專利名稱：無線定位系統(tǒng)的校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及定位諸如在模擬或數(shù)字蜂窩式系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)(PCS)、高級專用移動無線業(yè)務(wù)(ESMR)以及其它類型的無線通信系統(tǒng)中使用的無線發(fā)射機的方法和裝置。此技術(shù)領(lǐng)域一般地被稱為無線定位，它可以應(yīng)用于無線E9-1-1、艦船管理、RF優(yōu)化以及其它有價值的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在1994年7月5日申請的、標(biāo)題為“Cellular Telephone LocationSystem(蜂窩電話定位系統(tǒng))”的第5,327,144號美國專利對與本發(fā)明有關(guān)的早期工作進行了說明，該專利披露了一種利用全新的到達時差(TDOA)技術(shù)定位蜂窩式電話的系統(tǒng)。在1997年3月4日公開的、標(biāo)題為“System for Location a Source of Burst Transmission(用于定位猝發(fā)傳輸源的系統(tǒng))”的第5,608,410號美國專利中披露了第5,327,144專利所披露系統(tǒng)的進一步改進。這兩個專利均屬于本發(fā)明受讓人，這里一并引用供參考。本發(fā)明人繼續(xù)開發(fā)初始發(fā)明概念的有效增強型并且已經(jīng)開發(fā)的技術(shù)可以進一步改善無線定位系統(tǒng)的精度而可以明顯地降低這些系統(tǒng)的成本。
在過去的幾年中，蜂窩技術(shù)增加了可用于無線電話的空中接口協(xié)議的數(shù)目、增加了無線電話或移動電話運行的頻帶數(shù)目并擴大了涉及移動電話的術(shù)語數(shù)從而包括“個人通信業(yè)務(wù)”、“無線”等等?，F(xiàn)在，無線接口協(xié)議包括AMPS、N-AMPS、TDMA、CDMA、GSM、TACS、ESMR等等。術(shù)語的變更和空中接口數(shù)的增加并沒有改變本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)并增強的基本原理。然而，為了與業(yè)內(nèi)的當(dāng)前術(shù)語保持一致，現(xiàn)在，本發(fā)明人將在此描述的系統(tǒng)稱為“無線定位系統(tǒng)”。
本發(fā)明人對在此披露的無線定位系統(tǒng)技術(shù)進行了廣泛的實驗以驗證該技術(shù)的壽命和價值。例如，為了驗證系統(tǒng)在大范圍城市環(huán)境下緩和多路徑的能力，在1995年至1996年的幾個月中在費城和巴爾的摩進行了多項實驗。然后，在1996年，本發(fā)明人在休斯敦建立了一個系統(tǒng)用于檢驗該系統(tǒng)在該地區(qū)的技術(shù)有效性及其直接與E9-1-1系統(tǒng)建立連接的能力。在1997年，在新澤西州的350平方英里范圍內(nèi)對該系統(tǒng)進行了實驗，并利用該系統(tǒng)定位實際處于困境的人們的真實9-1-1呼叫。從這時開始，對系統(tǒng)的檢驗已經(jīng)擴展到覆蓋2000平方英里的125個小區(qū)站。在進行所有這些實驗期間，對在此討論和披露的技術(shù)的有效性進行檢驗并進一步對該技術(shù)進行開發(fā)，已經(jīng)驗證該系統(tǒng)可以克服已經(jīng)披露的用于定位無線電話的其它方法的局限性。的確，到1998年12月為止，世界上其它地方還沒有安裝可以定位當(dāng)前9-1-1呼叫的無線定位系統(tǒng)。通過大量媒體對該系統(tǒng)能力的介紹并因為獲獎，所以在此披露的無線定位系統(tǒng)的創(chuàng)新為無線界所公認。例如，在1997年10月，蜂窩電話工業(yè)聯(lián)合會(Cellular Telephone IndustryAssociation)將有聲望的Wireless Appy獎授予該系統(tǒng)以及建立成為1998年提交的4000個推薦項目中的4個頂級創(chuàng)新項目之一的無線定位系統(tǒng)的Christopher Columbus會員基金會(Christopher ColumbusFellowship Foundation)和發(fā)現(xiàn)雜志(Discover Magazine)。
無線定位系統(tǒng)的價值和重要性為無線通信界所公認。在1996年6月，聯(lián)邦通信委員會要求無線通信界在2001年10月之前采用定位系統(tǒng)來定位無線E9-1-1呼叫。對E9-1-1呼叫進行定位可以節(jié)省響應(yīng)時間、節(jié)省大量成本并保護生命，因為可以減少使用應(yīng)急響應(yīng)資源。此外，大量調(diào)查和研究已經(jīng)歸結(jié)出，未來，諸如與定位有關(guān)的收費、艦船管理等等的各種應(yīng)用極具商業(yè)價值。
無線通信系統(tǒng)的背景技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中，存在許多不同類型的空中接口協(xié)議。在美國國內(nèi)和美國國外，這些協(xié)議可以用于不同的頻帶。在定位無線電話時，這些頻帶不會影響無線定位系統(tǒng)的有效性。
所有的空中接口協(xié)議均使用兩種類型的“信道”。第一種類型為控制信道，它用于傳送有關(guān)無線電話和發(fā)射機的信息、用于啟動呼叫或終止呼叫或用于傳送突發(fā)性數(shù)據(jù)。例如，某些類型的短消息業(yè)務(wù)可以通過控制信道傳送數(shù)據(jù)。在不同的空中接口中，控制信道有不同的術(shù)語，但是在各空中接口中的控制信道的用途相似。在傳輸過程中，控制信道通常具有有關(guān)無線電話或發(fā)射機的識別信息。
第二種類型的控制信道為語音信道，它通常通過空中接口傳送語音通信。僅在利用控制信道建立呼叫后，使用這些信道。語音信道通常使用無線通信系統(tǒng)內(nèi)的專用資源，而控制信道通常使用共享資源。這種區(qū)別使得使用控制信道進行無線定位比使用語音信道進行無線定位的成本效果高，盡管某些應(yīng)用要求利用語音信道進行常規(guī)定位。通常，在傳輸過程中，語音信道不具有有關(guān)無線電話或發(fā)射機的識別信息。以下將說明各空中接口協(xié)議之間的一些差別AMPS-這是美國蜂窩式通信中使用的最初空中接口協(xié)議。在AMPS系統(tǒng)中，將獨立的專用信道進行分配用作控制信道(RCC)。根據(jù)TIA/EIA標(biāo)準(zhǔn)IS-553A，各控制信道塊在蜂窩信道333或334開始，但是該控制信道塊可以具有可變長度。在美國，AMPS控制信道塊通常具有21個信道寬度，但是也有使用26個信道的。反向語音信道(RVC)可以占用未指定為控制信道的任意信道?？刂菩诺赖恼{(diào)制方法為FSK(頻移鍵控)，而利用FM(頻率調(diào)制)方法對語音信道進行調(diào)制。
N-AMPS-此空中接口屬于AMPS空中接口協(xié)議的擴展，并由EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)IS-88定義。其控制信道實際上與APMS的控制信道相同，然而，其語音信道與AMPS的語音信道不同。語音信道占用的帶寬少于10KHz，而AMPS的語音信道占用30KHz的帶寬，并且其調(diào)制方法為FM。
TDMA-此接口還被稱為D-AMPS，由EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)IS-136定義。此空中接口的特征在于可以使用頻率和時間分隔。還將控制信道稱為數(shù)字控制信道(DCCH)，并且在對被指定用于DCCH的時隙內(nèi)以脈沖串的形式發(fā)送控制信道。與AMPS不同，可以在頻帶內(nèi)任意指定DCCH的頻率，盡管通常某些頻率分配比基于概率塊的其它頻率分配更具吸引力。語音信道還被稱為數(shù)字通信信道(DTC)。DCCH和DTC可以占用相同的頻率分配，但是在給定的頻率分配中不能使用相同的時隙分配。DCCH和DTC使用相同的調(diào)制方法，該調(diào)制方法通常稱為π/4DQPSK(差分正交移相鍵控)。在蜂窩頻帶中，只要各協(xié)議的頻率分配保持獨立，運營商可以使用AMPS協(xié)議和TDMA協(xié)議。
CDMA-此空中接口由EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)IS-95A定義。此空中接口的特征在于可以使用頻率和代碼分割。然而，因為相鄰小區(qū)站可以使用相同頻率組，CDMA的特征在于可以進行非常細致的功率控制。細致地進行功率控制會導(dǎo)致產(chǎn)生被本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所稱的近-遠問題，近-遠問題使得大多數(shù)無線定位方法難于正常工作。將控制信道稱為接入信道，而將語音信道稱為業(yè)務(wù)信道。接入信道和通信信道可以共享相同頻帶，但是利用代碼將它們分割。接入信道和通信信道采用相同的調(diào)制方法，該調(diào)制方法通常稱為OQPSK。
GSM-此空中接口由國際標(biāo)準(zhǔn)全球移動通信系統(tǒng)定義。與TDMA相同，GSM的特征在于可以使用頻率和時間分隔。信道帶寬為200KHz，此帶寬比TDMA使用的30KHz的帶寬寬。將控制信道稱為獨立專用控制信道(SDCCH)，并在對SDCCH指定的時隙內(nèi)以脈沖串的形式發(fā)送此控制信道，在頻帶內(nèi)對SDCCH指定任意頻率。將語音信道稱為通信信道(TCH)。SDCCH和TCH可以占用相同的頻率分配，但是在給定的頻率分配中不能使用相同的時隙分配。SDCCH和TCH采用相同的調(diào)制方法，此調(diào)制方法被稱為GMSK。
在此說明書中，除非另有說明，參考任一空中接口即指所有空中接口。此外，無論特定控制接口的優(yōu)選術(shù)語是什么，參考控制信道或語音信道即指所有類型的控制信道或語音信道。最后，在世界上使用著許多類型的空中接口，并且在本說明書中，本發(fā)明概念不排除所有空中接口。實際上，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會認識到其它地方使用的其它接口可以由上述接口派生或與上述接口屬于同類。
在此披露的本發(fā)明優(yōu)選實施例較其它用于定位無線電話的系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢。例如，其它系統(tǒng)中的有些技術(shù)是將GPS功能附加到電話上，因此需要對電話進行大量改變。在此披露的優(yōu)選實施例不要求對無線電話進行任何改變，因此它們可以應(yīng)用于美國國內(nèi)超過六千五百萬的無線電話和世界范圍內(nèi)的兩億五千萬無線電話的當(dāng)前安裝基礎(chǔ)。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供用于校準(zhǔn)無線定位系統(tǒng)(WLS)使該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測量到達時差(TDOA)和到達頻差(FDOA)的各種方法和各種裝置。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，利用校準(zhǔn)過程可以減小測量誤差，這樣就可以在無線定位系統(tǒng)覆蓋的范圍內(nèi)將無線發(fā)射機(例如蜂窩電話)設(shè)置到已知位置。這些電話以與任何其它電話相同的方式進行發(fā)送，例如定期登記或?qū)ず繇憫?yīng)。然而，因為事先已知其位置和理論上的任何一對SCS的TDOA值，所以TLP12可以確定在特定一對SCS中進行的TDOA測量的精確誤差。此外，因為電話位于固定位置并存在多普勒頻移，所以理論FDOA值為0。由于各SCS的振蕩器內(nèi)的偏移、模擬部件(例如天線、電纜以及濾波器)的特性改變以及環(huán)境因素(例如多路徑)的改變會引起測量誤差，這樣會將附加相位噪聲引入系統(tǒng)，而根據(jù)本發(fā)明的外部校準(zhǔn)方法校正在SCS和TLP的數(shù)字信號處理過程中所計算的TDOA值和FDOA值，這樣就不會引入相位噪聲。
根據(jù)本發(fā)明的外部校準(zhǔn)方法包括步驟基準(zhǔn)發(fā)射機發(fā)送第一參考信號；在第一接收機系統(tǒng)和第二接收機系統(tǒng)接收第一參考信號；通過將測量的TDOA(和/或FDOA)值與與接收機系統(tǒng)的已知位置和基準(zhǔn)發(fā)射機的已知位置有關(guān)的理論TDOA(或FDOA)值進行比較，確定第一偏差值；以及利用第一偏差值校正與待定位的移動發(fā)射機有關(guān)的后續(xù)TDOA(或FDOA)測量。此方法的優(yōu)選實施例進一步包括第二基準(zhǔn)發(fā)射機發(fā)送第二參考信號；在第一接收機系統(tǒng)和第二接收機系統(tǒng)接收第二參考信號；通過將第二測量TDOA(或FDOA)值與和接收機系統(tǒng)的已知位置和第二基準(zhǔn)發(fā)射機的已知位置有關(guān)的第二理論TDOA(或FDOA)值進行比較，確定第二偏差值；以及利用第二偏差值與第一偏差值的組合來校正與待定位的移動發(fā)射機有關(guān)的后續(xù)TDOA(或FDOA)的測量。第一偏差值和第二偏差值優(yōu)選地以加權(quán)平均數(shù)的形式進行組合。
在根據(jù)本發(fā)明的外部校準(zhǔn)的優(yōu)選實施例中，對定位系統(tǒng)的各基線以列表形式存儲偏差值；在被用于對后續(xù)TDOA測量進行校正之前，以時間序列加權(quán)平均數(shù)方法將各偏差值進行組合；并且時間序列加權(quán)平均數(shù)方法基于卡爾曼濾波器。優(yōu)選地，在被用于校正后續(xù)TDOA測量過程之前，利用品質(zhì)因數(shù)對偏差值進行加權(quán)計算，其中品質(zhì)因數(shù)基于第一接收機和第二接收機接收的參考信號的互相關(guān)函數(shù)的輸出，并且僅當(dāng)品質(zhì)因數(shù)大于預(yù)定閾值時定位系統(tǒng)才使用偏差值。此外，在此優(yōu)選實施例中，定位系統(tǒng)監(jiān)視偏差值的變化率并改變校準(zhǔn)速率或各校準(zhǔn)之間的時間間隔，以確保校準(zhǔn)速率超過偏差值的變化率。例如，通過自動尋呼基準(zhǔn)發(fā)射機可以對校準(zhǔn)率進行控制。
可以利用根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)部校準(zhǔn)方法來校準(zhǔn)SCS內(nèi)的第一接收機系統(tǒng)，其中第一計算機系統(tǒng)的特征在于時變與頻變傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)定義第一接收機系統(tǒng)如何改變接收信號的振幅和相位，并且定位估計的精度部分地依賴于接收機系統(tǒng)進行時間測量的精度。本發(fā)明方法包括步驟將內(nèi)部產(chǎn)生的具有已知的和穩(wěn)定的信號特性的寬帶信號輸入到第一計算機系統(tǒng)；利用產(chǎn)生的寬帶信號獲得傳遞函數(shù)在第一接收機系統(tǒng)的帶寬上變化方式的估計；以及利用此估計來緩解第一傳遞函數(shù)的變化對第一接收機系統(tǒng)的時間測量過程和頻率測量過程的影響。用于內(nèi)部校準(zhǔn)的穩(wěn)定寬帶信號的一個實例被稱為梳狀信號，梳狀信號包括多個具有已知間隔(例如5KHz)的等振幅的獨立頻率單元。
在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部校準(zhǔn)方面的優(yōu)選實施例中，在被用于緩和傳遞函數(shù)的影響之前，利用品質(zhì)因數(shù)對在傳遞函數(shù)通過第一接收機系統(tǒng)帶寬發(fā)生變化時的估算值進行加權(quán)計算。品質(zhì)因數(shù)基于內(nèi)部產(chǎn)生的校準(zhǔn)信號的互相關(guān)函數(shù)的輸出以及通過傳遞函數(shù)的相同信號。此外，在輸入內(nèi)部產(chǎn)生的校準(zhǔn)信號之前，天線首先與接收機系統(tǒng)隔離。優(yōu)先使用用電子方法控制的RF繼電器來自動將天線與計算機系統(tǒng)隔離開。
以下將對本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點進行說明。
附圖的簡要說明

圖1和圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的無線定位系統(tǒng)的原理圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的信號采集系統(tǒng)(SCS)10的原理圖。
圖2A示出信號采集系統(tǒng)采用的計算機模塊10-2的原理圖。
圖2B和圖2C示出將接收機模塊10-2連接到天線10-1的替代方式的原理圖。
圖2C-1示出使用窄帶接收機模塊時無線定位系統(tǒng)的處理過程的流程圖。
圖2D示出根據(jù)本發(fā)明的信號采集系統(tǒng)采用的DSP模塊10-3的原理圖。
圖2E示出DSP模塊10-3的運行過程的流程圖，圖2E-1示出用于檢測工作信道的DSP模塊的處理過程的流程圖。
圖2F示出根據(jù)本發(fā)明的控制與通信模塊10-5的原理圖。
圖2G-2J示出當(dāng)前優(yōu)選的SCS校準(zhǔn)方法。圖2G示出用于說明根據(jù)本發(fā)明的外部校準(zhǔn)方法的基線和偏差值的原理圖。圖2H示出內(nèi)部校準(zhǔn)方法的流程圖。圖2I示出AMPS控制信道的典型傳遞函數(shù)。圖2J示出典型梳狀信號。
圖2K和圖2L示出用于監(jiān)視根據(jù)本發(fā)明的無線定位系統(tǒng)的性能的兩種方法的流程圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的TDOA定位處理器12的原理圖。
圖3A示出由根據(jù)本發(fā)明的TLP處理器保持的典型網(wǎng)絡(luò)圖的結(jié)構(gòu)。
圖4和圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的不同方式的應(yīng)用程序處理器14的原理圖。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明基于中央站的定位處理方法的流程圖。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明基于站的定位處理方法的流程圖。
圖7示出用于對要求定位的各傳輸過程確定是采用基于中央的處理過程還是采用基于站的處理過程的確定方法的流程圖。
圖8示出用于選擇協(xié)作天線的動態(tài)處理過程和用于定位處理過程的SCS 10的流程圖。
圖9示出將在以下說明的利用一組預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)選擇SCS的候選表與天線的方法的示意圖。
圖10A和圖10B示出用于增加發(fā)射信號的帶寬以提高定位精度的替換方法的流程圖。
圖11A至圖11C示出信號流圖，圖11D示出流程圖，這些圖用于說明用于將多個在統(tǒng)計上獨立的定位估算值合并從而提供具有改進精度的估計的本發(fā)明方法。
圖12A和圖12B分別示出用于說明帶寬合成方法的方框圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明無線定位系統(tǒng)(無線定位系統(tǒng))的作用是被動地覆蓋諸如蜂窩式的、PCS或ESMR系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)，但是這些概念并不局限于這些類型的通信系統(tǒng)。通常，無線通信系統(tǒng)不適于定位無線裝置，因為無線發(fā)射機的設(shè)計與小區(qū)站不具有基線準(zhǔn)確定位的所需功能。此應(yīng)用中的準(zhǔn)確定位被定義為100至400英尺RMS(均方根)的精度。這與利用現(xiàn)有小區(qū)站實現(xiàn)的定位精度不同，現(xiàn)有小區(qū)站實現(xiàn)的精度局限于小區(qū)站半徑。一般而言，小區(qū)站并未設(shè)計或規(guī)劃成使小區(qū)站之間合作來確定無線發(fā)射機的位置。此外，所設(shè)計的諸如蜂窩式電話和PCS電話的無線發(fā)射機成本低因而不內(nèi)置定位功能。將所設(shè)計的無線定位系統(tǒng)低成本地附加到無線通信系統(tǒng)，無線通信系統(tǒng)對小區(qū)站具有最小的變化而且對標(biāo)準(zhǔn)無線發(fā)射機根本沒有變化。無線定位系統(tǒng)是無源的，因為它不含有發(fā)射機，因此不會對無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生任何干擾。無線定位系統(tǒng)僅在小區(qū)站或其它接收位置使用其自己的專用接收機。
無線定位系統(tǒng)(無線定位系統(tǒng))的概述如圖1所示，無線定位系統(tǒng)具有4種主要子系統(tǒng)信號采集系統(tǒng)(SCS)10、TDOA定位處理器(TLP)12、應(yīng)用程序處理器(AP)14以及網(wǎng)絡(luò)操作控制臺(NOC)16。各SCS負責(zé)接收無線發(fā)射機在控制信道和語音信道發(fā)射的RF信號。一般而言，各SCS優(yōu)選地安裝在無線運營商小區(qū)站，因此可以與基站并行運行。各TLP 12負責(zé)管理SCS10網(wǎng)絡(luò)并負責(zé)提供可以用于進行定位計算的數(shù)字信號處理(DSP)資源的集中存儲區(qū)。SCS 10和TLP 12一起運行以確定無線發(fā)射機的位置，以下將對此進行更詳細的說明。數(shù)字信號處理過程的優(yōu)選方式是對無線信號進行處理，因為DSP的成本相對較低、具有穩(wěn)定的特性并且可以容易地進行編程以處理許多不同的工作。SCS 10和TLP 12均含有足夠的DSP資源，并且可以動態(tài)執(zhí)行這兩個系統(tǒng)中的軟件以根據(jù)進行處理時、通信時、排隊時進行的交換以及成本的權(quán)衡確定在哪里實現(xiàn)特定處理功能。各TLP 12存在于中央，主要是為了降低實現(xiàn)無線定位系統(tǒng)的總成本，但是在此說明的技術(shù)并不局限于所示的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。即在無線定位系統(tǒng)內(nèi)可以重新分配DSP資源，而無需改變所披露的基本概念和功能。
AP 14負責(zé)管理包括所有SCS 10和TLP 12的無線定位系統(tǒng)內(nèi)的所有資源。各AP 14還包括專用數(shù)據(jù)庫。專用數(shù)據(jù)庫內(nèi)含有無線定位系統(tǒng)的“觸發(fā)器”。為了節(jié)省資源，可以對無線定位系統(tǒng)進行編程以僅對某個預(yù)定類型的發(fā)射進行定位。當(dāng)出現(xiàn)預(yù)定類型的發(fā)射時，無線定位系統(tǒng)被觸發(fā)開始進行定位處理。否則，將無線定位系統(tǒng)編程為忽略此發(fā)射。各AP 14還包括允許各種應(yīng)用程序安全訪問無線定位系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口。例如，這些應(yīng)用程序可以實時或非實時訪問位置記錄，建立或刪除某個類型的觸發(fā)，或使無線定位系統(tǒng)采取其它行動。各AP 14還可以進行某種后處理功能，后處理功能允許AP 14將多個位置記錄進行合并以產(chǎn)生擴大的報告或分析，用于諸如業(yè)務(wù)量監(jiān)視或RF最優(yōu)化的應(yīng)用中。
NOC 16是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得無線定位系統(tǒng)的操作者可以容易地訪問無線定位系統(tǒng)的編程參數(shù)。例如，在一些城市，無線定位系統(tǒng)可以包含幾百甚至幾千個SCS 10。NOC是利用圖形用戶界面管理大型無線定位系統(tǒng)的最有效方式。如果無線定位系統(tǒng)內(nèi)的某個功能出現(xiàn)故障，NOC還可以接收實時告警。操作者可以利用實時告警快速采取正確行動避免破壞定位業(yè)務(wù)。試運行無線定位系統(tǒng)的經(jīng)驗表明，系統(tǒng)保持良好定位精度的能力直接與操作者將系統(tǒng)保持在預(yù)定參數(shù)內(nèi)運行的能力有關(guān)。
第5,327,144號美國專利和第5,608,410號美國專利以及本說明書的讀者會注意到各系統(tǒng)之間的相似性。的確，在此披露的系統(tǒng)很大程度上基于前兩個專利中披露的系統(tǒng)，而且在此披露的系統(tǒng)比前兩個專利披露的系統(tǒng)具有顯著改進。例如，SCS 10是對第5,608,410號美國專利說明的天線位置系統(tǒng)的擴展和增強。SCS 10具有支持一個小區(qū)站的許多天線的能力，而且還可以進一步支持使用如下所述的加長天線。這樣就使得SCS 10利用現(xiàn)在通常使用的扇形掃描小區(qū)站來運行。SCS 10還可以將數(shù)據(jù)從小區(qū)站的多個天線發(fā)送到TLP 12，而不是總是在傳送之前將多個天線發(fā)送的數(shù)據(jù)進行合并。此外，當(dāng)無線運營商不斷地改變系統(tǒng)配置時，SCS 10可以支持使SCS 10有效的多個空中接口協(xié)議。
TLP 12與第5,608,410號美國專利披露的中央站系統(tǒng)相同，并被進行了擴展和增強。例如，TLP 12已經(jīng)被定標(biāo)，因此可以對各TLP 12要求的DSP資源的數(shù)量進行適當(dāng)定標(biāo)以匹配無線定位系統(tǒng)的客戶要求的每秒的定位數(shù)。為了支持對不同無線定位系統(tǒng)的能力進行定標(biāo)，可以將網(wǎng)絡(luò)方法附加到TLP 12，這樣多個TLP 12就可以合作共享無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊界的RF數(shù)據(jù)。此外，為TLP 12設(shè)置控制裝置以確定SCS 10以及位于各SCS 10的更重要的天線，TLP 12從天線接收數(shù)據(jù)以對特定定位進行處理。以前，無論中央站系統(tǒng)是否需要，天線站系統(tǒng)均自動將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到中央站系統(tǒng)。不僅如此，為合并的SCS 10和TLP12設(shè)置用于將多路徑從接收的傳輸中去除的附加裝置。
中央站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)被擴展、開發(fā)為AP 14。AP 14可以支持各種應(yīng)用比先前在第5,608,410號美國專利披露的各種應(yīng)用還多，這些應(yīng)用包括對多個無線發(fā)射機輸出的大量位置記錄進行后處理的能力。此后處理的數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生例如非常有效的地圖，無線運營商可以利用此地圖改善或優(yōu)化通信系統(tǒng)的RF設(shè)計。這可以通過測定區(qū)域內(nèi)所有呼叫者的位置以及位于幾個小區(qū)站的接收信號的強度實現(xiàn)。運營商可以確定各小區(qū)站是否事實上用作運營商要求的準(zhǔn)確覆蓋區(qū)。AP 14還可以匿名地存儲位置記錄，即從位置記錄去除的MIN和/或其它標(biāo)識信息，因此，此位置記錄可以用于RF最優(yōu)化或通信監(jiān)視，而不會涉及到各用戶的隱私。
如圖1A所示，無線定位系統(tǒng)的當(dāng)前優(yōu)選實施例包括多個SCS區(qū)，每個SCS區(qū)包括多個SCS 10。例如，“SCS區(qū)1”包括位于各小區(qū)站并與位于這些小區(qū)站的基站共享天線的SCS 10A和SCS 10B(以及優(yōu)選包括其它的SCS 10，未示出)。分插單元(Drop and insert unit)11A和11B用于將分形T1/E1線路連接到整個T1/E1線路，然后連接到數(shù)字訪問與控制系統(tǒng)(DACS)13A。DACS 13A和DACS 13B以如下更全面描述的形式用于在SCS 10A、SCS 10B等以及多個TLP 12A、TLP12B等之間進行通信。如圖所示，TLP通常通過以太網(wǎng)(主干)和另一個冗余以太網(wǎng)互聯(lián)配置。此外，連接到以太網(wǎng)的還有多個AP 14A和AP 14B、多個NOC 16A和NOC 16B以及終端服務(wù)器15。路由器19A和路由器19B用于將一個無線定位系統(tǒng)連接到一個或多個其它無線定位系統(tǒng)。
信號采集系統(tǒng)10通常，小區(qū)站具有一個如下配置的天線(i)具有一個或兩個接收天線的全向站，或者(ii)具有1個扇區(qū)、2個扇區(qū)或3個扇區(qū)并具有在各扇區(qū)使用的一個或兩個接收天線的扇形掃描站。隨著在美國小區(qū)站數(shù)在增加，并且在國際上扇形掃描小區(qū)站逐漸成為主導(dǎo)配置。然而，微小區(qū)數(shù)和微微小區(qū)數(shù)也在逐漸增加。因此可以將SCS 10設(shè)計成可以對這些類型小區(qū)站的任何一個進行配置，并且為SCS 10提供在小區(qū)站采用任意數(shù)目的天線的機制。
SCS 10的基本結(jié)構(gòu)單元保持與第5,608,410號美國專利中描述的天線位置系統(tǒng)相同，但是進行了幾項改進以提高SCS 10的靈活性并降低該系統(tǒng)的商業(yè)開發(fā)成本。在此對SCS 10的當(dāng)前最優(yōu)選實施例進行說明。圖2概況示出SCS 10，SCS 10包括數(shù)字接收機模塊10-2A至10-2C、DSP模塊10-3A至10-3C、串行總線10-4、控制與通信模塊10-5、GPS模塊10-6以及時鐘分布模塊10-7。SCS 10具有如下的外部連接電源、分形T1/E1通信、連接到天線的RF連接以及用于連接生成定時(時鐘分配)模塊10-7的GPS天線連接。SCS10的結(jié)構(gòu)和封裝允許用物理方法根據(jù)小區(qū)站對它進行布置(最普通的安裝位置)，設(shè)置到其它類型的塔架上(例如FM、AM、雙向應(yīng)急通信、電視等)，或者是設(shè)置到其它建筑結(jié)構(gòu)上(例如樓頂、地下室等)。
定時生成無線定位系統(tǒng)依賴于在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有SCS 10精確確定時間。先前已經(jīng)披露了幾種不同的定時生成系統(tǒng)，然而，最新的優(yōu)選實施例基于增強型GPS接收機10-6。增強型GPS接收機與大多數(shù)傳統(tǒng)GPS接收機的不同之處在于，該接收機含有的算法可以消除GPS信號的一些定時不穩(wěn)定性，并可以確保包含在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何兩個SCS 10均可以接收互相之間接近10納秒的時間脈沖?，F(xiàn)在，這些增強型GPS接收機已開始商業(yè)化，并可以進一步減少一些有關(guān)在無線定位系統(tǒng)的先前實現(xiàn)中觀察到的誤差的時間基準(zhǔn)。而此增強型GPS接收機可以產(chǎn)生非常精確的時間基準(zhǔn)，該接收機的輸出可能仍具有不可接受的相位噪聲。因此，將該接收機的輸出輸入到低相位噪聲、晶體振蕩器驅(qū)動的鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路可以產(chǎn)生10MHz、每秒一個脈沖(PPS)的參考信號，該參考信號的相位噪聲低于0.01度RMS，并且在位于另一個SCS 10的任何其它脈沖輸出的10納秒內(nèi)，無線定位系統(tǒng)內(nèi)在任何SCS 10具有脈沖輸出。現(xiàn)在，增強型GPS接收機、晶體振蕩器以及鎖相環(huán)電路的這種組合是目前最優(yōu)選的方法，可以產(chǎn)生具有低相位噪聲的穩(wěn)定時間參考信號和穩(wěn)定頻率參考信號。
