CN103261911B - 用于位置测定的基准信号发送方法及系统、利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于位置测定的基准信号发送方法及系统、利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置。本发明的一实施例的基准信号发送方法，由两个信号源发送基准信号，包括如下步骤：第一信号源发送基准信号的步骤；a步骤，第二信号源在从上述第一信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第二基准信号”)；以及b步骤，上述第一信号源在从上述第二信号源接收第二基准信号时发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第一基准信号”)；上述a步骤及上述b步骤反复进行。

Description

用于位置测定的基准信号发送方法及系统、利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置
技术领域
本发明涉及用于测定终端机的位置的技术，更具体地涉及利用到达时间差(TDOA，TimeDifferenceofArrival)方式等来测定终端机的位置的基准信号发送方法及系统、利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置。
背景技术
用于测定终端机的位置技术有到达角(AOA，AngleofArrival)、到达时间(TOA，TimeofArrival)、到达时间差等基于网络的方式，全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)等基于手机的方式，这种基于网络的方式与基于手机的方式相结合的混合方式等。
其中，全球定位系统方式利用由全球定位系统卫星提供的卫星信号，因此能够提供终端机的准确位置，但存在信号阻断地区较多、终端机内需要安装全球定位系统接收机等问题。
在无法提供全球定位系统接收机或混合型全球定位系统的情况下，在全球定位系统阴影地区主要使用的位置测定技术是到达时间差或到达时间方式。
简要说明利用到达时间差方式的位置测定技术如下：测定出与从两个信号源(例如两个基站)到接收机(例如终端)的距离差成正比的信号到达时间差，终端机位于与两个基站具有规定距离差的位置，即以两个基站为焦点的双曲线上。通过这种方式，从三个基站得出两个双曲线，这两个双曲线的交点将被推断为终端机的位置。
并且，简要说明利用到达时间方式的位置测定技术如下：测定终端机与基站之间的信号到达时间，来测定终端机与基站之间的距离，终端机位于以基站为中心并以测定距离为半径的圆上。由至少三个基站得出三个圆，这三个圆的交点将被推断为终端机的位置。
为了在到达时间差方式中得到各基站与终端机之间的信号到达时间差或者为了在到达时间方式中得到各基站与终端机之间的信号到达时间，要求各基站与终端机的时间必须同步化。以下，将参照图1及图2，对此进行更加详细的说明。
图1是用于说明用于确认终端机的位置的以往的到达时间差方式中的信号到达时间差计算方法的图。
参照图1，两个基站，即基站A与基站B分别发送以绝对时刻同步化的信号。终端机以绝对时刻为准，从基站A接收延迟了基站A到终端机之间的信号传递时间T2的信号，并从基站B接收延迟了基站B到终端机之间的信号传递时间T3的信号。
利用这种终端机的接收信号，能够得出由终端机从各基站接收的信号的到达时间T2、T3或者由终端机从两个基站接收的信号的到达时间差T4(T4=T3－T2)。
图2是用于说明用于跟踪终端机的位置的以往的到达时间差方式中的信号到达时间差计算方法或以往的到达时间方式中的信号到达时间计算方法的图。
参照图2，终端机将以绝对时刻同步化的规定信号(包括终端机的固有信息等)发送给基站A及基站B。
基站A与基站B分别以绝对时刻为准接收由终端机发送的信号。即，基站A从终端机接收延迟了基站A到终端机之间的信号传递时间T2的信号，基站B从终端机接收延迟了基站B到终端机之间的信号传递时间T3的信号。利用这种基站A的接收信号，能够得出由基站A从终端机接收的信号的到达时间T2，利用基站B的接收信号，能够得出由基站B从终端机接收的信号的到达时间T3。或者，能够得出由两个基站从终端机接收的信号的到达时间差T4(T4=T3－T2)。
但是，如上所述的到达时间差方式或到达时间方式的位置测定技术所必需的各基站及终端机之间的时间同步化，通过利用卫星时钟等独立的时间同步系统来实现。
这种时间同步系统在实现到达时间差方式或到达时间方式的位置测定系统的过程中占大部分比重。因此，时间同步系统其本身就造成了位置测定系统的大型化以及高成本化的问题。
再加上，能够使各基站准确同步化的时间同步系统的实现也非常困难。在时间同步化过程中发生的误差最终将对终端机的位置测定的准确性造成不利影响。
发明内容
技术问题
对此，本发明需要解决的问题是提供一种无需时间同步系统也能够计算出各基站与终端机之间的信号到达时间差或能够实现时间同步本身，以此来准确地测定终端机的位置的基准信号发送方法及系统，利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置。
本发明需要解决的问题不限定于上述提及的问题，本领域技术人员将通过下述记载内容能够明确理解未提及的其他问题。
解决问题的方法
用于解决上述问题的本发明的一实施例的基准信号发送方法，由两个信号源发送基准信号，包括如下步骤：第一信号源发送基准信号的步骤；a步骤，第二信号源在从上述第一信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第二基准信号”)，以及b步骤，上述第一信号源在从上述第二信号源接收第二基准信号时发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第一基准信号”)；上述a步骤及上述b步骤反复进行。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的基准信号发送系统，由两个信号源发送基准信号，包括：第一信号源，发送开始基准信号，每次从第二信号源接收基准信号时，反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第一基准信号”)；以及第二信号源，每次从上述第一信号源接收基准信号时，反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第二基准信号”)。