室内定位系统中的高精度的接入点到接入点的同步的制作方法
【专利说明】室内定位系统中的高精度的接入点到接入点的同步
[0001]交叉引用
[0002]本专利申请要求享有由Gupta等人于20 13年9月30日递交的、名称为“HighPrecis1n Access Point to Access Point Synchronizat1n in an Indoor Posit1nLocat1n System”的美国专利申请N0.14/042，446的优先权，并且其已经被转让给本申请的受让人。
【背景技术】
[0003]在一些环境中，诸如在室内和企业环境中，容易地对各种类型的资产或者人员、或者二者进行定位可能是重要的。这样的环境的示例包括医院、零售商店、仓库等等。在确定跟踪系统的有用性时，关于在室内环境中监控资产或人员的位置的准确度和速度可能是重要的因素。此外，具有高性价比的、可扩展的并且可以提供连续的、准确的以及精确的位置监控的跟踪系统也是所期望的。
[0004]可以使用不同的系统和设备来对特定的室内环境中的资产和/或人员进行定位。超宽带(UWB)网络、或者遍及室内环境的至少一部分部署的某种其它射频网络可以被配置为执行室内跟踪。系统可以采用位于室内环境中的具体位置的多个接入点(AP)。还可以将位置跟踪标签贴到所要跟踪的每一个移动资产和/或贴到所要跟踪的每一个人员上。该标签可以发送波形(例如，信标信号)，该波形被AP接收，用于进行距离测量以确定该标签与接收该波形的AP之间的距离。一旦获得了该标签与至少三个不同的AP之间的距离，就可以使用三角测量或者三边测量来估计贴有该标签的资产或者人员的位置。
[0005]可能需要对定位网络进行校准以提供准确的位置测量。校准可以包括对每一个AP相对于网络中的每个其它AP进行同步。期望获得可能的最高精度的同步。还期望通过多个步骤来获得同步，以便提供高效的同步过程。
【发明内容】
[0006]在下文中描述的是规定在定位网络的跟踪区域内的成对AP之间的高精度同步的方法、系统和/或设备。该方法、系统和/或设备可以包括规定对位于各自AP处的定时器和振荡器进行渐进地同步的工具和技术。该同步可以包括粗略的频率和定时获取，以及精细的频率和定时获取。这些技术可以在多跳无线网络上使用。
[0007]可以使用具有一个或多个振荡器和定时器的第一 AP来对邻近AP进行同步。例如，所述第一 AP可以向该区域内的其它AP发送窄带信号或超宽带(UWB)信号或二者。在一些情况下，所述AP发送窄带信号(其可以被称为粗略频率和定时获取信号)，第二AP利用所述窄带信号来估计频率偏移和/或时间偏移。随后，所述AP可以发送UWB信号(其可以被称为精细频率和定时获取信号)，并且其可以用于准确地调整所估计的第二 AP的频率偏移和/或时间偏移。所述第二 AP可以因此渐进地同步其振荡器和/或定时器，例如，首先使用所述粗略信号来粗略地估计频率和时间，然后使用所述精细信号来调整其振荡器和定时器的准确度。
[0008]描述了一种对位置跟踪系统中的AP的网络内的两个或更多个AP进行同步的方法。在包括振荡器和至少一个定时器的第一AP处，接收包括控制信息的窄带信号，所述控制信息包括开始时间。在所述第一AP处，至少部分地基于所述控制信息来生成频率偏移和时间偏移的估计。在所述第一 AP处，在开始时间之后接收到超宽带(UWB)信号。在所述第一 AP处，至少部分地基于接收所述UBW信号来调整所估计的频率偏移和所估计的时间偏移。
[0009]在一个实施例中，第一AP可以使用同步成功的确认消息来作出响应。所述第一AP可以发送包括控制信息的窄带信号，所述控制信息包括开始时间。所述第一AP可以在开始时间之后发送UWB信号。
[0010]估计频率偏移可以包括从所述控制信息中识别系统频率偏移，以及至少部分地基于所识别的系统频率偏移来纠正振荡器的频率。
[0011]在一种配置中，估计时间偏移包括从该控制信息中识别系统时间戳，将该系统时间戳与由至少一个定时器生成的本地时间戳进行比较，以及基于对所述系统时间戳和所述本地时间戳的比较来计算时间偏移。在一个示例中，可以至少部分地基于所计算的时间偏移来纠正该至少一个定时器的时间。
[0012]在一个实施例中，估计时间偏移包括根据发射机帧起始定界符(sro)和接收机SFD之间的期望平均延迟来调整所计算的时间偏移。在一个示例中，估计该时间偏移包括根据系统时钟的期望数量的周期差来调整所计算的时间。所述周期差可能是由于高发射机帧起始定界符(SFD)频率偏移造成的。
[0013]在一种配置中，调整所估计的频率偏移和所估计的时间偏移包括识别开始时间，确定与处理和接收UWB信号相关联的处理时间，确定与第一AP和至少第二AP之间的距离相关联的传播时间。可以至少部分地基于至少一个定时器来确定采样时间。可以估计UWB信号的直接路径的到达时间(TOA)。可以至少部分地基于所述开始时间、处理时间、传播时间、采样时间和TOA来确定精细时间偏移。可以基于所述精细时间偏移来改变该至少一个定时器和振荡器。
