使用非连续或不连续通道精确射频定位的系统和方法技术方案

本申请公开了一种用于确定网络架构中的无线节点的位置的系统和方法。在一个示例中，一种用于在无线网络架构中定位节点的方法包括：利用具有无线装置的第一无线节点的处理逻辑，从具有无线装置的第二无线节点接收RF信号；利用第一无线节点测量RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；以及利用第一无线节点测量RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中第一和第二频率通道是非连续或不连续的通道。该方法进一步包括基于第一和第二通道状态信息，确定第一和第二无线节点之间的延迟轮廓估算而无需相位对准。

System and method of precise RF location using discontinuous or discontinuous channels

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用非连续或不连续通道精确射频定位的系统和方法相关申请本申请要求于2017年8月23日提交的申请号为15/684895的美国申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术的实施例涉及使用非连续或不连续通道精确射频定位的系统和方法。
技术介绍
在消费类电子产品和计算机工业中，无线传感器网络已经研究了很多年。在典型无线传感器网络中，一个或多个传感器与无线电一起实施，以实现从网络中部署的一个或多个传感器节点中收集无线数据。每个传感器节点可以包括一个或多个传感器，并且将包括无线电和用于为传感器节点的操作供电的电源。室内无线网络中节点的位置检测在许多应用中有用且重要。基于使用射频测量执行的三角测量的定位是一种有吸引力的方法，用于确定三维空间中无线装备目标的位置。基于RF的定位可以以多种方式执行。必须确定多个目标对之间的距离，以实现基于单独对的距离通过三角测量来计算三维空间中的相对位置。示例性实施方式包括集线器和多个传感器节点。应当注意的是，可以将集线器替换为节点，或者实际上，可以将一个或多个节点替换为集线器。通过RF通信，使用射频技术估算所有单独对之间的距离。难以在已使用的无线电通道的中间测量频率响应(例如，WiFi在通道的中间有1MHz的间隙)。在距离估算中，间隙导致带宽减少一半，或者如果忽略间隙，则这将误差引入距离估算中。一旦估算了距离，就可以使用三角测量来确定每个目标在三维空间中的相对位置。如果在现实空间中已知至少两个目标的位置，则可以确定网络中每个目标的绝对位置。实际上，如果在网络内已知1个目标(例如，集线器)的位置以及到至少一个其它节点的角路径，则可以再次确定网络内每个目标的绝对位置。因此，目标对之间的距离测量是基于RF的定位中的关键步骤。距离估算可以以多种方式执行。可以在对与对之间测量通信的信号强度(RSSI)，并基于已知的信号衰减模型将其用于估算距离。可以针对目标之间传输的信号来测量传播时间(TimeofFlight)(TOF)，并且可以基于已知的传播延迟模型来估算距离。可以另外基于信号强度中角度变化的分辨率来估算到达角(AOA)。其中，由于衰减的变化，RSSI通常容易出错，因此，其距离估算的吸引力不如TOF。
技术实现思路
对于本专利技术的一个实施例，本文公开了用于确定网络架构中的无线节点的位置的系统和方法。在一个示例中，一种用于在无线网络架构中定位节点的方法包括：利用具有无线装置的第一无线节点的处理逻辑从具有无线装置的第二无线节点接收RF信号；利用第一无线节点测量RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；以及利用第一无线节点测量RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中第一和第二频率通道是非连续或不连续的通道。不连续性可以是例如由于通道状态信息中的频率丢失或由于单独的测量实例之间的相位偏移而引起的。该方法进一步包括基于第一和第二通道状态信息，确定第一和第二无线节点之间的延迟轮廓(profile)估算而无需相位对准。在另一示例中，一种用于在无线网络架构中定位节点的系统包括：第一无线节点，具有带有一个或多个处理单元的无线装置和RF电路，其用于在无线网络架构中传输和接收通信，包括RF信号；以及第二无线节点，具有带有一个或多个处理单元的无线装置和RF电路，其用以实现与无线网络架构中的第一无线节点的双向通信。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以从第二无线节点接收RF信号；以测量RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；以测量RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中第一和第二频率通道是非连续或不连续的通道；并且以基于第一和第二通道状态信息，确定第一和第二无线节点之间的延迟轮廓估算而无需相位对准。根据附图和下面的详细描述，本专利技术的实施例的其它特征和优点将显而易见。附图说明本专利技术的实施例通过示例而非限制的方式在附图中示出，其中相似的标记表示相似的元件，并且其中：图1示出根据一个实施例的无线节点的示例性系统。图2示出根据一个实施例的具有非对称树状和网格状网络架构的系统，具有用于通信的多个集线器。图3示出根据一个实施例的传播时间测量系统。图4示出根据一个实施例的传播时间测量系统的框图。图5A和5B示出根据一个实施例的用于延迟轮廓估算以确定节点的位置估算的方法。图6示出根据一个实施例的使用非连续或不连续通道定位节点的示图600。图7A示出根据一个实施例的使用非连续或不连续通道定位节点的示图700a。图7B示出根据一个实施例的使用非连续或不连续通道定位节点的示图700b。图7C示出根据一个实施例的使用不连续通道响应定位节点的示图700c。图8A示出根据一个实施例的被实施为用于电源插座的覆盖物1500的集线器的示例性实施例。图8B示出根据一个实施例的被实施为用于电源插座的覆盖物的集线器的框图的分解图的示例性实施例。图9A示出根据一个实施例的被实施为用于在计算机系统、装置或通信集线器中部署的卡的集线器的示例性实施例。图9B示出根据一个实施例的被实施为用于在计算机系统、装置或通信集线器中部署的卡的集线器964的框图的示例性实施例。图9C示出根据一个实施例的在装置(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能装置等)内实施的集线器的示例性实施例。图9D示出根据一个实施例的在装置(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能装置等)内实施的集线器1684的框图的分解图的示例性实施例。图10示出根据一个实施例的传感器节点的框图。图11示出根据一个实施例的具有集线器的系统或装置1800的框图。具体实施方式本文公开了通过利用非连续或不连续通道精确射频定位的系统和方法。在一个示例中，一种用于在无线网络架构中定位节点的方法包括：利用具有无线装置的第一无线节点的处理逻辑从具有无线装置的第二无线节点接收RF信号；利用第一无线节点测量RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；以及利用第一无线节点测量RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中第一和第二频率通道是非连续或不连续的通道。该方法进一步包括基于第一和第二通道状态信息，确定第一和第二无线节点之间的延迟轮廓估算而无需相位对准。在无线传感器网络的各种应用中，可能需要确定网络内的传感器节点的位置。例如，这种信息可以用于估算诸如安全摄像机、运动传感器、温度传感器和其它这种对于本领域技术人员来说显而易见的传感器的相对位置。这些信息可用于生成诸如温度图、运动路径和多视图图像捕获的增强信息。因此，期望定位系统和方法能够在无线网络中，特别是在室内环境中精确地、低功率地并且环境感知地定位节点。为此目的，还假设室内环境包括诸如在建筑和其它结构周围的区域中的邻室内环境中可能存在类似的问题(例如，附近墙壁的存在等)。无线传感器网络被描述用于室内环境，包括家庭、公寓、办公室和商业建筑，以及附近的外部位置，诸如停车场、人行道和花园。无线传感器网络也可以用于具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在无线网络架构中定位节点的方法，包括：/n利用具有无线装置的第一无线节点的处理逻辑，从具有无线装置的第二无线节点接收RF信号；/n利用所述第一无线节点，测量所述RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；/n利用所述第一无线节点，测量所述RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中所述第一频率通道和所述第二频率通道是非连续或不连续的通道；以及/n基于所述第一通道状态信息和所述第二通道状态信息，确定所述第一无线节点与所述第二无线节点之间的延迟轮廓估算，而不相位对准。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170823 US 15/684,8951.一种用于在无线网络架构中定位节点的方法，包括：
利用具有无线装置的第一无线节点的处理逻辑，从具有无线装置的第二无线节点接收RF信号；
利用所述第一无线节点，测量所述RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；
利用所述第一无线节点，测量所述RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中所述第一频率通道和所述第二频率通道是非连续或不连续的通道；以及
基于所述第一通道状态信息和所述第二通道状态信息，确定所述第一无线节点与所述第二无线节点之间的延迟轮廓估算，而不相位对准。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在没有所述第一频率通道和所述第二频率通道之间的频带间隙的通道状态信息的情况下，确定所述延迟轮廓估算。


