室內(nèi)定位系統(tǒng)中的高精度的接入點(diǎn)到接入點(diǎn)的同步的制作方法
【專利說(shuō)明】室內(nèi)定位系統(tǒng)中的高精度的接入點(diǎn)到接入點(diǎn)的同步
[0001]交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求享有由Gupta等人于20 13年9月30日遞交的、名稱為“HighPrecis1n Access Point to Access Point Synchronizat1n in an Indoor Posit1nLocat1n System”的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.14/042，446的優(yōu)先權(quán)，并且其已經(jīng)被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
【背景技術(shù)】
[0003]在一些環(huán)境中，諸如在室內(nèi)和企業(yè)環(huán)境中，容易地對(duì)各種類型的資產(chǎn)或者人員、或者二者進(jìn)行定位可能是重要的。這樣的環(huán)境的示例包括醫(yī)院、零售商店、倉(cāng)庫(kù)等等。在確定跟蹤系統(tǒng)的有用性時(shí)，關(guān)于在室內(nèi)環(huán)境中監(jiān)控資產(chǎn)或人員的位置的準(zhǔn)確度和速度可能是重要的因素。此外，具有高性價(jià)比的、可擴(kuò)展的并且可以提供連續(xù)的、準(zhǔn)確的以及精確的位置監(jiān)控的跟蹤系統(tǒng)也是所期望的。
[0004]可以使用不同的系統(tǒng)和設(shè)備來(lái)對(duì)特定的室內(nèi)環(huán)境中的資產(chǎn)和/或人員進(jìn)行定位。超寬帶(UWB)網(wǎng)絡(luò)、或者遍及室內(nèi)環(huán)境的至少一部分部署的某種其它射頻網(wǎng)絡(luò)可以被配置為執(zhí)行室內(nèi)跟蹤。系統(tǒng)可以采用位于室內(nèi)環(huán)境中的具體位置的多個(gè)接入點(diǎn)(AP)。還可以將位置跟蹤標(biāo)簽貼到所要跟蹤的每一個(gè)移動(dòng)資產(chǎn)和/或貼到所要跟蹤的每一個(gè)人員上。該標(biāo)簽可以發(fā)送波形(例如，信標(biāo)信號(hào))，該波形被AP接收，用于進(jìn)行距離測(cè)量以確定該標(biāo)簽與接收該波形的AP之間的距離。一旦獲得了該標(biāo)簽與至少三個(gè)不同的AP之間的距離，就可以使用三角測(cè)量或者三邊測(cè)量來(lái)估計(jì)貼有該標(biāo)簽的資產(chǎn)或者人員的位置。
[0005]可能需要對(duì)定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)以提供準(zhǔn)確的位置測(cè)量。校準(zhǔn)可以包括對(duì)每一個(gè)AP相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)其它AP進(jìn)行同步。期望獲得可能的最高精度的同步。還期望通過(guò)多個(gè)步驟來(lái)獲得同步，以便提供高效的同步過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在下文中描述的是規(guī)定在定位網(wǎng)絡(luò)的跟蹤區(qū)域內(nèi)的成對(duì)AP之間的高精度同步的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備。該方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備可以包括規(guī)定對(duì)位于各自AP處的定時(shí)器和振蕩器進(jìn)行漸進(jìn)地同步的工具和技術(shù)。該同步可以包括粗略的頻率和定時(shí)獲取，以及精細(xì)的頻率和定時(shí)獲取。這些技術(shù)可以在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上使用。
[0007]可以使用具有一個(gè)或多個(gè)振蕩器和定時(shí)器的第一 AP來(lái)對(duì)鄰近AP進(jìn)行同步。例如，所述第一 AP可以向該區(qū)域內(nèi)的其它AP發(fā)送窄帶信號(hào)或超寬帶(UWB)信號(hào)或二者。在一些情況下，所述AP發(fā)送窄帶信號(hào)(其可以被稱為粗略頻率和定時(shí)獲取信號(hào))，第二AP利用所述窄帶信號(hào)來(lái)估計(jì)頻率偏移和/或時(shí)間偏移。隨后，所述AP可以發(fā)送UWB信號(hào)(其可以被稱為精細(xì)頻率和定時(shí)獲取信號(hào))，并且其可以用于準(zhǔn)確地調(diào)整所估計(jì)的第二 AP的頻率偏移和/或時(shí)間偏移。所述第二 AP可以因此漸進(jìn)地同步其振蕩器和/或定時(shí)器，例如，首先使用所述粗略信號(hào)來(lái)粗略地估計(jì)頻率和時(shí)間，然后使用所述精細(xì)信號(hào)來(lái)調(diào)整其振蕩器和定時(shí)器的準(zhǔn)確度。
