專利名稱：用于本地定位的雙向測(cè)距系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及定位系統(tǒng)，更具體地說涉及用于操作其中多個(gè)設(shè)備彼此交換消息的定位系統(tǒng)，以允許至少這些設(shè)備之一基于從所述系統(tǒng)中的至少另一個(gè)設(shè)備接收的消息中的信息和該消息的到達(dá)時(shí)間來確定該另一個(gè)設(shè)備的相對(duì)位置的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
本地定位系統(tǒng)正成為需要導(dǎo)航功能的移動(dòng)設(shè)備，尤其是自控機(jī)車和精密構(gòu)造儀器應(yīng)用中的重要使能器。全球定位系統(tǒng)(如GPS)僅提供中等精度的位置信息，通常不好于10厘米，并且要求天空到近地平線都有清晰的能見度。本地定位系統(tǒng)(具有分布在工作容積內(nèi)的有源或無源組件)可允許更精確(＜1厘米)的定位，并允許用戶按需擴(kuò)展系統(tǒng)以在甚至最復(fù)雜的封閉幾何體中工作。
常規(guī)的本地定位系統(tǒng)包括聲學(xué)和激光測(cè)距系統(tǒng)。聲學(xué)系統(tǒng)通常使用應(yīng)答器信標(biāo)來測(cè)量設(shè)備網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的距離，其中一些設(shè)備被固定以形成本地坐標(biāo)系。遺憾的是，由于聲音通過空氣傳播的特性，聲學(xué)系統(tǒng)只能測(cè)量達(dá)到一厘米或以上精度的距離，且僅能在相對(duì)較短的距離上進(jìn)行測(cè)量?；诩す獾谋镜囟ㄎ幌到y(tǒng)利用設(shè)備與一個(gè)或多個(gè)反射物體(如棱柱體)之間的角度和距離的測(cè)量值來對(duì)該設(shè)備的位置執(zhí)行三角測(cè)量或三邊測(cè)量。但是，激光系統(tǒng)目前采用昂貴的定向機(jī)制，這可能使系統(tǒng)成本達(dá)到30k美元或以上。
能夠?qū)?D或3D位置確定到幾毫米精度的相對(duì)低成本(≤2000美元)的本地定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)可用于諸如精密室內(nèi)和室外構(gòu)造、開采、精密耕種和體育場修草和整理之類應(yīng)用的很大一系列產(chǎn)品。本發(fā)明克服了常規(guī)本地定位系統(tǒng)的成本和精度局限。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了一種成本低但精度高的本地定位系統(tǒng)。設(shè)備之間交換射頻(RF)信號(hào)，以確定設(shè)備之間的飛行時(shí)間。RF信號(hào)的傳播速度不像聲信號(hào)那樣隨環(huán)境狀況有非常大的變化，由此提供優(yōu)異的測(cè)距精度。用于交換信號(hào)的RF天線的空間波束寬度基本上比激光的要寬，從而無需昂貴的定向機(jī)制。
在優(yōu)選實(shí)施例中，定位系統(tǒng)包括之間交換RF信號(hào)的多個(gè)設(shè)備。每個(gè)設(shè)備包括用于與其余設(shè)備交換RF信號(hào)的收發(fā)器。每個(gè)設(shè)備的收發(fā)器在指配給其余設(shè)備的時(shí)隙期間定期地從每個(gè)其余設(shè)備接收消息。每個(gè)設(shè)備還包括用于生成本地時(shí)鐘信號(hào)的本地時(shí)鐘以及用于確定來自每個(gè)其余設(shè)備的消息相對(duì)于本地時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)時(shí)間的接收器邏輯。每個(gè)設(shè)備中還存在發(fā)送器邏輯，用于在指配給該設(shè)備的時(shí)隙期間定期地向其余設(shè)備發(fā)送消息，每個(gè)發(fā)送的消息包含表示至少所述其余設(shè)備之一的確定的到達(dá)時(shí)間的信息。從每個(gè)其余設(shè)備接收到的消息包含表示所述接收設(shè)備發(fā)送的相應(yīng)消息到達(dá)所述其余設(shè)備的到達(dá)時(shí)間的信息。最后，至少系統(tǒng)中所述設(shè)備之一還包括測(cè)距邏輯，用于確定至若干所述其余設(shè)備的相應(yīng)距離，所確定的至所述其余設(shè)備中相應(yīng)設(shè)備的距離是依據(jù)與所確定的來自所述其余設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間和從所述其余設(shè)備接收的消息中的到達(dá)時(shí)間信息的函數(shù)關(guān)系來確定的。
在一些實(shí)施例中，設(shè)備的本地時(shí)鐘包括以本地振蕩器控制的速率更新的計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器生成本地時(shí)間值。在這些實(shí)施例中，所述設(shè)備包括含存儲(chǔ)調(diào)整值的寄存器的時(shí)鐘控制邏輯以及響應(yīng)所述寄存器中的調(diào)整值以生成受控時(shí)鐘信號(hào)的模擬時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。所述受控時(shí)鐘信號(hào)近似與所述其余設(shè)備之一的本地時(shí)鐘同步。
在設(shè)備包括時(shí)鐘控制邏輯的一些實(shí)施例中，所述設(shè)備的接收器邏輯配置為利用所述受控時(shí)鐘信號(hào)來確定所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿(例如與信號(hào)向上轉(zhuǎn)換或向下轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián)的過零)和從所述其余設(shè)備之一接收的消息中的沿之差。在這些實(shí)施例中的部分實(shí)施例中，包括時(shí)鐘控制邏輯的所述設(shè)備包括用于根據(jù)所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿與來自所述多個(gè)設(shè)備中的另一個(gè)設(shè)備接收的消息中的沿之差來更新所述寄存器中存儲(chǔ)的調(diào)整值的邏輯。
在設(shè)備包括時(shí)鐘控制邏輯的一些實(shí)施例中，所述設(shè)備的接收器邏輯包括至少一個(gè)加窗濾波器，用于在相對(duì)于所述受控時(shí)鐘信號(hào)確定的窗口時(shí)間幀期間對(duì)接收信號(hào)積分。在這些實(shí)施例中的部分實(shí)施例中，所述加窗濾波器所用的窗口時(shí)間幀是不同時(shí)長的窗口時(shí)間幀序列，在時(shí)間間隔序列期間用于對(duì)所述接收信號(hào)積分。有時(shí)，所述窗口時(shí)間幀序列中的最后窗口時(shí)間幀至少比所述窗口時(shí)間幀序列中的第一窗口時(shí)間幀小100倍。
附圖簡介通過結(jié)合附圖理解如下詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求，將更容易清楚本發(fā)明的其它目的和特征。


圖1以示意圖說明雙向測(cè)距。
圖2是具有多于兩個(gè)設(shè)備的雙向定位系統(tǒng)的示意圖。
圖2A是具有至少四個(gè)設(shè)備的雙向定位系統(tǒng)的示意圖，其中三個(gè)靜態(tài)設(shè)備的位置是已知的。第四個(gè)可能的移動(dòng)設(shè)備的位置根據(jù)第四個(gè)設(shè)備到其他三個(gè)設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備的距離來確定。
圖3是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一(例如圖2所示的Di)的收發(fā)器的框圖。
圖4以時(shí)序圖說明圖2所示具有三個(gè)設(shè)備的示范系統(tǒng)中設(shè)備之間的RF信號(hào)交換。
圖5以時(shí)序圖說明根據(jù)其中定位系統(tǒng)包括8個(gè)設(shè)備的實(shí)施例，用于定期地發(fā)送消息的時(shí)隙的位置和結(jié)構(gòu)。
圖6說明對(duì)接收到的RF信號(hào)執(zhí)行W加窗積分和Q加窗積分以消除多徑干擾的操作。
圖7是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)塊的框圖。
圖8是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)塊的框圖。
圖9是所述設(shè)備之一的合成器的框圖。所述合成器生成受控時(shí)鐘信號(hào)，該受控時(shí)鐘信號(hào)近似與定位系統(tǒng)中其余設(shè)備之一的本地時(shí)鐘同步。
圖10是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的部分時(shí)鐘控制邏輯的框圖，包括用于存儲(chǔ)調(diào)整值的寄存器。
圖11是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的PLL和濾波器的框圖。
圖12是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的載波環(huán)路的框圖。
圖13是定位系統(tǒng)中設(shè)備之一的匹配濾波器的框圖。
圖14是所述設(shè)備之一中用于確定TDM突發(fā)中信息比特的相對(duì)位置的突發(fā)對(duì)齊電路。
在多個(gè)附圖中，同樣的引用號(hào)指相應(yīng)的部分。
本發(fā)明的詳細(xì)說明許多常規(guī)本地定位系統(tǒng)采用從發(fā)送器發(fā)往接收器的信號(hào)的飛行時(shí)間測(cè)量值來確定發(fā)送器和接收器之間的相應(yīng)距離。在一些系統(tǒng)中，接收器設(shè)在位置未知的設(shè)備上，而發(fā)送器設(shè)在位置已知的設(shè)備上。如果有足夠數(shù)量的位置已知的設(shè)備，則位置未知的設(shè)備可以從位置未知的每個(gè)設(shè)備接收傳輸信息，從而確定從這些設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備起的飛行時(shí)間，確定至這些設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備的距離，隨后以三邊測(cè)量法確定其自己的位置。
對(duì)于利用發(fā)送信號(hào)的到達(dá)時(shí)間確定發(fā)送器與接收器之間的飛行時(shí)間的接收器而言，接收器必須知道發(fā)送器發(fā)送信號(hào)的時(shí)間。在一些定位系統(tǒng)中，發(fā)送器可以在預(yù)先與接收器協(xié)商好且接收器已知的時(shí)間發(fā)送。在其他系統(tǒng)中，發(fā)送器可以將發(fā)送信號(hào)的時(shí)間編碼到信號(hào)本身里。在這兩種情況中，發(fā)送器和接收器都需要據(jù)以測(cè)量時(shí)間的本地時(shí)間基準(zhǔn)。除非發(fā)送器和接收器的時(shí)間基準(zhǔn)同步，否則接收器確定的任何飛行時(shí)間都將有很大的誤差。在本地定位系統(tǒng)中，發(fā)送器和接收器一般駐留在不同的設(shè)備上，因此難以同步。
為了消除使定位系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)同步的需要，本發(fā)明的一些實(shí)施例采用雙向測(cè)距。圖1是說明雙向測(cè)距的示意圖。定位系統(tǒng)100包括兩個(gè)設(shè)備D1和D2。每個(gè)設(shè)備包含接收器102、發(fā)送器104和用于生成本地時(shí)間信號(hào)的本地時(shí)鐘106。每個(gè)設(shè)備在指配給特定設(shè)備的時(shí)間發(fā)送RF信號(hào)。D1在時(shí)間ToT1發(fā)送RF信號(hào)，此時(shí)間是相對(duì)于D1的本地時(shí)間信號(hào)測(cè)量的。該信號(hào)隨后在D2上于時(shí)間ToA2被接收，此時(shí)間是相對(duì)于D2的本地時(shí)間信號(hào)測(cè)量的。此外，D2于時(shí)間ToT2發(fā)送RF信號(hào)，此時(shí)間是相對(duì)于D2的本地時(shí)間信號(hào)測(cè)量的。該信號(hào)隨后在D1上于時(shí)間ToA1被接收，此時(shí)間是相對(duì)于D1的本地時(shí)間信號(hào)測(cè)量的。
已知RF信號(hào)的傳播速度c在真空里為3.0×108米/秒。在典型的大氣條件下，RF信號(hào)的傳播速度偏離此值小于300ppm(百萬分之幾)。利用有關(guān)高度和其他環(huán)境因素的信息，可以將RF信號(hào)在定位系統(tǒng)的環(huán)境中的傳播速度確定在100ppm以內(nèi)。因此，可以利用兩個(gè)設(shè)備之間飛行時(shí)間的精確估計(jì)(如果可以得到的話)精確地估計(jì)兩個(gè)設(shè)備之間的距離。
為了在雙向測(cè)距系統(tǒng)中精確地確定飛行時(shí)間，在一些實(shí)施例中，D1的本地時(shí)間信號(hào)視為“準(zhǔn)確的”時(shí)間。在這些實(shí)施例中，D1的本地時(shí)間信號(hào)可以在精度上優(yōu)于系統(tǒng)中其余設(shè)備的精度。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)中所有設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)可能同樣不準(zhǔn)確。假定D1的本地時(shí)間被視為“準(zhǔn)確的”時(shí)間，則D2測(cè)量的時(shí)間將偏離某個(gè)量ΔT。因此，信號(hào)從D1發(fā)送到D2的真實(shí)飛行時(shí)間是ToA2+ΔT-ToT1。同樣地，信號(hào)從D2發(fā)送到D1的真實(shí)飛行時(shí)間是ToA1-ToT1-ΔT。時(shí)鐘之間的偏移量ΔT是未知參量，它阻礙僅根據(jù)單獨(dú)測(cè)量的任一飛行時(shí)間來精確地確定距離。作為替代，檢驗(yàn)相對(duì)于D1的本地時(shí)間信號(hào)測(cè)量的平均飛行時(shí)間([ToA2+ΔT-ToT1]+[ToA1-ToT2-ΔT])/2＝(ToA2+ToA1-ToT1-ToT2)/2，表明時(shí)鐘之間的偏移ΔT所致誤差被消除。因此，距離r的精確估計(jì)由RF信號(hào)的傳播速度乘以平均飛行時(shí)間給出r＝c([ToA2-ToT1]+[ToA1-ToT2])/2.
