用于在無線通信系統中測量距離的誤差補償裝置和方法

用于在無線通信系統中測量距離的誤差補償裝置和方法
【專利摘要】本發明的實施例提供了一種用于對在利用通過無線通信系統的無線設備執行的信號發送接收測量距離時可發生的測量誤差進行補償的裝置和方法。根據本發明的一個實施例，一種第一無線設備的用于在無線通信系統中測量距離的裝置包括：收發器，用于向第二無線設備發送請求距離封包并且從第二無線設備接收與請求距離封包相對應的響應距離封包；以及距離估計器，用于基于從發送請求距離封包的時間到感測到對響應距離封包的接收的時間的第一時間差、從感測到第二無線設備對請求距離封包的接收的時間到發送響應距離封包的時間的第二時間差、以及第一無線設備的內部電路延遲，來估計第一無線設備和第二無線設備之間的距離。
【專利說明】
用于在無線通信系統中測量距離的誤差補償裝置和方法
技術領域
[0001] 本發明設及通過無線通信系統的無線設備進行的信號發送和接收。
【背景技術】
[0002] 根據無線通信技術近來的發展，通過無線設備進行的信號發送和接收增加了。用 戶可通過經由諸如智能電話之類的無線可接入無線設備發送和接收信號來通過對各種類 型的數據(例如，諸如動態圖像、音樂、照片和文檔之類的多媒體數據)的發送和接收而接收 各種服務。

【發明內容】

[0003] 技術問題
[0004] 因此，本發明的實施例提供了一種用于利用無線通信系統中的無線設備之間發送 和接收的信號來測量無線設備之間的距離的裝置和方法。
[0005] 另外，本發明的實施例提供了一種用于利用無線通信系統中的無線設備之間發送 和接收的信號來W高清晰度測量無線設備之間的距離的裝置和方法。
[0006] 本發明的實施例提供了一種用于利用無線通信系統中的無線設備之間發送和接 收的信號來迅速地測量無線設備之間的距離的裝置和方法。
[0007] 本發明的實施例提供了一種用于在利用無線通信系統中的無線設備之間發送和 接收的信號測量無線設備之間的距離時提供關于由于多徑信道的影響而引起的不準確性 的信息的裝置和方法。
[000引本發明的實施例提供了一種用于在利用無線通信系統中的無線設備之間發送和 接收的信號測量無線設備之間的距離時使功率消耗最小化的裝置和方法。
[0009] 本發明的實施例提供了一種用于在利用無線通信系統中的無線設備之間發送和 接收的信號測量無線設備之間的距離時通過校準無線設備的內部電路延遲來準確地估計 無線設備之間的距離的裝置和方法。
[0010] 本發明的實施例提供了一種用于對在利用通過無線通信系統中的無線設備進行 的信號的發送和接收來測量距離時可能生成的測量誤差進行校準的裝置和方法。
[0011] 本發明的實施例提供了一種通過經由基于無線通信系統中的無線設備之間發送 和接收的信號測量無線設備之間的距離的方法測量距離測量誤差來為距離測量誤差校準 而加 W優化的裝置和方法。
[0012]技術方案
[0013]根據本發明的一實施例，提供了一種用于無線通信系統中的距離測量的第一無線 設備的裝置。該裝置包括:收發器，被配置為向第二無線設備發送請求距離封包并且從第二 無線設備接收與請求距離封包相對應的響應距離封包；W及距離估計器，被配置為基于從 發送請求距離封包的時間點到檢測到對響應距離封包的接收的時間點的第一時間差、從由 第二無線設備檢測到對請求距離封包的接收的時間點到發送響應距離封包的時間點的第 二時間差、w及第一無線設備和第二無線設備的內部電路延遲，來估計第一無線設備和第 二無線設備之間的距離。
[0014] 根據本發明的另一實施例，提供了一種用于無線通信系統中的距離測量的操作第 一無線設備的方法。該方法包括:向第二無線設備發送請求距離封包;從第二無線設備接收 與請求距離封包相對應的響應距離封包；W及基于從發送請求距離封包的時間點到檢測到 對響應距離封包的接收的時間點的第一時間差、從由第二無線設備檢測到對請求距離封包 的接收的時間點到發送響應距離封包的時間點的第二時間差、W及第一無線設備和第二無 線設備的內部電路延遲，來估計第一無線設備和第二無線設備之間的距離。
[0015] 發明的效果
[0016] 根據本發明的實施例，可W利用通過無線通信系統中的無線設備進行的信號交換 來執行具有幾厘米的分辨率的距離測量。另外，根據本發明的實施例，可W利用距離封包迅 速地測量無線設備之間的距離，向用戶提供可由多徑信道的影響生成的距離測量的不準確 性(可靠性），并且利用現有調制解調器中使用的信號來最小化距離估計器的功率消耗。另 夕h根據本發明的實施例，在通過無線通信系統中的無線設備之間發送和接收的信號對無 線設備之間的距離的測量中，可W通過對作為距離測量誤差存在的無線設備的內部電路延 遲進行補償來準確地測量無線設備之間的距離。
【附圖說明】
[0017] W下描述參考附圖進行W便更完整地理解本發明及其效果，并且相同的標號指示 相同的部件。
[0018] 圖1根據本發明的實施例圖示了用于測量無線設備之間的距離的操作；
[0019] 圖2根據本發明的一實施例圖示了第一無線設備的配置；
[0020] 圖討良據本發明的一實施例圖示了第二無線設備的配置；
[0021] 圖4A至4D根據本發明的實施例圖示了無線設備的距離測量操作的處理流程；
[0022] 圖5根據本發明的一實施例圖示了 DMG距離元素的配置；
[0023] 圖6根據本發明的一實施例圖示了距離能力信息字段的配置；
[0024] 圖7根據本發明的實施例圖示了請求距離封包之中的空數據封包的配置；
[0025] 圖8根據本發明的實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的無線設備之 間的信號發送和接收的過程；
[0026] 圖9根據本發明的一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程；
[0027] 圖10A至10C根據本發明的一實施例圖示出為了無線設備之間的距離測量操作在 發起者和響應者之間發送和接收的信號；
[0028] 圖11根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的距離 誤差校準模塊的連接配置；
[0029] 圖12A和12B根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作 的無線設備的內部電路延遲的測量；
