CN103931249A - 确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

一些演示性实施例包含确定无线通信信号的到达时间（ToA）的装置、系统和方法。例如，方法可包含在无线通信信道上接收信号，检测信号的符号的符号边界，以及基于符号边界和无线通信信道的信道估计来确定信号的ToA。

Description

确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和系统
交叉引用
本申请要求来自2011年11月8日提交的名称为“用于测量分组到达时间的方法、设备和系统（Method, Apparatus and System For Measuring of Time of Arrival of Packets）”的美国临时专利申请No.61/556,891的优先权及其权益，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
一般而言，许多定位系统依赖于可用于计算范围的定时测量。这样的系统的示例是全球定位系统（GPS）。
信息技术的IEEE 802.11v标准—系统间的电信和信息交换—局域网和城域网—具体要求第11部分：无线LAN媒体接入控制（MAC）和物理层（PHY）规范修正8：IEEE 802.11无线网络管理（“IEEE 802.1lv标准”），定义了可用于装置的定位的定时测量。
然而，根据IEEE 802.l lv标准的这个测量的准确性对于室内定位和导航来说是不够的，例如，因为范围测量误差大于1米。例如，IEEE 802.1 lv标准定义了10纳秒的最大分辨率，这对室内定位和/或室内导航是不够的。
附图说明
为了图示的简明和清楚，图中所示元件不一定按比例绘制。例如，为了呈现的清楚，一些元件的尺寸可相对于其它元件放大。此外，参考标号可在图中重复来指示对应的或相似的元件。以下列出附图。
图1是根据一些演示性实施例的系统的示意框图。
图2是根据一些演示性实施例的用于确定到达时间（ToA）的时间成分的示意图。
图3是描绘在频域中以第一采样率和第二采样率采样的信道估计的两个图、描绘以第一采样率和第二采样率采样的信道估计的信道脉冲响应的两个图，以及描绘对应于以第一采样率和第二采样率采样的信道估计的多重信号分类（MUSIC）频谱的两个图的示意图示。
图4是序列图的示意图示，其演示根据一些演示性实施例的第一装置与第二装置之间的操作和交互。
图5是根据一些演示性实施例的确定无线通信信号的ToA的方法的示意图示。
图6是根据一些演示性实施例的制品的示意图示。
具体实施方式
在下文的详细描述中，阐述许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解：可实践本发明而没有这些具体细节。在其它实例中，未详细描述已知方法、过程、部件和电路，以便不使本发明变得模糊。
以下的详细描述的一些部分用对计算机存储器内的数据位或二进制数字信号的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示可以是数据处理领域中的技术人员用来向本领域中的其它技术人员传达他们工作的实质的技术。
除非以其它方式具体表述，如从下文的论述显而易见的，意识到遍及说明书讨论，利用例如“处理”、“计算（computing）”、“推算（calculating）”、“确定”等的术语指计算机或计算系统或类似电子计算装置的动作和/或过程，它们将表示为计算系统的寄存器和/或存储器内的物理（例如，电子）量的数据操纵和/或转换成类似表示为计算系统的存储器、寄存器或其它这样的信息存储装置或传送装置内的物理量的其它数据。如本文所使用的，术语“一”被定义为一个或多于一个。如本文所使用的，术语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文所使用的，术语“另一个”被定义为至少第二个或者更多。如本文所使用的，术语“包含”和/或“具有”被定义为但不限于“包括”。如本文所使用的，术语“耦合”被定义为以任何所希望的形式（例如，机械、电子、数字、直接、通过软件、通过硬件等）可操作地连接。
例如，如本文所使用的术语“无线装置”包括能够无线通信的装置、能够无线通信的通信装置、能够无线通信的通信站、能够无线通信的便携式或非便携式装置等。在一些实施例中，无线装置可以是或可包含与计算机集成的外围装置、或附连到计算机的外围装置。在一些实施例中，术语“无线装置”可选地可包含无线服务。
本文所使用的短语“移动装置”包含任何合适的便携式、可移动、可传输、非稳态和/或非固定的无线装置。例如，移动装置可包含移动计算机、膝上计算机、笔记本计算机、平板计算机、手持计算机、手持装置、个人数字助理（PDA）装置、手持PDA装置、混合装置、消费者装置、无线通信装置、蜂窝装置、蜂窝电话、移动因特网装置（MID）、无线电话、个人通信系统（PCS）装置、合并无线通信装置的PDA装置、移动或便携式全球定位系统（GPS）装置、合并GPS接收器或收发器或芯片的装置、合并RFID元件或芯片的装置、无线手持装置（例如，BlackBerry、Palm Treo）、无线应用协议（WAP）装置等。
