專利名稱：估算兩個無線裝置間距離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估算兩個無線裝置間距離的方法。
背景技術(shù)：
無線裝置的位置是多種應(yīng)用上下文中需要了解的信息。通過說明性的例 證，能被提及的有，根據(jù)他們的位置將上下文信息提供給用戶的移動終端的 這種"促銷(push)"型的服務(wù)，用于個人在如博物館的某地的導(dǎo)航服務(wù)， 或甚至是通過網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(meshed network)或ad hoc網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包路由。
在現(xiàn)有的各種定位技術(shù)中，有一些技術(shù)是基于僅僅通過測量無線信號的空 中時間來協(xié)作計算兩個無線裝置之間的距離("ranging")。在了解了電磁波 的傳播速度后，測量兩個無線裝置之間的空中時間就使得算出分開兩個裝置 之間的直線或直接距離成為可能。術(shù)語"兩個裝置之間空中時間"應(yīng)該被正 確規(guī)定，應(yīng)當被理解為意味著電磁波從一個裝置到另一個裝置(只在一個方 向)的傳輸時間。這種合作距離計算技術(shù)通常大部分依賴于以下的估算方法
a )第一裝置發(fā)送一個請求到第二裝置以測算兩個裝置之間的交互時間Tex 并開始時間計時，
b) 在收到請求后，第二裝置允許有等待時間Tw的流逝，該等待時間對兩 個裝置是已知的，然后第二裝置通過發(fā)送一個應(yīng)答ACK回應(yīng)第一裝置，
c) 在收到應(yīng)答ACK后，第一裝置停止計時，以測算交互時間Tex，然后 通過從已測算的交互時間Tex減去延遲時間Tw并將相減的結(jié)果除以2來計算 第一裝置到第二裝置的空中時間TOF，
d) 在知道空中時間T0F和電磁波V的傳播速度后，第一裝置通過速度V 劃分交互時間來計算兩個裝置之間的直線距離D，假定Tex時間已測算的無 線信號(發(fā)送和返回)的交互是沿直接路線傳播路徑。
因而，從測算兩個裝置之間的往返路徑的交互時間來估算第 一和第二裝 置之間的空中時間T0F。在兩個裝置處于異步也就是說不在一個公共的時鐘 上同步并且也不共享相同的參考時間的情況下這種往返路徑的測算是必須
的。如果這兩個裝置是同步的，僅測算從一個裝置到另一個裝置的單向傳輸 時間就足夠了。
上迷的估算空中時間T0F的算法在兩個裝置相隔遙遠的情況下會得到好 的結(jié)果。實際上，在這種情況下，根據(jù)交互的信號(已測算持續(xù)時間Tex) 跟隨傳播路徑，按直接路線發(fā)送和返回的假定是能被接受的近似，使得精確 估算兩個裝置的直線距離D成為可能。但是，當兩個裝置相當靠近彼此并處 在一個支持多條傳播路徑的環(huán)境下，例如這種情況，在一個大樓內(nèi)，測算兩 個裝置之間的交互時間Tex會有被多傳播路徑強烈干擾的風險。這種情況的 結(jié)果就是根據(jù)交互信號(Tex持續(xù)時間已測算)采用直線的傳播路徑(發(fā)送 和返回)的假定變成了粗略的近似，這就以顯著錯誤破壞了兩個裝置間直線 距離D的估算。實際上，交互時間Tex用于測算發(fā)送和返回傳播路徑，每條 路徑都帶有信號能量的主要部分(發(fā)送信號攜帶請求信息而返回信號攜帶應(yīng) 答信息)。為了筒明， 一條帶有信號能量主要部分的傳播路徑在下文中將被稱 為"最強路徑"。裝置在最強路徑上同步?，F(xiàn)在，在信號沿多徑傳播的情況下， 最強路徑不需要與兩個裝置之間的直線轉(zhuǎn)播路徑相對應(yīng)。實際上，第二的， 更弱的信號能量部分能夠獲得一條更短的傳播路徑，按直線或接近于直線。 信號的第二部分在最強路徑之前#支接收裝置所接收。最先纟皮接收的信號能量部分獲取的傳播路徑在下文中會被稱為"第一傳播路徑"或"最短路徑"。最 后，在裝置接近和有可能引起多傳播路徑的環(huán)境下，能夠存在在采用最強路 徑的部分信號的到達時間和采用第一路徑的部分信號的到達時間之間的偏移 量其有可能由于顯著錯誤破壞了兩個裝置間直線距離D的估算。
