CN1342373A

CN1342373A - 用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的方法和系统

Info

Publication number: CN1342373A
Application number: CN00804437A
Authority: CN
Inventors: 小威廉·弗朗西斯·亚历山大; 斯里坎斯·古马迪
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: CN1131644C; WO2001050785A1; JP2003519995A; KR20010102439A; US6259924B1; KR100416026B1

Abstract

在无线通信系统的接收机中,周期地测量与一信号相关联的多个射频信号传播特性(402),该信号从覆盖范围中的发射机发射。接下来,处理多个周期性测量的射频信号信号传播特性,以产生一个时间平均射频信号特征标记,其中处理该提取射频信号信号传播特性的主要特征(410,412)。然后该比较时间平均射频特性与一个空间平均射频特征标记,并响应该比较产生一品质因数(414,416)。该处理可以包括分解包含多个周期性测量的射频信号传播特性的矢量表示的结构化矩阵以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的子空间,该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

Description

用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的方法和系统

相关申请

此申请涉及同时提交的名称为“为在无线通信系统的覆盖范围中的特征标记区域创建射频特征标记的方法和系统”的申请S/N09/475,097(档案号CE04753N)，这里引入其全文作为参考。

发明领域

本发明一般涉及无线通信系统，更特别涉及用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的改进方法和系统。

发明背景

对于无线通信系统的用户和运营商来说，通常希望定位正打电话或者正发射或接收数据的用户单元。可以定位用户的技术的应用包括定位请求911-紧急事件业务的用户、帮助执法机关进行各种执法活动、为用户提供局部地图或方向、和为用户提供与用户位置有关的广告信息。

已经使用或建议了多种技术，用于提供用户单元在通信系统中的位置，这些技术都存在缺点。例如，到达时间差(TDOA)系统使用来自已知位置的多个基站收发信机的测量值。这类系统需要用户单元的信号在一个以上的基站收发信机上的信号接收、基站收发信机之间的时间同步、和视线波阵面传播的测量值，而不混淆视线信号与多径信号，多径信号是从影响信号传播的物体反弹和绕射的信号。基于临时规范95(IS-95)(一种码分多址(CDMA)标准)的蜂窝系统中基站收发信机的同步精度不足以精确到使提供位置估计的信号传播测量达到期望的分辨率。另外，在密集的市中心区，也称为都市峡谷，视线波阵面的检测不太可能，因为视线信号分量可能被邻近的多径分量遮蔽或模糊。

更高级的TDOA系统利用智能天线帮助消除一些多径分量，增强即时波阵面的检测。智能天线也能够将到达角(AOA)测量值加到用于定位搜索的几何等式中，从而进一步增强性能。遗憾的是，某些都市峡谷的多径环境对于智能天线来说太混乱，使其不是有效的解决方案。智能天线重叠解决方案也需要增加专用的相控天线阵，以便与现有天线协同工作。业务提供商很可能不情愿投资额外的天线，除非需要智能天线用于容量需求以及定位搜索需求。

一些工程师和运营商建议利用全球定位卫星系统来确定用户的位置。此技术在都市峡谷中也存在问题。在许多位置不可能收到来自多个卫星的产生精确定位估计值所必须的视线信号。

其它的提议包括将很多微小区设置在都市核心区域，因此通过识别用户正在使用哪个小区站点来估计用户的位置。虽然微小区在某些地区正日益普及，但是市场由于容量覆盖问题通常排斥微小区，这意味着微小区的布置数目大概不足以宽广到支持定位搜索。目前大多数的通信配置计划仍然规定宏蜂窝覆盖。

因此，显然需要一种在通信系统服务区的杂散区域中定位用户单元的改进和成本有效方案，其中有益地使用间接或非视线传播信号的射频信号特性来定位用户单元。相应地，还需要一种用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的改进方法和系统，其中射频特征标记响应于从选定特征标记区域发送的信号的射频传播特性的主要特征。

附图的简要描述

本发明新的特征在所附权利要求书中阐述。但是，当结合附图阅读时，本发明自身，以及所用的优选模式、进一步的目的及其优点，将参照下面对实施例的详细描述而更好地理解，其中：

图1说明在无线通信系统覆盖范围的都市峡谷区域中的多径信号传播；

图2是说明一种方法和操作的高级逻辑流程图，即根据本发明的方法和系统为在无线通信系统的覆盖范围中的特征标记区域生成空间平均的射频特征标记；

图3描述处理原始测量数据以生成信道脉冲响应测量值形式的射频传播特性的隐式测量值，利用该测量值以根据本发明的方法和系统生成代表射频特征标记的数据库记录。

图4是说明一种方法和操作的高级逻辑流程图，即根据本发明的方法和系统在无线通信系统的覆盖范围中测量用户单元的时间平均射频特征标记；

图5是如图4所示的产生空间平均射频特征标记的过程的更详细的逻辑流程图；

图6描述一种系统，用于根据本发明的方法和系统产生无线通信系统覆盖范围中的特征标记区域的射频特征标记，还用于测量在定位事件期间要位于覆盖范围的用户单元的射频特征标记；

图7是如图2所示的产生空间平均射频特征标记的过程的更详细的逻辑流程图；

图8是展开的功率延迟分布的图形表示，其由本发明的方法和系统使用；

图9是非线性平均图8数据的图形表示；

图10是从特征标记区域内的多个位置收集的功率延迟分布的图形表示；和

图11是非线性平均图10数据的图形表示。

本发明的详细描述

现在参照图1，描述了通信系统覆盖范围20，包括反射和绕射射频信号的建筑物22-30，射频信号经历用户单元38和基站收发信机40之间的传播路径32-36。

从图1很明显可以看出，传播路径32-34具有不同于传播路径36的飞行时间和到达角。因此，如果收发信机40测量传播信号的到达角和定时信息并利用该数据估计用户单元38的位置，则来自传播路径32-36的数据并不合并表示通信系统覆盖范围20中的单个位置，除非考虑建筑物22-30引起的信号反射和绕射。

现在参照图2，描述了说明一种方法和操作的高级逻辑流程图，即根据本发明为在无线通信系统的覆盖范围中的特征标记区域生成空间平均的射频特征标记。如图所示，该过程在方框200开始，此后途经方框202，在此该过程选择通信系统覆盖范围20(参见图1)中的一个位置。在优选实施例中，选择位置的过程包括标记发射机在通信系统覆盖范围20中的当前位置。这可以通过记录位于发射机的GPS接收机的位置或者用地图或测量设备标记该位置来实现。也可以使用其它的电子定位搜索装置，诸如美国海岸警备队操作的LORAN定位搜索系统。在优选实施例中，选定的位置是开车或步行通过通信系统覆盖范围20并携带发射信号的发射机时选择的多个位置的其中一个。图1中以附图标记42表示了一些选定的位置。

在选定一个位置之后，该过程测量来自选定位置的发射机的信号的射频信号传播特性，如方框204所示。被测的射频信号传播特性可以包括多径分量的数目、每个多径分量的平均功率、由于到达方位角和/或仰角和/或每个分量极化而引起的天线增益和相位、每个分量的多普勒频率、和每个分量的相对时延。可以通过所接收信号的参量分解而显式测量这些特性。但在优选实施例中，通过抽样、计算和记录用户38和基站收发信机40的一个或多个天线的每一个之间的特定信道的信道脉冲响应来隐式测量射频信号传播特性。

如果显式测量射频信号传播特性，则形成信道脉冲响应的参数模型，由下面的等式表示：

其中：

e是所关注的天线的索引，

Q(t)表示路径数目，

α_q(t)是路径q的复数幅值，

Γ_e(θ，φ，ξ)是方位角为θ、仰角为φ、和极化角为ξ的波阵面激励的天线e的复数值响应，和

τ_q(t)是路径q的延时。

通过利用特定部分的相对稳定可以进一步分解这个非稳定脉冲响应的等式：

等式2中，T表示时间，τ表示延时。这些参数足以表征从传送信号观察的取决于位置的多径失真。在任何给定时刻，发射机将占据一个位置，例如(x(t)，y(t))，其中被测脉冲响应的参数是射频信号传播特性。(注意该参数模型的描述排除了由于经过环境的速率导致的多普勒频移的建模。此数据隐式地包含在α_q(T)内。多普勒频移是由于移动速率造成，其与位置只是次级相关。所描述的其它参数更直接地与发射机的位置相关联。但是，在某些情况下，加入多普勒被证明是有益的)。

通过记录脉冲响应的样值而不必还原成基本参数就可以隐式测量这些特性。例如，这些射频信号特性的矢量隐式测量值h_e(T)可以表示成如下：

h_e(T)＝[h_e(T，O)h_e(T，T_s)∧h_e(T，(N-1)T_s)^T 等式3

注意到响应的任何线性变换(例如傅里叶变换)为射频信号传播特性的隐式描述提供同样有效的基础。某些变换会产生将数据限制到更小支持区域的机会，从而舍弃不重要的数据和减少要记录的数据量。例如，傅里叶变换之后将带宽限制到具有显著信号功率的频率箱(frequency bins)，这可以减少记录的数据量。这些变换遵循由Van derVeen，Vanderveen和Paulraj发表于1998年2月IEEE信号处理学报的“利用频移不变技术的联合角度和延时估计”方法。

在优选实施例中，通过抽样来自基站收发信机40的一个或多个天线的电压测量值隐式地测量RF信号传播特性。现在参照图3，由附图标记300表示单个电压样值。电压样值300必须以大于所正测量信号的带宽的速率取样。

为了计算脉冲响应矢量h(i)，把例如具有元素v_i－v_i+N-1的样值组302和304的电压样值组s(i)输入到脉冲响应估计器306。脉冲响应估计器306提供所估计的信道脉冲响应的样值(正如等式3)和图3中的h(i)。可以根据1998年2月IEEE信号处理学报的“利用频移不变技术的联合角度和延时估计”描述的方法估计信道脉冲响应。

在优选实施例中，当使用多个天线时，为每个天线测量脉冲响应，其中天线e的脉冲响应由h_e(i)表示。例如，如果使用E个天线，则所有天线的脉冲响应的每个测量值可以安排在等式4所示的矩阵H(i)中。

H(i)＝[h₁(i)h₂(i)∧h_E(i) 等式4

在测量射频信号传播特性之后，该过程确定在通信系统覆盖范围内是否存在下一个要测量的位置，如判决方框206所述。如果存在另一个要测量的位置，该过程途经方框208，在此选择下一个位置。在选择下一个位置之后，取得新的测量值，如上参照方框204所述。注意到选定的位置不必是唯一的，唯一的情况可能是某人开车或步行经过覆盖范围中的一个交叉点两次。即使可以为选定的同一位置存储一个以上的脉冲响应矢量，也应该在特征标记区域内选择多个不同的位置。

正如在方框206所确定的，如果已经测量所有的位置，那么该过程定义多个特征标记区域，其中每个特征标记区域包含多个选定位置，如方框210所示。在优选实施例中，选定的特征标记区域彼此相邻，并在形状和大小上几何类似，因此这些区域看上去像布置在整个通信系统覆盖范围内的格栅。举个例子，图1的特征标记区域44包括多个选定位置42，在这些选定位置已经测量了RF信号传播特性。

在另一个实施例中，可以根据信道脉冲响应中观察的局部相关性选择特征标记区域44，通过比较在一个位置的测量值与在另一个位置的测量值或者通过比较一组测量值与另一组测量值来确定该局部相关性。通过在定义特征标记区域时进行这种分析，可以形成不规则形状的特征标记区域，这些特征标记区域可以更精确地代表来自该区域的射频传播特性，这进而使得位置估计更精确。

一旦定义了特征标记区域，该过程选择第一特征标记区域，如方框212所示。对于选定的特征标记区域，处理每个被测的RF信号传播特性，以产生用于该特征标记区域的空间平均射频特征标记，如方框214所示。此空间平均射频特征标记表示从选定的特征标记区域发射的并且在例如基站收发信机40的基站收发信机接收的信号的射频信号传播特性的主要特征。

对于隐式测量的RF信号传播特性的空间平均射频特征标记的计算过程可以通过参照图7而更全面地了解。

图7中，从隐式测量的射频信号传播特性为选定的特征标记区域计算空间平均射频特征标记的过程在方框700开始，此后途经方框702，在此该过程选择测量射频信号传播特性的选定特征标记区域内的第一位置。

接下来，该过程再次调用该选定位置的被测信道脉冲响应，如方框704所示。这些信道响应最好表示为与收集它们的位置有关的矢量。如果测量一个以上的天线，则脉冲响应作为一个矩阵被再次调用，其中每列表示来自单个天线的脉冲响应，如等式4所示。

接下来，该过程矢量化所再次调用的脉冲响应，并将所得的矢量附加成矩阵F的一列，其中该列相应于选定位置，如方框706所示。注意到只有基站收发信机使用一个以上的天线测量信道脉冲响应时，此矢量化过程才是必需的。对于L个测量位置，矩阵F可以表示成如下：

f(i)＝vec{H(i)}

F＝[f(1)f(2)∧f(L)]

接下来，该过程确定在选定的特征标记区域内所测量位置的所有被测的脉冲响应是否都附加在矩阵F中，如方框708所示。如果来自所有位置的响应没被再次调用和矢量化，则该过程选择下一个位置，如方框710所示，并返回到方框704以再次调用下一个被测的信道脉冲响应。

如果该过程在方框708确定所有的数据都已经被再次调用和附加以形成矩阵F，则该过程继续来到方框712，其中从矩阵F中取出基本子空间T。此基本子空间的提取通常这样实现，即分割直接对矩阵F进行奇异值分解操作的结果，或者通过对数据矩阵F估计的样值协方差矩阵进行本征分解操作。此分割将重要的项从较不重要的项中分离出来，这些较不重要的项可能被噪声或其它人造物严重失真。此分割可以简单地通过对计算的奇异值或本征值按其幅度排序、并从N值组中选择P·N最大值来实现，或可以选择超过一个门限值的元素。确定基本子空间顺序的更复杂的方法为本领域所熟知，例如1995年Prentice Hall卷III第5-9页和第21-23页Simon Haykin编辑的光谱分析和数组处理的发展。

在方框712表示的步骤已经完成之后，矩阵T变成对于选定特征标记区域的空间平均RF特征标记。因此，从隐式测量的射频信号传播特性为选定特征标记区域产生射频特征标记的过程在方框714结束。

涉及图7描述的过程是从隐式测量的射频信号传播特性提取基本子空间的过程。对于隐式测量射频传播特性的基本子空间提取的更全面的讨论以及提取基本子空间的其它方法参见1998年5月Stanford大学Michaela C.Vanderveen的名称为“无线通信网的参量信道模型的估计”的论文。

该基本子空间提取捕获来自特征标记区域的RF信号传播特性的主要特征。此过程过滤在与选定特征标记区域相关联的多个脉冲响应矢量中隐式接收和记录的信息，并删除被认为对于定位搜索不重要或较不重要的信息。

从概念上更容易理解的另一种提取主要特征的方法是非线性地平均与特征标记区域相关联的被测脉冲响应，以提供单个平均功率延迟分布。参照图10，通过在每次延迟对脉冲响应幅度取复数样值，被测脉冲响应可以被转换成功率延迟分布。曲线1000是这种功率延迟分布集合的图形表示，功率以分贝表示，延迟以微秒表示，每次测量的位置松散地表示为一整数索引。曲线1000分布的集合沿位置轴1002前进，其中沿位置轴1002的位移表示在选定特征标记区域内收集的多个测量值。沿着位置轴1002取平均值允许我们提取平均特征，产生平均功率延迟分布。参照图11，曲线1100是从图10的数据提取的这种平均功率延迟分布的图形表示。可以为每个被测的天线计算平均功率延迟分布。平均功率延迟分布向基本子空间一样可用于表示射频信号传播特性的平均或主要特征。

射频信号传播特性的主要特征倾向于与发射机和接收机的位置有关。因为基站收发信机在传统无线通信系统中一般是固定的，我们可以利用该主要特征识别用户单元的位置。

在为选定特征标记区域产生空间平均射频特征标记之后，该过程记录空间平均射频特征标记和表示选定特征标记区域的位置之间的关系，如方框216所述。最好通过将一个记录写入数据库来完成此记录操作，该数据库使每个空间平均射频特征标记与其各自的特征标记区域相关联，正如诸如在特征标记区域44中心的位置46(参见图1)所表示的一个位置。

接下来，该过程确定是否需要为该覆盖范围的另一个特征标记区域计算另一个空间平均射频特征标记，如方框218所示。如果需要对另一个特征标记区域进行另外的处理，则该过程选择下一个特征标记区域，如方框220所示，然后返回到方框214，在此计算下一个空间平均射频特征标记。

如果该过程在方框218确定已经处理了所有的特征标记区域，则数据库形成过程结束，如方框222所述。该数据库包括对于每个特征标记区域的空间平均射频特征标记。该空间平均射频特征标记包括表示从特征标记区域发送的信号的主要射频传播特性的信息，这些信息通过从来自特征标记区域中多个位置的测量值中算术地过滤较不重要的信息来确定。该数据库现在准备好用于估计用户单元位置，正如在下面所详细描述的。

现在参照图4，描述了一种方法和操作的高级逻辑流程图，即根据本发明的方法和系统测量无线通信系统的覆盖范围中发射机的时间平均射频特征标记、比较该时间平均射频特征标记与空间平均射频特征标记，并响应该比较，产生品质因数。品质因数的集合可用于通过决定发射机最有可能从哪个特征标记区域发射来估计发射机的位置。

如图所示，该过程在方框400开始，此后途经方框402，在此该过程接收一个估计用户单元位置的请求。

在收到请求之后，该过程测量来自用户单元发射机的信号的射频信号传播特性，该系统正在估计该用户单元的位置，如方框404所示。被测的射频信号传播特性可以包括多径分量的数目、每个多径分量的平均功率、由于波阵面到达和极化的方位角和仰角而造成的天线增益和相位、波阵面的多普勒频率、和波阵面的相对时延。可以通过所接收信号的参量分解而显式地测量这些特性。但在优选实施例中，通过抽样和记录要定位的用户和基站收发信机之间的特定信道的频道脉冲响应来隐式测量射频信号传播特性。

测量来自要定位用户单元的信号的射频信号传播特性非常类似于在形成空间平均射频特征标记数据库期间测量来自选定位置发射机的信号的射频信号传播特性，如图2中方框204所示。

一旦已经测量了射频信号传播特性，则该过程确定是否需要另一个测量，如方框406所示。最好，周期地取得RF信号传播特性的多个测量值，使得可以计算出对于要定位的用户单元的时间平均射频特征标记。在某些情况下RF信号传播特性的单个瞬时测量值可能是足够的，但是我们都知道单个样值估计器由于信号传播中的潜在随机过程而易发生很大的变化。从多个测量值估计RF信号传播特性利用了统计原理来缓和随机性并提取RF信号传播特性的平均结构或主要特征。

如果需要另一个测量值，则该过程延迟，如方框408所示，然后回到方框404，在此再次测量射频信号传播特性。所取的测量数可以由在预定固定时间间隔内可进行的周期性测量数确定。

如果该过程在方框406确定已经取到足够的测量值，则该过程进行到方框410，在此处理被测的射频信号传播特性以产生来自要定位的用户单元的信号的时间平均射频特征标记，在此时间平均射频特征标记表示射频信号传播特性的主要特征。参照图5可以更全面的理解计算时间平均射频特征标记的过程。

图5中，从隐式测量的射频信号传播特性计算时间平均射频特征标记的过程在方框500开始，此后途经方框502，在此该过程选择测量来自要定位的用户单元的信号的射频信号传播特性的第一时间。

接下来，该过程再次调用该选定时间的被测信道脉冲响应，如方框504所示。这些信道脉冲响应最好表示为与收集它们的时间有关的矢量。如果测量一个以上的天线，则响应作为一个矩阵被再次调用，其中每列表示来自单个天线的脉冲响应，如等式4所示。

接下来，该过程矢量化所再次调用的脉冲响应，并将所得的矢量附加成矩阵G的一列，其中该列相应于所选定时间，如方框506所示。注意到只有基站收发信机使用一个以上的天线测量信道脉冲响应时，此矢量化过程才是必需的。对于L个测量时间，矩阵G可以表示成如下：

g(i)＝vec{H(i)}

G＝[g(1)g(2)∧g(L)]

接下来，该过程确定是否所有测量时间的所有测量脉冲响应已经附加在矩阵G中，如方框508所示。如果没有把所有的时间再次调用、矢量化和附加到G，则该过程选择下一个时间，如方框510所示，并返回到方框504以再次调用下一个测量的信道脉冲响应。

如果该过程在方框508确定所有的数据都已被再次调用和附加以形成矩阵G，则该过程在方框512继续，在此从矩阵G提取基本子空间S。此基本子空间的提取通常这样实现，即分割直接对矩阵F进行奇异值分解操作的结果，或者通过对从数据矩阵G估计的样值协方差矩阵进行本征分解操作。此分割将重要的项从较不重要的项中分离出来，这些较不重要的项可能被噪声或其它人造物严重失真。此分割可以简单地通过对计算的奇异值或本征值按其幅度排序、并从N值组中选择P·N最大值来实现。或者，可以选择超过一门限值的元素。确定基本子空间顺序的更复杂的方法为本领域所熟知，例如1995年Prentice Hall卷III第5-9页和第21-23页Simon Haykin编辑的光谱分析和数组处理的发展。

在方框512表示的步骤已经完成之后，矩阵S变成对于来自所要定位的用户单元的信号的时间平均RF特征标记。因此，从隐式测量的射频信号传播特性产生时间平均射频特征标记的过程在方框514结束。

涉及图5描述的过程是从隐式测量的射频信号传播特性提取基本子空间的过程。对于隐式测量的射频传播特性的基本子空间提取的更全面的讨论以及提取基本子空间的其它方法参见1998年5月Stanford大学Michaela C.Vanderveen的名称为“无线通信网的参量信道模型的估计”的论文。

该基本子空间提取捕获从特征标记区域传播的信号的主要特征。此过程过滤在与选定特征标记区域有关的多个脉冲响应矢量中隐式接收和记录的信息，并删除被认为对于定位搜索不重要或较不重要的信息。

从概念上更容易理解的提取主要特征的另一种方法是非线性地平均与特征标记区域有关的被测脉冲响应，以提供单个平均功率延迟分布。参照图8，通过在每次延迟对脉冲响应幅度取复数样值，被测脉冲响应可以被转换成功率延迟分布。曲线800是这种功率延迟分布集合的图形表示，功率以分贝表示，延迟以微秒表示，每个测量的功率延迟分布的测量时间表示为微秒。曲线800分布的集合沿位置轴802前进，其中位置轴802表示在一个时间跨度内收集的多个测量值。沿着位置轴802取平均值允许我们提取平均特征，产生平均功率延迟分布。参照图9，曲线900是从图8的数据提取的这种平均功率延迟分布的图形表示。可以为每个被测的天线计算平均功率延迟分布。平均功率延迟分布与基本子空间一样可用于表示射频信号传播特性的平均或主要特征。

射频信号传播特性的主要特征倾向于与发射机和接收机的位置有关。因为基站收发信机在传统无线通信系统中一般是固定的，我们可以利用这些主要特征来识别用户单元的位置。

再参照图4，在方框410已经计算了时间平均射频特征标记之后，如方框412所示，该过程从特征标记数据库中选择一数据记录，该数据库具有表示选定特征标记区域的射频信号传播特性的主要特征的数据。

该过程然后比较来自要定位的用户单元的信号的时间平均射频特征标记与来自特征标记数据库的包含空间平均射频特征标记的选定数据记录，以产生品质因数，如方框414所示。在优选实施例中，射频特征标记从隐式测量值中得到，计算品质因数的过程可以通过以下操作完成，即计算来自要定位的用户单元的时间平均射频特征标记表示的基本子空间和来自数据库中选定数据记录的空间平均射频特征标记之间的距离。距离计算可以通过计算一个特征标记在另一个特征标记上的投影的模方(norm)来进行。此比较可以是加权比较，其中对更重要的信息给予更多考虑。

或者，对于显式测量的射频信号传播特性，该特征标记可以是表示显式传播模型参数的超维矢量，如等式2中，并且表示它们比较的品质因数可以是这些超维矢量的空间和时间平均版本之间的距离，类似于上述用于隐式测量值的方法。在这里以及其它地方，应注意平均可以包括传统的线性平均、非线性平均或通过提取基本子空间进行的基于子空间的平均。

接下来，该过程存储与来自空间平均射频特征标记数据库的选定数据记录相关联的品质因数，如方框416所示。此后，该过程确定是否有另一个数据记录要比较，如方框418所示。如果有另一个数据记录要比较，则该过程选择下一数据记录，如方框420所示，然后返回到方框414以比较两个射频特征标记。

