專利名稱：測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置之間的距離的方法和適于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置之間的距離的方法和適于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置
本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置之間的距離的方法，以及用 于實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置。
知道無線電通信裝置的位置通常是有用的。確實(shí)如此，尤其是在 需要發(fā)送上下文信息時(shí)，也就是，其實(shí)用性依賴于該裝置的用戶位置
的信息時(shí)。當(dāng)移動(dòng)的無線電通信裝置連接到網(wǎng)狀(meshed)網(wǎng)絡(luò)或基 于移動(dòng)裝置的位置使用路由算法的"特設(shè)(adhoc)"網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，也是 如此。"特設(shè)"網(wǎng)絡(luò)用于表示能自發(fā)地(也就是沒有外界干涉地)識(shí)別 后者中的變化的傳輸網(wǎng)絡(luò)。配置以確定具有個(gè)人電子標(biāo)簽的移動(dòng)裝置 的位置、或用于指導(dǎo)在確定場(chǎng)所內(nèi)的移動(dòng)裝置的持有者的無線電網(wǎng)絡(luò) 也是可使用本發(fā)明的其它應(yīng)用實(shí)例。
已存在多種可確定無線電裝置的位置的方法。其中，基于三角測(cè) 量的方法需要存儲(chǔ)位置被列出的參考無線電站的地圖。其它的方法基 于測(cè)量無線電信號(hào)的接收強(qiáng)度，但其需要實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的無線電傳輸強(qiáng)度 定標(biāo)。因此這些方法需要復(fù)雜的存儲(chǔ)、測(cè)量和/或控制裝置。
同樣已知的還有通過確定在兩個(gè)所述裝置之間傳輸?shù)臒o線電信號(hào) 的傳播時(shí)間估計(jì)兩個(gè)無線電通信裝置之間的距離的方法。該時(shí)間稱為 飛4亍時(shí)間，如下確定
-第一裝置發(fā)送請(qǐng)求距離測(cè)量的無線電信號(hào)，并同時(shí)觸發(fā)該裝置 內(nèi)的計(jì)時(shí)器；
-第二裝置接收請(qǐng)求信號(hào)，并經(jīng)過兩個(gè)裝置都已知的中間時(shí)間之 后，發(fā)送應(yīng)答無線電信號(hào)給第一裝置；以及
-第一裝置接收到應(yīng)答信號(hào)后，停止計(jì)時(shí)器。
然后通過從記錄的時(shí)間中減去中間延遲，并將得到的剩余時(shí)間除 以無線電信號(hào)傳播速度的兩倍，估計(jì)出兩個(gè)裝置之間的距離。當(dāng)兩個(gè) 裝置相互遠(yuǎn)離，以及當(dāng)信號(hào)在其間直線傳播時(shí)，這種估計(jì)距離的方法
相對(duì)精確。然而，當(dāng)兩個(gè)裝置相當(dāng)接近時(shí)，由于與第二裝置接收請(qǐng)求 和其發(fā)送應(yīng)答信號(hào)之間的中間延遲相關(guān)的不確定性，則嚴(yán)重影響到獲 得的距離估計(jì)的精確性。
此外，當(dāng)兩個(gè)裝置之間存在多條傳播路徑時(shí)，也就是在空間多樣 性的情況下，估計(jì)的距離不一定對(duì)應(yīng)于兩個(gè)裝置之間直線測(cè)量的距離。 其通常對(duì)應(yīng)于伴有被傳輸?shù)臒o線電信號(hào)中能量的主要部分的傳播路 徑。當(dāng)無線電信號(hào)的大部分能量需要在兩個(gè)裝置之間經(jīng)過至少一次反 射時(shí)，得到的距離估計(jì)的結(jié)果可遠(yuǎn)大于兩個(gè)裝置之間直線測(cè)量距離的 真實(shí)值。
