节点处理延迟的网络中心式确定.pdf

各种装置和方法针对校准无线接入点内的延迟以确定移动站的位置。一种方法包括：在窃听设备处接收初始分组，在窃听设备处接收由另一个实体发送的响应分组，基于分组抵达时间计算时间差，以及将时间差提供给定位实体。另一种方法包括：向恰适的窃听设备提供发送信息的请求，从每个恰适的窃听设备接收时间差，该时间差表示由无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差，基于时间差确定处理延迟估计，以及基于处理延迟估计和接收到的时间差来确定移动站的位置。

权利要求书
1.  一种校准无线接入点内的延迟以确定移动站的位置的方法，包括：
在窃听设备处接收由所述移动站发送的初始分组；
在所述窃听设备处接收由所述无线接入点发送的响应分组；
基于所述初始分组和所述响应分组抵达时间计算时间差；以及
将所述时间差提供给定位实体。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
测量与所述初始分组相对应的第一抵达时间；
测量与所述响应分组相对应的第二抵达时间；以及
确定所述第二和第一抵达时间之差。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线接入点包括常规的无线接入点或毫微微蜂窝小区，和/或所述移动设备包括常规的移动设备。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定对与所述无线接入点相关联的处理延迟的初始估计；
确定至少一个恰适的窃听设备以请求信息；以及
从各个恰适的窃听设备获得所请求的信息。

5.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
向所述恰适的窃听设备提供发送信息的请求；
从各个恰适的窃听设备接收时间差，所述时间差表示由所述无线接入点传送的所述分组的抵达时间与由所述移动站传送的分组的抵达时间之差；
基于接收到的时间差来改善对所述处理延迟的所述初始估计；以及
基于所述经改善的处理延迟和所述收到的时间差来确定所述移动站的位置。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述接收到的时间差来界定所述无线接入点的所述处理延迟。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理延迟是由三角不等式来界定的。

8.  一种改善对无线接入点内的延迟的校准以确定移动站的位置的方法，包括：
向恰适的窃听设备提供发送信息的请求；
从各个恰适的窃听设备接收时间差，所述时间差表示由所述无线接入点传送的分组的抵达时间与由所述移动站传送的分组的抵达时间之差；
基于所述时间差确定处理延迟估计；以及
基于所述处理延迟估计和所述接收到的时间差来确定所述移动站的位置。

9.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述处理延迟估计还包括：
通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围。

10.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述处理延迟估计还包括：
确定所述移动设备、所述无线接入点和各个窃听设备的相对几何关系；
通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围；以及
基于所确定的相对几何关系从所述范围中选择一值。

11.  如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述无线接入点位于所述移动站与所述窃听设备之间，或者所述移动站位于所述无线接入点与所述窃听设备之间，所述方法还包括：
从所述范围的高端选择一值作为所述经改善的处理延迟。

12.  如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述窃听设备位于所述移动站与所述无线接入点之间，所述方法还包括：
从所述范围的低端选择一值作为所述经改善的处理延迟。

13.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述处理延迟估计还包括：
从各个所述恰适的窃听设备接收与在各个窃听设备处接收到的所述移动站的所述分组相关联的信号强度值；
基于所述信号强度值来界定所述窃听设备与所述移动站之间的距离。

14.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述处理延迟估计还包括：
基于在各个窃听设备处的接收信号强度来确定所述移动站与该窃听设备之间的距离的范围；
将所述移动站与各个窃听设备之间的距离估计为所述范围的中点；
基于所述估计距离使用三边测量来计算对所述移动站的所述位置的估计；
基于所述移动设备的所述估计位置来计算所述移动站与所述无线接入点、以及移动站与各个窃听设备之间的距离；以及
基于所述估计距离和所述时间差来改善所述处理估计。

15.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述处理延迟估计还包括：
基于所述移动站的先前位置来估计所述移动站与所述无线接入点之间的第一距离估计；
基于所述移动站的所述先前位置来估计所述移动站与各个窃听设备之间的第二距离估计；
基于所述第一距离估计和各个第二距离估计来确定处理延迟估计；以及
通过组合所述处理延迟估计来改善处理延迟估计。

16.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述移动站的位置还包括：
使用所述处理延迟来调整各个时间差；
通过从所述经调整的时间差减去所述无线接入点与各个窃听设备之间的距离来确定距离差；以及
使用所述距离差执行多边测量来估计所述移动站的所述位置。

17.  一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的装置，包括：
无线收发机；
耦合到所述无线收发机的处理器；以及
耦合到所述处理器的存储器，其中所述存储器存储使所述处理器执行以下动作的可执行指令和数据：
在窃听设备处接收由所述移动站发送的初始分组，
在所述窃听设备处接收由所述无线接入点发送的响应分组，
基于所述初始分组和所述响应分组抵达时间计算时间差，以及
将所述时间差提供给定位实体。

18.  如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
测量与所述初始分组相对应的第一抵达时间，
测量与所述响应分组相对应的第二抵达时间，以及
确定所述第二和第一抵达时间之差。

19.  如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述无线接入点包括常规的无线接入点或毫微微蜂窝小区，和/或所述移动设备包括常规的移动设备。

20.  如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
确定对与所述无线接入点相关联的处理延迟的初始估计，
确定至少一个恰适的窃听设备以请求信息，以及
从各个恰适的窃听设备获得所请求的信息。

21.  如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
向所述恰适的窃听设备提供发送信息的请求，
从各个恰适的窃听设备接收时间差，所述时间差表示由所述无线接入点传送的所述分组的抵达时间与由所述移动站传送的所述分组的抵达时间之差，
基于所述接收到的时间差来改善对所述处理延迟估计的所述初始估计，以及
基于所述经改善的处理延迟和所述接收到的时间差来确定所述移动站的位置。

22.  如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
基于所述接收到的时间差来界定所述无线接入点的所述处理延迟。

23.  如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述处理延迟是由三角不等式来界定的。

24.  一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的装置，包括：
网络接口；
耦合到所述网络接口的处理器；以及
耦合到所述处理器的存储器，其中所述存储器存储使所述处理器执行以下动作的可执行指令和数据：
向恰适的窃听设备提供发送信息的请求，
从各个恰适的窃听设备接收时间差，所述时间差表示由所述无线接入点传送的分组的抵达时间与由所述移动站传送的分组的抵达时间之差，
基于所述时间差确定处理延迟估计，以及
基于所述处理延迟估计和所述接收到的时间差来确定所述移动站的位置。

25.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围。

26.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
确定所述移动设备、所述无线接入点和各个窃听设备的相对几何关系，
通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围，以及
基于所确定的相对几何关系从所述范围中选择一值。

27.  如权利要求26所述的装置，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述无线接入点位于所述移动站与所述窃听设备之间，或者所述移动站位于所述无线接入点与所述窃听设备之间，所述指令还使所述处理器：
从所述范围的高端选择一值作为经改善的处理延迟。

28.  如权利要求26所述的装置，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述窃听设备位于所述移动站与所述无线接入点之间，所述指令还使所述处理器：
从所述范围的低端选择一值作为经改善的处理延迟。

29.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
从各个所述恰适的窃听设备接收与在各个窃听设备处接收到的所述移动站的所述分组相关联的信号强度值；
基于所述信号强度值来界定所述窃听设备与所述移动站之间的距离。

30.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
基于在各个窃听设备处的接收信号强度来确定所述移动站与该窃听设备之间的距离的范围，
将所述移动站与每个窃听设备之间的距离估计为所述范围的中点，
基于所述估计距离使用三边测量来计算对所述移动站的所述位置的估计，
基于所述移动设备的所述估计位置来计算所述移动站与所述无线接入点、以及移动站与各个窃听设备之间的距离，以及
基于所述估计距离和所述时间差来改善所述处理延迟估计。

31.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
基于所述移动站的先前位置来估计所述移动站与所述无线接入点之间的第一距离估计，
基于所述移动站的所述先前位置来估计所述移动站与各个窃听设备之间的第二距离估计，
基于所述第一距离估计和各个第二距离估计来确定处理延迟估计，以及
通过组合所述处理延迟估计来改善处理延迟估计。

32.  如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述指令还使所述处理器：
使用所述处理延迟来调整各个时间差；
通过从所述经调整的时间差减去所述无线接入点与各个窃听设备之间的距离来确定距离差，以及
使用所述距离差执行多边测量来估计所述移动站的所述位置。