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的位置测定方法，用于测定终端机的位置，包括如下步骤：以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式，从发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收上述第一基准信号及第二基准信号的步骤；考虑所接收的上述第一基准信号及第二基准信号与第一信号源及第二信号源之间的信号传递时间，求出第一基准信号及第二基准信号的到达时间差的步骤；以及利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置的步骤。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的位置测定装置，用于测定终端机的位置，包括：接收部，以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式，从发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收上述第一基准信号及第二基准信号；到达时间差计算部，考虑所接收的上述第一基准信号及第二基准信号与第一信号源及第二信号源之间的信号传递时间，求出第一基准信号及第二基准信号的到达时间差；以及位置计算部，利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的位置测定系统，一种用于测定终端机的位置的系统，包括：第一信号源及第二信号源，以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式发送第一基准信号及第二基准信号；以及终端机，接收上述第一基准信号及第二基准信号，考虑第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，求出第一基准信号及第二基准信号的到达时间差，利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置。
并且，用于解决上述问题的本发明的另一实施例的位置测定方法，用于测定终端机的位置，包括如下步骤：以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式，由发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收由终端机发送的第三信号的步骤；考虑第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，求出由上述第一信号源及第二信号源接收的上述第三信号的到达时间差的步骤；以及利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置的步骤。
并且，为了解决上述问题的本发明的另一实施例的位置测定装置，一种用于测定终端机的位置的装置，包括：到达时间差计算部，若以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式由发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收由终端机发送的第三信号，则考虑第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，求出上述第一信号源及第二信号源所接收的上述第三信号的到达时间差；以及位置计算部，利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置。
并且，用于解决上述问题的本发明的另一实施例的位置测定系统，用于测定终端机的位置，包括：第一信号源及第二信号源，以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式发送第一基准信号及第二基准信号；终端机，将第三信号发送到上述第一信号源及第二信号源；以及位置测定装置，考虑上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，求出上述第一信号源及第二信号源所接收的上述第三信号的到达时间差，利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的时间同步方法，用在基站信号发送系统，上述基准信号发送系统包括：第一信号源，发送开始基准信号，每次从第二信号源接收基准信号时，反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第一基准信号”)；以及第二信号源，每次从上述第一信号源接收基准信号时，反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第二基准信号”)，在选自上述第一信号源及上述第二信号源中的一个信号源，考虑上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，使自身的时间与对方信号源时间同步。
并且，用于解决上述问题的本发明的一实施例的时间同步装置，用在基准信号发送系统中的第一信号源或第二信号源，上述基准信号发送系统包括：第一信号源，发送开始基准信号每次从第二信号源接收基准信号时反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第一基准信号”)，以及第二信号源，每次从上述第一信号源接收基准信号时反复发送对其予以响应的基准信号(以下，称为“第二基准信号”)，上述时间同步装置考虑上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，使自身的时间与对方信号源时间同步。
本发明的其他具体事项包括在详细说明及附图。
发明的效果
根据本发明的用于位置测定的基准信号发送方法及系统、利用其的位置测定方法、装置及系统、利用其的时间同步方法及装置，无需时间同步系统，也能够计算出各基站与终端机之间的信号到达时间差或能够实现时间同步本身而准确地测定终端机的位置，以此来防止出现因时间同步误差而导致的位置测定误差，实现位置测定系统的小型化、简单化和经济化。
附图说明
图1是用于说明在以往的到达时间差方式中的信号到达时间差计算方法的图。
