[发明专利]对无线电信号进行定时和定位的方法和系统

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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（energy harvesting）。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（long battery autonomy）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（chirp spread-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。