33.  一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的设备，包括：
用于在窃听设备处接收由所述移动站发送的初始分组的装置；
用于在所述窃听设备处接收由所述无线接入点发送的响应分组的装置；
用于基于所述初始分组和所述响应分组抵达时间计算时间差的装置；以及
用于将所述时间差提供给定位实体的装置。

34.  如权利要求33所述的设备，其特征在于，还包括：
用于测量与所述初始分组相对应的第一抵达时间的装置；
用于测量与所述响应分组相对应的第二抵达时间的装置；以及
用于确定所述第二和第一抵达时间之差的装置。

35.  一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的设备，包括：
用于向恰适的窃听设备提供发送信息的请求的装置；
用于从各个恰适的窃听设备接收时间差的装置，所述时间差表示由所述无线接入点传送的分组的抵达时间与由所述移动站传送的分组的抵达时间之差；
用于基于所述时间差确定处理延迟估计的装置；以及
用于基于所述处理延迟估计和所述时间差来确定所述移动站的位置的装置。

36.  如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的装置还包括：
用于确定所述移动设备、所述无线接入点和各个窃听设备的相对几何关系的装置；
用于通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围的装置；以及
用于基于所确定的相对几何关系从所述范围中选择一值的装置。

37.  如权利要求36所述的设备，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述无线接入点位于所述移动站与所述窃听设备之间，或者所述移动站位于所述无线接入点与所述窃听设备之间，所述设备还包括：
用于从所述范围的高端选择一值作为经改善的处理延迟的装置。

38.  如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的装置还包括：
用于从各个所述恰适的窃听设备接收与在各个窃听设备处接收到的所述移动站的所述分组相关联的信号强度值的装置；
用于基于所述信号强度值来界定所述窃听设备与所述移动站之间的距离的装置。

39.  如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的装置还包括：
用于基于在各个窃听设备处的接收信号强度来确定所述移动站与该窃听设备之间的距离的范围的装置；
用于将所述移动站与每个窃听设备之间的距离估计为所述范围的中点的装置；
用于基于所述估计距离使用三边测量来计算对所述移动站的所述位置的估计的装置；
用于基于所述移动设备的所述估计位置来计算所述移动站与所述无线接入点、以及移动站与各个窃听设备之间的距离的装置；以及
用于基于所述估计距离和所述时间差来改善所述处理延迟估计的装置。

40.  如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的装置还包括：
用于基于所述移动站的先前位置来估计所述移动站与所述无线接入点之间的第一距离估计的装置；
用于基于所述移动站的所述先前位置来估计所述移动站与各个窃听设备之间的第二距离估计的装置；
用于基于所述第一距离估计和各个第二距离估计来确定处理延迟估计的装置；以及
用于通过组合所述处理延迟估计来改善处理延迟估计的装置。

41.  如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定移动站的位置的装置还包括：
用于使用所述处理延迟估计来调整各个时间差的装置；
用于通过从所述经调整的时间差减去所述无线接入点与各个窃听设备之间的距离来确定距离差的装置；以及
用于使用所述距离差执行多边测量来估计所述移动站的所述位置的装置。

42.  一种包括指令的机器可读介质，所述指令在由机器执行时使所述机器执行操作，所述指令包括：
用于在窃听设备处接收由移动站发送的初始分组的指令；
用于在所述窃听设备处接收由无线接入点发送的响应分组的指令；
用于基于所述初始分组和所述响应分组抵达时间计算时间差的指令；以及
用于将所述时间差提供给定位实体的指令。

43.  如权利要求42所述的机器可读介质，其特征在于，还包括：
用于测量与所述初始分组相对应的第一抵达时间的指令；
用于测量与所述响应分组相对应的第二抵达时间的指令，以及
用于确定所述第二和第一抵达时间之差的指令。

44.  一种包括指令的机器可读介质，所述指令在由机器执行时使所述机器执行操作，所述指令包括：
用于向恰适的窃听设备提供发送信息的请求的指令；
用于从各个恰适的窃听设备接收时间差的指令，所述时间差表示由无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差；
用于基于所述时间差确定处理延迟估计的指令；以及
用于基于所述处理延迟估计和所述时间差来确定所述移动站的位置的指令。

45.  如权利要求44所述的机器可读介质，其特征在于，所述用于确定处理估计的指令还包括：
用于确定所述移动设备、所述无线接入点和各个窃听设备的相对几何关系的指令；
用于通过在三角不等式中使用所述接收到的时间差来确定所述处理延迟的范围的指令；以及
用于基于所确定的相对几何关系从所述范围中选择一值的指令。

46.  如权利要求45所述的机器可读介质，其特征在于，确定所述相对几何关系是基本共线的，并且所述无线接入点位于所述移动站与所述窃听设备之间，或者所述移动站位于所述无线接入点与所述窃听设备之间，所述指令还包括：
用于从所述范围的高端选择一值作为经改善的处理延迟的指令。

47.  如权利要求44所述的机器可读介质，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的指令还包括：
用于从各个所述恰适的窃听设备接收与在各个窃听设备处接收到的所述移动站的所述分组相关联的信号强度值的指令；以及
用于基于所述信号强度值来界定所述窃听设备与所述移动站之间的距离的指令。

48.  如权利要求44所述的机器可读介质，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的指令还包括：
用于基于在各个窃听设备处的接收信号强度来确定所述移动站与该窃听设备之间的距离的范围的指令；
用于将所述移动站与每个窃听设备之间的距离估计为所述范围的中点的指令；
用于基于所述估计距离使用三边测量来计算对所述移动站的所述位置的估计的指令；
用于基于所述移动设备的所述估计位置来计算所述移动站与所述无线接入点、以及移动站与各个窃听设备之间的距离的指令；以及
用于基于所述估计距离和所述时间差来改善所述处理估计的指令。

49.  如权利要求44所述的机器可读介质，其特征在于，所述用于确定处理延迟估计的指令还包括：
用于基于所述移动站的先前位置来估计所述移动站与所述无线接入点之间的第一距离估计的指令；
用于基于所述移动站的所述先前位置来估计所述移动站与各个窃听设备之间的第二距离估计的指令；
用于基于所述第一距离估计和各个第二距离估计来确定处理延迟估计的指令；以及
用于通过组合所述处理延迟估计来改善处理延迟估计的指令。

50.  如权利要求44所述的机器可读介质，其特征在于，所述用于确定移动站的位置的指令还包括：
用于使用所述处理延迟估计来调整各个时间差的指令；
用于通过从所述经调整的时间差减去所述无线接入点与各个窃听设备之间的距离来确定距离差的指令；以及
用于使用所述距离差执行多边测量来估计所述移动站的所述位置的指令。

说明书节点处理延迟的网络中心式确定
根据35 U.S.C.§119的优先权要求
本专利申请要求于2008年11月21日提交且被转让给本申请受让人并因而被明确援引纳入于此的题为“Network-Centric Determination of Node Processing Delay(节点处理延迟的网络中心式确定)”的临时申请No.61/117,020的优先权。
对共同待审的专利申请的参引
本专利申请涉及以下共同待审的美国专利申请：
Aggarwal等人的与本申请并发提交、已转让给本申请受让人并通过援引明确纳入于此的具有代理人案号No.090215的“BEACON SECTORING FOR POSITION DETERMINATION(用于定位的信标扇区化)”。
Aggarwal等人的与本申请并发提交、已转让给本申请受让人并通过援引明确纳入于此的具有代理人案号No.090334的“WIRELESS POSITION DETERMINATION USING ADJUSTED ROUND TRIP TIME MEASUREMENTS(使用经调整往返时间测量的无线定位)”。
Aggarwal等人的与本申请并发提交、已转让给本申请受让人并通过援引明确纳入于此的具有代理人案号No.090533的“WIRELESS-BASED POSITIONING ADJUSTMENTS USING A MOTION SENSOR(使用运动传感器的基于无线的定位调整)”。
Aggarwal等人的于2009年7月31日提交、已转让给本申请受让人并通过援引明确纳入于此的具有代理人案号No.090538和美国专利申请No.12/533,462的“Method and Apparatus for Two-Way Ranging(用于双向测距的方法和装置)”。
公开领域
本公开各方面一般涉及无线通信系统，尤其涉及使用网络中心式技术来确定移动站的位置。