图2是用于说明在以往的到达时间差方式中的其他信号到达时间差计算方法的图。
图3是表示本发明的一实施例的基准信号发送系统及包括该系统的位置测定系统的图。
图4是表示图3的第一基站发送信号、第二基站发送信号与终端机接收信号的图。
图5是表示第一基站发送信号、第二基站发送信号与终端机接收信号的图，尤其表示在第一基站或第二基站中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间发生延迟的情况。
图6是表示本发明的一实施例的基站的结构的框图。
图7是表示本发明的另一实施例的基站的结构的框图。
图8是表示本发明的一实施例的位置测定装置的框图。
图9是表示本发明的另一实施例的位置测定系统的图。
图10是表示图9的第一基站发送信号、第二基站发送信号、终端机发送信号、第一基站接收信号及第二基站接收信号的图。
图11是表示本发明的另一实施例的位置测定装置的框图。
图12是表示本发明的一实施例的需要时间同步的系统所包括的基站的图。
具体实施方式
关于本发明的优点和特征以及实现手段或方法，参照与附图一同后述的详细实施例，将得到进一步的明确。但本发明并不限定于下述公开的实施例，能够以相互不同的各种形态实现，本实施例仅仅是为了使本发明的公开更完整并向本发明所属于技术领域的普通技术人员准确告知发明的范畴而提供的，本发明仅根据权利要求书进行定义。在说明书全文中使用的相同的附图标记表示相同的结构要素。并且，“和/或”包括各个所提及的项目以及一个以上的所有组合。
本说明书中的术语仅仅是为了说明实施例而使用的，术语并不限定本发明。在本说明书中，除非在文中明确表示另一种含义，单数的表现应包括复数的表现。关于在说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“包括的(comprising)”，所提及的结构要素、步骤、动作和/或元件并不排除一个以上的其他结构要素、步骤、动作和/或元件的存在或附加。
除非另有定义，在说明书中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)具有由本领域技术人员通常能够理解的含义。并且，除非明确定义，通常使用的并且在词典中定义的术语不应解释为理想化或过度形式化的含义。
以下，将参照附图，对本发明的若干实施例的用于位置测定的基准信号发送方法及系统、利用该方法和系统的位置测定方法、装置及系统进行详细说明。并且，对利用上述用于位置测定的基准信号发送方法及系统的时间同步方法进行详细说明。
首先，参照图3及图4，对本发明的一实施例的基准信号发送系统与该系统中的基准信号发送方法进行说明，同时，对利用这种系统和方法的位置测定系统以及该系统中的位置测定方式进行说明。图3是表示本发明的一实施例的基准信号发送系统及包括该系统的位置测定系统的图，图4是表示图3的第一基站发送信号、第二基站发送信号与终端机接收信号的图。
如图3所示，本发明的一实施例的位置测定系统包括例如第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3的三个信号源和接收由基站BS1、BS2、BS3发送的信号的终端机MT。其中，作为三个信号源，除了本实施例的第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3之外，还可利用三个卫星。
本实施例的位置测定系统利用到达时间差方式测定终端机MT位置的情况下，终端机MT的位置，即(x，y)通过计算下列公式1及公式2等两个双曲线函数而被测定。其中，下列公式1表示以第一基站BS1及第二基站BS2为焦点的双曲线函数，下列公式2表示以第一基站BS1及第三基站BS3为焦点的双曲线函数。终端机MT位于这两个双曲线的交点。
公式1[公式1]
( x 1 - x ) 2 + ( y 1 - y ) 2 - ( x 2 - x ) 2 + ( y 2 - y ) 2 = d 12 * C
公式2[公式2]
( x 1 - x ) 2 - ( y 1 - y ) 2 - ( x 3 - x ) 2 - ( y 3 - y ) 2 = d 13 * C
其中，(x1，y1)、(x2，y2)，(x3、y3)分别为第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3的位置坐标，d12为第一基站BS1及第二基站BS2与终端机MT之间的信号到达时间差，d13为第二基站BS2及第三基站BS3与终端机MT之间的信号到达时间差，C为光速。
第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3的位置坐标为预先设定的坐标，该位置坐标可被终端机MT已知或者可从第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3接收。
最终，计算出第一基站BS1及第二基站BS2与终端机MT之间的信号到达时间差d12、第一基站BS1及第三基站BS3与终端机MT之间的信号到达时间差d13，就能够测定终端机的位置(x，y)。
在本实施例的位置测定系统中，目的在于无需各基站与终端机的时间同步化而求出各基站与终端机之间的信号到达时间差(例如，d12)，并提出了以下基准信号发送系统及基准信号发送方法。基准信号发送系统在图3中以虚线标记部分表示。
参照图3的虚线部分，基准信号发送系统包括分别发送用于确认位置的基准信号(导频信号)的第一基站BS1及第二基站BS2。其中，基准信号的介质可以是选自光、电磁波、声波等中的任一种，基准信号及信号路径可以是选自真空、大气、电线、水或者它们的组合中的任一种。
在这种系统中，由第一基站BS1及第二基站BS2分别发送的基准信号是以相互响应方式生成的信号。关于这种相互响应方式，参照图4，说明如下：
第一基站BS1在发送基站相关信息(基站ID、位置坐标、基站间信号传递时间、延迟时间等信息)数据信号后，发送用于生成相互响应方式的信号的开始导频信号。
第二基站BS2从第一基站BS1接收延迟了第一基站BS1及第二基站BS2之间信号传递时间T1的第一基站开始导频信号，并发送针对此的第二基站响应导频信号。