為修正這樣的錯誤，文檔WO2006/072697提出了一種方法，在兩個階段 內(nèi)進行測算第一和第二無線裝置之間的距離。在第一個階段，執(zhí)行之前所述 的步驟a)到d)以估算第一空中時間T0F1,在第二階段，第二裝置將信道 探測幀(channel sounding frame)發(fā)送到第一裝置。該幀被設(shè)計成用于第 一裝置從不同的無線信號接收對應(yīng)的探測幀以探測最強路徑和第一路徑。因 而第一裝置能夠估算兩條路徑之間的空中時差△ TOF和通過將第 一次測得的 空中時間T0F1減去確定的空中時差A(yù)TOF計算第二個空中時間T0F2,或者修 正的空中時間。
這種估計兩個無線裝置之間距離的方法能被用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點尤其 使得到達網(wǎng)絡(luò)的新節(jié)點Z能被定位。然而，實施這種方法在節(jié)點Z定位的能
耗方面非常昂貴。實際上，實施該方法需要三個獨立的測量，分別被標記為
A, B和C三個節(jié)點發(fā)起。節(jié)點Z必須因此發(fā)送三個探測幀分別發(fā)向這三個節(jié) 點A，B和C。因而，發(fā)送這些探測幀消耗能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是克服這種缺陷。為此目的，本發(fā)明關(guān)于估算第一和第二無 線裝置之間的距離的方法包括
由第一裝置實施的階段，用于估算兩個裝置之間的第一空中時間，對應(yīng) 于信號沿著信號能量主要部分采用的被稱為"最強路徑"的傳輸路徑從一個 裝置到另 一個裝置的傳輸時間，
估算空中時差階段包括，從一個裝置發(fā)送一個信道探測幀傳送到另一個 裝置并從對應(yīng)于所述的信道探測幀、接收的無線信號，估算最強傳播路徑和 第 一傳播路徑之間的空中時差，
計算兩個裝置之間距離的階段包括，通過從估算的第一空中時間減去估 算的空中時差以確定第二空中時間和通過正式的已確定的第二空中時間計算 兩個裝置之間距離，
其中，發(fā)送所迷的信道探測幀到第二裝置的是第一裝置，完成估算空中 時差的裝置是第二裝置。
根據(jù)本發(fā)明，是自身發(fā)送信道探測幀的裝置進行兩個裝置間距離的第一 估算。因而，繼續(xù)以上提到的例子在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中通過三個節(jié)點A，B和C 定位新節(jié)點Z，本發(fā)明使得發(fā)送三個信道探測幀的負荷分擔到請求的三個節(jié) 點A,B和C而不是只在新節(jié)點Z上成為可能。本發(fā)明同樣通過避免從相同位 置傳輸三個相同的能量密集幀而使得空間的電磁能量更好分配成為可能，降 低了對用戶和附近的無線通信系統(tǒng)電磁波的影響。
有利地，第一裝置發(fā)送估算的第一空中時間的值到第二裝置，第二裝置 估算第二空中時間，然后由此推斷出兩個裝置之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明，被請求選中的裝置測算最強路徑和第一路徑之間的空中時 差，然后如杲有需要，估算第二空中時間和計算兩個裝置之間距離。這些使 得被選中的裝置能夠確定自己發(fā)送或不發(fā)送信號到請求的裝置或發(fā)起者，涉 及已進行測量的信息(測算空中時差，從這些差別估算第二空中時間或基于 第二空中時間計算距離)而且因此保持對機密信息的控制。
在一個特定的實施例中，第二裝置發(fā)送估算的兩個裝置之間距離值到第 一裝置。因而，第二裝置能夠確定傳遞在兩者之間測算的距離到第一裝置。
有利地，第二裝置發(fā)送應(yīng)答以回應(yīng)在估算第 一 空中時間階段從第 一裝置 發(fā)出的請求，第 一裝置在應(yīng)答到達的時間和發(fā)送信道探測幀的時間之間允許
流逝時間T，所述的時間T包括保護時間，適用于允許第一裝置估算第一空