為獲得分隔兩個(gè)裝置的直線距離的估計(jì)，對(duì)傳輸?shù)恼?qǐng)求信號(hào)和應(yīng) 答信號(hào)中的每一個(gè)使用信道測(cè)量幀，以確定無線電信號(hào)的飛行時(shí)間。 這種信道測(cè)量幀也是公知的。其結(jié)構(gòu)使得可確定無線電信號(hào)經(jīng)過不同 傳播路徑的飛行時(shí)間的差異。其還可檢測(cè)出伴有來自發(fā)射裝置的無線 電信號(hào)的部分能量的最短的傳播路徑。然后根據(jù)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)裝置之間 的最短傳播路徑的請(qǐng)求信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)的飛行時(shí)間估計(jì)該距離。對(duì)于 多數(shù)的傳播媒介配置，得到的結(jié)果對(duì)應(yīng)于直線距離的測(cè)量。相對(duì)于兩 個(gè)無線電裝置之間的最短傳播時(shí)間，識(shí)別發(fā)生于各裝置中用于相關(guān)通 信的全部后續(xù)事件。
目前，與通信幀相比，信道測(cè)量幀特別長(zhǎng)。因此，以上描述的基
于交換信道測(cè)量幀的距離測(cè)量方法具有以下缺陷
-總共傳輸兩個(gè)信道測(cè)量幀，相當(dāng)于在無線電通信裝置中消耗了 大量能量。這種能量消耗在具有獨(dú)立能量供應(yīng)的移動(dòng)裝置的情況下是 不利的；
-需要相當(dāng)多的時(shí)間構(gòu)造并傳輸每一個(gè)信道測(cè)量幀。如果打算供 該幀使用的裝置不可用，那么消耗在發(fā)射裝置中的能量和用來傳輸該 幀的無線電資源則浪費(fèi)了；
答信號(hào)的信道測(cè)量幀的時(shí)間。因此該時(shí)間很長(zhǎng)，當(dāng)所述兩個(gè)裝置中的 至少一個(gè)的內(nèi)部時(shí)鐘容易偏移時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)兩個(gè)裝置的距離估計(jì)的 不精確性。這種不精確性可在估計(jì)兩個(gè)彼此接近的無線電裝置的飛行
時(shí)間時(shí)產(chǎn)生重大的誤差；
-為使幀的飛行時(shí)間可測(cè)量，接收請(qǐng)求幀的終端單方面在中間延 遲期滿時(shí)調(diào)動(dòng)無線電資源以發(fā)送應(yīng)答幀。這種無線電資源的搶占僅需 要發(fā)生在最大延遲為納秒級(jí)的所述中間延遲之后。為此，如果需要的 話，涉及到發(fā)送應(yīng)答幀的裝置的其它通信必須中斷。結(jié)果是導(dǎo)致當(dāng)應(yīng) 答幀很長(zhǎng)時(shí)，中斷時(shí)間更長(zhǎng)；
-最后，根據(jù)每一個(gè)裝置接收的沿著最短傳播路徑的無線電信號(hào)， 通信繼續(xù)進(jìn)行。這些信號(hào)可對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)低于通過另外的傳播路徑發(fā)送的 信號(hào)的接收能量。通信則具有低于使用接收具有更高能量的無線電信 號(hào)將帶來的可靠性的可靠性水平。
可通過在每個(gè)無線電裝置中設(shè)置兩個(gè)接收機(jī)來克服最后的缺陷。 第一接收機(jī)可與接收到的對(duì)應(yīng)于最短傳播路徑的無線電信號(hào)同步，以 及第二接收機(jī)可與接收到的具有最高能量的無線電信號(hào)同步。然而， 這樣該裝置將會(huì)很復(fù)雜，并具有高的能量消耗。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置之 間的距離的方法，用于克服上述缺陷。
為此，本發(fā)明提出一種測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置之間的距離的方 法，包括以下步驟
a-由所述兩個(gè)裝置中的第一裝置發(fā)送無線電信號(hào)，請(qǐng)求測(cè)量所 述兩個(gè)裝置之間的交換延遲；
b-由所述第二裝置接收所述請(qǐng)求信號(hào)，并經(jīng)過所述兩個(gè)裝置已 知的中間延遲后，發(fā)送應(yīng)答無線電信號(hào)；以及
c-由所述第一裝置 -接收所述應(yīng)答信號(hào)；
-測(cè)量發(fā)送所述請(qǐng)求信號(hào)與接收所述應(yīng)答信號(hào)之間的時(shí)間，然 后存儲(chǔ)所述時(shí)間為交換延遲；以及
-基于所述交換延遲和所述中間延遲，計(jì)算所述請(qǐng)求信號(hào)和所 述應(yīng)答信號(hào)的第 一飛行時(shí)間。 此外，該方法包括由所述第二裝置發(fā)送信道測(cè)量幀，使得所述第