第一基站BS1从第二基站BS2接收延迟了第一基站BS1及第二基站BS2之间信号传递时间T1的第二基站响应导频信号，并发送针对此的第一基站响应导频信号。第二基站BS2从第一基站BS1接收延迟了第一基站BS1及第二基站BS2之间信号传递时间T1的第一基站响应导频信号，并发送针对此的第二基站响应导频信号。该过程不断反复。其中，第一基站响应导频信号与第二基站响应导频信号可具有相互不同的频率，以判别信号。例如，假设第一基站响应导频信号具有频率A，第二基站响应导频信号具有频率B时，第一基站BS1在接收频率B的第二基站响应导频信号时，变更为频率A的信号并发送第一基站响应导频信号，反过来，当第二基站BS2接收频率A的第一基站响应导频信号时，变更为频率B的信号并发送第二基站响应导频信号。
此时，在本实施例中，表示了在第一基站BS1及第二基站BS2中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间没有任何延迟的情况。即，在本实施例中，第二基站BS2在接收第一基站导频信号(开始导频信号或响应导频信号)后立即发送第二基站响应导频信号，同样，第一基站BS1在接收第二基站响应导频信号后立即发送第一基站响应导频信号。但本发明并不限定于此，在其他实施例中，第一基站BS1或第二基站BS2在接收对方导频信号时，可经过规定延迟时间后，发送自身的响应导频信号。对此，将在后面进行说明。
综上所述，两个基站BS1、BS2分别发送以从对方接收导频信号时发送对其予以响应的导频信号的方式所生成的信号。这种响应导频信号就是用于确认终端机的位置的基准信号，以下将称为“基准信号”。为此，虽然在本图中未图示，但第一基站BS1包括用于发送第一基站的基准信号的第一发送部与用于接收第二基站的基准信号的第一接收部，第二基站BS2包括用于发送第二基站的基准信号的第二发送部与用于接收第一基站的基准信号的第二接收部。
这种相互响应方式的响应导频信号的发送，在规定时间内反复进行后，再次执行基于基站相关信息数据信号发送与开始导频信号发送的相互响应方式的响应导频信号发送的一系列过程。这种一系列的过程按规定周期反复进行。
由第一基站BS1发送的第一基站响应导频信号与由第二基站BS2发送的第二基站响应导频信号具有规定的周期(以下称为“响应信号周期”)Tp。这种响应信号周期Tp就是往返于第一基站BS1与第二基站BS2之间的信号的传递时间。
此时，在由一个基站(例如：第一基站BS1)发送的第一基站响应导频信号的每个中间地点，出现由对方基站(例如：第二基站BS2)发送的第二基站响应导频信号。也就是说，以与第一基站与第二基站BS2之间的距离成正比的时间间隔，各基站BS1、BS2交替发送响应导频信号。因此，由第一基站BS1及第二基站BS2交替发送的响应导频信号的时间间隔可被定义为第一基站BS1与第二基站BS2之间的信号传递时间T1。T1等于Tp×1/2。
以上，对基准信号发送系统及基准信号发送方法进行了说明，下面将对利用该系统及方法的位置测定系统以及在该系统中的位置测定方法的一实施例进行详细说明。
再次参照图3及图4，位于任意距离的终端机MT接收以上述的相互响应方式生成的第一基站BS1基准信号及第二基站BS2基准信号。其中，终端机MT接收延迟了与第一基站BS1和终端机MT之间的距离成正比的信号传递时间，即第一基站BS1与终端机MT之间信号传递时间T2的第一基站BS1基准信号，并接收延迟了与第二基站BS2和终端机MT之间的距离成正比的信号传递时间，即第二基站BS2与终端机MT之间信号传递时间T3的第二基站BS2基准信号。
终端机MT利用从第一基站BS1接收的信号或从第二基站BS2接收的信号，求出上述的响应信号周期Tp，由响应信号周期Tp求出第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1(T1=Tp×1/2)。并且，可通过其他方法，由包括上述基站ID、位置坐标、基站之间信号传递时间等信息的基站相关信息数据信号，求出第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1。
从本图可以得知，第一基站BS1、第二基站BS2及终端机MT均未以绝对时刻实现同步化。但在本实施例中，终端机MT接收以如上相互响应方式生成的第一基站BS1基准信号及第二基站BS2基准信号，利用该接收信号与上述第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1，求出各基站与终端机之间的信号到达时间差(例如，d12)。下面将举例重点说明由终端机MT求出信号到达时间差d12的方法。
首先，对求出信号到达时间差d12的方法进行说明，接着说明利用这种方法的终端机MT位置测定方式。终端机MT利用从第一基站BS1接收的信号及从第二基站BS2接收的信号，求出终端机MT从第一基站BS1及第二基站BS2接收的信号的到达时间差(以下称为“初始信号到达时间差”)Tr。此时，本发明的第一基站BS1及第二基站BS2并不是发送以绝对时刻同步化的信号，因此，该初始信号到达时间差Tr并不是最终需要求出的第一基站BS1及第二基站BS2与终端机MT之间的信号到达时间差(以下称为“最终信号到达时间差”)d12。在本实施例中，第二基站BS2基准信号是相比于第一基站BS1基准信号延迟了第一基站BS1及第二基站BS2之间信号传递时间T1的信号。
因此，为了计算最终信号到达时间差d12，终端机MT考虑第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1，校正初始信号到达时间差Tr，以消除因第二基站BS2基准信号相比于第一基站BS1基准信号延迟了信号传递时间T1的影响。例如，可通过从初始信号到达时间差Tr减去第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1，求出最终信号到达时间差d12。
终端机MT利用根据如上方式求出的最终信号到达时间差d12与已获得的第一基站BS1及第二基站BS2的位置坐标(x1，y1)、(x2，y2)，能够得出如上述公式1的双曲线函数式。
以上述方式，终端机MT可求出第一基站BS1及第三基站BS3与终端机MT之间的最终信号到达时间差d13，利用该最终信号到达时间差d13与已获得的第一基站BS1及第三基站BS3的位置坐标(x1，y1)、(x3，y3)，能够得出如公式2的双曲线函数式。
由此，终端机MT通过求出两个双曲线函数的交点，最终求出终端机MT的位置坐标(x，y)。
综上所述，本发明的位置测定系统利用以相互响应方式生成信号的基准信号发送系统或方法。终端机接收上述基准信号并求出信号到达时间差，通过考虑基站之间的信号传递时间，能够获得各基站或终端机以绝对时刻实现同步化的效果。
另外，以上针对在第一基站BS1及第二基站BS2中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间无任何延迟的情况进行了说明，但也提到了可能发生延迟的情况。对此，下面将进一步详细说明。
