对无线电信号进行定时和定位的方法和系统技术方案

对无线电信号进行定时和定位的方法和系统。一种在接收机中对无线电信号进行定时的方法，所述无线电信号在发射机中生成并从发射机发射，所述无线电信号包括一系列频率啁啾，系统包括：接收来自发射机的无线电信号；合成包括一系列频率啁啾的投影矢量，所述一系列频率啁啾是那些包括在无线电信号中的啁啾的复共轭映像，投影矢量相对于彼此时移确定的时间的移位间隔；将接收的无线电信号与投影矢量相乘并累积结果；对累积结果进行插值以确定峰时移。

A method and system for timing and positioning of radio signals

A method and system for timing and positioning of radio signals. A timing method for radio signals at the receiver, the radio signal in the transmitter generates and from the transmitter, the radio signal includes a series of frequency chirp, the system includes receiving a radio signal from the transmitter; synthesis includes a column projection vector frequency chirp, the frequency chirp is a series of those included in the radio signals in the chirp of the conjugate image projection vector with respect to each other when the shift shift interval time; the received radio signals and the projection vector multiplication and accumulation of results; cumulative results were interpolated to determine the peak shift.

【技术实现步骤摘要】
对无线电信号进行定时和定位的方法和系统
本专利技术在实施例中与如下系统和方法相关，所述系统和方法用于精确地确定无线电信号到接收机的到达时间（TOA）以及通过组合在不同地点（site）处的到达时间的精确确定的对无线电发射机的定位。
技术介绍
归功于在微电子学和通信系统中的最近的改进，大量的设备和对象已经嵌有电子器件、软件传感器和连接性装置，这允许所述大量的设备和对象收集和交换信息。对象的该网络称为物联网，或者IoT。IoT对象通常是具有适度的能量资源的简单设备，因为它们必须依赖本地蓄电池（accumulator）或能量收获（energyharvesting）。因此它们需要符合这些条件的无线连接性技术方案。低吞吐量长距离无线网络特别适合于IoT中的应用，特别是寻求低功率、长电池自主性（longbatteryautonomy）和低成本的情况。除了其他之外，通过专利申请EP2767847和EP2449690已知的LoRa通信系统使用啁啾扩频调制（chirpspread-spectrummodulation）来实现这些目标。定位是物联网的发展的关键使能者（enabler）之一。存在对于用于移动节点的低功率、低复杂性的定位方法和设备的需要。自相当长的时间以来，卫星定位系统是已知的。GP、Glonass和Galileo允许基于从其轨道是精确已知的空间载体的星座接收的信号的精确定时的移动节点的精确自定位。尽管这些系统在许多方面已经极其成功，但是它们并非很好地适合于IoT的低功率范围段。特别地，信号的初始获取需要相当大的计算功率，并且室内接收仍然是非常困难的。早于卫星系统，基于无线电信号的定时的陆地的或海上定位系统也是已知的并且如今仍然使用。基于无线电的定位常常从将对象链接到其位置已知的一些参考的无线电信号的测量的到达时间导出对象的位置。如从EP2767848和EP2767847已知的那样，在LoRa系统中，可用如下方法来确定信号的到达时间，所述方法利用啁啾调制（chirp-modulation）中的时间和频率之间的对偶性（duality）。设备侧定位和网络侧定位方法两者都是本领域中已知的。在设备侧定位中，所述设备侧定位是在例如GPS中使用的变型，设备本身从多个信标接收无线电信号，并且，通过对它们进行定时来确定到信标的距离（range）和设备自身的位置而无需进一步的外部协助，而在网络侧定位中，请求其位置的设备发送从属于网络基础设施的多个固定站接收的的一个或若干个信号。在网络基础设施中计算距离和位置。两种方法都有优点和缺点。然而，网络侧定位将计算中的大部分转移到网络结构中，其允许端节点的硬件的简化。网络侧定位允许仅传输节点的定位并且比设备侧变型更难以拥堵，这是安全应用中的优点。然而，定位的两种变型都依赖于准确地确定无线电信号的到达时间。多路径总是存在于实际的通信信道中并且其使得定时的准确性降级。因此，存在对用于对无线电信号进行定时的方法和系统的需要，所述方法和系统对多路径比现有技术的方法和系统更鲁棒。对无线电信号进行定时常常涉及在绝对时间轴上确定无线电信号的位置，其通过例如GPS授时（GPS-disciplined）时钟或两个相似信号之间的到达时间差的准确的时钟来确定。在两种情况下，信号的带宽越大，则定位将越容易。