3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
利用所述第一无线节点，测量所述RF信号的第三频率通道的第三通道状态信息，其中所述第一频率通道、所述第二频率通道和所述第三频率通道是非连续或不连续的通道。


4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用所述延迟轮廓估算，确定所述第一无线节点与所述第二无线节点之间的距离。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一无线节点与所述第二无线节点之间的延迟轮廓估算包括：生成具有针对每个分开的频率通道的分开的行部分的第一矩阵，其中每一行包含所述通道的部分所述通道状态信息。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述第一无线节点与所述第二无线节点之间的延迟轮廓估算包括：通过从所述第一矩阵中移除最后一列生成第二矩阵，并通过从所述第一矩阵中移除第一列生成第三矩阵，然后将所述第二矩阵的伪逆与所述第三矩阵相乘。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二矩阵和所述第三矩阵的乘积的k个特征值的相位用于指示相对于所述第一通道信息和所述第二通道信息之间的频率间隔的延迟。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过在列中首先形成包含k个特征值中的每个特征值的第四矩阵并将每个特征值提高到行指示的幂来估算所述延迟的幅度和相位，所述行从零开始，一直到与所述第一通道状态信息或所述第二通道状态信息的一个频率块中的测量次数一样高，然后，将来自所述频率块的测量矢量乘以所述第四矩阵的伪逆。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，分别针对所述第一通道状态信息和所述第二通道状态信息的每个所述频率块生成相位和幅度估算。


10.一种用于在无线网络架构中定位节点的系统，包括：
第一无线节点，具有带有一个或多个处理单元的无线装置和用于在包括RF信号的所述无线网络架构中传输和接收通信的RF电路；以及
第二无线节点，具有带有一个或多个处理单元的无线装置和以实现与所述无线网络架构中的第一无线节点的双向通信的RF电路，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以从所述第二无线节点接收所述RF信号；测量所述RF信号的第一频率通道的第一通道状态信息；测量所述RF信号的第二频率通道的第二通道状态信息，其中所述第一频率通道和所述第二频率通道是非连续或不连续的通道；并且基于所述第一通道状态信息和所述第二通道状态信息，确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的延迟轮廓估算而不相位对准。


11.根据权利要求10所述的系统，其中，在没有所述第一通道和所述第二通道之间的频带间隙的通道状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：托米·伊拉穆尔托，
申请(专利权)人：洛希克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US