CN1575422A - 基于使用广播数字电视信号定位的导航服务 - Google Patents

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Abstract

一种取决于装置位置的服务。该装置的位置是利用DTV信号来确定的。更具体地说，该装置的位置是基于该装置与多个数字电视(DTV)发射机之间的伪距来确定的，而该伪距是基于该装置从DTV发射机接收到的广播DTV信号来确定的。DTV信号的例子包括美国电视标准委员会(ATSC)信号、欧洲电信标准协会数字视频广播－地面(DVB－T)信号、和日本综合业务数字广播－地面(ISDB－T)信号。

Description

基于使用广播数字电视信号定位的导航服务
相关申请的交叉引用
本申请是由Matthew D.Pierce和Matthew Rabinowitz于2002年8月提交的申请号为10/008,613、标题为″Services Based on PositionLocation Using Broadcast Digital Television Signals″的共同待审美国专利申请的分案申请；而该项申请是由Matthew Rabinowitz和James J.Spilker Jr.于2001年8月17日提交的申请号为09/932,010、标题为″Position Location Using Terrestrial Digital Video Broadcast TelevisionSignals″的共同待审美国专利申请的部分继续申请；而所述美国申请09/932,010是由James J.SpilkerJr.和Matthew Rabinowitz于2001年6月21日提交的申请号为09/887,158、标题为″Position Location UsingBroadcast Digital Television Signals Position Location Using TerrestrialDigital Video Broadcast Television Signals″的美国专利申请的部分继续申请。
由Matthew D.Pierce和Matthew Rabinowitz于2002年11月8日提交的申请号为10/008,613、题目为″Services Based on Position LocationUsing Broadcast Digital Television Signals″的共同待审美国专利申请，根据美国法典第35章第119(e)节，还要求以下美国临时专利申请的优先权：由Matthew Rabinowitz和James J.Spilker于2001年2月2日提交，系列号为60/265,675，标题为″System and Method for Navigation and/orData Communication Using Satellite and/or Terrestrial Infrastructure″；由James J.Spilker于2001年4月3日提交，系列号为60/281,270，标题为″Use of the ETSI DVB Terrestrial Digital TV Broadcast Signals ForHigh Accuracy Position Location in Mobile Radio Links″；由James J.Spilker和Matthew Rabinowitz于2001年4月3日提交，系列号为60/281,269，标题为″An ATSC Standard DTV Channel For Low Data RateBroadcast to Mobile Receivers″；由James J.Spilker和MatthewRabinowitz于2001年5月25日提交，系列号为60/293,812，标题为″DTV Monitor System Unit(MSU)″；由James J.Spilker和MatthewRabinowitz于2001年5月25日提交，系列号为60/293,813，标题为″DTV Position Location Range And SNR Performance″；和由James J.Spilker和Matthew Rabinowitz于2001年5月25日提交，系列号为60/293,646，标题为″Time-Gated oncoherent Delay Lock Loop Trackingof DTV Signals″。
上述所有申请内容在此合并作为参考资料。
发明背景
1. 技术领域
概括地说，本发明涉及定位和基于定位提供服务。更具体地说，本发明涉及在根据数字电视(DTV)信号进行定位的情况下提供服务。
2. 背景技术
长久以来存在有使用无线电信号的两维纬度/经度定位系统的方法。已经广泛使用的是诸如罗兰-C(Loran C)和欧米茄(Omega)的地面系统以及被称为子午仪(Transit)的基于卫星的系统。另一种日渐受到欢迎的基于卫星的系统是全球定位系统(GPS)。
GPS最初设计于1974年，被广泛用于定位、导航、勘测和时间传递(time transfer)。GPS系统是以子同步12小时轨道中的24个轨道卫星星座为基准的。每个卫星携带一个精确时钟并发送一个能被精确跟踪的伪噪声信号以便确定伪距。通过跟踪4个或更多个卫星，人们能够实时确定世界范围内的三维空间精确位置。在B.W Parkinson和J.J.Spilker，Jr.所著的″全球定位系统——理论与应用(Global PositioningSystem-Theory and Applications)″(I和II卷，AIAA，Washington，DC，1996)中提供了更多细节。
GPS彻底改革了导航和定位技术。然而在某些情况下，GPS不太有效。由于GPS信号以相对低功率电平(小于100瓦)和通过较大距离发送，接收到的信号强度就相对较弱(当由全向天线接收时大约为160dBw)。因此在出现障碍物或在建筑物内时，该信号仅勉强可用或完全不可用。
还建议过一种使用常规模拟美国全国电视标准委员会(NTSC)电视信号来确定位置的系统。此提议在题目为″Location DeterminationSystem And Method Using Television Broadcast Signals″的美国专利第5,510,801号(1996年4月23日公布)中可以找到。然而，现有的模拟电视信号包含水平和垂直同步脉冲，本用于相对较粗的TV扫描电路的同步。另外，在2006年美国联邦通信委员会(FCC)将考虑关闭NTSC发射机并再分配宝贵的频谱，以便使其能被拍卖用于其他被认为更有价值的目的。
了解某个目标或个人的位置是有用的，或者在提供某些服务时甚至是必要的。例如，紧急事件911服务要求了解呼叫者的位置。类似地，导航服务通常要求了解用户的位置。可以不必了解某个人的位置而提供诸如交通流量报告和门卫服务这样的其他服务，但是如果知道该用户的位置就能极大地加强这种服务。
然而，当前的定位系统存在显著缺点，妨碍或阻止了它们被用于许多这类服务。例如，建议的NTSC系统不适用于要求高精度的服务。此外，由于NTSC发射机可能在2006年关闭，要求大量初期投资的这种服务较少吸引力，因为收回投资的时间可能有限。GPS系统一般来说比NTSC系统有更高的精度。然而，接收机相对复杂和昂贵，因此使得GPS方案不适用于要求简单和/或低廉接收机的服务。此外，GPS信号并不特别健壮(robust)。GPS的低信号功率使得它在出现障碍物或在建筑物内时勉强可用。其低带宽信号还使得易受多径效应影响。GPS卫星还以高速行进，可能需要很大的多普勒支持来确定其精确位置。有时，GPS几何条件可能不足，导致高几何精度衰减因子(GDOP)，从而使其难以提供高度精确的位置方位。这些因素使得GPS不适合于许多类型的业务。
发明内容
本发明通过根据一个装置的位置提供服务而克服了先有技术的缺陷。该位置是基于该装置和多个数字电视(DTV)发射机之间的伪距来确定的。基于该装置从DTV发射机所接收到的广播DTV信号来计算该伪距。DTV信号的例子包括美国电视标准委员会(ATSC)信号、欧洲电信标准学会数字视频广播-地面(DVB-T)信号和日本综合业务数字广播-地面(ISDB-T)信号。
使用DTV信号定位具有许多优点。首先，数字电视信号具有良好覆盖范围。在美国，由联邦通信委员会托管DTV信号的使用。此外，比较于GPS方案，DTV定位通常还具有以下优点：简单和廉价的装置、更强和更大带宽的信号、对多路径不太敏感和不要求网络支持来调节多普勒效应。
不同的实施方案能够给用户提供不同的服务。常规服务包括实际服务的操作和/或信息提供。性质上更实际的服务例子包括紧急事件911服务和路边援助。基于信息服务的例子包括：导航服务(例如地图和方向)、跟踪(例如目标远程跟踪和“黑箱”类型应用)、和给装置位置提供合适信息(例如本地新闻、市内交通流量报告、有关本地商业机构和感兴趣地点的信息)。在另一种例子中，装置位置的知识用来调整该装置的配置(例如调整蜂窝电话的接收或调整无线调制解调器的数据速率)。其他应用将是显而易见的。
应注意所述装置不需要是移动式的，它可以是固定式的。例如，基于DTV的定位可用于调整固定的电视机以改善接收情况。这种服务也不是必须提供给该装置的用户，或者说这种服务也不必是在该装置所在位置提供。例如，在远程跟踪时，一个对象的当前位置可能提供给处于某个中央位置的第三方(例如该对象的保险公司)。取决于应用，这种服务可以是该装置的用户所请求的，或可以是其未请求的。例如，利用基于信息的服务，而这种信息可能是被请求的或未被请求的。在某些方案中，存在不同的地理区域(例如小区、服务区域或时区)，而服务取决于装置位于何种地理区域。一旦装置的位置被确定，就可将其映射为该地理区域之一。接着可以提供适合于该区域的服务。
在不同的实施方案中，可以用不同方式对不同实体分配所要完成的各种功能。例如，在一个方案中，装置位置是由装置本身计算出的，然后被传送到(或被请求到)服务提供者的系统。在一个不同的方案中，装置位置由与该装置通信的一个分立的DTV位置服务器来确定。在另一种方案中，没有分立的服务提供者；该装置本身执行该服务。作为最后的例子，服务可以通过很多方式提供。在一个实施方案中，服务提供者直接提供服务给用户。在另一实施方案中，服务提供者将一个对服务的请求传送给提供该项服务的第三方。在又一个实施方案中，服务提供者传送一个用于服务的密钥代码给该用户，因此授权该用户获取这项服务。
本发明的其他方面包括用于执行上述方法的装置和系统。在一种方案中，本发明在可编程处理器上以软件方式实施。在另一种方案中，一些或所有功能还以硬件方式实施。
附图说明
当结合附图描述时，从本发明以下说明书的详细描述和所附权利要求中将更容易地表现本发明的其他优点和特征。其中：
图1描述适合于实施本发明的一个系统。
图2是说明根据本发明的一种方法的流程图。
图3A-3D是说明图2所示步骤的各种分配的流程图。
图4A-4C描述用于提供有关导航服务的系统。
图5描述服务取决于装置坐落的地理区域的一种系统。
图6描述具有多个用户装置的一个系统。
图7说明用于确定装置位置的一种方法。
图8描述使用三个DTV发射机确定几何位置。
图9说明从两个分立的DTV发射机接收DTV信号的一个装置计算定位的一个简单例子。
图10描述对于位于与周围地面相同高度的一个DTV发射机来说，处在恒定范围圈上的单个丘陵的影响。
