CN1650665A - 无线电系统、装置和操作该无线电系统的方法 - Google Patents

无线电系统、装置和操作该无线电系统的方法 Download PDF

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Abstract

在包括至少一个主站(MS)和多个副站(SS)的无线电系统中确定副站(SS)相对位置的方法，该方法包括为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的主站和为其它站发射的信号时间标记及其相应测量到的接收质量建立日志的活动副站(SS)。活动副站中的一个将其日志转发到主站，主站将所接收日志中的时间标记与主日志中的时间标记相互关联以便确定发射机的标识，并利用所接收日志中的测量的信号质量指示确定副站相对于已识别出的发射机的位置的相对位置。

Description

无线电系统、装置和操作该无线电系统的方法
本发明涉及无线电系统、用于该系统的装置、以及操作该无线电系统的方法，特别但不专门用于确定无线电单元或站在无线电系统中的位置。
无线电定位系统是众所周知的，它包括三角测量，其中方向是根据至少两个信号源确定的，并且位置被确定在两个方向的交叉点上。
欧洲专利说明书EP 1 111 951 A2公开了一种无线系统，例如DECT(数字增强型无绳电话)或无线LAN，系统包括多个基站，每个基站发送唯一的基站标识符。待确定位置的移动站对至少三个基站发出的下行信号进行信号质量测量，例如接收信号强度或比特误码率。移动站将这些信号的质量测量和相应的基站标识符一起报告给服务器，服务器将信号质量测量与通信系统覆盖区域内的基站的布局结构图相互关联在一起。然后，服务器就可以确定移动装置的相对位置，并使得相对位置信息对于请求的客户是可用的，例如PC。
这种系统打算用于相对较大的场合，例如办公室，为了提供充分连续的无线电覆盖区域，这种场合要求无线网络具有按照一定策略布置的基站。同样，对于所述的系统，重要的是移动站在足够长的时间内保持加电状态，以便记录基站标识。这种系统不适用于在相对较小的网络中定位，例如在家庭中使用的网络，其中也许只有一个基站，并且移动单元也是廉价的低功率无线电设备，例如配备了钥匙环的设备。
本发明的目的是提供一种简单、可靠、低成本的无线电定位系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种包含至少一个主站和多个副站的无线电系统，主站具有为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的装置，每个副站具有为接收到的信号时间标记连同它们的测量质量建立日志的装置和至少将其部分日志转发到主站的装置，主站还包括将转发到它的日志中的时间标记与它的主日志中的时间标记相互关联以便识别出产生所接收信号的发射机、以及利用所接收日志中的信号质量测量确定副站相对位置的装置。
根据本发明的第二方面，提供了一种在包括至少一个主站和多个副站的无线电系统中确定副站相对位置的方法，该方法包括为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的主站和为其它站发射的信号时间标记及它们各自测量到的接收质量建立日志的活动副站，活动副站中的一个将其日志转发到主站，主站将所接收日志中的时间标记与主日志中的时间标记相互关联以便确定发射机的标识，并利用所接收日志中的测量的信号质量指示确定副站相对于已识别出的发射机位置的相对位置。
如果需要，副站测量所接收信号的RSSI。这样做的优点是副站只需要为测量信号强度而保持上电状态，这非常简单而且不必确定发射信号的站的标识。对于副站，这避免了与所接收信号保持同步并对其解调和解码的要求，这节省了电池的电力消耗。其它已知的测量无线电信号质量的方法包括比特误码率(BER)、到达相位(POA)、到达时间(TOA)和到达频率(FOA)。
可选地，主日志可以存储一些固定部件在受监控区域内的相对位置，例如诸如高保真系统、烟雾报警器、安全传感器、光开关、中央加热控制器之类的固定设备，，副站的位置是相对于至少一个固定部件指明的。
副站的位置可以可视化地显示，例如作为在电视接收机屏幕上的消息。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于具有多个副站的无线电系统的主站，该主站包括接收装置、为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的装置、将多个副站中的一个转发给它的日志中的时间标记与它的主日志中的时间标记相互关联以便识别出产生所接收信号的发射机并利用所接收日志中的信号质量测量确定副站相对位置的装置。
根据本发明的第四方面，提供了用于包括一个主站和多个副站的无线电系统的副站，副站包括接收装置、为所接收到的信号时间标记及其测量的质量建立日志的装置和将日志的至少一部分转发到主站的装置。
现在将通过实例，并参考附图详细描述本发明，其中：
图1是无线LAN的示意框图，
图2是副站的示意框图，
图3是主站的示意框图，
图4是根据本发明方法的实施例的流程图。
在附图中，相同的参考数字用来表示相对应的部件。
参考图1，所示的无线LAN使具有可以合并在蜂窝/无绳电话中的遥控器10的用户能够控制和/或监视一些用具的运行情况，例如电视(TV)接收机12、高保真系统14、盒式磁带录像机(VCR)16、台灯18和安全传感器20。该无线LAN可以根据已知的协议运行，例如蓝牙、注册商标、ZigBee或IEEE 802.11。由于这些协议的细节都已公布，所以将不再对其进行进一步的讨论，因为这与对本发明的理解没有关系。
为了确定位置，无线电单元与其位置或地点需要为用户已知的物品联系在一起。在所示实施例中，示出的该无线电单元不仅附在名义上的固定用具12到20上，而且附在诸如遥控器10和钥匙22之类的移动设备上。
无线电系统的体系结构是围绕主站MS配置的，在图1中该主站安装并连接到TV接收机12和多个副站SS上。在描述主副站的实施例之前，先简要描述系统的工作过程。确定位置/地点的基本原理取决于主站MS，主站MS根据一些已知发射机发出的无线电信号的质量例如强度确定用具或物品的位置/地点，该无线电信号的质量由副站SS接收并存储在日志中，该日志通过无线电转发到主站MS。当副站是低功耗无线电单元时，所期望的是副站的导通时间尽可能地短。考虑到这一目的，根据本发明的方法假定副站接收信号的时间与传送该信号的时间相关联，这可以是按照规则的间隔或随机地出现，因此对于副站不需要为了解调所接收的信号并解码该信号以便确定发射机的标识而始终保持上电状态。然而，如果节电不是首要因素，那么所接收的信号质量就可以利用需要对所接收信号进行某种处理的技术确定，例如比特误码率(BER)、到达相位(POA)、到达时间(TOA)和到达频率(FOA)。
