线通信技术上向/从移动设备510发射/接收信号。所发射的信号可用相同时钟或同步时钟、或者也可不用相同时钟或同步时钟来生成。
在系统500中，移动设备510在两个载波频率上与无线收发机530通信。为了易于参考，第一载波上的信号被示为实线，而第二载波上的信号被示为虚线。
载波上发射的每个信号是经由一条或多条路径接收到的。第一载波上发射的信号经由三条路径541、542和543被接收，而第二载波上发射的信号经由三条路径546、547和548被接收。在该示例中，这两个载波信号由无线收发机530使用单个天线540发射和接收。例如，第一载波上的信号和第二载波上的信号两者都可以是发射自天线540的同一多载波信号的部分。在一些实现中，第一载波信号是作为单载波信号从第一天线发射的，而第二载波信号是作为单载波信号从第二天线发射的。
由于第一和第二载波信号是从同一无线收发机530发射的，所以这些载波信号的时基理论上应是相同的，因为信号实质上是以光速传播的。然而，第一和第二载波信号的不同频率将与环境不同地交互。例如，多径和噪声的影响会在载波信号之间变化。载波频率的差异可能导致关于不同载波信号的路径之间有相对相位的差异。相对相位的差异可能导致路径之间干扰上的差异，这可能导致对关于不同载波信号的路径的时基估计有不同误差。存在于一些载波信号上的扰乱信号和干扰在其他载波信号上可能并不存在。可将两个收到载波信号作对比以确定是否这两个信号中存在相同效应(例如，多径、干扰源、噪声)。因此，存在多个载波能增加区别干扰和信号的能力并能提供更可靠的提早信号峰值检测。
在接收机处(这里，对于下行链路而言是移动设备510)，可对应每个载波标识首次抵达路径。在系统500中，路径541和546穿过建筑物520传播。路径542和547从建筑物521反射一次，而路径543和548从建筑物520和522反射两次。图5解说第一和第二载波信号的不同频率与建筑物520和522不同地交互，致使第一和第二载波信号在传输期间以不同角度从建筑物反射。对于以下公开的技术，具有最少反射的路径541和546可被分别标识为第一和第二载波信号的首次抵达路径。
在一些实例中，接收机将干扰或噪声错误地检测为载波信号的首次抵达路径，然而实非真实首次抵达路径。以下公开了用于将这些较早抵达路径标识为离群路径的机制，离群路径在确定时基估计时应被丢弃，或者在确定时基估计时相对于与其他路径相关联的权重，应与更低的权重相关联。
使用多载波信号作距离估计的过程
参照图6且再参照图3-5，确定移动设备510和无线收发机530之间的距离估计的过程600包括所示阶段。无线收发机530在至少一个多载波信号上与移动设备510通信。或者，无线收发机530可在多个载波的信号上与移动设备510通信。无线收发机530可使用一种或多种无线通信技术与移动设备510通信。然而，过程600仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过添加、移除或重新安排各阶段来改动过程600。
在阶段602，接收机(例如，图4中移动设备404的信号采集模块410或基站402的信号采集模块406)接收至少一个多载波信号。收到信号可经由一条或多条路径被接收。例如，图5的移动设备510在第一载波上从三条路径(即，路径541、542、和543)接收来自无线收发机530的信号。移动设备510在第二载波上从三条路径(即，路径546、547、和548)接收来自无线收发机530的信号。移动设备510还可接收来自其他无线收发机(未示出)的信号。
在阶段604，处理器(例如，移动设备404或基站402的处理器)从这至少一个多载波信号中选择至少一个载波信号。在图5的系统500中，移动设备510的处理器(例如，图3的通用处理器311)选择第一载波信号和/或第二载波信号。
在阶段606，处理器测量来自该至少一个多载波信号的该至少一个载波信号的信号特性。例如，移动设备404的时基估计模块412的处理器可测量该至少一个载波信号的首次抵达时间。或者，信号特性可与该至少一个载波信号的信号强度有关。
在阶段608，处理器至少部分地基于信号特性确定移动设备510和无线收发机530之间的距离估计。优选地，处理器至少部分地基于首次抵达时间确定来自该至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计。除了载波时基估计外，距离估计的确定可取决于其他因素。例如，除了载波时基估计，还可使用移动设备510与无线收发机530之间的公共时间偏移量来确定距离估计。
处理器组合该多个载波信号的载波时基估计以确定多载波时基估计。例如，移动设备510的处理器使用第一载波信号和第二载波信号的首次抵达时间——例如第一载波信号的经由路径541的信号抵达时间和第二载波信号的经由路径546的信号抵达时间——来确定载波时基估计。处理器通过组合这两个个体的载波时基估计来确定多载波时基估计。多载波时基估计可以是例如载波时基估计的演算均值或演算中值。