以上討論說明雙向測(cè)距的基本原理。最好定位系統(tǒng)中的單個(gè)設(shè)備(例如移動(dòng)設(shè)備)能夠自己計(jì)算距離。為了在由多個(gè)設(shè)備構(gòu)成的定位系統(tǒng)中采用雙向測(cè)距，必須已知到達(dá)兩個(gè)設(shè)備的時(shí)間才能精確計(jì)算距離。在一些實(shí)施例中，通過讓D2將它的到達(dá)時(shí)間(ToA2)信息編碼到發(fā)往D1的RF信號(hào)中，便允許由D1執(zhí)行雙向測(cè)距。然后D1將該信息解碼，并結(jié)合它測(cè)量的到達(dá)時(shí)間(ToA1)來確定至D2的距離。
雙向定位系統(tǒng)中出現(xiàn)的另一個(gè)復(fù)雜性是設(shè)備本地時(shí)間信號(hào)之間存在頻率或速率偏差。如果除記錄到達(dá)時(shí)間外，這些設(shè)備還記錄到達(dá)頻率，則可以減輕該誤差?？梢詼y(cè)量相對(duì)于接收器的時(shí)基的到達(dá)頻率，例如通過載波鎖相環(huán)(PLL)來測(cè)量，并且可將其用于估計(jì)發(fā)送設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)與接收設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)之間的分?jǐn)?shù)時(shí)率差(fractional time-rate difference)。如果兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)同樣可能正確地表示它們的標(biāo)稱頻率，則兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間信號(hào)之間的平均時(shí)率是可獲得的最佳時(shí)間基準(zhǔn)。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備具有另一個(gè)設(shè)備的相對(duì)頻率測(cè)量結(jié)果，所以每個(gè)設(shè)備可以計(jì)算頻率因子，以將任何時(shí)間測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成公用的一秒定義。
在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)設(shè)備上通過對(duì)從每個(gè)其余設(shè)備接收到的消息的到達(dá)頻率取平均值來計(jì)算系統(tǒng)范圍的一秒定義。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)中設(shè)備之一具有基本上比系統(tǒng)中其余設(shè)備的本地時(shí)間值更準(zhǔn)確的本地時(shí)間值。系統(tǒng)中的所有設(shè)備隨后采用來自該設(shè)備的測(cè)量的到達(dá)頻率信息，參照這些設(shè)備的本地時(shí)間值商定公用的一秒定義。
接著，解釋具有兩個(gè)以上設(shè)備的定位系統(tǒng)的實(shí)施例中的雙向測(cè)距操作。圖2是定位系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200包括多個(gè)設(shè)備D1、D2和D3。雖然圖2中僅示出三個(gè)此類設(shè)備，但在其他實(shí)施例中可以有更多或更少的設(shè)備。在一些實(shí)施例中，所用設(shè)備的數(shù)量將足以實(shí)現(xiàn)清楚地確定這些設(shè)備之一相對(duì)于已勘測(cè)位置的設(shè)備的位置。例如，在圖2A中，定位系統(tǒng)中有四個(gè)設(shè)備D1、D2、D3和D4。假定D1、D2和D3的位置已知(例如通過預(yù)先勘查它們)，設(shè)備D1、D2和D3不在一條直線上，并且所有設(shè)備位于二維平面內(nèi)，則有可能根據(jù)已知的設(shè)備間距離d14、d24和d34以及設(shè)備D1、D2和D3的位置來清楚地確定D4的位置。用于此目的的算法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。請(qǐng)參見例如“最小最大長度三角測(cè)量的二次時(shí)間算法”(″Quadratic timealgorithm for the minmax length triangulation，″H.Edelsbruneer andT.S.Tan，pp.414-423in Proceedings of the 32nd Annual Symposium onFoundations of Computer Science，1991，San Juan，Puerto Rico)，此文獻(xiàn)通過引用全部結(jié)合于本文中。在其他實(shí)施例中，這些設(shè)備不一定全在同一二維平面內(nèi)。在這些實(shí)施例中，必須已知至少四個(gè)非共面設(shè)備的位置，才能根據(jù)第五個(gè)設(shè)備與前四個(gè)設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備之間的已知距離來清楚地確定該第五個(gè)設(shè)備的位置。
再參考圖2，在一些實(shí)施例中，設(shè)備D1、D2和D3彼此之間交換RF信號(hào)202。D1從設(shè)備D2接收傳輸206中的RF信號(hào)202。傳輸206中的消息包含表示從設(shè)備D1到設(shè)備D2的較早傳輸204的到達(dá)時(shí)間的信息。D1利用傳輸206到達(dá)設(shè)備D1的到達(dá)時(shí)間連同表示傳輸204的到達(dá)時(shí)間的信息來確定從D1到D2的距離。同樣地，D1接收來自D3的傳輸210。傳輸210包含表示從設(shè)備D1到設(shè)備D2的較早傳輸208的到達(dá)時(shí)間的信息。D1利用傳輸210到達(dá)設(shè)備D1的到達(dá)時(shí)間連同表示傳輸208的到達(dá)時(shí)間的信息來確定從D1到D3的距離。在一些實(shí)施例中，一個(gè)以上的設(shè)備包括用于確定系統(tǒng)中設(shè)備之間距離的測(cè)距邏輯。例如，在圖2中，設(shè)備D2從設(shè)備D3接收傳輸214。傳輸214包含表示從設(shè)備D2到設(shè)備D3的傳輸212的到達(dá)時(shí)間的信息。D2隨后采用測(cè)距邏輯來基于傳輸214的到達(dá)時(shí)間以及傳輸214中包含的到達(dá)時(shí)間信息來確定從D2到D3的距離。
這樣，定位系統(tǒng)中的設(shè)備確定從其余設(shè)備接收到的消息的到達(dá)時(shí)間，并將在該消息中發(fā)送的到達(dá)時(shí)間信息解碼。此外，設(shè)備可以向系統(tǒng)中其余設(shè)備發(fā)送包含表示來自系統(tǒng)中其余設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間的信息的消息。參考圖3，設(shè)備300包括多個(gè)用于接收、處理和發(fā)送RF信號(hào)的功能塊。天線302從定位系統(tǒng)中其余設(shè)備接收RF信號(hào)。Tx/Rx切換開關(guān)304將接收到的RF信號(hào)路由到RF轉(zhuǎn)基帶功能塊306。RF轉(zhuǎn)基帶功能塊306將本地RF振蕩器308產(chǎn)生的載波頻率信號(hào)307與接收到的RF信號(hào)混頻，并將得到的基帶信號(hào)309發(fā)送到加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310。在優(yōu)選實(shí)施例中，本地RF振蕩器308和交換的RF信號(hào)的頻率是5.8GHz。在其他實(shí)施例中，載波頻率可以是FCC ISM頻帶中的任一頻率。例如，在其他實(shí)施例中，載波頻率可以在如下任一頻帶中0.915GHz±0.013GHz、2.450GHz±0.050GHz、5.800GHz±0.075GHz、24.125GHz±0.125GHz、61.250GHz±0.250GHz、122.5GHz±0.5GHz或245GHz±1GHz。在另外一些實(shí)施例中，還可以采用其他頻帶。但是，某些頻段要求用戶獲得FCC或其他機(jī)構(gòu)的許可以在美國合法地操作這種設(shè)備。較高的載波頻率最終允許更精確地確定距離。較低的載波頻率允許采用復(fù)雜度較低且成本較低的電路。
除了基帶信號(hào)309外，加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310還從合成器314接收受控時(shí)鐘信號(hào)312。合成器314利用時(shí)鐘控制電路318提供的模擬調(diào)整值316和來自本地振蕩器320的信號(hào)，以生成受控時(shí)鐘信號(hào)312。在優(yōu)選實(shí)施例中，本地振蕩器320生成100MHz的正弦信號(hào)。在其他實(shí)施例中，本地RF振蕩器320的頻率可以是在范圍3.3MHz到200MHz中的任一頻率。在設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例中，本地振蕩器320的頻率用于內(nèi)部數(shù)字信號(hào)處理，所以較高的頻率允許較高數(shù)據(jù)率的通信。具體地說，較高的頻率允許加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310中對(duì)基帶信號(hào)309執(zhí)行更快的數(shù)字抽樣，以對(duì)具有更高數(shù)據(jù)率的基帶信號(hào)抽樣。具有較高數(shù)據(jù)率的基帶信號(hào)反過來允許系統(tǒng)中設(shè)備之間進(jìn)行更快的RF信號(hào)交換，最終允許系統(tǒng)中有更多的設(shè)備。
加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路312使用受控時(shí)鐘312和碼片轉(zhuǎn)換臂(chiptransition arm)322來將基帶信號(hào)309處理成一組數(shù)字信號(hào)324。下面參考圖7更詳細(xì)地討論加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310的操作。
加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310向相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326提供數(shù)字信號(hào)324。時(shí)鐘控制電路318向相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326提供偽噪聲(PN)碼328。在一些實(shí)施例中，時(shí)鐘控制電路318基于接收已接收當(dāng)前RF信號(hào)的源設(shè)備的標(biāo)識(shí)生成接收PN碼328。在其他實(shí)施例中，接收PN碼328對(duì)于從所有設(shè)備接收到的RF信號(hào)都相同。載波環(huán)路346將數(shù)字控制的振蕩器(NCO)相位330(表示本地RF振蕩器308生成的信號(hào)307與接收消息的載波信號(hào)之間的相位差)提供到相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326。NCO相位330和PN碼328由相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326用于將數(shù)字信號(hào)324處理成解擴(kuò)信號(hào)332。下面參考圖8更詳細(xì)地討論相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326的操作。
微處理器338利用解擴(kuò)信號(hào)332來確定編碼編碼到接收的RF信號(hào)中的信息。微處理器338從PLL和濾波器340接收調(diào)整值342，并從載波環(huán)路346接收NCO相位330。此信息由微處理器338用于計(jì)算接收到的RF信號(hào)的飛行時(shí)間，然后將該飛行時(shí)間存儲(chǔ)在微處理器338內(nèi)的寄存器中。
微處理器338定期地生成基帶消息350，該消息350包含從系統(tǒng)中其余設(shè)備接收到的RF信號(hào)的到達(dá)時(shí)間信息?；鶐?50被發(fā)送到基帶編碼器352?；鶐Ь幋a器352將該基帶消息與時(shí)鐘控制電路318提供的發(fā)送PN碼354混頻，以將基帶消息擴(kuò)頻，從而生成擴(kuò)頻基帶信號(hào)351。擴(kuò)頻基帶信號(hào)351被傳送基帶轉(zhuǎn)RF轉(zhuǎn)換器356，在其中通過與本地RF振蕩器308提供的載波頻率信號(hào)353混頻而上變頻到載波頻率。然后使經(jīng)過上變頻和擴(kuò)頻的信號(hào)355通過Tx/Rx切換開關(guān)304傳遞到天線302。由天線302將消息發(fā)送到系統(tǒng)中的其余設(shè)備。
