非对称双边双向测距方法及非对称双边双向测距电路技术

在包括一对超宽带(“UWB”)收发机的UWB通信系统中，异步双向测距方法可以当在收发机之间交换了仅3个消息之后接近地估计收发机之间的飞行时间。在备选的异步双向测距方法中，可以当在收发机之间交换仅4个消息之后接近地估计收发机之间的飞行时间。

Asymmetric bilateral bidirectional ranging in ultra wideband communication systems

In an UWB communication system including a pair of ultra wideband (UWB) transceivers, an asynchronous bi-directional ranging method can estimate the flight time between transceivers approximately when there are only 3 messages exchanged between transceivers. In an alternative asynchronous ranging method, the flight time between the transceivers can be estimated approximately when 4 messages are exchanged between transceivers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超宽带通信系统中的非对称双边双向测距相关申请的交叉引用本申请涉及于2015年5月12日提交的临时申请No.62/160,469(“临时申请母案”)。本申请要求享有临时申请母案的优先权，并且因此根据37CFR§1.78(a)(4)要求其申请日的权益。临时申请母案的主题的全部内容通过引用明确地并入本文。
本专利技术一般地涉及无线通信系统，并且具体地，涉及适于执行非对称双边双向测距的无线通信系统。
技术介绍
在下面的描述中，一般来讲，将会用斜体来表示超宽带(“UWB”)通信系统领域的技术人员应当熟悉的每个特殊术语的第一次出现。此外，当首次引入被认为是新的术语或者将在被认为是新的上下文中使用的术语时，将加粗这个术语并提供打算应用于该术语的定义。此外，在整个说明书中，当提及将信号、信号标志、状态位或类似机构分别呈现(render)为其逻辑真或逻辑假状态时，有时将分别使用术语断言(assert)和否定(negate)，并且使用术语切换(toggle)来指示信号从一个逻辑状态到另一个逻辑状态的逻辑反转。备选地，可以将互斥的布尔状态称为logic_0和logic_1。当然，众所周知，可以通过使所有这样的信号的逻辑意义反向使得本文描述为逻辑真的信号变为逻辑假(反之亦然)来获得一致的系统操作。此外，在这种系统中选择哪些特定电压电平来表示每个逻辑状态是没有关系的。举例说明，在超宽带(“UWB”)通信系统中，由UWB发射机执行一系列特殊处理步骤，以准备用于经由基于分组的UWB信道进行传输的有效载荷数据。在接收时，由UWB接收机执行相应的一系列反向步骤以恢复数据有效载荷。两个系列的处理步骤的细节在IEEE标准802.15.4(“802.15.4”)和802.15.4a(“802.15.4a”)中充分描述，并且其全部内容通过引用明确并入本文。众所周知，这些标准描述了系统的发射部分和接收部分的所需功能，但是仅指定系统的发射部分的实现细节，而让实现者选择如何实现接收部分。已经提出了在UWB通信系统中使用的某些改进，这些改进在以下未决申请或发布的专利中充分描述，所有这些申请或专利的全部内容明确地并入本文：2009年12月22日发布的US7,636,397，题为"AMethodandApparatusforTransmittingandReceivingConvolutionallyCodedData"；2010年7月31日发布的US7,787,544，题为"AMethodandApparatusforGeneratingCodewords"；2013年1月22日发布的US8,358,709，题为"AMethodandApparatusforTransmittingandReceivingConvolutionallyCodedData"；以及2013年5月7日发布的US8,437,432，题为"ReceiverforUseinanUltra-WidebandCommunicationSystem"；2014年3月18日发布的US8,677,224，题为"ConvolutionCodeforUseinaCommunicationSystem"；2013年5月7日发布的US8,436,758，题为"AdaptiveTernaryA/DConverterforUseinanUltra-WidebandCommunicationSystem"；以及2014年6月24日发布的US8,760,334，题为"ReceiverforUseinanUltra-WidebandCommunicationSystem"。在现有的无线通信系统中，一种用于测量从设备A到设备B的距离的已知方法是测量电磁信号(例如一组无线电脉冲)的往返时间以获得飞行时间Tf。然后，可以将该时间Tf乘以无线电波的速度(即，光速)，以得到从A到B的距离。例如，在图2中，A将分组P1发送到B。B接收该信号，并且在短时间Db之后，它将分组P2发送回到A。分组P2在发送分组P1之后的时间Ra到达A。所以，得到以下关系：[式1]Ra＝2Tf+Db因此：[式2]实际上，在A和B中，时间分别由真实时钟(时钟A和时钟B)测量。因为可能不能使这些时钟彼此同步，所以它们将比理想时钟更快或更慢地运行。但是如果它们与参考频率发生器同步，则它们将在信号交换的持续时间内以假设为恒定频率的频率运行。假定时钟A和时钟B分别以理想的真实时钟的频率的ka和kb倍运行。任何时间测量将乘以这些常数ka或kb。将Ra的实际时间估计表示为将Da的实际时间估计表示为并且类似地，和是Rb和Db的估计。由于是在A处由A的时钟测量的，因此：[式3a]类似地：[式3b][式3c][式3d]可以将这些估计用于式2中的Ra等，以得到Tf的估计然而，如果ka或kb的值未知，则不能计算Ra等。但是，如果使用等作为Ra、Da等的估计：[式4a][式4b]那么引入测量误差。例如，如果将视为Tf的估计：[式5]则该估计的误差为：[式6]对于典型的UWB系统，例如，基于IEEE802.15.4aUWB物理层的那些系统，(ka-1)和(kb-1)高达20ppm，即20x10-6，并且使误差保持在100ps(1x10-10)以下是重要的，这意味着延迟(例如，)必须保持在约5μs以下。延迟包括发送分组的时间，其通常>100μs，因此实现这样的短延迟是不实际的。Fleming等人(US6,400,754)和后来的Menzer等人(US7,843,379)已经提出了对此的改进。在这些方案中，对于总共4个发送的消息，执行第二往返消息收发回合。从B发送的分组P2不仅确认P1的到达，并且其到达A还在由A发送第三分组P3之前在A中发起延迟在B处接收该第三分组，并且在B处测量该第二往返的时间。在这两种方案中，建议使延迟时间和对称，即使它们相等或几乎相等。Menzer指出，如果这样做，并且如果针对两个往返中的每一个计算两个估计，并且如果两个估计被平均，则误差几乎彼此抵消，并且可以使整体误差小到可以接受。通过使用该现有方法，两个估计的平均值的误差是：[式7a][式7b]尽管这当然地成立，但要求响应延迟总是对称的(即大致相等)对系统是不合理的负担。需要用于在无线通信系统的接收机中使用的用来确定测距的改进的方法和装置。特别地，我们认为这种方法和装置应该提供一般与最佳现有技术相当的性能，但允许在不显着降低准确度的情况下使用不对称延迟。
技术实现思路
根据本专利技术的优选实施例，提供了一种非对称双边双向测距方法，该方法使用3个消息P1、P2和P3来完成具有第一时钟Ca的第一设备A与具有第二时钟Cb的第二设备B之间的一对往返延迟测量。根据本方法，在A中，在关于Ca的所选择的时间点T0发送P1；然后在B中，在未知飞行时间Tf之后，在关于Cb的时间T1接收P1；以及在第一传输延迟之后，在关于Cb的时间T2发送P2。此外，在A中，在相对于T0的第一响应延迟之后，在关于Ca的时间T3接收P2；以及在第二传输延迟之后，在关于Ca的时间T4发送P3；以及然后在B中，在相对于T2的第二响应延迟之后，在关于Cb的时间T5接收P3；以及根据从以下各项中选择的一项来得到Tf的估计以及根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称双边双向测距方法，该方法使用3个消息P