一裝置根據(jù)接收到的對(duì)應(yīng)于所述信道測(cè)量幀的不同的無線電信號(hào)，確 定對(duì)應(yīng)于所述第一飛行時(shí)間的傳播路徑與所述兩個(gè)裝置之間傳輸?shù)臒o 線電信號(hào)的最短傳播路徑之間的飛行時(shí)間差。所述第 一裝置然后由所 述第 一飛行時(shí)間和所述飛行時(shí)間差，計(jì)算第二飛行時(shí)間。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法包括兩個(gè)清楚的階段。第一階段包括由 第一裝置測(cè)量發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)和接收應(yīng)答信號(hào)之間的時(shí)間。通過合適地 設(shè)置能量檢測(cè)門限，第一裝置在隨后接收第二裝置發(fā)送的信號(hào)時(shí)的同 步可在兩個(gè)裝置之間的伴有發(fā)送的請(qǐng)求和/或應(yīng)答無線電信號(hào)的大部 分、甚至是主要部分的能量的傳播路徑上實(shí)現(xiàn)。因此，發(fā)送請(qǐng)求信號(hào) 和接收應(yīng)答信號(hào)之間的時(shí)間可由第 一裝置同步于在兩個(gè)裝置之間伴有 發(fā)送的無線電信號(hào)的大部分、甚至是主要部分的能量的傳播路徑上測(cè) 量。特別地，兩個(gè)裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸可因此基于接收到的具有高能 量的信號(hào)。其為更安全并更可靠的。
如果需要的話，可通過計(jì)算相應(yīng)的信號(hào)飛行時(shí)間，估計(jì)與存儲(chǔ)的 交換時(shí)間相關(guān)聯(lián)的傳播路徑的長(zhǎng)度。其構(gòu)成兩個(gè)裝置之間的距離的第 一估計(jì)。
在本方法的第一階段，有利地，請(qǐng)求測(cè)量交換延遲和應(yīng)答延遲的 無線電信號(hào)很短。特別地，這些信號(hào)中至少之一可包括短幀，尤其短 于信道測(cè)量幀。然后，該無線電信號(hào)可由相應(yīng)的裝置快速構(gòu)造并發(fā)送， 減少了在這些步驟中的能量消耗和無線電資源的調(diào)配。
此外，更快地構(gòu)造應(yīng)答信號(hào)使得可在第二裝置接收請(qǐng)求信號(hào)和發(fā) 送應(yīng)答信號(hào)之間具有短的中間延遲。因此，即使一個(gè)設(shè)備的內(nèi)部時(shí)鐘 容易偏移，步驟C中飛行時(shí)間的確定也更為精確。這種較好的精確性 在當(dāng)兩個(gè)裝置相對(duì)彼此接近時(shí)特別地重要。
減小應(yīng)答信號(hào)長(zhǎng)度還有另 一個(gè)益處。為得到交換延遲的精確測(cè)量， 通過單方面調(diào)動(dòng)無線電資源由第二裝置發(fā)送應(yīng)答消息，也就是不利用 第二裝置的多址管理器。由于該調(diào)動(dòng)的時(shí)間很短，所以對(duì)涉及到第二 裝置的其它通信的中斷也更少。
該方法的第二階段可基于第 一 階段存儲(chǔ)的交換時(shí)間，確定在兩個(gè) 裝置之間的最短傳播路徑上傳送的無線電信號(hào)的飛行時(shí)間。第二階段
要求構(gòu)造并傳送由第二裝置完成僅單個(gè)信道測(cè)量幀。第一裝置的作用 則限制為分析其接收的信道測(cè)量幀。因此減少了在兩個(gè)裝置中消耗的、 用于確定二者之間的分隔距離的總能量。
對(duì)于存在于兩個(gè)裝置之間的無線電傳輸媒介的多數(shù)配置來說，根 據(jù)信道測(cè)量幀由第 一裝置識(shí)別的最短的飛行時(shí)間對(duì)應(yīng)于直線傳播。兩 個(gè)裝置之間直線測(cè)量的分隔距離的長(zhǎng)度可通過將識(shí)別的最短飛行時(shí)間 除以無線電信號(hào)的傳播速度計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第二階段，也就是對(duì)應(yīng)于最短傳播路徑的飛 行時(shí)間的確定，不必在第一階段后立即執(zhí)行。如果無線電傳輸信道在 本方法的兩個(gè)階段之間保持穩(wěn)定，則可在第 一 階段之后經(jīng)過等待時(shí)間 后執(zhí)行第二階段。當(dāng)兩個(gè)裝置保持基本穩(wěn)定且當(dāng)傳輸媒介表現(xiàn)出大致 不變的性質(zhì)時(shí)，認(rèn)為信道是穩(wěn)定的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二裝置可根 據(jù)信道測(cè)量幀傳輸信道的能力，在發(fā)送應(yīng)答信號(hào)之后10毫秒左右發(fā)送 信道測(cè)量幀。因此，通過等待第二裝置的多址管理器指示具有足夠的 時(shí)隙可用于傳輸信道測(cè)量幀，可減少所引起的涉及到第二裝置的其它 通信的中斷。