[0008]描述了一種對(duì)位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)AP進(jìn)行同步的方法。在包括振蕩器和至少一個(gè)定時(shí)器的第一AP處，接收包括控制信息的窄帶信號(hào)，所述控制信息包括開始時(shí)間。在所述第一AP處，至少部分地基于所述控制信息來(lái)生成頻率偏移和時(shí)間偏移的估計(jì)。在所述第一 AP處，在開始時(shí)間之后接收到超寬帶(UWB)信號(hào)。在所述第一 AP處，至少部分地基于接收所述UBW信號(hào)來(lái)調(diào)整所估計(jì)的頻率偏移和所估計(jì)的時(shí)間偏移。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，第一AP可以使用同步成功的確認(rèn)消息來(lái)作出響應(yīng)。所述第一AP可以發(fā)送包括控制信息的窄帶信號(hào)，所述控制信息包括開始時(shí)間。所述第一AP可以在開始時(shí)間之后發(fā)送UWB信號(hào)。
[0010]估計(jì)頻率偏移可以包括從所述控制信息中識(shí)別系統(tǒng)頻率偏移，以及至少部分地基于所識(shí)別的系統(tǒng)頻率偏移來(lái)糾正振蕩器的頻率。
[0011]在一種配置中，估計(jì)時(shí)間偏移包括從該控制信息中識(shí)別系統(tǒng)時(shí)間戳，將該系統(tǒng)時(shí)間戳與由至少一個(gè)定時(shí)器生成的本地時(shí)間戳進(jìn)行比較，以及基于對(duì)所述系統(tǒng)時(shí)間戳和所述本地時(shí)間戳的比較來(lái)計(jì)算時(shí)間偏移。在一個(gè)示例中，可以至少部分地基于所計(jì)算的時(shí)間偏移來(lái)糾正該至少一個(gè)定時(shí)器的時(shí)間。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，估計(jì)時(shí)間偏移包括根據(jù)發(fā)射機(jī)幀起始定界符(sro)和接收機(jī)SFD之間的期望平均延遲來(lái)調(diào)整所計(jì)算的時(shí)間偏移。在一個(gè)示例中，估計(jì)該時(shí)間偏移包括根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘的期望數(shù)量的周期差來(lái)調(diào)整所計(jì)算的時(shí)間。所述周期差可能是由于高發(fā)射機(jī)幀起始定界符(SFD)頻率偏移造成的。
[0013]在一種配置中，調(diào)整所估計(jì)的頻率偏移和所估計(jì)的時(shí)間偏移包括識(shí)別開始時(shí)間，確定與處理和接收UWB信號(hào)相關(guān)聯(lián)的處理時(shí)間，確定與第一AP和至少第二AP之間的距離相關(guān)聯(lián)的傳播時(shí)間。可以至少部分地基于至少一個(gè)定時(shí)器來(lái)確定采樣時(shí)間?？梢怨烙?jì)UWB信號(hào)的直接路徑的到達(dá)時(shí)間(TOA)?？梢灾辽俨糠值鼗谒鲩_始時(shí)間、處理時(shí)間、傳播時(shí)間、采樣時(shí)間和TOA來(lái)確定精細(xì)時(shí)間偏移?？梢曰谒鼍?xì)時(shí)間偏移來(lái)改變?cè)撝辽僖粋€(gè)定時(shí)器和振蕩器。
[0014]還描述了被配置為用于對(duì)位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)接入點(diǎn)(AP)進(jìn)行同步的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于在包括振蕩器和至少一個(gè)定時(shí)器的第一 AP處接收包括控制信息的窄帶信號(hào)的單元，所述控制信息包括開始時(shí)間；用于在所述第一AP處至少部分地基于所述控制信息來(lái)估計(jì)頻率偏移和時(shí)間偏移的單元；用于在所述開始時(shí)間之后，在所述第一AP處接收超寬帶(UWB)信號(hào)的單元；以及用于在所述AP處至少部分地基于接收所述UWB信號(hào)來(lái)調(diào)整所估計(jì)的頻率偏移和所估計(jì)的時(shí)間偏移的單元。
[0015]還描述了用于對(duì)位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)接入點(diǎn)(AP)進(jìn)行同步的裝置。所述裝置可以包括處理器、振蕩器、至少一個(gè)定時(shí)器、與所述處理器電子通信的存儲(chǔ)器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的指令。所述指令可以由所述處理器可執(zhí)行以用于接收包括控制信息的窄帶信號(hào)，所述控制信息包括開始時(shí)間；至少部分地基于所述控制信息來(lái)估計(jì)頻率偏移和時(shí)間偏移;在所述開始時(shí)間之后接收超寬帶(UWB)信號(hào);至少部分地基于接收所述UWB信號(hào)來(lái)調(diào)整所估計(jì)的頻率偏移和所估計(jì)的時(shí)間偏移。
[0016]還描述了用于對(duì)位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)接入點(diǎn)(AP)進(jìn)行同步的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲(chǔ)有指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令可以由處理器可執(zhí)行以進(jìn)行以下操作:在包括振蕩器和至少一個(gè)定時(shí)器的第一AP處，接收包括控制信息的窄帶信號(hào)，所述控制信息包括開始時(shí)間；在所述第一AP處，至少部分地基于所述控制信息來(lái)估計(jì)頻率偏移和時(shí)間偏移;在所述開始時(shí)間之后，在所述第一AP處接收超寬帶(UWB)信號(hào)；以及在所述第一AP處，至少部分地基于接收所述UWB信號(hào)來(lái)調(diào)整所估計(jì)的頻率偏移和所估計(jì)的時(shí)間偏移。