背景
移动通信网络正处在提供与移动设备的运动和/或定位感测相关联的日益改进的能力的进程中。诸如比方与个人生产率、合作式通信、社会网络化以及数据采集有关的那些新型软件应用可利用运动和/或位置传感器来向消费者提供新特征和服务。而且，当移动设备拨出要求紧急服务的呼叫——诸如美国的911呼叫——时，各个辖区的一些管理要求可能需要网络运营商报告移动设备的位置。
在常规的数字蜂窝网络中，定位能力可由高级前向链路三边测量(AFLT)来提供。AFLT可根据无线设备对从多个基站发射的无线电信号的测得抵达时间来计算无线设备的位置。通过利用混合式定位技术已实现了对AFLT的改进，其中移动站可采用卫星定位系统(SPS)接收机。SPS接收机可提供与从由基站发射的信号得出的信息无关的位置信息。而且，通过使用常规技术组合从SPS和AFLT系统两者得出的测量值可提高位置准确度。此外，随着微机电系统(MEMS)的日益激增，小型的板载传感器可用于提供附加的相对位置、速度、加速度和/或定向信息。
基于由SPS和/或蜂窝基站提供的信号的定位技术在移动设备正在建筑物内和/或在市区环境内操作时可能遭遇困难。在这种情景中，多径和/或降级的信号强度可能会显著降低位置准确度，并且可能将“锁定时间”减慢到难以接受的长时段。这些缺点可通过利用在诸如Wi-Fi(例如，电气电子工程师协会(IEEE)802.11x标准)等现有无线数据网中使用的信号、并且使网络基础设施内的元件得出移动设备的位置信息来克服。
使网络基础设施准确地确定移动设备的位置、利用来自现有无线数据网的信号可涉及知晓由无线信号因移动设备和/或其他网络元件的等待时间而引起的精确时间延迟。此类延迟可能例如因多径和/或信号干扰的缘故而在空间上变动。而且，此类延迟可基于网络设备的类型和/或网络设备的当前联网负载而随时间改变。另外，使网络使用常规技术准确地确定位置可涉及网络内元件的精确时间同步，这在实践中可能难以完成和维护。
由此，需要能够估计处理延迟并且无需联网元件的精确时间同步的网络中心式定位办法。

概述
本发明的示例性实施例针对用于对移动站进行网络中心式定位的方法和装置。在一个实施例中，给出了一种校准无线接入点内的延迟以确定移动站的位置的方法。该方法可包括在窃听设备处接收由移动站发送的初始分组，以及在窃听设备处接收由无线接入点发送的响应分组。该方法还可包括基于初始分组和响应分组抵达时间计算时间差。该方法还可包括将时间差提供给定位实体。
在另一个实施例中，给出了一种改善对无线接入点内的延迟的校准以确定移动站的位置的方法。此实施例可包括：向恰适的窃听设备提供发送信息的请求，以及从每个恰适的窃听设备接收时间差，该时间差表示由无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差。该方法还可包括基于时间差确定处理延迟估计，以及基于处理延迟估计和接收到的时间差来确定移动站的位置。
在又一个实施例中，给出了一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的装置。该装置可包括无线收发机，连接/耦合到该无线收发机的处理器，以及耦合至该处理器的存储器。该存储器存储用于使处理器执行以下动作的可执行指令和数据：在窃听设备处接收由移动站发送的初始分组，以及在窃听设备处接收由无线接入点发送的响应分组。这些指令还可以使处理器基于初始分组和响应分组抵达时间计算时间差，以及将该时间差提供给定位实体。
在又一个实施例中，给出了一种用于校准无线接入点内的延迟并确定移动站的位置的装置。该装置可包括网络接口、耦合到网络接口的处理器、以及耦合到处理器的存储器。该处理器存储用于使处理器执行以下动作的可执行指令和数据：向恰适的窃听设备提供发送信息的请求，以及从每个恰适的窃听设备接收时间差，该时间差表示由无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差。这些指令还可以使处理器基于时间差确定处理延迟估计，以及基于处理延迟估计和接收到的时间差来确定移动站的位置。