组合个体的载波时基估计提供了两方面的增益。首先，由于多个载波上的SINR被组合，所以具有有效SINR上的增益。其次，当时基估计的误差跨载波独立时，在富含多径的环境中在时基估计中具有分集增益。另一优势在于对于此技术而言不需要载波同步(即，在使用相同或同步时钟生成载波信号时的载波同步)。这多个载波可以是不相邻的，甚至是跨频带的；载波隔离(即，频率差异)越大，潜在增益就越大。
在一些实例中，收到载波信号的干扰或噪声可能被标识为首次抵达路径。过程600可进一步包括关于相应的载波信号将载波时基估计中的至少一个标识为离群值。例如，处理器可基于将相应载波信号的载波功率与来自该至少一个多载波信号的其他载波信号的载波功率作对比和/或将该载波时基估计与来自该至少一个多载波信号的其他载波信号的载波时基估计作对比来标识离群值。优选地，处理器在不使用任何离群值的情况下确定多载波时基估计。或者，处理器对源自多个载波的载波时基估计进行加权，以使得离群值对多载波时基估计确定的贡献比非离群值载波时基估计要小。在此替换方案中，处理器将多载波时基估计确定为源自多个载波的经加权载波时基估计的组合(例如，作为经加权均值)。
或者不确定多载波时基估计，处理器使用相对于源自其他首次抵达时间的距离估计使距离估计最小化的首次抵达时间来确定距离估计。例如，移动设备510的处理器或无线收发机530的处理器可使用具有更低距离估计的第一载波或第二载波的首次抵达时间来确定移动设备510和无线收发机530之间的距离估计。
在阶段610，处理器使用移动设备510和无线收发机530之间确定的距离估计以及移动设备510和其他信号源(例如，其他无线收发机)之间的距离估计来确定移动设备510的位置。该位置可以由例如无线收发机530或通信网络基础设施的其他某个实体(例如，无线电网络控制器)用接收自移动设备510的测量来确定。或者，移动设备510可使用载波时基估计和接收自通信网络的辅助数据(例如，无线收发机530和近邻无线收发机的位置)来确定位置。
在一些实现中，无线收发机在不同载波上发射不同无线通信网络(例如，IS95和CDMA2000)的信号。在此情景中，在阶段602，接收机接收来自第一无线通信网络的第一多载波信号和来自不同的第二无线通信网络的第二多载波信号。在阶段604，处理器选择来自第一多载波信号的第一载波信号和来自第二多载波信号的第二载波信号。过程600在阶段606继续，其中处理器测量这两个载波信号中每一个的信号特性。在一些实施例中，为了促成接收不同无线通信网络上的信号，不同载波间的频率差异可以小于某一确定值，例如20MHz。
使用载波信号作距离估计的过程
参照图7且再参照图3-5，确定无线通信系统的移动设备510和无线收发机530之间的距离估计的另一过程700包括所示阶段。无线收发机530在多载波信号上与移动设备510通信。过程700产生合成信号，其带宽一般等于或大于各分量载波信号的个体带宽的总和，如将在以下所描述的。然而，过程700仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过添加、移除或重新安排各阶段来改动过程700。
在阶段702，接收机(例如，图4中移动设备404的信号采集模块410或基站402的信号采集模块406)接收多载波信号，该多载波信号包括使用同步时钟生成的载波信号。同步时钟以相同速率前进，但相对于彼此可能具有时间偏移量。移动设备510还可接收来自其他无线收发机(未示出)的信号。
作为示例，移动设备510接收来自无线收发机530的多载波信号，其中多载波信号包括2GHz载波频率上5MHz带宽的第一载波信号和2GHz+5MHz载波频率上5MHz带宽的第二载波信号，其中这两个载波信号是使用同步时钟生成的。在此示例中，过程700将产生的合成信号具有等于10MHz的带宽，即两个分量载波信号的带宽之和。
在阶段704，处理器(例如，移动设备404或基站402的处理器)选择载波信号中的一个作为参考载波信号。在一个示例中，移动设备510的处理器选择2GHz上的第一载波信号作为参考载波信号。
在阶段706，处理器根据相对于参考载波信号的频率差异对至少一个非参考载波信号中的每一个的波形进行移位。在以上示例中，处理器可根据相对于第一载波信号(即，参考载波信号)的5MHz频率差异对第二载波信号的波形进行移位。
多载波信号接收之后的各载波信号的波形被个体地带通滤波并被下变频至基带。在下变频之后，各非参考载波信号的波形相对于各自的频率差异被移位。在以上示例中，第一载波信号(即，参考载波信号)的波形和第二载波信号(即，非参考载波信号)的波形两者都被带通滤波并随后被下变频至基带。在阶段706，第二载波信号的波形从基带被移位至5MHz。