图11描述用于对接收到的DTV信号进行抽样的一个抽样器的实施方案。
图12描述一个非相干相关器的实施方案，该非相干相关器用于搜索由图11所示抽样器产生的DTV信号样值的相关波峰。
图13说明ATSC帧的结构。
图14说明该ATSC帧的场同步段的结构。
图15说明该ATSC帧的数据段的结构。
图16表示一个用于产生ATSC DTV信号的滤波器的增益函数曲线图。
图17描述一个监测单元的实施方案。
图18说明用于以软件跟踪的一种装置。
图19表示非相干相关器的输出曲线图。
图20显示1毫秒信号样值的频谱例子，该信号来自从San Jose进行DTV广播的KICU频道52。
图21表示产生的6MHz信号的同相和正交分量的计算出的自相关函数。
图22表示该6MHz信号的特性曲线。
图23描述图12的相关器操作的模拟结果。
图24描述用于产生基于ETSI DTV信号的伪距测量值的一个接收机的实施方案。
图25表示用于前50个连续导频的载波数字。
图26描述连续导频的前50个载波。
图27描述在8K模式下具有177个并行载波的复合连续导频的自相关函数。
图28描述前5个离散导频的跳频。
图29描述在8个时间增量上没有符号反转的一个示例载波的波形。
图30是该离散导频的另一个视图。
图31描述568个跳频离散导频的复合组的自相关函数。
图32表示在前100个时间增量观察到的离散导频复合信号的详细的细微结构。
图33表示该离散导频复合载波的对称旁瓣的细微结构。
图34描述一个监测单元的实施方案。
具体实施方式
概述
图1描述适合于实施本发明的一个系统100。该系统100包括由用户操作的装置102；DTV发射机106A-106N；监测站108A-108N；DTV位置服务器110和服务提供者系统120。DTV发射机106广播DTV信号，包括广播给装置102和监测站108。DTV位置服务器110链接到用户装置102(经由此示例中的基站104)和监测站108。服务提供者系统120链接到DTV位置服务器110和用户装置102(同样经由此示例中的基站104)。
图2-3是说明根据本发明方法的流程图。一般而言，如图2所示，在210，利用用户装置102接收到的DTV信号来确定装置102的位置。220，提供取决于此位置的一种服务。
在210，确定装置102的位置时，涉及图1的示例中的DTV发射机106、监测站108和DTV位置服务器110。在一个实施方案中(同样如图2所示)，在212，装置102所接收的广播DTV信号被用来计算用户装置102和DTV发射机106之间的伪距。而在214，该伪距依次被用来确定装置102的位置。在所示实施方案中，伪距是根据接收到的DTV信号，基于DTV发射机106和用户装置102之间的传播时间而确定的。监测站108跟踪用于各DTV发射机106的时钟之间的时钟相位差。服务器110利用来自用户装置102的传播时间测量值和来自监测站108的时钟相位差信息来计算用户装置102的位置。服务器110还访问天气服务器114，以便对应气象条件进行校正，并访问DTV相位中心数据库112，以便检索各DTV发射机106的已知位置。以下在图7-34给出各种实施方案的更多细节。
在220，由图1的示例中的服务提供者系统120提供服务。该服务本身取决于该装置的位置。在某些应用中，在220，向装置102的用户提供服务。在其他应用中，向第三方提供服务。在图1所示实施方案中，服务提供者系统120被链接到DTV位置服务器110，服务提供者系统120由此而访问该装置位置。服务提供者系统120可以访问其他数据库122、服务器124等等，以便完成其功能，如同DTV位置服务器110和用户装置102的情况一样。
任务分配示例
应当理解，图1以及用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间的相应功能分配仅仅是一个示例。图3A-3D说明一些其他的分配示例。在这些流程图中，用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120各自以一列表示，在一特定列中的一个活动位置表明相应的该装置完成这个活动。
图3A表示上述讨论到的分配。在这个示例中，在212，该用户装置102计算伪距，然后在213，该伪距被传送到DTV位置服务器110。在214，DTV位置服务器110根据该伪距确定装置102的位置，并在215将该位置传送到服务提供者系统120。服务提供者系统在220提供这种服务。这个方案的一个优点是，每个实体能够专门从事于其执行的功能。例如，如果装置102由于其被预定为是移动式的而使计算功率或存储数据受到限制，那么复杂的计算或大量数据可以转到DTV位置服务器110或服务提供者系统120上。图3A的方案还提供了模件性，因为不同的实体能够插入给不同的装置。例如，为了提供不同类型的服务，可以改变服务提供者系统120，但仍利用通用的DTV位置服务器110。在一种变化方案中，相同的实体同时起到DTV位置服务器110和服务提供者系统120的作用。
在这些不同实体之间的切换可以基于其他信息。例如，用户装置102可以传送某种其他中间计算值诸如部分处理的相关值，而不是在212计算伪距。类似地，在DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间的切换可以基于某种其他信息。然而，虽然应理解这些切换可以基于其他中间步骤而实施，但为方便起见，将总是就传送伪距和装置102的位置来讨论这两种切换。
在图3B，用户装置102计算其自身位置。换句话说，装置102既在212从接收的DTV信号中计算伪距，又在214根据该伪距确定其自身位置。装置102在215将其位置传送到服务提供者系统120，服务提供者系统120在220提供该项服务。不需要有分立的DTV位置服务器110。因此，这一方案的优点是只有较少实体需要协调。
在图3C，用户装置102执行所有功能。装置102在212根据接收到的DTV信号计算伪距，在214根据该伪距确定其位置，并且还在220通常对其本身或对其用户提供该项服务。没有分立的DTV位置服务器110或服务提供者系统120。此方案是独立的。它不依赖于外部实体也不需要相应的通信链路。因此此方案的一个优点是其固有的移动特性。
图3D是图3C的变化方案，其中由外部DTV位置服务器110执行位置计算。这使得装置位置的计算更加可靠和/或精确，但仍然保持图3C方案的某些移动性。
对一些可能的变化方案加以概述，装置位置的计算可以全部由装置102或由/结合一个外部系统(该外部系统指的例如为上述DTV位置服务器110)来执行。一旦该位置被确定，服务本身可以由装置102、DTV位置服务器110或一个分立的服务提供者系统120来提供。作为最后的变化方案，该服务可以被提供给装置102、其用户、或某个第三方。其他变化方案将是显而易见的。选择哪些实体、执行哪些功能则部分地取决于所要提供的服务的性质。
DTV定位的优点
无论怎样分配各种功能，所有方案都是基于DTV信号来确定装置102的位置。这种方案具有许多优点。首先，数字电视信号具有良好覆盖范围。在美国，由联邦通信委员会托管DTV信号的使用。到2000年末，有超过166个DTV发射机在工作，而且FCC设置了这样的目标，即到2006年所有电视广播将在最新分配的数字频道上工作。欧洲和日本也希望达到类似的覆盖度。
与GPS相比，DTV信号还具有功率超过40dB、而基本上能够提供优于卫星系统的几何图形的优点，由此即使在出现障碍物和在GPS信号接收通常很差的室内时也允许进行定位。DTV信号的带宽大约是GPS带宽的六到八倍，由此能使多径效应最小化。由于高功率以及用于发射的DTV信号内各分量的性质(例如ATSC DTV信号的低占空系数和ETSI DTV信号的稀疏频率分量)，处理要求是最少的。本发明的实施方案与GPS技术所要求的相比，适用于远为更加廉价、更低速度和更低功率的装置。此外，与GPS相比，DTV发射机和用户之间的距离改变得非常缓慢。因此，DTV信号没有受到多普勒效应的显著影响。这就使该信号得以被长时间组合(integrated)，结果形成非常效率高的信号捕获。
与常规蜂窝电话系统相比较，DTV信号的频率实质上更低，因此具有更好的传播特性。例如，DTV信号比蜂窝信号经历更宽的绕射，因此较少受丘陵的影响并具有较大视界。同样，该信号具有更好的穿越建筑物和车辆的传播特性和移动性。当用于定位蜂窝电话时，不同于地面到达角度/到达时间定位系统，本发明的实施方案不要求改变蜂窝基站的硬件，并能够实现大约1米的准确度。所述技术不依赖于空中接口、不依赖于是否是GSM(全球移动系统)、AMPS(先进移动电话业务)、TDMA(时分多址)、CDMA等等。已经分配给DTV发射机宽范围的UHF(超高频)频率。因此，该系统内部构建有冗余度，防止了由于吸收、多路径和其他衰减效应造成的在特定频率上的强衰落。
图4-6描述用于不同示例性服务的示例实施方案。在这些图中，为清楚起见，省略了系统的定位部分，但这些部分大体如同的先前描述。这些附图表示该系统的服务提供者部分的各种实施方案。每个实施方案是在每个特定服务环境下引入的，但可应用于远为更宽的服务范围。例如，图4A-4C是在导航服务环境下说明的，用以表示如何在用户装置102和服务提供者系统120之间分配某些数据与功能，而这些附图所示的数据和功能的各种分配同样可应用到其他服务中。
导航服务
图4A-4C描述用于提供有关导航服务的示例实施方案。这些系统包括地图数据库422。在图4A中，服务提供者系统120访问地图数据库422并将相关信息传送到用户装置102，以便执行导航服务。在图4B中，服务提供者系统120协助提供导航服务，而用户装置102直接访问地图数据库422。在图4C中，用户装置102提供导航服务，并不使用服务提供者系统120。在一个替换实施例中，在两个数据库之间拆分地图数据，一个数据库由服务提供者系统120访问，而另一个由用户装置102访问。
地图数据库422用来提供导航服务信息。在一个实施方案中，提供的导航信息是装置102周围的本地邻近地图。此地图可以随着装置102位置的更新而更新。在图4A中，服务提供者系统120访问用户装置102的位置，该位置是通过如上所述的方式确定的。系统120基于装置102的位置从数据库422中检索有关的地图数据，并将这些地图数据传送到该装置以便显示。在一个替换实施例中，服务提供者系统使这些地图数据生成为一个可视地图图像，并将该图像传送到装置102，装置102接收并显示这个地图。
在图4B中，服务提供者系统120协助提供导航服务，而由装置102访问地图数据库422。例如，服务提供者系统120可以识别哪个地图数据是相关的(例如美国地质调查署(U.S.Geological Survey)网格第xxx号)，并将用于此地图数据的一个密钥代码传送到用户装置102。用户装置102然后基于该密钥代码从数据库422中检索这些地图数据。在一个替换实施例中，该地图数据库由用户装置102访问而不受第三方控制。服务提供者系统将一个密钥代码传送到用户装置102，该密钥代码授权用户装置访问该数据库的有关部分。
在图4C中，没有服务提供者系统120。用户装置102基于其位置确定有关的地图数据，从数据库422中检索地图数据，并生成该地图图形以便显示。这样一种系统例如可以包含在汽车内，其中软件和地图数据库则存储在CD或DVD上。装置102的位置可以由用户装置102本身确定和/或由分立的DTV位置服务器110确定，如前所述。
