CN1833182A - 在无线通信环境中用于精确测距的设备和相关方法 - Google Patents

Abstract

概括地描述了一种用于在超带宽(UWB)无线通信***中提供精确测距的设备和相关方法。在这方面，根据本发明一个实施例方案，介绍一种创新的测距代理，其有效地计算信号传播、本地时钟差以及频偏中的一个或多个，以计算出所述UWB通信中的两个或多个装置之间的最近距离的更好精度的估计值。

Description

在无线通信环境中用于精确测距的设备和相关方法

技术领域

[0001]本发明的实施方案通常涉及无线通信技术，尤其是，在无线通信环境中用于精确测距的设备和相关方法。

背景

[0002]从无线通信的一开始，超宽带(UWB)无线通信就已经以其最基本的形式经历了很多。根据人们普遍认可的定义，UWB信号是以中心频率除带宽后约为0.25或更大的任何信号。最近(2002.2.14)美国联邦通信委员会(FCC)认可了将脉冲-RF UWB技术用于未经核准的运营。UWB提供了以非常高的数据速率(每秒上百兆比特)、非常低的辐射功率(200微瓦或更低)进行短距离(10米或更短)通信的潜在可能。迄今为止，因为对于这种未经核准的应用仍没有商业上可得到的UWB解决方案，所以这种潜能仍然需要被实现。

[0003]电子电气工程师协会(IEEE)已建立了一种标准任务组，即：IEEE 802.15.3 TG3a，来研究对表示上述信道特征的标准化UWB无线物理层(PHY)的建议。除了承诺的高速通信以外，该标准的另一个目的是能够测量装有UWB的装置之间的距离。TG3a一直没有设定特殊的准确度/精度要求，而通常假定通信链路为1-10米时，将要求1米或更高的准确度/精度。

[0004]下面就详细描述这种解决方案。

附图简述

[0005]在附图所示的图中，本发明的实施方案将通过举例而非限制地被说明，其中，相同的参考数字代表类似的单元，其中：

图1为根据本发明仅仅一个实施例方案的包含本发明教导的无线通信环境的实施例框图；

图2为根据本发明一个实施例方案的测距代理的实施例框图；

图3为根据本发明一个实施例方案的精确定时引擎的框图；

图4为根据本发明一个实施例方案的在无线通信***中用于提供精确测距的实施例方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例方案的在精确定时单元中适合用作计数器的延时锁定回路(DLL)框图；

图6为根据本发明一个实施例方案的使用超宽带收发信机和消息时标的精确定时单元的框图；

图7为根据本发明一个实施例方案的时钟频偏补偿方法的通信流程图；

图8为一种示例产品的框图，当存取机器执行该产品所包括的内容时使该机器实施本发明(多个)实施方案的一个或多个方面。

详述

[0006]这里将一般地介绍用于在无线通信环境中精确测距的设备和有关方法的实施方案。为了简化而非限制的描述，要求保护的本发明的广泛教导将根据在超宽带(UWB)无线通信环境中的实施而被改进。在这方面，根据本发明教导的仅仅一个实施例方案，引入一种创新的测距代理与无线通信收发信机(如：超宽带收发信机)合作，与一个或多个远程(目标)接收机交换消息，记录所交换消息的发送和接收的本地选通时间(strobe times)。交换多个这种消息之后(或期间)，所述装置交换本地所记录的选通时间，据此，该装置中的测距代理可计算出所述装置间的信号传播时间(或延迟)、定时偏移、频偏和最近距离(或量程)中的一个或多个。

[0007]在整个说明书中所引用的“一个实施方案”或“某一实施方案”指的是与该实施方案有关的一个特殊的特点、结构、或特征被包含在本发明的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书的各种地方出现的短语“在一个实施方案中”或“在某一实施方案中”不一定都指同一个实施方案。而且，可以在一个或多个实施方案中以任何适合的方式将所述特殊的特点、结构、或特征进行组合。

具体网络环境举例

[0008]图1所示为可以实现本发明教导的无线通信环境(如：UWB通信环境)的框图。根据图1所列举的实施例方案，两个或多个电子装置102和104通过一条超宽带(UWB)无线通信信道106进行选择性连接。为了方便该通信，所示电子装置102、104包括一个超宽带(UWB)收发信机108、110，该收发信机带有一个或多个相关的天线，利用该天线影响所述通信信道106的(多个)UWB信号的接收/发送。