[0030] 圖13根據本發明的另一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程；
[0031] 圖14根據本發明的另一實施例圖示出為了無線設備之間的距離測量操作在發起 者和響應者之間發送和接收的信號；
[0032] 圖15根據本發明的另一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程；
[0033] 圖16根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的用于 測量發起者的內部電路延遲的變化量的操作;并且
[0034] 圖17根據本發明的另一實施例圖示了用于沒有任何誤差的無線設備之間的距離 測量操作的距離估計器與模擬/數字轉換器和數字/模擬轉換器之間的連接的配置。
【具體實施方式】
[0035] 在本專利說明書中，用于描述本發明的原理的圖1至圖17只是示例，而不應當被解 釋為限制本發明的范圍。本領域技術人員可理解，本發明的原理可W實現在任何適當布置 的無線通信系統中。
[0036] W下要描述的本發明的實施例提出了一種用于通過經由無線通信系統中的無線 設備進行的信號交換來測量具有幾厘米(cm)的分辨率的距離的裝置和方法。具體地，本發 明的實施例提出了一種用于測量具有高分辨率的距離的信號處理方法和一種用于迅速地 測量無線設備之間的距離的信號處理方法。另外，本發明的實施例提出了一種用于在解決 可由多徑信道的影響生成的距離測量的不準確性的同時最小化功率消耗的裝置。此外，本 發明的實施例提出了一種用于在利用無線通信系統中的無線設備之間發送和接收的信號 測量無線設備之間的距離時通過校準無線設備的內部電路延遲來準確地估計無線設備之 間的距離的裝置和方法。
[0037] 例如，根據本發明的一實施例，無線設備可W是諸如智能電話之類的具有無線接 入功能的便攜式電子設備。在另一示例中，無線設備可W是W下之一:便攜終端、移動電話、 移動平板、媒體播放器、平板計算機、手持式計算機、無線可接入相機、智能電視和個人數字 助理(Personal Digital Assistant,PDA)。在另一示例中，無線設備可W是具有上述設備 的兩個或更多個功能的組合的設備。
[0038] 根據一實施例，無線通信系統可W是設備對設備(Device-t〇-Device，D2D)網絡。 根據另一實施例，無線通信系統可W是局域網化ocal Area化twork，LAN)。根據另一實施 例，無線通信系統可W是支持設備之間的娛樂共享(group play)功能的無線網絡。
[0039] 圖1根據本發明的實施例圖示了用于測量無線設備之間的距離的操作。圖1所示的 操作只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發 明的范圍。
[0040] 參考圖1，第一無線設備100對應于被定義為作為測量距離的主體的無線設備的發 起者并且包括距離估計器110和收發器120。第二無線設備200對應于被定義為作為被第一 無線設備100測量距離的客體的無線設備的響應者并且包括距離估計器210和收發器220。
[0041] 收發器120向第二無線設備200發送請求距離封包并且從第二無線設備200接收與 請求距離封包相對應的響應距離封包。收發器220從第一無線設備100接收請求距離封包并 且向第一無線設備100發送響應距離封包。
[0042] 距離估計器110估計第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離。距離估計 器110基于從發送請求距離封包的時間點到檢測到對響應距離封包的接收的時間點的第一 時間差(Ti)、從由第二無線設備200的距離估計器210計算出的檢測到對請求距離封包的接 收的時間點到發送響應距離封包的時間點的第二時間差(Tr)、W及第一無線設備100和第 二無線設備200的內部電路延遲，來估計第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離。
[0043] 根據一實施例，距離估計器110可包括誤差校準模塊，用于測量第一無線設備100 的內部電路延遲并且基于測量到的內部電路延遲對基于第一時間差、第二時間差和第二無 線設備200的內部電路延遲估計的第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離執行誤 差校準。
[0044] 圖2根據本發明的一實施例圖示了第一無線設備100的配置。圖2所示的配置只是 對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范 圍。
[0045] 參考圖2,第一無線設備100包括介質訪問控制(Medium Access Control，MAC)處 理器105、基帶處理器115、數字到模擬轉換器（Digital to Analog Converter，DAC)125A、 模擬到數字轉換器(Analog to Digital Converter,ADC)125B和射頻（Radio Frequen巧， RF)電路/天線130。基帶處理器115包括距離估計器IIOdDAC 125A、ADC 125B和RF電路/天線 130構成圖1的收發器120。
[0046] MAC處理器105生成用于距離測量的信息。例如，MAC處理器105在距離估計時段中 生成距離開始信號。在另一示例中，MAC處理器105在能力協商時段中生成包括DMG (Directional Multigigabit，方向性多千兆位)距離元素的DMG信標、探測請求、探測響應、 信息請求或信息響應。基帶處理器115輸入MAC處理器105生成的信息并且在基帶中處理該 信息。例如，基帶處理器115接收并處理距離開始信號，然后生成請求距離封包。DAC 125A把 從基帶處理器115提供來的數字信號轉換成模擬信號。RF電路/天線130包括用于在RF頻帶 中處理要發送和接收的信號的RF電路和用于把經RF電路處理的發送信號發送到空氣、接收 從空氣接收的信號并且將信號提供給RF電路的天線。RF電路/天線130把經DAC 125A轉換的 模擬信號發送到第二無線設備200。