可以將SCS 10設(shè)計成利用位于相同小區(qū)站的設(shè)備支持多個頻帶和多個載波。這可以通過利用單個SCS機體內(nèi)的多個接收機，或者是通過利用其每個分別具有獨立接收機的多個外殼實現(xiàn)。如果將多個SCS外殼設(shè)置到同一個小區(qū)站，則SCS 10可以共享一個定時生成/時鐘分布電路10-7，因此可以降低整體系統(tǒng)從成本。將定時生成電路輸出的10MHz的一個PPS的輸出信號進行放大并緩存到SCS 10，然后通過外部連接器進行使用。因此利用緩存輸出和外部連接器，第二SCS可以從第一SCS接受其定時。分布在小區(qū)站的基站設(shè)備可以使用這些信號。例如，基站在改善無線通信系統(tǒng)的頻率再用模式時，可以使用它。
接收機模塊10-2(寬帶實施例)當(dāng)無線發(fā)射機進行發(fā)射時，無線定位系統(tǒng)必須在位于多個在地理位置上分布的小區(qū)站的SCS 10接收發(fā)射信號。因此，各SCS 10具有在進行發(fā)射的任意RF信道接收發(fā)射信號的能力。此外，由于SCS 10可以支持多個空中接口協(xié)議，所以SCS 10還支持多種類型的RF信道。這與大多數(shù)當(dāng)前基站接收機不同，當(dāng)前基站接收機通常只接收一種類型信道并且通常只可以在各小區(qū)站的選擇RF信道上進行接收。例如，典型的TDMA基站接收機只支持30KHz帶寬的信道，并且對各接收機進行編程以僅在一個其頻率不經(jīng)常發(fā)生變化的信道(即具有相對固定的頻率分配)接收信號。因此，只有極少數(shù)TDMA基站接收機可以接收任意給定頻率的發(fā)射信號。例如另一個例子，即使一些GSM基站接收機可以進行跳頻，位于多個基站的接收機一般地也不能同時調(diào)諧到一個頻率來進行定位處理。事實上，可以對位于GSM基站的接收機進行編程進行跳頻，以避免使用被另一個發(fā)射機使用的RF信道，從而將干擾降低到最小。
SCS接收機模塊10-2優(yōu)選地是雙寬帶數(shù)字接收機，它可以接收整個頻帶以及空中接口的所有RF信道。對于美國使用的蜂窩式系統(tǒng)，此接收機模塊或者為15MHz帶寬或者為25MHz帶寬，因此單載波的所有信道或雙載波的所有信道均可以被接收。此接收機模塊具有許多先前在第5,608,410號美國專利中描述的接收機的特性，圖2A輸出當(dāng)前優(yōu)選實施例的方框圖。各接收機模塊含有RF調(diào)諧部分10-2-1、數(shù)據(jù)接口與控制部分10-2-2以及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分10-2-3。RF調(diào)諧部分10-2-1包括兩個完全獨立的數(shù)字接收機(包括調(diào)諧器#1和調(diào)諧器#2)，它們將外部連接器輸出的模擬RF輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)流。與大多數(shù)基站接收機不同，SCS接收機模塊不進行分集式合并或轉(zhuǎn)換。相反，各獨立接收機輸出的數(shù)字信號可用于定位處理過程。本發(fā)明人已經(jīng)確定對定位處理有優(yōu)勢，尤其是對多路徑緩和處理過程具有優(yōu)勢，可以獨立處理各天線輸出的信號，而不是在接收機模塊上進行合并。
接收機模塊10-2實現(xiàn)下列功能，或連接到實現(xiàn)下列功能的單元自動增益控制功能(以支持鄰近強信號和遠弱信號)；帶通濾波功能，以從有意義的RF頻帶之外消除可能的干擾信號；頻率合成功能，在與RF信號混合時需要進行頻率合成以建立IF信號；混合功能；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)功能，用于采樣IF信號并輸出具有適當(dāng)帶寬和比特分辨率的數(shù)字數(shù)據(jù)流。頻率合成器將合成的頻率鎖定到時鐘分布/定時生成模塊10-7輸出的10MHz的參考信號(如圖2所示)。在接收機模塊內(nèi)使用的所有電路均保持定時參考信號的低相位噪聲特性。接收機模塊優(yōu)選地具有至少80dB的寄生自由動態(tài)范圍。
接收機模塊10-2還含有產(chǎn)生測試頻率和校準(zhǔn)信號的電路，以及在進行安裝和故障查找時技術(shù)人員用于進行測量的測試端口。以下將進一步詳細說明各種校準(zhǔn)處理過程。內(nèi)部產(chǎn)生的測試頻率以及測試端口為工程師和技術(shù)人員快速測試接收機模塊并診斷任何可疑的問題提供了一種容易的方法。此方法在制造過程中尤其有用。
在此說明的無線定位系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是不需要在小區(qū)站新設(shè)置天線。無線定位系統(tǒng)可以利用在大多數(shù)小區(qū)站已經(jīng)安裝好的現(xiàn)有天線，包括全向天線和扇形掃描天線。與現(xiàn)有技術(shù)中描述的其它方法相比，本方法的此特性可以明顯地節(jié)省無線定位系統(tǒng)的安裝成本和維護成本。如圖2B和圖2C所示，可以以兩種方式分別將SCS數(shù)字接收機10-2連接到現(xiàn)有天線。在圖2B中，SCS接收機10-2被連接到現(xiàn)有小區(qū)站多路耦合器或RF分裂器。在這種情況下，SCS 10使用小區(qū)站現(xiàn)有的低噪聲前置放大器、帶通濾波器以及多路耦合器或RF分裂器。這種類型的連接通常會使SCS 10局限于支持單載波頻帶。例如，A端蜂窩載波通常使用帶通濾波器來阻斷來自B端客戶的信號，反之亦然。
在圖2C中，位于小區(qū)站的現(xiàn)有RF通路被中斷，并且將新前置放大器、帶通濾波器以及RF分裂器附加到無線定位系統(tǒng)。新帶通濾波器將通過多個鄰接頻帶，例如A端蜂窩載波和B端蜂窩載波，因此允許無線定位系統(tǒng)利用只使用單個小區(qū)站天線的兩個蜂窩系統(tǒng)定位無線發(fā)射機。在這種配置中，無線定位系統(tǒng)在各小區(qū)站利用匹配的RF部件，這樣各相位頻率響應(yīng)相同。這與現(xiàn)有RF部件相反?，F(xiàn)有RF部件由不同的制造商制造會或在各小區(qū)站采用不同的模塊數(shù)。滿足RF部件的響應(yīng)特性會減少定位處理過程中可能的誤差來源，但是無線定位系統(tǒng)有能力對這些誤差來源進行補償。最后，為無線定位系統(tǒng)設(shè)置的新前置放大器具有非常低的噪聲系數(shù)，可以改善位于小區(qū)站的SCS10的靈敏度。低噪聲放大器的噪聲系數(shù)限制了SCS數(shù)字接收機10-2的總噪聲系數(shù)。因為無線定位系統(tǒng)在定位處理過程可以使用弱信號，而基站通常不能處理弱信號，所以無線定位系統(tǒng)可以從高質(zhì)量、極低噪聲放大器中獲得很大好處。
為了提高無線定位系統(tǒng)準(zhǔn)確確定無線發(fā)射信號的TDOA的能力，在安裝時確定小區(qū)站RF部件的相位頻率響應(yīng)，并在其它某個時間進行更新，然后存儲到無線定位系統(tǒng)的表中。這是重要的，因為，例如某些制造商制造的帶通濾波器和/或多路耦合器在接近通帶的邊緣具有陡峭、非線性相位頻率響應(yīng)。如果通帶的邊緣非常接近反向控制信道或反向語音信道，或與反向控制信道或反向語音信道一致，則如果無線定位系統(tǒng)不利用存儲的特性校正測量過程，無線定位系統(tǒng)會錯誤地測量發(fā)射信號的相位特性。如果運營商安裝了不止一個制造商制造的多路耦合器和/或帶通濾波器，則這會變得更加重要，因為各站點的特性可能不同。除了測量相位頻率響應(yīng)之外，在進行ADC之前，其它環(huán)境因素也會改變RF路徑。這些因素要求在SCS 10內(nèi)進行偶發(fā)并且往往是周期性校正。
接收機模塊10-2的變換窄帶實施例除了寬帶接收機模塊之外，或作為端口接收機模塊的變換實施例，SCS 10還支持接收機模塊10-2的窄帶實施例。與可以同時接收無線定位系統(tǒng)使用的所有RF信道的寬帶接收機模塊相反，窄帶接收機一次只能接收一個或少量RF信道。例如，SCS 10支持在AMPS/TDMA系統(tǒng)中使用的60KHz窄帶接收機，它覆蓋兩個鄰接30KHz信道。與上述對寬帶模塊描述相同，此接收機仍為數(shù)字接收機，然而，頻率合成與混合電路根據(jù)命令將接收機模塊動態(tài)調(diào)諧到各RF信道。通常1毫秒或更短時間進行一次此動態(tài)調(diào)諧過程，并且只要需要接收定位處理過程的RF數(shù)據(jù)并對它進行數(shù)字化處理，此接收機就停留到特定RF信道。
窄帶接收機的用途是降低無線定位系統(tǒng)由于使用寬帶接收機產(chǎn)生的成本。當(dāng)然，某種程度會損失性能，但是這些多接收機的可用性允許無線運營商具有更高的成本/性能選擇。將額外的創(chuàng)造性的功能和改進附加到無線定位系統(tǒng)以支持新型窄帶接收機。當(dāng)使用寬帶接收機時，在所有SCS 10持續(xù)接收所有RF信道，然后進行發(fā)射，無線定位系統(tǒng)可以使用DSP 10-3(如圖2所示)來從數(shù)字存儲器中動態(tài)選擇任意RF信道。當(dāng)使用窄帶接收機時，無線定位系統(tǒng)必須事先確保位于各小區(qū)站的各窄帶接收機同時調(diào)諧到相同RF信道，這樣所有接收機就可以同時接收、數(shù)字化處理以及存儲同一個無線發(fā)射信號。為此，通常僅使用窄帶接收機定位事先已知進行發(fā)射的語音信道發(fā)射信號。由于隨時可以異步進行控制信道發(fā)射，所以窄帶接收機可以不調(diào)諧到正確信道來接收發(fā)射信號。
當(dāng)窄帶接收機用于定位AMPS語音信道發(fā)射信號時，無線定位系統(tǒng)具有臨時改變AMPS無線發(fā)射機的調(diào)制特性的能力，從而有助于進行定位處理。因為通過外加被稱為SAT的低電平監(jiān)測音頻單音，僅對AMPS語音信道進行FM調(diào)制。正如本技術(shù)領(lǐng)域已知的那樣，AMPS FM調(diào)制過程的Cramer-Rao下限明顯地比用于AMPS反向信道和語音信道上的“空白和字符”發(fā)射信號的曼徹斯特編碼FSK調(diào)制過程糟糕。此外，如果沒有調(diào)制輸入信號(即沒有人講話)，AMPS無線發(fā)射機可以利用明顯較少的能力進行發(fā)射。為了通過改善調(diào)制特性改善定位估計，而不依賴于輸入調(diào)制信號的存在和振幅，無線定位系統(tǒng)可以使AMPS無線發(fā)射機在位于多個SCS 10的窄帶接收機被調(diào)諧到發(fā)送此消息的RF信道時發(fā)射“空白和字符”消息。以下將對此作進一步的說明。
使用窄帶接收機模塊時，無線定位系統(tǒng)完成下列步驟(請參考圖2C-1所示的流程圖)第一無線發(fā)射機在特定RF信道上進行預(yù)定發(fā)射；無線定位系統(tǒng)啟動對第一無線發(fā)射機進行定位估計(通過內(nèi)部或外部命令/響應(yīng)接口進行此啟動過程)；無線定位系統(tǒng)確定第一無線發(fā)射機當(dāng)前使用的小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道、時隙、長掩碼以及密鑰(所有信息單元不一定對所有空中接口協(xié)議有用)；無線定位系統(tǒng)在指定的小區(qū)站和扇區(qū)將位于適當(dāng)?shù)谝籗CS 10的適當(dāng)?shù)谝徽瓗Ы邮諜C調(diào)諧到RF信道和時隙，其中“適當(dāng)?shù)摹蓖ǔＪ侵缚捎玫?、共處一地的或最接近的；第一SCS 10從第一窄帶接收機接收RF數(shù)據(jù)的時間段，此時間段通常在幾微秒到10毫秒之間，然后估計發(fā)射功率、SNR以及調(diào)制特性；如果發(fā)射功率或SNR低于預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)等待預(yù)定長度的時間，然后返回上述第三步驟(在第三步驟，無線定位系統(tǒng)確定小區(qū)站、扇區(qū)等)；如果發(fā)射信號為AMPS語音信道發(fā)射信號，并且調(diào)制低于閾值，則無線定位系統(tǒng)命令無線通信系統(tǒng)將命令發(fā)送到第一無線發(fā)射機以在第一無線發(fā)射機產(chǎn)生“空白和字符”；無線定位系統(tǒng)請求無線通信系統(tǒng)避免在預(yù)定時間內(nèi)將無線發(fā)射機越區(qū)轉(zhuǎn)換(hand-off)到另一個RF信道；無線定位系統(tǒng)從無線通信系統(tǒng)接收響應(yīng)，該響應(yīng)表示避免越區(qū)轉(zhuǎn)換第一無線發(fā)射機的時間周期，以及如果命令轉(zhuǎn)換，則無線通信系統(tǒng)將命令發(fā)送到第一無線發(fā)射機產(chǎn)生“空白和字符”的時間周期；無線定位系統(tǒng)確定一系列用于進行定位處理的天線(以下說明天線選擇過程)；無線定位系統(tǒng)確定最早的無線定位系統(tǒng)時間標(biāo)記，連接到選擇的天線的窄帶接收機可以開始同時從第一無線發(fā)射機當(dāng)前使用的RF信道采集RF數(shù)據(jù)；根據(jù)最早的無線定位系統(tǒng)時間標(biāo)記和無線通信系統(tǒng)輸出響應(yīng)的時間周期，無線定位系統(tǒng)命令連接到天線用于進行定位處理的窄帶接收機調(diào)諧到第一無線發(fā)射機當(dāng)前使用的小區(qū)站、扇區(qū)以及RF信道，以在預(yù)定的停留(dwell)時間接收RF數(shù)據(jù)(根據(jù)信號的帶寬、SNR以及一體化要求)；將窄帶接收機接收的RF數(shù)據(jù)寫入雙端口存儲器；正如在第5,327,144號美國專利和第5,608,410號美國專利以及以下部分說明的那樣，開始對接收的RF數(shù)據(jù)進行定位處理；無線定位系統(tǒng)再一次確定第一無線發(fā)射機當(dāng)前使用的小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道、長掩碼以及密鑰；如果在查詢之間(即收集RF數(shù)據(jù)前、后)，第一無線發(fā)射機當(dāng)前使用的小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道、時隙、長掩碼以及密鑰發(fā)生變化，無線定位系統(tǒng)就停止進行定位處理、產(chǎn)生因為在接收RF數(shù)據(jù)的時間周期內(nèi)無線發(fā)射機改變了發(fā)射狀態(tài)導(dǎo)致的定位處理失敗的告警消息，然后重新啟動此整個處理過程；根據(jù)以下說明的步驟完成對接收的RF數(shù)據(jù)的定位處理過程。
信息單元的確定過程包括無線定位系統(tǒng)通常通過無線定位系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)之間的命令/響應(yīng)接口獲得小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道、時隙、長掩碼以及密鑰(所有信息單元不一定用于所有空中接口協(xié)議)。
以上述方式使用窄帶接收機被稱為隨機調(diào)諧，因為根據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)生的命令該接收機可以控制任意RF信道。隨機調(diào)諧的一個優(yōu)勢在于，僅對那些被無線定位系統(tǒng)啟動的無線發(fā)射機進行定位處理。隨機調(diào)諧的一個缺點在于，包括無線通信系統(tǒng)與無線定位系統(tǒng)之間的接口和在通過系統(tǒng)安排必要接收機的等待時間在內(nèi)的各種同步系數(shù)會對整個定位處理吞吐量產(chǎn)生限制。例如，在TDMA系統(tǒng)中，通過無線定位系統(tǒng)使用的隨機調(diào)諧通常會將定位處理吞吐量局限于每個小區(qū)站扇區(qū)每秒約2.5個位置。
因此，窄帶接收機還支持另一種模式，即自動順序調(diào)諧，自動順序調(diào)諧可以實現(xiàn)以更高吞吐量進行定位處理。例如，在TDMA系統(tǒng)中，利用與上述窄帶接收機運行過程相同的停留時間和建立時間，順序調(diào)諧可以實現(xiàn)的定位處理吞吐量約為每小區(qū)站扇區(qū)每秒41個位置，這意味著可以在約9秒內(nèi)對所有395個TDMA RF信道進行處理。通過利用例如兩個可以被同步接收的鄰接RF信道，通過對RF信道內(nèi)的所有三個TDMA時隙進行位置處理以及通過消除無線通信系統(tǒng)對同步的要求可以實現(xiàn)提高處理速率。當(dāng)無線定位系統(tǒng)正在使用順序調(diào)諧的窄帶接收機時，無線定位系統(tǒng)不知道無線發(fā)射機標(biāo)識，因為無線定位系統(tǒng)不等待啟動，在接收發(fā)射信號之前，無線定位系統(tǒng)也不向無線通信系統(tǒng)查詢相同信息。在此方法中，無線定位系統(tǒng)順序通過各小區(qū)站、RF信道以及時隙進行定位處理，并報告識別時間標(biāo)記、小區(qū)站、RF信道、時隙以及位置的位置記錄。報告位置記錄之后，無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)使位置記錄與無線通信系統(tǒng)中表示此時正在使用哪個無線發(fā)射機、以及各無線發(fā)射機使用哪個小區(qū)站、RF信道和時隙的數(shù)據(jù)匹配。然后，無線定位系統(tǒng)保持所研究的無線發(fā)射機的位置記錄，而消除其余無線發(fā)射機的位置記錄。
數(shù)字信號處理模塊10-3SCS數(shù)字接收機模塊10-3輸出具有規(guī)定帶寬和規(guī)定位分解的數(shù)字RF數(shù)據(jù)流。例如，15MHz的寬帶接收機實施例可以輸出每秒6千萬個采樣、每個采樣為14比特分辨率的數(shù)據(jù)流。此RF數(shù)據(jù)流含有無線通信系統(tǒng)使用的所有RF信道，DSP模塊10-3接收數(shù)字數(shù)據(jù)流，并通過數(shù)字混合過程和濾波過程抽取任意單獨RF信道。當(dāng)需要降低SCS 10與TLP 12之間的帶寬要求時，DSP還可以根據(jù)無線定位系統(tǒng)的命令降低位分解。根據(jù)對各位置的處理請求，無線定位系統(tǒng)可以動態(tài)選擇以此分解轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)字基帶RF數(shù)據(jù)的比特分辨率。DSP的功能是減小利用模擬部件進行混合和濾波產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。使用DSP使得在任何兩個SCS 10之間進行的處理實現(xiàn)良好匹配。
圖2D示出DSP模塊10-3的方框圖，圖2E所示的流程圖示出DSP模塊的運行過程。如圖2D所示，DSP模塊10-3對下列單元進行比較一對DSP單元10-3-1A和10-3-1B，將它們共同稱為“第一”DSP；串行并行轉(zhuǎn)換器10-3-2；雙端口存儲單元10-3-3；第二DSP 10-3-4；并行串行轉(zhuǎn)換器；FIFO緩沖器；用于進行檢測的DSP 10-3-5(包括RAM)，用于進行解調(diào)的另一個DSP 10-3-6，用于進行歸一化處理和進行控制的另一個DSP 10-3-7；以及地址生成器10-3-8。在當(dāng)前的優(yōu)選實施例中，DSP模塊10-3接收寬帶數(shù)字數(shù)據(jù)流(如圖2E所示的步驟S1)，利用第一DSP(10-3-1A和10-3-1B)抽取信道塊(步驟S2)。例如，被編程作為數(shù)字引下(drop)接收機的第一DSP可以抽取4個信道塊，其中各信道塊至少包括1.25MHz的帶寬。此帶寬可以包括24個AMPS信道或TDMA信道、6個GSM信道，或1個CDMA信道。DSP不要求信道塊鄰接，因為DSP獨立地用數(shù)字方法對寬帶數(shù)字數(shù)據(jù)流帶寬內(nèi)的任意RF信道組進行調(diào)諧。DSP還可以進行對塊內(nèi)的所有信道或任意信道進行寬帶能量檢測或窄帶能量檢測，并通過信道將能量值報告TLP 12(步驟S3)。例如，每10ms，DSP進行寬帶能量檢測并對所有接收機的所有信道建立RF頻譜圖(參考步驟S9)。因為每10ms可以通過SCS 10與TLP12之間的通信鏈路將此頻譜圖從SCS 10發(fā)送到TLP 12，所以存在明顯的數(shù)據(jù)額外開銷。因此，通過將數(shù)據(jù)壓擴到有限級數(shù)，DSP可以減少數(shù)據(jù)開銷。通常，例如，84dB的動態(tài)范圍可以要求14位。在DSP進行壓擴處理過程中，例如，通過選擇16個重要RF頻譜級送到TLP12，可以將數(shù)據(jù)減少到只有4位。無線定位系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)選擇級數(shù)、位數(shù)以及級表示的過程。完成這些調(diào)節(jié)過程可以使發(fā)送到TLP 12的RF頻譜消息增加到最大，還可以最優(yōu)化使用SCS 10與TLP 12之間的通信鏈路上的可用帶寬。
轉(zhuǎn)換后，各RF信道塊(每個信道塊至少為1.25MHz)通過串行并行轉(zhuǎn)換器10-3-2任何存儲到雙端口數(shù)字存儲器10-3-3(步驟S4)。數(shù)字存儲器為循環(huán)存儲器，這意味著DSP模塊開始將數(shù)據(jù)寫入第一存儲器地址，然后順序繼續(xù)進行存儲直到到達最后一個存儲器地址。當(dāng)?shù)竭_最后一個存儲器地址時，DSP返回第一存儲器地址并繼續(xù)順序地將數(shù)據(jù)寫入存儲器。各DSP模塊通常含有足夠存儲量以存儲各RF信道塊的幾個輔助數(shù)據(jù)從而支持定位處理過程的等待時間和查詢時間。
在DSP模塊中，在數(shù)字化的和轉(zhuǎn)換的RF數(shù)據(jù)被寫入存儲器的存儲器地址即通過無線定位系統(tǒng)使用的時間標(biāo)記，在確定TDOA的過程中，定位處理過程以從時間標(biāo)記為基準(zhǔn)。為了確保在無線定位系統(tǒng)的各SCS 10調(diào)整此時間標(biāo)記，地址生成器10-3-8每秒從定時生成/時鐘分布模塊10-7接收一個脈沖信號(如圖2所示)。位于無線定位系統(tǒng)內(nèi)的所有SCS 10的地址生成器周期性地同時將自己復(fù)位到已知地址。這樣可用使定位處理過程減少或消除在對各數(shù)字數(shù)據(jù)單元記錄時間標(biāo)記過程中的累加定時誤差。
地址生成器10-3-8控制寫入數(shù)字存儲器10-3-3和從數(shù)字存儲器10-3-3讀出。由于ADC持續(xù)對RF信號進行采樣和數(shù)字化處理并且第一DSP(10-3-1A和10-3-1B)持續(xù)實現(xiàn)數(shù)字引下接收機功能，所以可以持續(xù)進行寫入。然而，當(dāng)無線定位系統(tǒng)請求數(shù)據(jù)進行解調(diào)和定位處理時，以短脈沖形式進行讀。無線定位系統(tǒng)甚至還可以用遞歸方法對單個發(fā)射信號進行定位處理，因此需要多次訪問相同的數(shù)據(jù)。為了管理無線定位系統(tǒng)的許多要求，地址生成器允許雙端口數(shù)字存儲器的讀取速率比寫入速率快。通常，讀取速率可以比寫入速率快8倍。
DSP模塊10-3使用第二DSP 10-3-4從數(shù)字存儲器10-3-3讀取數(shù)據(jù)，然后實現(xiàn)第二數(shù)字引下接收機功能以從RF信道塊抽取基帶數(shù)據(jù)(步驟S5)。例如，第二DSP可以從已經(jīng)被數(shù)字化并存儲到存儲器的任意RF信道塊內(nèi)抽取任意一個30KHz AMPS信道或30KHz的TDMA信道。同樣，第二DSP可以抽取任意一個GSM信道。因為信道帶寬占據(jù)了存儲的RF數(shù)據(jù)的全部帶寬，所以不需要第二DSP抽取CDMA信道。將第一DSP 10-3-1A、DSP 10-3-1B與第二DSP10-3-4進行合并允許DSP模塊選擇、存儲并恢復(fù)無線通信系統(tǒng)內(nèi)的任意一個RF信道。DSP模塊通常存儲4個信道塊。在雙模式AMPS/TDMA系統(tǒng)中，單個DSP模塊可以連續(xù)同步監(jiān)視至多42個模擬反向控制信道、至多84個數(shù)字控制信道，并對它分配監(jiān)視并定位任意語音信道發(fā)射的任務(wù)。單個SCS機體通常至多支持3個接收機模塊10-2(如圖2所示)以覆蓋2個天線中每個天線的3個扇區(qū)，并至多支持9個DSP模塊(每個接收機的3個DSP模塊允許將全部15MHz的帶寬同時存儲到數(shù)字存儲器)。因此，除了可以容易地進行定標(biāo)以使任意類型的小區(qū)站配置與處理負荷匹配之外，SCS 10是非常模塊化的系統(tǒng)。
DSP模塊10-3還實現(xiàn)其它功能，包括自動檢測在各扇區(qū)使用的工作信道(步驟S6)、解調(diào)(步驟S7)以及基于站的定位處理(步驟S8)。無線定位系統(tǒng)保持無線通信系統(tǒng)內(nèi)RF信道的用途的工作圖(步驟S9)，這樣可以使無線定位系統(tǒng)管理接收機并對資源進行處理，并且當(dāng)產(chǎn)生有意義的特定發(fā)射信號時，快速啟動處理過程。工作圖為保持在無線定位系統(tǒng)內(nèi)的表，該表對連接到SCS 10的各天線列出分配到該SCS 10的主要信道以及在這些信道內(nèi)使用的各協(xié)議。主要信道為分配到所配置的基站或鄰近基站的RF控制信道，該基站用于與無線發(fā)射機通信。例如，在具有扇形掃描小區(qū)站的典型蜂窩式系統(tǒng)中，存在一個被指定用于各扇區(qū)的RF控制信道頻率。這些控制信道頻率通常被指定作為所配置的SCS 10的主要信道。
即使其它SCS 10也具有相同的被分配的主要信道，仍可以指定相同的SCS 10來監(jiān)視作為主要信道的其它鄰近基站的RF控制信道。以此方式，無線定位系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)解調(diào)冗余，這樣就可以確保任意給定的無線發(fā)射機被錯過的可能性極小。在使用此解調(diào)冗余度時，無線定位系統(tǒng)在不止一個SCS 10接收、檢測并解調(diào)相同的無線發(fā)射信號兩次或更多次。無線定位系統(tǒng)包括檢測何時進行此多重解調(diào)并僅對定位處理啟動一次的裝置。此功能可以節(jié)省無線定位系統(tǒng)的處理和通信資源，以下將對此作進一步說明。單個SCS 10檢測并解調(diào)在不與此SCS 10配合的小區(qū)站產(chǎn)生的無線發(fā)射信號的能力允許無線定位系統(tǒng)的操作者采用多種有效的無線定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。例如，可以這樣設(shè)計無線定位系統(tǒng)，即無線定位系統(tǒng)使用的SCS 10數(shù)比無線通信系統(tǒng)具有的基站數(shù)少得多。
在無線定位系統(tǒng)中，利用兩種方法將主要信道輸入并保持在表中直接編程方法和自動檢測方法。直接編程方法包括利用一個諸如無線操作臺16(如圖1所示)的無線定位系統(tǒng)用戶界面，或通過接收從無線定位系統(tǒng)到無線通信系統(tǒng)接口的信道分配數(shù)據(jù)，將主要信道數(shù)據(jù)輸入到表中。換句話說，DSP模塊10-3還運行被稱為自動檢測過程的后臺處理過程，在后臺處理過程中，DSP使用備用處理能力或預(yù)定處理能力來檢測各可能RF信道上的發(fā)射信號，然后，試圖利用可能的協(xié)議對這些發(fā)射信號進行解調(diào)。DSP模塊確認直接編程的主要信道是正確的，并且DSP模塊還快速對基站信道產(chǎn)生的變化進行檢測并將告警發(fā)送到無線定位系統(tǒng)的操作者。
DSP模塊以自動檢測方法完成下列步驟(參考圖2E-1)對于用于覆蓋SCS 10區(qū)域的各可能的控制信道和/或語音信道，建立占線計數(shù)器(步驟S7-1)；在檢測周期的起始時，將所有占線計數(shù)器復(fù)位為0(步驟S7-2)；
每次在規(guī)定的RF信道產(chǎn)生發(fā)射信號并且接收功率高于預(yù)定閾值時，該信道的占線計數(shù)器就遞增(步驟S7-3)；每次在規(guī)定的RF信道產(chǎn)生發(fā)射信號，并且接收功率高于第二特定預(yù)定閾值時，DSP模塊試圖利用第一優(yōu)選協(xié)議對發(fā)射信號的特定部分進行解調(diào)(步驟S7-4)；如果解調(diào)成功，則該信道的第二占線計數(shù)器遞增(步驟S7-5)；如果解調(diào)不成功，則DSP模塊試圖利用第二優(yōu)選協(xié)議對部分發(fā)射信號進行解調(diào)(步驟S7-6)；如果解調(diào)成功，則該信道的第三占線計數(shù)器遞增(步驟S7-7)；在檢測周期結(jié)束時，無線定位系統(tǒng)讀取所有占線計數(shù)器(步驟S7-8)；以及無線定位系統(tǒng)根據(jù)占線計數(shù)器自動分配主要信道(步驟S7-9)。
無線定位系統(tǒng)的操作者可以檢查占線計數(shù)器和主要信道的自動分配過程以及解調(diào)協(xié)議，并可以越過自動完成的任何設(shè)置過程。此外，如果不止有兩個優(yōu)選協(xié)議可供無線運營商使用，則可以利用軟件下載DSP模塊10-3來檢測附加協(xié)議。基于寬帶接收機10-2、DSP模塊10-3以及可下載的軟件的SCS 10的結(jié)構(gòu)允許無線定位系統(tǒng)在一個系統(tǒng)中支持多個解調(diào)協(xié)議。在一個系統(tǒng)中支持多個協(xié)議具有明顯的成本優(yōu)勢，因為在小區(qū)站只需要一個SCS 10。許多基站結(jié)構(gòu)則相反，它們對不同模塊協(xié)議要求不同收發(fā)信機模塊。例如，當(dāng)SCS 10可以在同一個SCS 10內(nèi)同時支持AMPS、TDMA和CDMA時，當(dāng)前沒有可支持此功能的基站。
檢測并解調(diào)多個協(xié)議的能力還包括在通過特定空中接口協(xié)議發(fā)射的消息內(nèi)使用的驗證進行獨立檢測的能力。在最近幾年中，在無線發(fā)射機中使用驗證字段作為減少在無線通信系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)舞弊行為的方法開始變得普遍起來。然而，不是所有的無線發(fā)射機實施驗證。當(dāng)使用驗證時，通常，協(xié)議將附加字段插入發(fā)射消息。通常，此字段被插入發(fā)射消息內(nèi)的無線發(fā)射機的識別碼與撥號號碼之間。對無線發(fā)射信號進行解調(diào)時，無線定位系統(tǒng)確定發(fā)射消息內(nèi)的字段數(shù)以及消息類型(即登記、開始、尋呼響應(yīng)等)。無線定位系統(tǒng)對所有字段進行解調(diào)，并且如果在研究發(fā)射消息的類型時出現(xiàn)額外字段，則無線定位系統(tǒng)對啟動條件檢驗所有字段。例如，如果撥號號碼“911”出現(xiàn)在字段內(nèi)的適當(dāng)位置，并且該字段位于其沒有驗證字段的適當(dāng)位置或位于其具有驗證字段的適當(dāng)位置，則無線定位系統(tǒng)正常啟動。在此例中，要求號碼“911”以序列“911”或“*911”的形式出現(xiàn)，而在此序列的前后沒有其它號碼。此功能可以減少或消除由出現(xiàn)在驗證字段內(nèi)的號碼“911”引起的誤啟動。
因為當(dāng)無線主叫用戶撥打“911”時，必須盡快啟動定位處理過程，所以為了無線定位系統(tǒng)成功運行，重要的是要支持對多重解調(diào)協(xié)議。無線定位系統(tǒng)利用兩種方法可以啟動定位處理過程無線定位系統(tǒng)對控制信道發(fā)射信號進行獨立解調(diào)，并利用任意數(shù)目的判據(jù)(例如撥號號碼)啟動定位處理過程，或無線定位系統(tǒng)從諸如載波無線通信系統(tǒng)的外部信號源接收啟動信號。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)利用SCS 10進行獨立解調(diào)可以以最快時間進行啟動，因為從無線用戶按下無線發(fā)射機上的“SEND”或“TALK”(或類似內(nèi)容)按鈕的瞬間開始進行檢測。