在另一实施方案中，导航信息包括从装置位置到达其他感兴趣地点的方向和从其他感兴趣地点到达该装置位置的方向。汽油、食物、住宿、医药、和警察是用户通常可能希望加以定位的感兴趣地点。娱乐、历史古迹、公园和休养区、商店和购物中心及运输中心是感兴趣地点的进一步示例。类似于产生地图的示例，方向的计算也可以由用户装置102、服务提供者系统120执行，或者在这两者之间执行。例如，用户可以请求方向，而服务提供者系统120则响应此请求而计算并传送该方向到该用户。
可以在各种环境下提供导航服务。在一个示例中，用户装置102附属于或集成为车辆的一部分，而以所需导航服务作为辅助手段对此车辆加以导向。示例包括用于汽车和/或其他机动车辆的高速公路和街道地图、用于越野车辆的地形或踪迹引导、用于飞行中的飞机或用于船舶(如果在DTV信号范围内)的导航辅助。作为另一示例，用户装置102由某个个人携带并为此个人提供个人导航协助。示例包括都市环境(例如在城市周围找到路)和郊区环境(例如徒步旅行)、军用(例如在野外引导士兵)、和比赛环境(例如彩弹射击游戏、捕获标志或军事演习)。基于DTV的导航服务此外还可以用于其他类型的导航服务(例如基于GPS)。
跟踪服务
可提供的另一种通用类型的服务是跟踪服务。在此业务类型中，装置102的位置被跟踪。如果装置102是重要的，那么跟踪此装置102本身就可以是一种有价值的服务。然而，装置102还可以附属于一个对象，在此情况下跟踪装置102相当于跟踪该对象。可能得益于跟踪的对象示例包括车辆(包括汽车和载重汽车)、飞机、货运集装箱、有轨车、存货(inventory)、资金设备(capital equipment)、租用设备和人(例如假设孩子携带着装置)。
在一个实施方案中，此装置被实时跟踪，并且此跟踪服务被提供给第三方。例如，一个公司可能希望跟踪作为其内部操作的一部分的各种对象(例如存货、容器)以减少盗窃和损失。出于同样原因该跟踪信息可以提供给此对象的所有者、此对象的保险公司或法律执行部门。如果跟踪多个对象，可以在一个地点(例如一个中心数据库)收集来自这些对象的跟踪数据，而且可以以有效方式使用常规跟踪软件来分析和显示此跟踪数据。
在另一个示例中，不是跟踪装置的当前位置，而是记录此装置的历史位置以便以后使用。一个示例是″黑箱″应用。如果黑箱是独立的，那么该装置确定其自身位置并在此装置内部本地存储其位置历史，而不依赖外部实体(如DTV位置服务器110或服务提供者系统120)。
装置配置服务
在另一通用类型的业务中，装置102的配置基于其位置而受到调整。一个示例是蜂窝电话服务。在此示例中，装置102是一个蜂窝电话，不过也含有DTV定位电路。此DTV定位电路(可能借助于DTV位置服务器110)确定该蜂窝电话的位置。然后考虑到电话的位置而对此蜂窝电话进行调整。
用于此蜂窝电话的最优数据率、编码/调制类型、天线配置或其他接收参数可能随位置而变。此蜂窝电话的位置一旦确定，就可以考虑到此位置而调节任何这类参数。如果此位置上具有大量的蜂窝电话业务量、强大的多路径分量以及处于通信路径上的强障碍物，那么可以批准使用一个更为健壮的通信信道(例如更低数据率和更健壮的差错编码)，因此改善了对于用户装置102的传输质量。如果对于一个给定位置的多径特性是已知的，用于处理接收到的蜂窝电话信号的过滤系数和天线配置可以考虑到多路径而进行修改。
图5表示一个示例，在该示例中取决于地理区域进行调整。更具体地说，一个地理区域被分成不同的地域510，对蜂窝电话的调整取决于装置102所处地理区域。在图5中，服务提供者系统120通过比较装置的位置与存储在地域数据库522中的各个地域，确定相关的地域。地域510最好以这种方式进行定义：允许有效地确定其中包含一个指定位置的一个特定地域510。例如，各地域可以通过其边界的地理坐标进行定义。图5所示的地域510在大小与形状方面是完全相等的，但这并不是必需的。这些地域也可以具有不同的形状和大小。地域边界和地域数目可以随着时间改变。
在一个实施方案中，地域510对应于覆盖区中的小区。每个小区由一个不同的基站服务。因此，知道装置102坐落在哪个小区里，就能够对应于这个特定基站使装置102优化。例如，当装置102从一个小区穿越到达另一个小区时，其天线可以被定向朝向新小区的基站。作为另一个示例，如果这些基站能够使用不同的编码或调制技术，那么装置102可以被配置为采用该技术。作为最后的示例，每个小区可以提供不同的服务类型或服务质量(例如本地、本地长途、长途等等)。因此，知道坐落在哪个小区，就使用户装置102能够配置其自身，从而利用不同的服务或服务质量。
这些地域510不必对应于小区。例如，在补偿多径效应的情况下，每个地域510可以表示具有特定多径特性的一个地理区域。地域510A可能受到附近高层建筑物反射的控制。地域510B的特征在于可能有许多多表面反射。地域510c的特征在于可能具有相对弱的多径效应。蜂窝电话被配置为对其当前地域的特定多径效应加以补偿。
调整装置102配置的方案不局限于蜂窝电话。在此仅举几例，提供因特网接入或其他类型无线通信信道的装置(例如无线调制解调器)也将会受益于这一方案。此外，装置102不必是移动式的。在一个示例中，装置102是一台电视，它确定其自身位置，然后将其自身加以配置以便优化接收本地广播频道。
这些调整还可以完全由装置102确定(例如像图4C中那样)，完全由分立的服务提供者系统120确定(例如像图4A中那样)，或者由此两者确定，这取决于特定的应用条件。在某些应用中，调整是自动发生的，不必由装置的用户明确请求(例如改善蜂窝电话接收或者自动配置电视机)。在其他应用中，用户必须启动调整(例如通过按下电视机上的一个按钮来运行自动配置)。
实际服务
通过知道装置102的位置还可以启用或者强化实际服务。如一个示例中，知道装置的位置使实际服务得以被送到该指定位置。紧急事件路边救援、紧急事件911服务、食物递送都是这类服务的一些示例。在紧急事件911(E-911)示例中，请求E-911的装置102的位置是基于DTV信号进行确定的。接着一些适当的E-911单位就可以被派遣到此装置所在地。
对于上述业务类别，实际服务可以以多种方式实施。在一个方案中，当服务提供者系统120接收到对一个实际服务的请求时，服务提供者本身可以到达此装置所在地并执行此实际服务。在另一方案中，服务提供者本身不执行此实际服务。而是联系接洽提供此项服务的一个本地服务提供者。例如参考图5，可以有本地服务提供者，他们为每个地域510服务。一旦服务提供者系统120确定出装置位于哪个地域，该系统就接着联系此相应的本地服务提供者来提供此服务。在紧急事件路边救援的环境下，服务提供者可以是一个中心式机动车辆俱乐部，它使用本地拖车(towing)公司的网络提供路边救援。在另一方案中，服务提供者系统120将一个密钥代码传送到此装置，该密钥代码授权提供此实际服务。例如，此用户可以呈递此密钥代码给本地拖车公司以便牵引其汽车。
作为最后的示例，服务质量可以依地域不同而变。例如，如果服务是膳食递送，都市地域可以保证比郊区地域递送更快。
定位信息服务
在另一类业务中，信息被提供给装置102的用户，并且此信息根据该装置所处位置而限于本地。这些示例包括有本地新闻、本地话务量报告、在此装置附近区域的有关商业机构或感兴趣地点的信息(例如其描述、营运时间、广告、促销、优惠券)。
在图4A的结构中，服务提供者系统120确定例如从一个中心数据库中取出的本地化信息。此信息被传送到装置102，该装置将信息显示给用户。例如，在本地新闻情况下，中心数据库可以包括来自许多不同城市的新闻。服务提供者系统120确定该装置位于哪个城市，并将这个城市的本地新闻传送给装置。另外，服务提供者系统120可以代之以传送一个密钥代码到装置102。此密钥代码使装置102得以从不同的信源中检索出本地新闻，该不同信源例如是持有一个新闻数据库的第三方。在此示例中，这些新闻按照图5所示的基于地域的模型，基于城市而被本地化。每个城市是一个分立的地域510，提供给此用户的本地新闻取决于用户位于哪个城市。
另一个示例是虚拟导游。在此应用中，经由装置102给出旅游中的感兴趣地点。例如，如果用户正在游览动物园，当用户位于企鹅展馆附近时，装置可以提供描述企鹅展览情况的信息等等。如果用户正在观光一个历史战场，此装置可以提供描述在此装置的大致位置曾发生的事件的有关信息。随着装置移动，信息转变为描述新的场所。这种信息可以采用多种形式，其中几例为视频、图形和音频。在有关服务中，给用户提供他可能购买的感兴趣地点的“电子明信片”。这些装置基于其当前位置提供这些明信片。例如，当此装置位于胡佛水坝(Hoover Dam)附近时，它提供胡佛水坝的图像而不是迪斯尼乐园的图像。
在另一示例中，装置102用来提供安全或救援信息。在发生影响到此装置所在地的紧急事件时，有关此紧急事件的信息就被提供给此用户。例如，如果发生地震并且装置位于地震区，即可提供有关地震和救援工作的详情，或怎样应对地震的指示。
在某些应用中，用户请求本地化信息。例如，用户可以请求本地新闻并为其付费，类似于购买报纸。在其他应用中，本地化信息是非请求信息。例如，如果用户路过一家商店，此装置可以产生用于此商店的优惠券。在紧急事件时，用户可以自动地接收有关安全规程和救援工作的信息。在一个实施方案中，对于非请求信息，用户可以在不同的选项当中加以选择。一个可能的选项是用户装置102被持续跟踪并连续地接收非请求信息。另一个选项是拒绝所有非请求信息。第三个选项是只有当用户请求时才接收信息。
用户还可以基于一个先前登记的配置文件接收信息。例如，用户可以表明偏爱冰淇淋而不喜欢饼干。随着用户漫步于市镇，他接收有关本地冰淇淋店的信息而不是有关本地饼干商贩的信息。
与许多业务类别相同，所提供的本地化信息还适用于固定式装置。在一种应用中，装置102被集成到一个电视机中，该电视机现在就可以确定其自身位置。对此电视机的电视节目广播包括对广告的不同选择。此电视机选择对其所在地制作的广告。
附加服务例子
图6描述一个其中所提供服务是视频游戏的系统。在此示例中，具有相应无线游戏装置102A-102B的两个用户正在彼此一同/彼此对抗玩电视游戏。此电视游戏是本地显示的，例如在蜂窝电话、PDA、或其他耦合到此无线游戏装置的显示装置上显示。用户在此电视游戏中的运动取决于其现实世界中的所在地。服务提供者系统120根据无线游戏装置的位置确定用户位置并相应地更新此电视游戏，而无线游戏装置的位置则已利用DTV信号得到确定。一个玩家或两个以上玩家的电视游戏同样可以用这种方式实施。
在另一应用中，装置102的位置被用于辅助勘察。例如，调查员可以在某地点携带此装置102，然后记录此场所周围各个地点的位置。
在最后一个示例中，装置102用来当特定的其他个别人接近时对用户报警。例如，用户在其配置文件中可以表明他有兴趣认识其他对内战大事记感兴趣的个别人。用户的配置文件存储在服务提供者系统120中。随着该用户在市镇漫步，服务提供者系统120跟踪该装置的位置以及其他用户的装置位置。如果任何一个其他用户正在附近，并同样表明对内战大事记感兴趣，服务提供者系统120就对此用户报警，因此如果他们愿意的话可以彼此认识。可以使用不同的判断标准，包括用于约会和做媒。
应当理解上述讨论到的实施方案和服务是一些示例。列出所有可能的服务类型或用于提供服务的系统是不切实际或不可能的。例如，用户可以借助于任何数目的装置102接入系统的其余部分。这些示例包括便携式计算机、PDA、移动电话、汽车和其他车辆、和任意对象，它们可以含有实施DTV定位的芯片或软件。用户接口的示例则包括常规的监视器和键盘、触摸屏显示器和语言识别及合成装置。用户装置102可以用分布式方式实施。例如，天线、用户接口、微处理器、电源、和局部存储器可以位于不同位置，经由电缆、近程无线电(例如蓝牙)、红外线或其他装置完成本地通信。