应该理解本发明可用在各种应用中。虽然本发明不受限于这方面，但是本文公开的电路和技术可用在许多设备（例如，无线电系统的站）中。旨在包含于本发明的范围内的站包含（仅作为示例）WLAN站、无线个人网络（WPAN）、蜂窝网络、智能电话装置等。
一些实施例可结合各种装置和系统来使用，例如，视频装置、音频装置、音频-视频（A/V）装置、机顶盒（STB）、蓝光盘（BD）播放器、BD录制器、数字视频盘（DVD）播放器、高清晰度（HD）DVD播放器、DVD录制器、HD DVD录制器、个人视频录制器（PVR）、广播HD接收器、视频源、音频源、视频宿（video sink）、音频宿（audio sink）、立体声调谐器、广播无线电接收器、显示器、平板显示器、个人媒体播放器（PMP）、数字视频照相机（DVC）、数字音频播放器、扬声器、音频接收器、音频放大器、数据源、数据宿、数字静止照相机（DSC）、个人计算机（PC）、台式计算机、移动计算机、膝上计算机、笔记本计算机、平板计算机、服务器计算机、手持计算机、手持装置、个人数字助理（PDA）装置、手持PDA装置、板上装置、板外装置、混合装置、车载装置、非车载装置、移动或便携式装置、消费者装置、非移动或非便携式装置、无线通信站、无线通信装置、无线AP、有线或无线路由器、有线或无线调制解调器、有线或无线网络、无线区域网络、无线视频区域网络（WVAN）、局域网（LAN）、WLAN、PAN、WPAN、根据现有的无线HDTM和/或Wireless-Gigabit-Alliance（WGA）规范和/或未来版本和/或其派生进行操作的装置和/或网络、根据现有的IEEE 802.11（IEEE 802.11-2007 ：无线 LAN 媒体接入控制（ MAC ）和物理层（ PHY ）规范）标准和修正（“IEEE 802.11标准”），例如，信息技术的 IEEE 802.1 1 v 标准—系统间的电信和信息交换—局域网和城域网—具体要求第 11 部分：无线 LAN 媒体接入控制（ MAC ）和物理层（ PHY ）规范修正 8 ： IEEE 802.11 无线网络管理（“IEEE 802.1 lv标准”）、IEEE 802.16标准、和/或未来版本和/或其派生进行操作的装置和/或网络、作为上述网络中的部分的单元和/或装置、单向和/或双向无线电通信系统、蜂窝无线电电话通信系统、无线显示（WiDi）装置、蜂窝电话、无线电话、个人通信系统（PCS）装置、合并无线通信装置的PDA装置、移动或便携式全球定位系统（GPS）装置、合并GPS接收器或收发器或芯片的装置、合并RFID元件或芯片的装置、合并基于位置的系统（诸如，例如GPS）、元件或芯片的装置、合并近场通信（NFC）元件或芯片的装置、在移动电话操作系统（OS）（诸如，例如iOSTM、AndroidTM、WINDOWS®等）下操作的装置、多输入多输出（MIMO）收发器或装置、单输入多输出（SIMO）收发器或装置、多输入单输出（MISO）收发器或装置、具有一个或多个内部天线和/或外部天线的装置、数字视频广播（DVB）装置或系统、多标准无线电装置或系统、有线或无线手持装置（例如，BlackBerry、Palm Treo）、无线应用协议（WAP）装置等。
一些实施例可结合一个或多个类型的无线通信信号和/或系统来使用，例如，射频（RF）、红外线（IR）、频分复用（FDM）、正交FDM（OFDM）、时分复用（TDM）、时分多址（TDMA）、扩展TDMA（E-TDMA）、通用分组无线服务（GPRS）、扩展GPRS、码分多址（CDMA）、宽带码分多址（WCDMA）、CDMA 2000、单载波CDMA、多载波CDMA、多载波调制（MDM）、离散多音频（DMT）、蓝牙®、全球定位系统（GPS）、Wi-Fi、Wi-Max、ZigBeeTM、超宽频（UWB）、全球移动通信系统（GSM）、2G、2.5G、3G、3.5G、4G、5G、增强型数据速率GSM演进（EDGE）等。其它实施例可用在各种其它装置、系统和/或网络中。
一些演示性实施例可结合在60GHz的频带上通信的无线通信网络来使用。然而，可利用任何其它合适的无线通信频带（例如，极高频（EHF）频带（毫米波（mmwave）频带），例如，在30 Ghz与300 GHZ之间的频带内的频带、WLAN频带、WPAN频带等）来实现其它实施例。
一些演示性实施例包含方法，所述方法包括在无线通信信道上接收信号；检测信号的符号的符号边界；以及基于符号边界和无线通信信道的信道估计来确定信号的到达时间（ToA）。
在一些演示性实施例中，方法可包含：基于信道估计来确定对应于无线通信信道的路径延迟；以及基于符号边界和路径延迟来确定信号的ToA。
在一些演示性实施例中，确定路径延迟可包含：识别频域中的信道估计的离散相位向量（相量）分量；以及根据离散相量分量的定时来确定路径延迟。
在一些演示性实施例中，识别离散相量分量可包括识别频域中的信道估计的最低相量分量。
在一些演示性实施例中，路径延迟可包含对应于无线通信信道内的视线（LoS）路径的LoS路径延迟。
在一些演示性实施例中，方法可包含：识别频域中的信道估计的最低相量分量；以及根据最低相量分量的定时来确定LoS路径延迟。
在一些演示性实施例中，确定路径延迟可包含对对应于信道估计的协方差矩阵执行特征分解。
在一些演示性实施例中，确定路径延迟可包含应用超分辨率频率估计算法来将信道估计从频域转换成时域。
在一些演示性实施例中，超分辨率频率估计算法可包括多重信号分类(MUSIC)算法。
在一些演示性实施例中，方法可包含基于信号的ToA来确定信号的接收器与信号的传送器之间的飞行时间（ToF）。
在一些演示性实施例中，方法可包含基于ToF来确定传送器与接收器之间的距离。
在一些演示性实施例中，方法可包含基于信号的ToA来确定信号的接收器的位置。
在一些演示性实施例中，检测符号边界可包括检测符号的ToA。
在一些演示性实施例中，信号可包含正交频分复用（OFDM）信号，并且符号可包含OFDM符号。
在一些演示性实施例中，无线通信装置可包含ToA计算器，用于确定对应于无线通信信道的路径延迟，并且基于路径延迟和信号的符号的检测的符号边界来计算在无线通信信道上接收的信号的ToA。
在一些演示性实施例中，无线通信系统可包含无线通信装置，用于在无线通信信道上接收来自另一无线通信装置的第一消息，基于对应于无线通信信道的路径延迟以及基于消息的符号的检测的符号边界来计算第一消息的ToA，并且将包含对应于ToA的值的第二消息传送到另一个无线通信装置。
现在参考图1，图1示意性地图示根据一些演示性实施例的系统100的框图。
如图1所示，在一些演示性实施例中，系统100可包含无线通信网络，该无线通信网络包含一个或多个无线通信装置（例如，无线通信装置102和/或104），它们能够在无线通信信道110（例如，无线电信道、IR信道、RF信道、无线保真（WiFi）信道等）上传递内容、数据、信息和/或信号。系统100的一个或多个元件可选地可能够在任何合适的有线通信链路上通信。
例如，在一些演示性实施例中，无线通信装置102和/或104包含能够发送和/或接收无线通信信号、RF信号、帧、块、传送流、分组、消息、数据项目和/或数据的一个或多个无线传送器、接收器和/或收发器。
在一些演示性实施例中，无线通信装置102和/或104可包含或可实现为移动或便携式装置的一部分。例如，无线通信装置102和/或104可包含或可实现为以下的一部分：移动计算机、膝上计算机、笔记本计算机、平板计算机、手持计算机、手持装置、PDA装置、手持PDA装置、板上装置、板外装置、混合装置（例如，组合蜂窝电话功能性与PDA装置功能性）、消费者装置、车载装置、非车载装置、蜂窝电话、PCS装置、合并无线通信装置的PDA装置、移动或便携式GPS装置、相对小的计算装置、非台式计算机、“体积小容量大”（CSLL）装置、超移动装置（UMD）、超移动PC（UMPC）、移动因特网装置（MID）、“Origami”装置或计算装置、支持动态可组合计算（DCC）的装置、上下文感知装置、视频装置、音频装置、A/V装置、BD播放器，BD录制器、DVD播放器、HD DVD播放器、DVD录制器、HD DVD录制器、PVR、广播HD接收器、视频宿、音频宿、立体声调谐器、广播无线电接收器、平板显示器、PMP、DVC、数字音频播放器、扬声器、音频接收器、游戏装置、音频放大器、数据源、数据宿、DSC、媒体播放器、智能电话、电视、音乐播放器等。
在一些演示性实施例中，系统100可包含基于室内的系统，该系统位于室内场所和/或位置（例如，大楼、商店、办公室、购物中心、商场等）内。在其它实施例中，系统100可包含位于室外和/或一个或多个室内位置（例如，一个或多个大楼）和/或一个或多个室外位置的组合中的室外系统。在一个实施例中，系统100可部署在购物中心或校园内。
例如，无线通信装置102和/或104可包含一个或多个处理器148、输入单元140、输出单元142、存储器单元144和存储单元146。可选地，无线通信装置102和/或104可包含其它合适的硬件部件和/或软件部件。在一些演示性实施例中，无线通信装置102和/或104中的一个或多个的一些或所有部件可封装在公共壳体或封装中，并且可使用一个或多个有线或无线链路而互联或可操作地关联。在其它实施例中，无线通信装置102和/或104中的一个或多个的部件可分布在多个或单独的装置之间。
例如，处理器148包含中央处理单元（CPU）、数字信号处理器（DSP）、一个或多个处理器核、单核处理器、双核处理器、多核处理器、微处理器、主机处理器、控制器、多个处理器或控制器、芯片、微芯片、一个或多个电路、电路、逻辑单元、集成电路（IC）、专用IC（ASIC）或任何其它合适的多用途或专用处理器或控制器。例如，处理器148执行无线通信装置102和/或104的操作系统（OS）的指令和/或一个或多个合适的应用的指令。
例如，输入单元140包含键盘、小键盘、鼠标、触摸板、追踪球、触屏笔、麦克风、或其它合适的指向装置或输入装置。例如，输出单元142包含监视器、屏幕、平板显示器、阴极射线管（CRT）显示单元、液晶显示器（LCD）显示单元、等离子体显示单元、一个或多个音频扬声器或耳机或其它合适的输出装置。
例如，存储器单元144包含随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SD-RAM）、闪速存储器、易失性存储器、非易失性存储器、高速缓冲存储器、缓冲器、短期存储器单元、长期存储器单元或其它合适的存储器单元。例如，存储单元146包含硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘（CD）驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器或其它合适的可移除或不可移除存储单元。例如，存储器单元144和/或存储单元146可存储由无线通信装置102和/或104处理的数据。
在一些演示性实施例中，无线通信装置102和104可分别包含或关联于一个或多个天线106和108。天线106和/或108可包含适合于（例如，在信道110上）传送和/或接收无线通信信号、块、帧、传送流、分组、消息和/或数据的任何类型的天线。例如，天线106和/或108可包含一个或多个天线元件、部件、单元、组件和/或阵列的任何合适的配置、结构和/或布置。天线106和/或108可包含由准全向天线图覆盖的天线。例如，天线106和/或108可包含相控阵列天线、单元件天线、一组切换波束天线等中的至少一个。在一些实施例中，天线106和/或108可使用单独的传送和接收天线元件来实现传送和接收功能性。在一些实施例中，天线106和/或108可使用公共和/或集成的传送/接收元件来实现传送和接收功能性。
在一些演示性实施例中，装置102可包含到达时间（ToA）计算器来计算从装置104接收的无线通信信号114的ToA 128（例如，如以下详细描述的）。例如，无线通信信号可包含OFDM信号或任何其它信号。
例如，在一些演示性实施例中，装置102可利用ToA 128来计算范围、距离、位置等。例如，装置102可基于计算的ToA来计算装置102的位置和/或装置102与104之间的距离（例如，如以下详细描述的）。
在一些演示性实施例中，例如，装置102可包含位置计算器199来基于ToA 128而计算装置102的范围、距离、和/或位置（例如，如以下描述的）。
在一些演示性实施例中，例如，所接收的信号114的计算的ToA可具有相对低水平的准确性，例如，如果通过测量信号114的OFDM符号的第一采样的到达时间确定ToA在室内环境中（例如，由于多路径干扰）。例如，使用ToA的这个测量可能导致相对大的定位误差，例如大约50米或者更多。因此，ToA的这个测量可能是不准确的，例如，对于室内定位和/或导航。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可能够利用ToA计算（例如，如以下详细描述的），例如，它可导致ToA 128具有相对高的准确度。例如，ToA 128可具有小于10纳秒（ns）的误差，例如，不多于5ns的误差，例如，1ns或者更低的误差（例如，大约0.1ns的误差）。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可配置成基于信号114的符号的检测的符号边界和无线通信信道110的信道估计116来确定在信道110上接收的无线通信信号114的ToA 128（例如，如以下详细描述的）。
例如，在一些演示性实施例中，装置102可包含信道估计器117，用于根据信道估计方案（例如，利用信道状态信息（CSI）等）来生成信道估计116。信道估计器117可实现为ToA计算器112的一部分或作为装置102的单独元件。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可基于信号114的OFDM符号的检测的符号边界和无线通信信道110的信道估计116来确定无线通信信号114的ToA 128（例如，如以下详细描述的）。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可包含路径延迟估计器120，用于确定对应于无线通信信道110的路径延迟124（例如，基于信道估计116）。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可包含符号边界检测器118，用于检测符号的符号边界122，例如，所接收的信号114的第一符号或任何其它特定符号（例如，如以下详细描述的）。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可包含计算器126，用于基于检测的符号边界122和路径延迟124来确定ToA 128（例如，如以下详细描述的）。
在一些演示性实施例中，路径延迟124可包含对应于信道110的特定路径的路径延迟。
在一些演示性实施例中，路径延迟124可包含信道110的视线（Los）路径的路径延迟（例如，如以下描述的）。在其它实施例中，路径延迟124可包含信道110的任何其它特定路径的路径延迟。
在一些演示性实施例中，可能难以识别、检测和/或提取特定路径的路径延迟。例如，如果Los路径不是所接收的信号114的最强路径，或如果存在与Los路径接近的一个或多个其它路径，则可能难以识别、检测和/或提取Los路径延迟。
例如，在一些演示性实施例中，ToA计算器112可利用时域与频域之间的二元性来从信道估计116提取特定路径延迟分量。例如，时域中的路径延迟分量可由频域中的复指数表示。因此，ToA计算器112可通过从信道估计116提取信号复指数并且识别对应于特定路径延迟的特定分量（例如，识别对应于具有最低路径延迟的路径的最低频率的分量），来从信道估计116提取特定路径延迟分量（例如，如以下描述的）。
在一些演示性实施例中，ToA计算器112可通过识别频域中的信道估计116的离散相位向量（相量）分量来确定对应于无线通信信道110的路径延迟124；并且根据离散相量分量的定时来确定路径延迟124。
如本文所使用的术语“相量”涉及频域中的时间延迟的表示。频域中的相量频率直接涉及路径延迟并且幅度涉及路径分量强度或功率。
在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可将信号114的时域中的路径延迟映射到包含频域中的复指数的相量。频域中的相量的相量频率可与路径延迟的值有关。例如，低相量频率可对应于短路径延迟。
在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可通过应用超分辨率频率估计算法来将信道估计116从频域转换成时域（例如，具有更精细的分辨率水平）而确定路径延迟124（例如，如以下详细描述的）。
例如，在一些演示性实施例中，超分辨率频率估计算法可包含对对应于信道估计116的协方差矩阵执行特征分解。
例如，路径延迟估计器可应用多重信号分类（MUSIC）算法173来将信道估计116从频域转换成时域。在其它实施例中，超分辨率频率估计算法可包含任何其它算法和/或方法。
在一些演示性实施例中，MUSIC算法173可用于提取LoS分量定时（例如，在子采样分辨率中）（例如，如以下参考图3描述的）。
例如，在一些演示性实施例中，MUSIC算法173可通过对对应于信道估计116的协方差矩阵执行特征分解来估计信道估计116的频率内容。例如，在出现高斯白噪声的情况下，MUSIC算法173可假定表示信道估计116的信号（表示为 ）包含多个（表示为p）复指数。例如，给定自相关矩阵（表示为），如果特征值按降序排序，则对应于p个最大特征值的特征向量跨越信号的信号子空间。
在一些演示性实施例中，可通过对信道估计116应用MUSIC算法173来确定对应于信道估计116的MUSIC频谱（表示为）。例如，可确定MUSIC频谱，例如如下：
（1）
其中表示第i个噪声特征向量，并且其中：
（2）
在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可识别时域中对应于信道估计116的最低频率相量（例如，如以下描述的）。在其它实施例中，路径延迟估计器120可识别时域中对应于信道估计116的另一频率相量（例如，第二低频率相量分量）。
在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可生成包含对应于识别的相量的路径的时间延迟（表示为）的路径延迟124。例如，路径延迟估计器120可生成包含对应于最低频率相量的路径（“最低延迟路径”）的时间延迟的路径延迟124。
在一些演示性实施例中，最低延迟路径可对应于无线通信信道110内的LoS路径。例如，路径延迟估计器120可对频域中的信道估计116应用超分辨率频率估计算法（例如，MUSIC算法173）。路径延迟估计器120可分析产生的频谱（例如，MUSIC频谱）来检测并且选择对应于LoS路径的峰值。
参考图3，图3示意性地图示描绘在频域中以160兆赫兹（MHz）的第一采样率采样的信道估计的图300、描绘在频域中以第二采样率（40 MHz）采样的相同信道估计的图302、描绘在时域中以第一采样率（160 MHz）采样的相同信道估计的信道脉冲响应的图304、描绘在时域中以第二采样率（40 MHz）采样的相同信道估计的信道脉冲响应的图306、描绘对应于以第一采样率（160 MHz）采样的相同信道估计的MUSIC频谱的图308，以及描绘对应于以第二采样率（40 MHz）采样的相同信道估计的MUSIC频谱的图310。例如，可通过对信道估计116（图1）应用MUSIC算法173（图1）来生成图308和310的MUSIC频谱。
如图3中示出的，例如，如果信道估计是以相对低的速率来采样和/或如果无线通信信道具有相对窄的带宽，则难以从频域中的信道估计和/或从相同信道估计的信道脉冲响应来检测和/或识别一个或多个路径。例如，难以基于图302和306来检测和/或识别一个或多个路径。
同样如图3中示出的，例如，即使信道估计是以相对低的速率来采样和/或如果无线通信信道具有相对窄的带宽，也可以从图308和310的MUSIC频谱中检测和/或估计一个或多个路径。例如，可基于图310来检测和/或估计一个或多个路径。
参考回图1，在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可基于MUSIC频谱（例如，基于图308和/或310的MUSIC频谱（图1））来检测特定的路径延迟。例如，路径延迟估计器120可确定MUSIC频谱的导数来确定MUSIC频谱的一个或多个局部最大值的位置，并且通过检测对应的局部最大值来检测特定路径延迟。例如，路径延迟估计器120可通过检测MUSIC频谱的导数中的第一局部最大值（例如，通过检测图308和/或306（图1）的MUSIC频谱的最远左峰）来检测最低延迟路径。
在一些演示性实施例中，路径延迟估计器120可利用任何噪声处理、假峰值移除算法和滤波算法等来处理和/或移除影响MUSIC频谱的任何噪声。
虽然上面参考基于识别的相量来确定路径延迟而描述一些演示性实施例，但是在其它实施例中可通过分析时域中的信道估计116来确定路径延迟。可在时域中将超分辨率算法（例如，盲信号分离（BSS）算法，例如独立分量分析（ICA）等）应用于信道估计116。
在一些演示性实施例中，符号边界检测器118可生成符号边界122，符号边界122包含信号114的符号（例如，OFDM符号）的采样（例如，第一采样）的符号边界时间（表示为）。在一些实施例中，符号边界122可与信号114的第一OFDM符号有关（例如，如本文所描述的）。在其它实施例中，符号边界122可与信号114的任何其它特定符号相关。
在一些演示性实施例中，计算器126可基于符号边界122和路径延迟124的组合来确定ToA 128。
在一些演示性实施例中，计算器126可确定ToA 128而考虑与装置102的一个或多个部件关联的预定义延迟（表示为）。例如，延迟可包含由装置102的一个或多个硬件和/或软件部件引起的延迟（例如，固定延迟）。
在一个示例中，延迟可包含由天线106、和/或装置102的模拟和/或数字电路引起的延迟，可用来处理信号114。例如，延迟可基于测量来确定。
在一些演示性实施例中，计算器126可基于时间、时间延迟和延迟的组合来确定ToA 128（表示为），例如如下：
（3）
在一些演示性实施例中，ToA的计算（例如，根据等式3）可使ToA 128具有相对高的准确度。例如，ToA 128可具有10纳秒（ns）或者更低的误差。例如，ToA计算器112可以用不大于5ns（例如，1ns或更低，例如大约0.1ns）的分辨率来计算ToA 128。
图2示意性地图示根据一些演示性实施例的用于根据等式3来确定ToA 的时间成分。
在一些演示性实施例中，位置计算器199可基于ToA 128来确定装置102的位置（例如，如以下描述的）。
在一些演示性实施例中，位置计算器199可基于ToA 128来确定装置102与信号114的传送器（例如，装置104）之间的飞行时间（ToF）（例如，如以下详细描述的）。装置102与装置104之间的ToF可包含信号（例如，信号114）从装置104行进到装置102所需的时间。
参考图4，图4示意性地图示序列图400，它演示根据一些演示性实施例的沿着时间线409的第一装置402（例如，装置102（图1））与第二装置（例如，装置104（图1））之间的操作和交互。在一个实施例中，装置402可包含移动台并且装置404可包含AP。
在一些演示性实施例中，装置402和/或装置404可执行序列400的操作中的一个或多个以便确定至少一个与位置相关的参数，例如，装置402与装置404之间的相对位置（“范围”）。
在一些演示性实施例中，装置402可在时间（表示为t1）处将消息410（表示为M1）传送到装置404。时间t1可以是消息M1的离开时间（ToD），表示为。
在一些演示性实施例中，装置404可接收消息410并且通过确定消息410的ToA（表示为）来确定时间（表示为t2）。例如，装置404可根据等式3来确定时间t2，例如，如上所述。
在一些演示性实施例中，装置404可在时间（表示为t3）处将消息412（表示为）传送到装置402。例如，消息412可包含响应于消息410而传送的确认消息。时间t3可以是消息的ToD，表示为。
例如，在一些演示性实施例中，装置402可接收消息412并且通过确定消息412的ToA（表示为）来确定时间（表示为t4）。例如，装置402可根据等式3来确定时间t4，例如，如上所述。
在一些演示性实施例中，装置404可将消息414（表示为M2）传送到装置402。例如，消息414可包含对应于时间t2和/或时间t3的信息。例如，消息414可包含：包括时间t2的时间戳（例如，ToA时间戳）和包括时间t3的时间戳（例如，ToD时间戳）。
在一些演示性实施例中，装置402可接收消息414。例如，装置402可基于消息414来确定装置402与装置404之间的ToF。
例如，装置402可基于应用于时间值t1、t2、t3和t4的平均或任何其它函数来确定ToF。例如，装置402可确定ToF，例如如下：
（4）
在一些演示性实施例中，装置402可将消息416（表示为）传送到装置404。例如，消息416可包含响应于消息414而传送的确认消息。
在一些演示性实施例中，装置402可基于计算的ToF来确定装置402与装置404之间的范围。
例如，装置402可确定范围（表示为），例如如下：
（5）
其中C表示无线电波传播速度。
在一些演示性实施例中，装置402可基于估计的范围来确定装置402的位置（例如，装置402的绝对位置）。
例如，装置402可包含位置计算器199（图1）来关于两个或者更多相应装置404来确定两个或者更多ToF值（例如，根据等式5）。位置计算器199（图1）可基于两个或更多ToF值来确定装置402的位置（例如，通过三边测量）。
如以上所论述的，ToA可具有相对高的准确度。例如，ToA 128（图1）可具有10纳秒（ns）的误差或更低。因此，ToA时间戳f消息414可具有不多于5ns的误差，例如，1ns或者更低（例如，大约0.1ns）。结果，装置402可以能够用相对高的准确度（例如，1米（m）或者更低的准确度，例如0.3m或者更低的准确度（如果使用1ns的分辨率），或甚至0.03m或者更低的准确度（如果使用0.1ns的分辨率）来确定范围。
参考图5，图5示意性地图示根据一些演示性实施例的确定无线通信信号的ToA的方法。在一些实施例中，任何合适的无线通信系统（例如，系统100（图1））、无线通信装置（例如，装置102和/或装置104（图1））和/或ToA计算器（例如，ToA计算器112（图1））可执行图5的方法的操作中的一个或多个。