在阶段708，处理器组合参考载波信号的波形和该至少一个经移位的非参考载波信号的波形以生成合成信号。在组合之前，这两个波形被上采样至由合成信号的带宽所决定的奈奎斯特速率。在以上示例中，合成信号将具有等于10MHz的带宽和20MHz的奈奎斯特速率。因此，第一载波信号的波形和经移位的第二载波信号的波形被上采样至20MHz的速率。将这两个波形相组合以生成具有10MHz带宽的合成信号的波形。
在阶段710，处理器使用参考载波信号的波形与至少一个经移位的非参考载波信号的波形的组合来确定移动设备510和无线收发机530之间的距离估计。距离估计可通过生成合成参考信号来确定，该合成参考信号用于与合成载波信号互相关以标识在确定多载波信号的时基估计时使用的首次抵达路径。合成参考信号可以在使阶段706和708并行的过程中通过生成基带上对应每个分量载波信号的个体参考信号、将对应于经移位的非参考载波信号的参考信号的波形移位、并在组合以生成合成参考信号之前对参考信号波形上采样来生成。
在阶段712，处理器使用移动设备510和无线收发机530之间确定的距离估计以及移动设备510和其他信号源(例如，其他无线收发机)之间的距离估计来确定移动设备510的位置。该位置可以由例如无线收发机530或通信网络基础设施的其他某个实体(例如，无线电网络控制器)用接收自移动设备510的多载波时基估计来确定。或者，移动设备510可使用多载波时基估计和接收自通信网络的辅助数据(例如，无线收发机530和近邻无线收发机的位置)来确定位置。
优选地，在阶段710，处理器在不移位任何载波信号的波形的情况下确定距离估计。例如，多载波信号能够作为宽带信号被接收，该宽带信号在两个载波信号间具有很小频率差异(例如，5MHz)。处理器可通过以下方式将该多载波信号作为单载波信号来处理：用更宽的带通滤波器(即，在上例中的10MHz带宽)对收到的多载波信号滤波以捕获合需的分量载波信号、下变频至基带、并将该更宽的基带信号上采样至奈奎斯特速率。此带宽更宽的基带信号的波形可以与合成参考信号互相关以确定距离估计。合成参考信号能够作为单个更宽带宽的参考信号来生成，或者对个体生成的参考信号使用上述过程来生成。
为了改善性能，可使用具有更快码片率的信号。然而，过程700工作在未使用更快码片率的3GPP和3GPP2中的多载波系统的框架内。若多个载波被同步至子码片准确度，则载波信号的波形可被组合以形成合成信号。此技术的一个优势在于它可以提供接近具有更快码片率(例如，用于过程700的系统的码片率的两倍)的系统的性能。附录A和附录B显示过程700提供接近具有更快码片率的系统的性能。可将载波同步，如3GPP和3GPP2两者中的多载波系统中的情形。
附录A解说通过组合同步载波信号的波形生成的合成信号如何可被解扩展用于时基估计，以及源自合成信号的归一化脉冲如何与源自具有两倍码片率的单载波信号的归一化脉冲进行比较。
附录B提供对用于改善多载波蜂窝系统中的定位性能的一些技术的一般性描述。
使用载波信号的合成信号作距离估计的过程
参照图8且再参照图4-5，确定移动设备510和无线收发机530之间的距离估计的过程800包括所示阶段。无线收发机530使用来自至少一个多载波信号的载波信号与移动设备510通信。然而，过程800仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过添加、移除或重新安排各阶段来改动过程800。
在阶段802，接收机(例如，图4中移动设备404的信号采集模块410或基站402的信号采集模块406)接收来自至少一个多载波信号的载波信号。例如，移动设备510接收来自无线收发机530的多载波信号的第一载波信号和第二载波信号。移动设备510还可接收来自其他无线收发机(未示出)的信号。
在阶段804，处理器(例如，移动设备404或基站402的处理器)基于各自的已知时间偏移量将诸载波信号对准。例如，若阶段804是由移动设备510的处理器执行的，则移动设备510的接收机可从通信网络基础设施的另一实体(例如，无线收发机530)接收诸载波信号的相应时间偏移量。
在阶段806，处理器组合经对准的载波信号以产生合成信号。组合经对准的载波信号放大了个体载波信号中存在的公共效应(例如，多径、干扰、噪声)，从而改善了区分干扰和信号的能力并改善了检测真实首次抵达路径的能力。
在阶段808，处理器使用合成信号确定移动设备510与无线收发机530之间的距离估计。此外，移动设备510的位置可使用此距离估计以及移动设备510与其他信号源之间的距离估计来确定。
使用多个载波来定位的过程