[0047] RF電路/天線130從第二無線設備200接收信號。ADC 125B把通過天線130從第二無 線設備200接收的模擬信號轉換成數字信號。基帶處理器115在基帶中處理經ADC 125B轉換 的數字信號。例如，基帶處理器115處理接收到的響應距離封包并且向MAC處理器105輸出第 一時間差。
[004引距離估計器110估計第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離。距離估計 器110基于從發送請求距離封包的時間點到檢測到對響應距離封包的接收的時間點的第一 時間差(Ti)、從由第二無線設備200檢測到對請求距離封包的接收的時間點到發送響應距 離封包的時間點的第二時間差(Tr)、W及第一無線設備100和第二無線設備200的內部電路 延遲，來估計第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離。
[0049] 根據一實施例，距離估計器110可包括誤差校準模塊，用于測量第一無線設備100 的內部電路延遲并且基于測量到的內部電路延遲對基于第一時間差、第二時間差和第二無 線設備200的內部電路延遲估計的第一無線設備100和第二無線設備200之間的距離執行誤 差校準。
[0050] 圖3根據本發明的一實施例圖示了第二無線設備200的配置。圖3所示的配置只是 對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范 圍。
[0化1] 參考圖3,第二無線設備200包括MAC處理器205、基帶處理器215、DAC 225A、ADC 225B和RF電路/天線230。基帶處理器215包括距離估計器210dDAC 225A、ADC 225B和RF電 路/天線230構成圖1的收發器220。
[0052] RF電路/天線230從第一無線設備100接收信號。例如，RF電路/天線230從第一無線 設備100接收請求距離封包。ADC 225B把通過RF電路/天線230從第一無線設備100接收的模 擬信號轉換成數字信號。基帶處理器215在基帶中處理經ADC 225B轉換的數字信號。例如， 基帶處理器215處理接收到的請求距離封包并且向MAC處理器205輸出請求距離封包。
[0化3] MAC處理器205接收用于距離測量的信息。例如，MAC處理器205從基帶處理器215接 收包括DMG距離元素的DMG信標、探測請求、探測響應、信息請求或信息響應。
[0化4] 另外，MAC處理器205生成用于距離測量的響應信息。例如，MAC處理器205生成包括 與接收到的DMG距離元素相對應的DMG距離元素的DMG信標、探測請求、探測響應、信息請求 或信息響應。
[0化5] 基帶處理器215輸入MAC處理器205生成的信息并且在基帶中處理該信息。例如，基 帶處理器215生成與接收到的請求距離封包相對應的響應距離封包。DAC 225A把從基帶處 理器215提供來的數字信號轉換成模擬信號。RF電路/天線230把從DAC 225A提供來的模擬 信號發送到第一無線設備100。
[0056] 距離估計器210計算從第二無線設備200檢測到對請求距離封包的接收的時間點 到發送響應距離封包的時間點的第二時間差(Tr)。關于計算出的第二時間差(Tr)的信息被 發送到第一無線設備100并且被用在距離估計器110估計距離時。
[0057] 圖4A、4B、4C和4D根據本發明的實施例圖示了無線設備的距離測量操作的處理流 程。圖4A至4D所示的流程只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應 當被解釋為限制本發明的保護范圍。圖4A和4B圖示了根據本發明的一實施例的無線設備的 距離測量操作的處理流程，并且包括一個時段，即，測量距離的距離估計時段T100。圖4C和 4D圖示了根據本發明的另一實施例的無線設備的處理距離測量操作的流程，并且包括兩個 時段，即，交換距離測量的能力的能力協商時段T10和測量距離的距離估計時段T100。此時， 如圖4A和4B所示，可只存在距離估計時段T100,而沒有能力協商時段T10。
[005引參考圖4A，發起者100基于距離開始信號向響應者200發送請求距離封包，并且接 收到了請求距離封包的響應者200向發起者100發送響應距離封包。運種方法可用在具有目 的地信息數據的封包被用作請求距離封包時。此時，發起者100在S140中估計距離，并且響 應者200在S120中估計距離。
[0059] 參考圖4B，發起者100基于距離開始信號向響應者200發送RTS S140,并且接收到 了RTS的響應者200識別出發起者100要發送的請求距離封包的目的地對應于發起者100,同 時向發起者100發送DMG CTS S150。運種方法可用在圖7所示的空數據封包（null data packet,NDP)被用作請求距離封包時。隨后，發起者100向識別出的目的地的響應者200發送 請求距離封包，并且接收到了請求距離封包的響應者200向發起者100發送響應距離封包。 此時，發起者100在S140中估計距離，并且響應者200在S120中估計距離。
[0060] 參考圖4C和4D，距離測量操作被劃分成第一無線設備100和第二無線設備200交換 距離測量的能力的能力協商時段T10和測量距離的距離估計時段T100。
[0061] 在能力協商時段T10中，第一無線設備100和第二無線設備200交換其自己的距離 測量能力。例如，第一無線設備100和第二無線設備200通過圖5中定義的包括方向性多千兆 位(DMG)距離元素的DMG信標、探巧鴨求、探測響應、信息請求或信息響應來交換其自己的距 離測量能力。
[0062] 圖5根據本發明的一實施例圖示了 DMG距離元素的配置。圖5所示的配置只是對應 于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0063] 參考圖5，DMG距離元素包括元素 ID字段10、長度字段20和距離能力信息字段30。例 如，元素 ID字段10、長度字段20和距離能力信息字段30可分別包括一個八位字節、一個八位 字節和兩個八位字節。DMG距離元素可被定義為通告距離能力的元素，DMG距離元素被包括 在DMG信標、探測請求、探測響應、信息請求或信息響應中。在另一示例中，DMG距離元素可被 定義為在關聯請求/響應和重關聯請求/響應中通告距離能力的元素。