如在步骤502处指示的，方法可包含在无线通信信道上接收信号。例如，装置102（图1）可接收信号114（图1），例如，如上所述。
如在步骤504指示的，方法可包含检测所接收的信号的符号的符号边界。例如，符号边界检测器118（图1）可检测符号边界122（图1），例如，如上所述。
如在步骤506处指示的，方法可包含基于符号边界和无线通信信道的信道估计来确定所接收的信号的ToA。例如，ToA计算器112（图1）可确定ToA 128（图1），例如，如上所述。
如在步骤508处指示的，确定所接收的信号的ToA可包含基于信道估计来确定对应于无线通信信道的路径延迟，并且基于符号边界和路径延迟来确定所接收的信号的ToA。例如，路径延迟估计器120（图1）可确定路径延迟124（图1），并且计算器126（图1）可基于符号边界122（图1）和路径延迟124（图1）来确定ToA 128（图1），例如，如上所述。
如在步骤510处指示的，确定路径延迟可包含识别频域中的信道估计的离散相位向量（相量）分量。
如在步骤512处指示的，识别离散相量分量可包含识别频域中的信道估计的最低相量分量。例如，路径延迟可包含对应于无线通信信道的LoS路径延迟，例如，如上所述。
在一些演示性实施例中，确定路径延迟可包含对对应于信道估计的协方差矩阵执行特征分解，例如，如上所述。
在一些演示性实施例中，确定路径延迟可包含应用超分辨率频率估计算法（例如，MUSIC算法）来将信道估计从频域转换成时域。例如，路径延迟估计器120（图1）可应用MUSIC算法173（图1），例如，如上所述。
如在步骤514处指示的，确定路径延迟可包含根据离散相量分量的定时来确定路径延迟。路径延迟估计器120（图1）可基于LoS分量的定时来确定路径延迟124（图1）,例如，如上所述。
如在步骤516处指示的，方法可包含基于ToA来确定所接收的信号的接收器与所接收的信号的传送器之间的ToF。例如，位置计算器199（图1）可基于ToA 128（图1）来确定ToF，例如，如上所述。
如在步骤516处指示的，方法可包含基于ToA来确定信号的接收器的位置。例如，位置计算器199（图1）可基于ToF来确定装置102（图1）的位置，例如，如上所述。
参考图6，图6示意性地图示根据一些演示性实施例的制品600。制品600可包含存储逻辑604的非暂时性机器可读存储介质602，例如，逻辑604可用来执行ToA计算器112（图1）、位置计算器199（图1）的至少部分功能性，和/或执行图5的方法的一个或多个操作。短语“非暂时性机器可读介质”指向所有计算机可读介质，其中唯一的例外是暂时性传播信号。
在一些演示性实施例中，制品600和/或机器可读存储介质602可包含一个或多个类型的能够存储数据的计算机可读存储介质，包含易失性存储器、非易失性存储器、可移除或不可移除存储器、可擦除或不可擦除存储器、可写或可重写存储器等。例如，机器可读存储介质602可包含RAM、DRAM、双倍速率DRAM（DDR-DRAM）、SDRAM，静态RAM（SRAM）、ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）、光盘ROM（CD-ROM）、可录制光盘（CD-R）、可重写光盘（CD-RW）、闪速存储器（例如，NOR或NAND闪速存储器）、内容可寻址存储器（CAM）、聚合物存储器、相变存储器、铁电存储器、硅氧化物氮化物氧化物硅（SONOS）存储器、盘、软盘、硬驱动器、光盘、磁盘、卡、磁卡、光卡、磁带、磁带盒等。计算机可读存储介质可包含任何合适的介质，涉及通过通信链路（例如，调制解调器、无线电或网络连接）将计算机程序从远程计算机下载或传送到请求计算机，所述计算机程序由包含在载波或其它传播介质中的数据信号携带。
在一些演示性实施例中，逻辑604可包含指令、数据和/或代码，如果它们被机器执行，可使机器执行如本文所描述的方法、过程和/或操作。例如，机器可包含任何合适的处理平台、计算平台、计算装置、处理装置、计算系统、处理系统、计算机、处理器等，并且可使用硬件、软件、固件等的任何合适组合来实现。
在一些演示性实施例中，逻辑604可包含或可实现为软件、软件模块、应用、程序、子例程、指令、指令集、计算代码、字、值、符号等。指令可包含任何合适类型的代码，例如源代码、编译代码、翻译代码、可执行代码、静态代码、动态代码等。指令可根据预定义的计算机语言、方式或语法来实现，用于命令处理器执行某个功能。指令可使用任何合适的高级、低级、面向对象的、视觉的、编译的和/或翻译的编程语言来实现，例如C、C++、Java、BASIC、Matlab、Pascal、Visual BASIC、汇编语言、机器代码等。
本文参考一个或多个实施例而描述的功能、操作、部件和/或特征可与本文参考一个或多个其它实施例而描述的一个或多个其它功能、操作、部件和/或特征组合或组合地利用，或反之亦然。
虽然在本文中已经图示并且描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，要理解所附的权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (28)

1. 一种方法，包括：
在无线通信信道上接收信号；