控制與通信模塊10-5圖2F所示的控制與通信模塊10-5包括數(shù)據(jù)緩沖器10-5-1、控制器10-5-2、存儲器10-5-3、CPU 10-5-4以及T1/E1通信芯片10-5-5。該模塊具有許多事先在第5,608,410號美國專利中說明的特性。在本實施例中增加了幾項增強功能。例如，即使當(dāng)控制與通信模塊上的CPU停止執(zhí)行其編程軟件時，SCS 10現(xiàn)在還具有自動遠程復(fù)位能力。此能力可以降低無線定位系統(tǒng)的運行成本，因為不需要技術(shù)人員到小區(qū)站去復(fù)位不能正常工作的SCS 10。通過對特定比特序列監(jiān)視SCS 10與TLP 12之間的通信接口，可以運行自動遠程復(fù)位電路。此比特序列是在SCS 10與TLP 12之間進行正常通信時不出現(xiàn)的序列。例如，此序列可以包括全1格式。復(fù)位電路獨立運行CPU，因此即使當(dāng)CPU被置于鎖定狀態(tài)時或被置于非運行狀態(tài)時，該電路仍可以對SCS 10進行復(fù)位并使CPU回到運行狀態(tài)。
此模塊還具有記錄并報告在監(jiān)視會診斷SCS 10的性能時使用的大量統(tǒng)計數(shù)字和變量的能力。例如，SCS 10可以監(jiān)視任意DSP或SCS10內(nèi)的其它處理器以及SCS 10與TLP 12之間的通信接口的利用率。定期向AP 14和NOC 16報告這些數(shù)值，并利用這些數(shù)值確定系統(tǒng)內(nèi)何時需要附加處理與通信資源。例如，可以在NOC內(nèi)設(shè)置告警閾值來向操作者指出任意資源是否經(jīng)常超過預(yù)定閾值。SCS 10還可以監(jiān)視發(fā)射信號被成功解調(diào)的次數(shù)和失敗解調(diào)的次數(shù)。這在允許操作者確定用于解調(diào)的信號閾值是否被最佳設(shè)置時有用。
此模塊以及其它模塊還可以向TLP 12自動報告其識別碼。如下所述，可以將許多SCS 10連接到單個TLP 12。通常，SCS 10與TLP 12之間的通信與基站與MSC之間的通信共享。通常難于快速準(zhǔn)確確定哪個SCS 10被分配到特定電路。因此SCS 10含有在安裝時記錄的硬編碼識別碼。此識別碼可以被TLP 12讀取并識別以主動確定哪個SCS10被運營商分配到幾個不同通信電路中的各通信電路。
SCS到TLP之間的通信支持各種消息，包括命令和響應(yīng)、軟件下載、狀態(tài)和動力、參數(shù)下載、診斷、頻譜數(shù)據(jù)、相位數(shù)據(jù)、主要信道解調(diào)以及RF數(shù)據(jù)。將通信協(xié)議設(shè)計為可以通過將協(xié)議開銷減少到最小來對無線定位系統(tǒng)的運行進行優(yōu)化，該協(xié)議包括消息優(yōu)先級方案。對各種消息指定優(yōu)先級，SCS 10和TLP 12利用優(yōu)先級查詢消息，從而在發(fā)送較低優(yōu)先級消息之前先發(fā)送較高優(yōu)先級消息。例如，通常，將解調(diào)消息設(shè)置為高優(yōu)先級，因為無線定位系統(tǒng)必須根據(jù)特定類型的呼叫(例如E9-1-1)無延遲地啟動定位過程。盡管在查詢較低優(yōu)先級消息之前查詢較高優(yōu)先級消息，但是協(xié)議通常并不預(yù)占已經(jīng)處于傳送中的消息。即在通過SCS 10與TLP 12之間的通信接口發(fā)送消息的過程將全部完成，然后，待發(fā)送的下一個消息成為具有最早時間標(biāo)記的最高優(yōu)先級消息。為了將高優(yōu)先級消息等待時間減小到最小，以分段的形式發(fā)送諸如RF數(shù)據(jù)的長消息。例如，所有100毫秒AMPS發(fā)射信號的RF數(shù)據(jù)被分割為10毫秒的分段。以此方式，在RF數(shù)據(jù)的各分段之間查詢高優(yōu)先級消息。
校準(zhǔn)與性能監(jiān)視SCS 10的結(jié)構(gòu)主要基于數(shù)字技術(shù)，它包括數(shù)字接收機、數(shù)字信號處理器。一旦RF信號被數(shù)字化，則在各種處理過程中可以對定時、頻率以及相位差減小精細控制。更重要的是，在無線定位系統(tǒng)中的各種接收機與各種SCS 10之間，任意定時、頻率以及相位差均可以完全一致。然而，在ADC之前，RF信號通過單個RF部件，包括天線、電纜、低噪聲放大器、濾波器、雙工器、多路耦合器以及RF分裂器。各RF部件的特性對無線定位系統(tǒng)均重要，這些特性包括延遲和相位頻率響應(yīng)。如果RF部件和模擬部件在各SCS 10對(例如圖2G所示的SCS 10A和SCS 10B)之間完全匹配，則在定位處理過程中就可以自動消除這些特性的影響。但是如果各部件的特性不匹配，則定位處理過程偶爾會出現(xiàn)由于不匹配引起的檢測誤差。此外，許多RF部件可以承受由于功率、時間、溫度或其它會將檢測誤差附加到位置確定過程的因素引起的不穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明開發(fā)了幾種技術(shù)來校準(zhǔn)無線定位系統(tǒng)內(nèi)的RF部件并有規(guī)律地監(jiān)測無線定位系統(tǒng)的性能。在進行校準(zhǔn)之前，無線定位系統(tǒng)將這些延遲值以及相位頻率響應(yīng)(即通過RF信道數(shù))存儲到無線定位系統(tǒng)的表中用于校正這些檢測誤差。以下將參考圖2G至圖2J說明這些校正方法。
外部校準(zhǔn)方法參考圖2G，沿基線測量無線定位系統(tǒng)的定時穩(wěn)定性，其中各基線包括兩個SCS(SCS 10A和SCS 10B)以及它們之間的假想線(A-B)。在TDOA/FDOA型的無線定位系統(tǒng)中，通過測量各SCS 10對從無線發(fā)射機到達的信號記錄的時間差，計算無線發(fā)射機的位置。因此，重要的是，SCS 10沿任意基線測量的時間差主要由于無線發(fā)射機的發(fā)射時間，而次要原因是SCS 10的RF部件和模擬部件自身的變化。為了滿足無線定位系統(tǒng)的精度目標(biāo)，將任意SCS 10對的定時穩(wěn)定性保持遠少于100納秒的RMS(均方根)。因此，無線定位系統(tǒng)的各部件對無線發(fā)射機的位置估計過程中產(chǎn)生檢測誤差的貢獻小于100英尺RMS。此誤差的某些內(nèi)容是由于在校準(zhǔn)系統(tǒng)時使用的信號的模糊性。利用眾所周知的Cramer-Rao下限方程可以確定此模糊性。對于AMPS反向控制信道，此誤差接近40納秒RMS。剩余的誤差分配被分配到無線定位系統(tǒng)的各部件，主要是SCS 10內(nèi)的RF部件和模擬部件。
在外部校準(zhǔn)方法中，無線定位系統(tǒng)使用校準(zhǔn)其信號特性與目標(biāo)無線發(fā)射機的信號特性匹配的發(fā)射機的網(wǎng)絡(luò)。這些校準(zhǔn)發(fā)射機可以是發(fā)射周期登記信號和/或?qū)ず繇憫?yīng)信號的普通無線電話。利用具有到與基線有關(guān)的兩個SCS 10的相對無干擾路徑和無障礙路徑的校準(zhǔn)發(fā)射機，優(yōu)選周期性地校準(zhǔn)各可用SCS至SCS基線。利用處理目標(biāo)無線發(fā)射機發(fā)射的信號的方法處理校準(zhǔn)信號。由于事先已知TDOA值，所以計算過程的任何誤差均因為無線定位系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差產(chǎn)生。然后，在后續(xù)對目標(biāo)發(fā)射機的位置計算過程中可以消除這些系統(tǒng)誤差。
圖2G示出可以將定時誤差減小到最小的外部校準(zhǔn)方法。如圖所示，位于點“A”的第一SCS 10A和位于點“B”的第二SCS 10B具有相關(guān)基線A-B。位于點“C”的校準(zhǔn)發(fā)射機在時間T0發(fā)射的校準(zhǔn)信號理論上會在時間T0+TAC到達第一SCS 10A，TAC為校準(zhǔn)信號從校準(zhǔn)發(fā)射機天線到數(shù)字接收機內(nèi)的雙端口數(shù)字存儲器需要的時間的測量值。
同樣，同一個校準(zhǔn)信號會在理論時間T0+TBC到達第二SCS 10B。然而，校準(zhǔn)信號通常不會剛好在校正時間到達數(shù)字存儲器和各SCS 10的數(shù)字信號處理部件。相反，校準(zhǔn)信號從校準(zhǔn)發(fā)射機傳播到SCS 10花費的總時間(TAC、TBC)內(nèi)分別存在誤差e1和e2，這樣到達的準(zhǔn)確時間實際為T0+TAC+e1和T0+TBC+e2。此誤差某種程度上是由于信號通過空氣傳播(即從校準(zhǔn)發(fā)射機天線到SCS天線)過程中產(chǎn)生的延遲引起的；然而，此誤差主要由于SCS前端部件的時變特性引起。不能確定誤差e1和誤差e2本身，因為系統(tǒng)不知道發(fā)射校準(zhǔn)信號的準(zhǔn)確時間(T0)。然而，系統(tǒng)可以確定校準(zhǔn)信號到達任意給定SCS 10對中各SCS 10的時間差的誤差。將TDOA偏差值定義為測量的TDOA值與理論上的TDOA值τ0之間的差值，其中τ0為理論延遲值TAC與TBC之間的理論差值。校準(zhǔn)發(fā)射機已知各SCS 10對的理論TDOA值，因為SCS 10和校準(zhǔn)發(fā)射機的位置以及校準(zhǔn)信號傳播的速度已知。測量的TDOA基線(TDOAA-B)可以被表示為TDOAA-B＝τ0+∈，其中∈＝e1-e2。在這種情況下，位于點“D”的第二校準(zhǔn)發(fā)射機發(fā)射的校準(zhǔn)信號具有相關(guān)誤差e3和e4。待從目標(biāo)發(fā)射機的TDOA測量值中減去的∈的極限值是對一個或多個校準(zhǔn)發(fā)射機獲得的∈值的函數(shù)(例如加權(quán)平均數(shù))。因此用如下方法對位于點“X”和點“Y”的一對SCS 10的給定TDOA測量值(TDOAmeasured)和位于未知位置的目標(biāo)無線發(fā)射機進行校正TDOAX-Y＝TDOAmeasured-∈∈＝k1∈1+k2∈2+...+kN∈N，其中k1、k2等為加權(quán)系數(shù)，∈1、∈2等為通過從各校準(zhǔn)發(fā)射機的理論值中減去測量的TDOA值獲得的偏差值。在此例中，偏差值∈1為與位于圖中所示的點“C”的校準(zhǔn)發(fā)射機有關(guān)的偏差值。無線定位系統(tǒng)的操作者確定加權(quán)系數(shù)，并將它們輸入到各基線配置表。操作者考慮從各校準(zhǔn)發(fā)射機到位于點“X”和點“Y”的SCS 10的距離，根據(jù)經(jīng)驗確定從各校準(zhǔn)發(fā)射機到位于點“X”和點“Y”的SCS 10的視線(lineof sight)，以及各SCS“X”和SCS“Y”對與各校準(zhǔn)發(fā)射機相鄰的無線發(fā)射機位置估計的貢獻。一般而言，靠近位于點“X”和點“Y”的SCS 10的校準(zhǔn)發(fā)射機的權(quán)值要高于遠離位于點“X”和點“Y”的SCS10的校準(zhǔn)發(fā)射機的權(quán)值，并且具有到位于點“X”和點“Y”的SCS 10的較好視線的校準(zhǔn)發(fā)射機的權(quán)值要高于具有較差視線的校準(zhǔn)發(fā)射機的權(quán)值。
各誤差分量e1、e2等以及獲得的誤差分量∈可以在寬時間范圍內(nèi)寬范圍發(fā)生變化，因為有一些誤差分量是由于從校準(zhǔn)發(fā)射機到各SCS10的多路徑反射引起的。多路徑反射非常依賴于路徑，一次測量與一次測量之間、一個路徑與一個路徑之間的多路徑反射不同。本發(fā)明的目的并不是對這些校準(zhǔn)路徑確定多路徑反射，而是確定由SCS 10的各部件引起的誤差部分。通常，偏差值e1和e3具有共同分量，因為它們與同一個第一SCS 10A有關(guān)。同樣，偏差值e2和e4具有共同分量，因為它們與同一個第二SCS 10B有關(guān)。眾所周知，當(dāng)多路徑部件大范圍發(fā)生變化時，部件誤差變化的速度慢，而且通常是以正弦形式發(fā)生變化。因此，在外部校準(zhǔn)方法中，利用降低寬范圍變化的多路徑部件權(quán)值的加權(quán)時基濾波器濾除偏差值∈，而保留SCS 10引起的相對慢速變化的誤差分量。在外部校準(zhǔn)方法中使用的一種典型濾波器為卡爾曼濾波器。
校準(zhǔn)發(fā)射信號之間的周期根據(jù)對SCS部件確定的誤差漂移率發(fā)生變化。漂移率周期應(yīng)比校準(zhǔn)間隔周期長得多。無線定位系統(tǒng)監(jiān)測漂移率周期以連續(xù)確定變化率，并在需要時可以周期性地調(diào)節(jié)校準(zhǔn)間隔。通常，諸如根據(jù)本發(fā)明的無線定位系統(tǒng)的無線定位系統(tǒng)的校準(zhǔn)速率在10分鐘與30分鐘之間。這與無線通信系統(tǒng)內(nèi)的登記速率的典型時間周期對應(yīng)。如果無線定位系統(tǒng)確定必須將校準(zhǔn)間隔調(diào)節(jié)到比無線通信系統(tǒng)的登記速率快的速率，則通過以規(guī)定的間隔尋呼發(fā)射機，AP14(如圖1所示)自動使校準(zhǔn)發(fā)射機進行發(fā)射。各校準(zhǔn)發(fā)射機可獨立進行尋址，并且與各校準(zhǔn)發(fā)射機有關(guān)的校準(zhǔn)間隔可以不同。
由于在外部校準(zhǔn)方法中使用的校準(zhǔn)發(fā)射機為標(biāo)準(zhǔn)電話，所以無線定位系統(tǒng)必須具有將這些電話與其它為各種應(yīng)用目的進行定位的無線發(fā)射機區(qū)別開的機制。通常，無線定位系統(tǒng)將校準(zhǔn)發(fā)射機的識別碼列表保持到TLP 12和AP 14。在該蜂窩系統(tǒng)中，校準(zhǔn)發(fā)射機的識別碼可以是移動識別號，即MIN。當(dāng)校準(zhǔn)發(fā)射機進行發(fā)射時，各SCS 10接收發(fā)射信號并通過適當(dāng)SCS 10進行解調(diào)。無線定位系統(tǒng)將發(fā)射信號的識別碼與所有校準(zhǔn)發(fā)射機識別碼的預(yù)存任務(wù)列表進行比較。如果無線定位系統(tǒng)確定該發(fā)射信號為校準(zhǔn)發(fā)射信號，則無線定位系統(tǒng)啟動外部校準(zhǔn)處理過程。
內(nèi)部校準(zhǔn)方法除了外部校準(zhǔn)方法外，本發(fā)明的一個目的是校準(zhǔn)在無線定位系統(tǒng)的SCS 10內(nèi)使用的寬帶數(shù)字接收機的所有信道。外部校準(zhǔn)方法通常僅校準(zhǔn)帶寬數(shù)字接收機使用的多個信道中的一個信道。這是因為固定校準(zhǔn)發(fā)射機通常掃描最高功率控制信道，因此通常每次掃描同一個控制信道。與其它有關(guān)部件一起使用的寬帶數(shù)字接收機的傳遞函數(shù)并不保持完全不變，而隨時間和溫度發(fā)生變化。因此即使是外部校準(zhǔn)方法可以成功校準(zhǔn)的單個信道，仍沒有校準(zhǔn)其余信道的把握。
圖2H所示的流程圖示出的內(nèi)部校準(zhǔn)方法特別適合于校準(zhǔn)單個第一接收機系統(tǒng)(即SCS 10)，第一接收機系統(tǒng)的特征在于，時變與頻變傳遞函數(shù)，其中傳遞函數(shù)定義接收機系統(tǒng)如何變換接收信號的振幅和相位，并且在定位系統(tǒng)中采用接收機系統(tǒng)來部分地通過確定由無線發(fā)射機發(fā)射并被待校準(zhǔn)的接收機系統(tǒng)和另一個接收機系統(tǒng)接收的信號的到達時間之間的時間差確定無線發(fā)射機的位置，并且其中定位估計的精度部分地依賴于系統(tǒng)進行的TDOA測量的精度。AMPS RCC傳遞函數(shù)的一個實例示于圖2I，圖2I示出傳遞函數(shù)的相位通過跨越630KHz的21個控制信道發(fā)生變化。
參考圖2H，內(nèi)部校準(zhǔn)方法包括步驟臨時用電子方法將接收機系統(tǒng)使用的天線與接收機系統(tǒng)斷開(步驟S-20)；將內(nèi)部產(chǎn)生的具有已知穩(wěn)定信號特性的寬帶信號輸入到第一接收機系統(tǒng)(步驟S-21)；利用產(chǎn)生的寬帶信號來獲得在傳遞函數(shù)經(jīng)過第一接收機系統(tǒng)的帶寬發(fā)生變化情況下的估計值(步驟S-22)；以及利用估計值來緩和由第一接收機系統(tǒng)進行時間測量和頻率測量的第一傳遞函數(shù)發(fā)生變化引起的影響(步驟S-23)。內(nèi)部校準(zhǔn)使用的穩(wěn)定寬帶信號的一個實例為梳狀信號，它包括多個已知間隔(例如5KHz)的、獨立的、等振幅頻率單元。這種信號的例子示于圖2I。
為了防止外部信號進入帶寬接收機并為了確保接收機僅接收穩(wěn)定寬帶信號，在進行內(nèi)部校準(zhǔn)處理時，必須臨時將天線斷開。為了將丟失太多無線發(fā)射機發(fā)射的信號的內(nèi)容的機會降低到最小，用電子方法僅將天線斷開幾微秒。此外，通常，在進行外部校準(zhǔn)與內(nèi)部校準(zhǔn)的間隔期間，在外部校準(zhǔn)將SCS 10內(nèi)的任意部件偏移的概率降低到最小后，立即進行內(nèi)部校準(zhǔn)。利用兩種電子方法控制的RF繼電器(未示出)可以將天線與寬帶接收機斷開。即使是處于“off”位置，RF繼電器仍不能在輸入與輸出之間提供完好的隔離，但是它可以提供多達70dB的隔離。兩個繼電器可以串聯(lián)使用，這樣可以增加隔離值并可以進一步保證在進行校準(zhǔn)期間沒有信號能夠從天線泄漏到寬帶接收機。同樣，當(dāng)不使用內(nèi)部校準(zhǔn)功能時，可以關(guān)閉內(nèi)部校準(zhǔn)信號。并且兩個RF繼電器也被關(guān)閉以防止在計算機從無線發(fā)射機采集信號時將內(nèi)部校準(zhǔn)信號泄漏到寬帶接收機。
外部校準(zhǔn)方法提供對單個信道的絕對校準(zhǔn)，而內(nèi)部校準(zhǔn)方法對與已經(jīng)進行了絕對校準(zhǔn)的信道有關(guān)的其它各信道進行校準(zhǔn)。梳狀信號特別適合于作為穩(wěn)定寬帶信號，因為利用存儲的該信號的復(fù)制信號并利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以容易地產(chǎn)生梳狀信號。
利用寬帶校準(zhǔn)信號的外部校準(zhǔn)接著描述的外部校準(zhǔn)方法可以結(jié)合以時變與頻變傳遞函數(shù)為特征的SCS 10接收機系統(tǒng)一起使用，SCS 10接收機系統(tǒng)包括天線、濾波器、放大器、雙工器、多路耦合器、分裂器以及與SCS接收機系統(tǒng)相連的電纜。該方法包括外部發(fā)射機發(fā)射穩(wěn)定的已知寬帶校準(zhǔn)信號的步驟。然后，寬帶校準(zhǔn)信號用于估計經(jīng)過SCS計算機系統(tǒng)的規(guī)定帶寬傳遞函數(shù)。隨后，傳遞函數(shù)的估計值用于緩和傳遞函數(shù)發(fā)生變化對后續(xù)TDOA/FDOA測量值的影響。為了避免干擾支持無線定位系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)，外部發(fā)射信號優(yōu)選地是短時長、低功率信號。
在此優(yōu)選方法中，SCS接收機系統(tǒng)與外部發(fā)射機同步。利用GPS定時單元可以實現(xiàn)這種同步。此外，可以對接收機系統(tǒng)進行編程以僅在發(fā)送校準(zhǔn)信號時接收并處理整個寬帶校準(zhǔn)信號。除了與外部校準(zhǔn)發(fā)射同步時之外，接收機系統(tǒng)在任何時候都不進行校準(zhǔn)處理。此外，在接收機系統(tǒng)與外部校準(zhǔn)發(fā)射機之間使用無線通信鏈路來交換命令和響應(yīng)。外部發(fā)射機使用定向天線對僅位于SCS接收機系統(tǒng)天線的寬帶信號進行校正。定向天線可以是八木天線(Yagi天線)(即線性端射天線陣)。此校準(zhǔn)方法優(yōu)選地包括僅在定向天線對準(zhǔn)接收機系統(tǒng)天線并在多路徑反射的風(fēng)險低時，進行外部發(fā)射。
對各基站偏離進行校準(zhǔn)本發(fā)明的另一個方面涉及對SCS接收機系統(tǒng)內(nèi)的站偏離進行校正的校準(zhǔn)方法。“站偏離”被定義為無線發(fā)射機發(fā)射的RF信號到達天線時間與該信號到達寬帶接收機的時間之間的有限延遲。本發(fā)明方法包括測量從天線到濾波器的電纜的長度并確定與電纜長度有關(guān)的相應(yīng)延遲的步驟。此外，該方法還包括將已知信號輸入到濾波器、雙工器、多路耦合器或RF分裂器并測量延遲和從各裝置輸入到寬帶接收機的相位響應(yīng)與頻率響應(yīng)。然后，將延遲與相位值組合在一起并用于校正后續(xù)位置測量過程。當(dāng)與上述基于GPS的定時生成過程一起使用時，該方法優(yōu)選地包括對GPS電纜長度進行校正的步驟。此外，外部產(chǎn)生的參考信號優(yōu)先地用于監(jiān)視由于老化和氣候原因引起的站偏離的變化。最后，通過RF信道的對于無線定位系統(tǒng)內(nèi)的各接收機系統(tǒng)的站偏離優(yōu)先地以表格形式存儲無線定位系統(tǒng)供后續(xù)定位處理過程進行的校正過程使用。
性能監(jiān)測無線定位系統(tǒng)使用與規(guī)律、前向地進行監(jiān)測的性能的校準(zhǔn)相同的方法。圖2K和圖2L所示的流程圖示出這些方法。用于進行性能監(jiān)測的兩種方法為固定電話方法和對測量的點進行測試的方法。固定電話方法包括下列步驟(如圖2K所示)將標(biāo)準(zhǔn)無線發(fā)射機永久設(shè)置到無線定位系統(tǒng)(后面將這些稱為固定電話)所覆蓋區(qū)域內(nèi)的各點(步驟S-30)；對設(shè)置固定電話的點進行測量，這樣在預(yù)定距離內(nèi)例如10英尺可知其精確位置(步驟S-31)；將測量的位置存儲到AP 14內(nèi)的表內(nèi)(步驟S-32)；允許固定電話以無線通信系統(tǒng)對系統(tǒng)上的所有無線發(fā)射機設(shè)置的速率和間隔注冊到無線通信系統(tǒng)(步驟S-33)；每次固定電話進行注冊發(fā)送時，無線定位系統(tǒng)利用常規(guī)定位處理過程定位固定電話(與利用校準(zhǔn)發(fā)射機，無線定位系統(tǒng)可通過將識別碼存儲到表中，識別該發(fā)射信號是由固定電話發(fā)射的方法相同)(步驟S-34)；無線定位系統(tǒng)計算利用定位處理過程確定的計算位置與通過測量確定的存儲位置之間的誤差(步驟S-35)；位置、偏差值以及其它測量參數(shù)與時間標(biāo)記一起存儲到AP 14內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(步驟S-36)；AP 14監(jiān)測瞬間誤差以及其它測量參數(shù)(總稱為擴展的位置記錄)然后附加計算誤差和其它測量參數(shù)的各種統(tǒng)計值(步驟S-37)；以及如果任意偏差值或其它數(shù)值超過預(yù)定閾值或歷史統(tǒng)計值，則立即或在完成對規(guī)定次數(shù)的定位估計進行統(tǒng)計過濾之后，AP 14向無線定位系統(tǒng)的操作者發(fā)出告警信號(步驟S-38)。
擴展的位置記錄包括大量用于對無線定位系統(tǒng)的瞬間性能和歷史性能進行分析的測量參數(shù)。這些參數(shù)包括無線發(fā)射機使用的RF信道；無線定位系統(tǒng)對無線發(fā)射信號進行解調(diào)使用的天線端口；無線定位系統(tǒng)請求RF數(shù)據(jù)的天線端口；經(jīng)過進行定位處理的間隔的發(fā)射功率的峰值、平均值以及方差；選擇作為定位處理過程的基準(zhǔn)的SCS 10與天線端口；相關(guān)值，在定位處理過程使用的各其它SCS 10和天線與基準(zhǔn)SCS 10和基準(zhǔn)天線之間通過交叉頻譜(cross-spectral)相關(guān)產(chǎn)生；各基線的延遲值；多路徑緩和參數(shù)；以及余值，多路徑緩和計算之后剩余的余值。為了確定無線定位系統(tǒng)是如何工作的，無線定位系統(tǒng)可以對其中任何一個測量參數(shù)進行監(jiān)測。例如，無線定位系統(tǒng)監(jiān)測的參數(shù)類型是基線上相關(guān)值的瞬時值與相關(guān)值的歷史范圍之間的方差。另一個例子可以是在特定天線接收的功率的瞬時值與接收功率的歷史范圍之間的方差。還可以計算許多其它統(tǒng)計值并且這一系列測量參數(shù)不勝枚舉。
根據(jù)小區(qū)站密度、地面障礙以及無線通信系統(tǒng)在此區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)的以往的輕松性，確定設(shè)置在無線定位系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的固定電話數(shù)。通常，固定電話與小區(qū)站的比約為1比6，然而，在某些區(qū)域內(nèi)要求該比例為1比1。固定電話提供連續(xù)監(jiān)測無線定位系統(tǒng)性能以及對運營商進行的頻率分配中出現(xiàn)的任何變化進行監(jiān)視的手段。頻率分配中出現(xiàn)的變化多數(shù)會導(dǎo)致無線定位系統(tǒng)性能的變化，固定電話對性能進行監(jiān)測可以立即將性能變化通知無線定位系統(tǒng)的操作者。
測量點的驅(qū)動測試與固定電話進行監(jiān)測非常類似。通常，固定電話僅可以設(shè)置在室內(nèi)，因為在室內(nèi)可以接通電源(即電話必須持續(xù)接通電源才有效)。為了獲得定位性能的更全面的性能測量值，還對室外測試點進行驅(qū)動測試。參考圖2L，與利用固定電話相同，對在無線定位系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)規(guī)定的測試點進行測量在10英尺內(nèi)(步驟S-40)。對各測試點指定代碼，其中該代碼包括“*”或“#”，之后是序列號(步驟S-41)。例如“*1001”至“*1099”可以是測試點使用的99個代碼的序列。這些代碼應(yīng)該是撥號時對無線通信系統(tǒng)無意義的序列(即除了截聽消息之外，在MSC內(nèi)此代碼不會產(chǎn)生特征，或其它翻譯)、AP 14將各測試點的代碼與測量位置一起存儲(步驟S-42)。完成這些初始步驟之后，啟動撥其中任何一個代碼的無線發(fā)射機并利用正常定位處理過程進行定位(步驟S-43和S-44)。無線定位系統(tǒng)自動計算定位處理過程確定的計算位置與通過測量確定的存儲位置之間的誤差，然后將位置和偏差值與時間標(biāo)記一起存儲到AP 14的數(shù)據(jù)庫(步驟S-45和S-46)。AP 14監(jiān)測瞬時誤差以及該誤差的各歷史統(tǒng)計值。如果該偏差值超過預(yù)定閾值或歷史統(tǒng)計值，則或者立即或者在通過規(guī)定次數(shù)定位估計進行統(tǒng)計過濾后，AP 14向無線定位系統(tǒng)的操作者發(fā)告警信號(步驟S-47)。
TDOA定位處理器(TLP)圖1、圖1A和圖3所示的TLP 12為中央數(shù)字信號處理系統(tǒng)，它對無線定位系統(tǒng)的許多方面進行管理，特別是對SCS 10進行管理，并對定位處理過程進行控制。因為定位處理過程為增強的DSP，TLP 12的主要優(yōu)勢之一是在無線定位系統(tǒng)內(nèi)的任意SCS 10發(fā)射的發(fā)射信號啟動的定位處理之間共享DSP資源。即通過集中使用資源可以降低位于SCS 10的DSP的附加成本。如圖3所示，TLP 12有3個主要部件DSP模塊12-1、T1/E1通信模塊12-2以及控制器模塊12-3。
T1/E1通信模塊12-2提供與SCS 10的通信接口(T1和E1為世界范圍內(nèi)通用的標(biāo)準(zhǔn)通信速度)。各SCS 10利用一個或多個DS0(通常是56Kbps或64Kbps)與TLP 12通信。通常，利用例如分插單元或位于小區(qū)站的信道排，將各SCS 10連接到部分T1或E1電路。此電路通常與與MSC通信的基站共享。在中央位置，將指定到基站的DS0與指定到SCS 10的DS0分離。這通常在TLP 12的外部利用數(shù)字訪問與控制系統(tǒng)(DACS)13A實現(xiàn)，數(shù)字訪問與控制系統(tǒng)(DACS)13A不僅將DS0分離，而且將多個SCS 10產(chǎn)生的DS0簡并(groom)到整個T1或E1電路。這些電路從DACS 13A連接到DACS 13B，然后連接到TLP 12的T1/E1通信模塊。各T1/E1通信模塊含有足夠的數(shù)字存儲器用于緩存發(fā)送到與該模塊進行通信的各SCS 10的數(shù)據(jù)分組或由與該模塊進行通信的各SCS 10產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組。
DSP模塊12-1為定位處理過程提供匯集資源。一個模塊通常含有2個到8個數(shù)字信號處理器，各數(shù)字信號處理器同樣可以用于進行定位處理。支持兩種類型的定位處理過程基于中央的定位處理過程和基于站的定位處理過程，以下將對它們作更詳細說明。TLP控制器12-3對DSP模塊12-1進行控制以獲得最佳吞吐量。各DSP模塊含有足夠數(shù)字存儲器以存儲定位處理過程所必需的全部數(shù)據(jù)。在將開始進行定位處理必需的數(shù)據(jù)從有關(guān)SCS 10轉(zhuǎn)移到DSP模塊的數(shù)字存儲器之前，不使用DSP。僅在此之后，DSP的特定任務(wù)是定位特定無線發(fā)射機。利用此技術(shù)，屬于昂貴資源的DSP始終不處于等待狀態(tài)。一個TLP可以支持一個或多個DSP模塊。
控制器模塊12-3對在無線定位系統(tǒng)內(nèi)進行的定位處理過程提供實時控制。AP 14為無線定位系統(tǒng)內(nèi)的頂級管理實體，然而，在出現(xiàn)發(fā)射信號時，其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)并不能以足夠快的速度進行實時判別?？刂破髂K12-3從SCS 10接收消息，這些消息包括狀態(tài)、各天線的各信道內(nèi)的頻譜能量、解調(diào)的消息以及診斷。這使得控制器連續(xù)確定在無線定位系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的事件，并發(fā)送命令以采取某種行動。當(dāng)控制器模塊從SCS 10接收解調(diào)消息時，控制器模塊判別是否對特定無線發(fā)射機進行定位處理?？刂破髂K12-3還確定在定位處理過程中使用哪個SCS 10和哪個天線，包括確定是使用基于中央的定位處理過程還是使用基于站的定位處理過程?？刂破髂K命令SCS 10返回必要數(shù)據(jù)，并命令通信模塊和DSP模塊順序地執(zhí)行定位處理過程中的必要規(guī)則。以下將進一步詳細說明這些步驟。
控制器模塊12-3保持一個表，即有意義的信號表(SOIT)。此表含有用于啟動對特定無線發(fā)射信號進行定位處理的所有判據(jù)。這些判據(jù)可以包括例如，移動識別號、移動臺ID、電子序列號、撥號號碼、系統(tǒng)ID、RF信道號、小區(qū)站號或扇區(qū)號、發(fā)射信號的類型以及其它類型的數(shù)據(jù)單元。有些啟動事件與利用它們確定的處理順序有關(guān)而具有較高或較低優(yōu)先級。在處理較低優(yōu)先級定位啟動過程之前處理較高優(yōu)先級定位啟動過程。然而，在被指定進行較高優(yōu)先級任務(wù)之前，完成對已經(jīng)開始定位處理的較低優(yōu)先級啟動過程的處理。在AP 12保持無線定位系統(tǒng)的主任務(wù)表，并自動將此任務(wù)表的拷貝下載到無線定位系統(tǒng)的各TLP 12內(nèi)的有關(guān)信號表。當(dāng)復(fù)位TLP 12或第一次啟動時，將整個相關(guān)的信號表下載到TLP 12。在這兩個事件完成之后，為了節(jié)省通信帶寬，僅將變更從AP 14下載到各TLP 12。TLP 12到AP 14的通信協(xié)議優(yōu)選地包括足夠冗余度和錯誤檢驗以避免將不正確數(shù)據(jù)輸入有關(guān)信號表。當(dāng)AP 14和TLP 12周期性地具有有效空閑處理能力時，AP 14再確認有關(guān)信號表內(nèi)的項目以保證無線定位系統(tǒng)內(nèi)的所有有關(guān)信號表項目全部同步。
