CN109565767A - 在存在多个通信路径下用于精确射频定位的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于确定网络架构中无线节点位置的***和方法。在一个示例中，一种异步***包括第一无线节点，其具有带有一个或多个处理单元的无线装置和用于在包括具有第一数据包的第一RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路。该***还包括第二无线节点，其具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现与包括具有第二数据包的第二RF信号的无线网络架构中的第一无线节点的双向通信。第一无线节点基于第一数据包和第二数据包往返时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点信道感测信息的时间估计来确定用于定位的飞行时间估计。

Description

在存在多个通信路径下用于精确射频定位的***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月3日提交的申请号为15/173,531的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及在存在多个通信路径下用于精确射频定位的***和方法。
背景技术
在消费电子和计算机工业中，无线传感器网络已经被研究了很多年。在典型的无线传感器网络中，一个或多个传感器与无线电结合，以实现从网络内部署的一个或多个传感器节点中无线收集数据。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是有用且重要的。
基于使用射频测量执行的三角测量的定位是一种具有吸引力的用于确定三维空间中无线配备对象的位置的方法。可以通过多种方式执行基于RF的定位。必须确定多个对象对之间的距离，以便能够通过基于各个对距离的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。注意的是，集线器可以用节点替换，或者确实，节点中的一个或多个可以用集线器替换。利用射频技术，通过RF通信估计所有单个对之间的距离。一旦距离被估计出来，三角测量可用来来确定每个对象在三维空间中的相对位置。如果在真实空间中已知至少2个对象的位置，则可以确定网络中每个对象的绝对位置。实际上，如果在网络内已知1个对象(例如，集线器)的位置，以及到至少一个其它节点的角度路径，则可以再次确定网络内的每个对象的绝对位置。
因此，对象对之间的距离测量是基于RF的定位中的关键步骤。可以通过多种方式执行距离估计。通信信号强度(RSSI)可以在对之间测量并且用于基于已知的信号衰减模型来估计距离。可以对在对象之间传输的信号测量飞行时间(TOF)，并且可以基于已知的传播延迟模型来估计距离。此外，可以基于信号强度的角度变化的分辨率来估计到达角(AOA)。其中，RSSI通常由于衰减的变化而容易产生误差，因此对于距离估计而言不如TOF具有吸引力。
由于反射导致两个对象之间存在多条路径，基于TOF的距离估计容易产生误差。在这种情况下，由于反射路径比直接路径长，因此估计路径可检测到比实际路径长。如果***基于反射路径估计TOF，则误差被引入在三角测量中。
发明内容
对于本发明的一个实施例，本文本文公开用于确定网络架构中无线传感器节点位置的***和方法。在一个示例中，一种用于无线网络架构中节点定位的异步***包括第一无线节点，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具有第一数据包的第一RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路。该***还包括第二无线节点，第二无线节点具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现与包括具有第二数据包的第二RF信号的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基于第一数据包和第二数据包往返行程时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点的信道感测信息的飞行时间的时间估计来执行指令以确定用于定位的飞行时间估计。
在另一示例中，一种用于无线网络架构中节点定位的同步***包括：第一无线节点，其具有带有一个或多个处理单元的无线装置和用于在包括具有数据包的RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路。该***还包括第二无线节点，该第二无线节点具有带有发射器和接收器的无线装置，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基于数据包的行程时间的时间估计以及基于信道感测信息的飞行时间的时间估计来执行指令以信道确定用于定位的飞行时间估计。第一无线节点和第二无线节点具有相同的参考时钟信号。
根据附图和下面的详细描述，本发明的实施例的其它特征和优点将是显而易见的。
附图说明
本发明的实施例以示例的方式说明，而不限于附图中的图形，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：
图1说明根据一个实施例的无线节点的示例性***。
图2示出根据一个实施例的具有非对称树和其具有多个用于通信的集线器的网状网络架构的***。
图3说明根据一个实施例的飞行时间测量***。
图4说明根据一个实施例的飞行时间测量***的框图。
图5说明根据一个实施例的用于距离估计的完全同步***。
图6说明根据一个实施例的记录的RF信号的数据包如何是从装置510发送的信号的时移版本。图7A说明根据一个实施例的理想信道的相位响应。
图7B说明根据一个实施例的非理想信道的相位响应。
图8A示出根据一个实施例的被测信号幅度作为与图830示例性路径相关联的延迟的函数。
图8B说明根据一个实施例的图860中的幅度与ToF延迟的标准化。
图8C说明根据另一实施例的用于飞行时间估计的异步***。
图9说明根据一个实施例的具有自动增益控制的校准***。
图10说明在一个实施例中的双向ToF测量***1000。
图11说明根据替代实施例的异步***1100。
图12说明根据一个实施例的使用飞行时间技术确定节点位置估计的方法。
图13A示出根据一个实施例的实现为用于电源插座的覆盖层1500的集线器的示例性实施例。
图13B示出根据一个实施例的实现为用于电源插座的覆盖层的集线器框图的分解示图的示例性实施例。
图14A示出根据一个实施例的实现为用于部署在计算机***、器具或通信集线器中的卡的集线器的示例性实施例。
图14B示出根据一个实施例的实现为用于部署在计算机***、器具或通信集线器中的卡的集线器964的框图的示例性实施例。
图14C示出根据一个实施例的在器具(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器以及其它智能器具等)内实现的集线器的示例性实施例。
图14D示出根据一个实施例的在器具(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器以及其它智能器具等)内实现的集线器1684的框图的分解示图的示例性实施例。
图15说明根据一个实施例的传感器节点的框图。
图16说明根据一个实施例的具有集线器的***或器具1800的框图。
具体实施方式
本文公开用于在存在多个通信路径的情况下进行精确射频定位的***和方法。在一个示例中，一种用于无线网络架构中节点定位的异步***包括第一无线节点，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具有第一数据包的第一RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路。该***还包括第二无线节点，第二无线节点具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现与包括具有第二数据包的第二RF信号的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基于第一数据包和第二数据包往返行程时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点的信道感测信息的飞行时间的时间估计来执行指令以确定用于定位的飞行时间估计。
在无线传感器网络的各种应用中，可能需要确定网络内传感器节点的位置。例如，这些信息可用于估计诸如以下的传感器的相对位置：安全摄像机、运动传感器、温度传感器以及其它对于本领域技术人员来说是显而易见的传感器。然后，该信息可用于产生增强信息，例如温度图、运动路径以及多视图图像捕获。因此，需要定位***和方法能够在无线网络中实现节点的精确、低功率以及环境感知定位，特别是在室内环境中。为此目的，室内环境也假设包括例如在建筑物周围的区域和其它结构中的近室内环境，其中可能存在类似的问题(例如，存在附近的墙壁等)。
描述一种无线传感器网络，用于包括住宅、公寓、办公室和商业建筑的室内环境以及例如停车场、人行道和花园的附近的外部位置。无线传感器网络还可以用于具有电源的任意类型的建筑物、结构、外壳、车辆、船等。传感器***在保持长距离通信的同时，为传感器节点提供良好的电池寿命。
本发明的实施例提供用于室内环境中定位检测的***、设备和方法。于2015年8月19日提交的申请号为14/830,668的美国专利申请公开用于基于RF的定位的技术，其通过引用并入本文。具体地，该***、设备以及方法在无线传感器网络中实现定位，在需要定位时，该无线传感器网络主要使用树形网络结构与周期性基于网格的特征进行通信，以进行路径长度估计。无线传感器网络通过使用高频进行定位和低频率进行通信，提高了定位精度，同时提供了良好的室内通信质量。
树状无线传感器网络由于其降低了与无线电信号接收功能相关的功率要求而对许多应用具有吸引力。于2015年1月29日提交的申请号为14/607,045的美国专利申请、于2015年1月29日提交的申请号为14/607,047的美国专利申请、于2015年1月29日提交的申请号为14/607,048的美国专利申请以及于2015年1月29日提交的申请号为14/607,050的美国专利申请中描述了示例性树状网络架构，其全部内容通过引用并入本文。
另一种常用的无线网络是网状网络。在该网络中，通信发生在一个或多个邻居之间，然后可以使用多跳架构沿着网络传递信息。这可以用于降低传输功率要求，因为信息是在较短距离上发送的。另一方面，接收无线电功率要求可能增加，因为接收无线电必须频繁开启以启用多跳通信方案。
基于使用无线网络中的节点之间信号的飞行时间，可以通过利用信号传播的速度相对恒定的事实来估计无线网络中单个节点对之间的距离。本网络架构的实施例允许测量多对路径长度并执行三角测量，然后估计三维空间中各个节点的相对位置。
图1说明根据一个实施例的无线节点的示例性***。该示例性***100包括无线节点110至无线节点116。这些节点与通信120至通信130(例如，节点标识信息、传感器数据、节点状态信息、同步信息、定位信息、用于无线传感器网络的其它此类信息、飞行时间(TOF)通信等)双向通信。基于使用飞行时间测量，可以估计各个节点对之间的路径长度。例如，可以通过在已知时间从节点110向节点111发送信号来实现节点110和111之间的单独飞行时间测量。节点111接收信号，记录接收通信120的信号的时间标识，然后例如，可以将返回信号发送回A，具有返回信号的传输的时间标识。节点110接收信号并记录接收的时间标识。基于这两个发送和接收时间标识，可以估计节点110和节点111之间的平均飞行时间。该过程可以在多个频率上重复多次以提高精度并消除或减少由于特定频率下的不良信道质量导致的劣化。可以通过针对各种节点对重复该过程来估计一组路径长度。例如，在图1中，路径长度为TOF 150-160。然后，通过使用几何模型，可以基于类似三角测量的过程来估计各个节点的相对位置。
这种三角测量过程在树状网络中是不可行的，因为只能测量任意节点和集线器之间的路径长度。这限制了树形网络的定位能力。为了在允许定位的同时保持树形网络的能量益处，在本发明的一个实施例中，用于通信的树形网络与网状网络功能相结合以用于定位。一旦使用网状网络功能定位完成，网络就会切换回树状通信，并且只定期测量节点和集线器之间的飞行时间。假如这些飞行时间保持相对恒定，则网络假定节点没有移动并且不浪费能量试图重新运行基于网格的定位。另一方面，当检测到树形网络中的路径长度的变化时，网络切换到基于网格的***并重新三角测量以确定网络中的每个节点的位置。
图2示出根据一个实施例的具有非对称树和其具有多个用于通信的集线器的网状网络体系结构的***。***700包括具有无线控制装置711的中央集线器710、具有无线控制装置721的集线器720、具有无线控制装置783的集线器782以及包括具有无线控制装置n的集线器n的附加集线器。未示出的附加集线器可以与中央集线器710、其它集线器通信或者可以是附加的中央集线器。每个集线器与其它集线器以及一个或多个传感器节点双向通信。集线器还被设计为与包括装置780的其它装置(例如，客户端装置、移动装置、平板装置、计算装置、智能器具、智能TV等)双向通信。
传感器节点730、740、750、760、770、788、792、n和n+1(或终端节点)均分别包括无线装置731、741、751、761、771、789、793、758以及753。如果传感器节点仅具有与更高级别集线器或节点的上游通信并且没有与另一集线器或节点的下游通信，则该传感器节点是终端节点。每个无线装置包括具有发射器和接收器(或收发器)的RF电路，以实现与集线器或其它传感器节点的双向通信。
在一个实施例中，中央集线器710与集线器720、集线器782、集线器n、装置780以及节点760和节点770通信。这些通信包括无线非对称网络架构中的通信722、724、774、772、764、762、781、784、786、714和712。具有无线控制装置711的中央集线器被配置成向其它集线器发送通信并从其它集线器接收通信用于控制和监测包括为每个组分配节点组和保证时间信号的无线非对称网络架构。
集线器720与中央集线器710以及传感器节点730、740和750通信。与这些传感器节点的通信包括通信732、734、742、744、752和754。例如，从集线器720的角度来看，集线器接收通信732并且，通信734被传输到传感器节点。从传感器节点730的角度来看，通信732被传输到集线器720中并且从集线器接收通信734。
在一个实施例中，中央集线器(或其它集线器)将节点760和770分配给组716，将节点730、740和750分配给组715，将节点788和792分配给组717，以及将节点n和n+1分配给组n。在另一示例中，组716和715组合成单个组。
通过使用图1至图2中所示的架构，需要长电池寿命的节点最小化在通信上消耗的能量，并且树形层次中的更高级节点使用可用能源来实现，或者可替代地使用提供更高容量或提供更短电池寿命的电池。为了便于在电池供电的终端节点上实现长电池寿命，可以建立这些节点与其上层对应物(以下称为最低级集线器)之间的通信，使得在最低级别集线器和终端节点之间发生最小的传输和接收通信量。
在一个实施例中，节点花费大部分时间(例如，超过其时间的90％、超过其时间的95％、大约其时间的98％或超过其时间的99％)在低能量非通信状态中。当节点唤醒并进入通信状态时，节点可进行将数据传输到最低级别的集线器的操作。该数据可以包括节点标识信息、传感器数据、节点状态信息、同步信息、定位信息以及用于无线传感器网络的其它此类信息。
为了基于RF确定两个对象之间的距离，执行测距测量(即，RF通信用于估计该对对象之间的距离)。为此，将RF信号从一个装置发送到另一装置。图3说明根据一个实施例的飞行时间测量***。如图3所示，传输装置310发送RF信号312，接收装置320接收RF信号312。本文本文中，在示例性无线网络中，装置310可以是集线器或节点，并且装置320也可以是集线器或节点。
图4说明根据一个实施例的飞行时间测量***的框图。接收装置(例如，装置320)从传输装置(例如，装置310)接收传输并处理RF信号412以使用低分辨率估计器440生成至少一个粗略估计442和使用高分辨率估计器450生成至少一个在空中两个装置之间的传播延迟的精细估计452。然后，***400利用组合器460来组合粗略时间估计442和精细时间估计452，以生成准确的飞行时间测量470。然后，如图4所示，该飞行时间测量470可以乘以光速来计算距离。
飞行时间测量固有地对网络内的操作定时敏感，因此执行测量的装置的时钟是很重要的。图5说明根据一个实施例的用于距离估计的完全同步***。在完全同步***500中，即两个装置共享相同的时钟参考，装置510首先在时间T1向装置520发送RF信号512(例如，具有数据包的RF信号)。数据包在时间T2到达装置520并且触发装置520中的数据包检测算法以记录该时间T2。因为它是同步***，所以可以将飞行时间的粗略估计计算为T2至T1。但是，该测量的分辨率受采样时钟的时间分辨率的限制，采样时钟的频率为fs，时间分辨率为Ts。时间分辨率如图6所示。本文本文中，采样时钟表示***时间估计的最大精度，并且在示例性***中，可以通过用于控制用于检测传输或接收的定时电路的时钟频率来设置。例如，如果采样时钟为100MHz，则此测量的分辨率将为10纳秒(ns)，这相当于大约10英尺的精度。
为了提高该精度，可以在装置520处记录和分析RF信号512。图6说明根据一个实施例的记录的RF信号的数据包如何是从装置510发送的信号的时移版本。在采样时钟时间间隔(Ts中)内，RF信号512的数据包514在T2被检测到。接收的数据包514的真正开始是早于T2的采样时钟周期的部分周期(例如，ΔT)。
可以使用多种方法来估计该部分周期(例如，ΔT)。例如，可以使用快速傅立叶变换(FFT)将时域信号转换为频域，然后除以原始信号的频谱以获得信道的频率响应。在基于正交频分复用(OFDM)的***中，该信息也可以从信道感测信息(CSI)中获得。在理想的无线信道中，频域中的信道响应是
H(f)＝Aej 2πfΔT
其中A是信道的丢失，ΔT是信道的延迟。图7A示出了根据一个实施例的理想信道的相位响应。纵轴上的相位202和水平轴上的频率204的图示出理想信道210为具有对应于2π*ΔT的斜率的直线。
将ΔT与T2-T1相结合，可以建立精确的距离估计：
距离＝(T2–T1-斜率/(2π))X C
其中C是光速。
在非理想信道的情况下，存在来自环境的多个反射，并且整个信道响应可以被注释为
H(f)＝∑Akej 2πfΔTk
其中Ak是每条路径的幅度，ΔTk是每条路径的延迟。结果，信道响应将在相位上与直线不同。图7B示出了根据一个实施例的非理想信道的相位响应。垂直轴上的相位252和水平轴上的频率254的曲线图示出了非理想的信道260。
诸如矩阵束(Matrix Pencil)、MUSIC等高级算法可用于估计多个路径的最小延迟(ΔTk)，并且可以从该提取的最小延迟计算距离。
距离＝(T2–T1-S{H(f)})X C
其中S{H(f)}是从信道响应测量中提取的最小延迟结果，即它应该等于min{Δtk}。
通过将***分成粗略估计和精细估计，可以同时实现高效率和高性能。粗略时间估计器可以覆盖长范围，尽管降低了精度。这种低精度要求也使该估计器对干扰和多路径不敏感，这是飞行时间测量的重要误差源。有多种方法可用于确定粗略时间估计。例如，可以从指示传输信号的时间和接收到信号的时间标识中提取粗略时间。或者，可以使用中国馀数定理解开在多个载波频率处接收的信号的相位测量，以估计粗延迟。使用特定组非均匀载波频率的非均匀离散傅里叶变换也可用于估计粗延迟。
另一方面，高分辨率估计器仅需要覆盖相对较短的范围，因此减少了***所需的计算资源。精确估计仅需要覆盖一个粗略采样周期的最大延迟。高级算法也可应用于此估计器，以提高在干扰和多路径环境下的性能。也可以使用多种方法导出该精细估计。例如，它可以从接收信号与理想版本信号的互相关性中导出。它还可以使用接收信号从信道估计中导出。可以通过使用相位的斜率、逆FFT、矩阵束、MUSIC或其它方法将信道估计转换为精细延迟估计。
在线性代数中，矩阵束被定义为具有复变量λ的矩阵值函数
L(λ)＝∑λi Ai
在测距测量的情况下，信道响应具有类似的格式
H(f)＝H(n*fsub)＝∑Akej 2πfΔTk＝∑Ak(ej 2πfsubΔTk)n＝∑Ak(λ)n
其中频域测量是在fsub(子载波频率)等间隔的频率上进行的。
因此，矩阵束方法可用于提取这种***的极点(λ)。一旦从测量中提取了所有可能的极点(λk)，每个时间延迟都可以计算为
ΔTk＝log(λk)/(j 2πfsub)
在另一实施例中，可以使用多信号分类(MUSIC)算法。MUSIC基于由一系列谐波信号组成的信号建模
X(n)＝∑Akej*wk*n
与矩阵束的情况类似，信道响应可以写成
H(f)＝H(n*fsub)＝∑Akej*2πf*ΔTk＝∑Ak ej*2π*fsub*ΔTk*n
然后，算法基于测量结果X(n)提取Ak和wk，并且可以将延迟元素计算为
ΔTk＝wk/(2πfsub))
在本文描述的***中，噪声、数值误差以及其它此类限制可能导致将被估计的错误延迟。如果估计比实际时间延迟长，则不会影响时间延迟结果，因为只有最短的延迟用于与距离相关的延迟计算。另一方面，如果估计时间比飞行延迟时间短，则可能将其误认为是实际的飞行延迟时间。因此，消除错误的短路径以提高时间延迟估计精度是重要的。因此，在一个实施例中，实现了校正该错误的***。
在无线环境中，信号的幅度随着距离的平方而减小，如自由空间路径损耗所描述的。因此，期望从延迟估计算法估计的较短路径具有较高幅度。然后使用该预知来消除错误的短路径估计。可以通过将估计距离的平方乘以估计的幅度来对接收信号的幅度进行归一化。如果该归一化幅度低于某个阈值，则表明该路径的估计是由噪声或算法限制引起的，因此可以被消除。
在实践中，实际信号强度还取决于路径，包括墙壁、窗户、反射等上产生的额外损耗。前面提到的阈值可以根据这些因素造成的预期损耗来设置，或者可以根据经验数据来设置。
在一个示例中，路径估计算法可以产生5个路径。这些路径之一可能由于噪声而产生，并且当实际视距(LOS)延迟为40ns时具有20ns的ToF延迟估计。这在图8A和8B中示出。图8A示出根据一个实施例的被测信号幅度作为与图830的5个示例性路径相关联的延迟的函数。图830示出了水平轴上的5个路径的ToF延迟(ns)842和垂直轴上的被测信号幅度(dB)840。数据点851至855表示5个路径的不同ToF延迟的被测信号幅度。数据点851由于具有小于40ns的实际LOS延迟的20ns的ToF延迟，表示潜在的错误短路径。LOS幅度可以是1，并且与数据点851相关联的错误短路径的幅度可以是0.1。幅度可以通过距离的平方来归一化，因此LOS幅度为1并且错误路径的归一化幅度为0.025。根据一个实施例，在图8B的图860中示出了这种幅度与ToF延迟的归一化。图860示出了水平轴上的5个路径的ToF延迟(ns)862以及垂直轴上的信号幅度(dB)864的归一化。数据点871至875表示针对5个路径的不同ToF延迟的所测幅度的归一化。数据点871由于具有小于40ns的实际LOS延迟的20ns的ToF延迟，表示潜在的错误短路径。与数据点871相关联的错误路径的归一化幅度比LOS幅度低32dB。在一个示例中，如果预期环境因素(不包括路径损耗)的最大损失为30dB，则与数据点871相关联的20ns路径可以作为错误短路径估计被消除。
阈值本身也可以是路径长度的函数，以说明在短距离和长距离中预期的环境损失量。其它实现也可以在设置阈值时结合物理硬件的动态范围(例如，集线器、传感器节点等的RF接收器的信号电平的动态操作范围)。
在另一实施例中，异步***用于飞行时间估计。在两个装置是异步的情况下，装置之间的定时偏移会给延迟估计带来很大的错误。上述设置可以被扩展为双向***以缓解此问题。图8C说明根据另一个实施例的用于飞行时间估计的异步***。装置810首先在时间T1时将具有数据包的RF信号812发送到装置820。数据包在时间T2时到达装置820，触发装置820中的数据包检测算法以记录该时间。然后，装置820在时间T3时发送回具有数据包的信号822，其在时间T4时到达装置810并且触发装置810以记录时间并处理波形。注意的是，与完全同步***的情况不同，T1和T4是在装置810上记录的时间，因此参考其参考时钟。T2和T3是基于装置820的时间参考记录。粗略时间估计为
2xToF＝(T4-T1)-(T3-T2)
由于T4和T1在同一时钟采样，因此T4和T1之间没有任意相位。因此，T4至T1在时间上是准确的；同样的原理适用于T3至T2。因此，该测量不受由于该***的异步性质导致的两个装置之间的任何相位移动的影响。与前一实施例类似，该测量受T1/T2/T3/T4的采样时钟周期的分辨率限制。为了提高这种精度，可以在两个装置上执行频率响应测量。装置820使用来自装置810的数据包测量信道响应，并且装置810使用来自装置820的数据包测量信道响应。由于这两个装置不同步，因此两个时钟之间的相位存在不确定性，此处标注为Toffset。时钟的这种相位偏移表现为每一侧的信道响应测量的额外相位，但是可以通过将两边的信道响应相乘来消除它。假设信道响应与之前相同，则来自装置820的测量结果将是
H820(f)＝H(f)e-j 2πf Toffset
来自装置#1的测量结果将是
H810(f)＝H(f)e+j 2πf Toffset
因此，组合的信道响应
H810(f)H820(f)＝H(f)2＝(∑Ake-j 2πfΔTk)2
它消掉了两个时钟之间的相位差。与前一实施例类似，诸如矩阵束、MUSIC等的算法可用于估计来自H810(f)H820(f)的延迟，其产生2个min{ΔTk}，并且距离测量由下式给出：
距离＝[(T4-T1)/2–(T3-T2)/2-S{H810(f)H820(f)}/2]x C
或者可以从下式估算出Toffset
H810(f)/H820(f)＝e+2j 2πf Toffset
Toffset是分频信道响应的相位斜率的一半。可以通过计算的偏移来校正任一方向上的信道响应。然后可以将距离估计计算为
距离＝[(T4-T1)/2–(T3-T2)/2-S{H810(f)}-Toffset]x C
或
距离＝[(T4-T1)/2–(T3-T2)/2-S{H820(f)}+Toffset]x C
该方法优于乘法方法。H(f)2信道响应包括每个路径的幅度和距离的两倍的项以及每2个路径置换的交叉项。这是针对2个路径情况，A810 2ej 2πf2ΔT1、A820 2ej 2πf2ΔT2、以及A810A820ej 2πf(ΔT1+ΔT2)。当应用于单向信道响应H(f)时，精细估计方法对噪声更有效且更稳定，因为存在较少的路径来区分和降低动态范围。
上述短路径消除算法也可被用于异步***，例如上面所公开的。
从上述实施例中可以明显看出，定时的测量对于建立距离估计是至关重要的。定时错误会降低距离估计的精度。定时错误通常存在于无线***中。例如，自动增益控制(AGC)通常用于确保信号强度变化的信号的稳健接收器操作。在操作期间，AGC级可能具有基于增益而变化的延迟。因此，延迟的这些变化会增加TOF估计的不确定性。在一个实施例中，可以通过校准来最小化该误差。作为AGC级增益的函数的延迟可以预先测量并用于在实际TOF测量期间通过从基线延迟中减去这种偏差来校正定时。图9示出根据一个实施例的具有自动增益控制的RF电路。RF电路900(例如，1550、1670、1692、1770、1870等)可以包括在如本公开的实施例中所描述的任意无线节点(例如，集线器、传感器节点)中。RF电路900包括低噪声放大器，用于接收RF信号并产生发送到同相正交(I/Q)降频转换单元920的放大信号，以将RF信号降频转换到期望的中频。可变增益放大器930放大中频信号，然后模数转换器(ADC)将放大的信号转换为基带信号。AGC 950是闭环反馈调节电路，其在输出952处提供受控信号幅度，而不管其输入942中的幅度变化。如上所述，作为AGC级增益(例如，AGC950)的函数的延迟可以被预先测量并用于在实际TOF测量期间通过从基线预测量延迟中减去这种偏差来校正定时。类似地，诸如滤波器延迟的其它校准***配置也可以被预先测量和扣除。
如上所示，在异步***中，需要组合来自两个装置的信息以进行计算。为了做到这一点，在一个实施例中，装置之一可以使用之前提到的相同RF信号(例如，812、822、1022、1023)或使用如图10所示的一个实施例中的双向ToF测量***1000中的独立的RF信号路径1024将信息发送到另一装置。，
图11说明根据替代的实施例的异步***1100。装置1110和1120可以通过相同的RF信号1112和1113或独立的RF信号1122和1123将它们的信息发送到第三装置1130中，并且第三装置1130可以处理和组合此信息以计算飞行时间。
网络上各对之间的距离一旦建立，就可以将信息传递给网络的一个或多个构件，或者甚至传递给网络外部的***，以估计网络的各个构件的相对和/或绝对位置。这可以使用各种技术来执行。例如，如本领域技术人员所熟知的，可以使用三角测量方法。诸如最小二乘方法的误差最小化技术可用于提高准确度并减少位置估计的误差。通过利用在各种配对距离估计中产生的冗余信息，这些方法可用于减少上述实施例中与距离估计相关的任意误差。可以用于基于确定的测距数据执行定位的其它技术包括多维缩放、自定位算法、地形算法、协同多点定位、分布式最大似然、双曲线定位、移动地理分布式定位、弹性定位算法以及其它这样的无锚节点和基于锚节点的定位算法。
本文确定的定位信息可以用于促进或改进无线传感器网络的操作。于2015年8月19日提交的申请号为14/925,889的美国专利申请中公开了示例性无线传感器网络，该申请通过引用并入本文。定位可用于在网络内建立逻辑和/或功能关系。在一个示例性实施例中，定位信息可用于定义传感器网络中的群集成员资格，其允许与正常树状网络的群集进行节点到节点通信，如图2所示。在该实施例中，定位被用于识别应该被分配在同一群集内的节点。然后，这些可以无需通过集线器直接相互通信。这种方法的优点是，在三角测量计算后，距离估计误差不会造成网络的灾难性故障；相反，这些错误最多会导致错误的群集分配。可以进一步使用重叠群集指配或松散群集指配规则来防止此类以不期望的方式影响网络性能。
在一个实施例中，定位算法包括基于锚的三角测量。在基于锚节点的***中，锚节点(例如，集线器、传感器、装置等)的位置是已知的。基于锚的已知位置以及每个装置与每个锚之间的测量距离来计算其它装置的未知位置。使用相同的过程逐个计算这些未知装置的位置。对于每个装置，使用锚i的距离测量是：
其中xi、yi和zi是第i个锚的坐标；di是未知装置和第i个锚点之间的测量距离；x、y和z是未知装置的坐标，这是估计的目标。通过为估计设置不同的误差函数，可以使用线性最小二乘来计算未知装置(x，y，z)的位置。
在另一实施例中，对于无锚三角测量设置，没有任何装置的已知位置。该算法必须使用装置对之间的距离测量来确定每个装置的相对位置。其目标是找出所有装置的相对位置，以是距离测量的总体误差最小化。有多种类型的算法，包括增量算法和并发算法。增量算法从一小组装置开始，并根据距离测量计算它们的位置。然后将这小组装置用作其它装置的锚节点。这是一种简单的算法，但缺点是早期计算的节点中的错误可以很容易地传播到后面的节点，即使使用更新早期节点位置的高级算法也是如此。
并发算法解决了增量算法的问题，因为并发算法同时估计所有位置以实现具有比增量算法更低误差的全局最优。它通常使用迭代过程来更新装置的位置，因此在使用更多计算能力和内存时会花费更长的时间进行收敛。
图12示出根据一个实施例的使用飞行时间技术确定节点位置估计的方法。方法1200的操作可以由无线装置、集线器的无线控制装置(例如，设备)或***执行，其包括处理电路或处理逻辑。处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机***或专用机器或装置上运行)或两者的组合。在一个实施例中，集线器执行方法1200的操作。
在初始化无线网络架构时，在操作1201中，处理逻辑校准具有延迟的至少一个组件(例如，RF电路的自动增益控制(AGC)级、RF电路的滤波级等)。该至少一个组件的校准可以包括测量至少一个组件的延迟(例如，作为增益函数的AGC级、滤波器级)、确定至少一个组件的所测量的延迟与基线延迟之间是否存在偏差以及如果存在偏差则校正所确定的飞行时间估计的定时。校准通常在无线网络架构的初始化期间发生。或者，校准可以在方法1200的稍后时间发生。
在操作1202中，具有射频(RF)电路和至少一个天线的集线器将通信信息发送到无线网络架构中的多个传感器节点(例如，无线非对称网络架构)。在操作1203中，RF电路和集线器的至少一个天线接收来自多个传感器节点的通信信息，每个传感器节点具有带有发送器和接收器的无线装置，以实现与无线网络架构中的集线器的RF电路的双向通信。在操作1205中，具有无线控制装置的集线器的处理逻辑最初使得传感器节点的无线网络在一个时间段内(例如，预定时间周期、足以用于定位的时间周期等)被配置成基于网格的网络架构。
在操作1206中，集线器的处理逻辑使用如本文公开的各种实施例中所讨论的至少一个飞行时间技术和可能的信号强度技术确定至少两个节点(或所有节点)的定位。
在操作1208中，在至少两个网络传感器节点的定位之完成后，如果发生任何飞行时间测量，则集线器的处理逻辑终止飞行时间测量并且继续监控与至少两个节点的通信的信号强度。类似地，至少两个节点可以监控与集线器通信的信号强度。在操作1210中，集线器的处理逻辑在完成定位后在基于树的或树状网络架构(或没有基于网格的特征的树架构)中配置无线网络。
本文讨论的集线器和节点之间的通信可以使用各种手段来实现，包括但不限于使用无线电频率的直接无线通信，通过将信号调制到房屋、公寓、商业建筑物等内的电线上而实现的电力线通信，使用诸如802.11a、802.11b、802.11n、802.11ac等的标准WiFi通信协议的WiFI通信以及对于本领域普通技术人员显而易见的其它WiFi通信协议，诸如GPRS、EDGE、3G、HSPDA、LTE的蜂窝通信协议以及对于本领域普通技术人员显而易见的其它蜂窝通信协议，蓝牙通信，使用诸如Zigbee的众所周知的无线传感器网络协议的通信，以及对于本领域普通技术人员显而易见的其它基于有线或无线的通信方案。