如果该过程确定已经比较完所有的数据记录，则该过程在方框422继续，在此该过程根据有关的品质因数对数据记录排序以找到位置估计值。一旦已经发现位置估计值，则该过程输出对应于位置估计值的特征标记区域，如方框424所示。此输出可以是与特征标记区域相关联的位置的坐标，例如位置46的坐标。然后该过程终止，如方框426所示。

现在参照图6，描述了一种系统，根据本发明的方法和系统，用于为无线通信系统覆盖范围中的特征标记区域产生射频特征标记，还为要定位于覆盖范围内的用户单元测量时间平均射频特征标记。如图所示，由天线604-606接收多个波阵面600和602。波阵面600-602表示来自已经遭受多径失真的单个信源的信号。换句话说，两个波阵面600和602来自相同的发射机但通过不同的传播路径。

在一典型实施例中，天线606-604可以由典型蜂窝塔顶上的三个扇区中每一个扇区的两个分集接收天线实现。天线606-604连接到接收机和下变换器608，其将射频频谱转换成复数值基带。

接收机和下变换器608的输出连接到模数转换器610的输入，其将复数值基带信号转换成数字值流。该模数转换器610输出的数字值流连接到信道估计器612的输入。信道估计器612估计波阵面600-602的射频信号传播特性。射频信号传播特性可以包括多径分量的数目、每个多径分量的平均功率、由于波阵面的到达和极化方位角和仰角而造成的天线增益和相位、波阵面的多普勒频率和波阵面的相对时延。如上所述，这些特性可以通过所接收信号的参量分解来显式地测量，或通过估计、抽样和记录信道脉冲响应来隐式地测量。

信道估计器612的输出，不论是射频传播特性的隐式表示还是这些特性的显式测量值，都被存储在存储器614中。此存储器可以由熟知的数据存储设备实现，诸如硬盘、磁带、随机存储器、CD ROM等等。

处理器616连接到存储器614用于再次调用和处理数据和存储这种处理的结果。处理器616可以由通用微处理器、定制的专用集成电路或数字信号处理器实现。处理器616内是可以由硬件和软件的各种组合实现的其它功能块。还要注意信道估计器612也可以在处理器616中实现。

关于建立空间平均射频特征标记数据库的系统，处理器616包含再次调用存储在存储器614中数据的区域选择器618，其中该数据表示特定特征标记区域的被测射频信号传播特性。区域选择器618然后把此数据传递到特征标记区域处理器620，其计算选定特征标记区域的空间平均射频特征标记并将该特征标记存储在数据库622中，数据库622把该特征标记与特定的特征标记区域相关联。如参照图2和图7所述计算空间平均射频特征标记。

当处理器616收到一个估计用户单元位置的请求时，用户特征标记处理器624从存储器614中再次调用信道估计器612做出的数据测量值。这些测量值表示在多个时间测量的来自要定位的用户单元的信号的射频特征标记传播特性。用户特征标记处理器624计算时间平均射频特征标记，如参照图4和5所述。

比较一个时间平均射频特征标记与一个空间平均射频特征标记的过程从特征标记区域搜索器626从用于选定特征标记区域的数据库622再次调用一个空间平均射频特征标记开始。特征标记区域搜索器626的输出连接到特征标记比较器628的一个输入，特征标记比较器628的另一个输入连接到用户特征标记处理器624的输出。特征标记比较器628比较来自要定位的用户单元的信号的时间平均射频特征标记和选定特征标记区域的空间平均射频特征标记，并根据该比较结果产生品质因数。特征标记比较器628可以连接到存储器614以便临时存储有关特征标记区域搜索器626再次调用的每个特征标记区域的品质因数。特征标记比较器628还可以峰值保持方式存储该品质因数和对应的特征标记区域，因此如果产生更高的品质因数，则该品质因数及其特征标记区域坐标将替换前面的值。特征标记比较器628连接到输出功能630，其格式化由具有最佳品质因数的特征标记区域表示的用户单元的估计位置。此输出可以是特征标记区域例如位置46的位置坐标形式，或通过显示表示用户单元位置的地图。