中時間，緊接著一個暫停時間，適用于遵循信道接入的共享條件及使得估算 第 一 空中時間階段和估算空中時差階段的總的持續(xù)時間少于信道的 一致時 間。
因而，遵循信道接入共享機制的同時，能實現(xiàn)由第一裝置發(fā)送信道探測 幀。這樣能避免第一裝置任何的任意長時間搶占信道，對發(fā)送探測幀是必需
的，也因此避免了隨后的沖突風險。此外，時間T適用于最初的兩個階段(估 算第一空中時間和估算空中時差)總計持續(xù)時間少于信道的一致時間，該一 致時間定義為在此期間信道的屬性未發(fā)生明顯變化。因而可以確信，在測算 第 一 空中時間和測算空中時差期間信道保持穩(wěn)定。
本發(fā)明還涉及用于估算第一和第二裝置之間距離的設(shè)備，所述的設(shè)備的 目的是與第一裝置結(jié)合及包括發(fā)送一個請求到第二裝置的部件，目的在于測 算兩個裝置之間的交互持續(xù)時間；用于接收一個響應(yīng)請求的應(yīng)答的部件；測 算兩個裝置之間的交互持續(xù)時間的部件及發(fā)送一個信道探測幀到第二裝置的 部件。
本發(fā)明還涉及用于估算第一和第二裝置之間距離的設(shè)備，所述的設(shè)備的 目的是與第二裝置結(jié)合及包括出于測算兩個裝置之間的交互持續(xù)時間的目的 接收請求、發(fā)送應(yīng)答的部件；接收信道探測幀部件；及從對應(yīng)于所述信道探 測幀、接收的無線信號中，用于估算接收信號能量主要部分采用的最強傳播 路徑和第 一傳播路徑之間的空中時差的部件。


本發(fā)明在接下來的敘述中通過多個依據(jù)本發(fā)明的方法估算兩個裝置之間 距離的具體實施例以及參考附圖的發(fā)明設(shè)備和系統(tǒng)的具體實施例的描述能更 好的被理解，

如下
-圖1描述的是一個無線信道通信系統(tǒng)，其目的是依據(jù)所述特定方式實 施本發(fā)明的方法；
-圖2描述的是依據(jù)本發(fā)明方法的一個具體實施例，兩個裝置之間的幀
的交互；
-圖3描述的是依據(jù)圖2的實施例的方法的多個步驟的流程-圖4A和4B描述的是依據(jù)具體實施例、適于實施圖2和圖3的方法的
兩個裝置各自的功能模塊圖， 一個裝置實現(xiàn)兩個裝置之間距離的首次估算而
另一個為該估算被選中的裝置。
具體實施例方式
圖l描述的通信系統(tǒng)包括多個裝置，標為A, B, C和Z,每個包括一個無 線接收和發(fā)送接口。在所述具體例子中，裝置是從屬于住宅自動管理系統(tǒng)的 傳感器并組成了 adhoc網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的目的是獲得涉及一棟住宅內(nèi)部環(huán)境的 信息，例如溫度，亮度，聲音等級等等。圓弧Ca， Cb和Cc描述的是裝置A, B 和C各自的延伸范圍或區(qū)域。就圖l中可以看到的，裝置Z定位在三個裝置 A, B和C每個的各自的延伸范圍。
參考圖2和圖3，現(xiàn)在接下來是對估算裝置Z和其它三個裝置中的一個(例 如A)之間距離的發(fā)明方法的第一個具體實施例的記述。圖2中，箭頭的方 向描述了時間維度。
該方法包括階段l，由裝置A實施，用于估算兩個裝置A和Z之間的第一 空中時間T0F1，階段l包括引作E10到E16的一些步驟。在步驟E10中，裝 置A在這種情況下是發(fā)起者，發(fā)送一個表示為REQ的請求到被選中的裝置Z， 其目的是估算兩個裝置A和Z之間距離。當發(fā)送這個請求時，裝置A存儲發(fā) 送"i青求的時間并且乂人這個時刻開始 一個時間計時。