每次发射机中的一台发射信号，主站MS根据发射信号记录发射机的标识和发射时间(时间标记)，并将该信息存储在主日志中。副站SS在活动时检测任何在其范围内的发射信号，并记录时间和信号质量，通常是接收到的无线电信号强度(RSS)，其值取决于发射机距离和发射功率的，副站SS并将发射时间(时间标记)和无线电信号强度指示(RSSI)存储在自己的日志中。因为只测量RSS，所以不需要解调信号或获取发射机标识符。因此附在用具12-20上的无线电单元不需要全部使用相同的无线LAN协议运行，例如蓝牙、ZigBee和IEEE 802.11，而是可以采用不同的协议，所以不需要多个副站SS运行一种公共协议。此外，因为对于待确定位置的副站，不需要解调其它副站发射的信号，这样的副站不需要遵守与其它副站相同的协议。只要合适或需要，副站SS就将其日志转发到主站MS。主站MS中的处理器将副站日志中的时间标记记录与主日志中的相互关联，并确定发射机的标识和它们相应的发射功率。利用该信息以及副站日志中的相应RSSI，就可以确定副站的位置/地点。
可选地，发射机的额定输出功率与其标识也由主站MS存储，当从多个发射机中的一个收到无线电信号时，就记录它的信号强度并与额定输出功率相比较，由此确定发射机是否令人满意地工作和/或是否已经偏离先前位置。如果对发射机的性能存在任何的疑问，那么就可以在计算副站的位置时忽略它。
参考图2，副站SS包括一个收发机，该收发机包括连接到接收机(Rx)级26的输入端和发射机(Tx)级28的输出端的天线24。RSS测量级30连接到Rx级26。RSS级30产生提供给微处理器32的RSSI。时钟34连接到微处理器32。微处理器32将RSSI和收到的时间转发到由RAM构成的日志36，该RAM具有成对的存储位置38A、40A到38n、40n、分别用于存储时间和RSSI。在另一未示出的可选配置中，接收机级26和RSS级30具有连接到天线14的输入端和连接到微处理器32的相应输入端的输出端。
微处理器32还连接到调制器42，该调制器42将从日志36中读出的记录调制到由Tx 28向前传送到主站MS的载波上。
参考图3，主站MS的体系结构稍稍不同于副站SS。为了简化，下面只描述不同的部分。微处理器32连接到第一存储器(RAM)44、第二存储器(RAM)和第三存储器(RAM)52，第一存储器(RAM)44具有用于存储发射机标识及其相应位置的成对的存储位置，可选地也可以存储其输出功率，第二存储器(RAM)起主日志46的作用，它具有分别用于存储多个发射机中的一个的发射时间及其标识的成对的存储位置48A、50A至48n、50n，第三存储器(RAM)52具有用于存储已转发到主站MS的副站日志的时间和RSSI的成对的存储位置。第一、第二和第三存储器可以是较大RAM中的各个区域，该RAM可以是一个集成电路或一些其它适宜的存储设备，例如计算机硬盘。主日志46与第三存储器52中的记录之间的相互关联由微处理器32完成，随后该微处理器产生可以显示在TV接收机12上的位置/地点信息，该信息被传送到遥控器10或作为文字消息发送到蜂窝电话或作为电子邮件发送到WAP电话或个人计算机。
图4所示的流程图示出实现根据本发明的方法的实施例的处理步骤。方框60涉及在第一存储器44(图3)中存储发射机标识、位置以及可选地额定或测量输出功率的主站MS。方框62涉及接收发射信号、识别发射机并将其发射时间作为时间标记进行记录的主站。方框64表示向主日志46(图3)添加记录。在方框62、64所示的操作之后是将方框64的输出反馈到方框62的输入。
同时，方框66表示副站SS，其接收发射信号并测量RSS和时间。方框68表示每个副站SS，其在它的日志36(图2)中存储RSSI和相应的时间标记。方框66、68表示的过程也是一个重复过程。
方框70表示命令多个副站中的一个转发其日志的主站MS。方框72表示转发来自其日志和第三存储器52(图3)中存储的记录的各个副站。方框74涉及将转发的时间标记与主日志46中的时间标记相互关联并确定发射机标识的主站MS。方框76表示主站MS中计算副站SS位置/地点的微处理器32。最后，方框78表示将已确定的位置/地点通知用户的主站。
可选地，如果相互关联时间标记或计算副站SS的位置导致不确定性，那么这种不确定性就通过主站MS测量副站SS发射的信号的飞行时间并根据该飞行时间计算副站SS的距离得以解决。
下例示出根据本发明的实用方法。家庭自动无线电系统工作在家庭环境中。集成在TV接收机中单个主站用于在多个低功率副站之间发送信号。多个副站需要位置信息，因而具有适当的监测和维护所接收信号强度以及相应时间标记的日志的功能。经过先前的30分钟，这些副站已经记录了房间内存在的所有信号。这包括从安全传感器、高保真系统、灯开关、遥控器、中央加热控制器等等发出的信号。用户请求一个或一串钥匙的位置指示，例如图1中的钥匙22。主站MS请求与钥匙22相关的副站SS上载RSSI和时间标记的日志，并将其与所有近期活动发射机的主日志中的记录交叉对照。在高保真系统14(图1)和安全传感器20(图1)之间计算到了高度相关性。消息就闪现在TV接收机12的屏幕上，表示钥匙可能在高保真系统14和天花板上的安全传感器20之间的中途。
如果用户为主站MS提供更加有意义的家具项的位置信息，那么主站就可以为用户产生这样的建议，钥匙可能在比如高保真单元上面的架子上。
本发明可以嵌入到无线系统，无论是主从体系还是对等体系，因为它提供了一种低功率的解决方案，其中数据的关键处理和交叉对照是在单个位置完成的。这使网络间的数据传送量最少，并允许设备进入“睡眠”模式，因为RSSI的测量可以由独立的电路监测和记录。
在本发明的说明书和权力要求中，每个单元前面的单词“一”或“一个”并不排除表示出现多个这种单元。此外，单词“包括”并不排除出现除所列单元或步骤以外的其它单元或步骤。
通过阅读本公开，其它修改对于本领域的技术人员是显然的。这种修改可以包括其它特征，该特征在无线LAN和为此的元部件的设计、制造和使用中已经周知以及可以替换或补充到已经在此描述的特征中。