图5是表示第一基站发送信号、第二基站发送信号与终端机接收信号的图，尤其表示在第一基站或第二基站中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间发生延迟的情况。
参照图5，在第一基站BS1中，接收第二基站响应导频信号时，第一延迟时间Td1后发送第一基站响应导频信号。在第二基站BS2中，接收第一基站导频信号(开始导频信号或响应导频信号)时，第二延迟时间Td2后发送第二基站响应导频信号。即，在上述的实施例中，针对Td1及Td2均为0的情况进行了说明，而在本实施例中，Td1或Td2中的至少一个具有超过0的值。其中，Td1及Td2可具有相同的值，或者具有不同的值。在发生这种延迟的情况下，大致以两种方法消除延迟发生的影响。一种是在终端机端考虑延迟时间，另一种是在基站一侧消除延迟时间的影响。
首先，将说明在终端机端考虑延迟时间的方法。
在到达时间差方式中，为了求出上述d12，终端机MT利用从第一基站BS1接收的信号及从第二基站BS2接收的信号，求出终端机MT从第一基站BS1及第二基站BS2接收的信号的到达时间差(以下称为“初始信号到达时间差”)Tr，考虑上述第一延迟时间Td1及第二延迟时间Td2，计算出Tr。也就是说，在从第一基站BS1接收的信号的接收时刻减去第一基站BS1的延迟时间，即第一延迟时间Td1，从第二基站BS2接收的信号的接收时刻减去第二基站BS2的延迟时间，即第二延迟时间Td2，在此状态下计算出上述Tr。计算出上述Tr的过程，即考虑第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1而校正初始信号到达时间差Tr的方式与上述内容相同。
其中，如果Td1及Td2具有相同的值，那么无需执行从第一基站BS1接收的信号的接收时刻减去第一延迟时间Td1并从第二基站BS2接收的信号的接收时刻减去第二延迟时间Td2的计算。这是由于减去相同的延迟时间时，在未减去延迟时间的状态下从第一基站BS1接收的信号的接收时刻与从第二基站BS2接收的信号的接收时刻之差Tr不变。
参照本图，第一延迟时间Td1及第二延迟时间Td2对信号到达时间差Tr造成影响，但对于第一基站BS1及终端机MT之间的信号传递时间T2本身或第二基站BS2及终端机MT之间的信号传递时间T3本身不造成影响。
综上所述，在第一基站BS1或第二基站BS2中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间发生延迟的情况下，在到达时间差方式中，通过考虑延迟时间Td1、Td2计算初始信号到达时间差Tr，尤其Td1与Td2不同的情况下更是如此。但终端机MT如要考虑上述第一延迟时间Td1或第二延迟时间Td2，则需要从第一基站BS1或第二基站BS2接收该延迟时间相关信息。也就是说，第一基站BS1或第二基站BS2应计算出第一延迟时间Td1或第二延迟时间Td2，并能够将与此相关的信息传达到终端机MT。
为此，基站除了包括用于发送上述的基准信号的发送部及用于接收基准信号的接收部之外，进一步包括计算自身的延迟时间的延迟时间计算部。对此，将参照图6进一步详细说明。
图6是表示本发明的一实施例的基站的结构的框图，尤其是表示能够计算出自身的延迟时间的结构的框图。如图6所示的基站，例如可以是第一基站BS1的结构，而第二基站BS2或第三基站BS3为了计算出自身的延迟时间，实质上也可具有相同的结构。
参照图6，第一基站BS1包括向外部发送信号的发送部61，从外部接收信号的接收部62以及计算第一基站BS1的第一延迟时间Td1的延迟时间计算部63。
发送部61如上所述能够发送第一基站基准信号，接收部62如上所述能够接收对方(例如：第二基站)的基准信号。
延迟时间计算部63通过计算从接收部62接收的第二基站基准信号的接收时刻与从发送部61发送的第一基站基准信号的发送时刻之差，计算出自身的延迟时间，即第一延迟时间Td1。该第一延迟时间Td1例如可包括在含有第一基站BS1的基站相关信息的数据信号中提供到终端机MT。可在每次数据信号传输时提供延迟时间Td1，或者，指定规定周期并在相应周期的数据信号传输时提供延迟时间Td1。
接着，下面将对在基站一侧消除延迟时间影响的方法进行说明。
在到达时间差方式中，如第一延迟时间Td1与第二延迟时间Td2相同，则无需考虑延迟时间的影响。因此，如任意一个基站使对方基站的延迟时间与自身的延迟时间一致，那么就能够消除延迟时间的影响。为此，基站不仅包括上述的用于发送基准信号的发送部以及用于接收基准信的接收部，进一步包括根据对方基站的延迟时间来调节自身的延迟时间的信号发送调节部。甚至，基站还可包括用于计算自身的延迟时间或对方基站的延迟时间的延迟时间计算部。对此，将参照图7进一步详细说明。
图7是表示本发明的另一实施例的基站的结构的框图，尤其表示可调节自身的延迟时间的结构，还表示可计算出自身的延迟时间或对方基站的延迟时间的结构的框图。图7所示的基站，例如可以是第一基站BS1的结构，但是第二基站BS2或第三基站BS3实质上也可具有相同的结构。
参照图7，第一基站BS1包括向外部发送信号的发送部71、从外部接收信号的接收部72以及信号发送调节部74。
如上所述，发送部71可发送第一基站基准信号。
如上所述，接收部72可接收对方基站例如第二基站的基准信号。
信号发送调节部74可利用对方基站例如第二基站的第二延迟时间Td2，来调节第一基站基准信号的延迟时间。即，根据第二延迟时间Td2，信号发送调节部74将以与第二延迟时间Td2相同的时间使第一基站基准信号代替第一延迟时间Td1而延迟。由此，从发送部71发送具有第二延迟时间Td2的第一基站基准信号。
其中，第二延迟时间Td2可由第二基站BS2通知或在第一基站BS1中计算。
在由第二基站BS2通知的情况下，第二基站BS2具有上述的如图6所示的结构，由此，能够按照在上述图6中说明的方法计算出作为自身延迟时间的第二延迟时间Td2。第二基站BS2能够利用不同于第二基站基准信号的有线或无线路径将计算出的延迟时间通知给第一基站BS1。