类似地，DTV位置服务器110和服务提供者系统120可以利用许多不同装置实现其功能。在一个实施方案中，DTV位置服务器110实施为执行软件的通用计算机(或计算机组)，该软件被设计成执行在此所描述的操作。在另一实施方案中，DTV位置服务器被实施为一个ASIC(专用集成电路)。服务提供者系统120可以类似地实施。
用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120的选择取决于所要提供的服务的性质。还取决于在用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间的通信链路的性质。
这些通信链路可以采取许多不同形式。在图1中，用户装置102和DTV位置服务器110之间的链路被显示为对基站104的一个空中链路，以及从基站104到DTV位置服务器110的一条更加永久的链路(例如陆上通信线路)。在一个示例中，用户装置102是无线电话而基站104是无线电话基站。在一个实施方案中，基站104属于移动MAN(城域网)或WAN(广域网)的一部分。用户装置102和服务提供者系统120之间的链路是以类似方式描述的。卫星通信(例如LEO、MEO、GEO)是一种替换方案，该方案适合于多个移动端点。陆上通信线路(例如光纤、电缆、电力线路)和微波链路则是适合于非移动端点(例如图1所示实施方案中的DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间的端点)的替换方案。不同的通信链路可以是单向或双向的，这取决于应用环境。
作为另一示例，需要执行服务的任务可以通过许多方式在用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间进行分配。用户装置102可以本地地执行部分、全部或完全不执行这些任务。类似地，服务提供者系统120的作用可以从次要到主要而变化。这些任务可以以多种方式在DTV位置服务器110和服务提供者系统120之间进行分配。例如，服务提供者系统120可以经由DTV位置服务器110与用户装置102通信，而不是如图1所示直接地与其通信。反向也是可能的。事实上，虽然在图1中用户装置102、DTV位置服务器110和服务提供者系统120显示是分立的，但这不是必需的。
请求服务的方式及其提供方式还可以改变。例如，用户可以在服务被提供之前明确地请求此服务。另外，可以隐含地、自动地或由其他人代表此用户请求服务。也可以完全不请求服务，而是服务提供者系统120可以″推出″此服务给用户。对于提供来说，服务提供者系统120启动提供服务，但实际上可以或可以不必提供此项服务。如果服务提供者系统120不提供此项服务，它可以安排第三方提供此服务或可以转发此请求到相关的一方。另外，服务提供者系统120可以传送一个授权码到此用户，因此使用户能够获得此项服务。
作为一些最后的示例，可以提供的服务不局限于上述讨论到的内容。另一种服务是购买商品或服务，例如包括电影票、餐馆预定、消费品、带导游的旅游和本地旅游书籍。附加的服务包括传送来自本地商业机构的信息(例如影剧院演出时间、来自餐馆的菜单等等)或像本地新闻、交通流量和天气这样的本地信息。表1列出利用当前技术和质量标准对于某些信息类型建议的大致数据率。数据率不局限于此表中所展示的。在此表中，带有数据的语音(voice with data)指的是信息流，该信息流包括语音话务以及文本信息和/或文本消息。这将包括语音识别应用程序和伴随标准语音应用程序的文本信息。
表1
要传送的数据类型 低质量传输的数据速率 中等质量传输的数据速率
    文本     50bps     150bps-500bps
    语音     3Kbps     9.6Kbps-14Kbps
    带有文本的语音(Voice with Text)     3Kbps     28.8Kbps
    音频     16Kbps     256Kbps
    因特网     28.8Kbps     128Kbps
    视频     100Kbps     2Mbps
    HDTV     1M-3Mbps     19Mbps
作为最后一点，并不要求仅仅基于DTV技术进行定位。在替换实施例中，DTV定位技术与其他定位技术结合使用或者作为其他定位技术的一种补充，其他定位技术例如包括那些基于GPS、模拟TV、CDMA网络、TDMA网络和E-OTD的技术。
通用定位
图7举例说明用于确定用户位置的方法。用户装置102从多个DTV发射机106A和106B直到106N接收DTV信号(步骤702)。
可以用多种方法选取定位时使用的DTV频道。在一个实施方案中，DTV位置服务器110通知用户装置102最佳DTV频道以便监测。在一个实施方案中，用户装置102利用基站104与DTV位置服务器110交换信息。在一个实施方案中，用户装置102基于基站104的身份和所存储的各基站与DTV频道的相关表来选取DTV频道以进行监测。在另一实施方案中，用户装置102可接受来自用户的位置输入，该位置输入给出此区域的一般指示，如最接近的城市名称；并利用这一信息选取DTV频道用于处理。在一个实施方案中，用户装置102扫描可用的DTV频道，以基于可用的DTV频道的功率电平组合此位置的指纹(fingerprint)。用户装置102比较此指纹与使已知指纹与已知位置相匹配的存储列表，以便选取DTV频道用于处理。
用户装置102确定用户装置102和每个DTV发射机106之间的伪距(步骤704)。每个伪距代表来自DTV广播信号分量的发射机108传输时间与在用户装置102接收该分量的时间之间的时差(或者说等效距离)，以及在用户装置上的时钟偏置量。
用户装置102传送伪距到DTV位置服务器110。在一个实施方案中，DTV位置服务器110实现于基站104内部或者其附近。
此DTV信号还被多个监测单元108A到108N接收。每个监测单元能够实现为一个小单元，包括收发信机与处理器，并能够安装在方便的位置如公用电杆、DTV发射机106或者基站104上。在一个实施方案中，监测单元实现于卫星上。
对于监测单元从中接收DTV信号的各DTV发射机106，每个监测单元108测量该DTV发射机的本地时钟与基准时钟之间的时间偏移量。在一个实施方案中，基准时钟源自于GPS信号。当使用多个监测单元108时，由于每个监测单元108能够确定相对于基准时钟的时间偏移量，故使用基准时钟就能够确定每个DTV发射机106的时间偏移量。因此，监测单元108的本地时钟的偏移不影响这类确定。
在另一实施方案中，不需要外部时间基准。根据此实施方案，单个监测单元所接收的DTV信号来自所有这样的DTV发射机：用户装置102同样接收来自相同DTV发射机的DTV信号。事实上，单个监测单元的本地时钟起到时间基准的作用。
在一个实施方案中，每个时间偏移量作为固定偏移而建模。在另一实施方案中，每个时间偏移量被建模成为形式如下的一个平方多项式：
偏移量＝a+b(t-T)+c(t-T)2                          (1)
使其可以用a、b、c和T描述。在任何一个实施方案中，每个实测时间偏移量利用因特网、安全调制解调器连接等等周期地传送到DTV位置服务器。在一个实施方案中，利用GPS接收机确定每个监测单元108的位置。
DTV位置服务器110从数据库112接收描述每个DTV发射机106的相位中心(即位置)的信息。在一个实施方案中，DTV发射机106的相位中心通过利用在不同位置处直接测量相位中心的监测单元108进行测量。在另一实施方案中，每个DTV发射机106的相位中心是通过查勘天线相位中心进行测量的。
在一个实施方案中，DTV位置服务器110从天气服务器114接收描述用户装置102附近气温、大气压力和湿度的气象信息。从因特网和其他资源如NOAA可获得气象信息。利用诸如在B.Parkinson和J.Spilker，Jr.所著的“Global Positioning System-Theory and Applications”(AIAA，Washington，DC，1996，Vol.1，Chapter 17)和J.Spilker，Jr.所著的“Tropospheric Effects on GPS”中所公开的技术(在此将其结合作为参考资料)，DTV位置服务器110根据气象信息确定对流层的传播速度。
DTV位置服务器110还可以从基站104接收标识用户装置102的一般地理位置的信息。例如此信息能够标识一个蜂窝电话所处的小区或者小区扇区。这些信息用于模糊度分辨，如下所述。
DTV位置服务器110基于伪距和每个发射机的位置确定用户装置102的位置(步骤706)。图8描绘利用DTV发射机106确定几何位置。DTV发射机106A位于位置(x1，y1)。用户装置102和DTV发射机106A之间的距离是r1。DTV106B发射机位于位置(x2，y2)。用户装置102和DTV发射机106B之间的距离是r2。DTV发射机106N位于位置(x3，y3)。用户装置102和DTV发射机106N之间的距离是r3。
DTV位置服务器110可以根据对流层的传播速度和对应DTV发射机106的时间偏移量调准每个伪距值。DTV位置服务器110利用来自数据库112的相位中心信息确定每个DTV发射机106的位置。
用户装置102产生三个或更多个伪距测量值以求解三个未知数即位置(x，y)和用户102的时钟偏移量T。在其他实施方案中，用在此公开的技术来确定三维空间位置如经度、纬度和高度，并能够包括像DTV发射机高度的这样的因素。
三个伪距测量值pr1、pr2和pr3由下式给出：
pr1＝r1+T                          (2)
pr2＝r2+T                          (3)
pr3＝r3+T                          (4)
这三个距离可以表示为：
r1＝|X-X1|                         (5)
r2＝|X-X2|                         (6)
r3＝|X-X3|                         (7)
其中X代表装置102的二维矢量位置(x，y)，X1代表DTV发射机106A的二维矢量位置(x1，y1)，X2代表DTV发射机106B的二维矢量位置(x2，y2)，X3代表DTV发射机106N的二维矢量位置(x3，y3)。这些关系产生三个等式，其中求解此三个未知数x、y、T。DTV位置服务器110根据常规的公知方法求解这些等式。用户装置102的位置被用于给用户提供此服务。例如，用户位置可以被传送到服务提供者系统120，或者系统120可以从DTV位置服务器中检索用户位置。总之，服务提供者系统120访问用户的位置。
在另一实施方案中，用户装置102不计算伪距，而是取足以计算伪距的DTV信号的测量值，并将这些测量值传送到DTV位置服务器110。DTV位置服务器110接着基于此测量值计算伪距，并基于此伪距计算用户的位置，如上所述。
在另一个实施方案中，用户装置102的位置是由用户装置102计算的。在此实施方案中，所有必要的信息均被传送到用户装置102。此信息可以由DTV位置服务器110、基站104、一个或多个DTV发射机106或任何其组合传送到该用户装置。用户装置102接着测量此伪距并求解此联立方程，如上所述。下面描述这种实施方案。