各TLP機體具有與此機體有關(guān)的最大容量。例如，一個TLP機體具有足以支持48個到60個SCS 10。如果無線通信系統(tǒng)更大，則利用以太網(wǎng)將TLP機體、多個TLP機體的容量合并在一起?？刂破髂K12-3負責(zé)內(nèi)部TLP通信和聯(lián)網(wǎng)，并與其它TLP機體內(nèi)的控制器模塊通信而且通過以太網(wǎng)與應(yīng)用程序處理器14通信。如果定位處理過程需要使用與不同TLP相連的SCS 10，則需要進行TLP間的通信。對各無線發(fā)射信號的定位處理過程分別指定單個TLP機體內(nèi)的單個DSP模塊。TLP機體內(nèi)的控制器模塊12-3選擇在其上進行定位處理的DSP模塊，然后路由選擇在定位處理過程使用的所有RF數(shù)據(jù)并將它們送到該DSP模塊。如果要求RF數(shù)據(jù)從SCS 10連接到不止一個TLP，則所有必要TLP機體內(nèi)的控制器模塊要求將RF數(shù)據(jù)從所有必要SCS 10傳送到其各自相連的TLP 12，然后傳送到指定進行定位處理的DSP模塊和TLP機體。為了具有冗余度，控制器模塊支持兩個完全獨立的以太網(wǎng)。任何一個網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)斷開或故障時，TLP 12均會立即將所有通信轉(zhuǎn)移到另一個網(wǎng)絡(luò)。
控制器模塊12-3保持無線定位系統(tǒng)的一個完整網(wǎng)絡(luò)圖，包括與各TLP機體相關(guān)的SCS 10。網(wǎng)絡(luò)圖即存儲在控制模塊內(nèi)的一個表，它包括在定位處理過程中可以使用的候選SCS/天線，以及與各SCS/天線有關(guān)的各種參數(shù)。圖3示出典型網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)。在表中對與SCS 10相連的各天線存在獨立項目。當(dāng)在與不止一個TLP機體通信的SCS 10覆蓋的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)無線發(fā)射信號時，有關(guān)TLP機體內(nèi)的控制器模塊確定哪個TLP機體是“主”TLP機體，用于控制定位處理過程。通常，與對無線發(fā)射信號分配主要信道的SCS 10相連的TLP機體被指定為主。然而，如果該TLP臨時沒有DSP資源可以用于定位處理，或者如果定位處理過程使用的大多數(shù)SCS 10被連接到另一個TLP機體并且控制器模塊將TLP間通信減少到最少，則可以指定另一個TLP機體來代替。此判別過程完全是動態(tài)的，但是可以利用對各主要信道分配預(yù)定優(yōu)選TLP機體的TLP 12內(nèi)的表幫助進行此判別過程。無線定位系統(tǒng)操作者建立此表，并利用網(wǎng)絡(luò)控制臺對此表進行編程。
在此描述的聯(lián)網(wǎng)過程對兩個與同一個無線運營商相連的TLP機體有效，并對與兩個無線運營商之間覆蓋區(qū)域交疊或交界的機體有效。因此，屬于第一無線運營商的TLP 12可以被聯(lián)網(wǎng)并從屬于第二無線運營商的TLP 12(和與該TLP 12相連的SCS 10)接收RF數(shù)據(jù)。此聯(lián)網(wǎng)過程在鄉(xiāng)村地區(qū)特別有用，在鄉(xiāng)村地區(qū)，通過在多個無線運營商的小區(qū)站采用SCS 10可以提高無線定位系統(tǒng)的性能。因為在許多情況下，無線運營商不與小區(qū)站共處一地，所以如果無線定位系統(tǒng)僅使用一個無線運營商的小區(qū)站，則此特征使得無線定位系統(tǒng)在地面上訪問的天線種類比可以利用的天線種類多。如下所述，適當(dāng)選擇和使用天線進行定位處理可以提高無線定位系統(tǒng)的性能。
控制器模塊12-3將包括位置記錄在內(nèi)的許多消息發(fā)送到AP14，以下將對許多AP 14進行說明。然而，通常不將解調(diào)數(shù)據(jù)從TLP 12發(fā)送到AP 14。但是，如果TLP 14從特定無線發(fā)射機接收解調(diào)數(shù)據(jù)，并且在不同覆蓋區(qū)域內(nèi)，TLP 12識別作為第二無線運營商的注冊客戶的無線發(fā)射機，TLP 12可以將此解調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送到第一(服務(wù))AP 14。這樣可以使第一AP 14A與連接到第二無線運營商的第二AP 14B通信，并使第一AP 14A確定特定無線發(fā)射機是否已經(jīng)對任何類型的定位服務(wù)進行登記。如果已經(jīng)登記，則第二AP 14B可以通知第一AP 14A將特定無線發(fā)射機的標(biāo)識碼存儲到有關(guān)信號表，這樣只要特定無線發(fā)射機位于與第一AP 14相連的第一無線定位系統(tǒng)內(nèi)，就可以定位特定無線發(fā)射機。如果第一無線定位系統(tǒng)檢測到特定無線發(fā)射機在超過預(yù)定閾值的時間周期內(nèi)未進行登記，則第一AP 14A可以通知第二AP 14B將特定無線發(fā)射機的標(biāo)識碼從有關(guān)信號表中消除，因為不再存在于與第一AP 14A有關(guān)的覆蓋區(qū)域內(nèi)。
診斷端口TLP 12支持診斷端口，在對無線定位系統(tǒng)中產(chǎn)生的故障進行處理和診斷時，診斷端口非常有用?？梢栽赥LP 12本地訪問，或通過將TLP 12連接到AP的以太網(wǎng)訪問此診斷端口。診斷端口可以使操作者將從SCS 10接收的所有解調(diào)RF數(shù)據(jù)以及定位處理過程的中間結(jié)果和最終結(jié)果寫入文件。對位置估計進行處理后，將此數(shù)據(jù)從TLP 12擦除，因此診斷端口提供保存數(shù)據(jù)的手段，之后利用此數(shù)據(jù)進行后處理和分析。本發(fā)明人在運行大規(guī)模無線定位系統(tǒng)過程中的經(jīng)驗表明，極少數(shù)位置估計值偶爾會具有非常大的誤差，并且在任意測量周期中，這些大偏差值會控制無線定位系統(tǒng)的整個運行統(tǒng)計。因此，重要的是為操作者提供可以使無線定位系統(tǒng)檢測并抑制產(chǎn)生極大誤差的原因從而診斷并緩和這些誤差?？梢栽O(shè)置診斷端口保存所有位置估計、由特定無線發(fā)射機進行的位置估計或在特定測試點進行的位置估計，或滿足特定判據(jù)進行的位置估計的上述信息。例如，對于測量點的固定電話或驅(qū)動測試，診斷端口可以實時確定位置估計過程中存在的誤差，然后僅對其誤差超過預(yù)定閾值的這些位置估計過程寫入上述信息。通過將測量的各固定電話的緯度坐標(biāo)、經(jīng)度坐標(biāo)和驅(qū)動測試點存儲到表中，然后如果對相應(yīng)的測試點進行位置估計通過計算徑向誤差，診斷端口可以實時確定誤差。
冗余度利用幾種本發(fā)明的方法，TLP 12可以實現(xiàn)冗余，允許無線定位系統(tǒng)支持M加N冗余方法。M加N冗余方法是指，利用N個冗余(或備用)TLP機體對M個聯(lián)機TLP機體提供冗余備用。例如，M可以是10而N可以是2。
首先，不同TLP機體內(nèi)的控制器模塊以預(yù)定時間間隔在它們自身之間并與指定監(jiān)測TLP機體的各AP 14交換狀態(tài)和“動力”消息。因此，各控制器模塊具有無線定位系統(tǒng)內(nèi)的其它控制器模塊的全狀態(tài)和連續(xù)性。不同TLP機體內(nèi)的控制器模塊周期性地選擇一個TLP 12內(nèi)的控制器模塊作為一組TLP機體的主控制器。如果第一TLP 12A在其狀態(tài)消息內(nèi)報告故障情況或惡化情況，或者如果第一TLP 12A不能在其指定或預(yù)定時間內(nèi)報告狀態(tài)或動力消息，則主控制器可以決定將第一TLP機體設(shè)置為脫機狀態(tài)。如果主控制器將第一TLP 12A設(shè)置為脫機狀態(tài)，則主控制器可以指定第二TLP 12B進行冗余切換并承擔(dān)使第一TLP 12A脫機的任務(wù)。第二TLP 12B自動發(fā)送已經(jīng)下載到第一TLP 12A的配置，可以從主控制器或從與TLP 12相連的AP 14下載此配置。主控制器可以是任意一個未處于脫機狀態(tài)的TLP 12上的控制器模塊，然而主控制器可以優(yōu)選是備用TLP 12上的控制器模塊。當(dāng)主控制器是備用TLP 12內(nèi)的控制器模塊時，檢測有故障的第一TLP12A、將第一TLP 12A設(shè)置到脫機狀態(tài)以及進行冗余切換所需的時間可以被加速。
第二，通過專用于冗余控制的高可靠性DACS，優(yōu)先地路由選擇在SCS 10與各TLP T1/E1通信模塊12-2之間的所有T1或E1通信。將DACS 13B連接到含有SCS 10的DS0的各簡并T1/E1電路，并且還連接到各TLP 12的各T1/E1通信模塊12-2。位于TLP 12的各控制器模塊含有DACS 13B圖，該圖描述DACS連接表和端口分配。將此DACS 13B連接到上述以太網(wǎng)，并可以利用位于任意TLP 12的任意控制器模塊12-3對DACS 13進行控制。如果利用主控制器將第二TLP 12設(shè)置為脫機狀態(tài)。則主控制器向DACS 13B發(fā)送命令以將與第一TLP 12A通信的簡并T1/E1電路轉(zhuǎn)換到處于備用狀態(tài)的第二TLP12B。同時，AP 14將第二(現(xiàn)在處于脫機狀態(tài))TLP 12B使用的全部配置文件下載到第三(現(xiàn)在處于聯(lián)機狀態(tài))TLP 12C。從第一次檢測故障第一TLP機體到完成切換并由第三TLP機體完成處理工作的時間通常不到幾秒鐘。在許多情況下，與有故障的第一TLP機體相連的SCS 10不會丟失RF數(shù)據(jù)，并且可以繼續(xù)進行定位處理而不會出現(xiàn)中斷。TLP出現(xiàn)故障時，如果將第一TLP 12A設(shè)置為脫機狀態(tài)，則NOC16產(chǎn)生告警來通知無線定位系統(tǒng)操作者發(fā)生了此事件。
第三，各TLP機體含有冗余電源、風(fēng)扇、和其它部件。TLP機體還支持多個DSP模塊，因此一個DSP模塊發(fā)生故障或者甚至是DSP模塊上的一個DSP發(fā)生故障會降低對可用資源的處理總量，但是不會導(dǎo)致TLP機體發(fā)生故障。在此段說明的所有情況下，可用對TLP 12的故障部件進行替換，而無需將整個TLP機體設(shè)置為脫機狀態(tài)。例如，如果一個電源發(fā)生故障，則冗余電源具有足夠容量單獨支持機體負荷。故障電源具有將其自身從機體負荷拆下的必要電路，這樣就不會進一步破壞機體。同樣，故障DSP模塊還可以將其自身從機體的有源部分拆下，這樣就不會破壞底板或其它模塊。這可以使包括第二DSP模塊在內(nèi)的機體剩余部分繼續(xù)正常運行。當(dāng)然，會降低機體的總處理吞吐量，但是可以避免整體故障。
應(yīng)用程序處理器(AP)14AP 14是中央數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它包括多個管理整個無線定位系統(tǒng)的軟件進程，為外部用戶提供界面和應(yīng)用程序，存儲位置記錄和配置，以及支持各種涉及應(yīng)用程序的功能。AP 14使用為了滿足無線定位系統(tǒng)的吞吐量制造的商用硬件平臺。AP 14還使用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(RDBMS)，它是為提供上述功能定做的。當(dāng)SCS 10和TLP 12優(yōu)選地一起實時運行以確定位置并建立位置記錄時，AP 14可以基于實時運行以存儲并轉(zhuǎn)發(fā)位置記錄，而基于非實時運行時可以后處理位置記錄，并提供訪問和報告結(jié)束的時間。已經(jīng)證明，對各種類型的系統(tǒng)的位置記錄進行存儲、檢索以及后處理的能力以及對應(yīng)用程序進行分析的能力是本發(fā)明的強有力優(yōu)勢。選擇的主要軟件進程稱為ApCore，圖4示出此進程，并且此進程包括下列功能AP性能管理程序(ApPerfGuard)是一個專用軟件進程，它負責(zé)啟動、停止并監(jiān)測大多數(shù)其它ApCore進程，并負責(zé)ApCore與NOC 16的通信。從NOC收到配置更新命令后，ApPerfGuard對數(shù)據(jù)庫進行更新并將變更通知所有其它進程。當(dāng)NOC通知ApCore進入特定運行狀態(tài)時，ApPerfGuard啟動并停止適當(dāng)進程，并且持續(xù)監(jiān)測軟件進程，如果它們已經(jīng)被激活就安排軟件進程運行，或停止并重新啟動不再正確響應(yīng)的任意進程。ApPerfGuard被指定到最高處理優(yōu)先級之一，這樣另一個已經(jīng)“失控”的進程就不會阻塞此進程。ApPerfGuard還被指定到其它軟件進程不能訪問的專用存儲器，這樣就可以避免被其它軟件進程中斷。
AP調(diào)度程序(ApMnDsptch)是一個從TLP 12接收位置記錄并將位置記錄轉(zhuǎn)發(fā)到其它進程的軟件進程。此進程含有獨立線程用于在系統(tǒng)內(nèi)配置的各物理TLP 12，并且各線程從TLP 12接收位置記錄線程。為了系統(tǒng)可靠，ApCore保持含有從各TLP 12接收的最后一個位置記錄序列號的列表，并在初始連接時將此序列號發(fā)送到TLP 12。此后，AP 14和TLP 12保持一個協(xié)議，根據(jù)此協(xié)議，TLP 12發(fā)送具有唯一標(biāo)識符的各位置記錄。ApMnDsptch將位置記錄轉(zhuǎn)發(fā)到多個進程，包括Ap911、ApDbSend、ApDbRecvLoc以及ApDbFileRecv。
AP任務(wù)處理程序(ApDbSend)控制無線定位系統(tǒng)內(nèi)的任務(wù)表。任務(wù)表是所有觸發(fā)判據(jù)的主表，觸發(fā)判據(jù)確定哪個無線發(fā)射機將被定位，哪個應(yīng)用程序建立判據(jù)以及哪個應(yīng)用程序可以接收位置建立信息。ApDbSend進程含有獨立線程用于各TLP 12，通過此線程，ApDbSend使任務(wù)表與位于各TLP 12上的有關(guān)信號表同步。ApDbSend不將應(yīng)用程序信息發(fā)送到有關(guān)信號表，僅發(fā)送觸發(fā)判據(jù)。因此，TLP 12不知道為什么必須對無線發(fā)射機進行定位。根據(jù)移動標(biāo)識號(MIN)、移動臺標(biāo)識符(MSID)、電子序列號(ESN)以及其它標(biāo)識號、撥號字符和/或數(shù)字序列、家用系統(tǒng)ID(SID)、起始小區(qū)站和扇區(qū)、起始RF信道、或消息類型，允許任務(wù)表對無線發(fā)射機進行定位。任務(wù)表允許多個應(yīng)用程序從同一個無線發(fā)射機接收位置記錄。因此，可以將撥“911”的無線發(fā)射機發(fā)射的單個位置記錄發(fā)送到例如911 PSAP、艦船管理應(yīng)用程序、交通管理應(yīng)用程序以及RF最優(yōu)化應(yīng)用程序。
任務(wù)表還包括各種標(biāo)志和用于各觸發(fā)判據(jù)的字段，其中一些在本發(fā)明的其它部分進行了說明。例如，一個標(biāo)志規(guī)定最長時間限制，在此最長時間限制之前，無線定位系統(tǒng)必須提供對無線發(fā)射機的粗略估計或最終估計。另一個標(biāo)志允許根據(jù)諸如無線發(fā)射機的標(biāo)識碼的特定觸發(fā)判據(jù)關(guān)閉定位處理過程。另一個字段含有驗證，在對特定觸發(fā)判據(jù)進行變更時需要此驗證；驗證可以使無線定位系統(tǒng)的操作者規(guī)定允許哪個應(yīng)用程序附加、刪除或變更觸發(fā)判據(jù)和有關(guān)字段或標(biāo)志。另一個字段含有與觸發(fā)判據(jù)有關(guān)的定位業(yè)務(wù)等級；定位業(yè)務(wù)等級將與特定觸發(fā)判據(jù)有關(guān)的定位處理過程要求的精度級和優(yōu)先級通知無線定位系統(tǒng)。例如，某些應(yīng)用程序可以滿足于粗定位估計(或許可以減少定位處理費)，而其它應(yīng)用程序可以滿足于低優(yōu)先級定位處理，低優(yōu)先級定位處理不能確保對任意給定發(fā)射信號進行定位處理(可能被高優(yōu)先級處理任務(wù)預(yù)占)。無線定位系統(tǒng)還包括支持在任務(wù)表中使用觸發(fā)判據(jù)通配符。例如，可以將觸發(fā)判據(jù)輸入為“MIN＝215555****”。這會使無線定位系統(tǒng)對其MIN以6個數(shù)字215555開始并以后面的任意4個數(shù)字結(jié)束的任意無線發(fā)射機啟動定位處理?？梢詫⑼ㄅ浞址O(shè)置到觸發(fā)判據(jù)的任意位置。根據(jù)要求的存儲位置號，利用相關(guān)無線發(fā)射機的分組塊，將此特征保存到任務(wù)表和有關(guān)信號表。
ApDbSend還支持動態(tài)任務(wù)。例如，ApDbSend將MIN、ESN、MSID或撥“911”的無線發(fā)射機的其它標(biāo)識碼自動設(shè)置到任務(wù)表一個小時。因此，將撥“911”的無線發(fā)射機發(fā)射的任何進一步發(fā)射信號設(shè)置為進一步緊急狀況。例如，如果在最后一小時PSAP回叫撥“911”的無線發(fā)射機，則無線定位系統(tǒng)將啟動無線發(fā)射機的尋呼響應(yīng)消息，并可以使PSAP可以利用此新位置記錄。在初始事件后，可以對任意時間間隔和任意類型的觸發(fā)判據(jù)設(shè)置此動態(tài)任務(wù)。ApDbSend進程還是一個服務(wù)器，它從其它應(yīng)用程序接收任務(wù)請求。例如，諸如艦船管理的這些應(yīng)用程序可以通過接插件發(fā)送任務(wù)請求。這些應(yīng)用程序可以設(shè)置觸發(fā)判據(jù)也可以刪除觸發(fā)判據(jù)。ApDbSend利用各應(yīng)用程序進行驗證進程以驗證已經(jīng)允許應(yīng)用程序設(shè)置觸發(fā)判據(jù)或刪除觸發(fā)判據(jù)，并且各應(yīng)用程序還可以僅改變與此應(yīng)用程序有關(guān)的觸發(fā)判據(jù)。
AP 911進程(AP911)管理無線定位系統(tǒng)與E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元之間的各接口，例如中繼機鍵、選擇路由器、AL1數(shù)據(jù)庫和/或PSAP。AP911進程含有獨立線程，用于接合到E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元，它還可以支持不止一個到各網(wǎng)絡(luò)單元的線程。根據(jù)用戶的配置，正如在此所述的那樣，AP 911進程可以同時以多種模式運行。定時處理E9-1-1位置記錄是AP 14內(nèi)的最高處理優(yōu)先級之一，因此AP911完全在隨機存取存儲器(RAM)之外執(zhí)行以避免由于第一次存儲然后從任意類型的磁盤檢索位置記錄引起的延遲。當(dāng)ApMnDsptch將位置記錄轉(zhuǎn)發(fā)到AP911時，AP911立即進行路由確定并通過適當(dāng)接口將位置記錄轉(zhuǎn)發(fā)到E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元。并行運行的獨立進程將位置記錄記錄到AP14數(shù)據(jù)庫。
通過Ap911進程和其它進程，AP 14支持用兩種模式對應(yīng)用程序提供位置記錄，包括E9-1-1“推”模式和“挽”模式。一可以從AP 14獲得位置記錄，請求推模式的應(yīng)用程序就接收位置記錄。此模式對E9-1-1特別有效，它對位置記錄具有適當(dāng)?shù)臅r限要求，因為E9-1-1網(wǎng)絡(luò)必須在無線主叫用戶撥了“911”后的幾秒內(nèi)路由選擇無線9-1-1對正確PSAP的呼叫。請求挽模式的應(yīng)用程序不自動接收位置記錄，但是為了接收此無線發(fā)射機的最后一個位置記錄或任意其它位置記錄，必須將與特定無線發(fā)射機有關(guān)的查詢發(fā)送到AP 14。應(yīng)用程序發(fā)出的查詢可以規(guī)定最后位置記錄、一系列位置記錄或所有滿足特定時間或諸如發(fā)射信號的類型的其它判據(jù)的位置記錄。在“911”呼叫時使用挽模式的例子是E9-1-1網(wǎng)絡(luò)首先接收“911”呼叫的語音部分，然后查詢AP 14以接收與此呼叫有關(guān)的位置記錄。
當(dāng)將Ap911進程接合到許多E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元時，Ap911必須確定哪個E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元推位置記錄(假定選擇“推”模式)。AP 14利用動態(tài)路由表進行此確定過程。動態(tài)路由表用于將地理區(qū)域劃分為小區(qū)。動態(tài)路由表內(nèi)的各單元或項目含有該單元的路由指令。眾所周知，緯度的一分為6083英尺，因此，每毫度約為365英尺。此外，經(jīng)度的一分為Cos(緯度)乘以6083英尺，因此，對于費城地區(qū)約為4569英尺，或每毫度約為280英尺。1000×1000大小的表或一百萬小區(qū)的表可以含有對約69英里×53英里區(qū)域的路由指令，該區(qū)域比此例中費城的面積大，并且各小區(qū)可以含有365英尺×280英尺的地理區(qū)域。與表中各項目有關(guān)的位數(shù)僅足以支持最大路由選擇可能性。例如，如果路由選擇可能性的總數(shù)為16或更少，則動態(tài)路由表存儲器為1百萬×4位，或0.5兆字節(jié)。利用此方法，賓夕法尼亞州大小的區(qū)域可以包含在接近20兆字節(jié)或更少的表中，它具有有效的大路由選擇可能性。如果存儲器的成本相對低，則本發(fā)明的動態(tài)路由選擇表為AP 14提供了一種僅將“911”呼叫的位置記錄快速推到適當(dāng)E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元的手段。
AP 14允許利用手動或自動方法填充動態(tài)路由選擇表內(nèi)的各項目。例如，利用自動方法，電子地圖應(yīng)用程序可以建立諸如PSAP的特定E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元覆蓋區(qū)域的多邊形定義。然后，將此多邊形定義翻譯為在多邊形內(nèi)包含一系列緯度、經(jīng)度點。將與該地理多邊形對應(yīng)的E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元的路由選擇指令送到與各緯度、經(jīng)度點對應(yīng)的動態(tài)路由選擇表項目。
當(dāng)Ap911進程接收特定無線發(fā)射機的“911”位置記錄時，Ap911將緯度、經(jīng)度轉(zhuǎn)換為動態(tài)路由選擇表內(nèi)的特定小區(qū)地址。Ap911查詢小區(qū)以確定路由選擇指令，它可以是推模式或挽模式的，可以是負責(zé)管理發(fā)生“911”呼叫的地理區(qū)域的E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元的標(biāo)識碼。如果選擇推模式，則Ap911自動將位置記錄推到該E9-1-1網(wǎng)絡(luò)單元。如果選擇挽模式，則Ap911將位置記錄設(shè)置到“911”位置記錄的循環(huán)表并等待查詢。
上述動態(tài)路由選擇方法需要使用根據(jù)地理位置定義的數(shù)據(jù)庫，除了應(yīng)用于911之外，還可以將此數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于其它應(yīng)用程序，因此除了Ap911之外，其它進程也支持此動態(tài)路由選擇方法。例如，AP 14可以自動確定通告區(qū)，根據(jù)此通告區(qū)對位置敏感通告應(yīng)用程序設(shè)置無線呼叫。此外，當(dāng)特定無線發(fā)射機已經(jīng)輸入或已經(jīng)激活由應(yīng)用程序定義的規(guī)定地理區(qū)域時，AP 14還可以自動發(fā)送告警。利用特定地理數(shù)據(jù)庫，在與各觸發(fā)判據(jù)有關(guān)的字段和標(biāo)志內(nèi)定義動態(tài)路由選擇行為、任意定位啟動行為。無線定位系統(tǒng)包括，利用可以建立包圍規(guī)定地理區(qū)域的多邊形的電子地圖容易地管理這些根據(jù)地理位置定義的數(shù)據(jù)庫。無線定位系統(tǒng)從電子地圖中抽取含有多邊形的緯度、經(jīng)度點表。各應(yīng)用程序可以利用其自有的多邊形集，并可以定義當(dāng)啟動的無線發(fā)射信號的位置記錄包含在多邊形集內(nèi)的各多邊形內(nèi)時需要采取的行為的行為集。
AP數(shù)據(jù)庫接收進程(ApDbRecvLoc)通過共享的存儲器從ApMnDsptch接收所有位置記錄，并將此位置記錄設(shè)置到AP位置數(shù)據(jù)庫。ApDbRecvLoc啟動10個分別從共享的存儲器檢索位置記錄的線程，在將位置記錄插入數(shù)據(jù)庫之前對各位置記錄進行確認，然后將此位置記錄插入數(shù)據(jù)庫的正確位置記錄分段。為了保持完整性，所以不將具有各種誤差的位置記錄寫入位置記錄數(shù)據(jù)庫，而是將它們設(shè)置到誤差文件內(nèi)，無線定位系統(tǒng)操作者可以檢索此誤差文件，然后在誤差分解之后，將它們手動輸入到數(shù)據(jù)庫。如果位置數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障或被設(shè)置為脫機狀態(tài)，則將位置記錄寫入此后可以被ApDbFileRecv處理的平面文件。
AP文件接收進程(ApDbFileRecv)讀取含有位置記錄的平面(flat)文件并將位置記錄插入位置數(shù)據(jù)庫。平面文件是AP 14為了在除了硬盤驅(qū)動器徹底出故障之外的所有情況下徹底保持AP 14的完整性而使用的一種安全機制。ApDbFileRecv讀取的平面文件有幾種不同類型，包括數(shù)據(jù)庫停機、同步、溢出以及固定誤差。如果臨時不能訪問位置數(shù)據(jù)庫，則ApDbRecvLoc進程寫數(shù)據(jù)庫停機平面文件；此文件使AP 14確保在發(fā)生此類故障時保持此位置記錄。當(dāng)在冗余AP系統(tǒng)對之間傳送位置記錄時，ApLocSync進程(以下進行說明)寫同步平面文件。當(dāng)位置記錄到達AP 14的速率高于ApDbRecvLoc進程可處理并將位置記錄插入位置數(shù)據(jù)庫的速率時，ApMnDsptch寫溢出平面文件。在非常高的峰值速率期間。會出現(xiàn)這種情況。溢出文件可以防止任何記錄在峰值期間被丟失。固定誤差平面文件含有存在誤差但已經(jīng)被固定并可以插入位置數(shù)據(jù)庫的位置記錄。
因為在無線定位系統(tǒng)內(nèi)，AP 14具有臨界集中原則，所以AP 14的結(jié)構(gòu)被設(shè)計成完全冗余的。冗余AP 14系統(tǒng)包括完全冗余的硬件平臺，完全冗余的RDBMS、冗余的磁盤驅(qū)動器以及TLP 12、NOC 16和外部應(yīng)用程序互相之間的冗余網(wǎng)絡(luò)。AP 14的軟件結(jié)構(gòu)還被設(shè)計為可以支持容錯冗余。以下例子說明冗余AP支持的功能性。當(dāng)主要AP 14和冗余AP 14均處于聯(lián)機狀態(tài)時，各TLP 12將位置記錄發(fā)送到主要AP 14和冗余AP 14。只有主要AP 14對進行的任務(wù)請求進行處理，并且只有主要AP 14從NOC 16接收配置變更請求。然后，在細致的控制下，主要AP 14使冗余AP 14同步。主要AP 14和冗余AP 14均從NOC接收基本啟動命令和關(guān)機命令。這兩種AP均持續(xù)監(jiān)測其本身系統(tǒng)參數(shù)和應(yīng)用程序的健康情況并監(jiān)測其它AP 14的相應(yīng)參數(shù)，然后根據(jù)復(fù)合分數(shù)，判別哪個AP 14為主要AP，哪個AP 14為冗余AP。此復(fù)合分數(shù)是由各種進程對共享的存儲區(qū)報告的編譯誤差、以及監(jiān)測的對換空間和磁盤空間確定的。有幾種進程專用于支持冗余性。
AP位置同步進程(ApLocSymc)在各AP 14上運行并檢測使AP之間的位置記錄同步的需要，然后建立“同步記錄”，“同步記錄”列出需要從一個AP 14傳送到另一個AP 14的位置記錄。然后，利用接插件連接在AP之間傳送各位置記錄。
ApLocSync將位置記錄分段與在各位置數(shù)據(jù)庫存儲的位置記錄序列號進行比較。通常，如果主要AP 14和冗余AP 14均運行正常，則不需要同步，因為這兩種AP正在同時從TLP 12接收位置記錄。然而，如果一個AP 14發(fā)生故障或被設(shè)置為停機狀態(tài)，則之后需要同步。每當(dāng)ApMnDsptch連接到TLP 12時，均通知ApLocSync，因此可以確定是否需要同步。
AP任務(wù)同步進程(ApTaskSync)在各AP 14上運行并使主要AP 14與冗余AP 14之間的任務(wù)信息同步。在主要AP 14上運行的ApTaskingSync從ApDbSend接收任務(wù)信息，然后將此任務(wù)信息發(fā)送到在冗余AP 14上運行的ApTaskSync進程。如果在ApTaskSync完成復(fù)制任務(wù)之前，主要AP 14出現(xiàn)故障，則當(dāng)故障AP 14被重新設(shè)置為聯(lián)機狀態(tài)時，ApTaskSync實現(xiàn)全部任務(wù)數(shù)據(jù)庫同步。
AP配置同步進程(ApConfigSync)在各AP 14上運行并使主要AP 14與冗余AP 14之間的配置信息同步。ApConfigSync采用RDBMS復(fù)制方法。配置信息包括SCS 10、TLP 12以及AP 14為了正確運行無線運營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線定位系統(tǒng)需要的所有信息。
除了上述說明的核心功能外，AP 14還支持在運行無線定位系統(tǒng)時使用的、和要求定位信息的各種應(yīng)用程序使用的大量進程、功能以及接口。盡管在此說明的進程、功能以及接口在此部分使用AP 14，在整個無線定位系統(tǒng)都可以實現(xiàn)許多這些進程、功能以及接口，因此其創(chuàng)造性的價值不應(yīng)局限于AP 14。
漫游
AP 14支持位于不同城市中的或由不同無線運營商操作的無線定位系統(tǒng)之間的“漫游”。如果第一無線發(fā)射機已經(jīng)登記到第一無線定位系統(tǒng)上的一個應(yīng)用程序，并且因此在第一無線定位系統(tǒng)的第一AP 14中的任務(wù)列表(Tasking List)中有一條目，則第一無線發(fā)射機也可以登記漫游。在每個無線定位系統(tǒng)中的每個AP 14和TLP 12包括一個表，該表中對有效“本地”用戶標(biāo)識的列表進行維護。該列表典型地是一個范圍，并且例如對于當(dāng)前的蜂窩電話，該范圍可以通過與蜂窩電話的MIN或MSID相關(guān)的NPA/NXX代碼(或區(qū)域碼和交換機)來確定。當(dāng)符合“本地”標(biāo)準(zhǔn)的無線發(fā)射機發(fā)射時，TLP 12從一個或多個SCS 10接收解調(diào)數(shù)據(jù)并檢查有關(guān)信號表(Signal of Interest Table)中的觸發(fā)信號。如果符合任何觸發(fā)判據(jù)，則對那個發(fā)射開始定位處理。否則，無線定位系統(tǒng)不處理該發(fā)射。