参照图9再参照图4-5，使用载波信号来确定与无线收发机(未全部示出)通信的移动设备510的位置的过程900包括所示阶段。然而，过程900仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过添加、移除或重新安排各阶段来改动过程900。
在阶段902，接收机(例如，图4的移动设备404的信号采集模块410)接收来自多个无线收发机的第一无线收发机的多载波信号中第一载波频率上的第一载波信号。例如，移动设备510接收来自无线收发机530的第一载波频率上的第一载波。移动设备510还可接收来自其他无线收发机(未示出)的第一载波频率上的其他载波信号。
在阶段904，接收机接收来自第一无线收发机的第二载波频率上的第二载波信号。例如，移动设备510接收来自无线收发机530的第二载波频率上的第二载波。移动设备510还可接收来自其他无线收发机(未示出)的第二载波频率上的其他载波信号。
在阶段906，处理器(例如，移动设备404的处理器)使用第一载波信号确定移动设备510的第一位置估计。在阶段908，处理器使用第二载波信号确定移动设备510的第二位置估计。
在一个示例中，移动设备510接收来自三个或更多个信号源(例如，三个无线收发机)的第一载波频率上的载波信号并确定第一载波频率上的每个载波信号的首次抵达时间。移动设备510使用相应首次抵达时间以及可能的其他数据(例如，接收自通信网络的另一实体的辅助数据)确定对应这三个或更多个信号源中每一个的距离估计。距离估计可被用于确定移动设备510的第一位置估计。可对在第二载波频率上接收到的载波信号重复该过程以确定移动设备510的第二位置估计。
在阶段910，处理器通过组合第一位置估计和第二位置估计来确定移动设备510的位置。此位置可例如由移动设备510或由通信网络基础设施的实体(例如，无线电网络控制器)来确定。
优选地，处理器使用位置估计的可靠性度量来确定移动设备的位置。作为示例，处理器确定第一位置估计的第一可靠性度量和第二位置估计的第二可靠性度量。处理器通过对按第一可靠性度量加权的第一位置估计和按第二可靠性度量加权的第二位置估计进行组合来确定移动设备510的位置。
关于本描述的考量
应理解，所公开的过程中各步骤的具体次序或层次是示例性办法的例子。基于设计偏好，应理解这些过程中各步骤的具体次序或层次可被重新安排而仍落在本公开的范围之内。所附方法权利要求以样本次序呈现各种步骤的要素，且并不意味着被限定于所呈现的具体次序或层次。
本领域技术人员将可理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任一种来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能集是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和强加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类设计决策不应被解读为致使脱离本公开的范围。
结合本公开描述的各种解说性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文公开描述的方法或算法的块可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或更多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、由处理器执行的软件、固件、或其任何组合中实现。如果在由处理器执行的软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能用来携带或存储指令或数据结构形式的合需程序代码手段且能由通用或专用计算机、或者通用或专用处理器访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘和碟包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了先前的描述以使得本领域任何技术人员皆能作出和/或使用所描述的装置、系统和方法。对本公开的各种改动对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
附录A
1.合成波形
假设基带中的码片x1收到数据表示为：
y t = h Σ k [ a k p ( t - k T c ) + b k p ( t - k T c ) e j 2 π f Δ t ] + z t - - - ( 1 )