裝置Z在步驟Ell中接收到請求REQ并且，作為回應(yīng)，在步驟E13中發(fā) 送一個表示為ACK的應(yīng)答到裝置A。需要解釋的是，如果裝置Z不需要被定 位，則以下這些都是必需的它不必為回應(yīng)請求REQ而發(fā)送應(yīng)答。在收到請 求REQ (步驟Ell)的時刻和發(fā)送應(yīng)答ACK (步驟E13)時刻之間，裝置Z允 許在步驟E12中流逝一個等待時間T ,裝置A和Z都知道該等待時間。為精 確地在等待時間Tw結(jié)束時發(fā)送應(yīng)答ACK,如果有需要，裝置Z執(zhí)行一任意的 信道預(yù)清空而不考慮對后者的共享接入條件。而因為應(yīng)答信號被一個單獨的 數(shù)據(jù)幀攜帶，其具有短的持續(xù)時間(達到數(shù)十微秒)，裝置Z對信道的任意占 用是簡短的。這種方法尤其將裝置Z與裝置C或裝置B之間在裝置A的無線 范圍之外并且因此無法知道距離估算在進行中的通信的沖突風險最小化。
在步驟E14中，裝置A接收到應(yīng)答ACK并接著停止時間計時以確定應(yīng)答 ACK的到達時間。在步驟E15中，通過存儲的請求REQ的發(fā)送時間和應(yīng)答ACK 的到達時間，裝置A測算裝置A與裝置Z之間交互的持續(xù)時間，表示為Tex， 也就是說，是發(fā)送請求REQ到接收回復(fù)應(yīng)答ACK之間的持續(xù)時間。在步驟E16 中，裝置A從已測算的交互時間Tex中減去等待時間L并將減法的結(jié)果除以 2以從中推導(dǎo)出兩裝置A和Z之間的第一空中時間TOF,,也就是說是信號從 一個裝置發(fā)送到另一個裝置的時間的首次估算。該第一空中時間T0F，對應(yīng)于 信號沿著信號能量主要部分采用的，即"最強路徑"的傳輸路徑從一個裝置 到另一個裝置的傳輸時間。
在以上描述的具體例子中，是裝置A執(zhí)行第一空中時間T0F,的估算，基 于自身的發(fā)起，裝置A通過發(fā)送一個請求到裝置Z來開始估算裝置A與裝置 Z之間距離的過程。作為一種變化，設(shè)想裝置Z發(fā)送一個預(yù)備請求到裝置A， 以要求裝置A發(fā)起對估算裝置A與裝置Z之間距離的過程的實現(xiàn)。在這種情 況下，裝置A在收到預(yù)備請求時，會依據(jù)上述描述發(fā)起對步驟E10到E16的 執(zhí)行。
從圖1中可以看出，信號在裝置A和Z中從一個傳送到另一個能沿著至 少兩條獨立的分別被表示為t,和t2傳播路徑。也可以是其它路徑。路徑t,對 應(yīng)于裝置A和Z之間的直線距離或最短距離，而這里的路徑"包括在界面10 上的中間反射。在所描述的具體例子中，假定路徑L是去方向(從A到Z) 和回方向(從Z到A)的"最強路徑"，其中信道為雙向。換句話說，當發(fā)送 請求REQ時，發(fā)送信號能量的主要部分對應(yīng)于請求REQ采用的路徑t2。相似 的，當發(fā)送應(yīng)答ACK時，發(fā)送信號能量的主要部分對應(yīng)于應(yīng)答ACK獲取的路 徑t2。第一測算空中時間T0F，因此對應(yīng)于那些采用路徑t2的被發(fā)送信號的發(fā) 送持續(xù)時間。因此，對應(yīng)于沿最強路徑t2的空中時間和沿最短路徑或"第一 路徑"t,空中時間之間的差別的誤差惡化了第 一 測算空中時間。
然后執(zhí)行用于估算空中時差的階段2。階段2包括步驟E20到E23。在步 驟E21中，完成第一估算距離(空中時間)T0F1的裝置A發(fā)送信道探測幀"CSF" 到選中的裝置Z。在這里描述的具體例子中，幀CSF包含估算的第一空中時 間T0F1的值。用于發(fā)送幀CSF的步驟E21是在步驟E20之后，在E20期間， 裝置A允許在接收到應(yīng)答ACK的時候開始計時流逝時間T。這里的時間T包
括允許裝置A有充足的時間估算第一空中時間T0F1的保護時間Te,在其后跟 著遵循共享信道接入條件的暫停時間TP。因而，在步驟E21中的幀CSF的發(fā) 送，其為長的持續(xù)時間(達到幾毫秒)，不需要延長對信道的任意預(yù)清空。對 應(yīng)于探測幀的信號是從裝置A發(fā)送到裝置Z,其中一部分沿著傳播路徑t,而 其它部分沿著傳播路徑h發(fā)送。在這里描述的具體例子中，這些信號的主要 部分沿著傳播路徑h發(fā)送，而信號的第二部分沿著更短的傳播路徑t，發(fā)送。 在步驟E22中，從對應(yīng)于幀CSF的接收信號中，裝置Z通過應(yīng)用并未在此解 釋的檢測傳播路徑的公知技術(shù)檢測這些信號傳送的不同傳播路徑并特別地檢 測第一傳播路徑或最短傳播路徑和最強傳播路徑t2。在步驟E23中，裝置Z 估算對應(yīng)于已完成的測算第 一 空中時間T0F1的路徑的最強傳播路徑12與第一 傳播路徑t,之間的空中時差A(yù)TOF。換句話說，估算空中時差A(yù)TOF對應(yīng)于信 號沿最強路徑"的空中時間和信號沿第一路徑t,的空中時間之間的差別。