或者，在第二延迟时间Td2由第一基站BS1计算的情况下，第一基站BS1进一步包括用于计算出第二延迟时间Td2的延迟时间计算部73。进一步地，发送部71在与第一基站基准信号相同的时刻发送用于测定对方基站例如第二基站BS2的延迟时间的规定信号(以下，称为“第二基站延迟测定信号”)。其中，为了方便识别信号，第二基站延迟测定信号可以是利用不同于第一基站基准信号的介质，如光、电磁波、声波等的信号，或者可以是相同介质不同频率的信号。并且，接收部72接收由上述第二基站延迟测定信号从第二基站BS2反射过来的信号。延迟时间计算部73通过计算由接收部72接收的第二基站基准信号的接收时刻与从发送部71发送的第一基站基准信号的发送时刻之差，计算出自身的延迟时间，即第一延迟时间Td1。并且，延迟时间计算部73能够通过计算第二基站延迟测定信号的接收时刻与第二基站基准信号的接收时刻之差，计算出第二基站BS2的第二延迟时间Td2。如上所述，在与第一基站基准信号相同的时刻发送的第二基站延迟测定信号，在第二基站BS2中立即被反射并返回第一基站BS1，而第一基站基准信号由第二基站BS2接收并延迟了规定时间Td2后作为第二基站基准信号返回到第一基站BS1。
以上，对在终端机端消除延迟时间影响的方法以及实现这种方法的基站的结构(参照图6)进行了说明。并且，还对在基站一侧消除延迟时间影响的方法以及实现这种方法的基站的结构(参照图7)进行了说明。
图8是表示本发明的一实施例的位置测定装置的框图。本实施例的位置测定装置执行与图3的终端机MT类似的动作。
如图8所示，本发明的一实施例的位置测定装置50包括接收部51、到达时间计算部52及位置计算部53。
接收部51用于接收以上述的相互响应方式生成的第一基站BS1基准信号及第二基站基准信号BS2。
到达时间计算部52利用从第一基站BS1接收的信号及从第二基站BS2接收的信号，求出终端机MT从第一基站BS1及第二基站BS2由接收的信号的初始信号到达时间差Tr。其中，如上所述，如果在第一基站BS1中，响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间发生第一延迟时间Td1，在第二基站BS2中，响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间发生第二延迟时间Td2，并且Td1与Td2具有不同的值的情况下，在从第一基站BS1及第二基站BS2接收第一延迟时间及第二延迟时间Td1、Td2相关信息并计算出初始信号到达时间差Tr时应考虑Td1与Td2。
并且，到达时间计算部52通过考虑利用从第一基站BS1接收的信号或从第二基站BS2接收的信号的周期Tp而计算出的或者从基站信息相关数据获得的第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1来校正初始信号到达时间差Tr，从而获得最终信号到达时间差ds1。相关说明已经在上述内容中提及。
位置计算部53利用由此求出的最终信号到达时间差d12与已获得的第一基站BS1及第二基站BS2的位置坐标(x1，y1)、x2，y2)，获得所要求的双曲线函数式，最终求出终端机MT位置(x，y)。
以下，将参照图9及图10，对本发明的另一实施例的位置测定系统中的位置测定方式进行说明。与上述的实施例相同，本实施例的位置测定系统及位置测定方法利用上述的基准信号发送系统及方法。图9是表示本发明的另一实施例的位置测定系统的图，图10是表示图9的第一基站发送信号、第二基站发送信号、终端机发送信号、第一基站接收信号及第二基站接收信号的图。
参照图9及图10，本发明的另一实施例的位置测定系统包括第一基站至第三基站BS1、BS2、BS3、向这些基站BS1、BS2、BS3发送信号的终端机MT、控制这些基站BS1、BS2、BS3并利用这些基站BS1、BS2、BS3的发送信号及接收信号来求出终端机MT的位置的位置测定装置LM。
其中，在图9中以虚线标记的部分表示基准信号发送系统，与图3的基准信号发送系统(参照图3的虚线部分)相同，在图9的基准信号发送系统中执行的基准信号发送方法同样与在图3的基准信号发送系统中执行的基准信号发送方法相同，因此，省略相关说明。
并且，与如上所述内容相同，利用到达时间差方式测定终端机MT的位置，因此，下面将以如何计算上述d12为重点进行说明。尤其，在本实施例中，d12是由第一基站BS1及第二基站BS2从终端机MT接收的信号的到达时间差。
终端机MT向第一基站BS1及第二基站BS2发送包括终端机固有信息等的信号。
第一基站BS1及第二基站BS2一边分别发送上述基准信号，一边接收终端机MT发送信号。即，第一基站BS1接收延迟了第一基站BS1与终端机MT之间的信号传递时间T2的终端机MT发送信号，第二基站BS2接收延迟了第二基站BS2与终端机MT之间的信号传递时间T3的终端机MT发送信号。
位置测定装置LM利用由第一基站BS1发送的第一基站基准信号或由第二基站BS2发送的第二基站基准信号来求出上述的响应信号周期Tp，或者由响应信号周期Tp求出第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1(T1=Tp×1/2)，或者由基站相关信息数据获得信号传递时间T1。
并且，位置测定装置LM利用第一基站基准信号，求出第一基站BS1从终端机MT接收的信号的到达时间(第一基站BS1的基准信号发送时刻与终端机MT的信号接收时刻之差)Ta。并且，位置测定装置LM利用第二基站基准信号，求出第二基站BS2从终端机MT接收的信号的到达时间(第二基站BS2的基准信号发送时刻与终端机MT的信号接收时刻之差)Tb。此时，本发明的第一基站BS1及第二基站BS2并非发送以绝对时刻同步化的信号，并且，第一基站BS1及第二基站BS2从终端机MT接收的信号的到达时间差Ta与Tb之差(以下，称为“初始信号到达时间差”)并非最终需要求出的第一基站BS1及第二基站BS2与终端机MT之间的信号到达时间差d12，以下称为“最终信号到达时间差”)。这是由于，在本实施例中，第二基站BS2发送信号是相比于第一基站BS1发送信号延迟了第一基站BS1及第二基站BS2之间信号传递时间T1的信号。
因此，为了计算最终信号到达时间差d12，位置测定装置LM考虑第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1，校正初始信号到达时间Ta、Tb或初始信号到达时间差，以消除第二基站BS2发送信号相比于第一基站BS1发送信号延迟的影响，。
具体而言，在到达时间差方式中，在Ta与Tb中的相对小的值加上第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1，再减去Ta与Tb中的相对大的值，求出最终信号到达时间差d12。
位置测定装置LM利用如此求出的最终信号到达时间差d12与第一基站BS1及第二基站BS2的位置坐标(x1，y1)、x2，y2)，求出终端机MT的位置坐标(x，y)。
另外，上面已对在第一基站BS1及第二基站BS2中响应导频信号接收时刻与响应导频信号发送时刻之间无任何延迟的情况进行了说明，如上所述，也提到了可能发生延迟的情况。
发生延迟的情况如图5相关说明，即，在第一基站BS1中，接收第二基站响应导频信号时，第一延迟时间Td1后发送第一基站响应导频信号，在第二基站BS2中，接收第一基站导频信号(开始导频信号或响应导频信号)时，第二延迟时间Td2后发送第二基站响应导频信号。
在这种情况下，在终端机(在本实施例中为位置测定装置LM)一侧考虑延迟时间或者在基站一侧消除延迟时间影响的方法，实质上与图5至图7相关说明相同，因此，将省略相关详细说明。
图11是表示本发明的另一实施例的位置测定装置的框图。本实施例的位置测定装置执行与上述的图9的位置测定装置LM相似的动作。
如图11所示，本发明的一实施例的位置测定装置80包括基站监控部81、到达时间差计算部82及位置计算部83。
基站监控部81对以相互响应方式生成的第一基站BS1及第二基站BS2的发送信号与从终端机MT由第一基站BS1及第二基站BS2接收的接收信号实施监控，并获取相关信息。
到达时间差计算部82在第一基站BS1及第二基站BS2从终端机MT接收到信号时，求出终端机MT从第一基站BS1及第二基站BS2接收的信号的初始信号到达时间差Tr。此时，初始信号到达时间差Tr是第一基站BS1从终端机MT接收的信号的到达时间(第一基站BS1的信号发送时刻与终端机MT的信号接收时刻之差的初始信号到达时间)Ta与第二基站BS2从终端机MT接收的信号的到达时间(第二基站BS2的信号发送时刻与终端机MT的信号接收时刻之差的初始信号到达时间)Tb之差。其中，如上所述，如果在第一基站BS1中发生第一延迟时间Td1，在第二基站Ts2中发生第二延迟时间Td2，并且Td1与Td2具有不同的值，那么在计算出初始信号到达时间差Tr时，应考虑Td1与Td2。
并且，到达时间差计算部82通过考虑利用从第一基站BS1接收的信号或从第二基站BS2接收的信号的周期Tp计算出的第一基站BS1及第二基站BS2之间的信号传递时间T1或由基站相关信息数据中获得的信号传递时间T1，校正初始信号到达时间差Tr，获得最终信号到达时间差ds1。与此相关的详细说明已在上述内容中提及。
位置计算部83利用由此求出的最终信号到达时间差d12和已获得的第一基站BS1及第二基站BS2的位置坐标(x1，y1)、(x2，y2)，求出终端机MT位置(x，y)。
以上，对利用基准信号发送系统及方法计算各基站与终端机之间的信号到达时间差来测定终端机的位置的位置测定系统、位置测定装置及位置测定方法进行了说明。
进一步地，在本发明的其他实施例中，利用如上所述的基准信号发送系统及方法，在需要时间同步的系统中也能够实现各信号源(例如，基站)之间的时间同步本身。其中，需要时间同步的系统可以是基于位置的服务(LBS，LocationBasedservice)、实时定位系统(RTLS，RealTimeLocationSystem)、无线网络高传真(WiFi)、到达时间(TOA)、码分多址(CDMA)等。以下，将参照图3及图12，对此进行详细说明。
在图3的基准信号发送系统(参照图3的虚线部分)中，通过相互响应方式发送基准信号，对此已进行了说明，在此省略详细说明。此时，如果图3的基准信号发送系统为需要时间同步的系统，包括在图3的基准信号发送系统中的基站例如第一基站BS1具有如图12所示的结构，由此，能够执行在图12相关说明中的时间同步方法。
图12是表示本发明的一实施例的需要时间同步的系统所包括的基站的图，可以是包括在图3的基准信号发送系统中的例如第一基站BS1的结构。但本发明并不受此限制，包括在需要时间同步的系统中的基站，能够以上述说明的相互响应方式发送基准信号，可具有与本实施例的基站结构相同的结构。
参照图12说明基站结构以及在该基站中的时间同步方法，第一基站BS1包括向外部发送信号的发送部121、从外部接收信号的接收部以及时间同步部124。
发送部121可发送如上所述的第一基站基准信号。
接收部122可接收如上所述的对方基站，例如第二基站的基准信号。
时间同步部124考虑第一基站BS1与对方基站例如第一基站BS1与第二基站之间的信号传递时间T1，调节在第二基站BS2中接收的信号的时间，来使自身的时间与对方基站时间同步。即，时间同步部124使在第二基站BS2接收的信号的时间提前T1或者延迟T1，来使自身(第一基站BS1)的时间与对方基站(第二基站BS2)的时间同步。由此，第一基站BS1根据提前或延迟了T1的第二基站基准信号，能够实现与第二基站BS2的时间同步。通过这种方法，不仅能够实现与对方基站例如与第二基站的时间同步，而且能够与周围的其他各种基站实现绝对时刻同步。
其中，如上所述，信号传递时间T1可通过在利用从第一基站接收的信号或由第二基站接收的信号求出的响应信号周期Tp乘1/2而得到。为此，第一基站BS1可进一步包括信号传递时间计算部123。或者，可由基站相关信息数据求出基站之间信号传递时间T1，在这种情况下，第一基站BS1可不包括另行的信号传递时间计算部123。
如上所述，包括在需要时间同步的系统中的至少两个信号源分别根据上述的相互响应方式发送基准信号，两个信号源中的至少一个包括如上述的时间同步部124的结构要素，实现两个基站之间的时间同步。
综上所述，无需时间同步系统，按照两个基站之间的信号传递时间，通过使任意基站的信号同步时间提前或延迟，能够实现两个基站的时间同步本身。这种方式能够拓展应用于包括在要求时间同步的系统中的所有基站。
如此，在实现时间同步的状态下，由两个基站分别发送基准信号的情况下，终端机或位置测定装置等直接利用以往的到达时间差方式或到达时间方式，计算出信号到达时间或信号到达时间差，从而进行位置测定。
截至目前，图5至图8、图11至图12的各个结构要素可由在内存上的预定区域执行的任务、类、子程序、进程、对象、执行线程、程序等软件(software)或现场可编程门阵列(FPGA，field-programmablegatearray)或特定应用集成电路(ASIC，application-specificintegratedcircuit)等硬件(hardware)实现，并且可由上述软件及硬件的组合实现。上述结构要素可包括在计算机可读存储介质，也可在多个计算机中分散分布。