用户装置102接收每个DTV发射机的本地时钟和基准时钟之间的时间偏移量。用户装置102也从数据库112接收描述每个DTV发射机106的相位中心的信息。
用户装置102接收DTV位置服务器110所计算的对流层传播速度。在另一个实施方案中，用户装置102从天气服务器114中接收描述用户装置102附近气温、大气压力和湿度的气象信息，并利用传统方法根据气象信息确定对流层的传播速度。
用户装置102还可以从基站104接收标识出用户装置102大概位置的信息。例如，此信息可以标识出蜂窝电话所在的小区或小区扇区。此信息用于模糊度分辨，如下所述。
用户装置102从多个DTV发射机106接收DTV信号，并确定用户装置102和每个DTV发射机106之间的伪距。用户装置102接着基于此伪距和发射机的相位中心确定其位置。
在任何这些实施方案中，当只有两个DTV发射机可以利用时，才可以利用此两个DTV发射机和在先前定位期间计算出的偏移量T来确定用户装置102的位置。T值可以按照常规方法被存储或保持。
在一个实施方案中，基站104确定用户装置102的时钟偏移量。在此实施方案中，只需两个DTV发射机用于定位。基站104传送时钟偏移量T到DTV位置服务器110，DTV位置服务器110然后根据对每个DTV发射机计算出的伪距确定用户装置102的位置。
在另一个实施方案中，当只有一个或两个DTV发射机可用于定位时，使用GPS来加强定位。
图9说明用于用户装置102的定位计算的一个简单例子，用户装置102从两个分立的DTV天线106A和106B中接收DTV信号。围绕每个传输天线106A和106B分别绘出恒定范围圈902A和902B。用户装置的位置，包括对用户装置时钟偏移量的校正，就处于两个圈902A和902B的交叉部分904A和904B中的一个交叉部分。此模糊度是通过基站104能够确定用户装置位于其波束照射区(也就是其覆盖区)906的哪个扇区908，而得到解决的。当然如果考虑两个以上DTV发射机，那么此模糊度能够通过取三个圈的交叉部分而解出。
在一个实施方案中，用户装置102能够接受来自用户的输入，该输入给出此区域的一般指示如最靠近的城市名称。在一个实施方案中，用户装置102扫描可用的DTV频道，以组合此位置的指纹。用户装置102将此指纹与一存储表比较从而识别用户装置102的当前位置，其中该存储表使已知指纹与已知位置相匹配。
在一个实施方案中，此定位计算包含了地面高度影响。因此在相对于DTV天线106的相位中心有丘陵和山谷的地形中，恒定范围圈是变形的。图10描述对于位于与周围地面相同高度的一个DTV发射机106来说，处在恒定范围圈1002上的单个丘陵1004的影响。
利用简单的计算机易于进行用户位置的计算，该简单计算机因其数据库而具有允许此计算的地形图，从而可包括地球表面上、大地水准面上的用户高度效应。这种计算具有将此图10所示恒定范围圈变形的效果。
ATSC定位
图11-23说明供美国电视标准委员会(ATSC)DTV信号使用的各个接收机。DTV于1998年首次在美国实施。至2000年末，167个电台在空中广播DTV信号。至2001年2月28号，FCC已经颁发大约1200个DTV建造许可证。根据FCC的目标，所有电视传输都将很快是数字式的，模拟信号将被清除。到2002年5月1号，公共广播站必须是数字式的以便保持其执照。到2003年5月1号，专用电台必须是数字式的。在美国预期会有超过1600个DTV发射机。
这些新的DTV信号允许在被分配的6MHz频道上传送多标准规范的电视信号或甚至高清晰度信号。这些美国电视标准委员会(ATSC)新的DTV信号完全不同于模拟NTSC电视信号，在新的6MHz频道上传送并具有全新的性能。
本发明人已认识到ATSC信号能用于定位，并已为此开发了定位技术。这些技术可用于ATSC DTV发射机附近，其距该发射机的距离远大于典型DTV的接收距离。由于此DTV信号的大功率，这些技术甚至可在室内用于手持接收机。
与数字GPS的伪噪声码对比，只在距发射机几英里远处接收DTV信号，而该发射机在高达兆瓦的电平上广播信号。此外DTV天线具有大约为14dB的显著天线增益。因此通常有足够的功率允许在建筑物内接收DTV信号。
与解调和解码DTV 8元残留边带调制(8VSB)数据信号相反，某些接收机装置仅仅使用DTV信号同步码。从而，此DTV信号可以在比单数据符号周期大致长一百万倍的周期内是相关的。因此在室内能够跟踪来自DTV塔架的信号的实际距离得到了大幅扩展。此外，通过使用数字信号处理，有可能在单个半导体晶片上实施这些新的跟踪技术。
图11描绘供对所接收的DTV信号作抽样之用的抽样器装置1100。在一个实施方案中，抽样器1100实现于用户装置102内部。在另一实施方案中，抽样器1100实现于监测单元108内部。抽样率应高得足以获得DTV信号的精确表达，这对于本领域技术人员是显而易见的。
抽样器1100在天线1104处接收DTV信号1102。射频(RF)放大器/滤波器1106对接收到的DTV信号进行放大和滤波。本机振荡器时钟1116和混合器1108I和1108Q使此信号下变换，从而分别产生同相(I)和正交(Q)抽样。I和Q抽样分别由低通滤波器(LPF)1101I和1101Q滤波。模数转换器(ADC)1112将此I和Q抽样转换为数字形式。此数字化的I和Q抽样存储在存储器1114中。
图12描绘非相干相关器的实施方案1200，用于探索抽样器1100所产生的DTV信号抽样的相关顶点。在一个实施方案中，相关器1200实现于用户装置102内部。在另一实施方案中，相关器1200实现于监测单元108内部。
相关器1200从存储器1114中检索DTV信号的I和Q抽样。相关器1200以中频(IF)处理这些抽样。其他实施方案则以模拟或者数字形式处理这些抽样，并能够在中频(IF)或者基带上进行操作。
代码发生器1202产生码序列。在一个实施方案中，此代码序列是上升的余弦波形。此代码序列可以是ATSC帧中的任何已知数字序列。在一个实施方案中，此代码序列是同步码。在一个实施方案中，此同步码是ATSC数据帧内部的一个场同步段。在另一实施方案中，此同步码是ATSC数据帧内部的数据段之内的一个同步段。在又一个实施方案中，此同步码既包括ATSC数据帧内部的场同步段，也包括ATSC数据帧内部的此数据段内部的同步段。DTV信号的其他分量，诸如导频、符号时钟或者载波均可用于定位。然而，利用具有高重复率的这种信号会产生固有的模糊度。用于求解这种模糊度的技术在本技术领域中是众所周知的。这样的一种技术公开在M.Rabinowitz博士的论文中“A Differential Carrier Phase Navigation System Combining GPS withLow-Earth Orbit Satellites for Rapid Resolution of Integer CycleAmbiguities”(2000，Department of Electrical Engineering，StanfordUniversity，pages129-76)，在此合并该论文作为参考资料。
混频器1204I、1204Q分别将I和Q抽样与代码发生器1202所产生的代码组合。混频器1204I和1204Q的输出分别由滤波器1206I和1206Q滤波，并提供给加法器1207。其和被提供给平方律装置1208。滤波器1209按照常规方法执行用于非相干相关的包络检波。比较器1210将此相关输出与一个预定门限值加以比较。如果此相关输出低于该门限值，搜索控制1212使加法器1214对时钟1216所产生的时钟波形附加额外脉冲，从而使代码发生器增加一个符号时间，并且重复此处理。在一优选实施例中，时钟波形具有标称时钟频率10.76MHz，与所接收的DTV信号的时钟频率或符号率相匹配。
当相关输出首次超过门限值时，处理完成。产生此相关输出的时间偏移被用作该DTV发射机106的伪距。
在接收机相关器和匹配的滤波器中，有两个重要的接收机降级来源。用户装置的本机振荡器在频率方面往往稳定性相对较差。这种不稳定性影响到两个不同的接收机参数。首先，它导致接收机信号中的频偏。其次，它导致接收到的位组合格式相对于基准时钟的符号率滑动。这两种效果均能够限制接收机的求和时间并从而限制接收机的处理增益。而通过校正接收机的基准时钟可增加求和时间。在一个实施方案中，用一个延迟锁定环自动地校正此接收机时钟。
在另一实施方案中，NCO(数控振荡器)1218调准接收机的时钟频率以匹配于输入接收信号的时钟频率，并补偿用户装置102中的本机振荡器的漂移和频偏。增大时钟频率的准确度使得求和时间较长并使接收机相关器具有更好的性能。NCO 1218的频率控制输入能够源自于几个可能的来源：接收机符号时钟频率同步器、跟踪此ATSC导频或者NCO 1218上所具备的其他时钟频率鉴别器技术。
当前的ATSC信号被描述于先进电视系统委员会在2000年3月16日发布的“ATSC Digital Television Standardand Amendment No.1”中。该ATSC信号利用8元残留边带调制(8VSB)。ATSC信号的符号率为10.762237MHz，其源自于27.000000MHz时钟。图13举例说明ATSC帧1300的结构。帧1300总共包括626段、每段有832个符号，共计520832个符号。每个帧中有两个场同步段。每个场同步段之后为312个数据段。每个段以用于同步的4个符号作为开始。
图14举例说明场同步段1400的结构。在帧1300中的两个场同步段1400的不同之处仅在于在第二个场同步段中有63个符号的中间组是反向的。
图15举例说明数据段1500的结构。数据段1500(即-1，1，1，-1)的前四个符号用于段同步。数据段1500中的其他828个符号携带数据。由于此调制方案为8VSB，每个符号携带3比特编码数据。使用2/3编码率方案。
本发明的实施方案可加以扩充以便进一步增强的DTV信号。例如，ATSC信号规格允许高速率16VSB信号。然而，此16VSB信号具有同8VSB信号相同的场同步模式。因此，本发明的单一一个实施方案能够被设计得在8VSB和16VSB信号下工作同样良好。
此8VSB信号通过滤波构成。符号脉冲的同相段具有上升余弦特性曲线，如J.G Proakis著作“DigitalCommunications”(McGraw-Hill，3rdedition，1995)中描写的。此脉冲可描述为：
p ( t ) = sin c ( πt T ) cos ( πβt T ) 1 - 4 β 1 t 2 T 2 - - ( 8 )
其中T是符号周期
T = 1 10.76 × 10 6 - - - ( 9 )
而且β＝0.05762。此信号具有频率特性：
Figure A0282138500321
由上式显而易见此信号的单边带宽是(1+β)10.762237MHz＝5.38MHz+0.31MHz。为了由此同相脉冲创建VSB信号，将此信号滤波而使得仅仅剩余一小部分下边带。这种滤波能够被描述为：
Pv(f)＝P(f)(U(f)-Hα(f))                              (11)
其中
其中Hα(f)是滤波系数，被设计成丢弃残留的剩余下边带。Hα(f)的一部分增益函数曲线如图16所示。此滤波系数满足特征函数Hα(-f)＝-Hα(f)和Hα(f)＝0，f＞α
响应U(f)P(f)可表示为：
其中
Figure A0282138500324
是P(f)的希尔伯特变换。VSB脉冲可以表示为：
Figure A0282138500325