最后，當(dāng)?shù)诙b置不在處理距離測(cè)量的條件下時(shí)，其不發(fā)送信道 測(cè)量幀。這樣就不會(huì)不必要地消耗相當(dāng)數(shù)量的無線電資源和能量。第 二裝置不在處理距離測(cè)量的條件下的原因包括，例如，所述裝置在發(fā) 送測(cè)量請(qǐng)求的裝置的無線電范圍之外，或第二裝置不具有執(zhí)行測(cè)量方 法需要的全部必要組件，或其不具有用于執(zhí)行的必要的參數(shù)。
本發(fā)明還涉及一種無線電通信裝置，用于執(zhí)行由以上描述的測(cè)量 兩個(gè)裝置之間的距離的方法中的兩個(gè)裝置中的第一裝置和/或第二裝 置執(zhí)行的步驟。
本發(fā)明還涉及一種通信系統(tǒng)，其包括至少兩個(gè)所述裝置。其可具 有較高的精確性和準(zhǔn)確度地確定兩個(gè)裝置之間的分隔距離。"準(zhǔn)確度" 一詞表示估計(jì)的傳播路徑的長(zhǎng)度與兩個(gè)裝置之間的直線距離測(cè)量在實(shí) 際上一致。此外，在這種系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的通信通過單方面調(diào)動(dòng)無線電資
源較少中斷以測(cè)量交換延遲。
參照附圖，根據(jù)以下描述和示例性但非限制性的實(shí)施方式，本發(fā)
明其它的性質(zhì)和益處將顯而易見，圖示如下
-

圖1示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的無線電通信系統(tǒng)；以
及
-圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的時(shí)序圖。
根據(jù)圖1,通信系統(tǒng)包括 一組無線電收發(fā)裝置，其中的三個(gè)記 為1、 2和3。每一個(gè)收發(fā)器可構(gòu)成例如形成家庭自動(dòng)化管理系統(tǒng)的一 部分的傳感器的無線電接口。在這種應(yīng)用中，某些傳感器可用于熱量 測(cè)量，其余的用于識(shí)別熱器件控制單元的狀態(tài)等。其也可為管理各傳 感器之間的通信序列的"特設(shè)"系統(tǒng)。特別地，其可為本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的藍(lán)牙類型的系統(tǒng)。圖中彎曲的虛線IO、 20和30概略示出了 裝置1、 2和3各自的范圍限制。因此，裝置2可與裝置l和3的每一 個(gè)通信，而裝置1和3則在對(duì)方的無線電范圍之外。
圖2示出了當(dāng)裝置1發(fā)起與裝置2的無線電通信時(shí)，裝置1和2 執(zhí)行的各個(gè)動(dòng)作。向下的縱軸表示時(shí)間坐標(biāo)，記為t。首先，裝置1 向裝置2發(fā)送請(qǐng)求，記為REQ。該請(qǐng)求可具有兩重功能。其可向裝置 2指出裝置1請(qǐng)求通信。此外，如果裝置2接受了通信，請(qǐng)求REQ則 啟動(dòng)裝置1和2之間傳輸?shù)臒o線電信號(hào)的交換延遲的測(cè)量。
裝置1識(shí)別請(qǐng)求無線電信號(hào)REQ的發(fā)送相對(duì)于該裝置的內(nèi)部時(shí)鐘 的時(shí)刻。然后存儲(chǔ)該時(shí)刻。
當(dāng)裝置2接收到請(qǐng)求信號(hào)REQ，可拒絕通信，也可接受通信。如 果接受，則發(fā)送應(yīng)答信號(hào)ACK給裝置l作為響應(yīng)。裝置l和2的每一 個(gè)對(duì)無線電信號(hào)的檢測(cè)和接收以公知的方式實(shí)現(xiàn)，在此不進(jìn)一步詳述。 從接收到請(qǐng)求信號(hào)REQ開始計(jì)算，經(jīng)過確定的等待時(shí)間之后，裝置2 發(fā)送信號(hào)ACK。等待時(shí)間由裝置的制造者設(shè)置并存儲(chǔ)在每個(gè)裝置內(nèi)。 其記為Tw并稱為中間延遲。其主要是使處于備用模式的裝置接收到請(qǐng) 求時(shí)切換到傳輸模式。此外，在延遲Tw期間準(zhǔn)備信號(hào)ACK的幀。