[0064] 圖6根據本發明的一實施例圖示了距離能力信息字段的配置。圖6所示的配置只是 對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范 圍。
[0065] 參考圖6,圖5所示的距離能力信息字段30包括距離發起者能力子字段31、距離響 應者能力子字段32、發送空數據封包(NDP)能力子字段33、接收NDP能力子字段34、距離反饋 請求帖能力子字段35、距離反饋響應帖能力子字段36、預期精確度子字段37和為額外操作 保留的保留子字段35。每個子字段和編碼在W下的[表1]中定義。
[0066] [表1]
[0067]
[0068] 例如，當距離發起者能力子字段的值為0時，其表明無線設備或臺站（STA)不能作 為距離測量的發起者操作。當距離響應者能力子字段的值為1時，其表明無線設備不能作為 距離測量的響應者操作。當發送NDP能力子字段的值為1時，其表明無線設備能夠發送空數 據封包。當接收NDP能力子字段的值為0時，其表明無線設備不能接收空數據封包。當距離反 饋請求帖能力子字段的值為1時，其表明無線設備能夠使用距離反饋請求帖。當距離反饋響 應帖能力子字段的值為1時，其表明無線設備能夠使用距離反饋響應帖。當預期精確度子字 段的值為1時，其表明無線設備能夠提供的距離測量的預期精確度是1cm。
[0069] 返回參考圖4C，作為發起者的第一無線設備100和作為響應者的第二無線設備200 在交換DMG信標和探測請求信號用于掃描的同時通過DMG距離元素中的距離能力信息字段 來交換該臺站是否能夠作為發起者/響應者操作，該臺站是否能夠接收/發送NDP，W及該臺 站是否能夠使用距離反饋請求/響應帖。
[0070] 在步驟S10中，發起者100向DMG信標中插入包括其自己的能力信息的DMG距離元素 并且將DMG信標發送到響應者200。在步驟S20中，響應者200響應于接收到包括DMG距離元素 的DMG信標而向發起者100發送包括DMG距離元素的探測請求。在步驟S30中，發起者100響應 于接收到包括DMG距離元素的探測響應而向響應者200發送ACK。
[0071] 返回參考圖4D，作為發起者的第一無線設備100和作為響應者的第二無線設備200 在交換信息請求和信息響應信號的同時通過DMG距離元素中的距離能力信息字段來交換該 臺站是否能夠作為發起者/響應者操作，該臺站是否能夠接收/發送NDP，W及該臺站是否能 夠使用距離反饋請求/響應帖。
[0072] 在步驟S40中，發起者100向信息請求中插入包括其自己的能力信息的DMG距離元 素并且將信息請求發送到響應者200。在步驟S50中，響應者200響應于接收到包括DMG距離 元素的信息請求而向發起者100發送ACK。在步驟S60中，響應者200響應于接收到包括DMG距 離元素的信息請求而向發起者100發送包括DMG距離元素的信息響應。在步驟S70中，發起者 100響應于接收到包括DMG距離元素的信息響應而向響應者200發送ACK。
[0073] 如上所述，由于發起者和響應者可交換其自己的能力信息，所W發起者和響應者 可迅速地去到適合于發起者和響應者的能力的距離估計時段T100,而無需任何單獨的操 作。
[0074] 圖7根據本發明的實施例圖示了請求距離封包的配置。圖7所示的配置只是對應于 用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0075] 參考圖7,請求距離封包對應于臺站(或無線設備)為了距離測量而發送的封包。請 求距離封包可具有圖7所示的形式。圖7所示的請求距離封包包括短訓練字段（Shod Training Field，STF)40、信道估計(Qiannel Estimation，CE)字段50和頭部60。圖7所示的 距離封包指示具有NDP的距離封包。頭部60包括距離字段。
[0076] 由于發起者和響應者之間的振蕩器誤差，通過經由具有長數據的封包進行的信號 處理可能難W實現幾厘米的精確度。在此情況下，為了具有高清晰度的精確度的距離測量， 適于使用圖7所示的沒有數據的空數據封包作為請求距離封包。
[0077] 同時，由于不是所有無線設備都能夠發送和接收NDP，所W可根據[表1]中定義的 設備特定距離能力信息來判定是否能夠使用NDP距離封包。另外，即使不能使用NDP距離封 包，也可通過向頭部70提供[表2]中所示的字段并且減少經由具有長數據的封包進行的信 號處理時間來提高精確度。
[007引[表 2]
[0079]
[0080] 例如，圖7所示的頭部60的距離字段的與1相對應的值指示距離封包并且與0相對 應的值指示無距離封包。
[0081] 返回參考圖4A，距離測量操作在距離估計時段T100中由距離開始信號開始。作為 發起者的第一無線設備100向第二無線設備200發送請求距離封包，并且第二無線設備200 響應于請求距離封包向第一無線設備發送響應距離封包。運發生在第一無線設備使用具有 數據的封包作為請求距離封包而不使用空數據封包時，并且允許第二無線設備在SIFS時段 之后響應的任何封包都可被用作請求距離封包。例如，RTS、探測響應、請求動作帖等等可被 用作請求距離封包，并且此時，DMG、CTS、ACK和響應動作帖分別可被用作響應距離封包。
[0082] 返回參考圖4B，距離測量操作在距離估計時段TlOO中由距離開始信號開始。作為 發起者的第一無線設備100和第二無線設備200在S140和S150中在交換RTS和DMG CTS的同 時識別出第一無線設備要發送的請求距離封包的目的地對應于響應者200,并且在S110中 空數據封包作為請求距離封包被從第一無線設備發送到第二無線設備。因為空數據封包具 有不清楚的封包目的地，所W需要執行該操作。第二無線設備200響應于該空數據封包向第 一無線設備發送響應距離封包。此時，ACK或響應動作帖在S130中可用于響應距離封包。