而基带脉冲信号为：
其中，Pvi(t)是同相分量，Pvq(t)是正交分量，并且：
x α ( t ) = 2 ∫ - ∞ ∞ X ( f ) H α ( f ) e j 2 πβ df - - ( 16 )
在此数据被传送之前，ATSC还嵌入一个具有比数据信号功率小-11.5dB的载波信号。此载波有助于此信号的相干解调。因此，此传送信号能够表示为：
s ( t ) = Σ n C n { p vi ( t - nT ) cos ( ωt ) - p vq ( t - nT ) sin ( ωt ) } + A sin ( ωt ) - - - ( 17 )
其中Cn是8级(8-level)数据信号。
图17描绘监测单元108的一个实施方案1700。天线1704接收GPS信号1702。GPS时间转换单元1706基于GPS信号生成主时钟信号。为了确定DTV发射机时钟的偏移，NCO(数控振荡器)场同步计时器1708A基于主时钟信号生成主同步信号。此主同步信号可以包括ATSC段同步信号和ATSC场同步信号其中之一或者同时包括两者。在一个实施方案中，所有监测单元108中的NCO场同步计时器1708A同步到一个基础日期和时间。在单个监测单元108从所有用户装置102也由此接收DTV信号的相同的DTV发射机接收DTV信号的方案中，不必为了确定用户装置102的位置，而使监测单元108与任何其他监测单元同步。如果所有的监测站108或者所有的DTV发射机对于公共时钟均为同步的，那么这样的同步也是不必要的。
DTV天线1712接收多个DTV信号1710。在另一个实施方案中，使用多个DTV天线。放大器1714放大此DTV信号。一个或多个DTV调谐器1716A至1716N将接收到的DTV信号调谐到DTV频道，以产生DTV频道信号。多个NCO场同步计时器1708B至1708M各自接收一个DTV频道信号。多个NCO场同步计时器1708B至1708M各自从一个DTV频道信号中提取一个频道同步信号。此频道同步信号可包括ATSC段同步信号和ATSC场同步信号其中之一或同时包括二者。注意此DTV信号之内的导频信号和符号时钟信号可被用以获得帮助。
多个加法器1718A至1718N各自产生主同步信号与其中一个频道同步信号之间的一个时钟偏移量。处理器1720使此结果数据格式化并将其传送到DTV位置服务器110。在一个实施方案中，对于每个测量的DTV频道，此数据包括DTV发射机的标识号、DTV频道号、此DTV发射机的天线相位中心以及时钟偏移量。此数据可经由包括空中链路和因特网的任意多种方法进行传送。在一个实施方案中，此数据在DTV频道本身上以备用的MPEG分组进行广播。
调整多径效应的一个彻底的解决方案是对一个完整的自相关函数抽样，而不是如硬件设置时那样只使用或早或晚的样值。多径效应能够通过选择最原始的相关波峰来调整。
在可利用短暂延迟计算位置的情况下，一个简单解决方案是使用一种软件接收机，该接收机抽样滤波后信号的序列，然后在DSP上的固件中处理此样值。
图18说明用于以软件进行跟踪的一个实施方案1800。天线1802接收DTV信号。天线1802可以是能够接收DTV信号的一个磁偶极子或任何其他类型的天线。带通滤波器1804将完整的DTV信号频谱传送到LNA 1806。在一个实施方案中，滤波器1804是一个可调的带通滤波器，在数字信号处理器(DSP)1814控制下传送特定DTV频道的频谱。
低噪声放大器(LNA)1806放大并传送所选择的信号到DTV频道选择器1808。DTV频道选择器1808在DSP 1814控制下选择一特定的DTV频道，并按照常规方法将所选择的频道信号从UHF(超高频)到IF(中频)进行滤波和下变换。放大器(AMP)1810放大所选择的IF频道信号。模数转换器和抽样器(A/D)1812产生DTV频道信号s(t)的数字样值并传送此样值到DSP 1814。
下面描述对于相干软件接收机来说由DSP 1814进行的DTV频道信号处理。假定一个下变换抽样信号的标称偏移频率。如果此信号被下变频到基带，则该标称偏移量是0Hz。该处理基于信号s(t)的样值产生全部的自相关函数。对于低占空因数信号来说，该处理可以实施得更加有效得多。令Ti是数据抽样的周期，ωin是抽样的入射信号的标称偏移量，令ωoffset是由于多普勒移位和振荡器频率漂移而产生的最大可能的偏移频率。该处理实现下列伪码。
Rmax＝0
生成一个复合型编码信号
scode(t)＝∑ Cn{pvi(t-nT)+jpvq(t-nT)}
其中 Cn对所有对应于数据信号的符号均为零，而对所有对应于同步信号的符号均为非零。
对于ω＝ωin-ωoffset至ωin+ωoffset步长
生成一个复合型混合信号
smix(t)＝cos(ωt)+jsin(ωt)，t＝[0...Ti]
组合该入射信号s(t)和混频信号Smix(t)
Scomb(t)＝S(t)Smix(t)
计算相关函数R(τ)＝Scode*Scode(τ)
如果maxr|R(τ)|＞Rmax，则Rmax←maxτ|R(τ)|，Rstore(τ)＝R(τ)
下一个ω
在退出处理时，Rstore(τ)将存储入射信号s(t)和复合编码信号scode(t)之间的相关关系。通过以ω的更小步长进行搜索可以更进一步改善Rstore(τ)。用于ω的起始步长大小必须小于此时的奈奎斯特速率
Figure A0282138500351
的一半。产生此最大相关输出的时间偏移τ被用作伪距。
现在描述用于以软件产生非相干相关的技术。这种方案模拟了图11和12的硬件接收机。注意虽然在上述方框图中，尽管I和Q频道是分别处理的，但I和Q分量可以组合以便以软件产生该混合信号。由于非相干相关器使用包络检波，不需要在中频范围内进行搜索。该处理实现下列伪码。
产生同相和正交编码信号：
ci(t)＝∑ Cnpvi(t-nTi)，cq(t)＝∑ Cnpvq(t-nTi)其中在n上取和值， Cn对于所有对应于数据信号的符号为零，而对于所有对应于同步信号的符号为非零。注意ci具有自相关系数Ri，cq具有自相关系数Rq，而且其相关系数是Riq。
对于τ＝0到Tper，步长Tsamp，其中Tper是代码被使用的周期，而Tsamp是抽样间隔：
产生基准代码混频信号
smix(t)＝ci(i+τ)cos(ωt+υt+φ)+cq(t+τ)sin(ωt+υt+φ)其中ω是入射信号的标称IF频率，υ是相对于入射信号的混频信号的频偏，而φ是混频信号对入射信号的相位偏移。
组合该入射信号s(t)和基准代码混频信号smix(t)
scomb(t)＝s(t)smix(t)
给定低通滤波器scomb(t)以便由公式E[sfilt(t)]＝2Ri(τ)cos(υt+φ)+2Riq(τ)sin(υt+φ)产生sfilt(t)的预期值，其中利用这一事实Ri(τ)＝-Rq(τ)
对sfilt(t)执行包络检波(例如通过平方和带通滤波)以产生非相干相关z(τ)＝2[Ri(τ)2+Riq(τ)2]
下一个τ
产生最大相关输出的时间偏移τ被用作伪距。
注意非相干相关z(τ)利用了同相和正交分量两者的信号功率。然而，作为这样做的结果，产生非相干相关的信号的有效带宽被减半。非相干相关器的输出展示于图19。上面曲线显示出大致8×10-5秒时间间隔中的相关顶点。下面曲线显示出该相关顶点的3MHz带宽效果。
类似于上述以软件跟踪的技术适用于从California的San Jose发起而在California的Palo Alto的室内接收的DTV传输。举出此例只用于说明，而不是限制本发明的范围。图20显示来自San Jose的KICU频道52的DTV广播的1毫秒信号抽样的光谱例子。该信号被下变换至27MHz的中心频率，对应于每秒100兆抽样数的抽样率的0.54数字频率。该信号经数字式带通滤波成为6MHz带宽。
在图21举例说明用于该合成的6MHz信号的同相和正交分量的计算出的自相关函数。注意这仅仅是在每段开始时的4个数据同步符号的自相关。
6MHz信号的特征曲线如图22所示。图22显示同相频道的自相关顶点的一部分。从该曲线的平滑性，可以看出其信噪比是高的。此外，顶峰的曲率表明使得此信号对多径而言更为健壮的高信号带宽。
图23描绘相关器1200的模拟操作的结果。这种模拟是利用Wolfram Research编制的Mathematica软件进行的。该模拟输入是由抽样器1100存储在存储器1114中的数字I和Q样值。
图23表示对于以10.76MHz复合抽样率和242毫秒或者10个字段的积分时间进行的符号同步抽样的非相干相关结果。这种模拟是其中样值以1/2符号或者0.05微秒偏移的一种最坏情况。
这种模拟还包括在-27dB的6MHz带宽的高斯噪声和信号噪声比(SNR)。由于抽样的相位偏移，此结果降低了2dB，不过清楚的是性能仍然优良。正常DTV接收要求SNR大约为+18dB。相关器1200能够在低于正常DTV的SNR 18+27＝45dB下恢复跟踪信息。如果使用匹配的滤波器，此结果需要对抽样时钟进行精确校正。然而，时间选通延迟锁相环(DLL)会自动地使其时钟与所接收信号的时钟同步，并产生相同的结果。
ETSI定位
图24-34举例说明供欧洲电信标准学会(ETSI)DTV信号使用的多种接收机。ETSI规定了用于欧洲的地面DTV信号，在此称之为数字视频广播地面(DVB-T)信号。这些新的DTV信号允许多个标准规范的电视信号，或甚至是要在被分配的8MHz信道上传送的高清晰度信号。这些新的DVB-TDTV信号完全不同于模拟NTSC电视信号，是在新的8MHz频道上传送的并且具有全新性能。
本发明人已经认识到此DVB-T信号能用于定位，并已经为此开发出了定位技术。这些技术可用于DVB-DTV发射机附近，而与该发射机的距离远大于典型的DTV接收距离。由于此大功率的DTV信号，这些技术甚至可以借助手持接收机被用于室内。
通过简单地修改此相关器以适应已知的数据序列，在此相对于以前的ATSC DTV信号而公开的技术可应用于包括已知数据序列的其他DTV信号，这对于相关领域的技术人员是显而易见的。这些技术还可以被用于其他正交频分多路复用(OFDM)信号，如卫星无线电信号。
与GPS的数字伪噪声码形成对比的是，DTV信号只在距发射机几英里远处接收，且发射机广播信号的电平高达兆瓦级。此外DTV天线具有显著天线增益，大约为14dB。因此通常有足够的功率允许在建筑物内接收DTV信号。
如下所述，本发明的实施方案利用了被称为″离散导频信号″的DVB-T信号分量。出于几个原因，利用离散导频信号是有利的。首先，它允许在室内以及距DTV发射机较远处定位。常规DTV接收机每次只利用一个数据信号，因此距DTV发射机的距离受到单一一个信号能量的限制。相反，本发明的实施方案同时利用多个离散导频信号的能量，从而允许在距DTV发射机的距离比常规DTV接收机更远处工作。此外，此离散导频不进行数据调制。这在两个方面是有利的。首先，离散导频中的所有功率可用于位置确定，没有功率专用于数据。其次，可以长时观测离散导频而不受困于将数据调制所导致的降级。因此距DTV塔架的能够跟踪信号的实际距离得到大幅扩展。而且，通过使用数字信号处理，有可能在单个半导体晶片内实施这些新的跟踪技术。
图24描绘供产生伪距测量值之用的接收机2400的实施方案。在一个实施方案中，接收机2400实现于用户装置102的内部。在另一实施方案中，接收机2400实现于监测单元108的内部。
