[发明专利]估算两个无线装置间距离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种估算两个无线装置间距离的方法。

背景技术

无线装置的位置是多种应用上下文中需要了解的信息。通过说明性的例证，能被提及的有，根据他们的位置将上下文信息提供给用户的移动终端的这种“促销(push)”型的服务，用于个人在如博物馆的某地的导航服务，或甚至是通过网格网络(meshed network)或ad hoc网络的数据包路由。

在现有的各种定位技术中，有一些技术是基于仅仅通过测量无线信号的空中时间来协作计算两个无线装置之间的距离(“ranging”)。在了解了电磁波的传播速度后，测量两个无线装置之间的空中时间就使得算出分开两个装置之间的直线或直接距离成为可能。术语“两个装置之间空中时间”应该被正确规定，应当被理解为意味着电磁波从一个装置到另一个装置(只在一个方向)的传输时间。这种合作距离计算技术通常大部分依赖于以下的估算方法：

a)第一装置发送一个请求到第二装置以测算两个装置之间的交互时间Tex并开始时间计时，

b)在收到请求后，第二装置允许有等待时间Tw的流逝，该等待时间对两个装置是已知的，然后第二装置通过发送一个应答ACK回应第一装置，

c)在收到应答ACK后，第一装置停止计时，以测算交互时间Tex，然后通过从已测算的交互时间Tex减去延迟时间Tw并将相减的结果除以2来计算第一装置到第二装置的空中时间TOF，

d)在知道空中时间TOF和电磁波V的传播速度后，第一装置通过速度V划分交互时间来计算两个装置之间的直线距离D，假定Tex时间已测算的无线信号(发送和返回)的交互是沿直接路线传播路径。

因而，从测算两个装置之间的往返路径的交互时间来估算第一和第二装置之间的空中时间TOF。在两个装置处于异步也就是说不在一个公共的时钟上同步并且也不共享相同的参考时间的情况下这种往返路径的测算是必须的。如果这两个装置是同步的，仅测算从一个装置到另一个装置的单向传输时间就足够了。

上述的估算空中时间TOF的算法在两个装置相隔遥远的情况下会得到好的结果。实际上，在这种情况下，根据交互的信号(已测算持续时间Tex)跟随传播路径，按直接路线发送和返回的假定是能被接受的近似，使得精确估算两个装置的直线距离D成为可能。但是，当两个装置相当靠近彼此并处在一个支持多条传播路径的环境下，例如这种情况，在一个大楼内，测算两个装置之间的交互时间Tex会有被多传播路径强烈干扰的风险。这种情况的结果就是根据交互信号(Tex持续时间已测算)采用直线的传播路径(发送和返回)的假定变成了粗略的近似，这就以显著错误破坏了两个装置间直线距离D的估算。实际上，交互时间Tex用于测算发送和返回传播路径，每条路径都带有信号能量的主要部分(发送信号携带请求信息而返回信号携带应答信息)。为了简明，一条带有信号能量主要部分的传播路径在下文中将被称为“最强路径”。装置在最强路径上同步。现在，在信号沿多径传播的情况下，最强路径不需要与两个装置之间的直线转播路径相对应。实际上，第二的，更弱的信号能量部分能够获得一条更短的传播路径，按直线或接近于直线。信号的第二部分在最强路径之前被接收装置所接收。最先被接收的信号能量部分获取的传播路径在下文中会被称为“第一传播路径”或“最短路径”。最后，在装置接近和有可能引起多传播路径的环境下，能够存在在采用最强路径的部分信号的到达时间和采用第一路径的部分信号的到达时间之间的偏移量其有可能由于显著错误破坏了两个装置间直线距离D的估算。

为修正这样的错误，文档WO2006/072697提出了一种方法，在两个阶段内进行测算第一和第二无线装置之间的距离。在第一个阶段，执行之前所述的步骤a)到d)以估算第一空中时间TOF1，在第二阶段，第二装置将信道探测帧(channel sounding frame)发送到第一装置。该帧被设计成用于第一装置从不同的无线信号接收对应的探测帧以探测最强路径和第一路径。因而第一装置能够估算两条路径之间的空中时差ΔTOF和通过将第一次测得的空中时间TOF1减去确定的空中时差ΔTOF计算第二个空中时间TOF2，或者修正的空中时间。

这种估计两个无线装置之间距离的方法能被用于ad hoc网络的节点尤其使得到达网络的新节点Z能被定位。然而，实施这种方法在节点Z定位的能耗方面非常昂贵。实际上，实施该方法需要三个独立的测量，分别被标记为A，B和C三个节点发起。节点Z必须因此发送三个探测帧分别发向这三个节点A，B和C。因而，发送这些探测帧消耗能量。

发明内容