[0083] 圖8根據本發明的實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的無線設備之 間的信號發送和接收的過程。例如，用于距離測量的信號可在圖1至圖3所示的作為第一無 線設備的發起者100和作為第二無線設備的響應者200之間發送和接收。圖8所示的過程只 是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范 圍。
[0084] 參考圖8,無線設備包括被定義為用于測量距離的第一無線設備的發起者100和被 定義為被發起者100測量其距離的第二無線設備的響應者200。發起者100發送請求距離封 包來測量發起者100和響應者200之間的距離并且從響應者200接收響應于請求距離封包的 響應距離封包。圖示了關于在發起者100和響應者200交換距離封包期間發生的時間延遲的 符號A至F。運種符號在W下的[表3]中定義。
[0085] [表引
[0086] __
[0087] ~[表3]，Ti表示發起者100的基帶處理器115發送請求距離封包的時間點和接收到 從響應者200發送的響應距離封包的時間點之間的時間差。Tr表示響應者200的基帶處理器 215接收從發起者100發送的請求距離封包的時間點和發送響應距離封包的時間點之間的 時間差。Ti和Tr可由時鐘計數器測量。A對應于發起者100的DAC 125A的延遲和響應者200的 DAC 225A的延遲。B對應于發起者100的DAC 125A和天線130之間的發送電路延遲和響應者 200的DAC 225A和天線230之間的發送電路延遲。C對應于發起者100和響應者200之間的傳 播延遲。D對應于響應者200的天線230和ADC 225B之間的接收電路延遲和響應者200的天線 230和ADC 225B之間的接收電路延遲。E對應于響應者200的ADC 225B的延遲和發起者100的 ADC 125B的延遲。F對應于響應者200的基帶處理器215的處理延遲和發起者200的基帶處理 器115(BB)的處理延遲。
[0088] 圖9根據本發明的一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程。運 種處理流程可由例如圖2所示的發起者100的基帶處理器115中包括的距離估計器110執行。 圖9所示的流程只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋 為限制本發明的范圍。
[0089] 參考圖9,為了測量距響應者200的距離，發起者100應當知道請求和響應距離封包 在空中的時間。也就是說，應當知道[表4]中定義的傳播延遲C。為了獲得C，發起者100的距 離估計器110計算從生成并發送請求距離封包的時間點到檢測到由響應者200發送的響應 距離封包的時間點的時間Ti，并且響應者200的距離估計器210計算從檢測到由發起者100 發送的請求距離封包的時間點到響應于請求距離封包發送響應距離封包的時間點的時間 化。此時，發起者100和響應者200的每一者可通過各種方法來檢測響應距離封包和請求距 離封包。例如，有捜索距離封包的開始點進入基帶處理器的時間點的方法、捜索信道沖擊響 應的峰值的方法和捜索CIR峰值并使用采樣定時偏移的方法。
[0090] 在步驟S210中，發起者100的距離估計器110計算從生成并發送請求距離封包的時 間點到檢測到由響應者200發送的響應距離封包的時間點的時間Ti。在步驟S220中，發起者 100的距離估計器110接收由響應者200的距離估計器210計算出的時間Tr。
[0091] 在步驟S230中，發起者100的距離估計器110從計算出的Ti和化計算傳播延遲C。如 果假定發起者100和響應者200的A、B、D、E和F相同，則Ti可被定義為W下式(1)。
[0092] Ti = Tr+2C+2(A+化 D+E+F)式（1)
[0093] 式(2)可從式（1)生成并且傳播延遲C可從其獲得。
[0094] C=(Ti-Tr)/2-(A+化 D+E+F)式（2)
[00M] 在步驟S230中，發起者100的距離估計器110通過向式(3)應用通過式(2)計算出的 C來估計發起者100和響應者200之間的距離。
[0096] 距離=C*光速式(3)
[0097] 圖10A根據本發明的一實施例圖示出為了無線設備之間的距離測量操作在發起者 100和響應者200之間發送和接收的信號。圖10A所示的信號只是對應于用于描述本發明的 示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0098] 參考圖10A，發起者100在S270中向響應者200發送請求距離封包，并且響應者200 在S275中向發起者100發送響應距離封包。如上所述，發起者100和響應者200通過發送和接 收距離封包分別獲取Ti和化。隨后，發起者100在S280中通過向響應者200發送圖10B所示的 距離反饋請求來作出對化的請求，并且響應者200將化攜帶在圖10C所示的距離反饋響應上 并且在S285中向發起者100發送距離反饋響應。
[0099] 距離反饋請求和距離反饋響應帖兩者都可用作具有攜帶距離信息的類別的動作 帖。此時，當協商管理帖保護時，距離反饋請求和距離反饋響應帖可用作距離保護動作帖。 否則，距離反饋請求和距離反饋響應帖可用作距離動作帖。
[0100]圖10B所示的距離反饋請求是發起者100為了向響應者200作出對化的請求而發送 的封包。圖10B所示的距離反饋請求包括動作字段300、對話令牌字段310和請求字段320。 [0101]圖10C所示的距離反饋響應是響應者200響應于發起者100的距離反饋請求而向發 起者100發送的封包。圖10C所示的距離反饋請求包括動作字段400、對話令牌字段410、時間 差(time difference，TD)字段420和時間差偏移(TD偏移)字段430。當空數據封包被用作請 求距離封包時，距離反饋響應可用作對其的響應。
[0102]圖10B和10C中的每個字段在W下的[表4]和[表引中定義。
[0103] [表 4]
[0104]
[0108] 根據上述的本發明的實施例，通過測量在無線通信系統的無線設備之間發送和接 收的信號在空中的時間來估計無線設備之間的距離。