當(dāng)不符合“家庭”標(biāo)準(zhǔn)的第一無線發(fā)射機在第二無線定位系統(tǒng)中進行發(fā)射時，在第二無線定位系統(tǒng)中的第二TLP 12檢查有關(guān)信號表中的觸發(fā)信號。然后發(fā)生以下三個動作之一(1)如果發(fā)送符合有關(guān)信號表中的一個已有標(biāo)準(zhǔn)，則發(fā)射機被定位并將位置記錄從第二無線定位系統(tǒng)的第二AP 14發(fā)送到第一無線定位系統(tǒng)的第一AP 14；(2)如果第一無線發(fā)射機在具有有關(guān)信號表中具有“漫游”項指示第一發(fā)射機在第二無線定位系統(tǒng)中已經(jīng)“注冊”但沒有觸發(fā)判據(jù)，則第二無線定位系統(tǒng)不處理該發(fā)射，并且將終止時間標(biāo)記按如下所述調(diào)整；(3)如果第一無線發(fā)射機沒有“漫游”項并且因此沒有注冊，則解調(diào)數(shù)據(jù)從TLP 12傳送至第二AP 14。
在上述第三種情況下，第二AP 14使用第一無線發(fā)射機的標(biāo)識來識別第一無線發(fā)射機的第一AP 14作為第一無線發(fā)射機的“本地”無線定位系統(tǒng)。第二無線定位系統(tǒng)的第二AP 14發(fā)送一查詢給第一無線發(fā)射機的第一AP 14，以確定第一無線發(fā)射機是否登記到任何定位應(yīng)用程序并因此在第一AP 14的任務(wù)列表中具有任何觸發(fā)判據(jù)。如果在第一AP 14中存在觸發(fā)，觸發(fā)判據(jù)與任何相關(guān)的字段和標(biāo)志一起被從第一AP 14發(fā)送至第二AP 14，并輸入到任務(wù)列表“Task List”和有關(guān)信號表中作為帶有觸發(fā)判據(jù)的“漫游”項。如果第一AP 14響應(yīng)于第二AP 14而表明第一無線發(fā)射機沒有觸發(fā)判據(jù)，則第二AP 14將第一無線發(fā)射機在任務(wù)列表“Task List”和有關(guān)信號表中“注冊”為不帶有觸發(fā)判據(jù)的“漫游”項。這樣從第一無線發(fā)射機的當(dāng)前和將來發(fā)射可以由第二無線定位系統(tǒng)的TLP 12正確地識別為被注冊而不帶觸發(fā)判據(jù)，并且不要求第二AP 14對第一AP 14進行另外的查詢。
當(dāng)?shù)诙嗀P 14在任務(wù)列表和有關(guān)信號表中注冊帶有或不帶有觸發(fā)判據(jù)的漫游項的第一無線發(fā)射機，該漫游項被分配一終止時間標(biāo)記。終止時間標(biāo)記被設(shè)置為當(dāng)前時間加上預(yù)定的第一間隔。每次第一無線發(fā)射機發(fā)射時，在任務(wù)列表和有關(guān)信號表中的漫游項的終止時間標(biāo)記被調(diào)整為最近發(fā)射的當(dāng)前時間加上預(yù)定的第一間隔。如果第一無線發(fā)射機在其漫游項的終止時間標(biāo)記之前不再發(fā)射，則漫游項被自動刪除。如果在刪除后第一無線發(fā)射機進行另一發(fā)射，則再次發(fā)生注冊處理。
第一AP 14和第二AP 14維持在廣域網(wǎng)內(nèi)的通信。該網(wǎng)絡(luò)可基于TCP/IP，或是基于與最新的IS-41版本類似的協(xié)議。與另外的無線定位系統(tǒng)中的其它AP通信的每個AP 14維護一個表，該表提供與每個無線發(fā)射機標(biāo)識的有效范圍相應(yīng)的每個AP 14和無線定位系統(tǒng)的標(biāo)識。
多通路定位記錄某些應(yīng)用會要求對無線發(fā)射機的大略位置有非?？焖俚墓烙?，再接著一個可以隨后發(fā)送的更為精確的定位估計。此舉對于例如E9-1-1系統(tǒng)是有價值的。該系統(tǒng)處理無線呼叫并且必須很快地作出呼叫路由決定，但是可以等待略微長一些的時間以在E9-1-1接收者的電子地圖終端上顯示更精確的定位。無線定位系統(tǒng)支持這些具有創(chuàng)造性的多通路定位記錄的應(yīng)用軟件。對于某些項目，AP 14中的任務(wù)列表包含一個標(biāo)志，該標(biāo)志指示在特定應(yīng)用程序必須接收一個大致的定位估計之前的最大時限，以及一個第二最大時限，在該時限中特定的應(yīng)用程序必須接收最終的定位估計。對于這些應(yīng)用程序，AP 14在定位記錄中包括一標(biāo)志，該標(biāo)志指示包含在記錄中的定位估計的狀態(tài)，其可以例如被設(shè)置為第一次通路估計(即粗略的)或最終的通路估計。無線定位系統(tǒng)將在由應(yīng)用程序設(shè)置的時限內(nèi)一般性地確定最佳定位估計，即無線定位系統(tǒng)將處理在時限內(nèi)能夠支持的最大量的RF數(shù)據(jù)。假定任何特定的無線發(fā)射可以觸發(fā)一個或多個應(yīng)用程序的定位記錄，無線定位系統(tǒng)同時支持多種模式。例如，具有特定MIN的無線發(fā)射機可以撥號“911”。這會為E9-1-1應(yīng)用程序觸發(fā)一個雙通路定位記錄，但對于監(jiān)測那個特定的MIN的艦船管理應(yīng)用程序則觸發(fā)單通路定位記錄。這可以擴展到任何數(shù)目的應(yīng)用。
多解調(diào)和觸發(fā)在市區(qū)或密集的市郊地區(qū)的無線通信系統(tǒng)中，可以在較近的距離內(nèi)可以重復(fù)使用幾次頻率和信道。因為無線定位系統(tǒng)能夠獨立地檢測和解調(diào)無線發(fā)射而不需要無線通信系統(tǒng)，可以在無線定位系統(tǒng)內(nèi)的多個SCS 10經(jīng)常地檢測和成功地調(diào)制單個的無線發(fā)射。這可以有意地或無意地發(fā)生。一個無意的發(fā)生是由接近的頻率再使用造成的，從而可以在多于一個的SCS 10處在預(yù)定閾值上接收特定的無線傳輸。有意的發(fā)生是由對多于一個的SCS 10進行編程以檢測和解調(diào)在特定小區(qū)站點以特定的頻率發(fā)生的發(fā)射而造成的。如前所述，這通常是與相鄰的或附近的SCS 10一起使用，以提供系統(tǒng)解調(diào)的冗余，從而進一步增加任何特定的無線發(fā)射被成功檢測和解調(diào)的概率。
任何一種事件類型都會潛在地導(dǎo)致無線定位系統(tǒng)的多個觸發(fā)，使得對相同的發(fā)射多次地啟動定位處理。這造成處理和通信資源的浪費和使用效率低。因此，無線定位系統(tǒng)包括檢測何時相同的傳輸已經(jīng)被檢測和解調(diào)多次的裝置，并且選擇最佳解調(diào)SCS 10作為位置處理的開始點。當(dāng)無線定位系統(tǒng)在多個SCS/天線處多次檢測到和成功地解調(diào)同一發(fā)射時，無線定位系統(tǒng)使用下面的判據(jù)來選擇一個解調(diào)SCS/天線以用來繼續(xù)確定是否觸發(fā)和可能地啟動定位處理的處理(這些判據(jù)可以在確定最終決定時被加權(quán))(1)共處于被分配特定頻率的小區(qū)站的一SCS/天線較之其它的SCS/天線更優(yōu)選，但該優(yōu)選在共處于被分配特定頻率的小區(qū)站的在線SCS/天線無操作時可被調(diào)節(jié)，(2)具有較高的平均SNR的SCS/天線較之那些具有較低平均SNR的SCS/天線更為優(yōu)選，(3)在解調(diào)發(fā)射時具有較少比特差錯的SCS/天線比那些具有較多比特差錯的SCS/天線更為優(yōu)選。施加給這些優(yōu)選者中每一個的加權(quán)可以由無線定位系統(tǒng)的操作者調(diào)節(jié)，以適合每個系統(tǒng)特定的設(shè)計。
與無線通信系統(tǒng)的接口無線定位系統(tǒng)包含通過與無線通信系統(tǒng)的接口進行通信的裝置，例如移動交換中心(MSC)或移動定位控制器(MPC)。該接口可以基于例如標(biāo)準(zhǔn)的安全協(xié)議如IS-41的最新版本或TCP/IP協(xié)議。這些協(xié)議的格式、字段和驗證方面都是公知的。無線定位系統(tǒng)支持該接口上的各種命令/響應(yīng)以及信息消息，設(shè)計它們是為了有助于無線發(fā)射的成功檢測、解調(diào)和觸發(fā)，并且無線定位系統(tǒng)提供將定位記錄傳送給無線通信系統(tǒng)的裝置。特別地，該接口提供用于無線定位系統(tǒng)以獲得關(guān)于哪個無線發(fā)射機已在特定的小區(qū)站被分配特定的語音信道參數(shù)的裝置。由無線定位系統(tǒng)支持的經(jīng)這些接口到達無線通信系統(tǒng)的消息的例子包括關(guān)于MIN/MDN/MSID/IMSI/TMSI地圖的查詢--某些類型的無線發(fā)射機將以人們熟悉的可以通過電話網(wǎng)撥號的形式發(fā)射它們的標(biāo)識。其它類型的無線發(fā)射機發(fā)射不能被撥號的標(biāo)識，但被轉(zhuǎn)換成可以用無線通信系統(tǒng)內(nèi)的表撥號的數(shù)字。被發(fā)射的標(biāo)識在大多數(shù)情況下是永久性的，但也可以是暫時的。與AP 14連接的定位應(yīng)用程序的用戶典型地喜歡用可以撥號的標(biāo)識將觸發(fā)置于任務(wù)列表上。可被撥號的標(biāo)識典型地被稱為移動目錄號碼(MDN)。其它類型的需要轉(zhuǎn)換的標(biāo)識包括移動標(biāo)識號碼(MIN)，移動用戶標(biāo)識(MSID)，國際移動用戶標(biāo)識(IMSI)，以及暫時移動用戶標(biāo)識(TMSI)。如果無線通信系統(tǒng)允許對通過無線發(fā)射機發(fā)射的消息中的任何數(shù)據(jù)字段使用加密，則無線定位系統(tǒng)也可查詢與標(biāo)識信息一起的加密信息。無線定位系統(tǒng)包括向無線通信系統(tǒng)查詢通過定位應(yīng)用程序置于任務(wù)列表上的觸發(fā)器標(biāo)識的替代標(biāo)識的裝置，或是向無線通信系統(tǒng)查詢用于已被SCS 10解調(diào)的標(biāo)識的交替標(biāo)識的裝置。其它的事件也可以觸發(fā)這種類型的查詢，一般而言無線定位系統(tǒng)啟動命令，而無線通信系統(tǒng)作出響應(yīng)。
在語音RF信道分配上的查詢/命令分配—在語音信道上的很多無線發(fā)射不包含標(biāo)識信息。因此，當(dāng)無線定位系統(tǒng)被觸發(fā)以執(zhí)行語音信道發(fā)射的定位處理時，無線定位系統(tǒng)查詢無線通信系統(tǒng)以得到對于已觸發(fā)了無線定位系統(tǒng)的特定發(fā)射機的當(dāng)前語音信道分配信息。例如對于AMPS發(fā)射，無線定位系統(tǒng)優(yōu)選要求小區(qū)站、扇區(qū)、以及當(dāng)前由無線發(fā)射機使用的RF信道號。例如對于TDMA發(fā)射，無線定位系統(tǒng)要求小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道號、以及當(dāng)前由無線發(fā)射機使用的時隙。其它可能需要的信息元素包括長掩碼和加密密鑰。一般而言，無線定位系統(tǒng)將啟動命令，并且無線通信系統(tǒng)將進行應(yīng)答。但是，無線定位系統(tǒng)也將從無線通信系統(tǒng)接受觸發(fā)命令，該命令包含這里詳細給出的信息。
關(guān)于此命令/響應(yīng)消息設(shè)置的定時是非常嚴(yán)格的。因為語音信道的越區(qū)切換在無線通信系統(tǒng)中會非常頻繁地發(fā)生。即，無線定位系統(tǒng)將對任何在特定的信道上發(fā)射的無線發(fā)射機定位—因此無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)必須共同地確證無線發(fā)射機的標(biāo)識和語音信道分配信息是嚴(yán)格同步的。無線定位系統(tǒng)使用幾個裝置來實現(xiàn)該目標(biāo)。無線定位系統(tǒng)可以例如為特定的無線發(fā)射機查詢語音信道分配信息，接收所需要的RF數(shù)據(jù)，然后再次為同一無線發(fā)射機查詢語音信道分配信息，再驗證無線發(fā)射機的狀態(tài)在RF數(shù)據(jù)被無線定位系統(tǒng)收集過程中沒有改變。在第二次查詢之前不要求完成定位處理，因為只有驗證收到正確的RF數(shù)據(jù)才是重要的。無線定位系統(tǒng)也可以例如作為第一次查詢的一部分，命令無線通信系統(tǒng)在無線定位系統(tǒng)接收RF數(shù)據(jù)期間為特定的無線發(fā)射機防止越區(qū)切換的發(fā)生。然后，接著在收集RF數(shù)據(jù)之后，無線定位系統(tǒng)將再次為同一無線發(fā)射機查詢語音信道分配信息，命令無線通信系統(tǒng)再次允許對所述無線發(fā)射機的越區(qū)切換，然后驗證無線發(fā)射機的狀態(tài)在無線定位系統(tǒng)收集RF數(shù)據(jù)的過程中沒有改變。
由于多種原因，無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)會更希望無線發(fā)射機在執(zhí)行定位處理之前被分配以另外的語音RF信道。因此，作為命令/響應(yīng)時序的一部分，無線通信系統(tǒng)可以指示無線定位系統(tǒng)暫時中止定位處理，直到無線通信系統(tǒng)完成與無線發(fā)射機的傳接序列、并且無線通信系統(tǒng)已經(jīng)通知無線定位系統(tǒng)可以接收RF數(shù)據(jù)以及能夠接收數(shù)據(jù)的信道為止。另外，無線定位系統(tǒng)可以確定特定的無線發(fā)射機當(dāng)前使用的特定的語音RF信道對于獲得可接收的位置估計是不適合的，并請求無線通信系統(tǒng)命令無線發(fā)射機越區(qū)切換。另外，無線定位系統(tǒng)可以請求無線通信系統(tǒng)命令無線發(fā)射機順序越區(qū)切換到一系列語音RF信道上，以便執(zhí)行一系列定位估計，從而無線定位系統(tǒng)可以通過一系列越區(qū)切換提高定位的估計的精度；下面將進一步說明該方法。
無線定位系統(tǒng)也可以使用這種命令/響應(yīng)消息設(shè)置來查詢無線通信系統(tǒng)有關(guān)正在特定的小區(qū)站點在特定的時間使用特定語音信道(以及時隙等)的無線發(fā)射機的標(biāo)識。這使得無線定位系統(tǒng)首先執(zhí)行關(guān)于發(fā)射的定位處理而不知道標(biāo)識，然后確定進行發(fā)射的無線發(fā)射機的標(biāo)識，并將該信息附加到定位記錄中。該特定的創(chuàng)造性特征使得能夠利用語音信道發(fā)射的自動順序定位。
接收觸發(fā)—無線定位系統(tǒng)可以從無線通信系統(tǒng)接收觸發(fā)，以在不知道無線發(fā)射機標(biāo)識的情況下執(zhí)行語音信道發(fā)射的定位處理。該消息設(shè)置繞過任務(wù)列表，并且不使用無線定位系統(tǒng)中的觸發(fā)機制。而且，無線通信系統(tǒng)獨自地確定定位哪個無線發(fā)射，然后向無線定位系統(tǒng)發(fā)送一個命令以在特定的小區(qū)站從特定的語音信道采集RF數(shù)據(jù)，并執(zhí)行定位處理。當(dāng)采集到數(shù)據(jù)時，無線定位系統(tǒng)用包含時間標(biāo)記的確認來響應(yīng)。當(dāng)定位處理完成時，無線定位系統(tǒng)還用合適的格式定位記錄來響應(yīng)。根據(jù)向無線定位系統(tǒng)發(fā)送命令以及用RF采據(jù)收集時間標(biāo)記作出響應(yīng)的時間，無線通信系統(tǒng)確定是否無線發(fā)射機狀態(tài)在接著命令之后改變以及是否有成功地采集RF數(shù)據(jù)的良好可能性。
進行發(fā)射—無線定位系統(tǒng)可以命令無線通信系統(tǒng)使特定的無線發(fā)射機在特定的時間或是在規(guī)定的時間范圍內(nèi)進行發(fā)射。無線通信系統(tǒng)用確認和預(yù)期發(fā)射的時間或時間范圍來響應(yīng)。無線定位系統(tǒng)可以強制的發(fā)射類型包括例如試聽(audit)響應(yīng)和尋呼響應(yīng)。使用這種消息設(shè)置，無線定位系統(tǒng)也可以命令無線通信系統(tǒng)強制無線發(fā)射機用較高的功率水平發(fā)射。在很多情況下，無線發(fā)射機在發(fā)射時將試圖使用最低的功率水平設(shè)置以便節(jié)省電池的使用壽命。為了提高定位估計的精度，無線定位系統(tǒng)更希望無線發(fā)射機使用較高功率水平的設(shè)置。無線通信系統(tǒng)將通過確認將使用較高功率水平設(shè)置以及預(yù)期發(fā)射的時間或時間范圍對無線定位系統(tǒng)作出響應(yīng)。
對移動接入的延遲無線通信系統(tǒng)響應(yīng)—某些空中接口協(xié)議如CDMA使用這樣的機制，即無線發(fā)射機例如以最低或很低的功率水平設(shè)置啟動在諸如接入信道等的信道上的發(fā)射，然后進入以下一系列步驟，(1)無線發(fā)射機進行訪問發(fā)射；(2)無線發(fā)射機等待來自無線通信系統(tǒng)的響應(yīng)；(3)如果無線發(fā)射機在預(yù)定的時間內(nèi)沒有從無線通信系統(tǒng)收到響應(yīng)，則無線發(fā)射機將其功率水平設(shè)置增加一定的量，然后返回步驟(1)；(4)如果無線發(fā)射機在預(yù)定的時間內(nèi)從無線通信系統(tǒng)收到響應(yīng)，則無線發(fā)射機進入正常的消息交換。該機制對于確保無線發(fā)射只使用最低可用的功率水平設(shè)置來發(fā)射以及節(jié)省電能都是有益的。但是，有可能無線發(fā)射機能夠成功地與地線通信系統(tǒng)通信的最低功率水平設(shè)置對于獲得可接受的定位估計來說是不夠的。因此，無線定位系統(tǒng)可以命令無線通信系統(tǒng)延遲一定的時間對這些發(fā)射作出響應(yīng)。這種延遲動作將使得無線發(fā)射機比正常情況下要一次或多次地重復(fù)步驟(1)到步驟(3)，結(jié)果是一個或多個接入發(fā)射要比正常時的功率水平更高。較高的功率水平可以優(yōu)選使無線定位系統(tǒng)確定更為精確的定位估計。無線定位系統(tǒng)可以對特定的無線發(fā)射機、對特定類型的無線發(fā)射(例如對于所有的“911”呼叫)、對于在該發(fā)射機要與之通信的基站的規(guī)定范圍內(nèi)的無線發(fā)射機、或是對在特定區(qū)域內(nèi)所有的無線發(fā)射機命令這種類型的延遲動作。
向無線發(fā)射機發(fā)送確認—無線定位系統(tǒng)不包括用于將一動作通知無線發(fā)射機的裝置，因為無線定位系統(tǒng)不能發(fā)射；如先前所述，無線定位系統(tǒng)只能接收發(fā)射。因此，如果無線定位系統(tǒng)希望在完成某個操作時發(fā)送例如確認音，該無線定位系統(tǒng)命令無線通信系統(tǒng)發(fā)射一特定的消息。該消息可包括，例如音頻確認音、語言消息、或給無線發(fā)射機的合成消息、或通過短消息發(fā)送服務(wù)或?qū)ず舴?wù)發(fā)送的文本消息。無線定位系統(tǒng)從無線通信系統(tǒng)接收對已經(jīng)收到該消息的確認，并發(fā)送至無線發(fā)射機。該命令/響應(yīng)消息設(shè)置對于使無線定位系統(tǒng)支持某種終端用戶應(yīng)用功能如禁止定位處理等是重要的。
報告定位記錄—無線定位系統(tǒng)為那些安排任務(wù)向無線通信系統(tǒng)報告的無線發(fā)射機、以及那些由無線通信系統(tǒng)啟動觸發(fā)的發(fā)射自動地向無線通信系統(tǒng)報告定位記錄。無線定位系統(tǒng)還報告任何由無線通信系統(tǒng)查詢的以及無線通信系統(tǒng)被授權(quán)接收的歷史定位記錄。
監(jiān)視內(nèi)部無線通信系統(tǒng)接口，狀態(tài)表除了在無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)之間的上述接口這外，無線定位系統(tǒng)還包括監(jiān)視無線通信系統(tǒng)內(nèi)已有接口的裝置，以用于截取對于無線定位系統(tǒng)識別無線發(fā)射機和由這些發(fā)射機所使用的RF信道都很重要的信息。這些接口可包括例如“a接口”和“a-bis接口”，它們用于采用GSM空中接口協(xié)議的無線通信系統(tǒng)中。這些接口是公知的并且可見之于各種標(biāo)準(zhǔn)中。通過監(jiān)視基站(BTS)、基站控制器(BSC)和移動交換中心(MSC)以及其它的點之間在這些接口上的雙向消息，無線定位系統(tǒng)可以得到如無線通信系統(tǒng)本身所知的關(guān)于將無線發(fā)射機分配給指定信道的同樣信息。無線定位系統(tǒng)包括監(jiān)視在各個點的這些接口的裝置。例如，SCS 10可監(jiān)視BTS到BSC的接口。另外，TLP 12或AP 14也可監(jiān)視一集中了多個BTS到BSC接口的BSC。無線通信系統(tǒng)內(nèi)部的接口不被加密并且分層的協(xié)議對于熟悉本領(lǐng)域的人員來說是公知的。無線定位系統(tǒng)監(jiān)視這些接口的優(yōu)點在于無線定位系統(tǒng)可以不需要獨立地檢測和解調(diào)來自無線發(fā)射機的控制信道的消息。另外無線定位系統(tǒng)可以從這些接口得到所有需要的語音信道分配信息。
利用這些控制信道傳輸?shù)难b置，SCS 10如先前所述接收傳輸并將控制信道RF數(shù)據(jù)記錄至存儲器中，而不執(zhí)行檢測和解調(diào)。無線定位系統(tǒng)分別地監(jiān)視無線通信系統(tǒng)內(nèi)規(guī)定的接口上發(fā)生的消息，并在無線定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)包含有觸發(fā)事件的消息時使無線定位系統(tǒng)中內(nèi)產(chǎn)生一觸發(fā)。由觸發(fā)事件啟動，無線定位系統(tǒng)確定無線傳輸發(fā)生的大約時間，并命令第一SCS 10和第二SCS 10B各自搜索其存儲器以開始傳輸。所選擇的第一SCS 10A要么是與已經(jīng)同無線發(fā)射機通信的基站共處一地，要么是與已經(jīng)同無線發(fā)射機通信的基站相鄰的SCS。即，第一SCS10A是已經(jīng)被分配給控制信道作為主信道的SCS。如果第一SCS 10A成功地確定和報告發(fā)射的開始，則定位處理利用下面所述的裝置正常地進行。如果第一SCS 10A不能成功地確定發(fā)射的開始，則第二SCS10B報告發(fā)射的開始，然后定位處理正常地進行。
無線定位系統(tǒng)還使用這些用于語音信道傳輸?shù)难b置。對于包含在任務(wù)列表中的所有觸發(fā)，無線定位系統(tǒng)監(jiān)視規(guī)定的接口中與那些觸發(fā)有關(guān)的消息。有關(guān)的消息包括例如語音信道分配消息、傳接消息、跳頻消息、上電/斷電消息、指示重試消息、終接消息以及其它相似動作和狀態(tài)消息。無線定位系統(tǒng)在AP 14中的狀態(tài)表內(nèi)連續(xù)保持這些無線發(fā)射機的狀態(tài)和狀況的復(fù)制件。每次無線定位系統(tǒng)檢測到與任務(wù)列表中的項有關(guān)的消息時，無線定位系統(tǒng)更新其自己的狀態(tài)表。然后，無線定位系統(tǒng)可以觸發(fā)以諸如在規(guī)定的時間間隔上執(zhí)行定位處理，并訪問狀態(tài)表以精確地確定哪個小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道和時隙目前由無線發(fā)射機所使用。這里所說明的例子包含用于使無線定位系統(tǒng)與基于GSM的無線通信系統(tǒng)相接的裝置。無線定位系統(tǒng)對基于其它空中接口的系統(tǒng)也支持相似的功能。
對于某種空中接口如CDMA，無線定位系統(tǒng)還保持從狀態(tài)表的控制信道中的接入猝發(fā)中獲得的某種標(biāo)識信息；該信息稍后用于對語音信道所用的掩碼進行解碼。例如，CDMA空中接口協(xié)議使用無線發(fā)射機的電子序列號(ESN)以部分地確定在語音信道傳輸編碼中所使用的長掩碼。無線定位系統(tǒng)在狀態(tài)表中為任務(wù)列表中的多個項保持該信息，因為很多無線發(fā)射機可能只發(fā)射一次該信息；例如，很多CDMA移動電話將只在無線發(fā)射機在地理區(qū)域內(nèi)變?yōu)榭捎煤蟮牡谝唤尤朊}沖過程中發(fā)送它們的ESN。這種獨立確定長掩碼的能力對于在無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)不工作和/或無線定位系統(tǒng)不能監(jiān)視無線通信系統(tǒng)內(nèi)接口之一時是有用的。無線定位系統(tǒng)的操作者可以選擇設(shè)置無線定位系統(tǒng)來保持所有無線發(fā)射機的的標(biāo)識信息。除了上述原因外，無線定位系統(tǒng)可以為所有通過撥叫“911”來觸發(fā)定位處理的無線發(fā)射機提供語音信道跟蹤。如前所述，無線定位系統(tǒng)使用動態(tài)任務(wù)安排以在例如撥叫“911”后規(guī)定的時間向無線發(fā)射機提供定位。通過在狀態(tài)表中為所有無線發(fā)射機保持信息，無線定位系統(tǒng)就能夠為所有的發(fā)射機而不只是那些在任務(wù)列表中具有優(yōu)先項的發(fā)射機在規(guī)定觸發(fā)事件的事件中提供語音信道跟蹤。
應(yīng)用程序接口利用AP 14，無線定位系統(tǒng)支持各種基于對終端用戶接口的標(biāo)準(zhǔn)，以及使用諸如TCP/IP、X.25、SS-7和IS-41之類安裝協(xié)議的載波定位應(yīng)用程序。AP 14和外部應(yīng)用程序之間的每個接口是一個安全的和被許可的連接，允許AP 14正確地驗證與AP 14連接的應(yīng)用程序的標(biāo)識。這是必要的，因為每個連接的應(yīng)用程序只被允許在實時和/或歷史的基礎(chǔ)上對定位記錄的有限訪問。另外，AP 14支持另外的命令/響應(yīng)、實時、和后處理功能，這些將在下面更詳細地說明。訪問這些附加的功能還要求進行認證。AP 14維護一個用戶清單和與每個用戶相關(guān)的認證裝置。如果應(yīng)用程序沒有正確地通過認證或得到訪問權(quán)，則應(yīng)用程序就不能夠得到對定位記錄或功能的訪問。另外，AP 14支持由每個應(yīng)用程序在產(chǎn)生問題的事件中所采取的所有動作的完全登錄，否則以后會要求調(diào)查該動作。對下面的列表中的每個命令或功能，AP 14優(yōu)選支持其中每個動作或每個動作的結(jié)果被認證為正確的協(xié)議。
編輯任務(wù)列表—該命令允許外部的應(yīng)用軟件加上、去除或編輯任務(wù)列表中的項，包括與每個項相關(guān)的任何字段和標(biāo)志。該命令可以在單個項目的基礎(chǔ)上被支持，或是在單個命令中包含有項目列表的一批項目的基礎(chǔ)上被支持。后者在例如大塊的應(yīng)用程序諸如與定位關(guān)系很大的收費中是有用的，在這種應(yīng)用程序中要支持更大數(shù)量的無線發(fā)射機，并且希望使協(xié)議的額外開銷最小化。該命令可以為任務(wù)列表中特定的項目添加或刪除應(yīng)用程序，但是如果一個項目還包含其它的與發(fā)出命令的應(yīng)用程序無關(guān)或未被該應(yīng)用程序認證的其它應(yīng)用程序，則該命令不能整個地刪除該項目。
設(shè)置定位間隔—無線定位系統(tǒng)可被設(shè)置為對特定的無線發(fā)射機在任何間隔在控制信道上或語音信道上執(zhí)行定位處理。例如，某些應(yīng)用程序可以要求在發(fā)射機服務(wù)于語音信道時每隔幾秒鐘對該無線發(fā)射機定位。當(dāng)無線發(fā)射機進行初始發(fā)射時，無線定位系統(tǒng)開始用任務(wù)列表中的標(biāo)準(zhǔn)項來觸發(fā)。如果在該項中的字段或標(biāo)志之一規(guī)定了在設(shè)置的間隔上的更新的定位，則該無線定位系統(tǒng)在由定時器而不是標(biāo)識或其它發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)的任務(wù)列表中建立一個動態(tài)任務(wù)。每次定時器時間到，這段時間可以從1秒到數(shù)小時，無線定位系統(tǒng)將自動觸發(fā)以定位無線發(fā)射機。無線定位系統(tǒng)使用其到無線通信系統(tǒng)的接口來查詢無線發(fā)射機的狀態(tài)，包括先前所述的語音調(diào)用參數(shù)。如果無線發(fā)射機工作在語音信道上，則無線定位系統(tǒng)執(zhí)行定位處理。如果無線發(fā)射機未工作在任何已存在的傳輸中，則無線定位系統(tǒng)執(zhí)行定位處理。無線定位系統(tǒng)將命令無線通信系統(tǒng)使無線發(fā)射機立即發(fā)射。當(dāng)設(shè)置動態(tài)任務(wù)時，無線定位系統(tǒng)還設(shè)置一動態(tài)任務(wù)停止的結(jié)束時間。
終端用戶添加/刪除—該命令可以由無線發(fā)射機的終端用戶執(zhí)行，將無線發(fā)射機的標(biāo)識置于任務(wù)列表上并允許定位處理，以從任務(wù)列表中去除無線發(fā)射機的標(biāo)識，并因此消除作為觸發(fā)項的標(biāo)識，或?qū)o線發(fā)射機的標(biāo)識置于禁止定位處理的任務(wù)列表上。當(dāng)定位處理被終端用戶禁止時(被稱為禁止定位處理)，則將不對無線發(fā)射機執(zhí)行定位處理。無線定位系統(tǒng)操作者能夠可選地由無線定位系統(tǒng)根據(jù)終端用戶的禁止定位處理命令選擇幾個動作之一(1)禁止動作可以高于所有其它在任務(wù)列表中的觸發(fā)項，包括由于諸如“911”的緊急呼叫的觸發(fā)，(2)禁止動作可以高于任務(wù)列表中的其它觸發(fā)項，但由于諸如“911”的緊急呼叫的觸發(fā)除外，(3)禁止動作可以被其它任務(wù)列表中的其它選擇觸發(fā)項取代。在第一種情況下，終端用戶被允許完成對無線發(fā)射機發(fā)射私密性的控制，因為對于那個發(fā)射無論如何都將不執(zhí)行任何定位處理。在第二種情況下，終端用戶可以在緊急情況下仍然接收定位的益處，但在其它時間則不允許。在第三種情況下，作為特定無線發(fā)射機的實際擁有者的雇傭者可以完全控制使用無線發(fā)射機作為其工作的一部分但可能不想被定位的受雇人員的終端用戶操作。無線定位系統(tǒng)可以如上所述查詢無線通信系統(tǒng)，以獲得包含在無線發(fā)射中的標(biāo)識到其它標(biāo)識的映射。
終端用戶進行的添加和刪除通過撥號的字符和數(shù)字序列并按壓無線發(fā)射機上的“SEND”或等效的鍵來實現(xiàn)。這些序列可被可選地選擇，并使無線定位系統(tǒng)的操作者知道。例如一個序列可以是“*55SEND”以禁止定位處理。其它序列也是可以的。當(dāng)終端用戶能夠撥號該規(guī)定的序列時，無線發(fā)射機將通過無線通信系統(tǒng)規(guī)定的控制信道發(fā)射該序列。因為無線定位系統(tǒng)獨立地檢測和解調(diào)所有反向控制信道的傳輸，所以無線定位系統(tǒng)可以獨立地解釋規(guī)定的撥號序列并使合適的特征更新至任務(wù)列表，如上所述。當(dāng)無線定位系統(tǒng)完成完成對任務(wù)列表的更新時，無線定位系統(tǒng)命令無線通信系統(tǒng)線路終端用戶發(fā)送確認信息。如前所述，這可采用音頻音、記錄的或合成的話音、或文字的消息的形式。該命令通過無線定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)之間的接口執(zhí)行。
命令發(fā)射—該命令允許外部應(yīng)用程序使無線定位系統(tǒng)發(fā)送命令給無線通信系統(tǒng)，以使特定的無線發(fā)射機或無線發(fā)射機組發(fā)射。該命令可包含表示無線發(fā)射機(組)應(yīng)當(dāng)立即發(fā)射或在規(guī)定時間發(fā)射的標(biāo)志或字段。該命令具有根據(jù)命令對無線發(fā)射機定位的效果，因為發(fā)射將被檢測、解調(diào)和觸發(fā)，產(chǎn)生定位處理和生成定位記錄。這在消除或減少確定定位過程中的延遲如為無線發(fā)射機等待下一注冊時間周期或等獨立發(fā)射的發(fā)生時是有用的。
外部數(shù)據(jù)庫查詢和更新—無線定位系統(tǒng)包括訪問外部數(shù)據(jù)的裝置，以用無線發(fā)射機的標(biāo)識或包含在傳輸中的其它參數(shù)或是觸發(fā)判據(jù)來查詢所述外部數(shù)據(jù)庫，并將從外部數(shù)據(jù)庫獲得的數(shù)據(jù)與無線定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)合并以建立新的增強的定位記錄。增強的定位記錄然后可以被發(fā)送至請求的應(yīng)用程序。外部數(shù)據(jù)庫可包括例如數(shù)據(jù)單元，諸如客戶信息、醫(yī)療信息、登記的特征、應(yīng)用程序相關(guān)的信息、客戶帳目信息、聯(lián)系信息或在定位觸發(fā)事件時采取的規(guī)定動作集合。無線定位系統(tǒng)也可包括使對于外部數(shù)據(jù)庫進行更新例如增加或減少與提供定位服務(wù)相關(guān)的收費計數(shù)器，或用最新的與特定無線發(fā)射相關(guān)的定位記錄更新外部數(shù)據(jù)庫。無線定位系統(tǒng)在不止一個的外部數(shù)據(jù)庫上包含要執(zhí)行的在此描述動作的裝置。要訪問和采取后續(xù)動作的外部數(shù)據(jù)庫的列表和序列包含在多個字段之一中，這些字段包含在任務(wù)列表的觸發(fā)判據(jù)中。
隨機匿名定位處理—無線定位系統(tǒng)包括執(zhí)行大規(guī)定隨機匿名定位處理的裝置。該功能對于某些類型的要求集中大量關(guān)于無線發(fā)射機數(shù)量的數(shù)據(jù)而不考慮單個發(fā)射機的具體標(biāo)識的應(yīng)用程序是有價值的。該類型的應(yīng)用包括RF優(yōu)化，其使得無線運營商通過同時確定發(fā)射的位置和其它參數(shù)來測量無線通信系統(tǒng)的性能；交通管理，其使政府機構(gòu)和商業(yè)單位使用統(tǒng)計在車輛中旅行的無線發(fā)射機的重要樣本來監(jiān)測在各種高速公路上的交通；以及本地交通估計，其使商業(yè)企業(yè)估計在特定區(qū)域周圍的車流，可以幫助確定特定商務(wù)的可行性。
應(yīng)用程序請求隨機匿名定位處理選擇性地從兩個來源接收定位記錄(1)一份為其它應(yīng)用程序產(chǎn)生的定位記錄，和(2)已經(jīng)由無線定位系統(tǒng)隨機觸發(fā)而不考慮任何特定的標(biāo)準(zhǔn)的定位記錄。所有的從任何源產(chǎn)生的定位記錄被發(fā)送而從定位記錄中去掉所有的標(biāo)識和觸發(fā)判據(jù)信息；但是請求的應(yīng)用程序可確定記錄是從完全隨機的處理中產(chǎn)生還是來自另外的觸發(fā)判據(jù)的復(fù)制品。隨機定位記錄是由無線定位系統(tǒng)內(nèi)的低優(yōu)先級的任務(wù)產(chǎn)生的，無論何時處理和通信資源可用，該無線定位系統(tǒng)即在隨機選擇的發(fā)射上執(zhí)行定位處理，否則即在特定的瞬時不被使用。請求的應(yīng)用程序可以規(guī)定是在整個無線定位系統(tǒng)覆蓋的范圍內(nèi)、還是在諸如沿規(guī)定的高速公路的特定地理區(qū)域內(nèi)、或是按照具體的小區(qū)站的覆蓋區(qū)域來執(zhí)行隨機定位處理。這樣，請求的應(yīng)用程序可以將無線定位系統(tǒng)的資源引導(dǎo)至那些對每個應(yīng)用程序有最大興趣的區(qū)域。根據(jù)應(yīng)用程序所希望的隨機性，無線定位系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)優(yōu)先水平以隨機選擇某種發(fā)射類型，例如注冊消息、始發(fā)消息、尋呼響應(yīng)消息、或語音信道傳輸。
地理組群的匿名跟蹤—無線定位系統(tǒng)包括在重復(fù)的基礎(chǔ)上為規(guī)定地理區(qū)域的匿名的無線發(fā)射機組觸發(fā)定位處理的裝置。例如，特定的定位應(yīng)用程序可能希望監(jiān)視在規(guī)定的時間段內(nèi)的旅行路徑，但不要無線定位系統(tǒng)公開無線發(fā)射機的特定標(biāo)識。周期時間可以是幾小時、幾天或幾星期。利用該裝置，無線定位系統(tǒng)可以隨機地選擇在相關(guān)的地理區(qū)域向應(yīng)用程序啟動發(fā)射的無線發(fā)射機；執(zhí)行對感興趣的發(fā)射的定位處理；將無線發(fā)射機的標(biāo)識不可逆地轉(zhuǎn)換和加密為新編碼的標(biāo)識符；只用新編碼的標(biāo)識建立定位記錄作為識別手段；將定位記錄發(fā)送到請求的定位應(yīng)用程序；和在任務(wù)列表中為無線發(fā)射機建立動態(tài)任務(wù)，其中動態(tài)任務(wù)有一個相關(guān)的終止時間。繼而，只要規(guī)定的無線發(fā)射機啟動了發(fā)射，無線定位系統(tǒng)應(yīng)使用動態(tài)任務(wù)進行觸發(fā)，執(zhí)行關(guān)于感興趣的發(fā)射的定位處理，用與先前所述相同的裝置將無線發(fā)射機的標(biāo)識不可逆地轉(zhuǎn)換和加密為新編碼的標(biāo)識符，以便使編碼的標(biāo)識相同，用新編碼的標(biāo)識建立定位記錄，以及將定位記錄發(fā)送到請求的定位應(yīng)用程序(組)。這里所述的裝置可以與無線定位系統(tǒng)的其它功能結(jié)合，以用控制或語音信道執(zhí)行這類監(jiān)視。此外，這里所述的裝置完全保留了無線發(fā)射機的私有標(biāo)識，還使另一種類的應(yīng)用程序可以監(jiān)視無線發(fā)射機的旅行圖。該類應(yīng)用程序在確定新道路的規(guī)劃和設(shè)計、交錯路徑規(guī)劃、或商業(yè)和零售空間的構(gòu)成時可以有很大的價值。
定位記錄分組、排序和制作標(biāo)簽—無線定位系統(tǒng)包括為某些發(fā)出請求的應(yīng)用程序后處理定位記錄以對該定位記錄進行分組、排序和制作標(biāo)簽。對每個由無線定位系統(tǒng)支持的接口，無線定位系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)類型的簡要表，這些數(shù)據(jù)是應(yīng)用程序被許可和在請求的，還保存應(yīng)用程序所要的過濾器或后處理動作的類型。很多應(yīng)用程序如這里所述的例子不要求個別發(fā)射機的單獨的定位記錄或具體的標(biāo)識。例如，RF優(yōu)化應(yīng)用程序從定位記錄的大數(shù)據(jù)集合中為特定的小區(qū)站或信道得到比從任何單獨的定位記錄可以得到的更多值。例如，交通監(jiān)測的應(yīng)用只要求來自在規(guī)定道路或高速公路上的發(fā)射機的定位記錄而且另外要求這些記錄按道路或高速公路分段和旅行方向來分組。其它的應(yīng)用程序可要求無線定位系統(tǒng)將已經(jīng)被格式化的定位記錄，以通過例如調(diào)整發(fā)射機的定位估計增強所要求的可視顯示，從而發(fā)射機的位置在電子地圖上直接顯示在繪制的道路區(qū)段上而不是在道路區(qū)段的附近。因此，無線定位系統(tǒng)優(yōu)選“捕捉”定位估計到最近繪制的道路區(qū)段。
無線定位系統(tǒng)可以只在特定的小區(qū)站、扇區(qū)、RF信道或RF信道組上將定位記錄過濾和報告給無線發(fā)射的應(yīng)用程序。在將記錄發(fā)送給請求的應(yīng)用程序之前，無線定位系統(tǒng)首先驗證在記錄中的合適字段滿足要求。不與請求匹配的記錄不被傳送，而傳送與請求匹配的記錄。一些過濾器是地理性的，并且必須由無線定位系統(tǒng)計算。例如，無線定位系統(tǒng)可以處理定位記錄以確定最近的道路區(qū)段和無線發(fā)射機在該道路區(qū)段上旅行的方向。無線定位系統(tǒng)然后只將記錄傳送到被確定為關(guān)于特定道路區(qū)段的應(yīng)用程序，并且可以進一步通過增加包含被確定道路區(qū)段的字段來增強位置記錄。為了確定最近的道路區(qū)段，無線定位系統(tǒng)被發(fā)出請求的應(yīng)用程序提供相關(guān)道路區(qū)段的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫被儲存在一個表中，在該表中以定義每個區(qū)段端點的緯度和經(jīng)度坐標(biāo)來保存每個道路區(qū)段。每個道路區(qū)段可以被模型化為直線或曲線，并且可以模型化以支持旅行的一個或兩個方向。然后對由無線定位系統(tǒng)確定的每個定位記錄，無線定位系統(tǒng)將定位記錄中的緯度和經(jīng)度與數(shù)據(jù)庫中儲存的每個道路區(qū)段相比較，并從連接區(qū)段的端點到定位記錄的緯度和經(jīng)度的模型化線路中確定最短距離。該最短距離是與連接所儲存道路區(qū)段的兩個端點的線路正交的假想線路。當(dāng)確定了最近的道路區(qū)段時，無線定位系統(tǒng)可以通過將定位處理所報告的無線發(fā)射機的旅行方向與道路的走向相比較，來進一步確定在該道路區(qū)段上旅行的方向。然后由無線定位系統(tǒng)報告相對于道路區(qū)段的方向產(chǎn)生最小偏差的方向。
網(wǎng)絡(luò)操作控制臺(NOC)16NOC 16是一種網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其允許無線定位系統(tǒng)的操作者容易地訪問無線定位系統(tǒng)的編程參數(shù)。例如，在某些城市，無線定位系統(tǒng)可包含數(shù)百個或甚至數(shù)千個的SCS 10。NOC是管理大無線定位系統(tǒng)的最有效的方法，其利用圖形用戶界面功能。如果無線定位系統(tǒng)內(nèi)的某些功能操作不正常，則NOC還將接收實時警告。這些實時警告可以由操作者使用以迅速采取正確的措施并防止定位服務(wù)質(zhì)量變差。無線定位系統(tǒng)嘗試的經(jīng)驗表明系統(tǒng)在整個時間中維持良好定位精度的能力與操作者使系統(tǒng)保持在其預(yù)定參數(shù)內(nèi)工作的能力直接相關(guān)。
定位處理無線定位系統(tǒng)能夠用兩個不同的方法執(zhí)行定位處理，這兩種方法稱為基于中央的處理和基于站的處理。這兩種技術(shù)首先公開在第5,327,144號專利上并且在本說明書中進一步增強。定位處理部分取決于精確地確定在多個天線和多個SCS 10接收的信號的某個相位特性。因此，無線定位系統(tǒng)的目的是識別和消除妨礙定位處理能力的相位偏差源，以確定所接收信號的相位特性。相位偏差的一個來源在無線發(fā)射機本身內(nèi)部，即振蕩器(典型地為石英振蕩器)和可使電話調(diào)諧到用于發(fā)射的特定信道上的鎖相環(huán)。低成本的石英振蕩器通常將具有較高的相位噪聲。一些空中接口規(guī)范如IS-136和IS-95A具有覆蓋無線電話在發(fā)射中可能帶有的相位噪聲的規(guī)范。其它的空中接口規(guī)范如IS-553A沒有嚴(yán)格地規(guī)定相位噪聲。因此本發(fā)明的目的是自動減少和/或消除作為定位處理中的相位噪聲源的無線發(fā)射機的相位噪聲，部分是通過自動選擇基于中央的處理或基于站的處理的使用。自動選擇還將考慮使用SCS 10和TLP 12之間通信鏈路的效率，以及在各SCS 10和TLP 12處的DSP資源的可用性。
當(dāng)使用基于中央的處理時，TDOA和FDOA確定和多路徑處理與位置和速度確定一起在TLP 12中執(zhí)行。該方法在無線發(fā)射機具有預(yù)定閾值以上的相位噪聲時是優(yōu)選的。在這些情況下，基于中央的處理在減少或消除作為相位偏差來源的無線發(fā)射機的相位噪聲時是最為有效的，因為使用來自兩個天線的實際RF傳輸?shù)臄?shù)字表達來執(zhí)行TDOA估計，這兩個天線可以是在相同的SCS 10或在不同的SCS 10處。在這種方法中，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到發(fā)射機的相位噪聲在TDOA處理中是共模噪聲，并且因此在TDOA確定過程中是自消除的。該方法例如對于很多極低成本的具有高相位噪聲的AMPS蜂窩電話能夠最佳地工作?；谥醒氲奶幚淼幕静襟E包括下面所述的內(nèi)容及在圖6的流程圖中表示的內(nèi)容無線發(fā)射機啟動在控制信道或語音信道上的發(fā)射(步驟S50)；在無線定位系統(tǒng)的多個天線和多個SCS 10接收傳輸(步驟S51)；在與各SCS/天線連接的接收機中將傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式(步驟S52)；將數(shù)字數(shù)據(jù)儲存在各SCS 10的接收機的存儲器中(步驟S53)；傳輸被解調(diào)(步驟S54)；無線定位系統(tǒng)確定是否開始對該傳輸?shù)亩ㄎ惶幚?步驟S55)；如果觸發(fā)，TLP 12請求來自多個SCS 10的接收機中存儲器的數(shù)字數(shù)據(jù)的拷貝(步驟S56)；從多個SCS 10向所選擇的TLP 12發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)(步驟S57)；TLP 12執(zhí)行TDOA和FDOA，以及對來自天線對的數(shù)字數(shù)據(jù)的多路徑緩解(步驟S58)；TLP 12用TDOA數(shù)據(jù)執(zhí)行位置和速度確定，然后建立位置記錄和將該位置記錄傳送到AP 14(步驟S59)。
在從SCS 10向TLP 12發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)時，無線定位系統(tǒng)使用可變數(shù)量的比特來表示傳輸。如前所述，SCS接收機以高分辨率或?qū)γ總€數(shù)字采樣使用大量的比特來將無線傳輸數(shù)字化，以達到足夠的動態(tài)范圍。這在使用寬帶數(shù)字接收機時特別需要，寬帶數(shù)字接收機可以同時接收靠近SCS 10A和遠離SCS 10B的信號。例如，可能需要多達14比特來表示84dB的動態(tài)范圍。定位處理不總是要求每個數(shù)字采樣有高分辨率。經(jīng)常地，由無線定位系統(tǒng)對每個數(shù)字采樣采用較少數(shù)量的比特即可實現(xiàn)足夠精度的定位。因此，為了通過在各SCS 10和TLP 12之間的通信鏈路上節(jié)省帶寬來減少無線定位系統(tǒng)的實施成本，無線定位系統(tǒng)確定用數(shù)字表示傳輸所需要的最少數(shù)量的比特，同時還能維持理想的精度水平。該確定是基于例如無線發(fā)射機使用的特定空中接口協(xié)議、傳輸?shù)腟NR、傳輸被衰落和/或多路徑干擾的程度、以及在每個SCS 10中的處理和通信隊列的當(dāng)前狀態(tài)。從SCS 10向TLP 12發(fā)送的比特數(shù)量以兩種方式減少每個采樣的比特數(shù)量被最小化，以及對定位處理使用能夠傳輸?shù)淖疃涕L度或最少分段。TLP 12可以使用該最小RF數(shù)據(jù)來執(zhí)行定位處理，然后將結(jié)果與所需要的精度水平比較。該比較是在置信度間隔(confidence interval)計算的基礎(chǔ)上進行的。如果定位估計沒有落在理想精度限制內(nèi)，TLP 12將遞歸地請求來自所選擇SCS 10的附加數(shù)據(jù)。附加的數(shù)據(jù)可以包括每個數(shù)字采樣的附加比特數(shù)和/或包括傳輸?shù)母喾侄?。請求附加?shù)據(jù)的過程可遞歸地持續(xù)直到TLP 12已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)定的定位精度。
對于上述的基本步驟還有一些附加的細節(jié)。這些細節(jié)在該說明的其它部分的已有的第5,327,144和5,608,410號專利中有說明。對早先專利中所述的過程的一個增強是選擇用于定位處理中的每個基線的單個參考SCS/天線。在現(xiàn)有技術(shù)中，基線被用圍繞一個環(huán)的天線站對確定。在本無線定位系統(tǒng)中，所使用的單個參考SCS/天線通常是最高的SNR信號，盡管在下面也使用其它標(biāo)準(zhǔn)。使用高的SNR基準(zhǔn)在定位處理使用的其它SCS/天線非常弱時有助于基于中央的定位處理，諸如等于或低于噪聲底線(即信號對噪聲之比為零或負)。當(dāng)基于站的定位處理被使用時，參考信號是再調(diào)制信號，其是有意地建立為具有很高的信噪比，還有助于對其它SCS/天線的很低信號的定位處理。參考SCS/天線的實際選擇在下面說明。
無線定位系統(tǒng)通過第一次遞歸估計除了直通路徑成分外接收的多路徑成分、然后減少這些來自所接收信號的成分，來減少多路徑。這樣無線定位系統(tǒng)將所接收信號模型化，并將該模型與實際接收的信號比較，并嘗試用加權(quán)的最小二乘差使兩者之間的差異最小化。對來自無線發(fā)射機的每個發(fā)射的信號x(t)，在各SCS/天線所接收的信號y(t)是信號的復(fù)數(shù)組合y(t)＝∑x(t-τn)anejω(t-τn)，對所有的n＝0到N；其中x(t)是被無線發(fā)射機發(fā)射的信號；an和τn是復(fù)數(shù)幅值和多路徑分量的延遲；N是在接收信號中多路徑分量的總數(shù)；a0和τ0是直通路徑分量的常數(shù)。
無線定位系統(tǒng)的操作者憑經(jīng)驗確定一組用于各多路徑分量的約束，施加在各無線定位系統(tǒng)工作的特定的環(huán)境中。約束的目的是限制無線定位系統(tǒng)花在優(yōu)化各多路徑減少計算上的處理時間。例如，無線定位系統(tǒng)可以被設(shè)置為只確定多路徑的四個分量；第一分量可假定為具有范圍τ1A至τ1B的時間延遲；第二分量可假定為具有范圍τ2A至τ2B的時間延遲；第三分量可假定為具有范圍τ3A至τ3B的時間延遲；第四分量可依此類推；但是第四分量是單值，其有效地表示數(shù)十個獨立(有時為發(fā)散)的多路徑分量的復(fù)數(shù)組合，這些多路徑分量的時間延遲超過第三分量的范圍。為了使處理容易，無線定位系統(tǒng)將先前的議程轉(zhuǎn)換為頻率域，然后解決獨立的分量以便使加權(quán)的最小二乘差最小。
當(dāng)使用基于站的處理時，在SCS 10執(zhí)行TDOA和FDOA的確定和多路徑緩解，而位置和速度的確定則典型地在TLP 12中執(zhí)行?；谡镜奶幚淼闹饕獌?yōu)點如第5,327,144號專利所述，是減少了在每個SCS 10和TLP 12之間通信鏈路上的傳送數(shù)據(jù)量。但是還有其它的優(yōu)點。本發(fā)明的一個新的目的是增加TDOA處理過程中有效的信號處理增益。如先前所述，基于中央的處理具有消除由無線發(fā)射機的相位噪聲引起的相位偏差的優(yōu)點。但是，先前的公開中都沒有說明如何消除或減少在使用基于站的處理時的同樣的相位噪聲偏差。本發(fā)明利用下面所述并在圖6中顯示的步驟來減少相位偏差并增加有效的相位信號的處理增益無線發(fā)射機啟動在控制信道或語音信道上的發(fā)射(步驟S60)；在無線定位系統(tǒng)的多個天線和多個SCS 10接收傳輸(步驟S61)；在與各SCS/天線連接的接收機中將傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式(步驟S62)；數(shù)字數(shù)據(jù)被儲存在各SCS 10的存儲器中(步驟S63)；傳輸被解調(diào)(步驟S64)；無線定位系統(tǒng)確定是否開始對該傳輸進行定位處理(步驟S65)；如果觸發(fā)，第一SCS 10A解調(diào)該傳輸并確定合適的相位校正間隔(步驟S66)；
對每個這種相位校正間隔，第一SCS 10A計算合適的相位校正和幅值校正，并將該相位校正參數(shù)和幅值校正參數(shù)與解調(diào)數(shù)據(jù)一起編碼(步驟S67)；從第一SCS 10A向TLP 12發(fā)送解調(diào)數(shù)據(jù)和相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)(步驟S68)；TLP 12確定SCS 10和接收天線使用定位處理(步驟S69)；TLP 12將解調(diào)數(shù)據(jù)和相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)發(fā)送至每個將在定位處理中使用的第二SCS 10B(步驟S70)；第一SCS 10和每個第二SCS 10B根據(jù)解調(diào)數(shù)據(jù)和相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)建立第一再調(diào)制信號(步驟S71)；第一SCS 10A和每個第二SCS 10B用儲存在每個SCS 10中的數(shù)字數(shù)據(jù)和第一再調(diào)制信號執(zhí)行TDOA和FDOA和多路徑緩解(步驟S72)；從第一SCS 10A和每個第二SCS 10B向TLP 12發(fā)送TDOA和FDOA和多路徑緩解數(shù)據(jù)；(步驟S73)；TLP 12用TDOA數(shù)據(jù)執(zhí)行位置和速度確定(步驟S74)；TLP 12建立位置記錄，并且將該位置記錄傳送到AP 14(步驟S75) 。
確定相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)的優(yōu)點在基于IS-95A的CDMA無線發(fā)射機定位系統(tǒng)中特別明顯。眾所周知，來自IS-95A發(fā)射機的反向傳輸是使用非相干調(diào)制來發(fā)送的。大多數(shù)CDMA基站僅在單個比特的間隔上積分。對于CDMA訪問信道，在比特率為每秒4800比特的情況下，每比特發(fā)送256個碼片，這使得積分增益為24dB。利用上述技術(shù)，在每個SCS 10中的TDOA處理可以在例如完全的160毫秒猝發(fā)脈沖(196，608個碼片)的時間上積分，以產(chǎn)生53dB的積分增益。這樣增加的處理增益使本發(fā)明即使在與SCS 10共處的基站不能檢測CDMA發(fā)射時，也能用多個SCS 10檢測和定位該CDMA發(fā)射。
對于特定的傳輸，如果相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)的計算為0，或者不需要計算，則不發(fā)送這些參數(shù)，以便節(jié)省在每個SCS 10和TLP 12之間通信鏈路上的傳送數(shù)據(jù)比特數(shù)。在本發(fā)明另外的實施例中，無線定位系統(tǒng)可對特定的傳輸或特定的協(xié)議下的所有傳輸使用固定的相位校正間隔。這可以基于例如由無線定位系統(tǒng)在某些時間段中收集的表明各類發(fā)射機所表現(xiàn)出的相位噪聲的合理的一致性的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在這種情況下，SCS 10可以省去用于確定合適的相位校正間隔的處理步驟。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，有多種測量無線發(fā)射機相位噪聲的方法。在一個實施例中，可以由SCS中的DSP以數(shù)字化方式產(chǎn)生第一SCS 10A所接收信號的純的、無噪聲的再調(diào)制的復(fù)制，然后該接收信號可以在每個相位校正間隔上與純信號比較，從而可以直接測量相位差異。在這個實施例中，相位校正參數(shù)將作為在該相位校正間隔上的相位差的負數(shù)計算。表示該相位校正參數(shù)所需的比特數(shù)是隨著相位校正參數(shù)的幅值而變的，并且比特數(shù)也會隨各個相位校正間隔而變。已經(jīng)觀察到某些傳輸表現(xiàn)出例如在發(fā)射開始時相位噪聲較大，而在發(fā)射中期和后期的相位噪聲較小。
基于站的處理對于具有較小相位噪聲的無線發(fā)射機最有用。盡管它們各自的空中協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不一定要求，但使用TDMA、CDMA、或GSM協(xié)議的無線電話相位噪聲較小。隨著相位噪聲的增大，用于相位校正間隔長度縮短，并且/或者用于表示相位校正參數(shù)的比特數(shù)增加。當(dāng)表示解調(diào)數(shù)據(jù)和相位校正參數(shù)以及幅值校正參數(shù)的比特數(shù)超過與基于站的處理的所要求的比特數(shù)的預(yù)定比例時，基于站的處理的效果就不好了。因此本發(fā)明的一個目的是為需要知道發(fā)射位置的每個傳輸自動確定是用基于中央的處理還是用基于站的處理來進行定位處理。該確定的步驟如下述和圖7所示無線發(fā)射機啟動在控制信道或語音信道上的傳輸(步驟S80)；在無線定位系統(tǒng)的多個天線和多個SCS 10接收傳輸(步驟S81)；
在與各SCS/天線連接的接收機中將傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式(步驟S82)；無線定位系統(tǒng)確定是否對該傳輸進行定位處理(步驟S83)；如果觸發(fā)，第一SCS 10A解調(diào)該傳輸并確定合適的相位校正間隔以及對相位校正參數(shù)和幅值校正參數(shù)編碼所需的比特數(shù)(步驟S84)；第一SCS 10A估計所需的比特數(shù)；根據(jù)各方法所需的比特數(shù)，SCS 10或TLP 12確定是用基于中央的處理還是用基于站的處理來對該傳輸進行定位處理(步驟S85)。
在本發(fā)明另外的實施例中，無線定位系統(tǒng)可始終對所有特定空中協(xié)議下的傳輸、或是對所有由一個特定種類的無線發(fā)射機進行的發(fā)射使用基于中央的處理或基于站的處理。這可以基于例如由無線定位系統(tǒng)在某些時間段中收集的表明各類發(fā)射機所表現(xiàn)出的相位噪聲的合理一致性的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在這種情況下，SCS 10和/或TLP 12可以省去用于確定合適的處理方法的處理步驟。
對本發(fā)明的另一種改進可用于基于中央的處理和基于站的處理，其使用了閾值標(biāo)準(zhǔn)，以包括對無線發(fā)射機位置和速度的最終確定中的基線。對于每個基線，無線定位系統(tǒng)計算多個參數(shù)，包括在計算基線時與參考SCS/天線一起使用的SCS/天線端口，峰值，平均值，以及在基線中使用的SCS/天線端口上在定位處理所用間隔中接收的傳輸?shù)墓β首兓?，在基線中使用的SCS/天線與參考SCS/天線頻譜互相關(guān)所得到的相關(guān)值，基線的延遲值，多路徑緩解參數(shù)，在多路徑緩解計算后剩下的殘留值，在最終的定位結(jié)果中SCS/天線對GDOP的貢獻，以及如果在最終的定位結(jié)果中包含基線的話與基線相吻合的程度。每個在最終的定位結(jié)果中包含的基線符合或超出各個在此說明的參數(shù)的閾值標(biāo)準(zhǔn)。如果基線不符合一個或多個閾值標(biāo)準(zhǔn)，則在最終的定位結(jié)果中可不包含該基線。因此，經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)在最終的定位結(jié)果中實際使用的SCS/天線數(shù)少于考慮的總數(shù)的情況。
以前的第5,327,144號專利和5,608,410專利公開了一種方法，通過該方法定位處理可使下式的最小二乘差值(LSD)最小。
LSD＝[Q12(Delay_T12-Delay_O12)2+Q13(Delay_T13-Delay_O13)2+…+Qxy(Delay_Txy-Delay_Oxy)2在本實施中，該等式已經(jīng)被再變換為下列形式，以便使定位處理碼更有效LSD＝∑(TDOA0i-τi+τ0)2wi2；所有的i＝1至N-1其中N＝定位處理中使用的SCS/天線數(shù)；TDOA0i＝從參考站0到第i個站的TDOA；τi＝從無線發(fā)射機到第i個站的理論視線傳播時間；τ0＝從無線發(fā)射機到參考站的理論視線傳播時間；wi＝賦予第i個基線的權(quán)值，或品質(zhì)因數(shù)。
在該實施方案中，無線定位系統(tǒng)還使用對上式的另外的替代形式，在參考信號不很強或使用上述形式的等式而在定位結(jié)果中存在偏差時，該替代形式有助于確定定位結(jié)果LSD’＝∑(TDOA0i-τi)2wi2-b2∑wi2；所有的i＝1至N-1其中N＝定位處理中使用的SCS/天線數(shù)；TDOA0i＝從參考站0到第i個站的TDOA；TDOA00＝假設(shè)為零；τi＝從無線發(fā)射機到第i個站的理論視線傳播時間；b＝對每個理論點分別計算的偏置，其使LSD在該理論點處最小；和wi＝賦予第i個基線的權(quán)值，或品質(zhì)因數(shù)。
該等式的LSD形式通過使w0等于其它權(quán)值的最大值或在參考站的相對信號強度上偏置w0來提供更為容易的消除定位結(jié)果的偏差的裝置。注意如果w0比其它權(quán)值大，則b近似等于τ0?？傊瑱?quán)值或品質(zhì)因數(shù)是基于與上面對于包括基線的閾值標(biāo)準(zhǔn)的討論相似的標(biāo)準(zhǔn)。也就是，將標(biāo)準(zhǔn)計算的結(jié)果用于加權(quán)，并且當(dāng)該標(biāo)準(zhǔn)落入閾值以下時則將權(quán)值設(shè)為零，并且實際上不包含在最終定位結(jié)果的確定中。
定位處理的天線選擇過程在如上所述的先前發(fā)明和公開中描述了這樣一些技術(shù)，在這些技術(shù)中，需要有第一、第二或者有可能需要第三天線站點、小區(qū)站或基站來確定位置。第5,608,410號專利還揭示了一種動態(tài)選擇子系統(tǒng)(DSS)，它能夠確定出哪個數(shù)據(jù)幀是從哪個將被用來計算對應(yīng)發(fā)射機的位置的天線站點位置發(fā)出的。在此DSS中，如果數(shù)據(jù)幀是從超過閾值數(shù)目的站點接收到的，則DSS可確定出應(yīng)保留哪個數(shù)據(jù)幀、應(yīng)排除哪個數(shù)據(jù)幀，并且隨后可對數(shù)據(jù)幀進行動態(tài)組織以用于定位處理。該DSS最好使用超過最小天線站點數(shù)目的站點，這樣就可使處理結(jié)果達到超定。另外，DSS還可保證定位處理中的所有發(fā)送信息都從同一發(fā)射機接收到并且是同一發(fā)送的信息。