因此，波形可取两种形式。其可以是宽带(10MHz)滤波之后脉冲整形之前的波形。在这种情况下，p(t)是发射脉冲。其也可以是在个体脉冲整形之后两个相邻载波中波形的和，其中载波频率上的差异得到补偿。在这种情况下，p(t)是发射-接收脉冲。
以偏移量τTc采样，得到
y n = h Σ k [ a k p ( n - k + τ ) + b k p ( n - k + τ ) e j 2 π f Δ T c ( n + τ ) ] + z n - - - ( 2 )
对时基估计解扩展：
A = Σ n = 1 N p y n [ a n * + b n * e - j 2 π f Δ T c n ] =
= h Σ n = 1 N p Σ k [ a n * + b n * e - j 2 π f Δ T c n ] { [ a k p ( n - k + τ ) + b k p ( n - k + τ ) e j 2 π f Δ T c ( n + τ ) ] + z n } - - - ( 3 )
脉冲比较
在下图中，我们基于WCDMA脉冲绘制p2(τTc)和p2(2τTc)。这里，假定p(τTc)和p(2τTc)是包括发射滤波和接收滤波两者的脉冲。假定Ea＝Eb＝1，归一化合成脉冲
Figure BPA00001445937800246
也被绘出作为比较。如所见到的，合成脉冲在其时间扩展上与p(2τTc)相当。其略窄，并存在更强的旁瓣，因为载波隔离fΔ＝5MHz略大于码片率3.84Mhz。
Figure BPA00001445937800251
图2-1归一化脉冲
附录B
通过多载波操作增强基于地面的定位
动机
●用于无缝移动定位的基于地面的定位服务具有重要市场
-若能在室内和密集城市环境中有所补充则GPS服务能够得到改善
●现有方法可以得到改善，尤其是在密集城市和室内环境中
●多载波由于更宽的带宽而提供更高的时间分辨率
-可设计明智的算法以实现此潜在可能性
-对于密集城市环境具有潜在增益
UMTS中的现有方法
●来自TS 25.305(章节4.3)
-基于蜂窝小区ID的方法
-OTDOA方法
OTDOA代表“观测抵达时间差”
专门的定位单元(LMU)被用以克服WCDMA网络的异步性质
Figure BPA00001445937800283
OTDOA可通过网络可配置空闲期来得到辅助；
-网络辅助GNSS方法
-U-OTDOA
定位的基本概念
●基于地面的定位中的根本操作是首次抵达路径的时基估计
●取决于定位方法，这要么由移动台基于下行链路收到信号完成、要么由基站基于上行链路收到信号完成
●时基估计准确性可能在以下情形中降级
-检测到太少的基站
Figure BPA00001445937800291
通过IPDL减轻
-差SINR
Figure BPA00001445937800292
室内环境常见
-丰富多径
Figure BPA00001445937800293
城市环境常见
使用多载波的定位的基本概念
●多载波信号具有充分改善定位准确度的潜力
-蜂窝信号的带宽被扩展
-时基估计准确度由于时域和频域的不确定法则而因此得到改善
-有多种方式来储存多载波信号
Figure BPA00001445937800301
非相干方法：对每载波时基估计取平均
Figure BPA00001445937800302
相干方法：将来自多个载波的信号组合成合成波形
非相干方法
●一种算法是对源自每个载波的估计时基取平均并在定位演算中使用平均值
-‘取平均’的一种替换方案是使用跨所有载波所捕捉到的最早抵达
●此方法提供两个方面的增益：
-有效SINR增益：多个载波上的SINR被组合
-时基估计中的分集：在富含多径的环境中，时基估计中的误差是跨载波独立的
●优点
-无需载波同步
-多个载波可以是不相邻的，甚至是跨频带的
Figure BPA00001445937800311
载波隔离越大，潜在增益就越大
-简单，软件升级
-可以一起使用多种技术
相干方法
●为了改善性能，应使用具有更快码片率的波形
●若多个载波被同步至子码片级别，则多个载波上的信号可被组合以形成合成波形
-这在3GPP和3GPP2两者中的当前多载波系统的框架内是切实可行的
-一个载波用作基波形
-所有其他载波的基带波形根据载波频率差异被移位
-合成波形在估计时基时的互相关中使用
●优点
-能提供接近具有更快码片率的系统的性能
可能需要考虑一些RAN4问题
扩充
●此技术可被应用于其他技术
●一个示例是多频带OFDM系统，如LTE-A
●多个载波可以是跨技术的
载波之间的时基同步
●在IS95/CDMA2k.1xEv-DO系统中，载波是固有地同步到GPS时基的
●在3GPP Rel.8中的双蜂窝小区HSDPA中，两个下行链路载波在每个基站处同步
●在3GPP Rel.9中的DC-HSDPA中，两个上行链路载波是同步的

Claims (30)