如上，在本发明中，提出了在两个基站之间无需时间同步化而计算出两个基站与终端机之间的信号到达时间差的新方式或者提出了无需独立的时间同步系统而实现基站之间的时间同步化的新方式。因此，不需要针对位置测定的时间同步系统，能够以低费用实现小型化和简单化的位置测定系统。进一步地，由于不发生时间同步误差，因此，能够提高位置测定的准确性。
以上说明的基准信号发送系统及方法不仅适用于本发明的一实施例的位置测定技术或时间同步技术，还适用于其他技术。例如，由本实施例的基准信号发送系统发送的基准信号，被任意放置的物体反射时，接收被反射的信号，能够求出相应物体的位置，或者接收被反射的信号，能够求出相应物体的立体影像。
以上参照附图对本发明的实施例进行了说明，本领域技术人员应理解根据本发明的技术思想或必要特征能够以各种形态实施本发明。因此，上述实施例相关说明在所有方面均为示例性的，并非用于限定本发明。

Claims (13)

1.一种位置测定方法，用于测定终端机的位置，其特征在于，包括如下步骤：
以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式，从发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收上述第一基准信号及第二基准信号的步骤；
考虑所接收的上述第一基准信号及第二基准信号与第一信号源及第二信号源之间的信号传递时间，求出第一基准信号及第二基准信号的到达时间差的步骤；以及
利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置的步骤；
其中，从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式包括如下步骤：
第一信号源发送基准信号的步骤，
a步骤，第二信号源在从上述第一信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号，以及
b步骤，上述第一信号源在从上述第二信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号；
上述a步骤及上述b步骤反复进行。
2.根据权利要求1所述的位置测定方法，其特征在于，上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间(T1)与上述第一基准信号或上述第二基准信号的周期(Tp)满足公式T1＝Tp×1/2。
3.根据权利要求1所述的位置测定方法，其特征在于，求出上述到达时间差的步骤包括如下步骤：从上述第一基准信号与第二基准信号的接收时间差中减去上述第一信号源及第二信号源之间的信号传递时间。
4.根据权利要求1所述的位置测定方法，其特征在于，
在上述a步骤中，上述第二信号源发送相比于上述第一基准信号接收时刻延迟第二延迟时间的第二基准信号；
在上述b步骤中，上述第一信号源发送相比于第二基准信号接收时刻延迟第一延迟时间的第一基准信号。
5.根据权利要求4所述的位置测定方法，其特征在于，在上述第一延迟时间与上述第二延迟时间不同的情况下，在选自上述a步骤及上述b步骤中的一个步骤中，使另一个步骤的延迟时间与自身的延迟时间一致并发送基准信号。
6.根据权利要求4所述的位置测定方法，其特征在于，在上述第一延迟时间与上述第二延迟时间不同的情况下，求出上述到达时间差的步骤中，进一步考虑上述第一延迟时间及第二延迟时间。
7.根据权利要求6所述的位置测定方法，其特征在于，求出上述到达时间差的步骤包括如下步骤：
在考虑上述第一延迟时间及第二延迟时间的状态下，计算出上述第一基准信号及第二基准信号的接收时间差，从上述接收时间差减去上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间。
8.一种位置测定方法，用于测定终端机的位置，其特征在于，包括如下步骤：
以从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式，由发送第一基准信号及第二基准信号的第一信号源及第二信号源接收由终端机发送的第三信号的步骤；
考虑第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，求出由上述第一信号源及第二信号源接收的上述第三信号的到达时间差的步骤；以及
利用上述到达时间差与上述第一信号源及第二信号源的位置，求出上述终端机的位置的步骤；
其中，从对方接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号的方式包括如下步骤：
第一信号源发送基准信号的步骤，
a步骤，第二信号源在从上述第一信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号，以及
b步骤，上述第一信号源在从上述第二信号源接收基准信号时发送对其予以响应的基准信号；
上述a步骤及上述b步骤反复进行。
9.根据权利要求8所述的位置测定方法，其特征在于，上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间(T1)与上述第一基准信号或上述第二基准信号的周期(Tp)满足公式T1＝Tp×1/2。
10.根据权利要求8所述的位置测定方法，其特征在于，求出上述到达时间差的步骤包括如下步骤：
在上述第三信号的第一信号源到达时间(在上述第一信号源中的上述第一基准信号发送时刻与上述第三信号接收时刻之差)与上述第三信号的第二信号源到达时间(在上述第二信号源中的上述第二基准信号发送时刻与上述第三信号接收时刻之差)中的具有相对更小值的一个时间加上上述第一信号源与第二信号源之间的信号传递时间，再减去在上述第三信号的第一信号源到达时间与上述第三信号的第二信号源到达时间中的具有相对更大值的时间的步骤。
11.根据权利要求8所述的位置测定方法，其特征在于，
在上述a步骤中，上述第二信号源发送相比于上述第一基准信号接收时刻延迟第二延迟时间的第二基准信号；
在上述b步骤中，上述第一信号源发送相比于第二基准信号接收时刻延迟第一延迟时间的第一基准信号。
12.根据权利要求11所述的位置测定方法，其特征在于，在上述第一延迟时间与上述第二延迟时间不同的情况下，在选自上述a步骤及上述b步骤中的一个步骤中，使另一个步骤的延迟时间与自身的延迟时间一致并发送基准信号。
13.根据权利要求11所述的位置测定方法，其特征在于，在上述第一延迟时间与上述第二延迟时间不同的情况下，求出上述到达时间差的步骤中，进一步考虑上述第一延迟时间及第二延迟时间。
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