在概述設(shè)備300的收發(fā)器、接收器邏輯和發(fā)送器邏輯后，現(xiàn)在關(guān)注受控時(shí)鐘信號(hào)312、NCO相位330和調(diào)整值342的生成。時(shí)鐘控制電路318包括若干寄存器319。在一些實(shí)施例中，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中其余設(shè)備之一，并且包含表示設(shè)備300的本地時(shí)鐘信號(hào)與另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間差的值?；谠撝担瑫r(shí)鐘控制電路318生成模擬值316，合成器314將此值與本地振蕩器320提供的時(shí)鐘信號(hào)一起用于生成受控時(shí)鐘信號(hào)312。生成受控時(shí)鐘信號(hào)312，以便近似與發(fā)送目前正接收的消息的源設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。下面參考圖9和圖10更詳細(xì)地討論合成器314和時(shí)鐘控制電路318的操作。
NCO相位330由載波環(huán)路346生成。載波環(huán)路346包括若干載波鎖相環(huán)347。在一些實(shí)施例中，載波鎖相環(huán)的數(shù)量等于系統(tǒng)中除設(shè)備300之外設(shè)備的數(shù)量，每個(gè)載波鎖相環(huán)用于跟蹤來自其余設(shè)備之一的消息的載波相位。在其他實(shí)施例中，設(shè)備僅包括一個(gè)載波鎖相環(huán)，用于跟蹤來自所有其余設(shè)備的消息的載波相位。下面參考圖11更詳細(xì)地討論載波環(huán)路346的操作。
調(diào)整值342由鎖相環(huán)(PLL)和濾波器340生成。PLL和濾波器340包括若干信道模塊341。在一些實(shí)施例中，信道模塊數(shù)量等于定位系統(tǒng)中除設(shè)備300之外設(shè)備的數(shù)量，每個(gè)信道模塊用于跟蹤本設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)與其余設(shè)備之一的本地時(shí)鐘信號(hào)之差。在其他實(shí)施例中，存在較少的信道模塊，用于跟蹤該設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)與其余設(shè)備中一個(gè)以上設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)之差。PLL和濾波器340從微處理器338接收命令和控制信息344，并且從相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326接收解擴(kuò)信號(hào)332。此外，PLL和濾波器340從載波環(huán)路346接收自動(dòng)頻率控制(AFC)誤差信號(hào)343。下面結(jié)合圖12更詳細(xì)地討論P(yáng)LL和濾波器340的操作。
為了使多于一個(gè)的設(shè)備通過相同RF頻率的信號(hào)傳送消息，需要多址通信協(xié)議。本文所述的本發(fā)明實(shí)施例采用時(shí)分多址(TDMA)通信協(xié)議來解決該問題。圖5示出了要用于包含8個(gè)設(shè)備的定位系統(tǒng)的TDMA協(xié)議。消息幀502該協(xié)議中的最大時(shí)間劃分。該消息幀在時(shí)間上定期地重復(fù)，從而允許設(shè)備之間重復(fù)交換RF信號(hào)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，消息幀502的時(shí)長為0.1秒。消息幀的時(shí)長對(duì)應(yīng)于預(yù)期系統(tǒng)中所有設(shè)備將保持靜態(tài)的時(shí)間量。因此，在一些適應(yīng)涉及慢速移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用的實(shí)施例中，消息幀的時(shí)長可能長達(dá)1分鐘。在其他實(shí)施例中，該時(shí)長可能短到0.01秒。但是，較短的時(shí)長可最終限制可以包括在定位系統(tǒng)中的設(shè)備的數(shù)量。
消息幀502包括若干TDMA周期506。在一些實(shí)施例中，每個(gè)TDM周期506期間，系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備發(fā)送含有部分消息的RF信號(hào)。如此從每個(gè)設(shè)備發(fā)送的消息直到來自消息幀502中每個(gè)TDM周期的RF信號(hào)完成才完整。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)消息幀502由800個(gè)TDM時(shí)隙構(gòu)成。之所以選擇數(shù)量800，是因?yàn)榇藬?shù)可被各整數(shù)(例如4、5、8、10、16、20、25、32)整除，從而對(duì)于含有各種數(shù)量的設(shè)備的系統(tǒng)而言，就可以在系統(tǒng)中設(shè)備之間均分TDM時(shí)隙。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)TDM周期506包括8個(gè)TDM時(shí)隙508，每個(gè)TDM時(shí)隙被指配給系統(tǒng)中8個(gè)設(shè)備中相應(yīng)的一個(gè)。一個(gè)設(shè)備僅在指配給它的TDM時(shí)隙期間發(fā)送RF信號(hào)。
但是，如果每個(gè)設(shè)備要在其TDM時(shí)隙508的整個(gè)時(shí)隙期間發(fā)送，則不同設(shè)備的發(fā)送之間仍可能存在干擾。任何給定設(shè)備的RF信號(hào)的有限傳播速度和本地時(shí)間值的不確定性(用于確定消息幀中的當(dāng)前位置)均是造成此潛在問題的因素。RF信號(hào)的有限傳播速度會(huì)使RF信號(hào)在給定設(shè)備停止發(fā)送RF信號(hào)之后在系統(tǒng)設(shè)備之間的空間中存在一定時(shí)間。因此，如果設(shè)備剛好在指配給它的時(shí)隙結(jié)束之前停止傳輸，則RF信號(hào)會(huì)在下一個(gè)時(shí)隙開始之后才到達(dá)所有其余設(shè)備。而指配了下一個(gè)時(shí)隙的設(shè)備可能已經(jīng)開始發(fā)送，從而會(huì)產(chǎn)生干擾。同樣地，如果兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間值不精確一致，則當(dāng)兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間值指示當(dāng)前時(shí)間屬于它們的指配TDM時(shí)隙，而它們開始發(fā)送時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干擾。
為了消除系統(tǒng)中兩個(gè)設(shè)備的發(fā)送產(chǎn)生干擾的可能性，在一些實(shí)施例中，每個(gè)TDM時(shí)隙508包括保護(hù)時(shí)間510和10個(gè)數(shù)據(jù)碼元512。在優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)時(shí)間510的時(shí)長至少是系統(tǒng)中任何兩個(gè)設(shè)備之間的RF信號(hào)的最大飛行時(shí)間的兩倍，從而保證不同設(shè)備的發(fā)送永不會(huì)重疊。在一些實(shí)施例中，保護(hù)時(shí)間510設(shè)在TDM時(shí)隙508的開始位置?；蛘?，可以將保護(hù)時(shí)間的一半分配到TDM時(shí)隙508的開始位置，以及將一半分配到TDM時(shí)隙508的結(jié)尾位置。
TDM時(shí)隙508中傳輸信息的部分稱為TDM突發(fā)514。在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)TDM突發(fā)514包含10個(gè)數(shù)據(jù)碼元512?；蛘?，每個(gè)TDM突發(fā)514中可以包含更多或更少的數(shù)據(jù)碼元512。每個(gè)數(shù)據(jù)碼元512包括若干碼片516。一個(gè)碼片是消息幀502中最小的時(shí)間邏輯劃分。在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)碼片包含載波信號(hào)的二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)形式的恒定鍵控值。載波的鍵控以稱為碼片速率的速率進(jìn)行，碼片速率與一個(gè)碼片的時(shí)長成反比。在優(yōu)選實(shí)施例中使用的特定BPSK調(diào)制方案中，載波相位偏移0°或180°，分別對(duì)應(yīng)于邏輯高(1)和邏輯低(0)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以采用其他調(diào)制技術(shù)(包括但不限于頻移鍵控(FSk)和正交相移鍵控(QPSK)來對(duì)載波的每個(gè)碼片進(jìn)行編碼。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù)碼元512包含7個(gè)碼片516，對(duì)應(yīng)于四個(gè)可能的長度11的巴克(Barker)碼序列之一。前兩個(gè)巴克碼序列(10110111000及其邏輯補(bǔ)碼01001000111)僅由稱為“主設(shè)備”的設(shè)備發(fā)送。主設(shè)備負(fù)責(zé)使系統(tǒng)中所有其余設(shè)備的本地時(shí)間值相對(duì)于TDM幀同步。包含這些碼片序列的任何傳輸可以清楚地解釋為來自主設(shè)備，從而使同步任務(wù)更簡單。在指配給它的突發(fā)中，主設(shè)備可以在該突發(fā)的每個(gè)數(shù)據(jù)碼元512中傳送兩個(gè)碼片序列之一，邏輯高(10110111000)或邏輯低(01001000111)。其余兩個(gè)巴克碼序列(10101100000及其邏輯補(bǔ)碼01010011111)被指配給系統(tǒng)中非主設(shè)備的所有設(shè)備。因此，無法將含有這些碼序列的任何傳輸清楚地解釋為來自某個(gè)特定設(shè)備。非主設(shè)備的設(shè)備可以在突發(fā)的每個(gè)數(shù)據(jù)碼元512中傳送兩個(gè)碼片序列之一邏輯高(10101100000)或邏輯低(01010011111)。
在其他實(shí)施例中，非巴克碼的偽隨機(jī)噪聲(PN)用于確定主設(shè)備和其余設(shè)備的碼片序列。Gold碼和Kasami碼是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他PN碼實(shí)例。在其他實(shí)施例中，主設(shè)備的碼片序列可以與其余設(shè)備的碼片序列相同。此外，每個(gè)數(shù)據(jù)碼元中可以有多于或少于7個(gè)的碼片。例如，可以采用長度為2、3、4、5、7、11或13的巴克碼序列。在另外一些實(shí)施例中，還可以采用各種長度的Gold碼、Kasami碼、Frank碼、Chu碼和霍夫曼碼序列。對(duì)于持續(xù)時(shí)間固定的數(shù)據(jù)碼元，每碼元碼片較多，則需要較多帶寬，但提供更精確的到達(dá)時(shí)間估計(jì)，并由此提供更精確的距離估計(jì)。每碼元碼片較少，就需要較少的帶寬，但提供精度較低的到達(dá)時(shí)間估計(jì)，并由此提供精度較低的距離估計(jì)。
接著描述根據(jù)定位系統(tǒng)中的設(shè)備的到達(dá)時(shí)間來確定距離的方式，其中到達(dá)時(shí)間是相對(duì)于TDM消息幀定義，相對(duì)于本地時(shí)間值測(cè)量的。圖4是說明系統(tǒng)中有三個(gè)設(shè)備D1、D2和D3的實(shí)施例中設(shè)備之間交換RF信號(hào)的時(shí)序圖。D1(主設(shè)備)在消息幀中指配給主設(shè)備的TDM突發(fā)的適當(dāng)開始時(shí)間404-1發(fā)送RF信號(hào)402。消息幀還包含時(shí)間標(biāo)記404-2和404-3，這些時(shí)間標(biāo)記分別對(duì)應(yīng)于其余兩個(gè)設(shè)備的TDM突發(fā)的開始時(shí)間。在設(shè)備D2上接收RF信號(hào)402，其到達(dá)時(shí)間與如設(shè)備D2估計(jì)的消息幀中指配給主設(shè)備的突發(fā)的開始時(shí)間408-1同步。RF信號(hào)402的到達(dá)時(shí)間與開始時(shí)間408-1的同步對(duì)間隔任何距離的設(shè)備D1和D2發(fā)生，只要D1被指定為主設(shè)備。這是系統(tǒng)中設(shè)備據(jù)以估計(jì)消息幀的定時(shí)的初始化方案的結(jié)果，下面會(huì)參考圖13和圖14對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的討論。系統(tǒng)中的所有設(shè)備基于初始化序列期間從主設(shè)備接收到的特殊數(shù)據(jù)碼元的接收時(shí)間來估計(jì)消息幀的定時(shí)。因此，每個(gè)設(shè)備的消息幀的定時(shí)估計(jì)被延遲一定量值，該延遲量值等于主設(shè)備和所述設(shè)備之間的飛行時(shí)間。參見圖4，D3估計(jì)的消息幀的開始時(shí)間412-1比D2估計(jì)的消息幀的開始時(shí)間408-1晚，這表示D3與主設(shè)備之間的飛行時(shí)間大于D1與主設(shè)備之間的飛行時(shí)間。圖2中的設(shè)備D1、D2和D3的相對(duì)位置表示系統(tǒng)中這些設(shè)備的與圖4所示定時(shí)一致的可能的位置集合。在設(shè)備D3上接收RF信號(hào)402，其到達(dá)時(shí)間與設(shè)備D3估計(jì)的消息幀的開始時(shí)間412-1同步。