附图简述
呈现附图是为了有助于描述本发明的实施例，并且附图是单单出于实施例的例示说明而非其限定的目的而提供的。
图1图解根据一个实施例的移动站的示例性操作环境的示图。
图2示出图解示例性窃听设备(ED)的各个组件的框图。
图3示出图解示例性定位实体(PDE)的各个组件的框图。
图4A-4D图解用于描述由ED收集和/或处理以进行网络中心式定位的时基信息的简化网络几何关系的示图。
图5示出图解用于在ED处窃听和确定信息以进行网络中心式定位的示例性方法的流程图。
图6示出图解可在后端网络内的PDE处执行的网络中心式定位方法的流程图。
图7示出图解可由驻留在局域网中的ED执行的用于窃听和进行网络中心式定位的方法的流程图。
图8示出其中可使用本公开的各种实施例来确定移动站108的位置的示例性网络几何关系的示图。
详细描述
本发明的各方面在以下涉及本发明的具体实施例的描述和相关附图中被公开。可以设计替换实施例而不脱离本发明的范围。另外，本发明的众所周知的元素不被详细描述或将被省去以便不混淆本发明的相关细节。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。同样，术语“本发明的实施例”并不要求本发明的所有实施例都包括所公开的特征、优点或操作模式。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且并非旨在限定本发明的实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，在本文中使用术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“包括”来指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组群。
进一步地，许多实施例以将由例如计算设备的元件执行的动作序列的方式进行描述。应当认识到，本文所描述的各个动作可由专用电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由正被一个或多个处理器执行的程序指令、或由两者的组合来执行。另外，本文所描述的动作序列可被认为是整体体现于任何形式的计算机可读存储介质内，该计算机可读存储介质内存储有一旦执行就将使相关联处理器执行本文所描述的功能的相应计算机指令集。因此，本发明的各个方面可以多种不同形式来体现，所有这些形式被预期落在所要求保护的主题的范围内。此外，对于本文中所描述的实施例中的每一个，任何此类实施例的相应形式在本文中可被描述为例如“配置成执行所描述动作的逻辑”。
图1是与本公开一实施例一致的与网络通信的移动站108的示例性操作环境100的示图。操作环境100可包含一个或更多个不同类型的无线通信系统和/或无线定位系统。在图1中所示的实施例中，卫星定位系统(SPS)可被用作移动站108的位置信息的独立源。移动站108可包括一个或更多个专用SPS接收机，其专门被设计成接收来自SPS卫星的用于得出地理位置信息的信号。
操作环境100还可包括后端网络(本文中也被称为回程网络)，其可以是广域网。后端网络可包括一个或更多个有线和/或无线网络，并且还可提供因特网和/或蜂窝数据网接入。后端网络还可包括一个或更多个广域网无线接入点(WAN-WAP)104，其可用于无线语音和/或数据通信，并且潜在地作为移动站108的独立位置信息的另一个源。WAN-WAP 104可被纳入可包括已知位置处的蜂窝基站的无线广域网(WWAN)、和/或诸如举例而言WiMAX(例如，802.16)等其他广域无线系统中。WWAN可进一步包括一个或更多个控制器114(诸如，举例而言基站控制器)以及用于将该WWAN与广域网118互连的网关120。其他已知网络组件也可被包括但出于简化目的而未在图1中示出。通常，WWAN内的每个WAN-WAP 104a-104c可从固定的已知位置操作，并且在较大的城区和/或地方性区域提供网络覆盖。
后端网络还可包括单独的定位实体(PDE)112，其可连接到广域网118。后端网络还可包括用于将局域网互连到广域网118的互连网络116。网络116可以是如图1中所示的有线网络，然而在其他实施例中，其可以整体地或部分地为无线网络。而且，各种实施例可具有安置在后端网络的另一部分中的PDE功能。
操作环境100还可包括无线局域网(WLAN)。WLAN可包括一个或更多个局域网无线接入点(LAN-WAP)106(其中出于简化目的在图1中仅示出一个)、以及一个或更多个其他窃听设备(ED)110。WLAN可被用于无线语音和/或数据通信，以及用作位置数据的另一个独立源。LAN-WAP 106可用无线或有线方式连接到后端网络。当处于射程中时，移动站108可与LAN-WAP106无线地交换分组。在将于本公开的后续章节中描述的各种实施例中，每个ED 1101-N可接收由LAN-WAP 106和移动站108发送的分组而不必与任一个设备相关联。ED 1101-N的这种接收模式在本文中被称为“窃听”，并且可被用作用于确定移动站的位置的网络中心式过程的一部分。WLAN通常可在建筑物中操作并且在比WWAN更小的地理地区上执行通信，并且其可根据Wi-Fi网络(IEEE 802.11x)、蓝牙网络、毫微微蜂窝小区等的协议来操作。
移动站108可从SPS发射机102、WAN-WAP 104、和/或LAN-WAP 106中的任一个或其组合得到其他独立位置信息。前述系统中的每一个可使用不同的技术提供对移动站108的位置的独立估计。在一些实施例中，移动站108可组合从不同类型的接入点中的每一个得出的解。接入点可包括常规WLAN接入点、毫微微蜂窝小区、WiMax设备、蓝牙设备等。在以下章节中，将简明地给出用于常规地确定移动站108的位置的细节。
进一步参照图1，移动站108可代表任何类型的便携式无线设备。由此，作为示例而非限制，移动站108可包括无线电设备、蜂窝电话设备、计算设备、个人通信系统(PCS)设备、个人数字助理(PDA)、个人信息管理器(PIM)、膝上型设备或其他合适的例如能够接收无线通信和/或导航信号的移动设备。术语“移动站”还旨在包括诸如通过短程无线、红外、有线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通信的设备，不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置相关处理是发生在该设备上还是在PND上。“移动站”旨在包括能够诸如经由因特网、Wi-Fi、或其他网络与服务器通信的所有设备，包括无线通信设备、计算机、膝上型设备等，而不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或定位相关处理是发生在该设备上、服务器上、还是与网络相关联的另一个设备上。以上的任何可操作组合也被认为是“移动站”。
如本文中所使用的，术语“无线设备”可指代可通过网络传输信息并且还可具有定位和/或导航功能的任何类型的无线通信设备。无线设备可以是任何蜂窝移动终端、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备、膝上型设备、个人数字助理或任何其他能够接收和处理网络和/或SPS信号的合适的移动设备。
当使用SPS得出位置数据时，移动站108可利用专门被设计为与SPS联用的接收机，该接收机使用常规技术从由可用SPS发射机102发射的多个信号提取位置。这些发射机可被定位成使得各实体能够至少部分地基于从这些发射机接收到的信号来确定其在地球上或上空的位置。如此的发射机通常发射用一组数个码片的重复伪随机噪声(PN)码作标记的信号，并且可位于基于地面的控制站、用户装备和/或空间飞行器上。在具体示例中，此类发射机可位于地球轨道人造卫星(SV)上。例如，诸如全球定位系统(GPS)、Galileo、Glonass或Compass(北斗)等全球卫星导航系统(GNSS)的星座中的SV可发射用可与由星座中的其它SV所发射的PN码区分开的PN码(例如，如在GPS中对每个卫星使用不同PN码或者如在Glonass中在不同频率上使用相同的码)作标记的信号。根据某些方面，本文给出的技术不限于用于SPS的全球系统(例如，GNSS)。例如，本文所提供的这些技术可应用于或另外实现用于各种区域性系统，比方诸如日本上空的准天顶卫星系统(QZSS)、印度上空的印度区域卫星导航系统(IRNSS)、中国上空的北斗(Beidou)等，和/或与一个或多个全球和/或区域性卫星导航系统相关联或另外实现与之联用的各种扩增系统(例如，基于卫星的扩增系统(SBAS))。作为示例而非限制，SBAS可包括提供完整性信息、差分校正等的扩增系统，比方诸如广域扩增系统(WAAS)、欧洲对地静止导航覆盖服务(EGNOS)、多功能卫星扩增系统(MSAS)、GPS辅助Geo(对地静止)扩增导航、或GPS和Geo扩增导航系统(GAGAN)和/或其他。因此，如本文所使用的，SPS可包括一个或多个全球和/或区域性导航卫星系统和/或扩增系统的任何组合，且SPS信号可包括SPS、类SPS信号和/或其他与一个或多个SPS相关联的信号。