[0109] 同時，根據運種距離估計方案，由于在信號發送和接收中無線設備中包括的電路 有延遲時間，所W如果沒有準確測量該延遲時間則可能沒有準確地執行無線設備之間的距 離的測量。例如，無線設備中的電路延遲包括DAC延遲、ADC延遲、發送電路延遲和接收電路 延遲。換言之，如果僅通過式(2)中的Ti和化測量距離，則A、B、D、E和F對應于距離測量誤差。 當距離測量誤差是不變常數(參考值)時，如果響應者200向發起者100發送Tr并且發起者 100校準參考值，則可容易獲取C。然而，如果使用參考值，則距離測量可能不準確，因為A和E 也就是DAC/ADC延遲在向無線設備新供應電力時或者無線設備被重置時變化。因此，W下， 將提出用于根據無線設備中的電路延遲測量距離測量誤差并且校準在估計無線設備之間 的距離時測量到的距離測量誤差的實施例。
[0110] 圖11根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的距離 誤差校準模塊的連接配置。圖11所示的配置只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各 種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0111] 參考圖11，無線設備100包括基帶處理器115、DAC 125A、ADC 125B和RF電路/天線 130,其中基帶處理器115包括距離誤差校準模塊112。用于根據無線設備中的電路延遲測量 和校準距離測量誤差的距離誤差校準模塊112可被包括在圖1至圖3所示的距離估計器110 中或者可與距離估計器110分離。從基帶處理器115的距離誤差校準模塊112發送預定信號。 該確定信號經由包括DAC 125A、RF電路/天線130和ADC 125B的環回電路返回到距離誤差校 準模塊112。根據一實施例，該確定信號可W是請求距離封包。根據另一實施例，該確定信號 可W是預定的信號。例如，該確定信號可W是單音信號、正弦波信號和具有相關特性的信號 之一。運里，雖然圖示了發起者100中包括的距離誤差校準模塊112,但距離誤差校準模塊 112可按相同形式配置在響應者200內。根據一實施例，當新施加無線設備的電力時可執行 距離誤差校準。根據另一實施例，當重置無線設備時可執行距離誤差校準。根據另一實施 例，每次根據需要測量距離之前可執行距離誤差校準。
[0112] 要在圖12A至圖14中描述的實施例對應于隨著圖11所示的發起者100的距離誤差 校準模塊112生成并環回距離封包而在測量距離時測量發起者100的內部電路延遲Toi也就 是距離測量誤差并且校準測量到的誤差的實施例。響應者200可測量相同類型的內部電路 延遲Tor。
[0113] 圖12A和12B根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作 的無線設備的內部電路延遲的測量。
[0114] 參考圖12A，發起者100由圖11所示的距離誤差校準模塊112執行距離校準并且作 為距離校準的結果獲取Toi。
[0115] 參考圖12B，類似地，響應者200由距離誤差補償模塊執行距離校準并且作為距離 校準的結果獲取Tor。
[0116] 圖13根據本發明的另一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程。 該處理流程由發起者100的基帶處理器115中包括的距離估計器110和距離誤差校準模塊 112執行。圖13所示的流程只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應 當被解釋為限制本發明的范圍。
[0117] 參考圖13,發起者100的距離誤差校準模塊112在步驟S310中計算從發送請求距離 封包的時間點到發送的距離封包被返回的時間點的時間Toi。此時，距離封包如圖12A所示 在順序經過DAC 125A、RF電路130和ADC 125B之后被環回。類似地，響應者200的距離誤差校 準模塊可計算從發送請求距離封包的時間點到發送的距離封包被返回的時間點的時間 Tor。距離測量誤差Toi可由距離估計器110而不是距離誤差校準模塊112來計算。
[0118] 如果假定發起者100和響應者200的距離測量誤差A、B、D、E和F相同，貝化oi和Tor可 從W下式(4)獲取。
[0119] Toi = Tor=A+B'+D'巧+F 式（4)
[0120] 運里，可假定發送電路延遲B和B'之間的差異和接收電路延遲D和D'之間的差異幾 乎相同，該差異是可忽略的值。
[0121] 在步驟S320中，發起者100的距離估計器110如圖8所示計算從向響應者200發送請 求距離封包的時間點到響應于發送的請求距離封包而檢測到對響應距離封包的接收的時 間點的時間Ti。
[0122] W下的式(5)可通過向式(2)應用從式(4)獲取的距離測量誤差Toi和Tor來獲取。
[0123]
[0124] 在步驟S330中，發起者100的距離估計器110從響應者200接收化和Tor。來自響應 者200的Tr和Tor可同時被接收或在不同時間點被接收。
[01巧]在步驟S340中，發起者100的距離估計器110通過向式(5)應用在步驟S310至S330 中獲取的時間Toi、Ti、Tr和Tor來計算發起者100和響應者200之間的傳播延遲C。
[01%] 在步驟S350中，發起者100的距離估計器110通過向式(3)應用通過式(5)計算出的 C來估計發起者100和響應者200之間的距離。此時，即使發起者100的內部電路例如DAC延遲 和ADC延遲被改變了，也可根據上述實施例執行準確的距離測量。
[0127]圖14根據本發明的另一實施例圖示出為了無線設備之間的距離測量操作在發起 者100和響應者200之間發送和接收的信號。圖14所示的信號只是對應于用于描述本發明的 示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[012引參考圖14,發起者100和響應者200在步驟S260中分別測量與內部電路延遲相對應 的距離測量誤差Toi和Tor。發起者100在S270中向響應者200發送請求距離封包，并且響應 者200在S275中向發起者100發送響應距離封包。如上所述，發起者100和響應者200分別通 過發送和接收請求/響應距離封包獲取Ti和化。隨后，發起者100在S280中通過向響應者200 發送距離反饋請求來作出對化和Tor的請求，并且響應者200將化和Tor攜帶在距離反饋響 應上并且在S285中向發起者100發送距離反饋響應。如上所述，化和Tor可被同時發送或者 被分開發送。
