[发明专利]在定位无线接收机中补偿接收信号延迟的蜂窝定位系统

说明书

背景

本发明一般涉及通信系统领域，更具体地涉及补偿定位无线接收机中的接收信号延迟。

商用无线通信的发展、特别是蜂窝无线电话系统的爆炸性增长，改变了人们通信的方式。一项调查表明大约80％的购买移动通信单元以及业务注册的人是为了增强个人安全性才这样做的。假设，这些用户中的很多人可能希望在紧急情况下使用他们的移动单元帮助他们，例如，当他们的汽车坏了或者需要快速医疗及/或警方响应的紧急情况下。在这些情况下，可能希望无线通信系统能够确定移动单元的位置，特别是在用户不知道他或她的精确位置情况下。此外，希望FCC不久会要求网络经营者将紧急呼叫者位置转发到紧急服务提供者。

有很多技术能够产生移动单元的位置信息。在一种定位系统中，移动单元可以估计自己的位置并在进行紧急呼叫时发出带有其坐标的消息。例如，为移动单元提供从GPS卫星网接收位置信息的全球定位系统(GPS)接收机可以完成这个任务。移动单元则可以向系统发出这个信息，系统则将其转发到紧急服务提供者。但是，这样需要对现有的移动单元做很大修改以便包括GPS接收机，而且在移动单元和基站之间需要附加的信令。

或者，向移动单元发送信号或者接收信号的基站可以用于确定移动单元的位置。各种技术，包括移动单元信号衰减、到达角以及移动单元信号在不同基站的到达时间差(TDOA)，都被建议用于提供移动单元的位置信息。例如，见Louis A.Stilp的题为“Time Differenceof Arrival Technology for Locating Narrowband CellularSignals(定位窄带蜂窝信号的到达时间差技术，SPIEVol.2602，pp.134-144)”的文章。另一种用于在无线通信系统中定位移动单元的系统是独立于无线通信系统操作的附属系统。附属系统包括它自己的用于定位移动单元的基站。尽管如此，附属系统可以与无线通信系统共享各种部件(例如，天线)，但是分别处理信号。这样是有好处的，例如作为一种提供移动单元位置但不修改系统中大量现有基站的方便的解决方案。

为了确定目标移动单元的位置，一些定位算法依赖于三个定位无线接收机在三个或多个位置报告的接收信号到达时间。通过处理到达时间，目标移动单元的位置通过已知的等半径圆定位算法来确定。这种算法依赖于半径对应于定位接收机所报告的到达时间的至少三个圆的交叉点。

实际上，定位无线接收机确定检测到来自目标移动单元的接收信号时所对应的检测时间，而不是接收信号实际到达定位无线接收机的时间。检测时间是接收信号从接收机检测器中出现的时间，已经通过了接收机的各个RF和IF级，为接收信号的检测增加了信号延迟。在理想条件下，检测时间与到达时间之间的差别是很小的。因为给定定位系统中的每个接收机会引入相同的延迟量，很容易通过系统的定位算法消除。但是由于器件公差，假设各个定位接收机具有相等延迟就无效了。

例如，某些类型的IF滤波器在群时延——通过滤波器传播能量所需时间——上变化很大，即使是标称相同的器件。经验数据表明由于较好的性能价格比特性而广泛用于接收机中的陶瓷IF滤波器的群时延表现为偏离均值大约正负100纳秒。因此，位置确定受到各种不确定性和公差的影响，导致定位的不精确和模糊。在非理想条件下的定位系统中，接收信号到达时间中100纳秒的不确定性引入大约30米(大约100英尺)的位置不确定性。参考图1，通过用于确定移动单元位置的第一定位无线接收机和第二定位接收机的到达时间所对应的圆的交叉部分之间的虚线表示了正负100纳秒所引起的位置不确定性。每个定位无线接收机用其半径表征了正负100纳秒不确定性的两个同心圆代表。因此，具有诸如IF滤波器这样的公差分布极限中得到的器件的定位无线接收机，使系统的定位误差和模糊性在几百英尺的量级。因此，需要一种补偿定位无线接收机中由器件公差引起的位置不确定性的定位系统。

概述

强调这种需要的本发明在通过测量和预存与定位无线接收机关联的信号延迟来改善定位精度的定位系统中示范。因此，根据本发明定位移动单元的定位系统包括检测器——检测相应的定位无线接收机从移动单元接收的无线信号，以及定时设备——确定与接收信号关联的检测时间。处理器基于检测时间和预存在存储设备中的测量的或计算的信号延迟确定接收无线信号的到达时间。移动单元定位器处理多个定位无线接收机中的到达时间，对移动单元定位。