信號(hào)ACK的傳輸不涉及裝置2的多址管理器。換句話說，在中間 延遲Tw的結(jié)束時(shí)，裝置2中斷可在進(jìn)行中的任何信號(hào)的發(fā)送和接收， 以發(fā)送信號(hào)ACK。發(fā)送和接收的這種中斷可例如涉及裝置2和裝置3之間的通信。這樣，裝置1可精確得知由裝置2接收請(qǐng)求REQ和發(fā)送 信號(hào)ACK之間的時(shí)間其等于延遲Iw。需要中斷裝置2和3之間進(jìn) 行中的任何通信是因?yàn)?，根?jù)設(shè)定的裝置1和3的限制范圍10和30， 裝置1不能檢測(cè)到這種進(jìn)行中的通信的存在從而獲知由裝置發(fā)送信號(hào) ACK的時(shí)刻。
當(dāng)裝置1接收到無線電信號(hào)ACK時(shí)，其相對(duì)于其自身的內(nèi)部時(shí)鐘 識(shí)別該接收的時(shí)刻。然后確定從存儲(chǔ)的發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)REQ的時(shí)刻到接 受到信號(hào)ACK的時(shí)刻過去的時(shí)間。該時(shí)間被稱為裝置1和2之間的無 線電信號(hào)交換時(shí)間，記為TEXCH。將其存儲(chǔ)在裝置1中以使裝置1相 對(duì)于隨后由裝置2發(fā)送的通信無線電信號(hào)是同步的。裝置1然后根據(jù) 下式(1 )計(jì)算信號(hào)REQ和ACK的飛行時(shí)間TOF1:
TOF1 = 0,5x (TEXCH-Tw) (1)
通過將T0F1除以系統(tǒng)裝置中無線電信號(hào)的傳播速度，計(jì)算信號(hào) REQ和ACK傳播的路徑的長(zhǎng)度。該速度等于3x 108m/s。
請(qǐng)求REQ和應(yīng)答ACK無線電信號(hào)中的至少之一 包括通信幀。這 些信號(hào)則較短，尤其是當(dāng)其不具有有效負(fù)載時(shí)。這種情況下，在裝置 1和2的每一個(gè)中的這些處理都更接近物理層被執(zhí)行。這種處理是快 速的，并且在每個(gè)裝置中只產(chǎn)生低的能量消耗。
此外，信號(hào)ACK較短的長(zhǎng)度降低了中斷裝置2和3之間的任何通 信的風(fēng)險(xiǎn)。如果需要的話，還可能減少中間延遲Tw，這樣可使交換延 遲TExcH的測(cè)量較少地受到兩個(gè)裝置1和2中的一個(gè)的內(nèi)部時(shí)鐘偏移 的影響。
信號(hào)REQ和ACK的交換以及TOF1的計(jì)算構(gòu)成了測(cè)量裝置1和2 之間距離的方法的第 一 階段。該第 一 階段對(duì)應(yīng)于在說明書的概述部分 介紹的步驟a到c,在圖2中示為階段1。
如果需要的話，可重復(fù)方法中的階段1 (圖2中示為階段la)。階 段l每重復(fù)一次，則更新飛行時(shí)間Tow。如果需要的話，在重復(fù)階段 1時(shí)計(jì)算的飛行時(shí)間Tow可考慮在階段1的先前的實(shí)例中存儲(chǔ)的大量 交換延遲。例如，用在公式(l)中的交換延遲可為存儲(chǔ)的交換延遲的 平均值。這樣得到的TOT1的估計(jì)更加精確。連續(xù)兩次執(zhí)行階段1得到的Tom值的差值說明了傳輸信道不是穩(wěn) 定的。然后再次重復(fù)階段l，直到獲得Ton大致相同的連續(xù)值，這說
明信道變得穩(wěn)定了。在這種情況下，基于說明信道穩(wěn)定的最近的TOF1
的值，繼續(xù)執(zhí)行本方法。
伴有信號(hào)REQ和ACK的傳播路徑可直線連接裝置1和2 (圖1 中Cl所示)，或具有至少一次中間反射地將其連接。圖1中示出的路 徑C2示出了在例如用金屬制成的墻100上的反射。由于這種反射， 路徑C2長(zhǎng)于路徑Cl。飛行時(shí)間ToFi—般對(duì)應(yīng)于傳播路徑Cl和C2 中伴有無線電信號(hào)REQ和ACK的能量的主要部分的路徑。