检测所述信号的符号的符号边界；以及
基于所述符号边界和所述无线通信信道的信道估计来确定所述信号的到达时间（ToA）。
2. 如权利要求1所述的方法，包括：
基于所述信道估计来确定对应于所述无线通信信道的路径延迟；以及
基于所述符号边界和所述路径延迟来确定所述信号的所述ToA。
3. 如权利要求2所述的方法，其中确定所述路径延迟包括：
识别频域中所述信道估计的离散相位向量（相量）分量；以及
根据所述离散相量分量的定时来确定所述路径延迟。
4. 如权利要求3所述的方法，其中识别所述离散相量分量包括识别所述频域中的所述信道估计的最低相量分量。
5. 如权利要求2-4中的任一项所述的方法，其中所述路径延迟包括对应于所述无线通信信道内的视线（LoS）路径的LoS路径延迟。
6. 如权利要求5所述的方法，包括：
识别频域中所述信道估计的最低相量分量；以及
根据所述最低相量分量的定时来确定所述LoS路径延迟。
7. 如权利要求2-6中的任一项所述的方法，其中确定所述路径延迟包括对对应于所述信道估计的协方差矩阵执行特征分解。
8. 如权利要求2-7中的任一项所述的方法，其中确定所述路径延迟包括应用超分辨率频率估计算法来将所述信道估计从频域转换成时域。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述超分辨率频率估计算法包括多重信号分类（MUSIC）算法。
10. 如权利要求1-9中的任一项所述的方法，包括基于所述信号的ToA来确定所述信号的接收器与所述信号的传送器之间的飞行时间（ToF）。
11. 如权利要求10所述的方法，包括基于所述ToF来确定所述传送器与所述接收器之间的距离。
12. 如权利要求1-11中的任一项所述的方法，包括基于所述信号的ToA来确定所述信号的接收器的位置。
13. 如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中检测所述符号边界包括检测所述符号的ToA。
14. 如权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中所述信号包括正交频分复用（OFDM）信号，并且所述符号包括OFDM符号。
15. 一种无线通信装置，包括：
到达时间（ToA）计算器，用于确定对应于无线通信信道的路径延迟，并且计算在所述无线通信信道上接收的信号的ToA，所述计算基于所述路径延迟以及基于所述信号的符号的检测的符号边界。
16. 如权利要求15所述的无线通信装置，其中所述ToA计算器包括：
路径延迟估计器，用于基于所述信道估计来确定对应于所述无线通信信道的路径延迟，
其中所述ToA计算器将基于所述符号边界和所述路径延迟来确定所述信号的所述ToA。
17. 如权利要求16所述的无线通信装置，其中所述路径延迟估计器将识别频域中所述信道估计的离散相位向量（相量）分量，并且根据所述离散相量分量的定时来确定所述路径延迟。
18. 如权利要求16或17所述的无线通信装置，其中所述路径延迟包括对应于所述无线通信信道内的视线（LoS）路径的LoS路径延迟。
19. 如权利要求16-18中的任一项所述的无线通信装置，其中所述路径延迟估计器将通过应用超分辨率频率估计算法来将所述信道估计从频域转换成时域而确定所述路径延迟。
20. 如权利要求15-19中的任一项所述的无线通信装置，包括位置估计器，用于基于所述信号的所述ToA来确定对应于所述无线通信装置的位置的一个或多个位置相关的值。
21. 一种无线通信系统，包括：
无线通信装置，用于在一个无线通信信道上接收来自另一无线通信装置的第一消息，基于对应于所述无线通信信道的路径延迟以及基于所述消息的符号的检测的符号边界来计算所述第一消息的到达时间（ToA），并且将包含对应于所述ToA的值的第二消息传送到另一个无线通信装置。
22. 如权利要求21所述的无线通信系统，其中所述ToA具有不多于1纳秒的误差。
23. 如权利要求21或22所述的无线通信系统，其中所述无线通信装置将基于所述信道估计来确定对应于所述无线通信信道的路径延迟，并且基于所述符号边界和所述路径延迟来确定所述ToA。
24. 如权利要求23所述的无线通信系统，其中所述无线通信装置将识别频域中所述信道估计的离散相位向量（相量）分量，并且根据所述离散相量分量的定时来确定所述路径延迟。
25. 如权利要求21-24中的任一项所述的无线通信系统，其中所述无线通信装置将基于所述ToA来确定所述无线通信装置与另一无线通信装置之间的飞行时间（ToF）。
26. 一种非暂时性产品，包含存储在其上的指令的存储介质，所述指令当被机器执行时导致：
计算在无线通信信道上接收的无线通信信号的到达时间（ToA），所述计算基于所述无线通信信道的信道估计和所述无线通信信号的符号的检测的符号边界。
27. 如权利要求26所述的产品，其中所述指令导致：
基于所述信道估计来确定对应于所述无线通信信道的路径延迟；以及
基于所述符号边界和所述路径延迟来确定所述ToA。
28. 如权利要求26或27所述的产品，其中所述指令导致：
识别频域中所述信道估计的离散相位向量（相量）分量；以及
根据所述离散相量分量的定时来确定所述路径延迟。
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