此外，所公开的方法和装置可与利用伪卫星(pseudolite)或卫星与伪卫星组合的定位系统一起使用。伪卫星是广播被调制在L带(或其他频率)载波信号上的PN码或其他测距码(类似于GPS或CDMA蜂窝信号)的基于地面的发射机，该载波信号可以与例如GPS时间同步。每一个这样的发射机可以被指派唯一性的PN码从而准许被远程接收机标识。伪卫星在其中来自环地轨道卫星的GPS信号可能不可用的境况中是有用的，诸如在隧道、矿区、建筑、市区峡谷或其他封闭地区中。伪卫星的另一种实现被公知为无线电信标。如本文中所使用的术语“卫星”旨在包括伪卫星、伪卫星的等效物、以及可能的其他。如本文所使用的术语“PS信号”旨在包括来自伪卫星或伪卫星的等价物的类SPS信号。当从WWAN得到位置时，每个WAN-WAP 104a-104c可采用数字蜂窝网络内的基站的形式，并且移动站108可包括蜂窝收发机和能利用基站信号来得出位置的处理器。应理解，数字蜂窝网络可包括图1中所示的附加基站或其他资源。虽然WAN-WAP 104可以是实际上可移动的或以其他方式能够被重定位，但出于解说的目的，将假定它们实质上被安排在固定位置。移动站108还可使用诸如举例而言高级前向链路三边测量(AFLT)等常规抵达时间技术来执行定位。在其他实施例中，每个WAN-WAP 104a-104c可采用WiMax无线联网基站的形式。在这种情形中，移动站108可根据由这些WAN-WAP 104提供的信号使用抵达时间(TOA)技术来确定其位置。移动站108可使用常规的TOA技术或者以独立模式或者使用独立定位服务器(未示出)和广域网118的辅助来定位。注意，本公开的各实施例可包括使移动站108使用不同类型的WAN-WAP 104来确定位置信息。例如，一些WAN-WAP 104可以是蜂窝基站，而其他一些WAN-WAP可以是WiMax基站。在此类操作环境中，移动站108可以有能力利用来自各不同类型的WAN-WAP的信号，并且进一步组合所得出的位置解以提高准确度。
当基于使用WLAN的常规技术来得出移动站的独立位置信息时，移动站108可在定位服务器(未示出)和广域网118的辅助下利用抵达时间和/或信号强度技术。常规的定位技术也可联合各种其他无线通信网络来使用，诸如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线私域网(WPAN)，等等。
术语“网络”和“系统”往往被可互换地使用。WWAN可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)网络、WiMax(IEEE 802.16)网络等等。CDMA网络可实现诸如cdma2000、宽带CDMA(W-CDMA)等一种或多种无线电接入技术(RAT)。Cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可实现全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)、或其他某种RAT。GSM和W-CDMA在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。Cdma2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN可以是IEEE 802.11x网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x、或其他某种类型的网络。这些技术也可用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。
以上描述的定位技术以及任何其他已知的常规定位方法可联合各种网络中心式定位实施例使用以提高准确度和/或性能。将在本描述的后续章节中更详细地描述可利用常规确定的定位信息的网络中心式实施例。
移动站的网络中心式定位
根据一些实施例，移动站108的位置可通过收集与LAN-WAP 106和移动站108之间的分组交换相关联的信息来确定。此信息可由一个或更多个窃听设备(ED)1101-N收集并进行最初处理。随后，此信息可在网络116和118上被发送给定位实体(PDE)112，以便确定移动站108的位置。
进一步参照图1，在一个实施例中，移动站108可向LAN-WAP 106发送初始无线分组(例如，被示为单播探测分组PR)。应该认识到，本文中描述的实施例不限于使用探测分组，而是可使用被定向到LAN-WAP 106的任何单播分组。此初始无线分组可由LAN-WAP 106在WLAN上接收，并在与LAN-WAP的处理时间相对应的延迟(下文称为“处理延迟”)之后，LAN-WAP106可向移动站108发送回响应分组(例如，在图1中被示为AK分组)。各自具有后端网络已知的和/或可由其确定的位置的多个ED 110可接收由移动站108传送的初始分组以及由LAN-WAP 106传送的响应分组。这些分组被视为已通过“窃听”确定，因为LAN-WAP 106和移动站108皆不“知晓”其被ED 110接收。每个ED 110k最初可测量初始分组及其相关联响应的抵达时间、信号强度、和/或其他信息。使用抵达时间信息，每个ED 110k还可进一步确定对LAN-WAP的处理延迟的粗略估计。测得的时基、估计的处理延迟、和/或其他信息可被协调并被后端网络收集以供PDE 112处理。使用所收集的信息，并且通过知晓LAN-WAP 106和ED 110的位置，PDE 112就能准确地计算距离差集合。每个距离差可作为LAN-WAP 106与移动站之间的距离减去每个ED 110k与移动站之间的距离来计算。根据该距离差集合，PDE 112就可计算移动站108的位置。例如，在描述图4A的后续章节中提供定位过程的更多细节。
在其他实施例中，PDE的功能可以不是发生在如图1中所示的分开实体中，而是发生在系统100中的其他某处。例如，在一个实施例中，后端网络中诸如控制器114等其他元件可执行协调和定位功能。在另一个实施例中，此功能可被结合到ED 1101-N中的任一个之中，因此ED内的一个或更多个软件模块可被视为定位实体。
由于信息收集和后续处理可以不发生在LAN-WAP 106和移动站108中，因此这些设备不需要新功能。相应地，各种实施例可具有利用传统LAN-WAP和移动站的优点，因为与定位相关联的新功能可由ED 110和/或后端网络来执行。而且，由于后端网络可依赖于时间差来计算移动站的位置，因此可消除任意时基偏移量，由此可避免各ED 110之间的时钟同步。
图2是图解示例性窃听设备(ED)110k的各个组件的框图。出于简化的目的，图2的框图中例示的各种特征和功能使用公共总线被连接在一起，这意在表示这各种特征和功能被可操作地耦合在一起。本领域技术人员将认识到，可按需提供并适配其他连接、机制、特征、功能等以可操作地耦合并配置真正的便携式无线设备。此外，还将认识到，图2的示例中例示的这些特征或功能中的一个或更多个可被进一步细分，或者图2中例示的这些特征或功能中的两个或更多个可被组合。
ED 110k可以是能够窃听LAN-WAP 106与移动站108之间的无线网络话务、执行时基测量和/或处理时基延迟运算、并与后端网络通过接口连接的任何网络设备/实体。为此，ED可以是例如具有用于执行时基处理和/或处理延迟运算的固件、软件、和/或硬件变体的局域网无线接入点(LAN-WAP)。在其他实施例中，ED可以是专用网络设备、以对等模式操作的另一个移动站、个人计算机或服务器、膝上型设备、智能笔记本、上网本和/或手持式计算机、路由器、交换机、和/或其它任何组合。如本文中所使用的，ED 110k可以是可具有窃听WLAN内的无线信号并与后端网络通传信息的能力的任何固定设备、便携式和/或可移动设备。
ED 110k可包括一个或更多个可与一个或更多个天线202通过接口连接的广域网收发机204，天线202可被配置成在合适的无线频带上发射和/或接收。广域网收发机204可包括用于与WAN-WAP 104通信和/或检测去往/来自WAN-WAP 104的信号的合适设备、硬件、固件和/或软件。广域网收发机204还可直接与后端网络内的有线和/或无线设备通信。在一个方面，广域网收发机204可包括适于与无线基站的CDMA网络通信的CDMA通信系统；然而，在其他方面，无线通信系统可包括另一类型的蜂窝电话网络，诸如比方TDMA或GSM。另外，可使用任何其他类型的无线联网技术，比方WiMax(IEEE 802.16)等。
ED 110k还可包括一个或更多个可以是无线和/或有线的局域网收发机206，并且可连接到/耦合到一个或更多个天线202和/或标准端口(例如，以太网——未示出)以便与后端网络通信(例如，包括有线网络116和/或WAN 118)。局域网收发机206可包括用于与LAN-WAP 106、移动站108、其他ED通信和/或检测去往/来自LAN-WAP 106、移动站108、其他ED的信号、和/或与网络内的其他无线设备直接通信的合适设备、硬件和/或软件。通常，就是此无线收发机可用于窃听移动站108与LAN-WAP 106之间的分组交换。在一个方面，局域网收发机206可包括适于与一个或更多个无线接入点通信的Wi-Fi(IEEE 802.11x)通信系统；然而，在其他方面，局域网收发机206可包括另一类型的无线局域网、无线个域网(例如，蓝牙)等。另外，可使用任何其他类型的局部无线联网技术，比方超宽带、ZigBee、无线USB等。
在各种实施例中，ED 110k可以是固定的，并且ED 110k的位置可以是被后端网络预先知晓的。例如，PDE 112可在通过网络118接收到每个ED 110k的位置后存储之。在其他任选实施例中，一个或更多个ED 110可以并非是固定的，并且由此可用任何常规方式来跟踪它们以便确定其位置。相应地，当ED不固定时，其除了平常提供给PDE 112的信息外可包括其位置。如图2中所示，任选的卫星定位系统(SPS)接收机208(以点线示出)可被包括在ED 110k中以跟踪其移动。SPS接收机208可被连接/耦合至一个或多个用于接收卫星信号的天线202，且可包括任何用于接收和处理SPS信号的合适硬件和/或软件。
在其他实施例中，任选的运动传感器212(以点线示出)可被耦合到处理器210以提供与从广域网收发机204、局域网收发机206和SPS接收机208接收到的信号得出的运动数据无关的相对移动和/或定向信息。作为示例而非限制，运动传感器212可利用加速度计(例如，MEMS设备)、陀螺仪、地磁传感器(例如，指南针)、高度计(例如，气压高度计)、和/或任何其它类型的运动检测传感器。此外，运动传感器212可包括多个不同类型的设备，并组合其输出来提供运动信息。