為獲得高精確度的測量值，保持信道屬性的穩(wěn)定是基本的，換句話說， 在估算第一空中時間T0F1和估算空中時差A(yù)TOF期間信道屬性不發(fā)生明顯變 化。為限制這種風險，步驟E20的持續(xù)時間T必須適應(yīng)于估算第一空中時間 T0F1的階段1和估算空中時差A(yù)TOF的階段2的總的持續(xù)時間少于或等于信 道一致(coherence)時間，該一致時間-故定義為在此段時間內(nèi)信道屬性不發(fā) 生明顯變化。可選的，檢查信道是否確實在估算第一空中時間T0F1和估算空 中時差A(yù)TOF期間保持穩(wěn)定，在階段2之后，可能重復(fù)一個與之前描述的階 段l相似的估算第一空中時間的新的階段。 一個新的表示為TOF,a第一空中時 間就這樣被估算。如果這兩個第一空中時間T0F1和TOF,a是一致的，這就意 味著在階段1和階段2期間信道保持一致。否則，就意味著測量值的精確度 折衷。
在估算第 一空中時間T0F1的階段1和估算空中時差△ TOF的階段2之后， 該方法包括一個階段3，用于計算兩個裝置A和Z之間的距離。該階段3包 括步驟E30到E31。在步驟E30中，裝置Z通過從估算的第一空中時間T0F1 減去估算的空中時差A(yù)TOF來確定第二空中時間T0F2,其中T0F1的值利用裝 置A通過傳送的探測幀在步驟E21中已經(jīng)發(fā)送到裝置Z: T0F2-T0F1 - ATOF (1)
然后，在步驟E31中，裝置Z通過已經(jīng)適時地確定的第二空中時間T0F2 和電磁波速度V來計算兩個裝置A和Z之間的直線距離D :D = V* T0F2 (2)
如果有需要，裝置Z可以將估算的距離D的值通過短的持續(xù)時間內(nèi)發(fā)送 的單獨的數(shù)據(jù)幀傳送到裝置A。裝置Z也可以將該數(shù)據(jù)幀廣播到它的無線范 圍內(nèi)的所有裝置或在這種情況下的裝置B和C,以使得它們能夠相對于彼此 來定位自己。
除了由裝置Z來執(zhí)行，用于計算距離D的階段3能由裝置A來執(zhí)行。在 這種情況下，在用于估算空中時差的階段2結(jié)束時，裝置Z可以將估算的空 中時差通過發(fā)送的單獨的數(shù)據(jù)幀傳送到裝置A，并且裝置A不需要將估算的 第一空中時間T0F1的值發(fā)送到裝置Z。在另一種變體中，假如裝置A將估算 的第一空中時間T0F1的值發(fā)送到裝置Z并且裝置Z將估算的空中時差A(yù)TOF 的值傳送到裝置Z,則兩個裝置A和Z就能并行地執(zhí)行計算階段3。
圖4A顯示了用于估算兩個裝置間距離的設(shè)備4的功能模塊圖， 一個裝置 發(fā)起者，另一個裝置是被選中者。設(shè)備4包括一個無線接收和發(fā)送接口，目 的是與發(fā)起距離估算的無線裝置如圖1中的裝置A相結(jié)合。設(shè)備4包括
-模塊40,用于發(fā)送目的為測算兩個裝置間交互時間的請求REQ到選中 的裝置，如在步驟EIO中描述的，目的是控制經(jīng)由裝置的無線接口發(fā)送請求 REQ，并且將該發(fā)送發(fā)信號告知用于測算交互時間的模塊42;
-模塊41，用于接收回應(yīng)請求REQ的應(yīng)答ACK，目的是監(jiān)控由裝置的無 線接口接收的應(yīng)答，并且發(fā)信號告知用于測算交互時間的模塊42及用于發(fā)送 幀CSF的模塊43;
-模塊42，用于計算兩個裝置之間的交互時間乙，連接到模塊40和41, 被安排用于當模塊40發(fā)送請求REQ時發(fā)起時間的計時及停止時間計時；