D2接著在D2估計(jì)的突發(fā)的開始時(shí)間408-2發(fā)送RF信號(hào)412。D1在比指配給D2的突發(fā)的開始時(shí)間412-2晚的時(shí)間發(fā)送RF信號(hào)412。RF信號(hào)412到達(dá)D1的時(shí)間和指配給D2的突發(fā)的開始時(shí)間404-2之差確定到達(dá)時(shí)間T21。D3在比D3估計(jì)的指配給D2的突發(fā)的開始時(shí)間412-2早的時(shí)間發(fā)送RF信號(hào)412。RF信號(hào)412到達(dá)D3的時(shí)間和D3估計(jì)的指配給D2的突發(fā)的開始時(shí)間412-2之差確定另一到達(dá)時(shí)間T23。
最后，D3在D3估計(jì)的指配給D3的突發(fā)的開始時(shí)間418-3發(fā)送RF信號(hào)418。D1在比指配給D3的突發(fā)的開始時(shí)間418-3晚的時(shí)間發(fā)送RF信號(hào)412。RF信號(hào)418到達(dá)D1的時(shí)間和指配給D3的突發(fā)的開始時(shí)間404-3之差確定到達(dá)時(shí)間T31。D2在比D2估計(jì)的指配給D3的突發(fā)的開始時(shí)間418-3晚的時(shí)間發(fā)送RF信號(hào)418。RF信號(hào)418到達(dá)D2的時(shí)間和D2估計(jì)的指配給D3的突發(fā)的開始時(shí)間408-3之差確定另一到達(dá)時(shí)間T32。
為了確定雙向距離，系統(tǒng)中的設(shè)備需要有權(quán)訪問它本身測(cè)量的來自系統(tǒng)中其余設(shè)備的RF信號(hào)的到達(dá)時(shí)間以外的信息。因此，在一些實(shí)施例中，RF信號(hào)402包含表示在較早的消息幀中到達(dá)設(shè)備D1的RF信號(hào)412和RF信號(hào)418的到達(dá)時(shí)間的信息。同樣地，RF信號(hào)412包含表示在較早的消息幀中到達(dá)設(shè)備D2的RF信號(hào)402和RF信號(hào)418的到達(dá)時(shí)間的信息。RF信號(hào)418包含表示在較早的消息幀中到達(dá)設(shè)備D3的RF信號(hào)402和RF信號(hào)412的到達(dá)時(shí)間的信息。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備隨后可以確定從自己到系統(tǒng)中其余任一設(shè)備的距離。
因?yàn)镈1是定時(shí)主設(shè)備，D1的發(fā)送開始時(shí)間與D2預(yù)期開始接收該消息的時(shí)間之間基本沒有延遲(例如T12≈0)。但是，D2開始發(fā)送RF信號(hào)412和D1預(yù)期開始接收的時(shí)間404-2之間經(jīng)過的時(shí)間實(shí)際是兩個(gè)設(shè)備之間飛行時(shí)間的兩倍-一個(gè)飛行時(shí)間歸因于D2的幀開始延遲標(biāo)記而另一個(gè)飛行時(shí)間歸因于D2傳輸?shù)竭_(dá)D1所需的實(shí)際傳播時(shí)間。因此，D1和D2之間的距離可簡單地估計(jì)為cT21/2通過完全類似的分析，D1和D3之間的距離估計(jì)為cT31/2最后D2和D3之間的距離可以估計(jì)為c(T32+T23)/4，即采用D2和D3之間交換的消息的平均到達(dá)時(shí)間。這樣，D3和D2之間的時(shí)鐘偏移誤差不會(huì)在計(jì)算距離時(shí)引入任何誤差，如以上參考圖2A的解釋。
雖然所提供的實(shí)例僅涉及三個(gè)設(shè)備，但所述方法適用于具有任何數(shù)量的設(shè)備的測(cè)距或定位系統(tǒng)。一些設(shè)備的位置已知，而其余設(shè)備的位置未知。確定每對(duì)設(shè)備之間的距離可提供足夠的信息，以確定這些設(shè)備之一相對(duì)于位置已知的其余設(shè)備的位置。請(qǐng)參見例如“最小最大長度三角測(cè)量的二次時(shí)間算法”(″Quadratic time algorithm forthe minmax length triangulation，″H.Edelsbruneer and T.S.Tan，pp.414-423 in Proceedings of the 32nd Annual Symposium onFoundations of Computer Science，1991，San Juan，Puerto Rico)，該文獻(xiàn)通過引用全部結(jié)合于本文中。此外，可以采用全球定位系統(tǒng)(GPS)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的一些技術(shù)，如接收器自動(dòng)完整性監(jiān)控(RAIM)之類的技術(shù)來選擇所估計(jì)的距離的不同子集，確定系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的相對(duì)位置，將所確定的位置與如此利用距離的其他子集確定的位置作比較，得出系統(tǒng)中所有設(shè)備的相對(duì)位置的最優(yōu)估計(jì)。請(qǐng)參閱“GPS RAIM的數(shù)學(xué)方面”(”Mathematical aspects of GPS RAIM，″F.van Diggelen and A.Brown，pp.733-738in IEEE Position Location andNavigation Symposium，1994，Las Vegas，NV，USA)，此文獻(xiàn)通過引用全部結(jié)合于本文中。
如上所述，準(zhǔn)確地確定距離需要精確測(cè)量到達(dá)時(shí)間。在本地定位系統(tǒng)的一些應(yīng)用(包括室內(nèi)構(gòu)造應(yīng)用)中，沿一條以上傳播路徑傳輸?shù)南⒌牡竭_(dá)可能在經(jīng)由直接的視距路徑的消息的到達(dá)時(shí)間測(cè)量中引入誤差，而雙向測(cè)距就依賴于該直接視距路徑。接下來描述一種抑制接收信號(hào)中這種所謂的多徑干擾，以得到消息到達(dá)時(shí)間的精確估計(jì)的方法。這是通過加窗濾波器處理接收消息來實(shí)現(xiàn)的，所述加窗濾波器在時(shí)間幀期間對(duì)接收的消息進(jìn)行積分。參見圖6，在一些實(shí)施例中，加窗濾波器中采用載波積分窗口604和碼積分窗口606。碼積分窗口606包括符號(hào)相反的積分區(qū)域610和612以及早-晚積分區(qū)域608。如果作為接收消息一部分的碼片轉(zhuǎn)換602-1在晚于總窗口寬度一半的時(shí)間到達(dá)，該窗口與接收信號(hào)電平的乘積積分到基本為零的某個(gè)值。另一方面，如果碼片轉(zhuǎn)換602-1在窗口結(jié)束之前到達(dá)，如圖6所示，該窗口與接收信號(hào)電平的乘積積分到表示窗口中心與碼片轉(zhuǎn)換之間的時(shí)延的某個(gè)值。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，加窗濾波器可以利用與發(fā)送接收信號(hào)的源設(shè)備的本地時(shí)鐘近似同步的受控時(shí)鐘信號(hào)。因此，如果窗口中心與受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿對(duì)齊，則對(duì)該窗口與接收信號(hào)的乘積積分的結(jié)果指示受控時(shí)鐘與發(fā)送所接收消息的設(shè)備的時(shí)鐘之間的時(shí)間偏移，不存在任何多徑干擾。這樣使用碼積分窗口606(隨后稱為“W加窗積分”)導(dǎo)致對(duì)窗口與接收信號(hào)的乘積的積分結(jié)果無影響的具有足夠延遲的多徑碼片轉(zhuǎn)換。該結(jié)果可以用作對(duì)碼跟蹤環(huán)路的校正輸入，并由此被有效地從信道中消除。GPS信號(hào)的W-加窗積分可參見題為“解調(diào)全球定位系統(tǒng)信號(hào)的系統(tǒng)和方法”的美國專利6125135，此文獻(xiàn)通過引用全部結(jié)合于本文中。
載波積分窗口604以不同的方式作用以消除多徑干擾。在窗口604的寬度所確定的時(shí)間幀期間對(duì)窗口604與接收信號(hào)的乘積進(jìn)行積分。如果作為接收消息的一部分，碼片轉(zhuǎn)換602-2在晚于總窗口寬度的時(shí)間到達(dá)，則該窗口與接收信號(hào)電平的乘積積分到基本不同于零的值。因此，即使窗口604的前沿與真的碼片轉(zhuǎn)換602對(duì)齊，多徑誤差仍會(huì)影響任何給定積分的結(jié)果。但是，擴(kuò)頻PN碼序列設(shè)計(jì)為使剛好相鄰碼值的一半相同。因此，正多徑誤差的數(shù)量與負(fù)的一樣多，并且所有誤差對(duì)固定多徑軌跡而言均具有相同量值。如果隨后使用積分結(jié)果，例如將其用作具有時(shí)間常數(shù)基本大于碼片長度的動(dòng)態(tài)范圍的鎖相環(huán)的輸入，具有，反向誤差將彼此抵消，不會(huì)影響環(huán)路跟蹤載波相位的能力。這樣使用載波積分窗口604隨后稱為“Q加窗積分”。
在一些實(shí)施例中，采用窗口時(shí)間幀序列(或等效的窗口寬度)，多次使用W加窗積分和Q加窗積分以增強(qiáng)到達(dá)時(shí)間測(cè)量的精度。當(dāng)首次初始化時(shí)，設(shè)備的受控時(shí)鐘信號(hào)可能未與接收消息中的碼片轉(zhuǎn)換精確對(duì)齊。因此，必須在W加窗積分和Q加窗積分中使用寬的窗口寬度以確保在視距路徑中接收到的消息中的碼片轉(zhuǎn)換被檢測(cè)到。但是，在從給定設(shè)備接收各消息之后，時(shí)鐘控制電路318(圖3)中的調(diào)整值被更新并提供給合成器314，從而得到與接收消息中的碼片轉(zhuǎn)換更精確對(duì)齊的受控時(shí)鐘信號(hào)。因此，隨后可以在加窗濾波器中采用較窄的加窗時(shí)間幀，而無檢測(cè)不到視距路徑中接收的消息中的碼片轉(zhuǎn)換的可能性。在加窗濾波器中采用較窄時(shí)間幀會(huì)導(dǎo)致排除更多的多徑信號(hào)，因?yàn)榭梢耘懦淖钚r(shí)延(及對(duì)應(yīng)路徑長度)縮短了。在一些實(shí)施例中，W加窗積分在從如下選擇的時(shí)間幀期間執(zhí)行200納秒、40納秒、5納秒及1納秒。這些實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)Q加窗積分在如下選擇的時(shí)間幀期間執(zhí)行100納秒、20納秒、2.5納秒以及0.5納秒。用于Q加窗積分和W加窗積分的時(shí)間幀序列在一些實(shí)施例中不是單調(diào)下降的。例如，Q-加窗積分可以在100納秒的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行一次，然后在20納秒的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行。但是，如果在從第一時(shí)間幀到第二時(shí)間幀時(shí)載波失鎖，則下一個(gè)Q加窗積分可以在100納秒的時(shí)間窗口內(nèi)執(zhí)行。
為了明白加窗積分如何結(jié)合到根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的一些設(shè)備中，圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例中多個(gè)設(shè)備之一中的加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310(圖3)。參見圖7，加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310包括兩個(gè)低通濾波器(LPF)708、兩個(gè)Q加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路(Q I&D)702、兩個(gè)W加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路(W I&D)710以及6個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)706。低通濾波器708在時(shí)長約等于抽樣周期的窗口內(nèi)對(duì)基帶信號(hào)309的同相分量I進(jìn)行積分，從而對(duì)該I分量進(jìn)行濾波。低通濾波器708-1的濾波輸出712隨后由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器706-2抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流IAD。A/D轉(zhuǎn)換器706-2利用受控時(shí)鐘312執(zhí)行該抽樣。同樣地，低通濾波器708-2對(duì)基帶信號(hào)309的正交分量Q濾波，并由A/D轉(zhuǎn)換器706-5對(duì)濾波輸出722抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流QAD。