[0129] 根據在圖15和圖16中要描述的實施例，圖11所示的發起者100的距離誤差校準模 塊112通過生成并環回預定的信號，例如單音信號、正弦波信號或具有相關特性的信號，來 測量發起者100的內部電路延遲Toi，也就是距離測量誤差，并且將測量到的誤差存儲在存 儲器(未示出）中。利用存儲的誤差值來檢測在距離測量誤差的參考值中預期要改變的A和E 的變化量，也就是DAC/ADC延遲的變化，并且在測量距離時校準運些變化量。
[0130] 圖15根據本發明的另一實施例圖示了無線設備之間的距離測量操作的處理流程。 該處理流程由發起者100的基帶處理器115中包括的距離估計器110和距離誤差校準模塊 112執行。圖15所示的流程只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改變，從而不應 當被解釋為限制本發明的范圍。
[0131] 參考圖15,發起者100的距離誤差校準模塊112在步驟S410中發送參考信號并且把 與發送的參考信號相對應的返回信號存儲在存儲器(未示出）中。此時，正弦波信號、單音信 號或具有相關特性的信號可被用作參考信號。參考信號如圖12A所示在順序經過DAC 125A、 RF電路130和ADC 125B之后被環回。距離誤差校準模塊112利用存儲在存儲器中的信號計算 距離測量誤差中的一些元素的變化量，例如A和E的變化量。類似地，響應者200的距離誤差 補償模塊發送參考信號，把與發送的參考信號相對應的返回信號存儲在存儲器中，然后計 算距離測量誤差中的一些元素的變化量，例如A和E的變化量。距離測量誤差中的A和E的變 化量可由距離估計器110而不是距離誤差校準模塊112來計算。
[0132] 在步驟S420中，發起者100的距離估計器110如圖8所示計算從向響應者200發送請 求距離封包的時間點到響應于發送的請求距離封包而檢測到對響應距離封包的接收的時 間點的時間Ti。
[0133] 在步驟S430中，發起者100的距離估計器110從響應者200接收Tr。
[0134] 在步驟S440中，發起者100的距離估計器110可考慮到在步驟S410中測量到的距離 測量誤差的變化量來計算發起者100和響應者200之間的傳播延遲C。當假定發起者100和響 應者200的距離測量誤差的參考值已知時，距離估計器110可通過將A和E的變化量與式(2) 中的參考值相加來在考慮到A和E的變化量的情況下計算傳播延遲C。另外，與圖14類似，可 利用A和E的變化量而不是Tor來測量距離。
[0135] 在步驟S450中，發起者100的距離估計器110通過向式(3)應用通過式(5)計算出的 C來估計發起者100和響應者200之間的距離。
[0136] 圖16根據本發明的另一實施例圖示了用于無線設備之間的距離測量操作的用于 測量發起者100的內部電路延遲的變化量的操作。圖16所示的操作只是對應于用于描述本 發明的示例并且可被各種改變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0137] 參考圖16,發起者100的距離誤差校準模塊112發送參考信號并且把與發送的參考 信號相對應的返回信號存儲在存儲器(未示出）中。此時，正弦波信號、單音信號或具有相關 特性的信號可被用作參考信號。參考信號如圖12A所示在順序經過DAC 125A、RF電路130和 ADC 125B之后被環回。距離誤差校準模塊112利用存儲在存儲器中的信號計算距離測量誤 差中的一些元素的變化量。例如，距離誤差校準模塊112通過檢測從參考信號被發送的時間 點起參考信號被環回并返回的時間點來測量距離測量誤差(A+B'+D'+E)并且將測量到的距 離測量誤差存儲在存儲器中。距離誤差校準模塊112可通過比較先前存儲的距離測量誤差 (A+B'+D'+E)和新存儲的距離測量誤差(A+B'+D'巧)來計算距離測量誤差的變化量。此時， 如果假定B'和D'的變化量沒有大差異，則計算A和E的變化量。
[0138] 類似地，響應者200的距離誤差校準模塊發送參考信號，把與發送的參考信號相對 應的返回信號存儲在存儲器中，然后計算距離測量誤差中的一些元素的變化量，例如A和E 的變化量。
[0139] 圖17根據本發明的另一實施例圖示了用于沒有任何誤差的無線設備之間的距離 測量操作的距離估計器110與ADC 125B和DAC 125A之間的連接的配置。該實施例對于從DAC 125A和ADC 125B生成的延遲不作出改變，從而盡管是式(2)中的基于參考值的距離測量，也 準確地測量了距離。圖17所示的配置只是對應于用于描述本發明的示例并且可被各種改 變，從而不應當被解釋為限制本發明的范圍。
[0140] 參考圖17，ADC延遲可在ADC 125B和基帶處理器100之間的接口中生成，并且DAC延 遲可在DAC 125A和基帶處理器100之間的接口中生成。運種延遲是由ADC/DAC和基帶處理器 100之間的FIFO(先進先出）產生的。因此，當距離估計器110從ADC/DAC的時鐘操作時，由 FIFO產生的延遲的變化可被去除。也就是說，利用ADC/DAC的時鐘和距離估計器110可同等 地去除ADC/DAC的延遲的變化。
[0141] 如上所述，根據本發明的實施例，可W通過經由無線通信系統中的無線設備進行 的信號之間的交換來測量具有幾厘米的分辨率的距離。另外，根據本發明的實施例，可W利 用請求/響應距離封包迅速地測量無線設備之間的距離。此外，根據本發明的實施例，可W 向用戶提供可由多徑信道的影響生成的距離測量的不準確性(可靠性）。此外，根據本發明 的實施例，可W利用現有調制解調器中使用的信號來最小化距離估計器的功率消耗。另外， 根據本發明的實施例，在通過在無線通信系統中的無線設備之間發送和接收的信號對無線 設備之間的距離的測量中，可W通過對作為距離測量誤差存在的無線設備的內部電路延遲 進行校準來準確地測量無線設備之間的距離。