虽然零带宽CW信号没有时间结构并且基本上不可能精确定时，但是雷达系统通过使用非常短的宽带宽无线电脉冲实现了优秀的定时。LoRa是扩频调制。然而，与使用几十MHz直至若干GHz带宽的雷达系统相比，LoRa的带宽相对较小：在大多数情况下大约125kHz。因此，源自雷达应用的技术对LoRa信号并不是真正有效。特别地，LoRa信号持续长得多，并且信号的结构不允许在时域中解决（resolve）多路径。根据传播条件和所寻求的精度，有效的定位通常要求30到300ns的到达时间准确性。对于125kHz的带宽，奈奎斯特采样的数据具有8微秒的分辨率，为目标分辨率的大约250倍。由于LoRa是基于啁啾的扩频调制，所以可以从传入的信号的频率估计到达时间，由于多路径，所述传入的信号将是若干复指数信号的叠加。从这样的叠加提取个体分量的算法是已知的，例如超分辨率（super-resolution）MUSIC算法。然而，这些方法是计算上非常密集的，特别是，在其中矢量可以是非常长的，并且多路径分量的数量事先是未知的的我们的情况中。US2014064337和WO0002325描述了将啁啾用于同步的接收机。
技术实现思路
本专利技术提出了在接收机中对无线电信号进行定时以及定位设备的方法，所述方法是相应的独立权利要求的对象。附图说明图1示意性地图示了符合本专利技术的无线网络的节点的结构。图2是根据本专利技术的一方面的基础啁啾（basechirp）和调制的啁啾的瞬时频率的绘图。相同信号的相位被绘制在图3中，而图4是在时域中的未调制的基础啁啾的实分量和复分量的绘图。图5示意性地表示了根据本专利技术的方面的帧的结构；图6示意性地呈现了本专利技术的定位系统。图7图示了本专利技术的方面，即投影矢量的构造图8和9图示了根据本专利技术的方面的接收频带到子频带的划分。具体实施方式LoRa调制的回顾在欧洲专利申请EP2449690和EP2767848中描述了本专利技术中采用的啁啾调制技术的若干个方面，通过引用将欧洲专利申请EP2449690和EP2767848合并于此，并且将在这里概括地提到它们。在图1中示意性地表示的无线电收发机是本专利技术的可能实施例的部分。其包括基带部分200和射频部分100。关注于发射机部分，基带调制器150基于在其输入处出现的数字数据152生成基带信号，所述基带信号的I和Q分量通过RF部分100被转换成期望的传输频率，由功率放大器120放大，并且通过天线传输。在不偏离本专利技术的框架的情况下，该架构允许若干个变型和修改，并且是非限制性示例。例如，收发机可以合成极分量幅度A和相位ϕ，而不是笛卡尔分量幅度I和Q。在此示例中，通过在混合器110中将由放大器154提供的信号和由电路190生成的本地载波的同相和正交分量进行混合来完成信号从基带到预期频率的转换，并且该转换联系到参考时钟129。一旦在无线电链路的另一端上接收到信号，就由图1的收发机的接收部分处理所述信号，图1的收发机的接收部分包括下变频级170之后的低噪声放大器160,下变频级170生成包括一系列啁啾的基带信号，然后所述基带信号由基带解调器180处理，基带解调器180的功能是调制器150的功能的反向，并提供重建的数字信号182。如在EP2449690中讨论的那样，调制器150合成包括一系列啁啾的基带信号，一系列啁啾的频率沿着预定时间间隔从初始瞬时值向最终瞬时频率改变。为了简化描述，将假设所有的啁啾都具有相同的持续时间T，尽管这对本专利技术而言并不是绝对要求。可以通过啁啾的瞬时频率的时间轮廓（profile）来描述或者也可以通过将信号的相位定义为时间的函数的函数来描述所述啁啾。啁啾可以具有多个不同轮廓中的一个，每个对应于预定调制字母表（alphabet）中的符号。重要的是，包括在信号中的啁啾可以是具有具体的和预定义的频率轮廓（profile）的基础啁啾（还称为未调制的啁啾），或是可能的调制的啁啾的集合中的一个，可能的调制的啁啾通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在接收机中对无线电信号进行定时的方法，所述无线电信号在发射机中生成并从发射机传输，所述无线电信号包括一系列频率啁啾，系统包括：‑接收来自发射机的无线电信号；‑合成包括一系列频率啁啾的投影矢量，所述一系列频率啁啾是那些包括在无线电信号中的啁啾的复共轭映像，投影矢量相对于彼此时移确定的时间的移位间隔；‑将接收的无线电信号与投影矢量相乘并累积结果；‑对累积结果进行插值以确定峰时移。

【技术特征摘要】
2016.07.20 EP 16180271.51.一种在接收机中对无线电信号进行定时的方法，所述无线电信号在发射机中生成并从发射机传输，所述无线电信号包括一系列频率啁啾，系统包括：-接收来自发射机的无线电信号；-合成包括一系列频率啁啾的投影矢量，所述一系列频率啁啾是那些包括在无线电信号中的啁啾的复共轭映像，投影矢量相对于彼此时移确定的时间的移位间隔；-将接收的无线电信号与投影矢量相乘并累积结果；-对累积结果进行插值以确定峰时移。2.如权利要求1所述的方法，包括基于接收的无线电信号确定在包括于接收机中的本地时间参考和发射机的时间参考之间的时钟对应，并且基于时钟对应补偿在投影矢量中的啁啾的频率斜率和相位。3.如权利要求1所述的方法，其中将接收的信号的带宽划分为子频带，在子频带中的每个中执行投影矢量与接收的矢量的乘法。4.如权利要求3所述的方法，包括基于估计的多路径影响的在子频带结果和全频带结果之间的组合，其包括拒绝这些估计中的任何估计。5.如权利要求4所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：OBA塞勒，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US