同相分量I還通過Q積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)(Q I&D)電路702-1積分并由A/D 706-1抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流IQ。Q I&D電路702-1在相對(duì)于碼片轉(zhuǎn)換臂322定義的時(shí)間幀期間對(duì)輸入信號(hào)求積分。同相分量I還在相對(duì)于碼片轉(zhuǎn)換臂322定義的時(shí)間幀期間通過W積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)(WI&D)電路710-1積分并由A/D 706-3抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流IW。Q I&D電路702和W I&D電路710所用時(shí)間幀由控制信號(hào)704控制。在一些實(shí)施例中，控制信號(hào)704由微處理器338提供(圖3)，從而允許在不同時(shí)長的加窗時(shí)間幀序列期間進(jìn)行多次積分。同樣地，正交分量Q也在相對(duì)于碼片轉(zhuǎn)換臂322定義的時(shí)間幀期間通過W I&D電路702-2積分并由A/D 706-4抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流QQ。正交分量Q也通過W I&D電路710-2積分并由A/D 706-6抽樣，得到抽樣數(shù)據(jù)流QW。
當(dāng)初始化設(shè)備中的接收器時(shí)，受控時(shí)鐘信號(hào)可能未與接收消息中的碼片轉(zhuǎn)換對(duì)齊。因此，最好采用未經(jīng)加窗濾波器處理的抽樣數(shù)據(jù)流IAD和QAD。為適應(yīng)此，設(shè)備以兩種不同的工作模式工作-在其中一種模式下，嘗試初始捕獲接收消息(ACQ)，而在另一種模式下，嘗試跟蹤載波頻率信號(hào)的相位和碼片沿相對(duì)于本地時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)延(TRK)。選擇工作模式一般受微處理器(例如圖3的微處理器338)控制。
參見圖8，相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326以控制信號(hào)820確定的ACQ或TRK模式工作。相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326包括角度旋轉(zhuǎn)器ROM表和算術(shù)邏輯810以及若干開關(guān)806、單碼片求和器808和單碼元求和器812。在ACQ工作模式下，數(shù)據(jù)流IAD通過乘法器822-1乘以按時(shí)PN碼(on-time PN code)802。所得數(shù)據(jù)流814-1通過開關(guān)806-1傳遞到單碼片求和器808-1，得到輸出信號(hào)XI。同樣地，數(shù)據(jù)流QAD通過乘法器822-2乘以按時(shí)PN碼802，并通過開關(guān)806-2傳遞到單碼片求和器808-2，得到輸出信號(hào)XQ。
在ACQ工作模式下，數(shù)據(jù)流IAD還通過乘法器822-3乘以早晚PN碼804，并通過開關(guān)806-3傳遞到單碼片求和器808-3，得到輸出信號(hào)YI。此外，數(shù)據(jù)流QAD也通過乘法器822-4乘以早晚PN碼804，而后通過開關(guān)806-4傳遞到單碼片求和器808-4，得到輸出信號(hào)YQ。
在從系統(tǒng)中某個(gè)給定的另一設(shè)備接收到若干消息之后，設(shè)備通常進(jìn)入TRK模式。在TRK模式下，數(shù)據(jù)流IQ通過乘法器822-5乘以PN碼802。所得數(shù)據(jù)流816-1通過開關(guān)806-1傳遞到單碼片求和器808-1，得到輸出信號(hào)XI。同樣地，數(shù)據(jù)流QQ通過乘法器822-6乘以PN碼802，而后通過開關(guān)806-2傳遞到單碼片求和器808-2，得到輸出信號(hào)XQ。數(shù)據(jù)流IW也通過乘法器822-7乘以早晚PN碼804，而后通過開關(guān)806-3傳遞到單碼片求和器808-3，得到輸出信號(hào)YI。此外，數(shù)據(jù)流QW也通過乘法器822-4乘以早晚PN碼804，而后通過開關(guān)806-4傳遞到單碼片求和器808-4，得到輸出信號(hào)YQ。
在這兩種工作模式下，角度旋轉(zhuǎn)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)表和算術(shù)邏輯810以相同方式工作。通過查找一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)寄存器的內(nèi)容，執(zhí)行加法、乘法或其他算術(shù)運(yùn)算并輸出結(jié)果，而生成同相按時(shí)旋轉(zhuǎn)的輸出XC，所訪問的寄存器的地址取決于NOC相位330的值。NCO相位330表示本地RF振蕩器308生成的信號(hào)與接收到的消息的載波頻率分量之間的估計(jì)的相位偏移。這些地址上包含的值包括cos(θ)和sin(θ)，其中θ是NCO相位330。后續(xù)算術(shù)運(yùn)算產(chǎn)生等于XC＝XI cos(θ)-XQ sin(θ)的輸出。同相按時(shí)旋轉(zhuǎn)的輸出XC隨后由單碼元求和器812-1處理，得到相關(guān)的同相按時(shí)輸出RC1。同樣地，通過查找并輸出地址由XI、XQ和NCO相位330(θ)的值決定的存儲(chǔ)寄存器的內(nèi)容而生成正交按時(shí)旋轉(zhuǎn)的輸出XS。該地址處包含的值等于XS＝XQ cos(θ)+XI sin(θ)。正交按時(shí)旋轉(zhuǎn)的輸出XS隨后由單碼元求和器812-2處理，得到相關(guān)的正交按時(shí)輸出RS1。
同樣地，通過查找和輸出地址由YI、YQ和NCO相位的值決定的存儲(chǔ)寄存器的內(nèi)容而生成同相早晚旋轉(zhuǎn)的輸出YC。該地址處包含的值等于YC＝Y(jié)I cos(θ)-YQ sin(θ)。同相早晚旋轉(zhuǎn)的輸出YC隨后由單碼元求和器812-3處理，得到相關(guān)的同相早晚輸出DC1。同樣地，通過查找和輸出地址由YI、YQ和NCO相位的值決定的存儲(chǔ)寄存器的內(nèi)容而生成正交早晚旋轉(zhuǎn)的輸出YS。該地址處包含的值等于YS＝Y(jié)Q cos(θ)+YI sin(θ)。正交早晚旋轉(zhuǎn)的輸出YS隨后由單碼元求和器812-4處理，得到相關(guān)的正交早晚輸出DS1。
現(xiàn)在描述受控時(shí)鐘信號(hào)312(圖3)的生成。參見圖9，合成器314包括相移器902、數(shù)模轉(zhuǎn)換器906、模擬乘法器908、模擬求和器910和限幅器912。具有對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的數(shù)字抽樣率的頻率的正弦信號(hào)由本地振蕩器320生成。相移器902生成正弦信號(hào)的延遲版本914-1，其相位偏離原信號(hào)90°。合成器314從時(shí)鐘控制電路318接收控制值(Sn，Cs)316。數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器906-1將數(shù)字控制值Cs轉(zhuǎn)換成模擬值916-1。乘法器908-1將模擬值916-1乘以經(jīng)延遲的正弦信號(hào)914-1，從而生成加權(quán)的延遲正弦波918-1。同樣地，數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器906-2將數(shù)字控制值Sn轉(zhuǎn)換成模擬值916-2。乘法器908-2將模擬值916-2乘以正弦信號(hào)914-2，從而生成加權(quán)的正弦波918-2。求和器910將加權(quán)的正弦波918-2與加權(quán)的延遲正弦波918-2相加，從而生成受控的正弦波920-2。最后，限幅器912處理該受控正弦波以生成受控時(shí)鐘312，此時(shí)鐘是方波信號(hào)。
在圖10中，示出了時(shí)鐘控制電路318。時(shí)鐘控制電路318包括若干信道模塊319。在優(yōu)選實(shí)施例中，信道模塊319的數(shù)量為7，即系統(tǒng)中除300以外的設(shè)備的數(shù)量。在其他實(shí)施例中，可以有更多或更少信道模塊319以適應(yīng)定位系統(tǒng)中不同數(shù)量的設(shè)備。每個(gè)信道模塊319包括相位偏移累加器1002，此累加器被進(jìn)一步劃分成若干寄存器1003。寄存器1003存儲(chǔ)表示所述設(shè)備的本地時(shí)間值和系統(tǒng)中另一相應(yīng)設(shè)備的本地時(shí)間值之差的值。寄存器1003-1包含表示若干TDMA周期的信息。同樣地，寄存器1003-2、1003-3和1003-4包括分別表示整數(shù)個(gè)TDM時(shí)隙、突發(fā)和碼片的信息。子碼片寄存器1003-5包含表示整數(shù)個(gè)數(shù)字抽樣周期的信息。子樣本寄存器1003-6包含表示整數(shù)個(gè)固定時(shí)間間隔的信息，所述時(shí)間間隔小于設(shè)備的數(shù)字抽樣周期。
在優(yōu)選實(shí)施例中，寄存器1003-1中的信息是當(dāng)前周期數(shù)模100(每幀周期數(shù))。通過將當(dāng)前周期數(shù)表示為某個(gè)整數(shù)模100，將表示此數(shù)所需的比特?cái)?shù)減至最少。同樣地，在優(yōu)選實(shí)施例中，時(shí)隙寄存器1003-2中的信息是時(shí)隙數(shù)模8(每TDM時(shí)隙突發(fā)數(shù))。在優(yōu)選實(shí)施例中應(yīng)用類似的考慮，以將表示寄存器1003-3和1003-4中的信息所需的比特?cái)?shù)減至最少。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)的數(shù)字抽樣率是100MHz，并且每碼片有10個(gè)樣本。因此，在本實(shí)施例中，寄存器1003-5包含表示碼片數(shù)模10(每碼片樣本數(shù))的信息。此外，在本實(shí)施例中，子樣本寄存器1003-6包含表示整數(shù)個(gè)等于10納秒的時(shí)間間隔的信息。
總之，寄存器1003中的信息表示所述設(shè)備的本地時(shí)間值與其余設(shè)備之一的本地時(shí)間值之間的時(shí)差。所述設(shè)備的本地時(shí)間值存儲(chǔ)在本地時(shí)間計(jì)數(shù)器1008中。本地時(shí)間計(jì)數(shù)器1008是遞增計(jì)數(shù)器，它本身按系統(tǒng)時(shí)鐘1009確定的速率遞增。通過從本地振蕩器320提取信號(hào)并利用限幅器1008來對(duì)其進(jìn)行處理來產(chǎn)生方波，從而生成系統(tǒng)時(shí)鐘1009。此外，本地時(shí)間計(jì)數(shù)器1008劃分成若干寄存器。子碼片寄存器1010-5包含表示多個(gè)固定時(shí)間間隔的信息。該固定時(shí)間間隔等于本地振蕩器320的周期，并且是由相位偏移累加器1002采用的相同固定時(shí)間間隔。對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘1009的每個(gè)周期，本地時(shí)間基準(zhǔn)1008使子碼片寄存器1010-5中的值增1，直到該值等于一個(gè)碼片中的固定時(shí)間間隔數(shù)為止。當(dāng)子碼片寄存器1010-5中的值等于一個(gè)碼片中固定時(shí)間間隔數(shù)時(shí)，子碼片寄存器1010-5中的值設(shè)為零，且碼片寄存器1010-4中的值增1。當(dāng)碼片寄存器1010-4中的值等于每突發(fā)碼片數(shù)時(shí)，該值設(shè)為零，且突發(fā)寄存器1010-3中的值增1。同樣地，當(dāng)突發(fā)寄存器1010-3中的值等于每TDM時(shí)隙突發(fā)數(shù)時(shí)，該值設(shè)為零，且時(shí)隙寄存器1010-2中的值增1。當(dāng)時(shí)隙寄存器1010-2中的值等于每幀TDM時(shí)隙數(shù)時(shí)，該值設(shè)為零，且周期寄存器1010-1中的值增1。當(dāng)周期寄存器1010-1中的值(表示整數(shù)個(gè)TDM周期)等于一個(gè)消息幀中的周期數(shù)時(shí)，該值設(shè)為零?？傊?，寄存器1010的內(nèi)容表示當(dāng)前設(shè)備300估計(jì)的相對(duì)于TDM消息幀的本地時(shí)間值。
碼片寄存器1010-4的內(nèi)容CT由PN查找表1014用于生成PN碼354。PN查找表1014輸出寄存器內(nèi)容，所述寄存器的地址基于當(dāng)前突發(fā)中當(dāng)前碼片號(hào)(表示為CT)來計(jì)算。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)設(shè)備300是主設(shè)備還是從設(shè)備，PN查找表1014生成表示兩個(gè)長度為11的巴克碼序列之一的碼片序列。