但是，先前發(fā)明中的優(yōu)選實施例具有不少局限性。首先，或者是每個天線站點(或小區(qū)站)只使用一個天線，或者是在發(fā)送給中央站點之前，從兩個或四個分集式天線發(fā)出的數(shù)據(jù)被先在天線站點(或小區(qū)站)中混合。另外，接收到發(fā)送信息的所有天線站點都將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給中央站點，即使DSS以后會放棄該數(shù)據(jù)幀也如此。因此，可能浪費一些通信帶寬而發(fā)送無用的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的發(fā)明人確定，雖然最小需要有兩個或三個站點以用來確定位置，但是，定位處理中使用的實際天線和SCS 10的選擇也會嚴(yán)重影響定位處理的結(jié)果。另外，引入可在定位處理中在各SCS 10上使用多個天線的裝置也是十分有用的。定位處理中在一個小區(qū)站上獨立使用從多個天線發(fā)出的數(shù)據(jù)的原因在于，各個天線上所接收到的信號只受多路徑、衰減以及其它干擾的影響。在本領(lǐng)域中公知，當(dāng)兩個天線被超過一個波長的距離分隔開時，各天線就可接收到獨立路徑中的信號。因此，通過利用多個天線，就可獲得與無線發(fā)射機的位置有關(guān)的頻繁增加且唯一的信息。進而可提高無線定位系統(tǒng)緩解多路徑的能力。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的方法以用于在定位處理中在SCS 10上使用從超過一個天線接收到的信號。本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法以改進用于選擇定位處理中所使用的協(xié)作天線和SCS 10的動態(tài)處理。第一個目的可通過以下方法得以實現(xiàn)，即，在SCS 10內(nèi)提供裝置以選擇和使用從定位處理中的一個SCS上的任何數(shù)目的天線上所采集到的任何數(shù)據(jù)段。如早先說明的那樣，一個小區(qū)站上的各個天線都被與SCS 10的一個內(nèi)部接收機相連接。各個接收機將從天線接收到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并隨后將數(shù)字化信號臨時保存在接收機的一個存儲器中。TLP 12已配備有裝置以用于指導(dǎo)任何SCS 10從任何接收機的臨時存儲器中對數(shù)據(jù)段進行檢索，并提供數(shù)據(jù)以用于定位處理。第二個目的則可通過以下方法得以實現(xiàn)，即，在無線定位系統(tǒng)內(nèi)提供裝置以對大量天線接收無線定位系統(tǒng)所需定位的發(fā)射信息進行監(jiān)視，并隨后根據(jù)一個預(yù)定的參數(shù)集以選擇一個較小的天線集進行定位處理。這種選擇過程的一個例子由圖8的流程圖表示無線發(fā)射機或在控制信道或在語音信道上啟動一個發(fā)射(步驟S90)；在無線定位系統(tǒng)的多個SCS 10的多個天線上接收發(fā)射信息(步驟S91)；在與各天線相連的接收機中將發(fā)射信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式(步驟S92)；數(shù)字數(shù)據(jù)被保存在各SCS 10的一個存儲器中(步驟S93)；發(fā)射信息在至少一個SCS 10A上得到解調(diào)，并且出現(xiàn)發(fā)射信息的信道號、小區(qū)站以及無線發(fā)射機的服務(wù)扇區(qū)被確定(步驟S94)；根據(jù)服務(wù)小區(qū)站以及扇區(qū)，將一個SCS 10A指定為用于對該發(fā)射信息進行處理的主SCS 10(步驟S95)；主SCS 10A確定出一個與解調(diào)數(shù)據(jù)相關(guān)的時間標(biāo)記(步驟S96)；無線定位系統(tǒng)確定出是否應(yīng)開始對該發(fā)射信息進行定位處理(步驟S97)；如果定位處理被觸發(fā)，則無線定位系統(tǒng)將確定出一個SCS 10和天線的候選列表以在定位處理中使用(步驟S98)；各個候選SCS/天線在由主SCS 10A所確定的時間標(biāo)記上測量并報告發(fā)射信息的信道號之中的多個參數(shù)(步驟S99)；無線定位系統(tǒng)利用指定規(guī)范來定制候選SCS/天線，并選擇一個參考SCS/天線和一個SCS/天線的處理列表以在定位處理中使用(步驟S100)；以及無線定位系統(tǒng)利用處理SCS/天線列表中的數(shù)據(jù)繼續(xù)執(zhí)行如先前所述的定位處理工作(步驟S101)。
選擇主SCS/天線選擇‘主’SCS/天線的過程十分重要，因為SCS 10和天線10-1的候選列表是根據(jù)主SCS/天線的指定而部分確定的。當(dāng)無線發(fā)射機在一特殊RF信道上進行發(fā)射時，在信號衰減到一個可進行解調(diào)的電平以下之前，發(fā)射信息經(jīng)常已經(jīng)傳播了許多英里。因此，經(jīng)常有許多SCS/天線都能夠?qū)π盘栠M行解調(diào)。這一點尤其容易發(fā)生在城市和城郊地區(qū)，在這些地區(qū)中，許多無線通信系統(tǒng)的頻率重復(fù)利用情況十分密集。例如，由于無線通信的高使用率已經(jīng)密集的小區(qū)站空間，本發(fā)明的發(fā)明人曾對這樣一些無線通信系統(tǒng)做過測試，在這些系統(tǒng)中，相同的RF控制信道和數(shù)字顏色代碼被用在相距約一英里的小區(qū)站上。因為這些無線通信系統(tǒng)獨立地對這些發(fā)射信息進行解調(diào)，所以無線定位系統(tǒng)經(jīng)?？梢栽趦蓚€、三個或更多的獨立SCS/天線上解調(diào)出相同的發(fā)射信息。當(dāng)無線定位系統(tǒng)接收到從不同的SCS/天線上發(fā)出的多個解調(diào)數(shù)據(jù)幀時，它發(fā)現(xiàn)相同的發(fā)射信息已在多個SCS/天線上被解調(diào)多次，每個信息都有預(yù)定誤碼閾值以下的一些誤碼，而且這些解調(diào)數(shù)據(jù)都符合在一個可接收的誤碼限制之內(nèi)，并且它們都發(fā)生在一個預(yù)定的時間間隔之內(nèi)。
當(dāng)無線定位系統(tǒng)檢測到多個SCS/天線所發(fā)出的解調(diào)數(shù)據(jù)時，它將對以下參數(shù)進行檢查以確定應(yīng)將哪個SCS/天線指定為主SCS定位處理中發(fā)射間隔的平均SNR，相同間隔上SNR中的變化，接收發(fā)射信息的開始與一純先頭部分(pre-cursor)(即，對AMPS來說，就是打點和Barker代碼)之間的相關(guān)性，解調(diào)數(shù)據(jù)中的誤碼數(shù)，以及SNR從發(fā)射開始之前到另一次發(fā)射開始期間的變化的幅度和速率，還有其它類似的參數(shù)。平均SNR一般是在各個SCS/天線上或者在待用于定位處理的發(fā)射信息的整個長度上或者在一段較短的間隔上被確定的。根據(jù)特定的無線接口協(xié)議，通過在一個由各SCS 10所報告的時間標(biāo)記之前、期間及之后的短時間范圍上執(zhí)行與打點序列和/或Barker代碼和/或sync字相關(guān)聯(lián)，就可確定較短間隔上的平均SNR。上述時間范圍一般為(例如)以時間標(biāo)記為中心的+/-200微秒范圍。無線定位系統(tǒng)通常利用以下判據(jù)來定制SCS/天線，每個判據(jù)在合并判據(jù)以確定最終結(jié)論時都會得到加權(quán)處理(乘以一個適當(dāng)?shù)囊蜃?，這些判據(jù)包括具有較低誤碼的SCS/天線優(yōu)于具有高誤碼的SCS/天線；給定SCS/天線的平均SNR必須大于待被指定為主SCS/天線的預(yù)定閾值；具有較高平均SNR的SCS/天線優(yōu)于具有較低平均SNR的SCS/天線；具有較低SNR變化的SCS/天線優(yōu)于具有較高SNR變化的SCS/天線；在發(fā)射信息開始時具有較快SNR速率的SCS/天線優(yōu)于具有較慢SNR速率的SCS/天線。無線定位系統(tǒng)的操作者可對加給這些判據(jù)的權(quán)值進行調(diào)整以適應(yīng)各個系統(tǒng)的特殊設(shè)計。
可利用一個預(yù)定的判據(jù)集來選擇SCS 10和天線10-1的候選列表，該判據(jù)集基于(例如)對小區(qū)站類型、小區(qū)站上天線的類型、天線的幾何形狀以及用于對有別于其它天線的確定天線進行加權(quán)的加權(quán)因子等的知識。上述加權(quán)因子考慮了這樣一個領(lǐng)域中的知識，在此領(lǐng)域中，無線定位系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，各天線過去所貢獻的經(jīng)驗數(shù)據(jù)被很好地用于定位估計，以及特定用于各個不同WLS設(shè)備的其它因子。例如，在一個實施例中，無線定位系統(tǒng)可選擇候選列表以包含比預(yù)定最大主站點半徑(max_radius_from_primary)更近的多達站點最大數(shù)目(max_number_of_site)的全部SCS 10。例如，在一個城市或城郊環(huán)境中，可能存在大量的小區(qū)站，因而可將max_number_of_site限制為19。19個站點將包括主站點、由環(huán)繞主站點的六個站點所組成的第一環(huán)(假設(shè)小區(qū)站為經(jīng)典的六角形分布)、以及由環(huán)繞第一環(huán)的12個站點所組成的下一環(huán)，如圖9所示。在另一個實施例中，在一個城郊或農(nóng)村環(huán)境中，max_radius_from_primary可被設(shè)置成40英里以保證使候選的SCS/天線集達到最寬有效范圍。盡管各個候選SCS可被允許從其有效天線中選取最佳端口，但無線定位系統(tǒng)配備有一個裝置，它能夠?qū)⒑蜻xSCS 10的總數(shù)限制在一個最大數(shù)(max_number_candidates)之內(nèi)。這就限制了無線定位系統(tǒng)處理一個特定位置所需的最大時間。例如，max_number_candidates可被設(shè)定為32，這意味著在一個典型的三扇區(qū)分集式無線通信系統(tǒng)中，最多有32×6＝192個天線可被用于對特定發(fā)射信息的定位處理。為了對處理一個特定位置的時間進行限制，無線定位系統(tǒng)還配備有一個裝置，它將定位處理中所使用的天線的數(shù)目限制為max_number_antennas_processed。
max_number_antennas_processed通常小于max_number_candidates，它一般被設(shè)置為16。
無線定位系統(tǒng)不僅具有可根據(jù)上述預(yù)定判據(jù)集動態(tài)地確定SCS 10和天線的候選列表的能力，它還能將固定的候選列表保存在一個表格中。這樣，對無線通信系統(tǒng)中的各個小區(qū)站和扇區(qū)來說，無線定位系統(tǒng)擁有一個獨立的表格，它定義了SCS 10和天線10-1的候選列表以在當(dāng)一個無線發(fā)射機在該小區(qū)站和扇區(qū)中初始化一次發(fā)射時使用。代替每次觸發(fā)一個位置請求時都動態(tài)地選擇候選SCS/天線，無線定位系統(tǒng)可在定位處理初始化時從該表格中直接讀取候選列表。
一般來說，應(yīng)選擇大量的候選SCS 10以為無線定位系統(tǒng)提供足夠的機會和能力來測量及調(diào)節(jié)多路徑。在任何給定的發(fā)射上，任何一個或多個SCS 10上的任何一個或多個特定天線都可接收受到多路徑變化程度影響的信號。因此，最好在無線定位系統(tǒng)內(nèi)配備這樣一種裝置用以動態(tài)地選擇一套可以比其它天線接收更少的多路徑的天線。無線定位系統(tǒng)可利用各種技術(shù)從任何接收信號中盡可能地緩解多路徑；但是，選擇一套含有最少量多路徑的天線通常應(yīng)慎重從事。
選擇參考和協(xié)作SCS/天線在對用于定位處理的SCS/天線集的選擇中，無線定位系統(tǒng)利用多個判據(jù)來定制候選SCS/天線，它們包括用于定位處理的發(fā)射間隔上的平均SNR，SNR在同一間隔上的變化，接收發(fā)射信息的開始與一純先頭部分(即，對AMPS來說，就是打點和Barker代碼)和/或從主SCS/天線發(fā)出的解調(diào)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，相對于其上發(fā)射信息得到解調(diào)的SCS/天線上作出報告的發(fā)射開始時間，以及SNR從發(fā)射開始之前到另一次發(fā)射開始期間的變化的幅度和速率，還有其它類似的參數(shù)。平均SNR一般是在各個SCS/天線上或者在待用于定位處理的發(fā)射信息的整個長度上或者在一段較短的間隔上被確定的。根據(jù)特定的無線接口協(xié)議，通過在一個由各SCS 10所報告的時間標(biāo)記之前、期間及之后的短時間范圍上執(zhí)行與打點序列和/或Barker代碼和/或sync字相關(guān)聯(lián)，就可確定較短間隔上的平均SNR。上述時間范圍一般為(例如)以時間標(biāo)記為中心的+/-200微秒范圍。無線定位系統(tǒng)通常利用以下判據(jù)來定制SCS/天線，每個判據(jù)在合并判據(jù)以確定最終結(jié)論時都會得到加權(quán)處理(乘以一個適當(dāng)?shù)囊蜃?，這些判據(jù)包括給定SCS/天線的平均SNR必須大于待被指定為主SCS/天線的預(yù)定閾值；具有較低誤碼的SCS/天線優(yōu)于具有高誤碼的SCS/天線；具有較高平均SNR的SCS/天線優(yōu)于具有較低平均SNR的SCS/天線；具有較低SNR變化的SCS/天線優(yōu)于具有較高SNR變化的SCS/天線；開始時間較靠近執(zhí)行解調(diào)的SCS/天線作出報告時間的SCS/天線優(yōu)于具有更大開始時間間隔的SCS/天線；具有較快SNR變化速率的SCS/天線優(yōu)于具有較慢SNR變化速率的SCS/天線；具有較低權(quán)值遞增GDOP的SCS/天線優(yōu)于具有較高權(quán)值遞增GDOP的SCS/天線，其中，加權(quán)處理是根據(jù)估計出來的主SCS路徑損耗而得到執(zhí)行的。無線定位系統(tǒng)的操作者可對加給各個喜好的權(quán)值進行調(diào)整以適應(yīng)各個系統(tǒng)的特殊設(shè)計。定位處理中所使用的不同SCS 10的數(shù)目的最大值受到一個預(yù)定的限制；各個SCS 10上所使用的天線數(shù)目的最大值也受到一個預(yù)定的限制；而且所使用的SCS/天線的總數(shù)被限制為max_number_antennas_processed。使用上述過程的最高級別SCS/天線被指定為用于定位處理的參考SCS/天線。
SCS 10內(nèi)最佳端口的選擇通常，候選列表或待在定位處理中使用的列表之中的SCS/天線在一個特定的SCS 10上將只含有一個或兩個天線。在這種情況下，無線定位系統(tǒng)可允許SCS 10從特定SCS 10上的所有或部分天線中選擇“最佳端口”。例如，如果無線定位系統(tǒng)選擇只使用第一SCS 10上的一個天線，然后第一SCS 10可從與其相連的典型六天線端口中選擇出最佳端口，或者它可從小區(qū)站的一個扇區(qū)的兩個天線端口中選擇一個最佳天線端口。除了被考慮用作最佳端口的所有天線都處于同一SCS 10之內(nèi)以外，對最佳天線端口的選擇利用了與上述用于選擇SCS/天線集以在定位處理中使用的過程相同的過程并且比較了相同的參數(shù)。在對用作最佳端口的天線的比較中，SCS 10也可任選地將接收信號分成多個段，然后再單獨測量接收信號的各個段之中的SNR。接著，SCS 10可任選地通過以下操作之一來選出具有最高SNR的最佳天線(i)使用含有最多的最高SNR的字段的天線端口，(ii)對所有信號段中的SNR進行平均并使用具有最高平均SNR的天線端口，或(iii)使用在任何一個數(shù)據(jù)段中具有最高SNR的天線端口。
沖突的檢測和恢復(fù)由于無線定位系統(tǒng)在定位處理中使用了從許多SCS/天線端口發(fā)出的數(shù)據(jù)，因而有可能出現(xiàn)這樣一種情況，即，一個或多個特定SCS/天線端口上的接收信號含有受其它無線發(fā)射機的同信道干擾(即，兩個單獨的無線發(fā)射之間出現(xiàn)部分或完全沖突)而產(chǎn)生的能量。而且還有可能出現(xiàn)這樣一種情況，即，同信道干擾的SNR遠遠大于目標(biāo)無線發(fā)射機的信號的SNR，如果它未得到無線定位系統(tǒng)的檢測，則同信道干擾有可能造成對SCS 10上的最佳端口、參考SCS/天線、候選SCS/天線或定位處理中所使用的SCS/天線的錯誤選擇。同信道干擾也可能造成不良的TDOA和FDOA后果，這會導(dǎo)致定位估計的失敗或出錯。沖突的可能性隨著主無線通信系統(tǒng)中小區(qū)站密度的增加而增加，尤其是在密集的城市或城郊環(huán)境中頻率的重復(fù)利用以及用戶的無線通信利用率都很高的情況下。
因此，無線定位系統(tǒng)應(yīng)含有裝置用以檢測和恢復(fù)上述的沖突類型。例如，在選擇一個最佳端口、參考SCS/天線或候選SCS/天線的過程中，無線定位系統(tǒng)確定出接收信號的平均SNR以及在發(fā)射間隔上的SNR變化；當(dāng)SNR變化高于一預(yù)定閾值時，無線定位系統(tǒng)將指出一個出現(xiàn)沖突的概率。如果SCS/天線上接收到的信號的SNR在一個單步中增加或減小，并且其總量超過了一預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)也會分配一個出現(xiàn)沖突的概率。另外，如果在一遠程SCS上所接收到的信號的平均SNR大于由傳播模型所預(yù)計的平均SNR，該模型給出了其上無線發(fā)射機對發(fā)射進行初始化的小區(qū)站以及已知的發(fā)射功率電平和發(fā)射和接收天線的天線圖，則無線定位系統(tǒng)也會指出一個出現(xiàn)沖突的概率。如果出現(xiàn)沖突的概率大于一預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)將執(zhí)行以下說明的處理以檢驗出沖突是否或在什么程度上給SCS/天線上的接收信息造成了不良影響。指出沖突概率的優(yōu)點在于，它減少或消除了對未出現(xiàn)沖突的發(fā)射信息主體的額外處理過程。應(yīng)該注意的是，此處所說明的閾值電平、被指出的概率以及沖突檢測及恢復(fù)過程的其它細節(jié)都是可調(diào)整的，即，可根據(jù)會對選擇產(chǎn)生影響的特定應(yīng)用、環(huán)境、系統(tǒng)變量等等來對它們進行選擇。
對一個SCS/天線上所接收到的沖突概率高于預(yù)定閾值的發(fā)射信息來說，在參考SCS/天線的確定過程、最佳端口的確定過程或定位處理過程中在使用從一特定天線端口發(fā)出的RF數(shù)據(jù)之前，無線定位系統(tǒng)最好校驗出從各天線端口發(fā)出的RF數(shù)據(jù)是從正確的無線發(fā)射機發(fā)出的。例如，可以通過以下處理來進行確定，即，通過對接收信號的各段進行解調(diào)以校驗出(例如)MIN、MSID或其它識別信息是正確的，或者是撥號數(shù)字或其它信息特征與對此發(fā)射信息進行初始解調(diào)的SCS/天線所接收到的相一致。無線定位系統(tǒng)也可對一天線端口上的接收信號的一個短信號段與在主SCS 10上所接收到的信號進行關(guān)聯(lián)，以校驗出其關(guān)聯(lián)結(jié)果是否高于預(yù)定的閾值。如果無線定位系統(tǒng)檢測出SNR在整體發(fā)射長度上的變化超過了一預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)可以將發(fā)射信息分割成多個段并對各個段進行測試，從而確定出信號段中的能量是主要來自被選定進行定位處理的無線發(fā)射機所發(fā)出的信號還是來自一個干擾發(fā)射機。
即使無線定位系統(tǒng)已檢測到在SCS/天線上有部分沖突出現(xiàn)，無線定位系統(tǒng)也可選擇使用從定位處理中的一個特定SCS/天線所發(fā)出的RF數(shù)據(jù)。在這種情況下，SCS 10將使用上述裝置以識別出接收信息中代表從被選定進行定位處理的無線發(fā)射機所發(fā)出的信號的部分，以及接收信息中含有同信道干擾的部分。無線定位系統(tǒng)可命令SCS 10只發(fā)送或使用接收信息中不含有同信道干擾的選定信號段。當(dāng)只利用從一個SCS/天線發(fā)出的選定段來為一基線確定TDOA和FDOA時，無線定位系統(tǒng)只使用參考SCS/天線上接收到的發(fā)射信息的相應(yīng)段。無線定位系統(tǒng)可為其中未檢測到?jīng)_突的各基線連續(xù)使用所有的信號段。在許多情況下，無線定位系統(tǒng)只利用發(fā)射信息的一部分就能夠完成定位處理并能達到一個可接受的定位誤差。這種選擇接收傳輸?shù)倪m當(dāng)子集并逐段進行定位處理的創(chuàng)造性能力使得無線定位系統(tǒng)能夠在使用先前技術(shù)可能失敗的情況下順利完成定位處理。
多通路定位處理本應(yīng)用可能需要對無線發(fā)射機的大概位置做一個非常快的估計，然后在跟隨一個對位置更加精確的估計，此估計可被隨后發(fā)送出去。此舉對(例如)E9-1-1系統(tǒng)是十分有用的，該系統(tǒng)處理無線通話，并且必須非?？斓刈鞒鐾ㄔ捖窂竭x擇決定，但它可以等得更長一些以獲取更加精確的位置，該位置將被顯示在E9-1-1通話取樣器的電子地圖終端上。無線定位系統(tǒng)支持這些帶有創(chuàng)造性的多通路定位處理模式的應(yīng)用。
在許多情況下，通過使用較長的發(fā)射信息段并增加較長積分間隔期間的處理增益就可提高定位精度。但是，較長的發(fā)射信息段需要在SCS 10和TLP 12內(nèi)具有較長的處理周期，并且需要較長的時間周期以用于穿過通信接口將RF數(shù)據(jù)從SCS 10發(fā)射至TLP 12。因此，無線定位系統(tǒng)含有裝置用以識別那些需快速卻粗略地估計位置的發(fā)射信息，其后則跟隨著可以產(chǎn)生一個更好的定位估計的更加完整的定位處理。有關(guān)表格的信號含有一個標(biāo)志，它用于需要多通路定位近似的各個有關(guān)信號。此標(biāo)志指定了定位應(yīng)用請求允許第一次估計的最大發(fā)送時間量以及定位應(yīng)用請求允許最后一次估計的最大發(fā)送時間量。無線定位系統(tǒng)通過選擇待用于執(zhí)行定位處理的發(fā)射信息的一個子集來執(zhí)行粗略的定位估計。例如，無線定位系統(tǒng)可以選擇在主SCS/天線上識別出來的具有最高平均SNR的信號段。當(dāng)粗略的定位估計被確定之后，利用早先所述的方法，但只用發(fā)射信息的一個子集，TLP 12將此定位估計傳送給AP 14，后者隨后將此粗略估計與一個代表此估計是一個粗略估計的標(biāo)志一起傳送給發(fā)出請求的應(yīng)用。然后，無線定位系統(tǒng)利用上述所有方法來執(zhí)行其標(biāo)準(zhǔn)定位處理，并將此定位估計結(jié)果與一表示此定位估計是最終狀態(tài)的標(biāo)志一起轉(zhuǎn)送出去。無線定位系統(tǒng)可在一個TLP 12的同一DSP上順序地執(zhí)行粗略定位估計和最終定位估計，或者也可在不同的DSP上并行執(zhí)行定位處理。并行處理對滿足發(fā)出請求的定位應(yīng)用的最大時間需求是必要的。無線定位系統(tǒng)支持用于同一無線發(fā)射的不同定位應(yīng)用的不同最大時間需求。
很短的基線TDOA
無線定位系統(tǒng)被設(shè)計成工作于城市、城郊以及農(nóng)村地區(qū)。在農(nóng)村地區(qū)中，當(dāng)一個無線運營商沒有足夠的小區(qū)站時，無線定位系統(tǒng)可被布置成使SCS 10位于其它無線載波的小區(qū)站上或者位于其它類型的發(fā)射塔上，包括AM或FM廣播臺、尋呼以及雙向無線發(fā)射塔。在這些情況下，代替共享無線載波的已有天線，無線定位系統(tǒng)也可要求安裝適當(dāng)?shù)奶炀€、濾波器以及低噪聲放大器以匹配感興趣進行定位的無線發(fā)射機的頻帶。例如，一個AM廣播臺發(fā)射塔可以要求附加的800MHz天線來定位蜂窩帶發(fā)射機。但是，可能有這樣一些情況，無線定位系統(tǒng)支持一個被稱為很短基線TDOA的天線模式。當(dāng)有附加的天線被安裝在一個小區(qū)站發(fā)射塔上，從而天線的間距放置在小于一個波長的距離之內(nèi)時，這種天線模式將被激活。這可能需要在每個小區(qū)站扇區(qū)內(nèi)增加一個天線，從而使無線定位系統(tǒng)可在一個扇區(qū)中使用一個已有的接收天線以及一個放置在已有天線附近的附加天線。扇區(qū)中的兩個天線通常按照主干架的主軸或線方向平行排列，并且兩個天線單元之間的距離精確已知。另外，從天線單元到SCS 10中的接收機的兩個RF路徑經(jīng)過校準(zhǔn)。
在正常模式中，無線定位系統(tǒng)為按多個波長所隔開的一對天線確定TDOA和FDOA。對一個在基線上使用兩個不同小區(qū)站的天線的TDOA來說，一對天線按幾千個波長隔開。而對一個在基線上使用相同小區(qū)站的天線的TDOA來說，則一對天線只按幾十個波長隔開。在上述任何一種情況下，TDOA的確定可以有效地使雙曲線將基線等分并且穿過無線發(fā)射機的位置。當(dāng)天線按多個波長隔開時，接收信號占用了不同的獨立路徑以從無線發(fā)射機到達各個天線，它們經(jīng)歷了不同的多路徑以及多普勒偏移。但是，當(dāng)兩個天線的距離小于一個波長時，兩個接收信號將占用同一條路徑并且會經(jīng)歷相同的衰減、多路徑以及多普勒偏移。因此，無線定位系統(tǒng)的TDOA和FDOA處理通常會產(chǎn)生一個零(或零附近)赫茲的多普勒偏移以及一個約為零到幾納秒的時差。一個短的時差等價于在很短基線上兩個天線所接收到的信號之間的一個明顯的相差。例如，在834MHz上，AMPS反向控制信道發(fā)射的波長約為1.18英尺。一個0.1納秒的時差等價于約30度的接收相差。在這種情況下，對TDOA測量結(jié)果會產(chǎn)生一個基本上是一條直線的雙曲線，它仍穿過了無線發(fā)射機的位置，而且它在很短的基線上處于從兩個天線所形成的平行線旋轉(zhuǎn)30度的方向上。當(dāng)這個在單一小區(qū)站上的很短基線TDOA的結(jié)果被與一個處于兩個小區(qū)站間的基線上的TDOA測量結(jié)果合并時，無線定位系統(tǒng)只利用兩個小區(qū)站就可確定出一個定位估計。
用于改進定位精度的帶寬監(jiān)視方法目前，在美國所使用的AMPS蜂窩發(fā)射機都含有大量的無線發(fā)射機。而且AMPS反向語音信道發(fā)射信息一般是同時受到語音和監(jiān)視音頻音(SAT)調(diào)制的FM信號。語音調(diào)制是標(biāo)準(zhǔn)的FM，它直接與使用無線發(fā)射機的人說話的語音成正比。在一個典型的交談中，每個人說話的時間都少于35％，這意味著在大部分時間內(nèi)反向語音信道都因語音而不會受到調(diào)制。在有語音或沒有語音的情況下，逆向信道都持續(xù)受到SAT的調(diào)制，SAT被無線通信系統(tǒng)用于監(jiān)視信道狀態(tài)。SAT調(diào)制速率只有約6KHz。語音信道支持帶內(nèi)信息，這些信息可用于切換控制及其它情況，如建立一個三向通話、在進行第一個通話的同時對進入的第二個通話作出回應(yīng)、或者對無線通信系統(tǒng)所發(fā)出的一個“試聽”信息作出響應(yīng)。所有這些在語音信道上運載的信息都具有與控制信道信息相類似的特性。這些信息不經(jīng)常被傳送，因而定位系統(tǒng)可忽略這些信息而將力量集中在作為感興趣的信號的更為普遍的SAT發(fā)射信息上。
從上述由FM語音和SAT反向語音信道信號的帶寬限制所代表的困難的觀點來看，本發(fā)明的一個目的是提供一種方法，利用這種方法，反向語音信道(RVC)信號可被用來對一無線發(fā)射機進行定位，尤其是在緊急情況下。本發(fā)明的另一個目的是提供一種定位方法，它允許定位系統(tǒng)避免在其中測量看起來將不會滿足預(yù)定精度和可靠性要求的環(huán)境中利用RVC信號進行定位估計。此舉可以節(jié)省系統(tǒng)資源并可提高定位系統(tǒng)的綜合效率。經(jīng)改進的方法基于兩種技術(shù)。圖10A的流程圖顯示了根據(jù)本發(fā)明所述的能夠利用逆向語音信道信號測量位置的第一種方法。該方法包括以下步驟(i)首先假設(shè)一個擁有無線發(fā)射機的用戶希望得到定位，或者想更新或改進其所在位置?？梢允沁@樣一種情況，例如，無線用戶撥打“911”并且尋求緊急救援。因此還假設(shè)用戶是清醒的并且保持與中心調(diào)度員的通信。
(ii)當(dāng)調(diào)度員需要更新一個特定的無線發(fā)射機的位置時，他會通過一應(yīng)用接口向無線定位系統(tǒng)發(fā)出一個定位更新命令以及該無線發(fā)射機的標(biāo)識。
(iii)無線定位系統(tǒng)用一個確認信息來響應(yīng)調(diào)度員，該信息說明無線定位系統(tǒng)已查詢過無線通信系統(tǒng)并且已取得用于此無線發(fā)射機的語音信道分配。
(iv)調(diào)度員指示無線用戶撥一個9位或更多位數(shù)字的號碼然后按“發(fā)送”按鍵。該號碼序列可以類似于“123456789”或“911911911”。當(dāng)無線用戶撥一個9位或更多位數(shù)字的號碼然后按“發(fā)送”按鍵之后，反向語音信道會啟動兩個功能。首先，尤其對AMPS蜂窩語音信道來說，用戶撥打數(shù)字會造成在語音信道上發(fā)送雙音多頻(DTMF)語音。DTMF語音的調(diào)制指標(biāo)非常高，并且在發(fā)送DTMF序列中的各個數(shù)字期間，發(fā)射信號的帶寬一般被控制在+/-10KHz以內(nèi)。第二個功能出現(xiàn)在按下“發(fā)送”按鍵時。無論無線用戶是否定制了三向通話或其它特殊功能，無線發(fā)射機都將利用一種“空白和字符”模式而在語音上發(fā)送信息，在此模式中，發(fā)射機短暫地停止發(fā)送FM語音和SAT，并取而代之地發(fā)送一個以與控制信道相同的方式得到調(diào)制的突發(fā)信息(10Kbits Manchester)。如果無線用戶撥打的數(shù)字少于9位，則此信息將由大約544比特組成。如果無線用戶撥打的數(shù)字為9位或更多，此信息將由大約987比特組成。
(v)在得到調(diào)度員的通知之后，無線定位系統(tǒng)將對語音信道中發(fā)射信號的帶寬進行監(jiān)視。如早先所述的那樣，當(dāng)只有SAT被發(fā)射時，并且即使語音和SAT都被發(fā)射時，在發(fā)射信號中也可能沒有足夠的帶寬用以計算一個高質(zhì)量的定位估計。因此，無線定位系統(tǒng)節(jié)省了定位處理資源，并等待直到發(fā)射信號超過一個預(yù)定帶寬為止。該預(yù)定帶寬可被設(shè)定在(例如)8KHz到12KHz的范圍之內(nèi)。當(dāng)撥打的DTMF數(shù)字被發(fā)送時或當(dāng)突發(fā)信息被發(fā)送時，帶寬一般都將超過預(yù)定帶寬。實際上，如果無線發(fā)射機在撥號期間沒有發(fā)射DTMF語音，則帶寬將超過預(yù)定帶寬好幾倍。而這將提供多個機會來執(zhí)行定位估計。如果在撥號期間DTMF語音未被發(fā)送，則突發(fā)信息仍然在用戶按下“發(fā)送”按鍵的同時被發(fā)送，并且其帶寬通常會超過預(yù)定的閾值。
(vi)只有當(dāng)信號的發(fā)射帶寬超過預(yù)定帶寬時，無線定位系統(tǒng)才會啟動定位處理。
圖10B的流程圖顯示了根據(jù)本發(fā)明所述的能夠利用反向語音信道信號測量位置的另一種方法。該方法包括以下步驟(i)首先假設(shè)一個擁有無線發(fā)射機的用戶希望得到定位，或者想更新或改進其所在位置?？梢允沁@樣一種情況，例如，如果無線用戶撥打“911”并且尋求緊急救援。并且與前一種方法相比，假設(shè)用戶不想或不能撥打任何數(shù)字。
(ii)當(dāng)調(diào)度員需要更新一個特定無線發(fā)射機的用戶的位置時，他會通過一應(yīng)用接口向無線定位系統(tǒng)發(fā)出一個定位更新命令以及該無線發(fā)射機的標(biāo)識。
(iii)無線定位系統(tǒng)用一個確認信息來響應(yīng)調(diào)度員。
(iv)無線定位系統(tǒng)通過向無線發(fā)射機發(fā)送一個“試聽”信息或類似信息以命令無線通信系統(tǒng)使無線發(fā)射機進行發(fā)射。利用該試聽信息，無線通信系統(tǒng)就可獲得從無線發(fā)射機發(fā)出的響應(yīng)信息，它不需要終端用戶的操作并且也無需使無線發(fā)射機產(chǎn)生鈴聲或其它報警聲。檢查信息的接收將使無線發(fā)射機在語音信道上響應(yīng)以一個“試聽響應(yīng)”信息。