终端节点和集线器之间的射频通信的实现可以以各种方式实施，其包括窄带、信道重叠、信道步进、多信道宽带以及超宽带通信。
根据本发明的实施例，集线器可以通过多种方式物理地实施。图13A示出了根据一个实施例的实现为用于电源插座的覆盖层1500的集线器的示例性实施例。覆盖层1500(例如，面板)包括集线器1510和将集线器联接到电源插座1502的连接1512(例如，通信链路、信号线、电连接等)。可选地(或另外地)，集线器被联接到插座1504。出于安全和美观的目的，覆盖层1500覆盖或包围电插座1502和1504。
图13B示出根据一个实施例的实现为电源插座的覆盖的集线器1520的框图的分解视图的示例性实施例。集线器1520包括电源整流器1530，其将周期性地反转方向的交流电(AC)转换为仅在一个方向上流动的直流电(DC)。集线器1520包括电源整流器1530，其将周期性地反转方向的交流电(AC)转换为仅在一个方向上流动的直流电(DC)。电源整流器1530经由连接1512(例如，通信链路、信号线、电连接等)从插座1502接收AC，并且将AC转换为DC，以用于经由连接1532(例如，通信链路、信号线、电连接等)向控制器电路1540供电并且用于经由连接1534(例如，通信链路、信号线、电连接等)向RF电路1550供电。控制器电路1540包括存储器1542或被联接到存储器，存储器存储由控制器电路1540的处理逻辑1544(例如，一个或多个处理单元)执行的指令，如本文讨论的，控制器电路1540用于控制集线器的操作以形成、监视和执行无线非对称网络的定位。RF电路1550可以包括收发器或单独的发射器1554以及接收器1556功能，用于经由天线1552与无线传感器节点发送和接收双向通信。RF电路1550经由连接1534(例如，通信链路、信号线、电连接等)与控制器电路1540双向通信。集线器1520可以是无线控制装置1520或可将控制器电路1540、RF电路1550以及天线1552组合而形成如本文所讨论的无线控制装置。
图14A示出根据一个实施例的实现为用于在计算机***、器具(appliance)或通信集线器中部署的卡片的集线器的示例性实施例。如箭头1663所示，卡片1662可以******1660(例如，计算机***、器具或通信集线器)。
图14B示出根据一个实施例的实现为用于在计算机***、器具或通信集线器中部署的卡片的集线器1664的框图的示例性实施例。集线器1664包括电源1666，其经由连接1674(例如，通信链路、信号线、电连接等)向控制器电路1668提供电力(例如，DC电源)，并经由连接1676(例如，通信链路、信号线、电连接等)向RF电路1670提供电力。控制器电路1668包括存储器1661或被联接到存储器，存储器存储由控制器电路1668的处理逻辑1663(例如，一个或多个处理单元)执行的指令，如本文讨论的，控制器电路1668用于控制集线器的操作以形成、监视和执行无线非对称网络的定位。RF电路1670可以包括收发器或单独的发射器1675以及接收器1677功能，用于经由天线1678与无线传感器节点发送和接收双向通信。RF电路1670经由连接1672(例如，通信链路、信号线、电连接等)与控制器电路1668双向通信。集线器1664可以是无线控制装置1664或可以将控制器电路1668、RF电路1670以及天线1678进行组合而形成如本文所讨论的无线控制装置。
图14C示出根据一个实施例的在器具(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器以及其它智能装置等)内实施的集线器的示例性实施例。器具1680(例如，智能洗衣机)包括集线器1682。
图14D示出根据一个实施例的在器具(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器以及其它智能装置等)内实施的集线器1684的框图的分解视图的示例性实施例。集线器包括电源1666，其经由连接1674(例如，通信链路、信号线、电连接等)向控制器电路1668提供电力(例如，DC电源)，并经由连接1676(例如，通信链路、信号线、电连接等)向RF电路1670提供电力。控制器电路1690包括存储器1691或被联接到存储器，存储器存储由控制器电路1690的处理逻辑1688(例如，一个或多个处理单元)执行的指令，如本文讨论的，控制器电路1690用于控制集线器的操作以形成、监视和执行无线非对称网络的定位。RF电路1692可以包括收发器或单独的发射器1694以及接收器1695，用于经由天线1699与无线传感器节点发送和接收双向通信。RF电路1692经由连接1689(例如，通信链路、信号线、电连接等)与控制器电路1690双向通信。集线器1684可以是无线控制装置1684或可以将控制器电路1690、RF电路1692以及天线1699进行组合形成而如本文所讨论的无线控制装置。
在一个实施例中，用于提供无线非对称网络架构的设备(例如，集线器)包括用于存储指令的存储器、执行用于建立和控制无线非对称网络架构中的通信的指令的集线器的处理逻辑(例如，一个或多个处理单元、处理逻辑1544、处理逻辑1663、处理逻辑1688、处理逻辑1763、处理逻辑1888)，以及射频(RF)电路(例如，RF电路1550、RF电路1670、RF电路1692、RF电路1890)包括多个天线(例如，天线1552、天线1678、天线1699、天线1311、1312和1313等)以在无线非对称网络架构中发送和接收通信。RF电路和多个天线将通信信息发送到多个传感器节点(例如，节点1、节点2)，每个传感器节点具有带有发送器和接收器的无线装置(或收发器的发送器和接收器功能)以实现在无线非对称网络架构中与设备的RF电路的双向通信。
在一个示例中，第一无线节点包括具有一个或多个处理单元的无线装置和用于在无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路，无线网络架构包括具有第一数据包的第一RF信号。第二无线节点包括具有发射器和接收器的无线装置，以实现与无线网络架构中与第一无线节点的双向通信，无线网络架构包括具有第二数据包的第二RF信号。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成基于第一数据包和第二数据包往返行程时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点的信道感测信息飞行时间的时间估计来执行指令以确定用于定位的飞行时间估计。
在一个示例中，该设备由干线电源供电，并且多个传感器节点均由电池电源供电以形成无线网络架构。
可以在无线传感器节点中使用各种电池，包括锂基化学物质，例如锂离子、锂聚合物、磷酸锂以及对于本领域普通技术人员显而易见的其它此类化学物质。可用的其它化学物质包括镍金属氢化物、标准碱性电池化学物质、银锌和锌空气电池化学物质、标准碳锌电池化学物质、铅酸电池化学物质或对于本领域普通技术人员显而易见的任何其它化学物质。
本发明还涉及一种用于执行本文所述操作的设备。该设备可以为所需目的而专门构造，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的磁盘，其包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡，或适用于存储电子指令的任何类型的介质。
本文呈现的算法和显示并非固有地与任何特定计算机或其它设备相关。根据本文的教导，各种通用***可以与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备以执行所需的方法操作是方便的。
图15示出根据一个实施例的传感器节点的框图。传感器节点1700包括电源1710(例如，能量源、电池电源、原电池、可充电电池等)，其经由连接1774(例如，通信链路、信号线、电连接等)向控制器电路1720提供电力(例如，DC电源)，经由连接1776(例如，通信链路，信号线，电连接等)向RF电路1770供电，并经由连接1746(例如，通信链路、信号线、电气连接等)向感测电路1740供电。控制器电路1720包括存储器1761或被联接到存储器，存储器存储由控制器电路1720的处理逻辑1763(例如，一个或多个处理单元)执行的指令，如本文所讨论的，制器电路1720用于控制传感器节点的操作以形成和监视无线不对称网络。RF电路1770(例如，通信电路)可以包括收发器或单独的发射器1775和接收器1777功能，用于经由具有集线器和可选的无线传感器节点的天线1778发送和接收双向通信。RF电路1770经由连接1772(例如，电连接)与控制器电路1720双向通信。感测电路1740包括各种类型的感测电路和传感器，其包括图像传感器和电路1742、湿度传感器和电路1743、温度传感器和电路、湿度传感器和电路、空气质量传感器和电路、光传感器和电路、运动传感器和电路1744、音频传感器和电路1745、磁传感器和电路1746以及传感器和电路n等。
本文公开的无线定位技术可以与其它感测信息组合以提高整个网络的定位精度。例如，在一个或多个节点包含摄像机的无线传感器中，捕获的图像可以与图像处理和机器学习技术一起使用，以确定正在监视的传感器节点是否正在查看同一场景，因此可能在同一个房间内。通过使用周期性照明和光电探测器可以实现类似的益处。通过选通照明并使用光电探测器进行检测，可以检测光路的存在，可能表明闪光灯和探测器之间不存在不透明的墙壁。在其它实施例中，磁传感器可以集成到传感器节点中并用作罗盘以检测正被监测的传感器节点的方向。然后，该信息可以与定位信息一起使用，以确定传感器是在墙壁、地板、天花板还是其它位置。
在一个示例中，每个传感器节点可以包括图像传感器，并且房屋的每个周边墙壁包括一个或多个传感器节点。集线器分析包括图像数据和可选的定向数据的传感器数据以及定位信息，以确定每个传感器节点的绝对位置。然后，集线器可以为用户构建建筑物的每个房间的三维图像。可以生成具有墙壁、窗户、门等的位置的平面图。图像传感器可以捕获指示反射变化的图像，该反射可以指示住宅完整性问题(例如，水、屋顶漏水等)。
图16示出根据一个实施例的具有集线器的***1800的框图。***1800包括集线器1882或无线非对称网络架构的中央集线器或者与集线器1882或无线非对称网络架构的中央集线器集成。***1800(例如，计算装置、智能电视、智能装置、通信***等)可以与任何类型的无线装置(例如，蜂窝电话、无线电话、平板电脑、计算装置、智能电视、智能电器等)通信用于发送和接收无线通信。***1800包括处理***1810，处理***1810包括控制器1820和处理单元1814。处理***1810通过一个或多个双向通信链路或或信号线1898、1818、1815、1816、1817、1813、1819、1811分别与集线器1882、输入/输出(I/O)单元1830、射频(RF)电路1870、音频电路1860、用于捕获一个或多个图像或视频的光学装置1880、用于确定***1800的运动数据(例如，在三维中)的可选运动单元1844(例如，加速计、陀螺仪等)、电源管理***1840以及机器可访问的非暂时性介质1850进行通信。