处理器210可以被连接/耦合到广域网收发机204、局域网收发机206、以及可任选的SPS接收机208和/或运动传感器212。处理器210可包括例如一个或更多个提供处理功能以及其他运算和控制功能的微处理器、微控制器、控制器、ASIC、和/或数字信号处理器。处理器210还可包括用于存储用来执行ED内的编程功能的数据和软件指令的存储器214。存储器214可以是板载在处理器210上(例如，在同一IC封装内)，和/或该存储器可以是处理器的外部存储器并在功能上通过数据总线来耦合。
数个软件模块和/或数据表可驻留在存储器214中并被处理器210用来管理通信和/或定位功能。如此处所解说的，在存储器214内，ED 110k还可包括或以其他方式提供抵达时间差确定模块216。抵达时间差确定模块216可确定窃听到的源自移动站和LAN-WAP的分组的抵达时间，并随后确定抵达时间的差异。这可以通过使用运行的定时器并记录探测和响应分组的抵达时间、随后缓冲其差异、然后将此信息在后端网络上发送给PDE 112来完成。
在另一个实施例中，其中ED 110k还可执行定位实体的功能，存储器还可包括以下任选模块(如以点线示出的)：处理延迟估计模块215、协调模块218、处理延迟改善模块220、以及定位模块222。协调模块可询问一个或更多个合适的ED 1101-N并指令它们提供信息(例如，初始单播分组和确认分组抵达时间、这些分组之间的抵达时间差、任选的ED位置数据等)。此信息可被提供给处理延迟估计模块215，后者可计算对因LAN-WAP 106处理传入单播分组并提供诸如确认分组等合适响应所花费的处理时间量所引入的时间延迟的初始估计。该估计可由处理延迟改善模块220改善以改善与LAN-WAP 106相关联的处理延迟估计。一旦确定了处理延迟估计，其可在定位模块222中被用于使用已知技术(例如，多边测量)来确定对移动站的估计。在此实施例中，这些任选模块的任何组合可被视为在ED 110k中实施的定位实体的软件实现。
虽然图2中所示的模块在该示例中被例示为包含在存储器214中，但应认识到，在某些实现中，可使用其他或附加机制来提供或以其他方式可操作地安排此类过程。例如，处理延迟估计模块215、处理延迟改善模块220、定位模块222、协调模块218、和/或抵达时间差确定模块216中的全部或部分可用固件来提供。此外，虽然在此示例中处理延迟估计模块215和处理延迟改善模块220被例示为独立的功能部件，但应认识到，例如此类过程可被一起组合成一个过程或可与其他过程相组合，或者以其他方式被分成多个过程。
在一些实施例中，例如，当ED 110k是膝上型设备或甚至是第二基站时(在使用对等联网的情形中)，ED 110k可任选地包括用户接口250，该用户接口250可提供任何合适的允许用户交互的接口系统，例如话筒/扬声器252、按键板254、和/或显示器256(全部以虚线示出)。话筒/扬声器252可使用广域网收发机204和/或局域网收发机206提供语音通信服务。按键板254可包括供用户输入用的任何合适的按钮。显示器256可包括任何合适的显示器，诸如比方背光LCD显示器，并且还可包括用于附加用户输入模式的触摸屏显示器。
图3是图解定位实体(PDE)112的一个示例性实施例的框图。该定位实体可以是驻留在后端网络内的单独设备。其可以协调对由恰适ED提供的信息(使用窃听到的来自LAN-WAP 106和移动站108的分组确定的)的接收，并进一步组合和处理接收到的信息以确定移动站108的位置。一旦确定了移动站108的位置，其即可经由后端网络被提供给移动站108和/或ED 110中的任一个。当驻留在后端网络上时，ED通常可以是图3中例示的固定服务器。然而，如以上在图2的描述中解释的，在一些实施例中，PDE 112的功能可被任选地结合到ED 110中的一个(或更多个)当中。
出于简化的目的，图3的框图中例示的各种功能部件和功能使用公共总线被连接在一起，这意在表示这各种功能部件和功能被可操作地耦合在一起。本领域技术人员将认识到，可按需提供并适配其他连接、机制、特征、功能等以可操作地耦合并配置实际设备。此外，还将认识到，图3的示例中例示的这些功能部件或功能中的一个或更多个可被进一步细分，或者图3中例示的这些功能部件或功能中的两个或更多个可被组合。
PDE 112可包括用于在WAN和/或LAN上通信的可以是有线和/或无线的网络接口305。在一个实施例中，PDE 112可经由WAN 118与后端网络中的其他网络元件通信，这可包括经由网关120与WWAN的通信。PDE还可以使用网络接口305在WAN 118和/或互连网络116上通信来与一个或更多个ED 110交换信息。网络接口305可利用任何已知的有线联网技术(例如，以太网)和/或无线技术(例如，Wi-Fi(IEEE 802.11x))。
处理器310可以连接/耦合到网络接口305、用户接口315和存储器320。处理器310可包括一个或更多个提供处理功能以及其他运算和控制功能的微处理器、微控制器、和/或数字信号处理器。处理器310可访问存储器320以读/写用于执行编程功能的数据和/或软件指令。存储器320可以是板载在处理器310上(例如，在同一IC封装内)，和/或该存储器可以是处理器的外部存储器并在功能上通过数据总线来耦合。
数个软件模块和/或数据表可驻留在存储器320中并被处理器310用来管理ED协调和/或定位功能两者。如此处例示的，在存储器320内，PDE 112还可包括或以其他方式提供协调模块325、处理延迟确定模块330、以及定位模块335。协调模块325可询问一个或更多个合适的ED 110并指令它们提供信息以便于定位移动站108。在由PDE 112请求时，每个ED 110k可提供例如分别来自移动站108和LAN-WAP 106的探测和确认分组抵达时间、由与LAN-WAP 106相关联的每个LAN-WAP 106计算出来的处理延迟估计、任选的ED 110k位置数据等。一旦此信息被PDE 112接收到，协调模块325即可执行进一步处理并随后将该信息传递给处理延迟确定模块330。处理延迟确定模块可利用并组合接收到的信息以确定经改善的与LAN-WAP 106相关联的处理延迟估计。一旦确定了该经改善的处理延迟估计，其即可在定位模块335中连同在每个ED 110k处接收到的探测和确认分组的抵达时间距离、每个ED 110k的位置、以及LAN-WAP 106的位置一起被用于使用诸如多边测量等已知技术来计算对移动站108的估计。
虽然图3中所示的软件模块在该示例中被例示为包含在存储器320中，但应认识到，在某些实现中，可使用其他或附加机制来提供或以其他方式可操作地安排此类过程。例如，协调模块325、处理延迟确定模块330、和/或定位模块335中的全部或部分可用固件来提供。此外，虽然在图3中这些模块被示为截然不同的实体，但是应理解，例如所例示的模块可一起被组合成一个过程，或者可与未图解的其他模块组合、或者以其他方式被进一步划分成不同的过程组。
图4A示出简化网络几何关系的示图，以解说由ED 110k收集的信息可如何被用于辅助进行对移动站108的定位。ED 110k(其中k＝1，2，...，N)可以是如图1中所示的窃听设备ED 1101-N中的任一个。虽然图4A中描绘的示例性几何关系是以二维示出的，但是应领会，本文中描述的实施例可被扩展成在三维中操作。另外，虽然仅例示了一个LAN-WAP 106，但是移动站108可与多个LAN-WAP通信。最后，虽然图4A中仅示出一个ED 110k，但是通常可存在散布在移动站108和LAN-WAP的无线射程内的感兴趣区域上的多个ED，以便获得从多个不同几何关系中收集的窃听到的分组。
在操作期间，移动站108可向LAN-WAP 106发起分组传输(其可以是单播探测分组(PR))。LAN-WAP随后可接收并处理该分组。在与处理时间相对应的处理延迟Δ之后，LAN-WAP 106可作为响应向移动站108传送响应分组(AK)。关于处理延迟Δ的准确知识通常可能不是预先知晓的。在一些实例中，处理延迟Δ对于每个分组交换可以是恒定的。在其他实现中，处理延迟可针对每个分组交换而变动。此外，处理延迟Δ可具有宽范围的不定性。如以下将详细地示出的，处理延迟Δ可联合其他信息一起用于准确地确定移动站108的位置。相应地，本文中包括的各实施例描述了供网络用来准确地估计处理延迟Δ的技术集合。
如图4A中所示，移动站108可被定位在位置(x0，y0)处，并与可位于(x1，y1)处的LAN-WAP 106交换分组。可位于(xk，yk)处的ED 110k可窃听由LAN-WAP106和移动站108两者发送的分组。给定此相对几何关系，移动站108与LAN-WAP 106之间的距离可表达为d0；移动站108与ED 110k之间的距离可表达为d0k；LAN-WAP 106与ED 110k之间的距离可表达为d1k。为了简化以下给出的数学符号，这些距离可用英尺(ft)来表达，而与之相关联的时间可用纳秒(ns)来表达，因此编码这些分组的电磁信号的传播速度在自由空间中可被近似为1ft/ns。
相应地，Tk，0是从移动站108发送的分组抵达ED 110k的时间(ns)，Tk，1是来自LAN-WAP 106的分组抵达ED 110k的时间(ns)，T(ns)是ED 110k处的任意时钟时基偏移量，而Δ(ns)是由LAN-WAP 106引入的未知处理延迟。
在ED 110k处，来自移动站108的分组抵达ED 110k的时间Tk，0可表达为：
Tk，0＝T+d0k...(1)
此外，在ED 110k处，来自LAN-WAP 106的分组抵达ED 110k的时间Tk，1可表达为：
Tk，1＝T+d0+Δ+d1k...(2)
ED 110k可计算时间差如下：
Tk＝Tk，1-Tk，0...(3)