-模塊43,用于發(fā)送信道探測幀CSF到被選中的裝置，連接到模塊41， 如步驟E20和E21中描述的，在從應(yīng)答ACK到達時間開始計時，已經(jīng)允許流 逝時間T后，被安排用于控制經(jīng)由裝置的無線接口發(fā)送幀CSF;
-內(nèi)部時鐘44,連接到模塊42和43，及
-存儲記憶器45,被安排用于存儲請求REQ的發(fā)送時間和應(yīng)答ACK的到 達時間。
上述設(shè)備4的模塊連接到未示出的裝置的中央控制單元，該中央控制單 元的目的是控制模塊的操作。也可以是計算機程序的軟件模塊。本發(fā)明因此 也涉及一種計算機程序，在估算兩個裝置之間距離的設(shè)備上使用，包括用于
控制先前所述由發(fā)起者裝置A實現(xiàn)的方法的步驟的執(zhí)行的代碼指令。該程序用數(shù)據(jù)介質(zhì)存儲或發(fā)送，該介質(zhì)可以是硬件存儲介質(zhì)，例如CD-ROM,磁盤， 或硬盤，或者甚至是可傳送的介質(zhì)，如電、光或無線信號。
圖4B顯示了用于估算的兩個裝置間距離的設(shè)備5的功能模塊圖， 一個裝 置發(fā)起者，另一個裝置是被選中者。設(shè)備5包括一個無線接收和發(fā)送接口， 目的是與被選中的用于距離估算的無線裝置如圖1中的裝置Z相結(jié)合。設(shè)備 5包括
-模塊50,用于接收目的為測算兩個裝置間交互時間的請求REQ，被安 排用于檢測通過裝置的無線接口接收的這樣的請求；
-模塊51，用于發(fā)送應(yīng)答，如在步驟E12和E13中描述的，被安排用于 在從請求REQ到達時間開始計時，已經(jīng)允許流逝時間L后通過裝置的無線接 口控制應(yīng)答ACK的發(fā)送，以回應(yīng)已接收的請求REQ，
-模塊52,用于接收和分析一個信道探測幀，被安排檢測通過裝置的無 線接口接收的探測幀，如果合適，從其中提取第一發(fā)送空中時間T0F1的值， 和從對應(yīng)于探測幀的接收信號檢測第 一傳播路徑和最強傳播路徑；
-模塊53，連接到模塊52，用于估算均由模塊52檢測的最強傳播路徑 和第一傳播路徑之間的空中時差(AT0F);
-模塊54,連接到模塊53,用于計算兩個裝置之間的距離，如在步驟30 和31中描述的，被安排通過從第一發(fā)送空中時間減去估算的空中時差(△ TOF)來計算第二空中時間，并依據(jù)已確定的第二空中時間計算所述的距離。
上述設(shè)備5的模塊連接到未示出的裝置的中央控制單元，該中央控制單 元的目的是控制模塊的操作。也可以是計算機程序的軟件模塊。本發(fā)明因此 也涉及一種計算機程序，在估算兩個裝置之間距離的設(shè)備上使用，包括用于 控制先前所述由被選中者裝置Z執(zhí)行的方法的步驟的執(zhí)行的代碼指令。該程 序用數(shù)據(jù)介質(zhì)存儲或發(fā)送，該介質(zhì)可以是硬件存儲介質(zhì)，例如CD-R0M，磁盤， 或硬盤，或者甚至是可傳送的介質(zhì)，如電、光或無線信號。
為能夠在前述方法中充當裝置A和Z，裝置通常包括一個設(shè)備4和一個設(shè) 備5。
本發(fā)明還涉及包含一個被選中的裝置和至少一個發(fā)起裝置的無線通信系統(tǒng)。
在前述第一個具體實施例中，估算第一空中時間的階段l的執(zhí)行是在估 算空中時差的階段2之前。在第二個具體實施例中，這兩個階段的順序顛倒 估算空中時差的階段2的執(zhí)行是在估算第一空中時間的階段1之前。
在第三個具體實施例中，估算第一空中時間的階段l包括全部步驟EIO 到E16的多個連續(xù)的迭代。因而，裝置A獲得多個連續(xù)的第一空中時間T0F1 估算值，從中通過計算獲取的不同估算值的平均值來確定平均第一空中時間 TOF,avg。在第三階段，第一平均空中時間T0Flavg。利用公式(l)計算第二空 中時間T0F2。通過獲取第一空中時間的多個不同估算值的平均值，就可能降 低測算錯誤的風險。
在之前的記述中，假定兩個裝置A和Z是異步的，這樣為從中推導(dǎo)出第一 空中時間，測算兩個裝置A和Z之間的交互時間Tex是必須的。而本發(fā)明也 可應(yīng)用在兩個裝置為同步的情況下。在這種情況下，測算數(shù)據(jù)幀發(fā)出的發(fā)送 時間就足夠了 ，例如沿最強路徑從裝置A到Z以從中推導(dǎo)出第一空中時間 T0F1。