本地時(shí)間基準(zhǔn)1008的內(nèi)容(表示本地時(shí)間值)和相位偏移累加器1002的內(nèi)容(表示該本地時(shí)間值與系統(tǒng)中另一設(shè)備的本地時(shí)間值之差)相加，以生成相應(yīng)另一設(shè)備的本地時(shí)間值的估計(jì)。為此，全加器1012-1將來自子碼片寄存器1003-5的值SCN與來自子碼片寄存器1010-5的值SCT相加，產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整的子碼片估計(jì)SCL。此加法運(yùn)算的進(jìn)位提供給全加器1012-2，全加器1012-2將來自碼片寄存器1003-4的值CN與來自碼片寄存器1010-4的值CT相加，得到經(jīng)調(diào)整的碼片估計(jì)CL。此加法運(yùn)算的進(jìn)位提供給全加器1012-3，全加器1012-3將來自突發(fā)寄存器1003-3的值BN與來自突發(fā)寄存器1010-3的值BT相加，得到經(jīng)調(diào)整的突發(fā)估計(jì)BL。此加法運(yùn)算的進(jìn)位提供給全加器1012-4，全加器1012-4將來自時(shí)隙寄存器1003-2的值SNN與來自時(shí)隙寄存器1010-2的值SNT相加，得到經(jīng)調(diào)整的時(shí)隙號(hào)估計(jì)SNL。
值CL和BL分別表示接收的RF信號(hào)中碼片和突發(fā)數(shù)的最佳估計(jì)。它們用于生成接收和解調(diào)該RF信號(hào)所需的若干信號(hào)。PN查找表1016通過輸出地址取決于CL和BL的寄存器的內(nèi)容，生成PN碼328。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)對(duì)應(yīng)于當(dāng)前突發(fā)的發(fā)送設(shè)備是主設(shè)備還是從設(shè)備，PN查找表1016生成表示兩個(gè)長度為11的巴克碼序列之一的碼片序列。PN碼328隨后通過延遲電路1018延遲一個(gè)碼片。PN碼的延遲版本1020和PN碼328通過“異或”門1022進(jìn)行比較，以生成碼片轉(zhuǎn)換臂322。僅當(dāng)當(dāng)前碼片和前一碼片(由延遲版本表示)不同時(shí)，才斷言碼片轉(zhuǎn)換臂322為真。最后，相移累加器1002的子樣本寄存器1003-6的內(nèi)容經(jīng)數(shù)模查找表1004和1006處理，以分別生成數(shù)字控制值Sn和Cs。
參考圖11，其中示出了載波環(huán)路346的詳細(xì)操作。相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)器326(圖3)將相關(guān)的同相按時(shí)輸出RC1和相關(guān)的正交按時(shí)輸出RS1作為解擴(kuò)信號(hào)332的一部分提供。鎖定檢測(cè)子模塊1102包括平方律放大器1104和1106，求和器1108和數(shù)字積分器1112。平方律放大器1104處理RC1，產(chǎn)生單極性二進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)流。同樣地，平方律放大器1106處理RS1，得到的單極性二進(jìn)制輸出流由求和器1108從平方律放大器1104產(chǎn)生的單極性二進(jìn)制輸出流中減去。此減法的結(jié)果隨后由數(shù)字積分器1110求和，得到載波鎖定檢測(cè)信號(hào)1114。數(shù)字積分器1110利用來自微處理器338的L值1112來確定要對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中的多少個(gè)碼元求和。使用大的L值(對(duì)應(yīng)于兩個(gè)或以上碼元)可在時(shí)間上平滑載波鎖定檢測(cè)1114的值。因此，可正確地將載波鎖定檢測(cè)1114的低值解釋為載波環(huán)路346的載波相位失鎖。
為了補(bǔ)償本地RF振蕩器308和接收消息載波分量之間頻率及相位的差異，一些實(shí)施例包括自動(dòng)頻率控制(AFC)電路。參見圖11，相關(guān)的同相按時(shí)輸出RC1由延遲1140延遲一個(gè)碼元，并且兩個(gè)信號(hào)均提供到AFC鑒頻器1144。同樣地，相關(guān)的正交按時(shí)輸出RS1由延遲1142延遲一個(gè)碼元，并且兩個(gè)信號(hào)均提供到AFC鑒頻器1144。AFC鑒頻器1144生成與參量RC1(RS1-RS1D)-RS1(RC1-RC1D)成比例的誤差信號(hào)1146，其中RC1D和RS1D分別指RC1和RS1的延遲版本。參量(RS1-RS 1D)和(RC1-RC1D)在量值上與信號(hào)RC1和RS1的碼片內(nèi)變化率成比例。當(dāng)本地振蕩器的頻率與接收RF信號(hào)的頻率不同時(shí)，RC1和RS1在給定碼片內(nèi)不是常量，并且參量(RS1-RS1D)和(RC1-RC1D)非零，由此生成非零誤差信號(hào)1146。誤差信號(hào)1146由多路轉(zhuǎn)換器1148利用信道選擇信號(hào)Si選通，并通過具有增益K3的放大器1150放大。多路轉(zhuǎn)換器1152用于啟用兩種工作模式-其中一種模式下，要在相位估計(jì)中利用誤差信號(hào)1146，而另一種模式下，則不利用該信號(hào)。微處理器提供的MUX控制信號(hào)1153在放大器1150的輸出和常數(shù)值零之間選擇。其結(jié)果為AFC誤差信號(hào)343，此信號(hào)在一些實(shí)施例中被傳送到PLL和濾波器塊340(圖3)。在一些實(shí)施例中，微處理器338將MUX控制153設(shè)為僅當(dāng)斷言載波鎖定檢測(cè)信號(hào)1114為真時(shí)才選擇常數(shù)值0輸入。在其他實(shí)施例中，可以采用其他標(biāo)準(zhǔn)來選擇MUX控制1153的值。
載波環(huán)路347提供的主要功能是可靠地估計(jì)θ，即本地RF振蕩器308與接收消息的載波分量之間的相位差。在一些實(shí)施例中，將二階科斯塔斯環(huán)用于此目的。由正負(fù)號(hào)功能塊1120處理相關(guān)的同相按時(shí)輸出RC1。正負(fù)號(hào)功能塊1120的輸出是極性相反的兩個(gè)值之一，具體是哪個(gè)取決于RC1的極性?；祛l器1122將正負(fù)號(hào)功能塊1120的輸出乘以相關(guān)的正交輸出RS1。當(dāng)本地RF振蕩器與消息載波之間的相位差很小時(shí)，RS1≈sin(θ)。
混頻器1122的輸出隨后經(jīng)混頻器1124通過信道選擇信號(hào)Si選通。混頻器1124的輸出隨后通過科斯塔斯環(huán)的一階部分，在數(shù)字乘法器1126中乘以增益K1?；祛l器1124的輸出還在科斯塔斯環(huán)的二階部分中處理。混頻器1124的輸出在數(shù)字乘法器1128中乘以增益K2，其結(jié)果傳送到求和器1130。求和器1130還接收輸入的累加器1132的當(dāng)前值。累加器1132接收輸入的求和器1130輸出，從而形成閉合環(huán)路。累加器1132的輸出因該閉合環(huán)路而成為數(shù)字乘法器1128的輸出的低通濾波版本。求和器1134將累加器1132和數(shù)字乘法器1126的輸出相加，其結(jié)果然后通過求和器1154與AFC誤差343相加。
求和器1154的輸出與累加器1160的輸出一起饋送到求和器1158。累加器1160以求和器1158的輸出作為輸入。如此形成的閉合環(huán)路用作另一個(gè)低通濾波器，由此從NCO相位330中消除瞬態(tài)誤差。記住，NCO相位330由相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)電路326使用。
參見圖12，PLL和濾波器340包括若干信道模塊341，各包含鎖相環(huán)(PLL)，用于估計(jì)受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和從其余設(shè)備之一接收的消息中的沿之間的時(shí)間差。在一些實(shí)施例中，信道模塊的數(shù)量大于或等于定位系統(tǒng)中設(shè)備的數(shù)量，因此每個(gè)PLL可以保持鎖定到系統(tǒng)中其余設(shè)備中相應(yīng)的一個(gè)設(shè)備。在其他實(shí)施例中，還可以采用單個(gè)PLL。
PLL和濾波器340可在TRK和ACQ模式下工作。工作模式由從微處理器接收的模式控制信號(hào)1202確定，它確定多路轉(zhuǎn)換器1204將兩個(gè)輸入1212和1222中的哪一個(gè)輸入傳遞到信道模塊341。
在ACQ模式下，不假定載波相位被鎖定，因此將同相(RC1，DC1)和正交(RS1，DS1)相關(guān)信號(hào)用于確定信道模塊341的輸入。RC1通過乘法器1214與DC1混頻，其結(jié)果輸入求和器1218。如果受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和來自多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)的消息中的沿之間沒有時(shí)間差，則乘法器1214的輸出將非常接近零值。同樣地，RS1和DS1通過乘法器1216混頻，其結(jié)果輸入求和器1281。通過將同相和正交信號(hào)混頻，可以減輕載波相位失鎖的影響，從而允許甚至在RC1≈0和DC1≈0的情況下生成至信道模塊341的輸入。最后，在ACQ模式下，從求和器1218的輸出取混頻的求和結(jié)果，并將其輸入到多路轉(zhuǎn)換器1204，然后傳遞到ACQ模式下的信道模塊341。
另一方面，在TRK模式下，假定載波相位鎖定。因此，僅使用同相信號(hào)RC1和DC1。由正負(fù)號(hào)功能塊1206處理相關(guān)的同相按時(shí)信號(hào)RC1。正負(fù)號(hào)功能塊的輸出是極性相反的兩個(gè)值之一，具體是哪個(gè)取決于RC1的極性?；祛l器1208將正負(fù)號(hào)功能塊1208的輸出乘以早晚相關(guān)信號(hào)DC1。所得信號(hào)1212輸入到多路轉(zhuǎn)換器1204，由其傳遞到TRK模式下的信道模塊341。
在這兩種工作模式下，信道模塊341結(jié)合了鎖相環(huán)。當(dāng)正在從系統(tǒng)中相應(yīng)的另一設(shè)備接收消息時(shí)的時(shí)隙期間僅允許該鎖相環(huán)的輸入取非零值。在這種時(shí)隙期間，斷言模塊選擇信號(hào)Si為真，從而允許多路轉(zhuǎn)換器1204的輸出通過乘法器1230。該鎖相環(huán)的選通的輸入通過數(shù)字放大器1234的增益K1放大。該鎖相環(huán)的選通的輸入類似地通過數(shù)字放大器1240的增益K2放大。數(shù)字放大器1240的輸出連同累加器1246的輸出一起饋送到求和器1244。累加器1246取求和器1244的輸出作為輸入。如此形成的閉合環(huán)路用作另一個(gè)低通濾波器，用于對(duì)輸出1254中的快速變化作平滑處理。K2相對(duì)于K1的較高值對(duì)應(yīng)于較慢但噪聲較小的跟蹤動(dòng)態(tài)性。相反，K1的相對(duì)較高值(相對(duì)于K2)對(duì)應(yīng)于較快但可能較不穩(wěn)定且多噪聲的環(huán)路跟蹤動(dòng)態(tài)性。
一階環(huán)路的結(jié)果1238和二階環(huán)路的結(jié)果1254通過求和器1256相加，得到初始調(diào)整值1258。最后，AFC誤差343(如圖3所示來自載波環(huán)路346)在乘法器1260中乘以系數(shù)M，并通過求和器1262與初始調(diào)整值1258相加。所得調(diào)整值342表示所述設(shè)備的受控時(shí)鐘312(圖3)中的沿與從相應(yīng)的另一設(shè)備接收的消息中的沿之差。
先前的討論假定定位系統(tǒng)中的所有設(shè)備可以確定若干定時(shí)參數(shù)，從而允許在TDM幀的適當(dāng)時(shí)隙期間將信息比特和傳輸解調(diào)。為了對(duì)接收到的碼片流解碼，相關(guān)和角度旋轉(zhuǎn)功能塊的單碼元求和器812(圖8)必須能夠確定哪個(gè)碼片是單個(gè)信息碼元中7個(gè)碼片中的第一個(gè)。為了能夠執(zhí)行此確定操作，如圖13所示，匹配濾波器1300從加窗積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路310(圖3)接收數(shù)字信號(hào)324。
為了檢測(cè)同相抽樣數(shù)據(jù)流IQ中是否存在信息比特，匹配濾波器130首先將IQ傳遞通過正負(fù)號(hào)功能塊1302。正負(fù)號(hào)功能塊1302針對(duì)量值大于零的所有輸入信號(hào)輸出邏輯高(+1)信號(hào)，而針對(duì)量值小于或等于零的所有模擬輸入信號(hào)輸出邏輯低信號(hào)(-1)。因此，正負(fù)號(hào)功能塊1302產(chǎn)生輸出碼片流1304，此碼片流實(shí)質(zhì)上是同相抽樣碼片流IQ的量化版本，僅取邏輯高或邏輯低的值。同相抽樣碼片流IQ具有與cos(θ)-sin(θ)成比例的量值，其中θ表示接收消息的載波超前于本地RF振蕩器信號(hào)的相位角。輸出碼片流1304具有與該相位差無關(guān)的量值水平。