集线器1882包括电源1891，其经由连接1885(例如，通信链路、信号线、电连接等)向控制器电路1884提供电力(例如，DC电源)，并经由连接1887(例如，通信链路、信号线、电连接等)向RF电路1890提供电力。控制器电路1884包括存储器1886或被联接到存储器，存储器存储由控制器电路1884的处理逻辑1888(例如，一个或多个处理单元)执行的指令，如本文所讨论的，控制器电路用于控制集线器的操作以形成和监视无线不对称网络。RF电路1890可以包括收发器或单独的发射器(TX)1892以及接收器(RX)1894功能，用于经由天线1896与无线传感器节点或其它集线器发送和接收双向通信。RF电路1890经由连接1889(例如，通信链路、信号线、电连接等)与控制器电路1884双向通信。集线器1882可以是无线控制装置1884或可以将控制器电路1884、RF电路1890以及天线1896进行组合而形成如本文所讨论的无线控制装置。
***或RF电路1890的RF电路1870和天线1871以及集线器1882的天线1896用于通过无线链路或网络向本文讨论的集线器或传感器节点的一个或多个其它无线装置发送和接收信息。音频电路1860与音频扬声器1862和麦克风1064联接并且包括用于处理语音信号的已知电路联接。一个或多个处理单元1814经由控制器1820与一个或多个机器可访问的非暂时性介质1850(例如，计算机可读介质)通信。介质1850可以是可以存储代码和/或数据以供一个或多个处理单元1814使用的任何装置或介质(例如，存储装置、存储介质)。介质1850可以包括存储器层次结构，包括但不限于高速缓存、主存储器和辅助存储器。
介质1850或存储器1886存储实现本文描述的方法或功能中的任何一个或多个的一个或多个指令集(或软件)。该软件可以包括操作***1852，用于建立、监视和控制无线非对称网络架构的网络服务软件1856、通信模块1854和应用1858(例如，住宅或建筑物安全应用、住宅或建筑物完整性应用、开发者应用等)。在由装置1800执行期间，软件还可以完全或至少部分地驻留在介质1850、存储器1886、处理逻辑1888内或处理单元1814内。图18中所示的组件可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
通信模块1854使得能够与其它装置通信。I/O单元1830与不同类型的输入/输出(I/O)装置1834(例如，显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器、阴极射线管(CRT)、触摸显示装置，或用于接收用户输入和显示输出的触摸屏，可选的字母数字输入装置)通信。
在一个示例中，用于无线网络架构中的节点定位的异步***包括：第一无线节点，其具有带有一个或多个处理单元的无线装置；以及RF电路，用于在包括具有第一数据包的第一RF信号的无线网络架构中发送和接收通信，无线网络架构，以及第二无线节点，其具有带有发射器和接收器的无线装置以实现在包括具有第二数据包的第二RF信号的无线网络架构中与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基于第一数据包和第二数据包往返行程时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点的信道感测信息飞行时间的时间估计来确定用于定位的飞行时间估计。
在另一示例中，第一无线节点具有第一参考时钟信号，第二无线节点具有第二参考时钟信号。
在另一示例中，第一和第二数据包的往返时间的时间估计基于第一无线节点发送第一数据包的第一时间，第二无线节点接收第一数据包的第二时间，第二无线节点发送第二数据包的第三时间，以及第一无线节点接收第二数据包的第四时间。
在另一示例中，第一无线节点的信道感测信息包括第二数据包的信道响应的第一测量值，第二无线装置的信道感测信息包括第一数据包的信道响应的第二测量值。
在另一示例中，组合信道响应包括将第一测量值和第二测量值相乘以消除第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之间的相位差。
在另一示例中，划分的信道响应包括将第一测量值除以第二测量值以估计第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之间的相位差。
在另一示例中，矩阵束和MUSIC算法中的至少一个被用于根据第二数据包的信道响应的第一测量值和第一数据包的信道响应的第二测量值，来估计多个路径的最小延迟。
在另一示例中，用于定位的飞行时间估计包括基于第一数据包和第二数据包的往返时间的时间估计和多个路径的最小延迟来确定第一无线节点和第二无线节点之间的距离。
在另一示例中，第一无线节点和第二无线节点之间的距离被用于基于基于锚节点的三角测量或少锚节点三角测量来确定第一无线节点和第二无线节点的相对位置或绝对位置。
在另一示例中，第一无线节点和第二无线节点之间的距离用于确定定位信息，该定位信息用于定义具有多个无线传感器节点的无线传感器网络中的群集(constellation)成员资格。
在另一示例中，具有带有一个或多个处理单元的无线装置的第三无线节点和用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路包括来自第一无线节点的第一RF信息信号和来自第二无线节点的第二RF信息信号。第三无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以基于第一RF信息信号和第二RF信息信号来确定用于定位的飞行时间估计。
在一个示例中，在无线网络架构中用于节点定位的同步***包括：第一无线节点，其具有带有一个或多个处理单元的无线装置；以及RF电路，其用于在包括具有数据包的RF信号的无线网络架构中发送和接收通信。第二无线节点包括具有一个或多个处理单元的无线装置和RF电路以实现在无线网络架构中与第一无线节点的双向通信。第二无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以基于数据包的行程时间的时间估计和基于信道感测信息的飞行时间的时间估计来确定用于定位的飞行时间估计。在此示例中第一无线节点和第二无线节点具有相同的参考时钟信号。
在另一示例中，数据包的行程时间的时间估计基于第一无线节点发送数据包的第一时间和第二无线节点接收数据包的第二时间。
在另一示例中，信道感测信息包括对数据包的信道响应以及信道的相位响应的测量，包括第一无线节点和第二无线节点之间的多个路径的延迟。
在另一示例中，矩阵束和MUSIC算法中的至少一个用于基于估计第一无线节点和第二无线节点之间的多个路径的最小延迟。
在另一示例中，用于定位的飞行时间估计包括基于数据包的行程时间的时间估计和多个路径的最小延迟来确定第一无线节点和第二无线节点之间的距离。
在另一示例中，第一无线节点和第二无线节点之间的距离用于基于基于锚节点的三角测量或锚节点少的三角测量来确定第一无线节点和第二无线节点的相对位置或绝对位置。
在另一示例中，第一无线节点和第二无线节点之间的距离用于确定定位信息，该定位信息用于定义具有多个无线传感器节点的无线传感器网络中的群落成员资格。
在另一实施例中，一种设备，包括用于存储指令的存储器，一个或多个处理单元，用于执行指令以控制无线网络架构中的多个传感器节点以及确定多个传感器节点，以及射频(RF)电路的位置以将通信信息发送到多个传感器节点并从多个传感器节点接收通信信息，每个传感器节点具有带有发送器和接收器的无线装置，以实现在无线网络体系结构中与设备的RF电路的双向通信。该设备的一个或多个处理单元被配置成执行指令以校准RF电路的自动增益控制(AGC)级，并基于AGC级的校准来确定设备与传感器节点之间通信的飞行时间估计。
在一个示例中，该设备的一个或多个处理单元被配置成执行指令以在确定飞行时间估计之前或期间，通过测量作为增益函数的AGC级的延迟来校准AGC级，确定AGC级的所测量延迟与基线延迟之间是否存在偏差，并且如果存在偏差则校正所确定的飞行时间估计的时间。
在另一示例中，该装置的一个或多个处理单元被配置成执行指令以在飞行时间估计之前或期间，通过测量滤波级的延迟来校准滤波级，确定测量的滤波器延迟和基线滤波器延迟之间是否存在偏差，并且如果存在偏差则校正所确定的飞行时间估计的定时。
在另一实施例中，一种用于无线网络架构中的节点定位的***包括：第一无线节点，其具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及RF电路，其用于在无线网络架构中发送和接收通信信息；以及第二无线节点，其具有用发射器和接收器以实现在无线网络架构中与第一无线节点的双向通信的无线装置。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成基于对从第二无线节点接收的通信信息实施路径估计算法来执行指令，以确定用于定位的飞行时间估计，该路径估计算法确定第一无线节点和第二无线节点之间的多个路径的接收信号的信号幅度、将多个路径的接收信号的信号幅度比作阈值、并且当以预定方式将错误短路径的信号幅度比作阈值时，消除多个路径的错误短路径。
在一个示例中，当错误短路径的信号幅度小于阈值时，以预定方式将错误短路径的信号幅度比作阈值。
在一个示例中，基于由于环境因素、经验数据和路径长度而导致的多个路径的预期损失中的至少一个来设置阈值。
在前述说明书中，已经参考本发明的特定示例性实施例描述了本发明。然而显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为说明性的而非限制性的。

Claims (24)

1.一种异步***，所述异步***用于无线网络架构中的节点定位，包括：
第一无线节点，所述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具有第一数据包的第一RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路；以及
第二无线节点，所述第二无线节点具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现在包括具有第二数据包的第二RF信号的无线网络架构中与第一无线节点的双向通信，其中第一无线节点一个或多个处理单元被配置成执行指令以基于第一数据包和第二数据包的往返时间的时间估计以及基于第一无线节点和第二无线节点的信道感测信息的飞行时间的时间估计来确定用于定位的飞行时间估计。
2.根据权利要求1所述的异步***，其中，所述第一无线节点具有第一参考时钟信号，所述第二无线节点具有第二参考时钟信号。
3.根据权利要求2所述的异步***，其中，所述第一数据包和所述第二数据包的往返时间的时间估计是基于所述第一无线节点发送所述第一数据包的第一时间、所述第二无线节点接收所述第一数据包的第二时间、所述第二无线节点发送所述第二数据包的第三时间以及所述第一无线节点接收所述第二数据包的第四时间。
4.根据权利要求3所述的异步***，其中，所述第一无线节点的信道感测信息包括所述第二数据包的信道响应的第一测量值，第二无线装置的信道感测信息包括所述第一数据包的信道响应的第二测量值。
5.根据权利要求4所述的异步***，其中，组合信道响应包括将所述第一测量值和所述第二测量值相乘以消除所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之间的相位差。
6.根据权利要求4所述的异步***，其中，划分的信道响应包括将所述第一测量值除以所述第二测量值以估计所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之间的相位差。
7.根据权利要求4所述的异步***，其中，矩阵束和MUSIC算法中的至少一个被用于根据所述第二数据包的信道响应的所述第一测量值和所述第一数据的包信道响应的所述第二测量值，来估计多个路径的最小延迟。
8.根据权利要求7所述的异步***，其中，用于定位的所述飞行时间估计包括基于所述第一数据包和所述第二数据包的往返时间的时间估计和所述多个路径的最小延迟来确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离。
9.根据权利要求8所述的异步***，其中，所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离用于基于基于锚节点的三角测量或少锚节点的三角测量来确定所述第一无线节点和所述第二无线节点的相对位置或绝对位置。
10.根据权利要求8所述的异步***，其中，所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离用于确定定位信息，所述定位信息用于定义具有多个无线传感器节点的无线传感器网络中的群集成员资格。
11.根据权利要求1所述的异步***，进一步包括：
第三无线节点，所述第三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来自第一无线节点的第一RF信息信号和来自第二无线节点的第二RF信息信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路，其中所述第三无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以基于第一RF信息信号和第二RF信息信号来确定用于定位的飞行时间估计。
12.一种同步***，所述同步***用于无线网络架构中的节点定位，包括：
第一无线节点，所述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具有数据包的RF信号的无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路；以及
第二无线节点，所述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用于在无线网络架构中与所述第一无线节点进行双向通信的RF电路，其中所述第二无线节点的一个或多个处理单元被配置成执行指令以基于数据包的行程时间的时间估计和基于信道感测信息的飞行时间的时间估计来估计用于定位的飞行时间估计，其中所述第一无线节点和所述第二无线节点具有相同的参考时钟信号。
13.根据权利要求12所述的同步***，其中，所述数据包行程时间的时间估计是基于所述第一无线节点发送数据包的第一时间和所述第二无线节点接收数据包的第二时间。
14.根据权利要求12所述的同步***，其中，所述信道感测信息包括对所述数据包的信道响应的测量，包括所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的多个路径的延迟以及所述信道的相位响应。
15.根据权利要求14所述的同步***，其中，矩阵束和MUSIC算法中的至少一个被用于估计所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的多个路径的最小延迟。
16.根据权利要求15所述的同步***，其中，用于所述定位的飞行时间估计包括基于数据包的行程时间的时间估计和多个路径的最小延迟来确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离。
17.根据权利要求16所述的同步***，其中，所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离用于基于基于锚节点的三角测量或少锚节点的三角测量来确定所述第一无线节点和所述第二无线节点的相对位置或绝对位置。
18.根据权利要求16所述的同步***，其中，所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的距离用于确定定位信息，所述定位信息用于定义具有多个无线传感器节点的无线传感器网络中的群落成员资格。
19.一种设备，包括：
存储器，所述存储器用于存储指令；
一个或多个处理单元，所述一个或多个处理单元用于执行指令以控制无线网络架构中的多个传感器节点并确定多个传感器节点的位置；以及
射频(RF)电路，所述射频(RF)电路用于向多个传感器节点发送通信信息以及从所述多个传感器节点接收通信信息，每个所述传感器节点具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现在无线网络架构中与设备的RF电路的双向通信，其中所述设备的一个或多个处理单元被配置成执行指令以校准RF电路的自动增益控制(AGC)级，并基于AGC级的校准来确定设备和传感器节点之间的通信的飞行时间估计。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述设备的一个或多个处理单元被配置成执行指令以通过测量作为增益函数的AGC级的延迟来校准AGC级、确定AGC级的所测量延迟与基线延迟之间是否存在偏差、以及如果存在偏差则校正所确定的飞行时间估计的时间。
21.根据权利要求19所述的设备，其中，所述设备的一个或多个处理单元被配置成执行指令以在飞行时间估计之前或期间，通过测量滤波器级的延迟来校准滤波器级、确定测量的滤波器延迟和基线滤波器延迟之间是否存在偏差、以及如果存在偏差则校正所确定的飞行时间估计的定时。
22.一种***，所述***用于无线网络架构中的节点定位，包括：
第一无线节点，所述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无线网络架构中发送和接收通信信息的RF电路；以及
第二无线节点，所述第二无线节点具有带有发射器和接收器的无线装置，以实现与无线网络架构中的所述第一无线节点的双向通信，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成基于对从第二无线节点接收的通信信息实施路径估计算法来执行指令，以确定用于定位的飞行时间估计，所述路径估计算法确定第一无线节点和第二无线节点之间的多个路径的接收信号的信号幅度、将所述多个路径的接收信号的信号幅度比作阈值，以及当以预定方式将错误短路径的信号幅度比作阈值时消除多个路径的错误短路径。
23.根据权利要求22所述的***，其中，当错误短路径的信号幅度小于阈值时，以预定方式将错误短路径的信号幅度比作阈值。
24.根据权利要求22所述的***，其中，基于由于环境因素、经验数据和路径长度而导致的多个路径的预期损失中的至少一个来设置所述阈值。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113614567A (zh) * 2019-04-30 2021-11-05 宝马股份公司 用于确定从发射器至接收器的距离的装置
CN113841427A (zh) * 2019-06-28 2021-12-24 索尼集团公司 协作定位
CN115051939A (zh) * 2022-08-15 2022-09-13 为准（北京）电子科技有限公司 群时延估计方法及装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10757675B2 (en) 2016-06-03 2020-08-25 Locix, Inc. Systems and methods for precise radio frequency localization in the presence of multiple communication paths
US10470156B2 (en) 2016-06-03 2019-11-05 Locix, Inc. Systems and methods for coarse and fine time of flight estimates for precise radio frequency localization in the presence of multiple communication paths
US10455350B2 (en) 2016-07-10 2019-10-22 ZaiNar, Inc. Method and system for radiolocation asset tracking via a mesh network
US10605889B2 (en) 2017-08-23 2020-03-31 Locix, Inc. Systems and methods for precise radio frequency localization using time sweep time difference of arrival
US10568064B2 (en) 2017-08-23 2020-02-18 Locix, Inc. Systems and methods for precise radio frequency localization using time difference of arrival
US10575275B2 (en) 2017-08-23 2020-02-25 Locix, Inc. Systems and methods for adaptively selecting distance estimates for localization of nodes based on error metric information
US10921439B2 (en) * 2018-06-20 2021-02-16 Nxp Usa, Inc. Distance estimation based on narrow-band wireless time-of-flight
JP7122647B2 (ja) * 2018-08-09 2022-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置、距離測定システムおよび距離測定方法
CN111343580B (zh) 2018-11-30 2021-06-22 华为技术有限公司 一种确定位置关系的方法及装置
US11327147B2 (en) 2018-12-26 2022-05-10 Locix, Inc. Systems and methods for determining locations of wireless sensor nodes based on anchorless nodes and known environment information
CN111405457B (zh) * 2018-12-29 2021-10-19 华为技术有限公司 位置感知方法和装置以及定位方法和装置
EP3899583A4 (en) * 2019-01-05 2022-09-07 Xco Tech Inc. METHOD FOR CORRECTING PHASE AMBIGUITY IN RANGE AND PHASE MEASUREMENT TRANSITIONS
CN113132894B (zh) * 2019-12-31 2022-08-09 华为技术有限公司 定位方法及装置、wlan设备、计算设备及存储介质
JP2022011441A (ja) * 2020-06-30 2022-01-17 株式会社東海理化電機製作所 制御装置、通信装置、及び情報処理方法
EP4182904A4 (en) 2020-07-17 2024-01-17 Zainar, Inc. MULTI-CARRIER PHASE-BASED LOCALIZATION SYSTEMS AND METHODS
US11490458B2 (en) 2020-08-04 2022-11-01 Abl Ip Holding Llc Wireless hub emulator
US11317442B2 (en) * 2020-08-07 2022-04-26 Abl Ip Holding Llc Non-coordinated back-off timer assignment
CN112566237B (zh) * 2020-11-30 2022-11-15 中国科学院国家授时中心 一种基于多节点组网的时间同步方法
US11716639B2 (en) 2021-08-10 2023-08-01 Abl Ip Holding Llc Self-healing of repeater formation in a network
US20240223484A1 (en) * 2022-12-21 2024-07-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Wi-fi based fine ranging using carrier phase information

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050020279A1 (en) * 2003-02-24 2005-01-27 Russ Markhovsky Method and system for finding
US20080146262A1 (en) * 2006-11-07 2008-06-19 France Telecom Method of estimating the distance between two radio equipments
CN101455001A (zh) * 2006-05-16 2009-06-10 客得富移动通信股份有限公司 移动通信网络中利用往返时间信息测量位置的方法和***
US20120032855A1 (en) * 2006-10-05 2012-02-09 Ivan Reede High-resolution ranging and location finding using multicarrier signals
US20130322426A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 University Of Southern California Timing synchronization of wireless networks
CN103597373A (zh) * 2011-06-02 2014-02-19 高通股份有限公司 使用同步及异步技术的混合定位
CN103931249A (zh) * 2011-11-08 2014-07-16 英特尔公司 确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和***
CN104246532A (zh) * 2013-04-10 2014-12-24 英特尔公司 用于针对位置飞行时间的信道反馈的***和方法
US20150063138A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Qualcomm Incorporated Passive positioning utilizing round trip time information
US20150094086A1 (en) * 2012-05-07 2015-04-02 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Wireless positioning
US20150168536A1 (en) * 2013-03-06 2015-06-18 Leor Banin System and method for channel information exchange for time of flight range determination
WO2015099925A1 (en) * 2013-12-24 2015-07-02 Intel Corporation Apparatus, system and method of estimating a location of a mobile device
WO2015134270A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-11 Intel Corporation Access point location discovery in unmanaged networks

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6453168B1 (en) 1999-08-02 2002-09-17 Itt Manufacturing Enterprises, Inc Method and apparatus for determining the position of a mobile communication device using low accuracy clocks
US10425135B2 (en) 2001-04-26 2019-09-24 Genghiscomm Holdings, LLC Coordinated multipoint systems
GB0121083D0 (en) 2001-08-31 2001-10-24 Koninkl Philips Electronics Nv Method of operating a radio station
CA2388451A1 (en) 2002-05-31 2003-11-30 Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Method and apparatus for on-board calibration in pulse-echo acoustic ranging system
US7315281B2 (en) 2004-07-30 2008-01-01 G2 Microsystems Pty. Ltd. Location determination method and system for asset tracking devices
DE102004049290A1 (de) 2004-10-09 2006-04-20 Bayer Healthcare Ag Verfahren zur Herstellung von Virusmaterial
US7436909B2 (en) 2004-11-15 2008-10-14 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for estimating time of arrival of received signals for ultra wide band impulse radio systems
US7471241B1 (en) 2005-07-25 2008-12-30 Chun Yang Global navigation satellite system (GNSS) receivers based on satellite signal channel impulse response
US8570274B1 (en) * 2005-11-29 2013-10-29 Navisense Navigation device providing sensory feedback
WO2007067821A2 (en) 2005-12-09 2007-06-14 The Regents Of The University Of California Ultra-wideband radios for time-of-flight ranging and network position estimation
US7450069B2 (en) 2006-02-27 2008-11-11 Olympus Corporation Technology Of America Ranging system and method
JP2009538028A (ja) 2006-05-16 2009-10-29 ケーティーフリーテル・カンパニー・リミテッド 移動通信網における往復遅延時間情報を用いた位置推定方法及びシステム
US8325704B1 (en) 2007-05-16 2012-12-04 Dust Networks, Inc. Time correction and distance measurement in wireless mesh networks
WO2008147506A1 (en) * 2007-05-22 2008-12-04 Powerwave Technologies, Inc. On frequency repeater with agc stability determination
ES2646995T3 (es) 2007-08-14 2017-12-18 Nokia Technologies Oy Estimación de distancia
KR100976439B1 (ko) 2007-12-17 2010-08-18 한국전자통신연구원 무선 센서망에서의 이동 노드의 위치 추정 방법
KR101437921B1 (ko) 2008-02-13 2014-09-12 삼성전자주식회사 실내 측위 시스템 및 방법
US7800541B2 (en) 2008-03-31 2010-09-21 Golba Llc Methods and systems for determining the location of an electronic device
JP2010021784A (ja) 2008-07-10 2010-01-28 Sony Corp 通信装置及び通信校正方法
CA2732119A1 (en) 2010-02-19 2011-08-19 Vladimir Slastion Extended range interferometric methods and systems
US8849926B2 (en) 2010-08-06 2014-09-30 Simon Fraser University System and method for self-calibrating, self-organizing and localizing sensors in wireless sensor networks
IT1404537B1 (it) 2011-02-25 2013-11-22 Sisvel Technology Srl Metodo per stimare la distanza di un ricevitore da un trasmettitore radio, relativi metodi per calcolare la posizione di un terminale mobile, terminale mobile e dispositivo.