[0014]还描述了被配置为用于对位置跟踪系统中的AP的网络内的两个或更多个接入点(AP)进行同步的系统。所述系统包括用于在包括振荡器和至少一个定时器的第一 AP处接收包括控制信息的窄带信号的单元，所述控制信息包括开始时间；用于在所述第一AP处至少部分地基于所述控制信息来估计频率偏移和时间偏移的单元；用于在所述开始时间之后，在所述第一AP处接收超宽带(UWB)信号的单元；以及用于在所述AP处至少部分地基于接收所述UWB信号来调整所估计的频率偏移和所估计的时间偏移的单元。
[0015]还描述了用于对位置跟踪系统中的AP的网络内的两个或更多个接入点(AP)进行同步的装置。所述装置可以包括处理器、振荡器、至少一个定时器、与所述处理器电子通信的存储器，以及存储在所述存储器中的指令。所述指令可以由所述处理器可执行以用于接收包括控制信息的窄带信号，所述控制信息包括开始时间；至少部分地基于所述控制信息来估计频率偏移和时间偏移;在所述开始时间之后接收超宽带(UWB)信号;至少部分地基于接收所述UWB信号来调整所估计的频率偏移和所估计的时间偏移。
[0016]还描述了用于对位置跟踪系统中的AP的网络内的两个或更多个接入点(AP)进行同步的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括存储有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令可以由处理器可执行以进行以下操作:在包括振荡器和至少一个定时器的第一AP处，接收包括控制信息的窄带信号，所述控制信息包括开始时间；在所述第一AP处，至少部分地基于所述控制信息来估计频率偏移和时间偏移;在所述开始时间之后，在所述第一AP处接收超宽带(UWB)信号；以及在所述第一AP处，至少部分地基于接收所述UWB信号来调整所估计的频率偏移和所估计的时间偏移。
[0017]根据下面的【具体实施方式】、权利要求书和附图，所描述的方法和装置的适用性的进一步范围将变得显而易见。仅仅通过说明的方式给出了【具体实施方式】和具体示例，这是因为对于本领域的技术人员来说，本说明书的精神和范围之内的各种改变和修改将变得显而易见。
【附图说明】
[0018]可以通过参考附图来实现对本发明的性质和优点的进一步理解。在附图中，相似的部件或者特征可以具有相同的参考标记。进一步地，相同类型的各个部件可以通过用破折号和在相似的部件之间进行区分的第二标记跟在参考标记之后来区分。如果在说明书中仅使用了第一参考标记，则该描述适用于具有相同的第一参考标记的相似的部件中的任何一个部件，而不管第二参考标记。
[0019]图1A和图1B示出了根据各个实施例的位置跟踪系统的示例。
[0020]图2A和图2B示出了根据各个实施例的可以用在位置跟踪系统中的示例性设备的框图。
[0021 ]图3示出了根据各个实施例的位置跟踪系统的示例的框图。
[0022]图4示出了根据各个实施例的位置跟踪系统的示例的框图。
[0023]图5示出了根据各个实施例示出位置跟踪系统内的接入点同步的示例的呼叫流图。
[0024]图6、图7和图8是描绘了根据各个实施例的位置跟踪系统内的一种或多种通信方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]描述了解决关于对位置跟踪系统中的AP的网络内的AP进行同步的问题的方法、系统和设备。该方法、系统和/或设备可以包括规定对位于各自AP处的定时器和振荡器进行渐进地同步的工具和技术。该同步可以包括粗略的频率和定时获取，以及精细的频率和定时获取。这些技术可以在多跳无线网络上使用。
[0026]为了基于一组AP的到达时间差(TDOA)的估计来确定标签位置，在网络的所有AP中取得并维持高精确度时间同步。主AP可以发送信号以允许其它AP将其各自振荡器和/或定时器与主AP的振荡器和/或定时器进行同步。同步可以包括使用至少两种不同的通信方法来建立准确同步。
[0027]例如，AP的网络内的两个AP中的每一个均可以具有自由运行的振荡器和一个或多个定时器。在一些情况下，两个AP都能够通过窄带信道和超宽带(UWB)信道进行通信。这对AP中的一个AP可以被指定为AP的网络的主AP，或者其可以是这两个AP之间的主AP。主AP可以提供其它AP要调整到的频率和时间。
[0028]如上所述，同步可以在两个阶段中获得。首先，粗略频率获取的准确度可以在每十亿分之几之内，并且粗略定时获取的准确度可以在几百纳秒之内。在一些情况下，这样的粗略频率和定时获取发生在窄带链路上。精细频率获取的准确度可以在每万亿分之几之内，并且精细定时获取可以具有亚纳秒级的准确度。在一些情况下，这样的精细频率和定时获取发生在UWB链路上。结合在一起使用，粗略和精细的频率和定时步骤可以允许同步AP粗略地估计振荡器频率和时钟时间，并且然后它可以继续调整(例如，精细调谐)频率和时间。
[0029]下面的描述提供了示例，而非对在权利要求书中阐述的范围、适用性或者配置的限制。在不背离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对讨论的要素的功能和布置进行改变。