然后執(zhí)行測(cè)量裝置1和2之間的距離的方法中的第二階段(圖2 中的階段2)。裝置2發(fā)送信道測(cè)量幀(CMF)給裝置1。在本發(fā)明的 有益的變體中，CMF的傳送與裝置2中的多址觀察一起執(zhí)行。為此， 當(dāng)裝置2中的多址管理器識(shí)別出用于傳送信號(hào)ACK的信道具有足夠的 傳送時(shí)間的可能性后，幀2被發(fā)送。然后裝置1分析對(duì)應(yīng)于幀CMF 的全部接收到的無線電信號(hào)。假定信道測(cè)量幀的結(jié)構(gòu)及其被分析的方 式是已知的，并不在此詳細(xì)描述。裝置1首先將接收的無線電信號(hào)中 的第 一部分識(shí)別為對(duì)應(yīng)于與階段1中應(yīng)答信號(hào)ACK沿相同傳播路徑傳 播的幀CMF的 一部分。這種識(shí)別可通過將對(duì)應(yīng)于幀CMF的部分的接 收信號(hào)的第一部分的能級(jí)與接收到的信號(hào)ACK的能級(jí)進(jìn)行比較得到。 然后裝置1檢查接收無線電信號(hào)的第二部分是否也對(duì)應(yīng)于沿著短于無 線電信號(hào)的第一部分的傳播路徑傳播的幀CMF的一部分。這種搜索由 通過可變的接收能量門限實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置1接收的無線電信號(hào)的部分進(jìn)行 選擇、和對(duì)CMF幀的部分的識(shí)別的組合實(shí)現(xiàn)。裝置l從中推斷出沿著 信號(hào)ACK的傳播路徑傳播和沿較短路徑傳播的時(shí)間差，基于對(duì)應(yīng)于幀 CMF的接收的無線電信號(hào)檢測(cè)該時(shí)間差的存在。該時(shí)間差記為ATof。
當(dāng)檢測(cè)到大量短于信號(hào)ACK傳播路徑的路徑時(shí)，裝置1選擇其中 最短的，也就是與最大的ATW值相關(guān)聯(lián)的路徑。
然后裝置1利用下式(2)計(jì)算在裝置1和2之間傳送的信號(hào)沿著 最短傳播路徑的飛行時(shí)間。該沿著最短路徑的飛行時(shí)間記為TOF2。 ToF2 = Tqfi - ATqf ( 2 )
ToF2是最短傳播路徑的長(zhǎng)度的度量。通過用Tot2除以系統(tǒng)裝置之 間的無線電信號(hào)的傳播速度，這一長(zhǎng)度可用米表示。和Tot2—祥，其 通常對(duì)應(yīng)于裝置l和2之間無線電信號(hào)的直線傳播(圖1中的路徑C1 )。
伴有階段1中信號(hào)ACK的傳播路徑有可能是最短路徑。在這種情 況下，對(duì)裝置1接收的對(duì)應(yīng)于信道測(cè)量幀CMF的無線電信號(hào)的分析可 揭示不存在更短的路徑。階段2得出ATOT為零值。
因此，本方法的階段2可僅包括單個(gè)信道測(cè)量。由于階段l不包 括信道測(cè)量，所以其可更快執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)改進(jìn)，本方法還可包括由裝置1向裝置2發(fā) 送包括飛行時(shí)間Tof2的指示的信號(hào)。這種指示為例如飛行時(shí)間TOF2 的值或從該值計(jì)算的距離。分隔裝置1和2的距離的測(cè)量值則在兩個(gè) 裝置中的每一個(gè)中都是可用的。如果需要的話，飛行時(shí)間ToF2的指示 還可發(fā)送到其它系統(tǒng)裝置，或只發(fā)送到這些裝置中位于裝置1的無線 電傳輸范圍中的某些裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)改進(jìn)，可在確定階段l中計(jì)算出的飛行時(shí)間 TOF1和對(duì)應(yīng)于兩個(gè)裝置之間伴有無線電信號(hào)的最短傳播路徑的飛行時(shí) 間ToF2之間的時(shí)間差A(yù)TOT之后再次執(zhí)行本方法的階段l(圖2中的階 段lb)。因此得到新的ToH的值，將其與階段1先前的實(shí)例中得到的 值進(jìn)行比較。因此，可通過本方法確認(rèn)裝置1和2之間的無線電傳輸 信道保持穩(wěn)定。值得注意的是，可得到確定Tow的精確性的指示。特 別地，當(dāng)信道不保持穩(wěn)定時(shí)，可指出該確定的精確性是折衷的，如果 需要的話，甚至指出其折衷的程度。如果該程度高于預(yù)定的門限，則 一個(gè)益處可用于命令重復(fù)TOF1的確定。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)改進(jìn)，在應(yīng)答信號(hào)之后，由裝置2經(jīng)過從發(fā) 送應(yīng)答信號(hào)開始的等待時(shí)間后發(fā)送信道測(cè)量幀CMF，該等待時(shí)間大于 或等于確定的保護(hù)時(shí)間。該保護(hù)時(shí)間在圖2中記為Tc。其特別用于確 保裝置1在分析對(duì)應(yīng)于幀CMF的接收到的無線電信號(hào)之前，具有足夠 的時(shí)間計(jì)算ToH。因此，當(dāng)執(zhí)行階段2時(shí)，Ton的值以及本方法中階 段l中產(chǎn)生的例如信號(hào)ACK的接收能級(jí)的其它值在裝置1中都是可用 的。裝置2發(fā)送信號(hào)ACK和發(fā)送幀CMF之間的時(shí)間等于保護(hù)時(shí)間TG