射频(RF)抽样器和数字转换器2406对于区域中的每个数字电视信号2402顺序地调谐天线2404、进行RF放大、并将此信号下变换至中频(IF)或者基带。具有其8MHz带宽的经宽频带滤波的信号然后由RF抽样器和数字转换器2406进行抽样和数字转换。接着包括四个或更多的符号间隔的经数字转换的一段信号被存储到存储器2408中。最好使用实质上较长时段，也许0.1秒或更长持续时间，以改进平均时间和改善噪声特性。
混频器2410以及相关器和积分器2412顺序地使信号的存储时间与离散导频产生器2418所产生的基准离散导频的多种时间偏移相关。此基准信号以预定的时间步长步进，以找到自相关函数的峰值。此步长大小经过选择，以从足以识别自相关峰值的自相关函数中产生若干样值。在一个实施方案中，最初使用大步长以获得对自相关峰值的估算，接着采用较小步长以细化该估算。如下所述，本发明的实施方案使用1/(1116*20,000)＝244纳秒的时间抽样间隔。相关器搜索控制2420搜索自相关函数中的主峰值，并当找到时，将伪距的测量值转换为数字化形式。接收机2400接着顺序地对于在此区域内来自其他DTV塔架的其他有效数字电视信号2402执行相同的一组功能。不必对从同一DTV塔架发射出的信号进行多次测量。利用数字蜂窝电话或者其他无线链路，一组3个或更多个伪距测量值接着被传送给DTV位置服务器110。
注意用户手机或其他装置的定位操作仅在用户需要定位时才会发生。对处于慢行中、处于缓慢行驶的车辆中、或坐在建筑物内或处于紧急事件现场的用户来说，很少有测定位置信息的需要。因此电池或其他电源可以非常小。
虽然接收机2400实施为具有数字信号总和的一个交叉相关器，但本领域技术人员很清楚的是，替换实施方案通过利用例如FFT/DFT(快速傅里叶变换/直接傅里叶变换)处理，可以简化电路。此外，虽然接收机2400以中频(IF)处理这些样值，但其他实施方案还可以用模拟或数字形式处理样值，并且可在IF或基带上实施操作。还有其他实施方案在频域内处理样值。
DVB-T结构之内的其他信号也可以用于定位。例如，可将宽通道收缩技术应用于连续的导频信号。然而，诸如宽通道收缩这样的技术涉及循环模糊度的固有分辨率。求解这类模糊度的技术在本领域内是众所周知的。这样的一种技术公开在M.Rabinowitz博士的论文中：“Adifferential Carrier Phase Navigation System Combining GPS with LowEarth Orbit Satellites for Rapid Resolution of Integer Cycle Ambiguities”(2000，Department of Electrical Engineering，Stanford University，pages59-76)，在此合并该论文以作参考资料。
在接收机相关器和匹配的滤波器中有两个重要的接收机降级来源。用户装置本机振荡器在频率方面的稳定性相对较差。这种不稳定性影响两个不同的接收机参数。第一，它导致接收机信号中的频偏。第二，它导致接收到的位组合模式相对于基准时钟的符号率滑动。这两种效应均能够限制接收机的积分时间从而限制接收机的处理增益。该积分时间能够通过校正接收机基准时钟而递增。在一个实施方案中，延迟锁定环自动地校正接收机时钟。
在另一个实施方案中，NCO(数控振荡器)时钟2414调整接收机的时钟频率以匹配输入接收信号的时钟频率，并补偿用户装置102中的本机振荡器的漂移和频偏。时钟频率的递增准确度允许有更长的积分时间和更好的接收机相关器性能。NCO时钟2414的频率控制输入能够源自于主时钟2416、接收机符号时钟频率同步器、DVB-T导频载波的跟踪、或NCO时钟2414中包含的其他时钟频率鉴别器技术。
当前的DVB-T信号在一篇题目为“Digital Video Broadcasting(DVB)；Framing structure，channel coding and modulation for digitalterrestrial television”的文件中作了描述，该文件编号为ETSI EN 300744，V1.4.1(2001-01)。此DVB-T信号是复数型正交频分多路复用(OFDM)信号，利用1512或者6048独立载波携带188字节MPEG(活动图像专家组)分组。这些分量中的大部分传送视频电视信号的类随机数据调制并且在低信号电平的精确跟踪时不太有用。注意为了定位，用户装置可以位于不能得到DVB-T信号的全部信息量的位置。
然而DVB-TDTV信号具有嵌入其中的附加分量，该附加分量可借助在此描述的技术用于定位。例如，DVB-TDTV信号包含两种类型的周期性宽带导频信号。此信号同时包含一组连续的导频和一组离散的导频。DVB-T信号具有双模式：2K和8K。这些双模式的其中一些参数示于以下表2中。虽然本发明的实施方案是参考8K信号描述的，但所述技术也适合用于2K信号。
                               表2
    参数     2K模式     8K模式
    载波数K     1705     6817
    符号时长     224微秒     896微秒
    载波间隔     4464Hz     1116Hz
    总信号间隔     7.61MHz     7.61MHz
此外，虽然本发明的实施方案是参考8MHzDVBT信号讨论的，但也能利用其他带宽的信号实施。更进一步，本发明的实施方案可以使用DVB-T信号带宽的一个子集。例如，仅仅利用8MHz DVB-T信号中的6MHz，本发明的实施方案就可以取得令人满意的成果。本发明的实施方案能够扩大至使用将来改进的DTV-T信号。
在8K模式下的DVB-T连续导频信号是一组177个载波，每个载波具有由如下所述的PN序列选取的恒定基准二进制±1幅度。此载波间隔是1116Hz。前50个载波频率的载波数目如图25所示。载波频率可以通过取载波数目与1116Hz的乘积而得到。图26描绘连续导频的前50个载波。垂直标度是载波数目。任何两个连续导频之间的最小频偏是3×1116Hz，此偏移确定了这些连续载波的时间模糊度。此信号可以被比作通常用于距离测量的侧音测距信号。然而不同的是功率在177个独立载波中进行分配。不过也可代之以使此信号与用FFT方式所产生的177个载波的合成参考波形相关。然而此合成连续导频信号具有不良自相关函数，带有如图27所示的许多严重的频谱旁瓣。
图27描绘8K模式下具有177个并行载波的合成连续导频载波的自相关函数。在水平标度上给出以1/1116秒递增的时间增量。信号以1116×20000个样值/秒的速度被抽样。然而如图所示，此信号的旁瓣电平相当高，具有许多幅度高0.2的峰值。
8K离散导频载波是一组568个等间隔的导频载波，每个频率均在4个顺序增加的频率上以类线性调频脉冲方式跳跃。因此每个导频以12×1116Hz的倍数频率开始，并且对于其余的符号持续时间(1/1116秒)保持在那个频率上。接着对于下一符号，导频跳跃到高于3×1116Hz且具有一个新的±1符号的新频率上。在总共3次递增中，导频重复这种增加然后回到其原始频率。这些568个离散导频的前5个跳频如图28所示。在每次递增中，导频以频率计增加1116Hz的3倍。6816/12＝568个离散导频的各自间隔是12×1116＝13,392Hz。对于2K模式，有142个离散导频，间隔为53,568Hz。
每个导频载波假定具有±1符号幅度，由11阶移位寄存器的PN序列以下列多项式控制：
x11+x2+1                                    (18)
这个PN序列产生序列：
w[k]＝±1                                   (19)
其中k是以上给出的独立导频载波的频率。因此每当一个导频转变到新频率时，它也根据w[k]改变其符号。
因此每个离散导频的频率可以按照t和p表示为：
k[t，p]＝3Mod[n[t]，4]+12p                   (20)
其中p是导频数目而n[t]是离散时段：
n[t]＝[1116t]                                (21)
p的每个568值的每个信号分量是：
s[t，p]＝w[k[t，p]sin[2πk[t，p]×1116t]]    (22)
因此离散导频信号总数是568个跳频独立导频载波之和：
s total [ t ] = Σ p = 0 p = 867 s [ t , p ] - - - ( 23 )
图29描述在8个时间增量上没有符号反转的一个示例性载波的波形。时间以秒给出。此离散导频因此具有总共6816/12＝568个载波，每个载波以类似于线性调频脉冲的方式，在总共568×4＝2272个总频率当中，顺序地在4个频率上跳频。
图30是离散导频的另一个视图。在图30中，斜线表示在6816/4＝1704个符号间隔内，在7.61MHz(6816个载波数目)的完整波段上，此568个8K离散导频载波的线性调频脉冲步进。因此在任一时刻同时存在568个线性调频脉冲载波。每个线性调频脉冲载波以步进方式扫描整个7.61兆赫频带。所示数目对应于符号时长是896微秒(μs)的8K模式。对应于2K模式的相应数目被表示在括号内，其中此符号时长是224μs。
此信号具有如图31-33所示的非常良好的自相关函数。图31描述568个跳频离散导频的合成组的自相关函数。此合成信号是以1116×20000＝22.32MHz的速率抽样的。因此在此离散导频载波的4个符号时间增量周期内有80,000个样值。注意此信号的极低旁瓣交叉相关，其中4旁瓣除外，该4旁瓣如下面所示是对称的。图32和33表示在更小时间增量上的细节。
图32表示在前100个时间增量上观测到的离散导频合成信号的详细的细微结构。注意此自相关函数的低电平在峰值之外。
图33表示该离散导频合成载波的对称旁瓣的细微结构。再次请注意此信号的自相关函数的很小数值位于主峰和此4个旁瓣波峰之外。
图34描述监测单元108的一个实施方案3400。天线3404接收GPS信号3402。GPS时间转换单元3406基于此GPS信号导出主时钟信号。为了确定DTV发射机时钟的偏移量，NCO(数控振荡器)码同步计时器3408A基于此主时钟信号导出一个主同步信号。此主同步信号能够包括DVB-T离散导频载波。在一个实施方案中，所有监测单元108中的NCO场同步计时器3408A同步到一个基础日期与时间。在单个监测单元108从用户装置102同样由此接收DTV信号的所有相同的DTV发射机接收DTV信号的实施方案中，不必为了确定用户位置而使监测单元108与任何其他监测单元同步。如果所的有监测站108或所有的DTV发射机都同步到一个公共时钟，则这样的同步也是不必要的。
DTV天线3412接收多个DTV信号3410。在另一个实施方案中使用多个DTV天线。放大器3414放大此DTV信号。一个或多个DTV调谐器3416A至3416N各自将所接收的DTV信号调谐到DTV频道从而产生一个DTV频道信号。多个NCO码同步计时器3408B至3408M各自接收其中一个DTV频道信号。NCO码同步计时器3408B至3408M各自从一个DTV频道信号中提取一个频道同步信号。此频道同步信号可包括DVB-T离散导频载波。在一个实施方案中，DVB-T信号之内的连续导频信号和符号时钟信号被用作捕获辅助。
多个加法器3418A至3418N各自产生主同步信号与其中一个频道同步信号之间的一个时钟偏移量。处理器3420使结果数据格式化并传送到DTV位置服务器110。在一个实施方案中，对于每个实测DTV频道，此数据包括DTV发射机的标识号、DTV频道号、DTV发射机的天线相位中心和时钟偏移量。此数据能够借助包括空中链路和因特网的多种手段中的任意一种进行传送。在一个实施方案中，此数据在DTV频道本身上以备用的MPEG分组进行广播。