[0017]根據(jù)下面的【具體實(shí)施方式】、權(quán)利要求書和附圖，所描述的方法和裝置的適用性的進(jìn)一步范圍將變得顯而易見。僅僅通過(guò)說(shuō)明的方式給出了【具體實(shí)施方式】和具體示例，這是因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本說(shuō)明書的精神和范圍之內(nèi)的各種改變和修改將變得顯而易見。
【附圖說(shuō)明】
[0018]可以通過(guò)參考附圖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。在附圖中，相似的部件或者特征可以具有相同的參考標(biāo)記。進(jìn)一步地，相同類型的各個(gè)部件可以通過(guò)用破折號(hào)和在相似的部件之間進(jìn)行區(qū)分的第二標(biāo)記跟在參考標(biāo)記之后來(lái)區(qū)分。如果在說(shuō)明書中僅使用了第一參考標(biāo)記，則該描述適用于具有相同的第一參考標(biāo)記的相似的部件中的任何一個(gè)部件，而不管第二參考標(biāo)記。
[0019]圖1A和圖1B示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例。
[0020]圖2A和圖2B示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的可以用在位置跟蹤系統(tǒng)中的示例性設(shè)備的框圖。
[0021 ]圖3示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例的框圖。
[0022]圖4示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例的框圖。
[0023]圖5示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例示出位置跟蹤系統(tǒng)內(nèi)的接入點(diǎn)同步的示例的呼叫流圖。
[0024]圖6、圖7和圖8是描繪了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的位置跟蹤系統(tǒng)內(nèi)的一種或多種通信方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]描述了解決關(guān)于對(duì)位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的AP進(jìn)行同步的問(wèn)題的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。該方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備可以包括規(guī)定對(duì)位于各自AP處的定時(shí)器和振蕩器進(jìn)行漸進(jìn)地同步的工具和技術(shù)。該同步可以包括粗略的頻率和定時(shí)獲取，以及精細(xì)的頻率和定時(shí)獲取。這些技術(shù)可以在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上使用。
[0026]為了基于一組AP的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的估計(jì)來(lái)確定標(biāo)簽位置，在網(wǎng)絡(luò)的所有AP中取得并維持高精確度時(shí)間同步。主AP可以發(fā)送信號(hào)以允許其它AP將其各自振蕩器和/或定時(shí)器與主AP的振蕩器和/或定時(shí)器進(jìn)行同步。同步可以包括使用至少兩種不同的通信方法來(lái)建立準(zhǔn)確同步。
[0027]例如，AP的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)AP中的每一個(gè)均可以具有自由運(yùn)行的振蕩器和一個(gè)或多個(gè)定時(shí)器。在一些情況下，兩個(gè)AP都能夠通過(guò)窄帶信道和超寬帶(UWB)信道進(jìn)行通信。這對(duì)AP中的一個(gè)AP可以被指定為AP的網(wǎng)絡(luò)的主AP，或者其可以是這兩個(gè)AP之間的主AP。主AP可以提供其它AP要調(diào)整到的頻率和時(shí)間。
[0028]如上所述，同步可以在兩個(gè)階段中獲得。首先，粗略頻率獲取的準(zhǔn)確度可以在每十億分之幾之內(nèi)，并且粗略定時(shí)獲取的準(zhǔn)確度可以在幾百納秒之內(nèi)。在一些情況下，這樣的粗略頻率和定時(shí)獲取發(fā)生在窄帶鏈路上。精細(xì)頻率獲取的準(zhǔn)確度可以在每萬(wàn)億分之幾之內(nèi)，并且精細(xì)定時(shí)獲取可以具有亞納秒級(jí)的準(zhǔn)確度。在一些情況下，這樣的精細(xì)頻率和定時(shí)獲取發(fā)生在UWB鏈路上。結(jié)合在一起使用，粗略和精細(xì)的頻率和定時(shí)步驟可以允許同步AP粗略地估計(jì)振蕩器頻率和時(shí)鐘時(shí)間，并且然后它可以繼續(xù)調(diào)整(例如，精細(xì)調(diào)諧)頻率和時(shí)間。
[0029]下面的描述提供了示例，而非對(duì)在權(quán)利要求書中闡述的范圍、適用性或者配置的限制。在不背離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以對(duì)討論的要素的功能和布置進(jìn)行改變。