和由裝置2的多址觀察引起的延遲之和。Tc的值在所述裝置投產(chǎn)時(shí)或
初始化時(shí)，存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的每個(gè)裝置中。該值不必太大，以使得即使 兩個(gè)裝置中的一個(gè)移動(dòng)或即使無線電傳輸媒介適當(dāng)改變，也認(rèn)為其間
用于通信的信道在本方法的階段1和階段2之間是穩(wěn)定的。作為一個(gè) 實(shí)施例，TG可為IO毫秒級(jí)的。這種情況下，可在裝置2發(fā)送第一信 號(hào)ACK之后、保護(hù)時(shí)間結(jié)束之前重復(fù)本方法的階段1。因此，獲得
Ton的多個(gè)連續(xù)值沒有對(duì)飛行時(shí)間ToF2的確定造成延遲，從而增加了
對(duì)TOT1的確定的精確性和/或確認(rèn)信道是穩(wěn)定的。每執(zhí)行一次階段1,
ToFl的值都被更新。
信道測(cè)量幀CMF通常構(gòu)成相對(duì)長(zhǎng)的無線電信號(hào)。裝置2對(duì)該幀的 構(gòu)造和裝置1執(zhí)行的信道測(cè)量因此也需要較長(zhǎng)時(shí)間。裝置1和/或2的 內(nèi)部時(shí)鐘則可在本方法執(zhí)行期間產(chǎn)生偏移。為限制由裝置1的內(nèi)部時(shí) 鐘偏移引起的距離測(cè)量結(jié)果的任何誤差，可使裝置l識(shí)別對(duì)應(yīng)于沿著 與信號(hào)ACK相同的傳播路徑傳播的幀CMF的、接收的第一無線電信 號(hào)的多個(gè)第一時(shí)刻。然后基于接收的第一差別時(shí)刻識(shí)別對(duì)應(yīng)于幀CMF 且沿著裝置l和2之間的其它路徑的第二無線電信號(hào)接收的第二時(shí)刻。 因此，相對(duì)于第一時(shí)刻可以識(shí)別每一個(gè)接收的第二時(shí)刻，使得在這樣 兩個(gè)時(shí)刻之間經(jīng)過的時(shí)間很短。這樣，就使由于裝置1的內(nèi)部時(shí)鐘的 偏移在確定AToF中產(chǎn)生的誤差最小化。由于裝置2的內(nèi)部時(shí)鐘的偏移 引起的誤差也同樣減少。
可理解，對(duì)于如上所述的本方法，可引入大量的改變。特別地， 在某些環(huán)境中，在執(zhí)行步驟a到c之前由裝置2發(fā)送信道測(cè)量幀可為 有利的。
最后，根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于脈沖傳輸模式，通常被稱為 UWB(超寬帶，Ultra Wide Band)傳輸。然而，其還可應(yīng)用于其它類 型的傳輸中，例如DS-SS(直序擴(kuò)頻，Direct S叫uence Spread Spectrum)模式。
權(quán)利要求
1.測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線電通信裝置(1，2)之間的距離的方法，包括以下步驟a-由所述兩個(gè)裝置中的第一裝置(1)發(fā)送無線電信號(hào)(REQ)，請(qǐng)求測(cè)量所述兩個(gè)裝置之間的交換延遲；b-由所述第二裝置(2)接收所述請(qǐng)求信號(hào)，并經(jīng)過所述兩個(gè)裝置已知的中間延遲(TW)后，發(fā)送應(yīng)答無線電信號(hào)(ACK)；以及c-由所述第一裝置(1)-接收所述應(yīng)答信號(hào)；-測(cè)量發(fā)送所述請(qǐng)求信號(hào)(REQ)與接收所述應(yīng)答信號(hào)(ACK)之間的時(shí)間(TEXCH)，然后將所述時(shí)間存儲(chǔ)為交換延遲；以及-基于所述交換延遲(TEXCH)和所述中間延遲(TW)，計(jì)算所述請(qǐng)求信號(hào)和所述應(yīng)答信號(hào)的第一飛行時(shí)間(TOF1)，其特征在于，所述方法還包括由所述第二裝置(2)發(fā)送適合的信道測(cè)量幀(CMF)，使得所述第一裝置(1)-根據(jù)接收到的對(duì)應(yīng)于所述信道測(cè)量幀的不同的無線電信號(hào)，確定對(duì)應(yīng)于所述第一飛行時(shí)間(TOF1)的傳播路徑與所述兩個(gè)裝置(1，2)之間傳輸?shù)臒o線電信號(hào)的最短傳播路徑之間的飛行時(shí)間差(ΔTOF)；以及-由所述第一飛行時(shí)間(TOF1)和所述飛行時(shí)間差(ΔTOF)，計(jì)算第二飛行時(shí)間(TOF2)。
