專利名稱：位置確定的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻系統(tǒng)中位置確定的方法，并涉及射頻系統(tǒng)中位置確定的設備。
歐洲專利公開0 654 677 A描述了一種處理多路環(huán)境中信號的方法。
然而，存在漫反射時，特別當這種部件很多并放置得很靠近時(例如這發(fā)生在包括粗糙不平表面和雜波的室內環(huán)境中)，這些方法并不能很好地執(zhí)行。因此，導致估計不精確以及定位不準確。
本發(fā)明的一個目的是避免或減小散射多路不準確性。
本發(fā)明的另一個目的是提供良好的定位準確性。
本發(fā)明的另一個目的是從接收的信號中去除漫散射成分。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種射頻系統(tǒng)中位置確定的方法，該方法包括使在一個單元接收的信號與在所述單元處的復制信號相關聯(lián)，并使用包括與第二項結合的指數(shù)項的優(yōu)化函數(shù)處理該相關信號。
這樣，本發(fā)明的方法可以提供室內環(huán)境中準確的位置測量。
優(yōu)選地，指數(shù)項的形式為Be-αt，第二項的形式為τo(1-τo2t2).]]>該方法可以包括執(zhí)行復制信號的積分，和/或使用一組參數(shù)擬合優(yōu)化函數(shù)與視線相關函數(shù)，和/或使散射相關輸出與視線函數(shù)輸出重疊并使用已知值的相關數(shù)據(jù)擬合視線的輸出。
該方法可以包括首先實施多徑緩解技術以使得接收和復制信號相關聯(lián)。
多徑緩解技術可以包括多路徑估算延時鎖相環(huán)(MEDLL)技術，或最小均方誤差(MMSE)技術。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種可直接裝載到數(shù)字計算機內存的計算機程序產品，它包括軟件代碼部分，當所述產品在計算機中運行時執(zhí)行本發(fā)明的方法。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種可直接安裝到數(shù)字計算機內存的計算機程序，它包括軟件代碼部分，當所述程序在計算機中運行時執(zhí)行本發(fā)明的方法。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種載波，它可以包括電子信號，用于采用本發(fā)明的計算機程序，和/或本發(fā)明的計算機程序產品、或計算機程序、或載波的電子分布。
根據(jù)本發(fā)明，還提供用于射頻系統(tǒng)的位置確定的設備，該設備包括使在單元接收的信號與在所述單元處的復制信號相關聯(lián)的裝置，以及使用包括與第二項結合的指數(shù)項的優(yōu)化函數(shù)來處理相關信號的裝置。
本發(fā)明尤其適用于包括GPS和GSM網絡的射頻系統(tǒng)，特別是室內環(huán)境，并可以以硬件和/或軟件的方式執(zhí)行。
為使本發(fā)明更易于理解，下面參考附圖僅通過實例給出描述，附圖中

圖1是本發(fā)明的接收機單元的示意圖；圖2是圖1的單元的硬件執(zhí)行；圖3是本發(fā)明方法的信號處理操作的流程圖；圖4描述了散射體所處的表面。
圖1示出了本發(fā)明的移動射頻接收機單元1，它位于房間2內，該房間具有多個物體，包括椅子3、桌子4、書柜5和反射表面例如墻6。這些物體共同作用為單元1接收的GPS信號類型產生大量的漫反射。
圖2中示出了單元1的硬件執(zhí)行中的部件的細節(jié)，它具有天線10，以接收輸入信號R(t)并傳輸它到乘法器塊11，用于與載波發(fā)生器12的輸出C相乘以使信號R(t)混錄。合成的信號傳輸?shù)较嚓P器塊13，用于混錄的信號與從代碼發(fā)生器產生的復制代碼的后續(xù)關聯(lián)，以便使用從代碼發(fā)生器14輸入的信號產生從I(虛部)和Q(實部)信道輸出的相關數(shù)據(jù)輸出。
該相關數(shù)據(jù)然后傳輸?shù)叫盘柼幚韷K15，該信號處理塊15適當調整代碼發(fā)生器13和載波發(fā)生器12。
圖3示出了信號處理的相關操作中的主要步驟的流程圖，以去除本發(fā)明中的散射成分。
流程圖的步驟1涉及存在多路信號時的位置測量的標準信號處理，一般通過多路徑估算延時鎖相環(huán)(MEDLL)方法完成，該方法在歐洲專利公開號No.EP 0 654 677 A中有一般性地描述。
步驟1涉及使用該方法以提供使用N個“三角形”的優(yōu)化擬合，由此估算多路徑參數(shù){a_0，....a_N}{t_1，....t_N}{q_1，....t_N}然后通過使用從MEDLL方法獲得的t_0的初始值(包括用于B和α的小初始值)，步驟2添加到標準相關操作，然后使函數(shù)f(τ)=Bα-∞(fo1-τ02f2+1)---(1)]]>與復制信號s(t-τ)相關聯(lián)。