Claims (7)

1.包含至少一个主站和多个副站的无线电系统，主站具有为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的装置，每个副站具有为接收到的信号时间标记及其测量到的质量一起建立日志的装置和至少将其部分日志转发到主站的装置，主站还包括将转发到它的日志中的时间标记与它的主日志中的时间标记相互关联，以便识别出产生所接收信号的发射机、以及利用所接收日志中的信号质量测量确定副站相对位置的装置。
2.在包括至少一个主站和多个副站的无线电系统中确定副站相对位置的方法，该方法包括为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的主站和为其它站发射的信号时间标记及其测量到的接收质量建立日志的活动副站，活动副站中的一个将其日志转发到主站，该主站将所接收日志中的时间标记与主日志中的时间标记相互关联以便确定发射机的标识，并利用所接收日志中的测量的信号质量指示确定副站相对于已识别出的发射机的位置的相对位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于副站测量接收信号的RSSI。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于主日志至少存储在所监视空间内的一些固定部件的相对位置，以及副站的位置是相对于至少一个固定部件指出的。
5.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于副站的位置是以可视化的方式指示的。
6.用于具有多个副站的无线电系统的主站，该主站包括接收装置、为活动站发射的信号时间标记及其标识建立主日志的装置、将多个副站中的一个转发到它的日志中的时间标记与它的主日志中的时间标记相互关联以便识别出产生所接收信号的发射机并利用所接收日志中的信号质量测量确定副站相对位置的装置。
7.用于包括一个主站和多个副站的无线电系统的副站，该副站包括接收装置、为所接收到的信号时间标记和它们所测量的质量建立日志的装置和至少将日志的一部分转发到主站的装置。
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