[0009]根据本发明的该教导，装置102、104中的一个或两个可使用一个测距代理112、114，该测距代理可确定所述装置之间的最近距离。正如下面更全面地展开的一样，测距代理112、114启动所述装置102、104(或其中的测距代理)之间的消息交换，其中，所述装置记录这些消息发送/接收的选通时间。这些选通时间选择地被进行交换，且一个或多个测距代理112、114计算出所述装置之间的信号传播时间(t_p)(即：距离/信号速度)、定时偏移(t_o)和参考时钟的频偏(f_o)中的一个或多个。给定信号传播时间、定时偏移和频偏中的至少一个或多个，测距代理(如：112)便可确定其相关UWB收发信机(如：108)和相应的远程收发信机(如：110)之间的最近距离，或量程。为了确定频偏，可能需要两个(2)或多个测量对。

[0010]根据所示实施例方案，不同的装置实施102、104所示的测距代理是连接于(112)或集成在(114)UWB收发信机(分别为108、110)中，尽管本发明并不限于此。也就是说，可替换的实施是可以预见的，其中，一个远程测距代理与一个或多个远程UWB收发信机通信地连接以实施本发明的教导，以便确定出一个或多个参加UWB通信的装置之间的最近距离。这样，所述测距代理的多种可替换的实施方案、及其在所述通信环境中的实施在本发明的范围和精神中是可预见的。

[0011]如这里所使用的，电子装置102、104将代表任何宽范围的电子设备、计算设备、通信设备等等。而且，根据一种实施例，装置102、104可以代表这些设备的(或其中的)一个或多个电子组件，如：芯片组、通信桥、微处理器、基带处理器、射频集成电路(RFIC)等等，以在所述设备中的这些组件之间方便内容(音频、视频、数据等等)的超宽带通信。应当理解，根据下述描述，在本发明的范围和精神内，本发明的实施方案可以硬件、软件、固件和/或其任何组合实现。

[0012]在这方面，所示的通信环境100将代表任何宽范围的通信环境。因此通信信道106将代表任何宽泛的通信信道。根据一个实施例方案，通信信道106由收发信机108、110建立，以遵守在上面所介绍的未经核准的UWB使用的FCC认可中所描述的脉冲-RF信道的特征，尽管本发明不受此限制。

[0013]如上所述及以下更全面的描述，每个测距代理112、114可以与相关的UWB收发信机108、110一同工作，以在装置102、104之间交换消息(如：测距消息)，根据该消息能确定出所述装置之间的最近距离。如下所述，测距代理112、114有效地计算出信号传播(或延迟)时间(t_p)、在本地时钟的差异、或定时偏移(t_o)和频偏(f_o)中的一个或多个，以计算装置102、104之间的最近距离的更准确估计值。本领域技术人员将理解，所述最近距离的确定对于支持许多应用可能非常有用，如：安全/验证应用、传输控制应用、实现基于位置的服务、等等。

测距代理结构示例

[0014]图2为根据本发明一个实施方案的测距代理实施例框图。根据图2所列举的示例性实施，所示测距代理200包括控制单元202、存储器204、精确定时引擎206、频偏补偿单元208和(多个)输入/输出通信接口210中的一个或多个，尽管本发明不受这方面的限制。根据一个实施例方案，测距代理200在环境100中可能用一个或多个测距代理112和/或114实现。

[0015]在下面讨论的基础上，应当理解，尽管被示为多个根本不同的单元，但测距代理200的一个或多个单元可能良好地被组合成多功能单元(如：精确定时引擎206和频偏补偿208)。可选地，测距代理200的一个或多个单元可能代表实际上位于测距代理200外部而仍由它使用的单元，如：精确定时引擎206的一个或多个单元可能良好地在相关的UWB收发信机内。在这方面，更复杂或更简单的测距代理在本发明的范围和精神中是可以被预期的。

[0016]根据所示的实施例方案，控制单元202控制测距代理202的全部操作，尽管本发明并不限于此。在这方面，控制单元202选择地调用测距代理200的一个或多个单元204-210来确定相关收发信机和一个或多个远程收发信机之间的最近距离。为了执行这里所述的精确测距，通过I/O通信接口210，控制单元202可与至少一个相关的UWB收发信机进行通信和/或控制它。如这里所使用的，控制单元202将代表任何宽范围的控制单元，包括但不限于：一个或多个微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用控制器、实现这些控制功能的可执行内容(如：软件或固件)、或它们的任何组合。