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.12 US 62/160,4691.一种非对称双边双向测距方法，该方法使用3个消息P1、P2和P3来完成具有第一时钟Ca的第一设备A与具有第二时钟Cb的第二设备B之间的一对往返延迟测量，所述方法包括以下步骤：[1.1]在A中，在关于Ca的所选择的时间点T0处发送P1；[1.2]在B中：[1.2.1]在未知飞行时间Tf之后，在关于Cb的时间T1处接收P1；以及[1.2.2]在第一传输延迟之后，在关于Cb的时间T2处发送P2；[1.3]在A中：[1.3.1]在相对于T0的第一响应延迟之后，在关于Ca的时间T3处接收P2；以及[1.3.2]在第二传输延迟之后，在关于Ca的时间T4处发送P3；以及[1.4]在B中：[1.4.1]在相对于T2的第二响应延迟之后，在关于Cb的时间T5处接收P3；以及[1.4.2]根据从以下各项中选择的一项来得到Tf的估计以及2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：[1.4.3]得到作为的函数的对A与B之间的距离的估计。3.一种非对称双边双向测距方法，该方法使用4个消息P1、P2、P3和P4来完成具有第一时钟Ca的第一设备A与具有第二时钟Cb的第二设备B之间的一对往返延迟测量，所述方法包括以下步骤：[3.1]在A中，在关于Ca的所选择的时间点...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·麦克劳林，比利·韦尔索，
申请(专利权)人：德卡维务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE