用于在无线通信系统中测量距离的误差补偿装置和方法

用于在无线通信系统中测量距离的误差补偿装置和方法
【专利摘要】本发明的实施例提供了一种用于对在利用通过无线通信系统的无线设备执行的信号发送接收测量距离时可发生的测量误差进行补偿的装置和方法。根据本发明的一个实施例，一种第一无线设备的用于在无线通信系统中测量距离的装置包括：收发器，用于向第二无线设备发送请求距离封包并且从第二无线设备接收与请求距离封包相对应的响应距离封包；以及距离估计器，用于基于从发送请求距离封包的时间到感测到对响应距离封包的接收的时间的第一时间差、从感测到第二无线设备对请求距离封包的接收的时间到发送响应距离封包的时间的第二时间差、以及第一无线设备的内部电路延迟，来估计第一无线设备和第二无线设备之间的距离。
【专利说明】
用于在无线通信系统中测量距离的误差补偿装置和方法
技术领域
[0001] 本发明设及通过无线通信系统的无线设备进行的信号发送和接收。
【背景技术】
[0002] 根据无线通信技术近来的发展，通过无线设备进行的信号发送和接收增加了。用 户可通过经由诸如智能电话之类的无线可接入无线设备发送和接收信号来通过对各种类 型的数据(例如，诸如动态图像、音乐、照片和文档之类的多媒体数据)的发送和接收而接收 各种服务。

【发明内容】

[0003] 技术问题
[0004] 因此，本发明的实施例提供了一种用于利用无线通信系统中的无线设备之间发送 和接收的信号来测量无线设备之间的距离的装置和方法。
[0005] 另外，本发明的实施例提供了一种用于利用无线通信系统中的无线设备之间发送 和接收的信号来W高清晰度测量无线设备之间的距离的装置和方法。
[0006] 本发明的实施例提供了一种用于利用无线通信系统中的无线设备之间发送和接 收的信号来迅速地测量无线设备之间的距离的装置和方法。
[0007] 本发明的实施例提供了一种用于在利用无线通信系统中的无线设备之间发送和 接收的信号测量无线设备之间的距离时提供关于由于多径信道的影响而引起的不准确性 的信息的装置和方法。
[000引本发明的实施例提供了一种用于在利用无线通信系统中的无线设备之间发送和 接收的信号测量无线设备之间的距离时使功率消耗最小化的装置和方法。
[0009] 本发明的实施例提供了一种用于在利用无线通信系统中的无线设备之间发送和 接收的信号测量无线设备之间的距离时通过校准无线设备的内部电路延迟来准确地估计 无线设备之间的距离的装置和方法。
[0010] 本发明的实施例提供了一种用于对在利用通过无线通信系统中的无线设备进行 的信号的发送和接收来测量距离时可能生成的测量误差进行校准的装置和方法。
[0011] 本发明的实施例提供了一种通过经由基于无线通信系统中的无线设备之间发送 和接收的信号测量无线设备之间的距离的方法测量距离测量误差来为距离测量误差校准 而加 W优化的装置和方法。
[0012]技术方案
[0013]根据本发明的一实施例，提供了一种用于无线通信系统中的距离测量的第一无线 设备的装置。该装置包括:收发器，被配置为向第二无线设备发送请求距离封包并且从第二 无线设备接收与请求距离封包相对应的响应距离封包；W及距离估计器，被配置为基于从 发送请求距离封包的时间点到检测到对响应距离封包的接收的时间点的第一时间差、从由 第二无线设备检测到对请求距离封包的接收的时间点到发送响应距离封包的时间点的第 二时间差、w及第一无线设备和第二无线设备的内部电路延迟，来估计第一无线设备和第 二无线设备之间的距离。
[0014] 根据本发明的另一实施例，提供了一种用于无线通信系统中的距离测量的操作第 一无线设备的方法。该方法包括:向第二无线设备发送请求距离封包;从第二无线设备接收 与请求距离封包相对应的响应距离封包；W及基于从发送请求距离封包的时间点到检测到 对响应距离封包的接收的时间点的第一时间差、从由第二无线设备检测到对请求距离封包 的接收的时间点到发送响应距离封包的时间点的第二时间差、W及第一无线设备和第二无 线设备的内部电路延迟，来估计第一无线设备和第二无线设备之间的距离。
[0015] 发明的效果
[0016] 根据本发明的实施例，可W利用通过无线通信系统中的无线设备进行的信号交换 来执行具有几厘米的分辨率的距离测量。另外，根据本发明的实施例，可W利用距离封包迅 速地测量无线设备之间的距离，向用户提供可由多径信道的影响生成的距离测量的不准确 性(可靠性），并且利用现有调制解调器中使用的信号来最小化距离估计器的功率消耗。另 夕h根据本发明的实施例，在通过无线通信系统中的无线设备之间发送和接收的信号对无 线设备之间的距离的测量中，可W通过对作为距离测量误差存在的无线设备的内部电路延 迟进行补偿来准确地测量无线设备之间的距离。
【附图说明】
[0017] W下描述参考附图进行W便更完整地理解本发明及其效果，并且相同的标号指示 相同的部件。
[0018] 图1根据本发明的实施例图示了用于测量无线设备之间的距离的操作；
[0019] 图2根据本发明的一实施例图示了第一无线设备的配置；
[0020] 图討良据本发明的一实施例图示了第二无线设备的配置；
[0021] 图4A至4D根据本发明的实施例图示了无线设备的距离测量操作的处理流程；
[0022] 图5根据本发明的一实施例图示了 DMG距离元素的配置；
[0023] 图6根据本发明的一实施例图示了距离能力信息字段的配置；
[0024] 图7根据本发明的实施例图示了请求距离封包之中的空数据封包的配置；
[0025] 图8根据本发明的实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的无线设备之 间的信号发送和接收的过程；
[0026] 图9根据本发明的一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程；
[0027] 图10A至10C根据本发明的一实施例图示出为了无线设备之间的距离测量操作在 发起者和响应者之间发送和接收的信号；
[0028] 图11根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的距离 误差校准模块的连接配置；
[0029] 图12A和12B根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作 的无线设备的内部电路延迟的测量；
[0030] 图13根据本发明的另一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程；
[0031] 图14根据本发明的另一实施例图示出为了无线设备之间的距离测量操作在发起 者和响应者之间发送和接收的信号；
[0032] 图15根据本发明的另一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程；
[0033] 图16根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的用于 测量发起者的内部电路延迟的变化量的操作;并且
[0034] 图17根据本发明的另一实施例图示了用于没有任何误差的无线设备之间的距离 测量操作的距离估计器与模拟/数字转换器和数字/模拟转换器之间的连接的配置。
【具体实施方式】
[0035] 在本专利说明书中，用于描述本发明的原理的图1至图17只是示例，而不应当被解 释为限制本发明的范围。本领域技术人员可理解，本发明的原理可W实现在任何适当布置 的无线通信系统中。
[0036] W下要描述的本发明的实施例提出了一种用于通过经由无线通信系统中的无线 设备进行的信号交换来测量具有几厘米(cm)的分辨率的距离的装置和方法。具体地，本发 明的实施例提出了一种用于测量具有高分辨率的距离的信号处理方法和一种用于迅速地 测量无线设备之间的距离的信号处理方法。另外，本发明的实施例提出了一种用于在解决 可由多径信道的影响生成的距离测量的不准确性的同时最小化功率消耗的装置。此外，本 发明的实施例提出了一种用于在利用无线通信系统中的无线设备之间发送和接收的信号 测量无线设备之间的距离时通过校准无线设备的内部电路延迟来准确地估计无线设备之 间的距离的装置和方法。
[0037] 例如，根据本发明的一实施例，无线设备可W是诸如智能电话之类的具有无线接 入功能的便携式电子设备。在另一示例中，无线设备可W是W下之一:便携终端、移动电话、 移动平板、媒体播放器、平板计算机、手持式计算机、无线可接入相机、智能电视和个人数字 助理(Personal Digital Assistant,PDA)。在另一示例中，无线设备可W是具有上述设备 的两个或更多个功能的组合的设备。
[0038] 根据一实施例，无线通信系统可W是设备对设备(Device-t〇-Device，D2D)网络。 根据另一实施例，无线通信系统可W是局域网化ocal Area化twork，LAN)。根据另一实施 例，无线通信系统可W是支持设备之间的娱乐共享(group play)功能的无线网络。
[0039] 图1根据本发明的实施例图示了用于测量无线设备之间的距离的操作。图1所示的 操作只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发 明的范围。
[0040] 参考图1，第一无线设备100对应于被定义为作为测量距离的主体的无线设备的发 起者并且包括距离估计器110和收发器120。第二无线设备200对应于被定义为作为被第一 无线设备100测量距离的客体的无线设备的响应者并且包括距离估计器210和收发器220。
[0041] 收发器120向第二无线设备200发送请求距离封包并且从第二无线设备200接收与 请求距离封包相对应的响应距离封包。收发器220从第一无线设备100接收请求距离封包并 且向第一无线设备100发送响应距离封包。
[0042] 距离估计器110估计第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离。距离估计 器110基于从发送请求距离封包的时间点到检测到对响应距离封包的接收的时间点的第一 时间差(Ti)、从由第二无线设备200的距离估计器210计算出的检测到对请求距离封包的接 收的时间点到发送响应距离封包的时间点的第二时间差(Tr)、W及第一无线设备100和第 二无线设备200的内部电路延迟，来估计第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离。
[0043] 根据一实施例，距离估计器110可包括误差校准模块，用于测量第一无线设备100 的内部电路延迟并且基于测量到的内部电路延迟对基于第一时间差、第二时间差和第二无 线设备200的内部电路延迟估计的第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离执行误 差校准。
[0044] 图2根据本发明的一实施例图示了第一无线设备100的配置。图2所示的配置只是 对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范 围。
[0045] 参考图2,第一无线设备100包括介质访问控制(Medium Access Control，MAC)处 理器105、基带处理器115、数字到模拟转换器（Digital to Analog Converter，DAC)125A、 模拟到数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)125B和射频（Radio Frequen巧， RF)电路/天线130。基带处理器115包括距离估计器IIOdDAC 125A、ADC 125B和RF电路/天线 130构成图1的收发器120。
[0046] MAC处理器105生成用于距离测量的信息。例如，MAC处理器105在距离估计时段中 生成距离开始信号。在另一示例中，MAC处理器105在能力协商时段中生成包括DMG (Directional Multigigabit，方向性多千兆位)距离元素的DMG信标、探测请求、探测响应、 信息请求或信息响应。基带处理器115输入MAC处理器105生成的信息并且在基带中处理该 信息。例如，基带处理器115接收并处理距离开始信号，然后生成请求距离封包。DAC 125A把 从基带处理器115提供来的数字信号转换成模拟信号。RF电路/天线130包括用于在RF频带 中处理要发送和接收的信号的RF电路和用于把经RF电路处理的发送信号发送到空气、接收 从空气接收的信号并且将信号提供给RF电路的天线。RF电路/天线130把经DAC 125A转换的 模拟信号发送到第二无线设备200。
[0047] RF电路/天线130从第二无线设备200接收信号。ADC 125B把通过天线130从第二无 线设备200接收的模拟信号转换成数字信号。基带处理器115在基带中处理经ADC 125B转换 的数字信号。例如，基带处理器115处理接收到的响应距离封包并且向MAC处理器105输出第 一时间差。
[004引距离估计器110估计第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离。距离估计 器110基于从发送请求距离封包的时间点到检测到对响应距离封包的接收的时间点的第一 时间差(Ti)、从由第二无线设备200检测到对请求距离封包的接收的时间点到发送响应距 离封包的时间点的第二时间差(Tr)、W及第一无线设备100和第二无线设备200的内部电路 延迟，来估计第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离。
[0049] 根据一实施例，距离估计器110可包括误差校准模块，用于测量第一无线设备100 的内部电路延迟并且基于测量到的内部电路延迟对基于第一时间差、第二时间差和第二无 线设备200的内部电路延迟估计的第一无线设备100和第二无线设备200之间的距离执行误 差校准。
[0050] 图3根据本发明的一实施例图示了第二无线设备200的配置。图3所示的配置只是 对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范 围。
[0化1] 参考图3,第二无线设备200包括MAC处理器205、基带处理器215、DAC 225A、ADC 225B和RF电路/天线230。基带处理器215包括距离估计器210dDAC 225A、ADC 225B和RF电 路/天线230构成图1的收发器220。
[0052] RF电路/天线230从第一无线设备100接收信号。例如，RF电路/天线230从第一无线 设备100接收请求距离封包。ADC 225B把通过RF电路/天线230从第一无线设备100接收的模 拟信号转换成数字信号。基带处理器215在基带中处理经ADC 225B转换的数字信号。例如， 基带处理器215处理接收到的请求距离封包并且向MAC处理器205输出请求距离封包。
[0化3] MAC处理器205接收用于距离测量的信息。例如，MAC处理器205从基带处理器215接 收包括DMG距离元素的DMG信标、探测请求、探测响应、信息请求或信息响应。
[0化4] 另外，MAC处理器205生成用于距离测量的响应信息。例如，MAC处理器205生成包括 与接收到的DMG距离元素相对应的DMG距离元素的DMG信标、探测请求、探测响应、信息请求 或信息响应。
[0化5] 基带处理器215输入MAC处理器205生成的信息并且在基带中处理该信息。例如，基 带处理器215生成与接收到的请求距离封包相对应的响应距离封包。DAC 225A把从基带处 理器215提供来的数字信号转换成模拟信号。RF电路/天线230把从DAC 225A提供来的模拟 信号发送到第一无线设备100。
[0056] 距离估计器210计算从第二无线设备200检测到对请求距离封包的接收的时间点 到发送响应距离封包的时间点的第二时间差(Tr)。关于计算出的第二时间差(Tr)的信息被 发送到第一无线设备100并且被用在距离估计器110估计距离时。
[0057] 图4A、4B、4C和4D根据本发明的实施例图示了无线设备的距离测量操作的处理流 程。图4A至4D所示的流程只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应 当被解释为限制本发明的保护范围。图4A和4B图示了根据本发明的一实施例的无线设备的 距离测量操作的处理流程，并且包括一个时段，即，测量距离的距离估计时段T100。图4C和 4D图示了根据本发明的另一实施例的无线设备的处理距离测量操作的流程，并且包括两个 时段，即，交换距离测量的能力的能力协商时段T10和测量距离的距离估计时段T100。此时， 如图4A和4B所示，可只存在距离估计时段T100,而没有能力协商时段T10。
[005引参考图4A，发起者100基于距离开始信号向响应者200发送请求距离封包，并且接 收到了请求距离封包的响应者200向发起者100发送响应距离封包。运种方法可用在具有目 的地信息数据的封包被用作请求距离封包时。此时，发起者100在S140中估计距离，并且响 应者200在S120中估计距离。
[0059] 参考图4B，发起者100基于距离开始信号向响应者200发送RTS S140,并且接收到 了RTS的响应者200识别出发起者100要发送的请求距离封包的目的地对应于发起者100,同 时向发起者100发送DMG CTS S150。运种方法可用在图7所示的空数据封包（null data packet,NDP)被用作请求距离封包时。随后，发起者100向识别出的目的地的响应者200发送 请求距离封包，并且接收到了请求距离封包的响应者200向发起者100发送响应距离封包。 此时，发起者100在S140中估计距离，并且响应者200在S120中估计距离。
[0060] 参考图4C和4D，距离测量操作被划分成第一无线设备100和第二无线设备200交换 距离测量的能力的能力协商时段T10和测量距离的距离估计时段T100。
[0061] 在能力协商时段T10中，第一无线设备100和第二无线设备200交换其自己的距离 测量能力。例如，第一无线设备100和第二无线设备200通过图5中定义的包括方向性多千兆 位(DMG)距离元素的DMG信标、探巧鴨求、探测响应、信息请求或信息响应来交换其自己的距 离测量能力。
[0062] 图5根据本发明的一实施例图示了 DMG距离元素的配置。图5所示的配置只是对应 于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0063] 参考图5，DMG距离元素包括元素 ID字段10、长度字段20和距离能力信息字段30。例 如，元素 ID字段10、长度字段20和距离能力信息字段30可分别包括一个八位字节、一个八位 字节和两个八位字节。DMG距离元素可被定义为通告距离能力的元素，DMG距离元素被包括 在DMG信标、探测请求、探测响应、信息请求或信息响应中。在另一示例中，DMG距离元素可被 定义为在关联请求/响应和重关联请求/响应中通告距离能力的元素。
[0064] 图6根据本发明的一实施例图示了距离能力信息字段的配置。图6所示的配置只是 对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范 围。
[0065] 参考图6,图5所示的距离能力信息字段30包括距离发起者能力子字段31、距离响 应者能力子字段32、发送空数据封包(NDP)能力子字段33、接收NDP能力子字段34、距离反馈 请求帖能力子字段35、距离反馈响应帖能力子字段36、预期精确度子字段37和为额外操作 保留的保留子字段35。每个子字段和编码在W下的[表1]中定义。
[0066] [表1]
[0067]
[0068] 例如，当距离发起者能力子字段的值为0时，其表明无线设备或台站（STA)不能作 为距离测量的发起者操作。当距离响应者能力子字段的值为1时，其表明无线设备不能作为 距离测量的响应者操作。当发送NDP能力子字段的值为1时，其表明无线设备能够发送空数 据封包。当接收NDP能力子字段的值为0时，其表明无线设备不能接收空数据封包。当距离反 馈请求帖能力子字段的值为1时，其表明无线设备能够使用距离反馈请求帖。当距离反馈响 应帖能力子字段的值为1时，其表明无线设备能够使用距离反馈响应帖。当预期精确度子字 段的值为1时，其表明无线设备能够提供的距离测量的预期精确度是1cm。
[0069] 返回参考图4C，作为发起者的第一无线设备100和作为响应者的第二无线设备200 在交换DMG信标和探测请求信号用于扫描的同时通过DMG距离元素中的距离能力信息字段 来交换该台站是否能够作为发起者/响应者操作，该台站是否能够接收/发送NDP，W及该台 站是否能够使用距离反馈请求/响应帖。
[0070] 在步骤S10中，发起者100向DMG信标中插入包括其自己的能力信息的DMG距离元素 并且将DMG信标发送到响应者200。在步骤S20中，响应者200响应于接收到包括DMG距离元素 的DMG信标而向发起者100发送包括DMG距离元素的探测请求。在步骤S30中，发起者100响应 于接收到包括DMG距离元素的探测响应而向响应者200发送ACK。
[0071] 返回参考图4D，作为发起者的第一无线设备100和作为响应者的第二无线设备200 在交换信息请求和信息响应信号的同时通过DMG距离元素中的距离能力信息字段来交换该 台站是否能够作为发起者/响应者操作，该台站是否能够接收/发送NDP，W及该台站是否能 够使用距离反馈请求/响应帖。
[0072] 在步骤S40中，发起者100向信息请求中插入包括其自己的能力信息的DMG距离元 素并且将信息请求发送到响应者200。在步骤S50中，响应者200响应于接收到包括DMG距离 元素的信息请求而向发起者100发送ACK。在步骤S60中，响应者200响应于接收到包括DMG距 离元素的信息请求而向发起者100发送包括DMG距离元素的信息响应。在步骤S70中，发起者 100响应于接收到包括DMG距离元素的信息响应而向响应者200发送ACK。
[0073] 如上所述，由于发起者和响应者可交换其自己的能力信息，所W发起者和响应者 可迅速地去到适合于发起者和响应者的能力的距离估计时段T100,而无需任何单独的操 作。
[0074] 图7根据本发明的实施例图示了请求距离封包的配置。图7所示的配置只是对应于 用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0075] 参考图7,请求距离封包对应于台站(或无线设备)为了距离测量而发送的封包。请 求距离封包可具有图7所示的形式。图7所示的请求距离封包包括短训练字段（Shod Training Field，STF)40、信道估计(Qiannel Estimation，CE)字段50和头部60。图7所示的 距离封包指示具有NDP的距离封包。头部60包括距离字段。
[0076] 由于发起者和响应者之间的振荡器误差，通过经由具有长数据的封包进行的信号 处理可能难W实现几厘米的精确度。在此情况下，为了具有高清晰度的精确度的距离测量， 适于使用图7所示的没有数据的空数据封包作为请求距离封包。
[0077] 同时，由于不是所有无线设备都能够发送和接收NDP，所W可根据[表1]中定义的 设备特定距离能力信息来判定是否能够使用NDP距离封包。另外，即使不能使用NDP距离封 包，也可通过向头部70提供[表2]中所示的字段并且减少经由具有长数据的封包进行的信 号处理时间来提高精确度。
[007引[表 2]
[0079]
[0080] 例如，图7所示的头部60的距离字段的与1相对应的值指示距离封包并且与0相对 应的值指示无距离封包。
[0081] 返回参考图4A，距离测量操作在距离估计时段T100中由距离开始信号开始。作为 发起者的第一无线设备100向第二无线设备200发送请求距离封包，并且第二无线设备200 响应于请求距离封包向第一无线设备发送响应距离封包。运发生在第一无线设备使用具有 数据的封包作为请求距离封包而不使用空数据封包时，并且允许第二无线设备在SIFS时段 之后响应的任何封包都可被用作请求距离封包。例如，RTS、探测响应、请求动作帖等等可被 用作请求距离封包，并且此时，DMG、CTS、ACK和响应动作帖分别可被用作响应距离封包。
[0082] 返回参考图4B，距离测量操作在距离估计时段TlOO中由距离开始信号开始。作为 发起者的第一无线设备100和第二无线设备200在S140和S150中在交换RTS和DMG CTS的同 时识别出第一无线设备要发送的请求距离封包的目的地对应于响应者200,并且在S110中 空数据封包作为请求距离封包被从第一无线设备发送到第二无线设备。因为空数据封包具 有不清楚的封包目的地，所W需要执行该操作。第二无线设备200响应于该空数据封包向第 一无线设备发送响应距离封包。此时，ACK或响应动作帖在S130中可用于响应距离封包。
[0083] 图8根据本发明的实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的无线设备之 间的信号发送和接收的过程。例如，用于距离测量的信号可在图1至图3所示的作为第一无 线设备的发起者100和作为第二无线设备的响应者200之间发送和接收。图8所示的过程只 是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范 围。
[0084] 参考图8,无线设备包括被定义为用于测量距离的第一无线设备的发起者100和被 定义为被发起者100测量其距离的第二无线设备的响应者200。发起者100发送请求距离封 包来测量发起者100和响应者200之间的距离并且从响应者200接收响应于请求距离封包的 响应距离封包。图示了关于在发起者100和响应者200交换距离封包期间发生的时间延迟的 符号A至F。运种符号在W下的[表3]中定义。
[0085] [表引
[0086] __
[0087] ~[表3]，Ti表示发起者100的基带处理器115发送请求距离封包的时间点和接收到 从响应者200发送的响应距离封包的时间点之间的时间差。Tr表示响应者200的基带处理器 215接收从发起者100发送的请求距离封包的时间点和发送响应距离封包的时间点之间的 时间差。Ti和Tr可由时钟计数器测量。A对应于发起者100的DAC 125A的延迟和响应者200的 DAC 225A的延迟。B对应于发起者100的DAC 125A和天线130之间的发送电路延迟和响应者 200的DAC 225A和天线230之间的发送电路延迟。C对应于发起者100和响应者200之间的传 播延迟。D对应于响应者200的天线230和ADC 225B之间的接收电路延迟和响应者200的天线 230和ADC 225B之间的接收电路延迟。E对应于响应者200的ADC 225B的延迟和发起者100的 ADC 125B的延迟。F对应于响应者200的基带处理器215的处理延迟和发起者200的基带处理 器115(BB)的处理延迟。
[0088] 图9根据本发明的一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程。运 种处理流程可由例如图2所示的发起者100的基带处理器115中包括的距离估计器110执行。 图9所示的流程只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释 为限制本发明的范围。
[0089] 参考图9,为了测量距响应者200的距离，发起者100应当知道请求和响应距离封包 在空中的时间。也就是说，应当知道[表4]中定义的传播延迟C。为了获得C，发起者100的距 离估计器110计算从生成并发送请求距离封包的时间点到检测到由响应者200发送的响应 距离封包的时间点的时间Ti，并且响应者200的距离估计器210计算从检测到由发起者100 发送的请求距离封包的时间点到响应于请求距离封包发送响应距离封包的时间点的时间 化。此时，发起者100和响应者200的每一者可通过各种方法来检测响应距离封包和请求距 离封包。例如，有捜索距离封包的开始点进入基带处理器的时间点的方法、捜索信道冲击响 应的峰值的方法和捜索CIR峰值并使用采样定时偏移的方法。
[0090] 在步骤S210中，发起者100的距离估计器110计算从生成并发送请求距离封包的时 间点到检测到由响应者200发送的响应距离封包的时间点的时间Ti。在步骤S220中，发起者 100的距离估计器110接收由响应者200的距离估计器210计算出的时间Tr。
[0091] 在步骤S230中，发起者100的距离估计器110从计算出的Ti和化计算传播延迟C。如 果假定发起者100和响应者200的A、B、D、E和F相同，则Ti可被定义为W下式(1)。
[0092] Ti = Tr+2C+2(A+化 D+E+F)式（1)
[0093] 式(2)可从式（1)生成并且传播延迟C可从其获得。
[0094] C=(Ti-Tr)/2-(A+化 D+E+F)式（2)
[00M] 在步骤S230中，发起者100的距离估计器110通过向式(3)应用通过式(2)计算出的 C来估计发起者100和响应者200之间的距离。
[0096] 距离=C*光速式(3)
[0097] 图10A根据本发明的一实施例图示出为了无线设备之间的距离测量操作在发起者 100和响应者200之间发送和接收的信号。图10A所示的信号只是对应于用于描述本发明的 示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0098] 参考图10A，发起者100在S270中向响应者200发送请求距离封包，并且响应者200 在S275中向发起者100发送响应距离封包。如上所述，发起者100和响应者200通过发送和接 收距离封包分别获取Ti和化。随后，发起者100在S280中通过向响应者200发送图10B所示的 距离反馈请求来作出对化的请求，并且响应者200将化携带在图10C所示的距离反馈响应上 并且在S285中向发起者100发送距离反馈响应。
[0099] 距离反馈请求和距离反馈响应帖两者都可用作具有携带距离信息的类别的动作 帖。此时，当协商管理帖保护时，距离反馈请求和距离反馈响应帖可用作距离保护动作帖。 否则，距离反馈请求和距离反馈响应帖可用作距离动作帖。
[0100]图10B所示的距离反馈请求是发起者100为了向响应者200作出对化的请求而发送 的封包。图10B所示的距离反馈请求包括动作字段300、对话令牌字段310和请求字段320。 [0101]图10C所示的距离反馈响应是响应者200响应于发起者100的距离反馈请求而向发 起者100发送的封包。图10C所示的距离反馈请求包括动作字段400、对话令牌字段410、时间 差(time difference，TD)字段420和时间差偏移(TD偏移)字段430。当空数据封包被用作请 求距离封包时，距离反馈响应可用作对其的响应。
[0102]图10B和10C中的每个字段在W下的[表4]和[表引中定义。
[0103] [表 4]
[0104]
[0108] 根据上述的本发明的实施例，通过测量在无线通信系统的无线设备之间发送和接 收的信号在空中的时间来估计无线设备之间的距离。
[0109] 同时，根据运种距离估计方案，由于在信号发送和接收中无线设备中包括的电路 有延迟时间，所W如果没有准确测量该延迟时间则可能没有准确地执行无线设备之间的距 离的测量。例如，无线设备中的电路延迟包括DAC延迟、ADC延迟、发送电路延迟和接收电路 延迟。换言之，如果仅通过式(2)中的Ti和化测量距离，则A、B、D、E和F对应于距离测量误差。 当距离测量误差是不变常数(参考值)时，如果响应者200向发起者100发送Tr并且发起者 100校准参考值，则可容易获取C。然而，如果使用参考值，则距离测量可能不准确，因为A和E 也就是DAC/ADC延迟在向无线设备新供应电力时或者无线设备被重置时变化。因此，W下， 将提出用于根据无线设备中的电路延迟测量距离测量误差并且校准在估计无线设备之间 的距离时测量到的距离测量误差的实施例。
[0110] 图11根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的距离 误差校准模块的连接配置。图11所示的配置只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各 种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0111] 参考图11，无线设备100包括基带处理器115、DAC 125A、ADC 125B和RF电路/天线 130,其中基带处理器115包括距离误差校准模块112。用于根据无线设备中的电路延迟测量 和校准距离测量误差的距离误差校准模块112可被包括在图1至图3所示的距离估计器110 中或者可与距离估计器110分离。从基带处理器115的距离误差校准模块112发送预定信号。 该确定信号经由包括DAC 125A、RF电路/天线130和ADC 125B的环回电路返回到距离误差校 准模块112。根据一实施例，该确定信号可W是请求距离封包。根据另一实施例，该确定信号 可W是预定的信号。例如，该确定信号可W是单音信号、正弦波信号和具有相关特性的信号 之一。运里，虽然图示了发起者100中包括的距离误差校准模块112,但距离误差校准模块 112可按相同形式配置在响应者200内。根据一实施例，当新施加无线设备的电力时可执行 距离误差校准。根据另一实施例，当重置无线设备时可执行距离误差校准。根据另一实施 例，每次根据需要测量距离之前可执行距离误差校准。
[0112] 要在图12A至图14中描述的实施例对应于随着图11所示的发起者100的距离误差 校准模块112生成并环回距离封包而在测量距离时测量发起者100的内部电路延迟Toi也就 是距离测量误差并且校准测量到的误差的实施例。响应者200可测量相同类型的内部电路 延迟Tor。
[0113] 图12A和12B根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作 的无线设备的内部电路延迟的测量。
[0114] 参考图12A，发起者100由图11所示的距离误差校准模块112执行距离校准并且作 为距离校准的结果获取Toi。
[0115] 参考图12B，类似地，响应者200由距离误差补偿模块执行距离校准并且作为距离 校准的结果获取Tor。
[0116] 图13根据本发明的另一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程。 该处理流程由发起者100的基带处理器115中包括的距离估计器110和距离误差校准模块 112执行。图13所示的流程只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应 当被解释为限制本发明的范围。
[0117] 参考图13,发起者100的距离误差校准模块112在步骤S310中计算从发送请求距离 封包的时间点到发送的距离封包被返回的时间点的时间Toi。此时，距离封包如图12A所示 在顺序经过DAC 125A、RF电路130和ADC 125B之后被环回。类似地，响应者200的距离误差校 准模块可计算从发送请求距离封包的时间点到发送的距离封包被返回的时间点的时间 Tor。距离测量误差Toi可由距离估计器110而不是距离误差校准模块112来计算。
[0118] 如果假定发起者100和响应者200的距离测量误差A、B、D、E和F相同，贝化oi和Tor可 从W下式(4)获取。
[0119] Toi = Tor=A+B'+D'巧+F 式（4)
[0120] 运里，可假定发送电路延迟B和B'之间的差异和接收电路延迟D和D'之间的差异几 乎相同，该差异是可忽略的值。
[0121] 在步骤S320中，发起者100的距离估计器110如图8所示计算从向响应者200发送请 求距离封包的时间点到响应于发送的请求距离封包而检测到对响应距离封包的接收的时 间点的时间Ti。
[0122] W下的式(5)可通过向式(2)应用从式(4)获取的距离测量误差Toi和Tor来获取。
[0123]
[0124] 在步骤S330中，发起者100的距离估计器110从响应者200接收化和Tor。来自响应 者200的Tr和Tor可同时被接收或在不同时间点被接收。
[01巧]在步骤S340中，发起者100的距离估计器110通过向式(5)应用在步骤S310至S330 中获取的时间Toi、Ti、Tr和Tor来计算发起者100和响应者200之间的传播延迟C。
[01%] 在步骤S350中，发起者100的距离估计器110通过向式(3)应用通过式(5)计算出的 C来估计发起者100和响应者200之间的距离。此时，即使发起者100的内部电路例如DAC延迟 和ADC延迟被改变了，也可根据上述实施例执行准确的距离测量。
[0127]图14根据本发明的另一实施例图示出为了无线设备之间的距离测量操作在发起 者100和响应者200之间发送和接收的信号。图14所示的信号只是对应于用于描述本发明的 示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[012引参考图14,发起者100和响应者200在步骤S260中分别测量与内部电路延迟相对应 的距离测量误差Toi和Tor。发起者100在S270中向响应者200发送请求距离封包，并且响应 者200在S275中向发起者100发送响应距离封包。如上所述，发起者100和响应者200分别通 过发送和接收请求/响应距离封包获取Ti和化。随后，发起者100在S280中通过向响应者200 发送距离反馈请求来作出对化和Tor的请求，并且响应者200将化和Tor携带在距离反馈响 应上并且在S285中向发起者100发送距离反馈响应。如上所述，化和Tor可被同时发送或者 被分开发送。
[0129] 根据在图15和图16中要描述的实施例，图11所示的发起者100的距离误差校准模 块112通过生成并环回预定的信号，例如单音信号、正弦波信号或具有相关特性的信号，来 测量发起者100的内部电路延迟Toi，也就是距离测量误差，并且将测量到的误差存储在存 储器(未示出）中。利用存储的误差值来检测在距离测量误差的参考值中预期要改变的A和E 的变化量，也就是DAC/ADC延迟的变化，并且在测量距离时校准运些变化量。
[0130] 图15根据本发明的另一实施例图示了无线设备之间的距离测量操作的处理流程。 该处理流程由发起者100的基带处理器115中包括的距离估计器110和距离误差校准模块 112执行。图15所示的流程只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改变，从而不应 当被解释为限制本发明的范围。
[0131] 参考图15,发起者100的距离误差校准模块112在步骤S410中发送参考信号并且把 与发送的参考信号相对应的返回信号存储在存储器(未示出）中。此时，正弦波信号、单音信 号或具有相关特性的信号可被用作参考信号。参考信号如图12A所示在顺序经过DAC 125A、 RF电路130和ADC 125B之后被环回。距离误差校准模块112利用存储在存储器中的信号计算 距离测量误差中的一些元素的变化量，例如A和E的变化量。类似地，响应者200的距离误差 补偿模块发送参考信号，把与发送的参考信号相对应的返回信号存储在存储器中，然后计 算距离测量误差中的一些元素的变化量，例如A和E的变化量。距离测量误差中的A和E的变 化量可由距离估计器110而不是距离误差校准模块112来计算。
[0132] 在步骤S420中，发起者100的距离估计器110如图8所示计算从向响应者200发送请 求距离封包的时间点到响应于发送的请求距离封包而检测到对响应距离封包的接收的时 间点的时间Ti。
[0133] 在步骤S430中，发起者100的距离估计器110从响应者200接收Tr。
[0134] 在步骤S440中，发起者100的距离估计器110可考虑到在步骤S410中测量到的距离 测量误差的变化量来计算发起者100和响应者200之间的传播延迟C。当假定发起者100和响 应者200的距离测量误差的参考值已知时，距离估计器110可通过将A和E的变化量与式(2) 中的参考值相加来在考虑到A和E的变化量的情况下计算传播延迟C。另外，与图14类似，可 利用A和E的变化量而不是Tor来测量距离。
[0135] 在步骤S450中，发起者100的距离估计器110通过向式(3)应用通过式(5)计算出的 C来估计发起者100和响应者200之间的距离。
[0136] 图16根据本发明的另一实施例图示了用于无线设备之间的距离测量操作的用于 测量发起者100的内部电路延迟的变化量的操作。图16所示的操作只是对应于用于描述本 发明的示例并且可被各种改变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0137] 参考图16,发起者100的距离误差校准模块112发送参考信号并且把与发送的参考 信号相对应的返回信号存储在存储器(未示出）中。此时，正弦波信号、单音信号或具有相关 特性的信号可被用作参考信号。参考信号如图12A所示在顺序经过DAC 125A、RF电路130和 ADC 125B之后被环回。距离误差校准模块112利用存储在存储器中的信号计算距离测量误 差中的一些元素的变化量。例如，距离误差校准模块112通过检测从参考信号被发送的时间 点起参考信号被环回并返回的时间点来测量距离测量误差(A+B'+D'+E)并且将测量到的距 离测量误差存储在存储器中。距离误差校准模块112可通过比较先前存储的距离测量误差 (A+B'+D'+E)和新存储的距离测量误差(A+B'+D'巧)来计算距离测量误差的变化量。此时， 如果假定B'和D'的变化量没有大差异，则计算A和E的变化量。
[0138] 类似地，响应者200的距离误差校准模块发送参考信号，把与发送的参考信号相对 应的返回信号存储在存储器中，然后计算距离测量误差中的一些元素的变化量，例如A和E 的变化量。
[0139] 图17根据本发明的另一实施例图示了用于没有任何误差的无线设备之间的距离 测量操作的距离估计器110与ADC 125B和DAC 125A之间的连接的配置。该实施例对于从DAC 125A和ADC 125B生成的延迟不作出改变，从而尽管是式(2)中的基于参考值的距离测量，也 准确地测量了距离。图17所示的配置只是对应于用于描述本发明的示例并且可被各种改 变，从而不应当被解释为限制本发明的范围。
[0140] 参考图17，ADC延迟可在ADC 125B和基带处理器100之间的接口中生成，并且DAC延 迟可在DAC 125A和基带处理器100之间的接口中生成。运种延迟是由ADC/DAC和基带处理器 100之间的FIFO(先进先出）产生的。因此，当距离估计器110从ADC/DAC的时钟操作时，由 FIFO产生的延迟的变化可被去除。也就是说，利用ADC/DAC的时钟和距离估计器110可同等 地去除ADC/DAC的延迟的变化。
[0141] 如上所述，根据本发明的实施例，可W通过经由无线通信系统中的无线设备进行 的信号之间的交换来测量具有几厘米的分辨率的距离。另外，根据本发明的实施例，可W利 用请求/响应距离封包迅速地测量无线设备之间的距离。此外，根据本发明的实施例，可W 向用户提供可由多径信道的影响生成的距离测量的不准确性(可靠性）。此外，根据本发明 的实施例，可W利用现有调制解调器中使用的信号来最小化距离估计器的功率消耗。另外， 根据本发明的实施例，在通过在无线通信系统中的无线设备之间发送和接收的信号对无线 设备之间的距离的测量中，可W通过对作为距离测量误差存在的无线设备的内部电路延迟 进行校准来准确地测量无线设备之间的距离。
[0142] 虽然已如上所述用受限制的实施例和附图描述了本发明，但本发明不限于上述实 施例，并且本发明所属领域的技术人员可从描述进行各种修改和变更。例如，根据本发明的 实施例，虽然已描述了无线设备如图2和图3所示那样配置，根据图4A、4B、4C和4D所示的流 程操作并且无线设备的距离估计器根据图14所示的流程测量距离，但本发明的保护范围不 一定限于此。
[0143] 根据本发明的实施例的操作可由单个处理器实现。在此情况下，用于执行各种由 计算机实现的操作的程序指令可被存储在计算机可读介质中。计算机可读介质可包括独立 或组合的程序命令、数据文件、数据结构等等。程序命令可W是为本发明特别设计和配置的 事物，或者公知的并且可被相关领域的技术人员使用的事物。例如，计算机可读记录介质包 括W使其能够存储和执行程序命令的方式特别构造的诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁介 质、诸如CD-ROM和DVD之类的光介质、诸如软光盘之类的磁光介质和诸如R0M、RAM和闪存之 类的硬件设备。程序命令的示例包括由编译器生成的机器语言代码和计算机通过解释器等 等可执行的高级别语言代码。当如本发明中所述的基站或中继器的全部或一些由计算机程 序实现时，存储该计算机程序的计算机可读记录介质也属于本发明的范围内。因此，本发明 的范围不应当被限定为限于运些实施例，而应当由所附权利要求及其等同物来限定。
【主权项】
1. 一种用于无线通信系统中的距离测量的第一无线设备的装置，该装置包括： 收发器，被配置为向第二无线设备发送请求距离封包并且从所述第二无线设备接收与 所述请求距离封包相对应的响应距离封包；以及 距离估计器，被配置为基于从发送所述请求距离封包的时间点到检测到对所述响应距 离封包的接收的时间点的第一时间差、从由所述第二无线设备检测到对所述请求距离封包 的接收的时间点到发送所述响应距离封包的时间点的第二时间差和所述第一无线设备的 内部电路延迟来估计所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的距离。2. -种用于无线通信系统中的距离测量的操作第一无线设备的方法，该方法包括： 向第二无线设备发送请求距离封包； 从所述第二无线设备接收与所述请求距离封包相对应的响应距离封包；以及 基于从发送所述请求距离封包的时间点到检测到对所述响应距离封包的接收的时间 点的第一时间差、从由所述第二无线设备检测到对所述请求距离封包的接收的时间点到发 送所述响应距离封包的时间点的第二时间差和所述第一无线设备的内部电路延迟来估计 所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的距离。3. 如权利要求1所述的装置或如权利要求2所述的方法，其中，所述距离估计器包括误 差校准模块，该误差校准模块被配置为测量所述第一无线设备的内部电路延迟并且对基于 所述第一时间差和所述第二时间差估计的所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的 距离执行误差校准。4. 如权利要求3所述的装置或方法，其中，所述内部电路延迟包括数字/模拟转换器 (DAC)延迟、发送电路延迟、接收电路延迟和模拟/数字转换器(ADC)延迟。5. 如权利要求3所述的装置或方法，其中，所述误差校准模块生成预定的信号并且测量 通过所述第一无线设备的环回电路返回的所生成信号的时间延迟来作为所述第一无线设 备的内部电路延迟。6. 如权利要求5所述的装置或方法，其中，所述环回电路包括数字/模拟转换器(DAC)、 高频(RF)电路和模拟/数字转换器(ADC)。7. 如权利要求5所述的装置或方法，其中，所述预定的信号包括请求距离封包。8. 如权利要求7所述的装置或方法，其中，所述距离估计器基于所述第一时间差、所述 第二时间差和所述第一无线设备的内部电路延迟来计算所述第一无线设备和所述第二无 线设备之间的传播延迟并且基于计算出的传播延迟来估计所述第一无线设备和所述第二 无线设备之间的距离。9. 如权利要求8所述的装置或方法，其中，所述距离估计器还基于所述第二无线设备的 内部电路延迟来计算所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的传播延迟。10. 如权利要求9所述的装置或方法，其中，所述距离估计器接收关于由所述第二无线 设备测量到的所述第二无线设备的内部电路的信息并且利用所述第二无线设备的内部电 路延迟来计算所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的传播延迟。11. 如权利要求5所述的装置或方法，其中，所述预定的信号包括具有单音、正弦波和相 关特性的一个信号。12. 如权利要求11所述的装置或方法，其中，所述距离估计器检测所述第一无线设备的 内部电路延迟和参考延迟之间的变化量，基于所述第一时间差、所述第二时间差、所述变化 量和所述参考延迟来计算所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的传播延迟，并且基 于计算出的传播延迟来估计所述第一无线设备和所述第二无线设备之间的距离。
【文档编号】G01S7/40GK106068464SQ201580011521
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月16日 公开号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
【发明人】吴钟浩, 金载和, 尹正忞, 尹星绿, 蒋尚铉, 河吉植
【申请人】三星电子株式会社