1.一种确定移动设备和在至少一个多载波信号上与所述移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的方法，所述方法包括：
接收至少一个多载波信号；
选择来自所述至少一个多载波信号的至少一个载波信号；
测量来自所述至少一个多载波信号的所述至少一个载波信号的信号特性；以及
至少部分地基于所述信号特性确定所述移动设备与所述无线收发机之间的所述距离估计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使用所述移动设备与所述无线收发机之间确定的所述距离估计以及所述移动设备与其他信号源之间的距离估计来确定所述移动设备的位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述至少一个多载波信号包括接收来自第一无线通信网络的第一多载波信号和来自第二无线通信网络的第二多载波信号，所述第一无线通信网络不同于所述第二无线通信网络，且其中选择所述至少一个载波信号包括选择来自所述第一多载波信号的第一载波信号和选择来自所述第二多载波信号的第二载波信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述至少一个多载波信号的所述至少一个载波信号的所述信号特性与信号强度有关。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述至少一个多载波信号的所述至少一个载波信号的所述信号特性是首次抵达时间。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述距离估计包括使用使所述距离估计最小化的所述首次抵达时间。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述距离估计包括：
至少部分地基于所述首次抵达时间确定来自所述至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计；以及
通过组合所述载波时基估计来确定多载波时基估计。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述多载波时基估计包括演算所述载波时基估计的均值。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述多载波时基估计包括演算所述载波时基估计的中值。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述多载波时基估计包括将所述载波时基估计中的至少一个载波时基估计标识为离群值，所述被标识为离群值的至少一个载波时基估计具有对应载波信号，所述标识基于将所述对应载波信号的载波功率与来自所述至少一个多载波信号的其他载波信号的载波功率作比较、或者基于将载波时基估计与来自所述至少一个多载波信号的其他载波信号的载波时基估计作比较。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多载波时基估计是在不使用任何所述离群值的情况下确定的。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述多载波时基估计还包括：
对源自所述多个载波的所述载波时基估计进行加权，以使得所述离群值对所述多载波时基估计确定的贡献比非离群值载波时基估计要小；以及
将所述多载波时基估计确定为源自所述多个载波的所述经加权载波时基估计的组合。
13.一种确定无线通信系统的移动设备和无线收发机之间的距离估计的方法，所述无线收发机在多载波信号上与所述移动设备通信，所述方法包括：
接收包括使用同步时钟生成的多个载波信号的所述多载波信号；以及
使用所述多个载波信号确定所述移动设备和所述无线收发机之间的所述距离估计。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括使用所述移动设备与所述无线收发机之间确定的所述距离估计以及所述移动设备与其他信号源之间的距离估计来确定所述移动设备的位置。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
选择所述载波信号之一作为参考载波信号；
根据相对于所述参考载波信号的频率差异对至少一个非参考载波信号中的每一个的波形进行移位；以及
组合所述参考载波信号的波形和所述至少一个经移位的非参考载波信号的波形以生成合成信号；
其中所述移动设备和所述无线收发机之间的所述距离估计是使用所述合成信号确定的。