应当注意的是，上述实施例用于解释上行链路操作模式，其中移动用户单元是发射机，基站收发信机是接收机。接收机和发射机的其它组合实际上是可能的，包括下行链路上的操作。下行链路操作可以通过测量用户单元中的射频信号传播特性，或计算用户单元中的相关联射频特征标记，并将该特性发送到处理射频特征标记的基站收发信机来实现。类似于上行链路的方法，这可以通过在基站收发信机的多个天线实现。

已经为了说明和描述的目的提出了本发明优选实施例的上述描述。它不希望是穷尽的或将本发明限制到所披露的确切形式。根据上述的教导，明显的修改或改变也是可能的。选择和描述该实施例以提供本发明原理及其实际应用的最佳说明，并允许本领域的普通技术人员将本发明用于各种实施例和适于特定用途的各种改变。当根据所附权利要求书以公平、合法和公正授权的宽度进行解释时，所有的这些修改和改变都在所附权利要求书确定的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的方法，该方法包括步骤：

在接收机，周期地测量与一信号相关联的多个射频信号传播特性，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射；

处理多个周期性测量的射频信号传播特性，以产生时间平均射频特征标记，其中该处理提取射频信号传播特性的主要特征；

比较该时间平均射频特征标记与一个空间平均射频特征标记；和

响应该比较，产生一品质因数。

2.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中周期性测量与发射机所发射信号相关联的多个射频信号传播特性的步骤进一步包括周期性测量与一信号相关联的射频信号的信道脉冲响应，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

3.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中周期性测量与发射机所发射信号相关联的多个射频信号传播特性的步骤进一步包括周期性测量与一信号相关联的射频信号的功率延时分布，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

4.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的步骤进一步包括分解包含多个周期性测量的射频信号传播特性的矢量表示的结构化矩阵以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的子空间，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

5.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的步骤进一步包括线性地平均多个周期性测量的射频信号传播特性以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的平均特性，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

6.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的步骤进一步包括非线性地平均多个周期性测量的射频信号传播特性以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的平均特性，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

7.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中比较该时间平均射频特征标记与一个空间平均射频特征标记的步骤进一步包括计算时间平均射频特征标记在空间平均射频特征标记上投影的模方。

8.根据权利要求1的比较被测射频信号传播特性的方法，其中通过分解包含多个信号的信号传播特性的矢量表示的结构化矩阵来形成空间平均射频特征标记，这些信号先前从无线通信系统覆盖范围中的一个选定特征标记区域内的不同位置发射，以提取表示选定特征标记区域内发射的信号的射频信号传播特性的主要特征的子空间。

9.一种用于在无线通信系统中比较被测射频信号传播特性的系统，包括：

在接收机，周期地测量与一信号相关联的多个射频信号传播特性的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射；

处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的装置，其中该处理提取射频信号传播特性的主要特征；

比较该时间平均射频特征标记与一个空间平均射频特征标记的装置；和

响应该比较产生一品质因数的装置。

10.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中周期性测量与发射机所发射信号相关联的多个射频信号传播特性的装置进一步包括周期性测量与一信号相关联的射频信号的信道脉冲响应的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

11.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中周期性测量与发射机所发射信号相关联的多个射频信号传播特性的装置进一步包括周期性测量与一信号相关联的射频信号的功率延时分布的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

12.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的装置进一步包含分解包括多个周期性测量射频信号传播特性的矢量表示的结构化矩阵以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的子空间的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

13.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的装置进一步包括线性地平均多个周期性测量的射频信号传播特性以提取表示一信号的射频信号传播特性的主要特征的平均特性的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

14.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中处理多个周期性测量的射频信号传播特性以产生时间平均射频特征标记的装置进一步包括非线性地平均多个周期性测量的射频信号传播特性以提取表示一信号射频信号传播特性的主要特征的平均特性的装置，该信号从无线通信系统覆盖范围中的发射机发射。

15.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中比较该时间平均射频特征标记与一个空间平均射频特征标记的装置进一步包括计算时间平均射频特征标记在空间平均射频特征标记上投影的模方的装置。

16.根据权利要求9的比较被测射频信号传播特性的系统，其中通过分解包含多个信号的信号传播特性的矢量表示的结构化矩阵来形成空间平均射频特征标记，这些信号先前从无线通信系统覆盖范围中的一个选定特征标记区域内的不同位置传送，以提取表示选定特征标记区域内发射的信号的射频信号传播特性的主要特征的子空间。