在加权最小二乘法位置解决方案中协方差矩阵估计的方法和设备技术

在一个固定基础设施（１１０－１１６）和一个移动单元（１６０）之间进行交换的诸信号产生Ｍ个信道质量度量。该信道质量度量经过预定的关系（５０１－５０３）被映射为Ｍ个对应的到达时间方差，反过来它又被用于导出Ｍ－１个到达时间差分方差。部分地包括到达时间差分方差的一个到达时间差分加权矩阵被用于计算ＷＬＳ的解，该解是移动单元位置的估计。这个过程可使用与该移动单元协同工作的基于基础设施的位置处理器（１３０）来实现，或者可单独利用该位置处理器或该移动单元来实现。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及在无线通信系统中位置的测定，特别涉及加权最小二乘法解决方案的协方差矩阵的估计。无线通信系统是众所周知的，其中诸移动单元(例如车载移动台或手持便携式无线电设备)跟包括多个地理上不同的收发信机的固定通信基础设施进行无线通信。在这样的系统中，用于测定一个给定的移动单元的位置信息的方法是已知的。特别地可使用众所周知的加权最小二乘法(WLS)解决方案来测定位置信息，例如在授予Geier等人的美国专利5416712中所示的。简要地说，用以测定位置的WLS方法试图部分地基于该移动单元和具有已知位置的诸固定发射机之间的距离估计迭代地导出位置估计。假定该距离可计算为速度与时间的乘积，则距离估计(称为伪范围或PR)实际上通过将该移动单元和诸固定发射机之间的传播延迟跟光速相乘进行计算。假定理想地测量所得的诸传播延迟是理想的，则该移动单元的位置可使用该伪范围几乎无误差地进行计算。但是，诸传播延迟实际上使用发送的诸信号来测量，这些信号受到各种误差源如噪声、多径干扰、失真等的影响。在诸延迟测量中得到的诸误差被转化为诸伪范围中的诸误差，因而转化为位置估计中的误差。为了防止诸测量误差的出现，WLS解决方案要将各种测量的可靠性因素纳入到位置估计中去。即，当WLS解决方案用于估计位置时，它更多地信赖具有较大可靠性的测量，并且低估具有较小可靠性的那些测量。以这种方式，WLS方案提供比无加权技术显著的性能优点。但是，实际上不能直接测量信号的可靠性，而必须以随机变量的方差来描述。将测量可靠性纳入位置测定场合的各种方法在现有技术中是已知的。例如，在授予Geier的美国专利5202829中，使用卡尔曼(kalman)滤波器来评价使用伫于船上GPS接收机测量的并且附上尾标的伪范围的“质量”。另外，在授予Sheynblat的美国专利5436632中，披露一种系统，其中采用在已知位置(诸基准站和诸完整性监视器)的诸冗余GPS接收机提供对由也装备GPS接收机的移动单元进行的伪范围测量的校正。Sheynblat的专利讨论了WLS解决方案的使用，其中根据在由给定基准站及其对应的完整性监视器之间的误差表示的接收机噪声来测定“测量误差的协方差”。虽然Geier和Sheynblat的专利纳入了可靠性测定以改善位置估计的精度，但是这样的技术并不现成地适用于移动的和便携的无线通信环境。首先，Geier和Sheynblat的两项专利都要求使用GPS接收机。这样的接收机对移动/便携设备增加了显著的造价和过高地增加这种设备的体积及复杂性，特别是便携式无线电设备。另外，如在’872 Geier专利中所指出的，使用卡尔曼滤波器要求比WLS解决方案显著大的计算能力。在便携单元中，计算能力经常受到体积和电池寿命考虑的限制，使得使用计算上昂贵的卡尔曼滤波器方法不太吸引人。因此，需要纳入WLS位置解决方案的优点而不需要昂贵的GPS设备这样一种方法。特别地，需要一种在WLS解决方案中用于估计协方差矩阵的技术。附图说明图1是一个无线通信系统的方框图。图2是一个位置处理器的方框图。图3是表示在移动单元与位置处理器协同工作以测定该移动单元位置时移动单元工作的流程图。图4是表示当位置处理器与移动单元协同工作以测定该移动单元位置时位置处理器工作的流程图。图5是表示用于测定到达时间方差的预定关系的例子的曲线图。图6是表示使用加权最小二乘法解决方案的位置估计测定的流程图。图7是表示当该固定基础设施根据由该移动单元发送的信号来测定移动单元位置时固定基础设施工作的流程图。图8是一个移动单元的方框图。图9是表示当图8的移动单元独立地测定它自己的位置时该移动单元工作的流程图。本专利技术提供用于估计在加权最小二乘法位置测定中使用的协方差矩阵的方法和设备。