US8751127B2 (en) 2011-11-30 2014-06-10 General Electric Company Position estimation system and method
US9222785B2 (en) 2012-11-09 2015-12-29 Intel Corporation Systems and methods of reducing timing measurement error due to clock offset
US9055523B2 (en) 2012-12-02 2015-06-09 Intel Corporation Apparatus, system and method of calibrating a radio delay of a wireless device
US9823340B2 (en) 2012-12-04 2017-11-21 Texas Instruments Incorporated Method for time of flight modulation frequency detection and illumination modulation frequency adjustment
JP2016508217A (ja) 2012-12-12 2016-03-17 インヴィジトラック，インク． 低減衰ｒｆ技術を使用する対象の追跡および測距におけるマルチパス緩和
EP2785124B1 (en) 2013-03-27 2019-06-19 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Method for determining, by at least a cooperating node of a group of cooperating nodes, a position of a target node.
KR102051504B1 (ko) * 2013-05-15 2019-12-03 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 데이터 패킷 송수신 방법 및 장치
JP6657097B2 (ja) 2013-09-18 2020-03-04 インテル コーポレイション 飛行時間測位のためのファインタイミング測定
KR102246274B1 (ko) 2014-02-21 2021-04-29 삼성전자주식회사 무선 통신시스템의 거리 측정을 위한 오차 보상 장치 및 방법
GB2541834B (en) 2014-06-05 2020-12-23 Zebra Tech Corp Receiver processor for adaptive windowing and high-resolution TOA determination in a multiple receiver target location system
US9253592B1 (en) * 2014-06-19 2016-02-02 Amazon Technologies, Inc. Inter-device bearing estimation based on beamforming and motion data
JP2016011433A (ja) 2014-06-27 2016-01-21 セイコーエプソン株式会社 焼結部品の製造方法、焼結部品および燃料電池
JP6688791B2 (ja) * 2014-07-17 2020-04-28 オリジン ワイヤレス， インコーポレイテッドＯｒｉｇｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ， Ｉｎｃ． 無線測位システム
JP6519162B2 (ja) * 2014-12-04 2019-05-29 富士通株式会社 伝送システム、伝送システムにおける伝送時間差測定方法、及び、ノード
US9651655B2 (en) * 2015-01-03 2017-05-16 Autotalks Ltd. Positioning enhancement through time-of-flight measurement in WLAN
US10476544B2 (en) * 2015-01-12 2019-11-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Signal transmission and receiving method, system and apparatus based on filter bank
US9485609B2 (en) 2015-02-06 2016-11-01 Nxp B.V. Pulse frequency control for wireless communications and ranging
WO2016186618A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-24 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Correcting time-of-flight measurements
WO2016205218A1 (en) 2015-06-15 2016-12-22 Humatics Corporation High precision motion tracking with time of flight measurement systems
US10422870B2 (en) * 2015-06-15 2019-09-24 Humatics Corporation High precision time of flight measurement system for industrial automation
US9668101B2 (en) * 2015-08-10 2017-05-30 Qualcomm Incorporated Partial timing synchronization function (TSF) synchronization in fine timing measurement (FTM) protocol
US9763054B2 (en) * 2015-08-19 2017-09-12 Locix Inc. Systems and methods for determining locations of wireless sensor nodes in a tree network architecture having mesh-based features
US9791540B2 (en) * 2015-12-14 2017-10-17 Google Inc. Self-organizing hybrid indoor location system
US10034133B2 (en) * 2015-12-23 2018-07-24 Apple Inc. Waveform design for Wi-Fi time-of-flight estimation
US10390172B2 (en) * 2016-03-28 2019-08-20 Intel IP Corporation Localization in machine-to-machine systems
US10757675B2 (en) 2016-06-03 2020-08-25 Locix, Inc. Systems and methods for precise radio frequency localization in the presence of multiple communication paths
US10575275B2 (en) 2017-08-23 2020-02-25 Locix, Inc. Systems and methods for adaptively selecting distance estimates for localization of nodes based on error metric information
EP3679750A4 (en) 2017-09-06 2021-06-02 Locix Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR COARSE AND THIN FLIGHT TIME ESTIMATES FOR ACCURATE RADIO FREQUENCY LOCATION IN THE PRESENCE OF MULTIPLE CHANNELS OF COMMUNICATION

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050020279A1 (en) * 2003-02-24 2005-01-27 Russ Markhovsky Method and system for finding
CN101455001A (zh) * 2006-05-16 2009-06-10 客得富移动通信股份有限公司 移动通信网络中利用往返时间信息测量位置的方法和***
US20120032855A1 (en) * 2006-10-05 2012-02-09 Ivan Reede High-resolution ranging and location finding using multicarrier signals
US20080146262A1 (en) * 2006-11-07 2008-06-19 France Telecom Method of estimating the distance between two radio equipments
CN103597373A (zh) * 2011-06-02 2014-02-19 高通股份有限公司 使用同步及异步技术的混合定位
CN103931249A (zh) * 2011-11-08 2014-07-16 英特尔公司 确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和***
US20150094086A1 (en) * 2012-05-07 2015-04-02 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Wireless positioning
US20130322426A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 University Of Southern California Timing synchronization of wireless networks
US20150168536A1 (en) * 2013-03-06 2015-06-18 Leor Banin System and method for channel information exchange for time of flight range determination
CN104246532A (zh) * 2013-04-10 2014-12-24 英特尔公司 用于针对位置飞行时间的信道反馈的***和方法
US20150168537A1 (en) * 2013-04-10 2015-06-18 Yuval Amizur System and method for channel feedback for location time of flight
US20150063138A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Qualcomm Incorporated Passive positioning utilizing round trip time information
WO2015099925A1 (en) * 2013-12-24 2015-07-02 Intel Corporation Apparatus, system and method of estimating a location of a mobile device
WO2015134270A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-11 Intel Corporation Access point location discovery in unmanaged networks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAWEI: "R3-103044 "Introduction of TOF as a logical node"", 《3GPP TSG_RAN\WG3_IU》 *
马龙: "无线测距技术在煤矿人员定位***中的应用", 《煤矿安全》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113614567A (zh) * 2019-04-30 2021-11-05 宝马股份公司 用于确定从发射器至接收器的距离的装置
CN113841427A (zh) * 2019-06-28 2021-12-24 索尼集团公司 协作定位
CN113841427B (zh) * 2019-06-28 2023-12-29 索尼集团公司 协作定位
CN115051939A (zh) * 2022-08-15 2022-09-13 为准（北京）电子科技有限公司 群时延估计方法及装置
CN115051939B (zh) * 2022-08-15 2022-10-28 为准（北京）电子科技有限公司 群时延估计方法及装置

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