在另一个实施方案中，接收机是基于软件的。例如，图18的接收机1800可以是编程的，以便处理此输入DTV信号。
下面描述对应于相干软件接收机由DSP 1714处理DTV频道信号。假定一个用于使抽样信号下变换的标称偏移频率。如果此信号被下变频到基带，该标称偏移量是0Hz。该处理基于信号s(t)的样值产生全部的自相关函数。对于低占空因数信号来说，该处理可以实施得远为更有效。令Ti是数据抽样的周期，ωin是被抽样入射信号的标称偏移量，而令ωoffset是由多普勒移位和振荡器频率漂移所导致的最大可能偏移频率。该处理实现下列伪码。
Rmax＝0
生成一个复合型代码信号：
scode(t)＝Ci(t)+jCq(t)其中Ci是描述同相基带信号的函数，Cq是描述正交基带信号的函数。
计算F{scode}*，其中F是傅里叶变换算符而*是共轭算子。
对于ω＝ωin-ωoffset至ωin+ωoffset步长
生成一个复合型混合信号：
smix(t)＝cos(ωt)+jsin(ωt)，t＝[0...Ti]
组合此入射信号s(t)和此混合信号smix(t)：
scomb(t)＝s(t)smix(t)
计算相关函数R(τ)＝F-1{F(scode)F(scomb)}
如果maxτ|R(τ)|＞Rmax，则Rmax←maxτ|R(τ)|，Rstore(τ)＝R(τ)
下一个ω
当退出此处理时，Rstore(τ)将存储入射信号s(t)和复合编码信号Scode(t)之间的相关关系。通过以更小的步长ω搜索可以使Rstore(τ)更加精细。ω的起始大小必须小于此时的奈奎斯特速率
Figure A0282138500441
的一半。产生最大相关输出的时间偏移τ被用作伪距。
额外的定位示例
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解可以进行各种修改而不脱离本发明的精神和范围。例如，针对某些ATSC和DVB-T数字电视信号已经描述了许多特定细节。然而，本发明也可应用于其他数字电视信号，包括日本综合业务数字广播-地面(ISDB-T)所规定的DTV信号。
作为另一示例，本发明可以通过数字电子线路或计算机硬件、固件、软件或其组合的方式实施。也可以在数字或模拟领域实施各种信号和信号处理技术。本发明的装置可以以计算机程序产品的形式实施，该计算机程序产品可被实质包含于机器可读存储装置中由一种可编程处理器执行。并且本发明的各个方法步骤可以由可编程处理器完成，该可编程处理器执行程序指令从而通过操作输入数据和产生输出来完成本发明的功能。有利的是，本发明可以以一个或多个计算机程序的形式实施，该计算机程序可在一个可编程系统上执行，所述可编程系统包括至少一个耦合到一数据存储系统的可编程处理器，用以从该数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并对它们传送数据和指令。每个计算机程序可以用高级程序程序设计语言或面向对象的程序设计语言实施，或在需要时以汇编或机器语言实施；在任何情况下，此语言可以是编译或解释的语言。适宜的处理器例如包括通用和专用的微处理器。通常处理器从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。通常计算机包括用于储存数据文件的一个或多个大容量存储装置；这样的装置包括磁盘，如内部硬盘和可装卸磁盘、磁光盘和光盘。适合于实质包含计算机程序指令和数据的存储装置包括所有形式的非易失性存储器，举例来说包括像EPROM、EEPROM、和闪速存储装置这样的半导体存储装置；像内部硬盘和可装卸磁盘、磁光盘、和光盘这样的磁盘。以上所述均可以由ASIC(专用集成电路)加以补充或与之结合。
作为另一示例，虽然描述了利用同相和正交频道跟踪ATSC信号的方法，然而显然可以只使用同相频道、只使用正交频道或任何这两者的组合来提供精确跟踪。
此外，显然存在着利用各种形式的常规延迟锁定环和借助于使用各种类型的匹配滤波器的多种跟踪DTV信号的方法。
本发明的实施方案在许多方面利用了DTV信号的低占空因数。例如，一种实施方案使用了时间选通延迟锁定环(DLL)，该延迟锁定环诸如公开于J.J.Spilker Jr.所著的“Digital Communications by Satellite”(Prentice-Hall，Englewood Cliffs NJ，1977，Chapter18-6)。其他实施方案则使用了DLL的变化方案，包括相干、非相干和准相干DLL，其例如公开于J.J.Spilker，Jr所著的“Digital Communications by Satellite”(Prentice-Hall，Englewood Cliffs NJ，1977，Chapter18)和B.Parkinson与J.Spilker，Jr.所著的“Global Positioning System-Theory and Applications”(AIAA，Washington DC，1996，Vol.1，Chapter17)，J.Spilker，Jr.所著的“Fundamentals of Signal Tracking Theory”。其他实施方案使用了各种型式的匹配滤波器如再循环型匹配滤波器。
作为最后的示例，在某些实施方案中，DTV位置服务器110使用在系统水平上可用的冗余信号，如可以从DTV发射机获得的伪距，以进行额外的核对从而确认每个DTV频道和伪距，并识别错误的DTV频道。一种这样的技术是常规的接收机自主完好性监视(RAIM)技术。
因此，其他实施例处于所附权利要求的范围之内。

Claims (34)

1.一种用于提供导航服务的方法，该方法包括：
访问一个装置的位置，该位置是根据该装置和多个数字电视(DTV)发射机之间的伪距确定的，而该伪距是由该装置从该DTV发射机接收到的广播DTV信号计算出的；并且
根据该装置的位置提供导航信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该导航信息包括在该装置周围邻近地区的地图。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该导航信息包括该装置的位置与第二位置之间的方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该第二位置是由该装置的用户确定的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中该导航信息包括该装置的位置与第二装置的位置之间的方向，其中该第二装置的位置是根据该第二装置与多个DTV发射机之间的伪距确定的，而该伪距是从该第二装置从该DTV发射机接收到的广播DTV信号计算出来的。
6.根据权利要求1所述的方法，更进一步包括：
周期性地访问该装置的更新位置；并且
根据该更新位置，周期性地提供更新的导航信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其中提供导航信息包括：
该装置提供该导航信息。
8.根据权利要求1所述的方法，其中访问该装置的位置包括：
从DTV位置服务器接收该位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中提供导航信息包括；
服务提供者系统根据该装置的位置检索该导航信息；并且
该服务提供者系统将该导航信息传送给该装置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中提供导航信息包括；
服务提供者系统根据该装置的位置确定用于导航信息的密钥代码；该密钥代码启动检索该导航信息；并且
该服务提供者系统将该密钥代码传送给该装置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该DTV信号是美国电视标准委员会(ATSC)信号。
12.根据权利要求1所述的方法，其中该DTV信号是欧洲无线电通信标准协会数字视频广播-地面(DVB-T)信号。
13.一种用于提供导航服务的装置，包括；
装置，用于访问一个装置的位置，该位置是根据该装置和多个数字电视(DTV)发射机之间的伪距确定的，而该伪距是由该装置从该DTV发射机接收到的广播DTV信号计算出的；和
装置，用于根据该装置的位置提供导航信息。
14.根据权利要求13所述的装置，其中该导航信息包括在该装置周围邻近地区的地图。
15.根据权利要求13所述的装置，其中该导航信息包括该装置的位置与第二位置之间的方向。
16.根据权利要求15所述的装置，其中该第二位置是由该装置的用户确定的。
17.根据权利要求13所述的装置，进一步包括；
装置，用于周期性地访问该装置的更新位置；和
装置，用于根据该更新位置，周期性地提供更新的导航信息。
18.根据权利要求13所述的装置，其中该DTV信号是美国电视标准委员会(ATSC)信号。
19.根据权利要求13所述的装置，其中该DTV信号是欧洲无线电通信标准协会数字视频广播-地面(DVB-T)信号。
20.根据权利要求13所述的装置，其中该DTV信号是日本综合业务数字广播-地面(ISDB-T)信号。
21.根据权利要求13所述的装置，其中该装置位于车辆上。
22.根据权利要求21所述的装置，其中该车辆是汽车或者载重汽车。
23.根据权利要求13所述的装置，其中该装置位于移动电子装置上。
24.根据权利要求23所述的装置，其中该移动电子装置是移动电话。
25.根据权利要求23所述的装置，其中该移动电子装置是个人数字助理。
26.一种计算机软件产品，包括存储在计算机可读介质上的指令，用以执行一种方法，该方法包括；
访问一个装置的位置，该位置是根据该装置和多个数字电视(DTV)发射机之间的伪距确定的，而该伪距是由该装置从该DTV发射机接收到的广播DTV信号计算出的；并且
根据该装置的位置提供导航信息。
27.根据权利要求26所述的计算机软件产品，其中该导航信息包括围绕该装置本地附近的一个地图。
28.根据权利要求26所述的计算机软件产品，其中该导航信息包括该装置的位置与第二位置之间的方向。
29.根据权利要求28所述的计算机软件产品，其中该第二位置是由该装置的用户确定的。
30.根据权利要求25所述的计算机软件产品，该被执行的方法进一步包括；
周期性地访问该装置的更新位置；并且
根据该更新位置，周期性地提供更新的导航信息。
31.一种系统，用于根据一个装置的位置提供导航服务，该系统包括；
装置，用于从多个DTV发射机接收广播DTV信号；
DTV位置服务器，用于根据该装置和该DTV发射机之间的伪距确定该装置的位置，该伪距是从接收到的DTV信号计算出的；和
服务提供者系统，用于根据该装置的位置提供导航信息。
32.根据权利要求31所述的系统，其中该装置通过提供该导航信息而起到该服务提供者系统的作用。
33.根据权利要求31所述的系统，其中：
该装置通过根据该伪距确定该位置而起到该DTV位置服务器的作用；而且
该装置通过提供该导航信息而起到该服务提供者系统的作用。
34.根据权利要求31所述的系统，其中：
该装置通过根据该伪距确定该位置而起到该DTV位置服务器的作用。
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