(v)在得到調(diào)度員的通知之后，無線定位系統(tǒng)將對語音信道中發(fā)射信號的帶寬進行監(jiān)視。如先前所述的那樣，當(dāng)只有SAT被發(fā)射時，并且即使語音和SAT都被發(fā)射時，在發(fā)射信號中也可能沒有足夠的帶寬用以計算一個高質(zhì)量的定位估計。因此，無線定位系統(tǒng)保留了定位處理資源并等待，直到發(fā)射信號超過一個預(yù)定帶寬為止。該預(yù)定帶寬可被設(shè)定在(例如)8KHz到12KHz的范圍之內(nèi)。當(dāng)試聽響應(yīng)信息被發(fā)送時，帶寬一般都將超過預(yù)定帶寬。
(vi)只有當(dāng)信號的發(fā)射帶寬超過預(yù)定帶寬時，無線定位系統(tǒng)才會啟動定位處理。
用于改進定位精度的估計合并方法通過將在無線發(fā)射機保持其位置不變的情況下而獲得的多個獨立統(tǒng)計的定位估計合并在一起，就可提高無線定位系統(tǒng)的定位估計的精度。甚至當(dāng)無線發(fā)射機非常穩(wěn)定時，其周圍的物理和RF環(huán)境也經(jīng)常發(fā)生變化。例如，汽車可改變其位置，或者在一次定位估計期間造成沖突的另一個無線發(fā)射機有可能停止發(fā)射或改變其位置以在接下來的定位估計中不再發(fā)生沖突。因此，無線定位系統(tǒng)的定位估計將隨各個發(fā)射而變化，即使在一段很短的時間內(nèi)進行了連續(xù)發(fā)射，并且各個定位估計也都與其它估計相互統(tǒng)計獨立，也會出現(xiàn)因環(huán)境變化而產(chǎn)生的錯誤。
當(dāng)為一個位置不變的無線發(fā)射機作出多個連續(xù)的統(tǒng)計獨立的定位估計時，定位估計將傾向于聚攏(cluster)在真實位置處。無線定位系統(tǒng)利用一個加權(quán)平均或類似的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)將多個定位估計合并起來，從而確定出提高的估計結(jié)果。通過給各個獨立的定位估計分配一個品質(zhì)因數(shù)就可輔助加權(quán)平均的使用。該品質(zhì)因數(shù)可基于(例如)關(guān)聯(lián)值、置信度間隔、或其它從定位處理中獲得的用于獨立估計的類似測量結(jié)果。無線定位系統(tǒng)可使用幾種方法來從無線發(fā)射機中獲得多個獨立的發(fā)射信息，這些方法包括(i)為進行發(fā)射命令使用它與無線通信系統(tǒng)的接口；(ii)根據(jù)無線接口協(xié)議(如TDMA或GSM)，使用一個時隙上的多個連續(xù)突發(fā)；或者(iii)在一時間周期上將一個語音信道發(fā)射信息分割成多個段，并對各個段獨立執(zhí)行定位處理。由于無線定位系統(tǒng)增加了獨立定位估計的數(shù)目(它們將被合并成一個最終定位估計結(jié)果)，所以它需對一代表聚攏質(zhì)量的統(tǒng)計結(jié)果進行監(jiān)視。如果該統(tǒng)計結(jié)果低于一個預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)會認為該無線發(fā)射機保持在其原位。如果該統(tǒng)計結(jié)果高于一個預(yù)定閾值，則無線定位系統(tǒng)將認為該無線發(fā)射機沒有保持在其原位并因此停止執(zhí)行附加的定位估計。代表聚攏質(zhì)量的統(tǒng)計結(jié)果可以是(例如)，一個標(biāo)準(zhǔn)偏差計算值或一個均方根(RMS)計算值，它們都可用于將被合并起來的單個定位估計并且與動態(tài)計算合并的定位估計有關(guān)。當(dāng)向一個應(yīng)用請求報告定位記錄時，無線定位系統(tǒng)將利用定位記錄中的一個字段來表示合并在一起的獨立定位估計的數(shù)目，并產(chǎn)生定位估計報告。
以下將參考圖11A-11D對用于獲取和合并多個定位估計的過程的另一個例子進行說明。圖11A、11B及11C示意性地描繪出了無線通信系統(tǒng)中眾所周知的“始發(fā)”、“尋呼響應(yīng)”以及“試聽”序列。如圖11A所示，始發(fā)序列(由進行通話的無線電話啟動)需要兩個從無線發(fā)射機發(fā)出的發(fā)射信號，一個是“開始”信號、一個是“命令確認”信號。命令確認信號響應(yīng)一個語音信道分配而被無線通信系統(tǒng)(如MSC)發(fā)出。類似地，如圖11B所示，一個從無線發(fā)射機發(fā)出的尋呼序列也可分成兩個部分。尋呼序列由無線通信系統(tǒng)啟動，例如，當(dāng)無線發(fā)射機收到另一部電話的呼叫時。當(dāng)被呼叫到之后，無線發(fā)射機將發(fā)出一個尋呼響應(yīng)信息；然后，在被分配了一個語音信道之后，無線發(fā)射機將發(fā)射一個命令確認信號。相反，檢查過程可抽出一個單個反向發(fā)射信號以及一個試聽響應(yīng)信號。試聽和試聽響應(yīng)序列的好處在于它們不會使作出響應(yīng)的無線發(fā)射機產(chǎn)生振鈴聲。
以下將對使用這些序列以提高的精度來定位一個電話的方式進行說明。根據(jù)本發(fā)明所述，例如，一部被盜的電話或一部序列號被盜的電話會受到一個檢查信號的持續(xù)探測，此檢查信號將迫使該電話作出多個檢查響應(yīng)，這樣就可以較高精度地定位該電話。但是，為了使用此檢查序列，無線定位系統(tǒng)需利用其接口向無線通信系統(tǒng)發(fā)送多個適當(dāng)?shù)拿?，并由后者向無線發(fā)射機發(fā)送檢查信息。無線定位系統(tǒng)也可強迫使一個通話終止(掛機)，并隨后利用標(biāo)準(zhǔn)ANI碼使此無線發(fā)射機作出回應(yīng)。可以通過用語音指示移動用戶掛斷通話、在通話的通信線路端斷開通話、或者通過向基站發(fā)送一個人工無線中斷信息而使通話終止。此無線中斷信息模擬按下了移動單元上的“結(jié)束”按鍵?；貞?yīng)調(diào)用了上述尋呼序列并且迫使電話啟動兩個發(fā)射以用于進行定位估計。
現(xiàn)在參考圖11D對具有很高精度的定位方法進行簡介。首先，一個初始定位估計被完成。接下來，上述檢查或“掛機并回應(yīng)”過程被執(zhí)行以提取一個從移動單元發(fā)出的響應(yīng)信息，然后第二次定位估計被執(zhí)行。是否使用檢查或“掛機并回應(yīng)”過程將取決于無線通信系統(tǒng)和無線發(fā)射機是否都植入有檢查功能。步驟2和步驟3被重復(fù)執(zhí)行以獲取必需或想要的多個獨立的定位估計，而且多個統(tǒng)計獨立的定位估計最終將被合并在一個平均值、加權(quán)平均值或類似的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)之內(nèi)，從而獲得一個精度提高的估計。通過向各個獨立的定位估計分配一個品質(zhì)因數(shù)就可輔助加權(quán)平均的使用。此品質(zhì)因數(shù)可以基于相關(guān)百分比、置信度間隔、或從定位計算處理中獲得的其它類似測量結(jié)果。
用于提高定位精度的帶寬合成方法利用一種人工帶寬合成技術(shù)，無線定位系統(tǒng)還能夠提高對帶寬相對較窄的無線發(fā)射機的定位估計精度。這種技術(shù)可應(yīng)用于(例如)那些使用AMPS、NAMPS、TDMA及GSM空中接口協(xié)議的發(fā)射機，并可應(yīng)用于那些有大量可由無線發(fā)射機使用的單個RF信道的裝置。為了達到舉例說明的目的，以下將只對使用AMPS的特定情況進行詳細說明。但是，該說明也可很容易地應(yīng)用在其它協(xié)議上。此方法依靠這樣一條原則，即，各無線發(fā)射機都能夠在橫跨預(yù)定頻率帶寬的頻率上進行只有窄帶信號的發(fā)射，上述預(yù)定頻率帶寬寬于由無線發(fā)射機所發(fā)出的各窄帶信號的帶寬。該方法還可依靠上述無線定位系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)之間的接口。在此接口上，WLS可以命令無線通信系統(tǒng)將無線發(fā)射機切換或轉(zhuǎn)換到其它頻率或RF信道上。通過發(fā)出一系列的命令，無線定位系統(tǒng)就可迫使無線發(fā)射機以一種定向方式順序地轉(zhuǎn)換到一系列的RF信道上，從而允許WLS有效地從用于定位處理目的的一系列窄帶發(fā)射信號中合成出一個較寬頻帶的接收信號。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，帶寬合成裝置含有用于確定啟動帶寬相位與無線發(fā)射機的發(fā)射頻率特性之間關(guān)系的裝置。例如，窄帶信號通常的帶寬約為20KHz，而且預(yù)定的寬帶頻率范圍約為12.5MHz。在本例中，它們就是由FCC分配給各個蜂窩運營商的頻譜。利用帶寬合成，TDOA測量的結(jié)果可被增加至約1/12.5MHz；即，有效時間分辨率是有效帶寬的倒數(shù)。
圖12A中顯示了一個無線發(fā)射機、一校準(zhǔn)發(fā)射機(如果使用)、SCS 10A、10B和10C以及一TLP 12。校準(zhǔn)發(fā)射機以及所有三個SCS的位置都事先精確已知。由圖12A中的虛線箭頭所表示的信號被無線發(fā)射機和校準(zhǔn)發(fā)射機發(fā)射出去、在SCS 10A、10B和10C上被接收到并受到上述技術(shù)的處理。在定位處理期間，一個SCS(如10B)所發(fā)出的RF數(shù)據(jù)被單獨與從另一SCS(如10C)發(fā)出的數(shù)據(jù)流互相關(guān)(在時間或頻率域內(nèi))，從而為各發(fā)射機和各對SCS 10產(chǎn)生TDOA估計結(jié)果TDOA23和TDOA13。定位處理的一個中間輸出是一套系數(shù)，它們代表了作為頻率函數(shù)(如，R23)的復(fù)數(shù)互功。
例如，如果X(f)是第一站點上所接收到的信號x(t)的付立葉變換，且y(f)是第二站點上所接收到的信號y(t)的付立葉變換，則復(fù)數(shù)互功R(f)＝X(f)Y*(f)，其中Y*是Y的共軛復(fù)數(shù)。R(f)在任何頻率f上的相角都等于X(f)的相位減去Y(f)的相位。R(f)的相角可被稱為干涉條紋相位。在沒有噪聲、干擾及其它錯誤的情況下，此干涉條紋相位在所觀測到的(相鄰)頻帶內(nèi)與頻率是完美的線性函數(shù)；而且此直線的斜率是干涉組延遲的負數(shù)或TDOA；此直線在頻帶中心頻率處的分隔線等于R(f)相位的平均值，當(dāng)以整個頻帶為參考時，它被稱為“是”觀測的干涉條紋相位。在一個頻帶內(nèi)，干涉條紋相位可被認為是頻率的函數(shù)。
從校準(zhǔn)發(fā)射機中獲得的系數(shù)被與從無線發(fā)射機中獲得的系數(shù)合并起來，而且通過對合并結(jié)果進行分析就可分別獲得校準(zhǔn)的TDOA測量結(jié)果TDOA23和TDOA13。在校準(zhǔn)過程中，校準(zhǔn)發(fā)射機的干涉條紋相位被從無線發(fā)射機的干涉條紋相位中減去以消除兩者共有的系統(tǒng)誤差。由于每個初始干涉條紋相位本身就是在兩個SCS 10上所接收到的信號的相位差，所以校準(zhǔn)過程通常被稱為雙重差分并且校準(zhǔn)結(jié)果也被稱為是雙重差分結(jié)果。TDOA估計結(jié)果T-ij是對站點i和j之間無線發(fā)射機所發(fā)出的信號的到達時間差(TDOA)的最大值的估計結(jié)果，它受到校準(zhǔn)和校正以用于信號上的多路徑傳播效應(yīng)。不同站點對的TDOA估計結(jié)果被合并起來以得出定位估計。眾所周知，通過觀測一個較寬的頻帶，就可獲得更加精確的TDOA定位估計。增加無線發(fā)射機所發(fā)出的信號的“瞬時”帶寬通常是不可能的，但是卻可以通過命令一個無線發(fā)射機從一個頻道轉(zhuǎn)換至另一個頻道，從而在短時間內(nèi)得到一個寬的頻帶。
例如，在一個典型的無線蜂窩系統(tǒng)中，信道313-333都是控制信道，而剩余的395個信道則都是語音信道。無線發(fā)射機在語音RF信道號1(RVC1)上的發(fā)射中心頻率為826.030MHz，并且連續(xù)兩個信道的中心頻率之差為0.030MHz。分配給典型的七單元頻率復(fù)用塊中的各個單元的語音信道數(shù)約為57(即，395除以7)，而且這些信道相隔7個信道分布在395個信道范圍之內(nèi)?？梢宰⒁獾剑珹MPS系統(tǒng)中所使用的各個小區(qū)站，其橫跨12.5MHz帶寬的信道是由FCC分配的。例如，如果我們指定設(shè)置于一個復(fù)用模式中的各個頻率的單元為單元“A”至單元“G”，則分配給“A”單元的信道號可以是1、8、15、22、…、309；而分配給“B”單元的信道號則可通過在“A”信道號上加1來確定；如此直至單元G。
上述方法從無線發(fā)射機已被分配一個語音RF信道并且無線定位系統(tǒng)已經(jīng)啟動對從該無線發(fā)射機發(fā)出的信息進行定位處理開始。作為定位處理的一部分，由TDOA23和TDOA13合并而得到的TDOA估計結(jié)果可以具有(例如)0.5微秒的步驟偏差。從不同RF信道合并出測量結(jié)果的方法獲取TDOA、干涉條紋相位以及無線頻率之間的關(guān)系。如果組延遲或TDOA的“真”值(即，可在沒有噪聲、多路徑及任何系統(tǒng)誤差的環(huán)境中觀測到的值)用τ表示；干涉條紋相位的真值用φ表示；并且無線頻率用f表示，則可通過以下等式將干涉條紋相位φ與τ和f聯(lián)系起來φ＝-fτ+n(等式1)其中，φ的單位為周期數(shù)，f的單位為Hz，τ的單位為秒；并且n是一個整數(shù)，它代表了一個雙重差分相位測量的固有整數(shù)周期不確定度。n的數(shù)值預(yù)先并不知道，但它與在鄰近頻率上(即，在任何一個頻道內(nèi))觀測到的結(jié)果相同。在不同頻率上觀測到的n的數(shù)值通常不同?？赏ㄟ^在一單個頻道內(nèi)進行觀測以對在信道內(nèi)作為頻率的函數(shù)的干涉條紋相位有效地擬合出一條直線，從而估計出τ。這條最佳擬合直線的斜率就等于所需估計的τ的負數(shù)。在單信道的情況下，n為常數(shù)，因此通過對等式1進行微分就可得到以下等式dφ/df＝-τ (等式2)可以通過單獨為各信道對φ與f的觀測結(jié)果進行直線擬合而獲得τ的獨立估計結(jié)果，但當(dāng)有兩個獨立(非鄰近)的頻道受到觀測時，一條直線一般將不能適合兩個信道中的φ與f觀測結(jié)果，這是因為，在一般情況下，整數(shù)n在兩個信道中具有不同的數(shù)值。但是，在確定的條件下，有可能確定并消除這兩個整數(shù)值之間的差異，然后就可為橫跨兩個信道的整套相位數(shù)據(jù)擬合出一條直線。該直線的斜率將得到更好的確定，因為它基于一個更寬的頻率范圍。在確定條件下，對斜率估計的不確定度與頻率范圍成反比。
本例中，假設(shè)無線發(fā)射機已被分配了語音RF信道1。信道1與416之間的無線頻率差非常之大，以致于在一開始不能確定與這些信道相對應(yīng)的整數(shù)n1和n416之間的差。但是，通過在上述一個或兩個信道中單獨進行觀測，就可獲得一個初始的TDOA估計值τ0。然后無線定位系統(tǒng)將命令無線通信系統(tǒng)使無線發(fā)射機從信道1切換至信道8。無線發(fā)射機的信號被在信道8中接收到并得到處理以更新或改善估計值τ0。通過τ0，就可計算出作為頻率的函數(shù)的“理論”干涉條紋相位φ0等于(-fτ0)。實際觀測到的相位φ與理論函數(shù)φ0之間的差可被計算出來，在一個非常小的周期分數(shù)(一般為1/50周期)之內(nèi)，實際觀測到的相位φ等于真實相位φ-φ0＝-f(τ-τ0)+n1或n8，依信道而定(等式3)或Δφ＝-Δfτ-n1或n8，依信道而定(等式4)其中，Δφ＝φ-φ0且Δτ＝τ-τ0。圖12B中顯示了等式(4)的圖形，它描繪出了觀察到的干涉條紋相位φ與通過初始TDOA估計值τ0而計算出來的值φ0之差Δφ與信道1和8的頻率f之間的關(guān)系。
對與信道1相對應(yīng)的20KHz寬的頻帶來說，Δφ與f之間的關(guān)系圖一般為一條水平直線。對與信道8相對應(yīng)的20KHz寬的頻帶來說，Δφ與f之間的關(guān)系圖也是一條水平直線。這兩條線段的斜率通常在零附近，因為在20KHz內(nèi)量(fΔτ)通常不會被一個周期的大分數(shù)改變，因為Δτ是估計值τ0的誤差的負數(shù)。此誤差的幅度一般不會超過1.5微秒(為本例中0.5微秒標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍)，并且1.5微秒與20KHz的乘積在一個周期的4％以下。在圖12B中，信道1的Δφ圖形相對于信道8的Δφ圖形垂直偏移較大的量，因為n1與n8之間的差可以任意大。這個垂直偏移或信道1和信道8的Δφ的平均值之間的差將處于(具有極高的概率)n1與n8的真實值之差的±0.3個周期內(nèi)。這是由于Δτ的最大近似幅度(1.5微秒)與信道1和8的間距(210KHz)的乘積為0.315個周期。換句話說，差值n1-n8等于信道1和信道8的Δφ平均值之差四舍五入后的最近整數(shù)。當(dāng)通過四舍五入過程確定出此整數(shù)差n1-n8之后，對信道8加上整數(shù)Δφ或?qū)π诺?減去Δφ。信道1和信道8的Δφ平均值之差通常等于初始TDOA估計值τ0的誤差乘以210KHz。信道1和信道8的Δφ平均值之差被除以210KHz，然后其結(jié)果被與τ0相加以獲得一個對τ(TDOA的真實值)的估計值；這個新估計值的精度遠遠超過了τ0。
可將上述頻率分段和TDOA提取方法擴展到間距更寬的信道上用以獲取更加精確的結(jié)果。如果用τ1來表示從信道1和信道8所獲得的更好結(jié)果，則可在剛才所述的方法中用τ1來代替τ0；而且無線定位系統(tǒng)可命令無線通信系統(tǒng)使無線發(fā)射機從(例如)信道8切換至信道36；然后可利用τ1來確定整數(shù)差n8-n36，并且根據(jù)范圍在信道1至信道36之間的1.05MHz的頻率而獲取TDOA估計值。此估計值可被標(biāo)記為τ2；然后無線發(fā)射機從(例如)信道36切換至信道112，等等。從原理上講，可以跨越分配給蜂窩運營商的全范圍的頻率。本例中所使用的信道號(1、8、36、112)當(dāng)然是任意的。基本原理在于，基于小頻率范圍(從單個信道開始)的TDOA估計值被用于解決更寬的獨立頻率之間的干涉條紋相位差的整數(shù)不確定度。當(dāng)然，后面的頻率間隔不能太大；它受到先前的TDOA估計值的不確定度的限制。一般來說，先前估計值的最差情況誤差與頻率差的乘積不能超過0.5個周期。
如果分配給一特定單元的間隔最近的信道之間的很小(如210KHz)頻率間隔因單信道TDOA估計值的最差情況不確定度超過2.38微秒(等于0.5個周期除以0.210MHz)而不能被橋接上，則無線定位系統(tǒng)將命令無線通信系統(tǒng)以迫使無線發(fā)射機從一個小區(qū)站越區(qū)切換至另一個小區(qū)站(如從一個頻率組切換至另一個頻率組)。這樣就可使頻率分段變小。由于無線發(fā)射機在從一個信道切換至另一個信道期間發(fā)生移動，所以有可能錯誤地識別出兩個信道的相位差(Δφ)之間的整數(shù)差。因此，作為一個檢查，無線定位系統(tǒng)可逆轉(zhuǎn)各個切換(如，在從信道1切換至信道8后，再從信道8切換回信道1)，并確認所確定的整數(shù)周期差與“正向”切換的差值幅度相同且符號相反?？梢岳靡粋€從單信道FDOA的觀測中所獲得的重要的非零速度估計值來推斷出信道變化中所引起的時間間隔變化。此時間間隔通常可被保持為是1秒鐘的一個小的分數(shù)。FDOA估計誤差乘以此信道間的時間間隔，其結(jié)果必須小于0.5個周期。無線定位系統(tǒng)最好使用一個冗余變量來檢查整數(shù)誤識別。
用于911的定向重試上述無線定位系統(tǒng)的另一個創(chuàng)造性發(fā)明在于，它涉及一種“定向重試”方法，該方法用于與一個雙模式無線通信系統(tǒng)的連接之中。此系統(tǒng)至少支持一個第一調(diào)制方法以及一個第二調(diào)制方法。在這種情況下，第一和第二調(diào)制方法被假設(shè)在不同的RF信道上(即，分別用于支持WLS和PCS系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)的信道)使用。還假設(shè)待被定位的無線發(fā)射機也能夠支持這兩種調(diào)制方法，即，它能夠在具有無線定位系統(tǒng)支持的無線通信系統(tǒng)上撥打“911”。
例如，定向重試方法可被用在這樣一個系統(tǒng)中，在此系統(tǒng)中，沒有足夠數(shù)目的基站來支持無線定位系統(tǒng)，但是它卻工作于一個與其它無線通信系統(tǒng)有關(guān)的無線定位系統(tǒng)所服務(wù)的區(qū)域之中。此“第一”無線通信系統(tǒng)可以是有關(guān)蜂窩電話系統(tǒng)，而“第二”無線通信系統(tǒng)則可是一個與第一系統(tǒng)在同一地區(qū)運行的PCS系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明所述，當(dāng)移動發(fā)射機當(dāng)前正使用第二種(PCS)調(diào)制方法并試圖啟動一個911通話時，移動發(fā)射機先被自動切換至第一種調(diào)制方法，然后再于預(yù)定由第一無線通信系統(tǒng)使用的多套RF信號之一上利用第一種調(diào)制方法來啟動911通話。按照這種方式，定位服務(wù)就可被提供給PCS或類似系統(tǒng)的客戶，而這些系統(tǒng)本來是不能得到其自己的無線定位系統(tǒng)的服務(wù)的。
結(jié)論本發(fā)明的真實范圍并不限于上述優(yōu)選實施例。例如，前面用解釋性的詞匯揭示的幾個無線定位系統(tǒng)的當(dāng)前優(yōu)選實施例，如信號采集系統(tǒng)(SCS)、TDOA定位處理器(TLP)，應(yīng)用程序處理器(AP)，等等，不應(yīng)被看成是對所附權(quán)利要求的保護范圍的限制，也不應(yīng)認為它暗示了無線定位系統(tǒng)的創(chuàng)造性方面受到上述特定方法和裝置的限制。另外，熟練人員應(yīng)該明白，本文中所揭示的許多創(chuàng)造性方面也可用在不是基于TDOA技術(shù)的定位系統(tǒng)中。另外，無線定位系統(tǒng)使用任務(wù)列表等的過程也可被應(yīng)用在非TDOA系統(tǒng)中。在這種非TDOA系統(tǒng)中，不再需要用上述TLP來執(zhí)行TDOA計算。類似地，本發(fā)明既不受限于使用具有上述結(jié)構(gòu)的SCS的系統(tǒng)，也不受限于滿足所有上述特定內(nèi)容的AP的系統(tǒng)。SCS、TLP和AP本質(zhì)上都是可編程數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，它們可采取各種形式且不會脫離本發(fā)明的內(nèi)容。通過利用本發(fā)明的內(nèi)容就可容易地實現(xiàn)使數(shù)字信號處理以及其它處理功能的成本快速下降，例如，可以在不改變系統(tǒng)創(chuàng)造性操作的情況下，將用于一特定功能的處理從本文中所述一個功能單元(如TLP)轉(zhuǎn)換至另一個功能單元(如SCS或AP)。在許多情況下，本文中所述的工具(即，功能單元)的位置僅僅是設(shè)計者的喜好而不是硬性的要求。因此，除非用很限制性的詞語來表達它們，以下權(quán)利要求的保護范圍并不受限于上述各個特定的實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于接收機系統(tǒng)的內(nèi)部校準(zhǔn)方法，該接收機系統(tǒng)的特征在于時間—頻率變化的傳遞函數(shù)，其中在無線定位系統(tǒng)中使用該接收機系統(tǒng)，該方法包括以下步驟向接收機系統(tǒng)輸入穩(wěn)定、已知的寬帶信號；利用寬帶信號來估計在接收機系統(tǒng)的指定帶寬上的傳遞函數(shù)；以及利用估計來緩解后面的時間測量的傳遞函數(shù)的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中內(nèi)部生成的寬帶信號是一個梳狀信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中梳狀信號的特征在于多個離散的頻率、一致的幅度以及分立頻率之間的恒定的間隔。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在緩解傳遞函數(shù)的影響之前，用品質(zhì)因數(shù)對傳遞函數(shù)的估計進行加權(quán)處理。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中只有在品質(zhì)因數(shù)超過預(yù)定的閾值時才使用傳遞函數(shù)的估計。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中品質(zhì)因數(shù)基于傳遞函數(shù)之前和之后的互相關(guān)函數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在輸入已知寬帶信號之前，接收機系統(tǒng)的天線首先與接收機隔離。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中電子控制RF繼電器用來做隔離。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用電子RF繼電器來將已知寬帶信號發(fā)送到接收機系統(tǒng)。
10.一種用于校準(zhǔn)第一接收機系統(tǒng)的內(nèi)部校準(zhǔn)方法，其中所述第一接收機系統(tǒng)的特征在于時間—頻率變化的傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)定義所述第一接收機系統(tǒng)將如何改變接收的信號的振幅和相位，其中在這樣的定位系統(tǒng)中利用第一接收機系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)部分地通過確定移動發(fā)射機發(fā)射的和所述第一接收機系統(tǒng)及另一個接收機系統(tǒng)接收的信號的到達的時間差來有效確定移動發(fā)射機的位置，其中位置確定的精度部分地依賴于所述接收機系統(tǒng)進行的時間測量的精度，該方法包括以下步驟·(A)向所述第一接收機系統(tǒng)輸入內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號；·(B)利用內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號來獲得所述傳遞函數(shù)在所述第一接收機系統(tǒng)的帶寬上變化的方式的估計；以及·(C)利用所述估計來緩解第一傳遞函數(shù)的所述變化對第一接收機系統(tǒng)進行的時間測量上的影響。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號是具有一致幅度和間隔的多個離散頻率成分的梳狀信號。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在用于緩解傳遞函數(shù)的影響之前，用品質(zhì)因數(shù)對傳遞函數(shù)在第一接收機系統(tǒng)的帶寬上變化的方式的估計進行加權(quán)處理。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中只有在品質(zhì)因數(shù)超過指定的閾值時，定位系統(tǒng)才使用傳遞函數(shù)的估計來緩解傳遞函數(shù)的影響。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中品質(zhì)因數(shù)基于內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號和在其已通過傳遞函數(shù)之后的同樣的信號的互相關(guān)函數(shù)的輸出。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在輸入內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號之前，天線首先與接收機系統(tǒng)隔離。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中電子控制RF繼電器用于將天線與接收機系統(tǒng)自動隔離。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中使用電子控制RF繼電器將內(nèi)部生成的穩(wěn)定、已知的信號發(fā)送到接收機系統(tǒng)。
18.一種用于包括接收機系統(tǒng)的無線定位系統(tǒng)的外部校準(zhǔn)方法，該接收機系統(tǒng)的特征在于時間—頻率變化的傳遞函數(shù)，該方法包括以下步驟從外部發(fā)射機發(fā)射穩(wěn)定、已知的寬帶校準(zhǔn)信號；使用寬帶校準(zhǔn)信號來估計在指定帶寬上的傳遞函數(shù)；以及使用估計來緩解傳遞函數(shù)的變化對后面的時間測量上的影響。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中外部發(fā)射持續(xù)時間短、功率低，從而不會對擁有定位系統(tǒng)的無線系統(tǒng)造成干擾。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中接收機系統(tǒng)與外部發(fā)射機同步，以便只有在校準(zhǔn)信號被發(fā)射時才規(guī)劃接收機系統(tǒng)去接收并處理整個帶寬的校準(zhǔn)信號。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中除了當(dāng)與外部校準(zhǔn)發(fā)射同步時之外，接收機系統(tǒng)在其它任何時候都不會執(zhí)行校準(zhǔn)處理。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中使用GPS定時裝置來同步接收機系統(tǒng)和外部校準(zhǔn)發(fā)射機。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在接收機系統(tǒng)與外部校準(zhǔn)發(fā)射機之間使用無線通信鏈路來交換命令和響應(yīng)。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中外部發(fā)射機只在接收機系統(tǒng)的天線上使用定向天線來定向?qū)拵盘枴?br> 25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中定向天線是八木天線。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該方法包括只有當(dāng)定向天線對準(zhǔn)接收機系統(tǒng)的天線并且多路徑反射的危險降低時才進行外部發(fā)射。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中傳遞函數(shù)包括天線、濾波器、放大器以及與接收機系統(tǒng)有關(guān)的纜線。
全文摘要
一種外部校準(zhǔn)方法，包括如下步驟基準(zhǔn)發(fā)射機發(fā)送第一參考信號；在第一接收機系統(tǒng)和第二接收機系統(tǒng)接收第一參考信號(10－2A－10－2C)；通過將被測量的TDOA和與基準(zhǔn)發(fā)射機的已知位置相關(guān)的理論TDOA值相比較，確定第一偏差值；利用第一偏差值校正與要被定位的移動發(fā)射機相關(guān)的后續(xù)TDOA測量。內(nèi)部校準(zhǔn)方法包括如下步驟向第一接收機系統(tǒng)注入一個梳狀信號；利用該梳狀信號得到傳遞函數(shù)在第一接收機系統(tǒng)帶寬上改變的方式；并利用該估計減輕第一傳遞函數(shù)變化對第一接收機系統(tǒng)進行的時間測量的影響。
文檔編號G01S3/02GK1696731SQ20051007390
公開日2005年11月16日 申請日期1999年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月8日
發(fā)明者路易斯·A·史迪普 申請人:真實定位公司