[0017]如这里所使用的，存储器204将代表任何广泛的本领域所熟知的存储介质/机构。根据所示实施方案，存储器204可由测距代理200用来存储为一个或多个远程装置计算的测距信息。

[0018]精确定时引擎206可以被诸如控制器单元202选择地调用，以确定出信号传播时间(t_p)和定时偏移(t_o)中的一个或多个。根据一个实施例方案，精确定时引擎206产生并记录自从发送和/或接收测距消息的模拟表示(即：在射频(RF)或基带)以来的选通时间。然后，控制单元202将记录的这些时间与和所述一个或多个收发信机交换的发送/接收选通时间进行比较，以计算出该信号传播和偏移时间。

[0019]转到图3，所示为根据本发明仅仅一个实施例方案的精确定时引擎结构的至少一个子集的实施例框图。根据所示的示例性实施，所示精确定时引擎300包括时钟402、一个计数器404、一个匹配滤波器和一个锁存器408中的一个或多个，每个如所示地进行连接，以根据诸如测距消息的发送或接收提供定时数据(410)。

[0020]根据所示的示例性实施，时钟302向计数器304提供一个参考信号(305)，该计数器输出被提供给锁存器单元308。在测距开始，精确定时引擎206启动所述计数器306。在某些实施中，在UWB通信中的装置的时钟单元(如：精确定时引擎206中的时钟302)可以是：(a)经通信消息(如：报头校准例程)锁定的频率，或(b)足够精确以至于在短时测距期间两个装置中的时钟之间的任何频偏可以被忽略。通过测距代理的频偏补偿单元208的使用，甚至可以不需要假设(b)，因为可以计算所述频偏。如以下更完整的描述，所述时钟单元用于记录与所述装置之间的两个或多个消息(如：专用测距消息)的发送/接收相关的选通时间，再据此计算出信号传播和偏移时间，详见下文。

[0021]如图所示，所述测距消息的模拟表示(在射频(RF)或基带，例如来自相关UWB的收发信机)被提供给匹配滤波器306。一旦接收到的模拟信号电平达到某门限值(在滤波器中设定)，便产生一个选通信号，该信号可使所述锁存器308并行地发送计数器304的内容以作为与选通时间相关或代表该选通时间的定时数据310。根据一个示例性实施，该定时数据310被记录在诸如存储器204中，用于确定所述测距信息的后续使用。

[0022]根据一个实施方案，所述选通应以最小相关延迟产生，该延迟可能引起时间测量的变化。因此，使用直接响应于该模拟信号进行操作的机构(如：所述匹配滤波器)或等效物，尽管也可能良好地使用其它机构。在一个实施方案中，在所述装置之间交换消息的过程可以重复多(N)次，并被平均以降低任何零平均值随机误差的影响。

[0023]为了亚纳秒的精度，所述时钟最好应以1GHz或更大进行操作，且计数器最好应有足够的阶数来覆盖所期望的周转时间(U)：

       U~(T’_A-T_A)~(T’_B-T_B)               (1)

其中：T_A是在第一装置(A)处所记录的消息M的发送时间，

      T_B是在第二装置(B)处所记录的消息M的接收时间，

      T’_B是在装置B处所记录的消息M’的发送时间，

      T’_A是在装置A处所记录的消息M’的接收时间。

因此，一个4GHz的时钟和24-阶的计数器/锁存器能覆盖四毫秒(4ms)大的周转时间间隔。

[0024]尽管所示的是几个完全不同的单元，但本领域的技术人员应理解，这些单元的一个或多个可良好地组成一个共同单元。而且，还应理解，所述精确定时结构300的一个或多个单元可良好地在所述测距代理的外部，如：在UWB收发信机和/或主装置中。在这方面，如下文所述，尽管精确定时引擎的构造有更复杂或更简单的，但都是根据模拟信号的接收来产生一个选通，这些精确定时引擎在本发明的范围和精神中是可以预见的。

[0025]返回到图2，如在上文指出的，由于这两个收发信机之间的时钟频偏，所述计算的信号传播时间(t_p)的精度随周转时间(U)的增加而减少。如这里中所使用的，频偏补偿器208由诸如控制单元202选择性地调用，以识别并补偿在记录发送/接收选通时间时所使用的时钟之间的频偏。尤其是，频偏补偿单元208通过交换表示发送和接收选通时间的多个消息(如：五个消息)，来计算出一个装置(如：102)的时钟频率相对于另一个装置(如：104)的比例。以下参照图7说明此方法的仅一个实施例。