使用乘法器塊11執(zhí)行關聯(lián)，使得接收的信號r(t)被載波上的復制代碼相乘以使所接收的信號混錄以及獲得相關數(shù)據(jù)。然后在步驟3中通過積分器16將這些數(shù)據(jù)相加以給出I和Q信道的相關函數(shù)數(shù)據(jù)，因為信號的相位，相關函數(shù)很復雜。
在步驟4，使用下面的參數(shù){a_0，t_0，q_0}使f(τ)與視線三角形擬合到使用已知值的相關數(shù)據(jù)，使用的已知值為{a_1，...a_N}{t_1，....t_N}{q_1...q_N}’其中，a0，...aN是接收信號中的所有反射成分的幅度τ0，...τN是接收信號中的所有反射成分的延時q0，...qN是接收信號中的所有反射成分的相位。
步驟5涉及發(fā)現(xiàn)下面的值B，α，a_0，q_0
t_0和E(均方差)，試驗不同的值直到到達全局最小誤差為止，并存儲所有得出的值。
步驟6涉及對于各個值進行積分的相同操作，然后反饋它們到步驟2以重復該過程。
這樣，以方程(1)表征的函數(shù)f(τ)足以有效地清除漫反射的相關函數(shù)。
作為一種變型方案，相關操作的軟件執(zhí)行與算法結合以實現(xiàn)·使用本地代碼和接收信號的取樣值的乘積與總和，執(zhí)行本地復制代碼與接收信息數(shù)據(jù)的相關聯(lián)，以產生解調的相關數(shù)據(jù)；·通過使N個固定寬度為2*個片寬的三角形與解調的相關數(shù)據(jù)相擬合，使得N個三角形給出了最小全局誤差，執(zhí)行常規(guī)的位置測量方法，以及·執(zhí)行方程1的f(τ)和步驟2。
更為詳細地，根據(jù)本發(fā)明，圖3示出了信號處理的一個附加步驟，對于大量多徑緩解技術，例如多路徑估算延時鎖相環(huán)(MEDLL)或最小均方差(MMSE)技術，用于清除殘余漫反射成分的接收的相關函數(shù)。
盡管圖3所示的方法以及下面的描述都參考MEDLL技術，但應當理解的是，此后描述的對該技術的改進也同樣適用于其他形式的多徑緩解技術，這些其他形式的多徑緩解技術的一個實例是最小均方誤差(MMSE)方法。
信號處理中附加的步驟利用最大似然估算量(MEDLL)或貝葉斯估算法(MMSE)中的清除函數(shù)f(τ)，能夠從接收的相關函數(shù)數(shù)據(jù)中去除漫散射成分。
本發(fā)明允許使用新的相關函數(shù)執(zhí)行最大似然估算量的優(yōu)化，該新的相關函數(shù)是視線(LOS)相關函數(shù)和散射相關函數(shù)的和，這兩個函數(shù)都與LOS延時τ0有關。
改進的估算量使用漫散射過程的近似值。
當前使用的常規(guī)MEDLL技術的最大似然估算量由下式給出L≡∫[D(τ)-Σn=0NaneiθnP(τn)]2.dτ---(3)]]>
其中R(τ)=Σn=0NaneiθnP(τn),---(4)]]>其中P(τn)是以時間τ＝τn中心對稱的單位高度的三角形，具有以下基數(shù)兩個片寬2Tc，第n個反射相位θn，第n個幅度αn，以及第n個延時τn。
它們是相關函數(shù)模型中的參數(shù)。
項D(τn)D(τ)＝∫r(t)s(t-τ).dt，(5)是從接收的信號數(shù)據(jù)r(t)得出，在接收機中與復制信號s(t)相關聯(lián)，以獲得相關函數(shù)數(shù)據(jù)。
這樣，用在MEDLL方法中的多路徑參數(shù){a0...aN，θ0...θN，τ0...τN}的最大似然估算量由這些最小化估算量L的參數(shù)值給出。
在計算方程(1)的函數(shù)f(τ)時，考慮三個主要因素，分別為i)隨著路徑長度或時間的增加，隨機散射疊加射線的組合幅度；ii)隨著路徑長度或時間增加，隨機放置的散射體的數(shù)目；iii)隨著路徑長度或時間增加，射線幅度的自由空間衰減。
為了得出如上面i)中提及的隨機散射疊加射線形式，假設漫反射體是均勻分布的，這是因為它們可以看成從隨機放置的位置散射射線。而且，在任何給定的路徑長度，所有射線幅度大致相等，所以隨機散射僅在各個接收射線的相位中明顯。
隨著時間增加，因為較長反射路徑的射線被進一步散射，任意兩個所接收射線的相位的相互相似性減弱。而且，相同路徑長度的各個射線的相位發(fā)散增加，因此，各個射線的幅度在疊加的基礎上更傾向于相互抵消。
隨機散射效應的指數(shù)衰減由下式給出f(t)＝Ae-t/b， (6)其中t是射線的傳播延時。常數(shù)b決定函數(shù)趨于零的速度。因為在較短的波長發(fā)生更多的再輻射，波長λ具有以下屬性
b∝λ.
用物理波長λ代替b得出下面形式的接收信號的隨機相位近似值f(t)＝Ae-kt/λ(7)其中，A是所傳輸信號的幅度。
為了確定如ii)中提及的相對于時間的散射體的數(shù)目，假設每個散射體在空間是點均勻分布的。對于從發(fā)射器A傳輸?shù)浇邮諜CB的信號的任何固定路徑長度，反射體必須位于一個橢圓體的表面。因此，反射體的數(shù)目N正比于一個橢圓體的表面積，該橢圓體的焦點被距離AB分離。
圖4示出了對于固定路徑長度r散射體所處的表面，其中射線從點A傳輸?shù)近cB。隨著r的增加，因為遇到的散射體數(shù)目增加，從A到B的路徑變得更具有偶然性。
存在橢圓體的表面積的分析表達式，但它包含第二類的完整橢圓積分，這必須進行數(shù)值計算。不過，可以得出該表面積的具有更直觀形式的近似分析形式。橢圓體的表面積的近似值必須保持下面的極限t→cAB以及t→∞。
對于最短反射延時的表面積的情況，它可以等價地看成AB→∞的表面積，反射體位于圓柱體區(qū)域的表面S＝2πbAB，(8)其中，b是橢圓體的較小軸。
假定r是射線的反射路徑長度，那么b=r2-AB22.---(9)]]>因此，對于t→cAB→0，反射體的數(shù)目由下式給出N(r)=S=πABr2-AB2.---(10)]]>對于最長反射延時的表面積的情況，其可以等效地看成AB→0的表面積，反射體位于球體的表面，具有下面簡單的形式N(r)＝πr2，(11)其中路徑長度r是球半徑的兩倍。
因此，散射體數(shù)目的近似形式是時間的函數(shù)，由下式給出N(t)=πc[tABt2-tAB2+t2].---(12)]]>其中c是光速，t是所接收的反射射線從A傳輸?shù)紹的時間，tAB是射線從A直接傳輸?shù)紹的時間。
所以，隨著時間的流逝，當散射體所處的表面從圓柱體演變成球體時，散射體的數(shù)目增加。這樣，因為射線相遇的散射體的數(shù)目增加，及時接收的射線的數(shù)目以及接收的信號的數(shù)目也增加因子N(t)。
然后，隨著時間的流逝，如上面iii)中提及的，幅度在自由空間衰減，其量為1/r2． (13)由于自由空間傳播衰減，N(t)的影響減小到下面的數(shù)值M(t)=πct2[tABt2-tAB2+t2].---(14)]]>隨機相位疊加、散射體的數(shù)目以及自由空間傳播衰減三個因素的影響，i)到iii)，由此相結合以得出下面接收信號的散射部分的近似值f(t)=Ae-kt/λπct2[tABt2-tAB2+t2].---(15)]]>這可以簡化為f(t)=Be-∞[τ0t2-τ02t2+1].---(16)]]>其中B=πAc2]]>和α＝k/λ散射近似值可以看成接收信號r(t)的背景函數(shù)，其中由線性疊加信號基數(shù)表示的鏡面反射可以疊加，導致MEDLL方程轉變成下面的形式r(t)=Σm=0M-1ameiθms(t-τm)+Be-∞[τ0t2-τ02t2+1].---(17)]]>因為散射過程是隨機的，涉及大量的射線并呈現(xiàn)指數(shù)衰減，上述近似值提供了散射過程的好的特性。
最大似然評估量此前在公式(1)中給出。
由此本發(fā)明提供改善的評估量，具有清除漫反射的相關函數(shù)的能力，由下面的方程給出M≡∫[D(τ)-Σn=0NaneiθnP(τn)-B∫e-∞(τ01-τ02t2+1)s(t-τ).dt]2.dt---(18)]]>其中s(t)是復制信號，B和α是自由參數(shù)。其他參數(shù)在此前的最大似然評估量中都有描述。
從方程(16)中給出的接收信號的散射部分的近似值得出的項f(τ)=B∫e-∞(τ01-τ02t2+1)s(t-τ).dt,---(19)]]>代表對最大似然(MEDLL)估算量的改善。
圖3示出了該方法的一個實例，通過它可以執(zhí)行本發(fā)明。
對于本領域技術人員來說，顯而易見的是，該方法可以包含在軟件或硬件中，例如作為射頻接收機的部分信號處理單元。
權利要求
1.射頻系統(tǒng)中位置確定的方法，該方法包括使在單元(1)接收的信號(R(t))與所述單元處的復制信號相關聯(lián)(步驟1)，以及使用優(yōu)化函數(shù)處理(步驟2)該相關信號，該優(yōu)化函數(shù)包括與第二項結合的指數(shù)項。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中指數(shù)項的形式為Be-αt(步驟2)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中第二項的形式為τo(1-τo2t2)]]>(步驟2)
4.根據(jù)前面任一個權利要求所述的方法，包括實現(xiàn)復制信號的積分(步驟3)。
5.根據(jù)前面任一個權利要求所述的方法，包括使用一組參數(shù)擬合優(yōu)化函數(shù)與視線相關函數(shù)(步驟4)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，包括使散射相關輸出與視線函數(shù)輸出重疊以及用已知值的相關數(shù)據(jù)擬合視線輸出。
7.根據(jù)前面任一個權利要求所述的方法，包括首先執(zhí)行多徑緩解技術以實現(xiàn)接收和復制信號的相關聯(lián)。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中多徑緩解技術包括多路徑估算延時鎖相環(huán)(MEDLL)技術(步驟1)。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中多徑緩解技術包括最小均方誤差(MMSE)技術。
10.一種直接可以裝載到數(shù)字計算機內存的計算機程序產品，包括軟件代碼部分，當所述產品在計算機上運行時，執(zhí)行權利要求1到9中任何一個或多個的方法。
11.一種直接可以裝載到數(shù)字計算機內存的計算機程序，包括軟件代碼部分，當所述程序在計算機上運行時，執(zhí)行權利要求1到9中任何一個或多個的方法。
12.一種可能包括電子信號的載體，用于權利要求11的計算機程序。
13.權利要求10的計算機程序產品或權利要求11的計算機程序或權利要求12的載體的電子分布。
14.射頻系統(tǒng)的位置確定的設備，該設備包括使在單元(1)接收的信號(R(t))和在所述單元處的復制信號相關聯(lián)(13)的裝置，以及使用優(yōu)化函數(shù)處理該相關信號的裝置(13)，該優(yōu)化函數(shù)包括與第二項結合的指數(shù)項。
15.根據(jù)權利要求14所述的設備，其中指數(shù)項的形式為Be-αt。
16.根據(jù)權利要求14或15的設備，其中第二項的形式為τo(1-τo2t2)]]>
17.根據(jù)權利要求14到16中任意一個的設備，包括實現(xiàn)復制信號積分的裝置(15)。
18.根據(jù)權利要求14到17中任意一個的設備，包括使用一組參數(shù)擬合優(yōu)化函數(shù)與視線相關函數(shù)的裝置(15)。
19.根據(jù)權利要求18的設備，包括使散射相關輸出與視線函數(shù)輸出重疊以及用已知值的相關數(shù)據(jù)擬合視線輸出的裝置(15)。
20.根據(jù)權利要求14到19中任意一個的設備，包括首先執(zhí)行多徑緩解技術以實現(xiàn)接收信號(R(t))和復制信號的關聯(lián)的裝置。
21.根據(jù)權利要求20所述的設備，其中多徑緩解技術包括多路徑估算延時鎖相環(huán)(MEDLL)技術。
22.根據(jù)權利要求20所述的設備，其中多徑緩解技術包括最小均方誤差(MMSE)技術。
全文摘要
單元1具有天線(10)，接收輸入信號R(t)并將其傳輸?shù)匠朔ㄆ鲏K(11)使其與載波發(fā)生器(12)的輸出C相乘以使信號R(t)混錄，該混錄信號傳輸?shù)接糜诨熹浶盘柕暮罄m(xù)關聯(lián)復制代碼相關器塊(13)以及代碼發(fā)生器的發(fā)生器相關器(13)，以便使用從代碼發(fā)生器(14)輸入的信號產生從I(虛部)和Q(實部)信道輸出的關聯(lián)數(shù)據(jù)。該關聯(lián)數(shù)據(jù)然后傳輸?shù)叫盘柼幚韷K(15)，該塊適當調整代碼發(fā)生器(13)和載波發(fā)生器(12)以提供具有多種漫反射的室內環(huán)境中準確的位置測量。
文檔編號G01S1/00GK1856717SQ200480027850
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權日2003年9月27日
發(fā)明者J·羅森費爾德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司