接下來是對定位裝置Z的方法的記述。這里假定Z是到達ad hoc網(wǎng)絡(luò)的 移動終端裝置，該網(wǎng)絡(luò)由已知各自位置Pa, Pb和Pc的三個裝置A， B和C組成。 裝置Z被放置在要被確定的位置Pz。為定位裝置Z,被稱為"詢問裝置"的 每個裝置A， B和C應(yīng)用之前所述的步驟EIO， E14到E16， E20和E21，而被 稱為"被詢問裝置"的裝置Z應(yīng)用之前所述的步驟E11到E13， E22, E23, E30和E31。因而，三個詢問裝置A, B和C,即那些發(fā)起估算他們和-故詢問 裝置Z之間距離的裝置，分別發(fā)送三個信道探測幀。這就使得以下所述成為 可能 一方面，將三個信道^J笨測幀的發(fā)送負荷分散到三個詢問裝置A， B和C 而不單單只在新節(jié)點Z,并且另一方面，通過避免從相同位置傳輸三個相同 的能量密集幀，更好地分配了空間電磁波能量。在知道了裝置A和Z之間的 距離DAz，裝置B和Z之間的距離DBZ，裝置C和Z之間的距離D^和三個裝置A、 B、 C的位置Pa、 Pb、 Pc后，ad hoc網(wǎng)絡(luò)能夠從這些信息推導(dǎo)出裝置Z的位置 Pz。
通過在裝置Z和知道各自的獨立位置的至少四個裝置A， B， C和D之間 執(zhí)行距離估算，使得使用剛才描述的定位方法來定位空間中的裝置Z同樣成 為可能。
在以上記述中，無線裝置是傳感器。當然，它們也可以是其它類型的無線 裝置，例如通信終端或通信對象。現(xiàn)在的發(fā)明不^f旦適用于超寬帶脈沖無線通
信而且也可應(yīng)用于其它無線通信系統(tǒng)(DS-SS等)。
權(quán)利要求
1.一種估算第一和第二無線裝置之間的距離的方法，包括由第一裝置(A)實施的階段(1)，用于估算兩個裝置(A，Z)之間的第一空中時間，所述第一空中時間對應(yīng)于信號沿著信號能量主要部分采用的被稱為“最強路徑”的傳輸路徑從一個裝置到另一個裝置的傳輸時間，用于估算空中時差的階段(2)，包括從一個裝置發(fā)送一個信道探測幀到另一個裝置(E21)并從接收的對應(yīng)于所述信道探測幀的無線信號中，估算最強傳播路徑和第一傳播路徑之間(E22)的空中時差(ΔTOF)，計算兩個裝置(A，Z)之間距離的階段(3)，包括通過從估算的第一空中時間(TOF1)減去估算的空中時差(ΔTOF)以確定第二空中時間(TOF2)(E30)和根據(jù)已適時地確定的第二空中時間(TOF2)計算兩個裝置之間距離(D)(E31)，其中，發(fā)送所述的信道探測幀(E21)到第二裝置(Z)的是第一裝置(A)，完成估算空中時差(E22)的裝置是第二裝置(Z)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中第一裝置(A)發(fā)送估算的第一空中 時間的值(T0F1)到第二裝置(Z) (E21)，第二裝置(Z)估算第二空中時間(TOF2)(E30)，然后由此推斷出兩個裝置之間的距離(D)(E31)。
3、 如權(quán)利要求1和2中的一個所述的方法，其中第二裝置(Z)發(fā)送估 算的兩個裝置(A， Z)之間距離值(D)到第一裝置(A)。
4、 如權(quán)利要求1到3中的一個所述的方法，其中在估算第一空中時間的 階段(1 )中第二裝置(Z )發(fā)送應(yīng)答以回應(yīng)從第一裝置(A )發(fā)出的請求(E12 )， 第 一裝置在應(yīng)答到達的時間和發(fā)送信道探測幀的時間之間允許流逝時間T(E20),所述時間T包括被適配于允許第一裝置估算第一空中時間(T0F1) 的保護時間，緊接著適配于遵循對信道的共享接入條件的暫停時間，以及所 述時間T使得估算第一空中時間的階段(1)和估算空中時差的階段(2)的 總的持續(xù)時間少于信道的 一致時間。