[0026]如上所述，为了确定两个装置之间的所述最近距离，测距代理200可以与UWB收发信机进行接口以方便消息的交换。根据一个示例性实施，所述消息是专用“测距”消息。在其他例子中，测距代理200可以记录与普通(即：非专用的)UWB收发信机通信相关的发送/接收选通时间。在任意一种情况中，测距代理200通过输入/输出(I/O)接口与一个或多个单元、即主装置(如：102)和/或一个相关UWB收发信机(如：108)进行通信连接。这种通信可以根据任何广泛的标准或专利、有线或无线的通信协议来实现。在这方面，(多个)I/O接口210将代表广泛的本领域熟知的那些有线或无线接口，同样，这在下文中不必进一步描述。

操作示例

[0027]上文已介绍了所述测距代理200的结构和操作环境的一个实施例方案，现在看图4，该图所示为根据本发明仅仅一个实施例方案的在UWB通信环境中用于执行精确测距的实施例方法的流程图。为了简化而非限制性的描述，图4的方法在合适时继续参考图1~3进行改进。但应理解，图4的教导仍然可能用替换结构/环境良好地实现，而不脱离本发明范围和精神。

[0028]图4是根据本发明的一个实施例方案，在UWB通信环境中用于执行精确测距的实施例方法的流程图。根据图4所示的实施例方案，该方法从块402开始，其中，调用一个启动测距代理(如：与装置102所相关的112)以确定相关UWB收发信机(如：108)和一个或多个远程目标收发信机(如：110)之间的最近距离。尤其是，控制单元202调用精确定时引擎206的一个实例，该实例启动适当的定时/计数单元(304)，并通过UWB收发信机(108)发出一个用于与一个或多个目标接收机(110)进行测距交换的请求。

[0029]在块404中(位于所述远程装置104处)，收发信机(110)接收所发出的请求，且测距代理启动一个或多个定时单元(如：计数器304)，并向该启动装置(102)发出一个认可。

[0030]根据由UWB收发信机接收所述的认可(块406)，测距代理112产生并发出一个测距消息，并记录所述发送选通时间(块408)。尤其是，如图3所示，在匹配滤波器306处接收该测距消息的模拟表示。一旦该模拟表示达到某一门限值，该滤波器306便产生一个选通信号307，该信号使锁存器308并行地转换计数器304的电流输出以作为所述发送选通时间(T_A)。

[0031]在块410中，所述远程装置(104)接收测距消息，并记录接收的时间。在譬如如图1所示的实施例方案中，所述远程测距代理(114)的一个精确定时引擎206在匹配滤波器306处接收所接收到的消息的模拟表示。一旦所接收到的消息的模拟表示达到某一门限值时，该匹配滤波器306便产生一个选通信号307，该信号使锁存器308并行地转换计数器304的电流输出以作为所述接收选通时间(T_B)。

[0032]一旦接收时间(T_B)被记录，远程测距代理(114)便产生一个测距消息，用于通过相关的UWB收发信机(110)向装置102发送(块410)。如上所述，所述测距消息的模拟表示在测距代理114的匹配滤波器306处被接收，这样，一旦所述测距代理的模拟表示达到门限值，便由该匹配滤波器306产生一个发送选通307，该信号使锁存器308并行地转换计数器304的电流输出以作为所述发送时间(T’_B)。

[0033]在块410中，利用上述精确定时引擎300的单元，装置102的测距代理112从所述远程装置(104)接收该测距消息，并记录该接收选通时间(T’_A)。该交换测距消息的过程(块408~412)可以执行多(N)次，以减少该过程中的任何零平均值定时误差的影响。

[0034]在块414和416中，所述装置102、104的测距代理112、114分别交换所记录的发送和接收选通时间，根据该选通时间可以计算出信号传播延迟(t_p)和定时偏移(t_o)。根据一个实施例方案，相应测距代理(112、114)中的控制单元202按下式计算所述传播延迟(t_p)：

其中：T_A是在第一装置(A)处所记录的消息M的发送时间；

      T_B是在第二装置(B)处所记录的消息M的接收时间：T_B＝T_A+t_o+t_p  (3)