接著，將碼片流1304輸入到移位寄存器1306。碼片流1304實(shí)際上包含子碼片脈沖。在優(yōu)選實(shí)施例中，這些子碼片脈沖以10倍碼片速率的子碼片速率傳送。移位寄存器1306包括若干碼片寄存器1308。一般而言，碼片寄存器1308的數(shù)量必須等于所采用的PN擴(kuò)頻碼的長度。每個(gè)碼片寄存器1308還包括一個(gè)或多個(gè)子碼片寄存器(未示出)。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)碼片寄存器1308包括10個(gè)子碼片寄存器。以等于子碼片抽樣率的速率(在優(yōu)選實(shí)施例中為碼片速率的十分之一)，每個(gè)子碼片寄存器中的子碼片從左向右移位。例如，在子碼片寄存器1308-11中的第一個(gè)子碼片寄存器每子碼片一次地丟棄其先前的內(nèi)容并存儲(chǔ)來自碼元流1304的最新子碼片。每個(gè)碼元寄存器1308中的10個(gè)子碼片每子碼片一次地輸出，并按子碼片與主設(shè)備的長度11的巴克碼的一部分相乘。例如，碼片寄存器1308-11輸出來自碼片流1304的最新的10個(gè)子碼片1308-11-1、…、1308-11-10。長度11的巴克碼序列中最后碼片的值d11通過乘法器1309-11-1、…、1309-11-10乘以每個(gè)輸出的子碼片。然后將這10次乘法運(yùn)算的結(jié)果通過求和器1307-1相加，并將結(jié)果輸入到求和功能塊1310。同樣地，碼片寄存器1308-11輸出寄存器1308-11中存儲(chǔ)的10個(gè)子碼片1308-01-1、…、1308-01-10。長度11的巴克碼序列中的第一碼片的值d1通過乘法器1309-09-1、…、1309-09-10乘以每個(gè)輸出的子碼片。這10次乘法運(yùn)算的結(jié)果隨后通過求和器1307-1相加，其結(jié)果輸入到求和功能塊1310。
當(dāng)每個(gè)寄存器1308中10個(gè)子碼片對(duì)應(yīng)于一個(gè)碼片時(shí)，子碼片乘法和加法運(yùn)算的總效果是片流1304按碼片與長度11的巴克碼d1、…、d11相乘，其結(jié)果由求和器1310相加。求和器1310的輸出是巴克碼和最新11個(gè)碼片的相關(guān)，并且由于PN巴克碼特性的原因，如果寄存器中的11個(gè)碼片表示一個(gè)完整的信息碼元，則該輸出將僅有基本上非零的值。求和器1310的輸出隨后由平方律功能塊1312處理，以確保其值為正，并將結(jié)果輸入到求和器1324。
對(duì)正交抽樣數(shù)據(jù)流QQ的處理以類似于對(duì)(同相)抽樣數(shù)據(jù)流IQ，的處理的方式進(jìn)行，包括●通過正負(fù)號(hào)功能塊1314將碼片量化；●將碼片存儲(chǔ)在移位寄存器1316中；●通過乘法器和求和器1320將存儲(chǔ)的碼片與主設(shè)備的巴克碼相關(guān)；以及●通過平方律功能塊1322求所得信號(hào)的平方，并將結(jié)果提供給求和器1324。
最后，求和器1324將IQ和QQ處理的平方輸出相加，從而得到碼元存在檢測(cè)信號(hào)1326。對(duì)正交抽樣的數(shù)據(jù)流QQ的處理還涉及子碼片寄存器(未示出)、子碼片乘法器1319和子碼片求和器1317。
除了確定哪個(gè)碼片是具有單個(gè)信息比特的7個(gè)碼片中的第一個(gè)，設(shè)備還必須能夠確定一個(gè)碼元在TDM突發(fā)中的相對(duì)位置。為此，突發(fā)對(duì)齊電路1400(圖14)處理碼元存在檢測(cè)信號(hào)1326。門限檢測(cè)功能塊1402監(jiān)視信號(hào)1326，如果輸入信號(hào)1326超過某個(gè)預(yù)定門限值，則在輸出1404中輸出邏輯高脈沖1405。該門限值選擇為對(duì)應(yīng)于匹配濾波器1300檢測(cè)到信息碼元。當(dāng)在其輸入檢測(cè)到脈沖時(shí)，單穩(wěn)觸發(fā)器(one shot)1406輸出持續(xù)時(shí)間比一個(gè)TDM時(shí)隙的長度稍短的邏輯高信號(hào)，該持續(xù)時(shí)間也即TDM突發(fā)長度加保護(hù)時(shí)間。邏輯“與”門1408將該單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出和門限檢測(cè)功能塊的當(dāng)前輸出1404比較，如果二者都處于邏輯高狀態(tài)，則斷言輸出1410為真。信號(hào)1410每次從邏輯低轉(zhuǎn)換到邏輯高后，計(jì)數(shù)器1412會(huì)使內(nèi)部存儲(chǔ)遞增值。當(dāng)單穩(wěn)觸發(fā)器1046的輸出進(jìn)行邏輯高到邏輯低的轉(zhuǎn)換時(shí)，檢查輸出1414。如果該輸出是比一個(gè)突發(fā)中的比特(不計(jì)第一比特)數(shù)小的數(shù)，則檢測(cè)到的第一比特必定是TDM突發(fā)中的第一比特。如果觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器1406的比特不是TDM突發(fā)中的第一比特，則計(jì)數(shù)器1414將具有比TDM突發(fā)中的比特?cái)?shù)少兩個(gè)或更多的值。微處理器可以監(jiān)視單穩(wěn)觸發(fā)器1406的輸出以及計(jì)數(shù)器1412的輸出，以便確定最新接收到的比特在TDM突發(fā)中的相對(duì)位置。
除了確定最新檢測(cè)到的比特在當(dāng)前TDM突發(fā)中的位置外，系統(tǒng)中的設(shè)備還必須能夠確定當(dāng)前TDM突發(fā)或TDM時(shí)隙在TDM幀中的位置。這要求防止系統(tǒng)中一個(gè)以上設(shè)備同時(shí)廣播，以及允許接收設(shè)備基于接收消息的定時(shí)來推斷傳輸?shù)陌l(fā)送方。為使系統(tǒng)中所有設(shè)備能確定當(dāng)前TDM時(shí)隙在TDM幀中的位置，主設(shè)備必須每幀一次地發(fā)送特殊幀標(biāo)記消息。使用幀標(biāo)記在數(shù)字通信領(lǐng)域是眾所周知的。在一些實(shí)施例中，幀標(biāo)記包括兩個(gè)順序突發(fā)。第一個(gè)突發(fā)包括10個(gè)值均為+1的信息比特。第二個(gè)突發(fā)包含主設(shè)備的單元ID，這是所有其余設(shè)備已知的。長度總共為20比特的這兩個(gè)突發(fā)極不可能由主設(shè)備作為挾帶信息的正常消息的一部分發(fā)送。因此，當(dāng)設(shè)備收到這兩個(gè)突發(fā)時(shí)，它可以(通過圖10所示時(shí)鐘控制電路318中的寄存器)使其本地時(shí)間復(fù)位。
為了解釋的目的，以上描述采用了特定的術(shù)語，以便透徹地理解本發(fā)明。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這些特定細(xì)節(jié)并非實(shí)施本發(fā)明所必需的。選擇并描述這些實(shí)施例是為了最佳地解釋本發(fā)明原理及其實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠通過適于所設(shè)想的特殊用法的各種修改，最佳地利用本發(fā)明和各種實(shí)施例。因此，以上公開的用意不是為了窮舉或?qū)⒈景l(fā)明局限于所公開的具體形式。根據(jù)以上教導(dǎo)，可以進(jìn)行許多種修改和變化。
本發(fā)明范圍由如下權(quán)利要求及其等效物限定。
權(quán)利要求
1.一種定位系統(tǒng)，包括多個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備包括收發(fā)器，用于與所述多個(gè)設(shè)備中的其余設(shè)備交換RF信號(hào)；所述收發(fā)器定期地在指配給所述其余設(shè)備的時(shí)隙期間從所述多個(gè)設(shè)備中的每個(gè)其余設(shè)備接收消息；本地時(shí)鐘，用于生成本地時(shí)鐘信號(hào)；接收器邏輯，用于確定來自所述其余設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備的消息相對(duì)于所述本地時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；發(fā)送器邏輯，用于在指配給所述設(shè)備的時(shí)隙期間定期地向所述其余設(shè)備發(fā)送消息，每個(gè)發(fā)送的消息包含表示至少所述其余設(shè)備之一的到達(dá)時(shí)間的信息；其中，從每個(gè)其余設(shè)備接收到的消息包含表示所述設(shè)備發(fā)送的相應(yīng)消息到達(dá)所述其余設(shè)備的到達(dá)時(shí)間的信息；至少所述設(shè)備之一還包括測(cè)距邏輯，用于確定至多個(gè)所述其余設(shè)備的相應(yīng)距離，所述確定的至多個(gè)所述其余設(shè)備的相應(yīng)距離依據(jù)與所確定的來自所述其余設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間和來自所述其余設(shè)備的消息中的到達(dá)時(shí)間信息的函數(shù)關(guān)系來確定。
2.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)距邏輯配置為確定相對(duì)于所述其余設(shè)備中的相應(yīng)設(shè)備，由所述設(shè)備發(fā)送并接收的消息的平均飛行時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)距邏輯配置為確定平均飛行時(shí)間，此平均飛行時(shí)間包括所述其余設(shè)備中的相應(yīng)設(shè)備發(fā)往所述設(shè)備的消息的第一飛行時(shí)間和所述設(shè)備發(fā)往所述相應(yīng)設(shè)備的消息的第二飛行時(shí)間的平均值，并基于所述平均飛行時(shí)間確定所述設(shè)備與所述相應(yīng)設(shè)備之間的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)設(shè)備中的至少兩個(gè)設(shè)備各包括時(shí)鐘同步邏輯，用于將所述本地時(shí)鐘與所述多個(gè)設(shè)備中特定設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
5.如權(quán)利要求4所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述本地時(shí)鐘包括以本地振蕩器控制的速率更新的計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器生成本地時(shí)間值；以及所述時(shí)鐘同步邏輯包括包含存儲(chǔ)調(diào)整值的寄存器的時(shí)鐘控制邏輯以及響應(yīng)所述寄存器中的調(diào)整值以生成受控時(shí)鐘信號(hào)的模擬時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，所述受控時(shí)鐘信號(hào)近似與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
6.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器邏輯配置為利用所述受控時(shí)鐘信號(hào)來確定所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和來自所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的消息中的沿之差。
7.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)鐘控制邏輯包括根據(jù)所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿與來自所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)的消息中的沿之差來更新所述寄存器中存儲(chǔ)的調(diào)整值的邏輯。
8.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器邏輯包括至少一個(gè)加窗濾波器，用于在相對(duì)于所述受控時(shí)鐘信號(hào)確定的窗口時(shí)間幀期間對(duì)接收信號(hào)積分。
9.如權(quán)利要求8所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述加窗濾波器所用的窗口時(shí)間幀是不同時(shí)長的窗口時(shí)間幀序列，在時(shí)間間隔序列期間用于對(duì)所述接收信號(hào)積分。
10.如權(quán)利要求9所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述窗口時(shí)間幀序列中的最后窗口時(shí)間幀至少比所述窗口時(shí)間幀序列中的第一窗口時(shí)間幀小100倍。
11.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器所用調(diào)整值指定所述受控時(shí)鐘信號(hào)的具有好于時(shí)鐘周期百分之一的精度的相對(duì)相位。
12.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)鐘同步邏輯包括求和器，用于將所述本地時(shí)間值與所述調(diào)整值相加，以生成與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘近似同步的時(shí)間值。