16.一种确定移动设备和在来自至少一个多载波信号的多个载波信号上与所述移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的方法，所述方法包括：
接收来自所述至少一个多载波信号的多个载波信号；
基于相应的已知时间偏移量将所述载波信号对准；
组合所述经对准的载波信号以产生合成信号；以及
使用所述合成信号确定所述移动设备和所述无线收发机之间的所述距离估计。
17.一种确定移动设备的位置的方法，所述方法包括：
接收来自多个无线收发机的第一无线收发机的多载波信号中第一载波频率上的第一载波信号；
接收来自所述多个无线收发机的所述第一无线收发机的第二载波频率上的第二载波信号；
使用所述第一载波信号确定所述移动设备的第一位置估计；
使用所述第二载波信号确定所述移动设备的第二位置估计；以及
通过组合所述第一位置估计和所述第二位置估计来确定所述移动设备的位置。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
确定对应所述第一位置估计的第一可靠性度量；以及
确定对应所述第二位置估计的第二可靠性度量；
其中确定所述移动设备的位置包括对按所述第一可靠性度量加权的所述第一位置估计和按所述第二可靠性度量加权的所述第二位置估计进行组合。
19.一种配置成确定移动设备和在至少一个多载波信号上与所述移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的装置，所述装置包括：
收发机，其配置成接收所述至少一个多载波信号；以及
处理器，其通信地耦合至所述收发机并配置成至少部分地基于选自所述至少一个多载波信号的至少一个载波信号的测得信号特性来确定所述移动设备和所述无线收发机之间的所述距离估计。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述信号特性是首次抵达时间。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述处理器被进一步配置成通过组合来自所述至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个的载波时基估计来确定多载波时基估计，所述载波时基估计是至少部分地基于所述首次抵达时间确定的。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述处理器被进一步配置成演算所述载波时基估计的均值。
23.一种计算机程序产品，包括：
存储处理器可读指令的处理器可读介质，所述处理器可读指令被配置成使处理器：
接收用于无线收发机与移动设备之间的通信的至少一个多载波信号；
选择来自所述至少一个多载波信号的至少一个载波信号；
测量所述至少一个载波信号的信号特性；以及
至少部分地基于所述信号特性确定所述移动设备与所述无线收发机之间的距离估计。
24.如权利要求23所述的产品，其特征在于，所述信号特性是首次抵达时间。
25.如权利要求24所述的产品，其特征在于，所述指令被进一步配置成使所述处理器：
至少部分地基于所述首次抵达时间确定来自所述至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计；以及
通过组合所述载波时基估计来确定多载波时基估计。
26.如权利要求25所述的产品，其特征在于，所述指令被进一步配置成使所述处理器演算所述载波时基估计的均值。
27.一种配置成确定移动设备和使用至少一个多载波信号与所述移动设备通信的无线收发机之间的距离估计的设备，所述设备包括：
用于接收至少一个多载波信号的装置；
用于选择来自所述至少一个多载波信号的至少一个载波信号的装置；
用于测量所述至少一个载波信号的信号特性的装置；以及
用于至少部分地基于所述信号特性确定所述移动设备与所述无线收发机之间的所述距离估计的装置。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述信号特性是首次抵达时间。
29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，所述用于确定所述距离估计的装置包括：
用于至少部分地基于所述首次抵达时间确定来自所述至少一个多载波信号的多个载波信号中每一个载波信号的载波时基估计的装置；以及
用于通过组合所述载波时基估计来确定多载波时基估计的装置。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述用于确定所述多载波时基估计的装置包括用于演算所述载波时基估计的均值的装置。
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