5、 如前面權(quán)利要求中的一個所述的方法，其中在估算第一空中時間的階 段(1)中，第二裝置(Z)在第一裝置接收到請求的時刻和發(fā)送作為回應(yīng)的 應(yīng)答的時刻之間允許在其中流逝一等待時間(Tw) (Ell)，兩個裝置均知道所 述等待時間，并且第一裝置(A)測算兩個裝置之間交互的持續(xù)時間(El5)， 從已測算的交互時間中減去所述等待時間并將相減的結(jié)果除以2以從中推導(dǎo) 出第一空中時間(T0F1) (E16)。
6、 如前面權(quán)利要求中的一個所述的方法，其中估算第一空中時間的階段 (1)包括多個第一空中時間(T0F1)估算值，并且第一裝置從不同的第一空中時間估算值中，計算平均的第一空中時間。
7、 一種通過一組至少三個其它裝置U, B， C)來定位將被定位的裝置 (Z)的方法，其中，所述組的另外三個裝置(A， B, C)中的每一個應(yīng)用在權(quán)利要求1到6中所述的方法中由第一裝置執(zhí)行的那些步驟，而將被定位的 裝置(Z)應(yīng)用在權(quán)利要求1到5中的一個所述的方法中由第二裝置執(zhí)行的那 些步驟。
8、 一種用于估算第一和第二裝置間距離的設(shè)備，所述設(shè)備目的是與第一 裝置相結(jié)合，包括發(fā)送目的為測算兩個裝置間交互時間的請求到第二裝置的 部件(40)，接收回應(yīng)請求的應(yīng)答的部件(41)，測算兩個裝置之間的交互時 間的部件(42, 44， 45)和發(fā)送一個信道探測幀到第二裝置的部件(43)。
9、 一種用于估算第一和第二裝置間距離的設(shè)備，所述設(shè)備目的是與第二 裝置相結(jié)合，包括當接收目的為測算兩個裝置間交互時間的請求時，發(fā)送應(yīng) 答的部件(51)，接收信道探測幀，并從接收的對應(yīng)于所述信道探測幀的無線 信號中，估算接收信號能量主要部分采用的最強傳播路徑和第一傳播路徑之 間的空中時差(AT0F)的部件(52， 53)。
10、 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，也包括用于接收第一空中時間估算值的 部件(5 0 )和被安排通過從估算的第 一 空中時間減去估算的空中時差(△ T0F ) 來確定第二空中時間，并依據(jù)已確定的第二空中時間計算所述距離的來計算 兩個裝置之間的距離的部件(54)。
11、 一種包括裝置(Z)和至少一個其它裝置(A)的系統(tǒng)，其中，所述 的裝置(Z )包括如權(quán)利要求9和10中的一個所述的設(shè)備，以及所述其它裝 置(A )包括如權(quán)利要求8所述的設(shè)備。
12、 一種計算機程序，在估算兩個裝置之間距離的設(shè)備上使用，包括用 于控制如權(quán)利要求1到6中的一個所述方法的由第一裝置實現(xiàn)的那些步驟的 執(zhí)行的代碼指令。
13、 一種計算機程序，在估算兩個裝置之間距離的設(shè)備上使用，包括當 程序由所述設(shè)備執(zhí)行時，用于控制如權(quán)利要求1到6中的一個所述方法的由 第二裝置實現(xiàn)的步驟的執(zhí)行的代碼指令。
全文摘要
估算兩個無線裝置間距離的方法。該方法包括由第一裝置(A)實施的階段，用于估算兩個裝置(A，Z)之間的第一空中時間，其對應(yīng)于沿著信號能量主要部分采用的被稱為“最強路徑”的傳輸路徑從一個裝置到另一個裝置的信號傳輸時間；由第二裝置執(zhí)行的用于估算空中時差階段包括，從一個裝置發(fā)送一個信道探測幀到第二裝置并從接收的對應(yīng)于所述信道探測幀的無線信號中，估算最強傳播路徑和第一傳播路徑之間的空中時差；計算兩個裝置(A，Z)之間距離階段包括，通過從估算的第一空中時間減去估算的空中時差以確定第二空中時間(E30)和通過正式的已確定的第二空中時間計算兩個裝置之間距離。
文檔編號H04Q7/38GK101198163SQ200710159610
公開日2008年6月11日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者讓·施沃爾, 貝努瓦·米斯科派恩 申請人:法國電信公司