作为无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差的此值Tk可被提供给后端网络(例如，PDE 112)以用于移动站108的定位。为了使用此时间差来确定距离，可对定位使用称为多边测量的已知技术。也可被称为双曲线定位的多边测量是通过准确地计算由一物体提供的信号至两个或更多个接收机的距离差来定位该对象的过程。
多边测量所需的距离差可由下式给出：
d0-d0k＝Tk-d1k-Δ...(4)
网络可能知晓距离d1k，例如，如果LAN-WAP 106和ED 110k都处于固定的已知位置(或使用诸如举例而言SPS定位等常规技术跟踪)。由此，一旦估计出处理延迟Δ，网络就可计算距离差d0-d0k。
根据式(4)，处理延迟Δ可表达为：
Δ＝Tk-(d0+d1k-d0k)...(5)
通过基于三角不等式限制对Δ的界限可获得对处理延迟的第一估计(其可任选地由ED 110k计算)，并且其可由下式来表达：
0≤d0+d1k-d0k≤2d1k...(6)
Tk-2d1k≤Δ≤Tk...(7)
由于如图1中所示的网络几何关系100通常可采用多个EDs 1101-N，因此处理延迟Δ可通过协调和组合由各恰适ED(例如，具有来自移动站108和LAN-WAP 106两者的合理信号强度的ED)接收到的和/或计算出来的信息来改善。协调和/或组合操作可在后端网络处进行(例如，PDE 112处)以确定对Δ的改善估计，并由此确定移动站108的准确位置。
例如，给定ED 110k，k＝1，2，3，...，N，式(7)可用上限和下限的形式表达如下：
maxk=1,2,...{Tk-2d1k}≤Δ≤mink=1,2,...{Tk}...(8)]]>
然而，根据式(8)得到的处理延迟Δ可由宽范围的不定性来界定。因此，可在后端网络处或者单独或者组合地使用用于计算处理延迟Δ的其他技术来改进对处理延迟Δ的估计。移动站108的位置的确定可包括使用处理延迟调整各个时间差、通过从经调整的时间差减去无线接入点与各个窃听设备之间的距离来确定距离差、并使用这些距离差执行多边测量来估计移动站108的位置。
以下描述了数种不同技术，它们可在后端网络处采用以进一步改善处理延迟Δ并更好地估计移动站108的位置。这些技术可包括基于以下各项来改善处理延迟：对移动站108、LAN-WAP 106和ED 110k的相对几何关系的确定；ED 110k处接收到的信号强度；使用至移动站108的距离的三边测量；以及基于移动站108的先前位置来改善。
基于几何关系改善处理延迟
取决于对移动站108、每个ED 110k和LAN-WAP 106的相对位置的确定，可作出某些假设以改进对处理延迟Δ的估计。图4B、4C和4D图解了其中作出不同假设以改善Δ的若干不同相对几何关系。
在一个示例中，如图4B中所示，移动站108、LAN-WAP 106和ED 110k可几乎共线，其中LAN-WAP 106在移动站108与ED 110k之间。由图4B例示的此场景可发生在具有密集安置的ED 1101-N和/或LAN-WAP的区域中。
因此，根据式(5)，处理延迟可由以下表达式来计算：
Δ＝Tk-(d0+d1k-d0k)≈Tk...(9)
相应地，如从图4B可见，由于d0k大致等于d0+d1k，因此式(9)中的距离量可趋向于消去。因此，处理延迟Δ很可能处于式(8)中表达的范围的较高端，对于密集部署尤其如此。
在另一个示例中，如图4C中所示，移动站108、LAN-WAP 106和ED 110k可几乎共线，其中移动站108在LAN-WAP 106与ED 110k之间。如上所述，由图4C例示的场景可发生在具有密集安置的ED 1101-N和/或LAN-WAP的区域中。
如果ED 110k还充当网络几何关系中的另一个LAN-WAP，则可假设移动站108可能更靠近LAN-WAP 106，否则其将与ED/LAN-WAP 110k相关联。相应地，给定这些假设，下式可成立：
d0≤d0k...(10)
因此，根据式(5)，处理延迟可由以下表达式来计算：
Δ＝Tk-(d0+d1k-d0k)≥Tk-d1k...(11)
在这种情景中，处理延迟Δ很可能处于如式(8)中示出的范围的较高端。
在图4D中所示的又一示例中，当移动站108、LAN-WAP 106和ED 110k几乎共线、其中ED 110k基本上在当中时可出现式(8)中示出的容许范围的较低端。相应地，如从图4C可见地，在这种情景中，d0大致等于d0k+d1k。考虑到这一点并相应地修改式(5)，处理延迟Δ可表达如下：
Δ＝Tk-(d0+d1k-d0k)≈Tk-2d1k ...(12)
然而，如果ED 110k还担当LAN-WAP，则很可能就不是这种情形，因为移动站108将有可能不与LAN-WAP 106相关联，这是由于ED/LAN-WAP 110k更近。相应地，对于其中ED还担当LAN-WAP的实施例，处理延迟Δ很可能处于式(8)中表达的范围的较高端，对于密集部署尤其如此。
基于信号强度改善处理延迟
在一些实施例中，ED 110k与每个信号源之间的距离可基于将距离与接收信号强度(例如，RSSI)相关的模型来改善。此类模型在纳入本文的具有代理人案号No.090334的相关专利申请“WIRELESS POSITION DETERMINATION USING ADJUSTED ROUND TRIP TIME MEASUREMENTS(使用经调整的往返时间测量的无线定位)”中描述。
例如，移动站108与ED 110k之间的距离可由可以是在后端网络内估计的下式来界定。
Rk，min≤d0k≤Rk，max ...(13)
后端网络还可以假设移动站108落在LAN-WAP 106的无线电射程内，由此可假设以下范围。
Rmin≤d0≤Rmax ...(14)
应理解，ED 110k不能估计在LAN-WAP 106或移动站108处看到的RSSI。相应地，此范围估计可以是基于用于移动站108与LAN-WAP 106之间的分组的数据率的。越高的数据率一般可指示移动站108越靠近LAN-WAP 106。
最后，如果ED 110k也执行LAN-WAP功能，则在基于知晓移动站如何在LAN-WAP之间换手的一些因素的情况下，后端网络可假设移动站与靠近ED/LAN-WAP 110k相比可能更靠近LAN-WAP 106。数学上，这可以由下式来表示。
d0≤d0k+fH(d1k)...(15)
在式(15)中，函数fH(·)是可基于常规模型将换手行为与距离相关的函数。
基于三边测量改善处理延迟
如以上提及的，存在将信号强度测量值(例如，RSSI)与距离相关的模型。此类模型可由后端网络用来估计对移动站108与每个ED 110k之间的距离的界限。数学上，这些界限可以由下式来表示。
Rk，min≤d0，k≤Rk，max ...(16)
一旦使用信号强度模型确定了这些界限，对于每个恰适ED 110k，可将每个距离估计为式(16)中范围的中点。给定这些范围，后端网络可使用常规的三边测量技术以恰适的距离来估计移动站108的位置。一旦确定了移动站的位置，即可计算一组近似距离k＝1，...N，连同至LAN-WAP的近似距离此估计的距离可在使用后续三边测量操作后来进一步迭代，以改善距离估计。这些技术在纳入本文的具有代理人案号No.090334的相关专利申请“WIRELESS POSITION DETERMINATION USING ADJUSTED ROUND TRIP TIME MEASUREMENTS(使用经调整的往返时间测量的无线定位)”中进行了讨论。
一旦确定了距离估计，移动站108的估计位置随后可被用于使用下式改善处理延迟：
Δ=mean(Tk-(d^0+d1k-d^0k))...(17)]]>
后端网络随后可使用多边测量算法连同如式(17)中计算的经改善的处理延迟Δ来确定移动站108的更准确位置。
基于先前位置改善处理延迟
用于改善处理延迟Δ的另一种技术是使后端网络利用移动站108的先前位置来确定移动站108的当前位置。在此示例性实施例中，后端网络112可能先前已计算了移动站108的位置。此外，移动站108的先前位置可能是优质估计，这取决于其速度和自确定先前位置起流逝了多长时间，例如在徒步速度下的几秒。在这种情景中，移动站108很可能尚未移动显著距离，由此使得移动站的先前位置对于改善处理延迟Δ而言是有用的。例如，可基于移动站108的先前位置来计算移动站108与LAN-WAP之间的第一距离估计，并且可基于移动站108的先前位置来计算移动站108与ED之间的第二距离估计。
更具体地，移动站108的先前位置可被用于通过以下表达式估计每个LAN-WAP的处理延迟Δk：
Δk≈Tk-(d0，old+d1k-d0k，old)...(18)
此后，每个ED 110k得到的处理延迟Δk的值可被取平均以获得对处理延迟的新估计Δavg，如由下式表达的：
Δavg≡{Δ1+Δ2+...ΔN}/N...(19)
此外，如式(19)表达的对处理延迟的新估计Δavg可满足由三角不等式表达的界限。例如，式(8)中示出的三角不等式表示对于k＝1，2，3...，N，经改善的处理延迟Δavg将很可能在以下范围中：max{Tk-2d1k}≤Δavg≤min{Tk}。
此后，移动站108的位置可使用处理延迟Δavg经由常规的多边测量技术来计算。
图5示出图解可在ED 110k处执行的方法的示例性流程图500。该方法可开始于接收由移动站108发送的初始分组(505)。初始分组可以是定向到LAN-WAP 106的单播探测分组(PR)，但可以使用其他类型的分组。ED 110k随后可接收由LAN-WAP 106发送的分组，其是响应(AK)于初始PR分组而发送的(510)。ED 110k接收到的分组通常不是旨在给此设备的，并且移动站和/或LAN-WAP 106不“知晓”这些分组被ED 110k窃听。而且，来自LAN-WAP 106和/或移动站108的每个分组可通过将其与该分组中包括的任何形式的标识信息(诸如，举例而言MAC地址)相关联来标识。另外，ED 110k可记录其接收到的每个分组的信号强度并进一步将该强度与该分组的标识信息相关联。