13.一種用于定位系統(tǒng)的設(shè)備，所述設(shè)備包括接收器，用于從所述定位系統(tǒng)中的另一個(gè)設(shè)備接收消息信號(hào)；本地時(shí)鐘，用于生成本地時(shí)鐘信號(hào)，所述本地時(shí)鐘包括時(shí)鐘振蕩器；接收器邏輯，用于確定來自所述其余設(shè)備的消息相對(duì)于所述本地時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；測(cè)距邏輯，用于依據(jù)與所確定的到達(dá)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系確定至所述其余設(shè)備的相應(yīng)距離；以及時(shí)鐘同步邏輯，其包括包含存儲(chǔ)調(diào)整值的寄存器的時(shí)鐘控制邏輯以及響應(yīng)本地振蕩器和所述寄存器中的調(diào)整值以生成受控時(shí)鐘信號(hào)的模擬時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，所述受控時(shí)鐘信號(hào)近似與所述其余設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述接收器邏輯配置為利用所述受控時(shí)鐘信號(hào)來確定所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和來自所述其余設(shè)備的消息中的沿之差。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述時(shí)鐘控制邏輯包括根據(jù)所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿與來自所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)的消息中的沿之差來更新所述寄存器中存儲(chǔ)的調(diào)整值的邏輯。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述接收器邏輯包括至少一個(gè)窗口化濾波器，用于在相對(duì)于所述受控時(shí)鐘信號(hào)確定的窗口時(shí)間幀期間對(duì)接收信號(hào)積分。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，所述加窗濾波器所用的窗口時(shí)間幀是不同時(shí)長的窗口時(shí)間幀序列，在時(shí)間間隔序列期間用于對(duì)所述接收信號(hào)積分。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述窗口時(shí)間幀序列中的最后窗口時(shí)間幀至少比所述窗口時(shí)間幀序列中的第一窗口時(shí)間幀小100倍。
19.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述模擬時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器所用調(diào)整值指定所述受控時(shí)鐘信號(hào)的具有好于時(shí)鐘周期百分之一的精度的相對(duì)相位。
20.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述本地時(shí)鐘包括以本地振蕩器控制的速率更新的計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器生成本地時(shí)間值。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述時(shí)鐘同步邏輯包括求和器，用于將所述本地時(shí)間值與所述調(diào)整值相加，以生成與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘近似同步的時(shí)間值。
22.一種用于操作具有多個(gè)設(shè)備的定位系統(tǒng)的方法，每個(gè)設(shè)備配置為與所述多個(gè)設(shè)備中的另一個(gè)設(shè)備交換RF信號(hào)，所述方法包括如下步驟在第一設(shè)備上，定期地在指配給所述其余設(shè)備的時(shí)隙期間從所述多個(gè)設(shè)備中的每個(gè)其余設(shè)備接收消息，從每個(gè)其余設(shè)備接收到的消息包含表示所述第一設(shè)備發(fā)送的相應(yīng)消息到達(dá)所述其余設(shè)備的到達(dá)時(shí)間的信息；確定來自所述其余設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備的消息相對(duì)于所述第一設(shè)備的本地時(shí)鐘的本地時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；在指配給所述第一設(shè)備的時(shí)隙期間定期地向所述其余設(shè)備發(fā)送消息，每個(gè)發(fā)送的消息包含表示至少所述其余設(shè)備之一的到達(dá)時(shí)間的信息；以及確定從所述第一設(shè)備到所述其余設(shè)備的每一個(gè)的相應(yīng)距離，所述確定的至多個(gè)所述其余設(shè)備的相應(yīng)距離是依據(jù)與所確定的來自所述其余設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間和來自所述其余設(shè)備的消息中的到達(dá)時(shí)間信息的函數(shù)關(guān)系來確定的。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，確定相應(yīng)距離的所述步驟包括確定相對(duì)于所述其余設(shè)備中的相應(yīng)設(shè)備，在所述第一設(shè)備發(fā)送并接收的消息的平均飛行時(shí)間。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，確定相應(yīng)距離的所述步驟包括確定平均飛行時(shí)間，此平均飛行時(shí)間包括所述其余設(shè)備中的相應(yīng)設(shè)備發(fā)往所述第一設(shè)備的消息的第一飛行時(shí)間和所述第一設(shè)備發(fā)往所述相應(yīng)設(shè)備的消息的第二飛行時(shí)間的平均值；以及基于所述平均飛行時(shí)間確定所述第一設(shè)備與所述相應(yīng)設(shè)備之間的距離。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法還包括至少使所述多個(gè)設(shè)備中兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘與所述多個(gè)設(shè)備中特定設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述接收步驟還包括以本地振蕩器控制的速率更新屬于所述本地時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器生成本地時(shí)間值；將調(diào)整值存儲(chǔ)在寄存器中；以及基于所述調(diào)整值生成受控時(shí)鐘信號(hào)，所述受控時(shí)鐘信號(hào)近似與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述接收步驟還包括利用所述受控時(shí)鐘信號(hào)來確定所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和來自所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的消息中的沿之差。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述接收步驟還包括根據(jù)所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿與來自所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的消息中的沿之差更新所述寄存器中存儲(chǔ)的調(diào)整值。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述接收步驟還包括在相對(duì)于所述受控時(shí)鐘信號(hào)確定的窗口時(shí)間幀期間對(duì)接收信號(hào)積分。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，在時(shí)間間隔序列期間多次對(duì)所述接收信號(hào)積分，所述積分在不同時(shí)長的窗口時(shí)間幀序列期間進(jìn)行。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述窗口時(shí)間幀序列中的最后窗口時(shí)間幀至少比所述窗口時(shí)間幀序列中的第一窗口時(shí)間幀小100倍。
32.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整值指定所述受控時(shí)鐘信號(hào)的具有好于時(shí)鐘周期百分之一的精度的相對(duì)相位。
33.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟將所述本地時(shí)間值與所述調(diào)整值相加，以生成與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘近似同步的時(shí)間值。
34.一種用于操作定位系統(tǒng)中的設(shè)備的方法，包括從所述定位系統(tǒng)中的另一個(gè)設(shè)備接收消息信號(hào)；生成本地時(shí)鐘信號(hào)；確定來自所述另一個(gè)設(shè)備的消息相對(duì)于所述本地時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；依據(jù)與所確定的到達(dá)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系確定至所述另一個(gè)設(shè)備的相應(yīng)距離；將調(diào)整值存儲(chǔ)在寄存器中；以及基于所述調(diào)整值生成受控時(shí)鐘信號(hào)，所述受控時(shí)鐘信號(hào)近似與所述另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘同步。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿和來自所述另一個(gè)設(shè)備的消息中的沿之差。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述方法還包括根據(jù)所述受控時(shí)鐘信號(hào)中的沿與來自所述另一個(gè)設(shè)備的消息中的沿之差更新所述寄存器中存儲(chǔ)的調(diào)整值。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述接收步驟還包括在相對(duì)于所述受控時(shí)鐘信號(hào)確定的窗口時(shí)間幀期間對(duì)接收信號(hào)積分。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，在時(shí)間間隔序列期間多次對(duì)所述接收信號(hào)積分，所述積分在不同時(shí)長的窗口時(shí)間幀序列期間進(jìn)行。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述窗口時(shí)間幀序列中的最后窗口時(shí)間幀至少比所述窗口時(shí)間幀序列中的第一窗口時(shí)間幀小100倍。
40.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整值指定所述受控時(shí)鐘信號(hào)的具有好于時(shí)鐘周期百分之一的精度的相對(duì)相位。
41.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述本地時(shí)間值與所述調(diào)整值相加，以生成與所述多個(gè)設(shè)備中另一個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘近似同步的時(shí)間值。
全文摘要
定位系統(tǒng)包括多個(gè)配置為彼此交換RF信號(hào)的設(shè)備。第一設(shè)備收發(fā)器定期地在指配的時(shí)隙期間從另一設(shè)備接收消息。所接收的消息包含表示所述第一設(shè)備發(fā)送的相應(yīng)消息到達(dá)所述另一個(gè)設(shè)備的時(shí)間的信息。來自所述其余設(shè)備中每一個(gè)設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間由第一設(shè)備確定。所述第一設(shè)備定期地向所述另一個(gè)設(shè)備發(fā)送消息，每個(gè)發(fā)送的消息包含表示至少所述其余設(shè)備之一的到達(dá)時(shí)間的信息。從第一設(shè)備至多個(gè)其余設(shè)備的每一個(gè)的距離依據(jù)與所確定的來自所述其余設(shè)備的消息的到達(dá)時(shí)間和來自所述其余設(shè)備的消息中的到達(dá)時(shí)間信息的函數(shù)關(guān)系來確定。
文檔編號(hào)G01S5/02GK1846390SQ200480019009
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者R·K·－T·窩, M·L·倫茨, S·A·斯蒂芬斯, M·P·卡普蘭 申請(qǐng)人:納夫科姆技術(shù)公司