一般地讲，在固定基础设施与移动单元之间交换的信号产生M个信道质量度量(M≥3)。信道质量度量用于导出对应于M的到达时间方差，后者又用于导出M-1到达时间差分方差。预定的诸关系用于将信道质量度量映射为到达时间方差。到达时间差分加权矩阵是协方差矩阵的估计，它部分地包括到达时间差分方差，用于计算WLS的解，该解是移动单元位置的估计。这个过程可使用与移动单元协同工作的基于基础设施的位置处理器来实现，或者可由该位置处理器或移动单元单独执行。以这种方式，WLS解决方案可有利地用于位置测定的场合而不需要GPS设备。参见图1-9可更清楚地叙述本专利技术。图1是无线通信系统100的方框图，诸如摩托罗拉公司制造的IDENTM系统。该无线通信系统100包括经过网络140接到位置处理器130的地理上不同的固定的诸收发信机110-116，和多个移动单元160(只示出一个)。虽然在图1中未示出，但是每个移动单元160包括用于存储和执行软件程序的存储器和一个或多个数字计算装置，这在本领域是众所周知的。由每个收发信机110-116提供的覆盖区域产生由所示的六角形代表的一个相应的小区120-126。在实践中，每个收发信机110-116实际上可包括一组收发信机，虽然为简化起见下面假定每个小区只包括单个收发信机。当一个移动单元在整个系统100内漫游时，移动单元的无线通信业务由一个正在服务中的站点管理和提供。诸相邻站点是当前正在服务中的站点周围的那些站点。在图1所示的例子中，由标号110标识的站点起着移动单元160的服务中的站点的作用，而由标号111-116标识的诸站点相应于诸相邻站点。在优选实施例中，根据时分复用(TDM)格式提供无线信道的诸收发信机110-116和位置处理器130统称为固定基础设施。通过观测或用其它合适的测量技术进行测定，人们就能以高的精度获知每个收发信机110-116的固定的准确位置。如下所述，本专利技术依赖于从移动单元接收或发送的诸信号中导出的信道质量度量。在本优选实施例中，这些信号中的每一个都包括对每个收发信机唯一的已知数据码元。例如，在IDENTM系统中，当未被使用的时隙变为可用时，每个收发信机将发送它的已知数据码元。网络140允许数据和控制信息在各个基础设施单元之间传送并且根据众所周知的网络协议进行工作。固定的基础设施也可包括各种其它网络实体170，这些网络实体170可用作一个给定的移动单元的位置信息的请求者或目的地。这样的基础设施实体的例子包括但不限于各种控制台、各种电话互连装置和各种管理终端。位置处理器130包括用于存储及执行软件程序的数字计算装置131和存储器132。实际上，可使用市售的计算机工作站或定制的计算机平台来实现位置处理器130。在本优选实施例中，下面叙述的方法以驻留在位置处理器130和/或移动单元160中的软件程序来实现。图2是位置处理器200的方框图，位置处理器200包括一个方差测定器204，一个差分方差测定器206，它被连接到方差测定器204的输出，还包括接到差分方差测定器206的输出的一个位置测定器208。在本优选实施例中，图2所示的每个方框以存储在存储器中并且由驻留在位置处理器200中的数字计算装置执行的一个或多个基于软件的算法来实现。但是应懂得也可使用其它的、不基于软件的实现方法。方差测定器204以信道质量度量作为输入。如下所述，每个信道质量度量唯一地对应于由一个特定的移动单元所接收的信号，或者在另一个实施例中，对应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
在包括与多个移动单元进行无线通信的一个固定基础设施的无线通信系统中，该固定基础设施包括一个位置处理器，一种为该位置处理器用于估计多个移动单元中的一个移动单元的位置的方法，该方法包括诸步骤： 测定对应于该移动单元的Ｍ个信道质量度量，其中Ｍ≥３； 根据该信道质量度量测定Ｍ个到达时间方差； 根据该到达时间方差测定Ｍ－１个到达时间差分方差；和 使用该到达时间差分方差来测定加权最小二乘法的解以估计该移动单元的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克A伯西勒，德布拉A琼斯，尼古拉思C奥露斯，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]