2 )之間傳輸?shù)臒o線電信號(hào)的最短傳播路徑之間的飛行時(shí)間差(A T 0F );以及-由所述第一飛行時(shí)間(T0F1)和所述飛行時(shí)間差(ATOF)，計(jì)算 第二飛行時(shí)間(TOF2)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述請(qǐng)求信號(hào)(REQ)和所 述應(yīng)答信號(hào)(ACK)中的至少之一包括短幀。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，對(duì)應(yīng)于所述第一飛行時(shí) 間(TOT1)的所述傳播路徑上伴有所述請(qǐng)求信號(hào)(REQ)和/或所述應(yīng) 答信號(hào)(ACK)的能量的主要部分。
4. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括由所述第一裝置(1)向所述第二裝置(2)發(fā)送包括所述第二飛行時(shí)間(TOF2)的指 示的信號(hào)。
5. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中重復(fù)所述步驟a 到c，并且每執(zhí)行一次所述步驟a到c，則更新所述第一飛行時(shí)間(T0F1 )。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在確定所述第一飛行時(shí)間和 所述第二飛行時(shí)間之間的時(shí)間差(ATOF)后重復(fù)所述步驟a到c。
7. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述應(yīng)答信號(hào) (ACK)之后，由所述第二裝置(2)經(jīng)過從發(fā)送所述應(yīng)答信號(hào)開始的等待時(shí)間后發(fā)送所述信道測(cè)量幀(CMF),所述等待時(shí)間大于或等于確 定的保護(hù)時(shí)間(TG)。
8. 如權(quán)利要求5或7所述的方法，其中在從所述第二裝置(2) 發(fā)送第一應(yīng)答信號(hào)(ACK)開始的所述保護(hù)時(shí)間(TG)結(jié)束前重復(fù)所 述步驟a到c。
9. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一裝置(1 ) 識(shí)別多個(gè)第 一時(shí)刻，所述多個(gè)第 一時(shí)刻分別用于對(duì)應(yīng)于沿著與所述應(yīng) 答信號(hào)(ACK)相同的傳播路徑傳播的所述信道測(cè)量幀(CMF)的第 一無線電信號(hào)，并且其中所述第一裝置識(shí)別不同于第一接收時(shí)刻的、 對(duì)應(yīng)于所述幀并沿著所述兩個(gè)裝置(1, 2)之間的其它傳播路徑的第 二無線電信號(hào)的第二接收時(shí)刻。
10. 無線電通信裝置(l， 2),用于執(zhí)行如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng) 所述的測(cè)量?jī)蓚€(gè)裝置之間的距離的方法中由所述兩個(gè)裝置中的所述第 一裝置和/或所述第二裝置執(zhí)行的步驟。
11.通信系統(tǒng)，包括至少如權(quán)利要求IO所述的兩個(gè)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)量無線電通信裝置(1，2)之間的距離的方法，包括測(cè)量無線電信號(hào)交換延遲。根據(jù)本發(fā)明，信號(hào)的飛行時(shí)間由交換延遲計(jì)算，然后通過對(duì)兩個(gè)裝置之間傳輸?shù)膯蝹€(gè)信道測(cè)量幀的分析進(jìn)行校正。校正的飛行時(shí)間對(duì)應(yīng)于伴有無線電信號(hào)的最短傳播路徑。在多數(shù)的無線電傳輸媒介配置中，校正的飛行時(shí)間是兩個(gè)裝置(1，2)之間的直線距離測(cè)量。
文檔編號(hào)H04W64/00GK101112112SQ200580047472
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者伯努瓦·米斯科培恩, 弗雷德里克·埃韋努, 簡(jiǎn)·施沃雷爾 申請(qǐng)人:法國(guó)電信公司