ED 110k随后可使用PR和AK分组的抵达时间来计算时间差(515)。在另一个实施例中，ED 110k可任选地使用计算出来的时间差和关于LAN-WAP 106与ED 110k之间的距离(d1k)的知识，使用式(5)来计算对处理延迟Δ的初始估计(未示出)。ED 110k随后可将计算出来的时间差提供给定位实体(520)。此外，ED 110k还可提供与从移动站和/或LAN-WAP 106接收到的分组相关联的信号强度。
图6图解示例性流程图600，其图解了可在PDE 112处与后端网络执行的方法。PDE 112可首先初始化与网络几何关系中的LAN-WAP和各个ED 110k相关联的参数(605)。这可包括或者通过网络从数据库获得这些实体的位置——若这些实体是固定的，或者在它们不是固定的情形中从这些实体自身获得动态定位。PDE 112随后可协调各ED 1101-N之间的活动，这可包括确定恰适的ED 110k以从其获得信息，并随后请求恰适的窃听设备向PDE 112发送信息(610)。如以上提及的，此信息可包括时间差、初始处理延迟估计、信号强度等。恰适的ED 110k可以是基于其相对于移动站108的相对几何关系和/或其他因素能够从移动站108接收到充足信号的ED。PDE 112随后可从各个恰适的窃听设备接收时间差，该时间差表示由无线接入点传送的分组的抵达时间与由移动站传送的分组的抵达时间之差(615)。
PDE 112随后可确定各个LAN-WAP 106的经改善的处理延迟估计。经改善的处理延迟估计可以是使用以上描述的处理延迟改善办法中的一种或更多种基于初始处理延迟估计、时间差、信号强度和/或其他信息获得的(620)。PDE 112随后可使用常规的多边测量技术基于经改善的处理延迟估计以及接收到的时间差来确定移动站108的位置(625)。
图7示出图解可由ED 110k执行的方法的示例性流程图700，ED 110k还可估计和改善处理延迟并确定移动站108的位置(例如，还执行PDE 112的功能)。ED 110k可首先接收(窃听)由移动站108发送的单播分组(705)。ED 110k随后可接收(窃听)由LAN-WAP 106发送的响应分组(710)。ED 110k随后确定该探测和确认分组的抵达时间差(715)。ED 110k还可确定对与LAN-WAP 106相关联的处理延迟的初始估计(720)。
这时，ED 110k随后可如以上描述地执行独立PDE 112的功能，这可包括最初确定从其获得信息的其他恰适ED 110，并随后发送使恰适ED 110发送信息的请求(725)。ED 110k随后可从每个恰适的窃听设备接收时间差，该时间差表示由无线接入点传送的分组与由移动站传送的分组的抵达时间之差。此外，ED 110k还可接收与接收到的分组相关联的信号强度信息。ED 110k还可改善与无线接入点相关联的处理延迟估计(730)。一旦获得了此信息，ED 110k随后就可基于经改善的处理延迟估计以及接收到的时间差来确定移动站108的位置(735)。
图8示出其中可使用本公开的实施例来确定移动站108的位置的示例性网络几何关系的示图。参照图8，在地形地图上定位ED 1101-N、LAN-WAP 106和移动站108。地形地图的尺寸大致为300英尺×300英尺。移动站108可与LAN-WAP 106交换分组，这些分组可被ED 1101-3接收到。然而，在此示例中，ED 110N可能落在移动站108的射程之外。
此外，移动站108可被定位在位置(181，71)。LAN-WAP 106可被定位在位置(150，150)；ED 1101可被定位在位置(100，0)；ED 1102可被定位在位置(0，150)；ED 1103可被定位在位置(300，100)；而ED 110N可被定位在位置(200，300)。结果，从移动站108到LAN-WAP 106的距离d0等于85英尺；从移动站108到ED 1101的距离d01等于108英尺；从移动站108到ED 1102的距离(ft)d02等于197英尺；以及从移动站108到to ED 110N的距离(ft)d0N等于229英尺；这些距离可能是不为网络所知的，因为可能需要确定移动站108的位置。
在此示例性实施例中，LAN-WAP 106处的处理延迟Δ等于16325ns。虽然LAN-WAP 106处的处理延迟Δ一般是未知的，出于此解说的目的，处理延迟Δ是预先已知的，以便演示对处理延迟Δ的三角不等式估计的准确度。
此外，各个ED 110k可测量从移动站108发送的分组以及从LAN-WAP 106发送的分组何时抵达每个ED 110k之间的时间差。例如，根据式(3)，ED 1101 T1处的时间差等于16460(ns)；ED 1102 T2处的时间差等于16362(ns)；而ED 1103 T3处的时间差等于16446(ns)。
各个ED 1101-N与LAN-WAP 106之间的距离可根据图7中所示的地形地图来确定。例如，LAN-WAP 106与ED 1101之间的距离等于158英尺；LAN-WAP 106与ED 1102之间的距离等于150英尺；而LAN-WAP 106与ED 1103之间的距离等于158英尺。这些距离可以是网络所已知的，因为LAN-WAP的位置一般是固定的。
式(8)可分两部分来使用，以便产生处理延迟Δ的上限和下限。处理延迟Δ的下限可由{Tk-2d1k}的最大值表达。使用等于{158，150，158}的d1k的值和等于{16460，16362，16446}的Tk的值得到{Tk-2d1k}＝{16143，16062，16130}。此后，从{16143，16062，16130}取最大值得到处理延迟Δ的下限等于16143ns。
处理延迟Δ的上限可由{Tk}＝{16460，16362，16446}的最小值来表达，得到处理延迟Δ的上限等于16362ns。
结果，通过三角不等式方法得到的处理延迟Δ为16143≤Δ≤16362。取中点值16252ns，与16325ns的实际处理延迟值Δ相比存在73ns的差异。第二次改善是取式(8)中表达的范围的高端而非中点。
可以假设移动站108与靠近ED 1101-N相比更靠近LAN-WAP 106(在此示例中假设ED也可担当LAN-WAP)，因为移动站108正与LAN-WAP 106而非其它ED/LAN-WAP 1101-N交换分组。相应地，式(11)可被用于得到处理延迟Δ的高概率下限。处理延迟Δ的下限可由{Tk-d1k}表达。使用等于{158，150，158}的d1k的值和等于{16460，16362，16446}的Tk的值得到{Tk-d1k}＝{16302，16212，16288}。此后，从{16302，16212，16288}取最大值得到处理延迟Δ的下限等于16302ns。
处理延迟Δ的上限为{Tk}＝{16460，16362，16446}，从而得到上限为16362ns。结果，处理延迟Δ很可能在16302与16362ns之间。当与16325ns的实际处理延迟值Δ相比时，误差最多为37ns，这小于单独使用三角不等式获得的73ns。
本领域技术人员将领会，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法可在硬件、固件、软件、或其组合中实现。对于硬件实现，这些处理器/处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例如，过程、函数等等)来实现。任何有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器/处理单元执行。存储器可被实现在处理器/处理单元内，或可外置于处理器/处理单元。如本文中所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，并且不被限定于任何特定类型的存储器或存储器数目、或存储器存储于其上的介质的类型。
如果在固件和/或软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括用数据结构编码的计算机可读介质和用计算机程序编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这些计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或可被用来携带或存储指令或数据结构形式的合需程序代码且可被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘和碟包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多功能碟(DVD)、软盘和蓝光(Blu-ray)碟，其中盘(disk)通常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光来光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些指令和数据被配置成使一个或多个处理器/处理单元实现权利要求中所概述的功能。即，通信装置包括具有指示用以执行所公开功能的信息的信号的传输介质。在第一时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第一部分，而在第二时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第二部分。
尽管前面的公开示出了本发明的例示说明性实施例，但是应当注意在其中可作出各种变更和修改而不会脱离本发明如所附权利要求定义的范围。本文中所描述的根据本发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不必按任何特定次序来执行。此外，尽管本发明的要素可能是以单数来描述或主张权利的，但是复数也是已构想了的，除非显式地声明了限定于单数。