[0142] 雖然已如上所述用受限制的實施例和附圖描述了本發明，但本發明不限于上述實 施例，并且本發明所屬領域的技術人員可從描述進行各種修改和變更。例如，根據本發明的 實施例，雖然已描述了無線設備如圖2和圖3所示那樣配置，根據圖4A、4B、4C和4D所示的流 程操作并且無線設備的距離估計器根據圖14所示的流程測量距離，但本發明的保護范圍不 一定限于此。
[0143] 根據本發明的實施例的操作可由單個處理器實現。在此情況下，用于執行各種由 計算機實現的操作的程序指令可被存儲在計算機可讀介質中。計算機可讀介質可包括獨立 或組合的程序命令、數據文件、數據結構等等。程序命令可W是為本發明特別設計和配置的 事物，或者公知的并且可被相關領域的技術人員使用的事物。例如，計算機可讀記錄介質包 括W使其能夠存儲和執行程序命令的方式特別構造的諸如硬盤、軟盤和磁帶之類的磁介 質、諸如CD-ROM和DVD之類的光介質、諸如軟光盤之類的磁光介質和諸如R0M、RAM和閃存之 類的硬件設備。程序命令的示例包括由編譯器生成的機器語言代碼和計算機通過解釋器等 等可執行的高級別語言代碼。當如本發明中所述的基站或中繼器的全部或一些由計算機程 序實現時，存儲該計算機程序的計算機可讀記錄介質也屬于本發明的范圍內。因此，本發明 的范圍不應當被限定為限于運些實施例，而應當由所附權利要求及其等同物來限定。
【主權項】
1. 一種用于無線通信系統中的距離測量的第一無線設備的裝置，該裝置包括： 收發器，被配置為向第二無線設備發送請求距離封包并且從所述第二無線設備接收與 所述請求距離封包相對應的響應距離封包；以及 距離估計器，被配置為基于從發送所述請求距離封包的時間點到檢測到對所述響應距 離封包的接收的時間點的第一時間差、從由所述第二無線設備檢測到對所述請求距離封包 的接收的時間點到發送所述響應距離封包的時間點的第二時間差和所述第一無線設備的 內部電路延遲來估計所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的距離。2. -種用于無線通信系統中的距離測量的操作第一無線設備的方法，該方法包括： 向第二無線設備發送請求距離封包； 從所述第二無線設備接收與所述請求距離封包相對應的響應距離封包；以及 基于從發送所述請求距離封包的時間點到檢測到對所述響應距離封包的接收的時間 點的第一時間差、從由所述第二無線設備檢測到對所述請求距離封包的接收的時間點到發 送所述響應距離封包的時間點的第二時間差和所述第一無線設備的內部電路延遲來估計 所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的距離。3. 如權利要求1所述的裝置或如權利要求2所述的方法，其中，所述距離估計器包括誤 差校準模塊，該誤差校準模塊被配置為測量所述第一無線設備的內部電路延遲并且對基于 所述第一時間差和所述第二時間差估計的所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的 距離執行誤差校準。4. 如權利要求3所述的裝置或方法，其中，所述內部電路延遲包括數字/模擬轉換器 (DAC)延遲、發送電路延遲、接收電路延遲和模擬/數字轉換器(ADC)延遲。5. 如權利要求3所述的裝置或方法，其中，所述誤差校準模塊生成預定的信號并且測量 通過所述第一無線設備的環回電路返回的所生成信號的時間延遲來作為所述第一無線設 備的內部電路延遲。6. 如權利要求5所述的裝置或方法，其中，所述環回電路包括數字/模擬轉換器(DAC)、 高頻(RF)電路和模擬/數字轉換器(ADC)。7. 如權利要求5所述的裝置或方法，其中，所述預定的信號包括請求距離封包。8. 如權利要求7所述的裝置或方法，其中，所述距離估計器基于所述第一時間差、所述 第二時間差和所述第一無線設備的內部電路延遲來計算所述第一無線設備和所述第二無 線設備之間的傳播延遲并且基于計算出的傳播延遲來估計所述第一無線設備和所述第二 無線設備之間的距離。9. 如權利要求8所述的裝置或方法，其中，所述距離估計器還基于所述第二無線設備的 內部電路延遲來計算所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的傳播延遲。10. 如權利要求9所述的裝置或方法，其中，所述距離估計器接收關于由所述第二無線 設備測量到的所述第二無線設備的內部電路的信息并且利用所述第二無線設備的內部電 路延遲來計算所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的傳播延遲。11. 如權利要求5所述的裝置或方法，其中，所述預定的信號包括具有單音、正弦波和相 關特性的一個信號。12. 如權利要求11所述的裝置或方法，其中，所述距離估計器檢測所述第一無線設備的 內部電路延遲和參考延遲之間的變化量，基于所述第一時間差、所述第二時間差、所述變化 量和所述參考延遲來計算所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的傳播延遲，并且基 于計算出的傳播延遲來估計所述第一無線設備和所述第二無線設備之間的距離。
【文檔編號】G01S7/40GK106068464SQ201580011521
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年2月16日 公開號201580011521.X, CN 106068464 A, CN 106068464A, CN 201580011521, CN-A-106068464, CN106068464 A, CN106068464A, CN201580011521, CN201580011521.X, PCT/2015/1557, PCT/KR/15/001557, PCT/KR/15/01557, PCT/KR/2015/001557, PCT/KR/2015/01557, PCT/KR15/001557, PCT/KR15/01557, PCT/KR15001557, PCT/KR1501557, PCT/KR2015/001557, PCT/KR2015/01557, PCT/KR2015001557, PCT/KR201501557
【發明人】吳鐘浩, 金載和, 尹正忞, 尹星綠, 蔣尚鉉, 河吉植
【申請人】三星電子株式會社