      T’_B是在第二装置B处所记录的消息M’的发送时间；

      T’_A是在第一装置A处所记录的消息M’的接收时间：T’_A＝T’_B-t_o+t_p  (4)。

[0035]图5为根据本发明一个实施例方案的在(或被)该示例的精确定时引擎206适合采用的示例性计数器实施的框图。根据图5所示的实施例方案，所示计数器单元500包括一个和多个与门506相连的核心延迟锁定回路(DLL)502。除了与DLL 502的输出相连外，与门506的另一个输入还被连接用于接收选通脉冲504。在某些实施方案中，所述选通脉冲504可以是根据图3所描述的选通脉冲307。

[0036]图5的实施考虑到，UWB收发信机(如：108、110)的一些实施可以包括一个用于高频时钟生成、定时和相位调整的延迟锁定回路(DLL)。在这方面，图5的该DLL502可能在相关UWB收发信机中。无论如何，如上所述，复合定时测量可以通过帧计数器加上导出延迟得出，该延迟根据所产生的选通脉冲(如：307)相对于所述DLL脉冲相位的到达导出(例如见图5)。注意，用一系列与门替换计数器304(其具有多阶)可以节省功率和实施空间。

[0037]图6为根据本发明仅仅一个实施例方案的适合在(或被)示例的精确定时引擎206使用的示例性计数器实施的框图。根据图6所示的实施例方案，所示精确定时单元610包括一个匹配滤波器612、一个模拟一数字转换器614、一个限幅器616、解调器618、超宽带检测器620、一个锁存器622、一个符号计数器624和一个加法单元626，每个如图示连接。应理解，尽管所示为多个完全不同的单元，但这些单元612-626的一个或多个可能进行良好地组合。因此，更复杂或更简单的精确定时单元在本发明的精神和范围内是可预见的。

[0038]根据图6所示的实施例方案，用于接收消息(如：600)的高精度消息时标能够用一个符号速率计数器(624)加(626)接收器相移的组合来构成。如图所示，所述相移可以从位于所述限幅器616中的以符号速率被提供时钟的例如数控振荡器(NC0)获得。

时钟频偏补偿

[0039]如上所述，由于所述周转时间因所述两个无线电之间的时钟频偏而增加，所以所计算的传播延迟(t_p)的精度将减小。但是，这两个无线电之间的该时钟频偏在图7所提供的几次(如：5)消息交换之后就能计算出。在这方面，图7为根据本发明实施方案的另一方面的用于确定所述UWB收发信机之间的频偏以提供更好测距精度水平的实施例方法的通信流程图。

[0040]根据一个实施例方案，这里所述的该通信流程图用测距代理200在通信环境100中实现，同样，这些单元的参考是为了说明，而非限制。如以上详细的描述，根据消息(如：这里提到的M1-M5)的发送/接收，在每个装置A和B(如：102和104)中的测距代理记录与所述发送或接收相关的选通时间。根据一个实施例方案，用于产生所述(多个)选通的方法类似于上文所述的，尽管本发明不受这方面的限制。

[0041]因此，图7的方法从参考702开始，其中，装置A(如：102)发出一个消息M1(如：一个空消息)，其中记录其发送时间T1_TA，与上述教导一致。

[0042]根据消息M1的接收，一个远程装置B(如：104)根据上述教导记录该接收时间T1_RB。然后，远程装置B(104)在704发出消息M2，包括作为有效负载的该接收时间T1_RB。远程装置B(104)记录消息M2的发送时间为T2_TB。

[0043]根据消息M2的接收，装置A(如：102)根据上述教导记录该接收时间T2_RA以及有效负载的内容。然后，装置A(102)在706发出消息M3，包括作为有效负载的消息1的发送时间(T1_TA)以及消息M2的接收时间(即：T2_RA)。装置A(102)记录消息M3的发送时间为T3_TA。

[0044]根据消息M3的接收，远程装置B(104)根据上述教导记录该接收时间T3_RB以及该消息有效负载。然后，装置B(104)在708发出消息M4，包括作为有效负载的消息2的发送时间T2_TB以及消息M3的接收时间T3_RB。远程装置B(104)记录消息M4的发送时间为T4_TB。

[0045]根据消息M4的接收，装置A(如：102)根据上述教导记录该接收时间T4_RA以及有效负载的内容。然后，装置A(102)在710发出消息M5，包括作为有效负载的消息3的发送时间(T3_TA)以及消息M4的接收时间(即：T4_RA)。装置A(102)记录消息M5的发送时间为T5_TA。

[0046]根据消息M5的接收，远程装置B(104)根据上述教导记录该接收时间T5_RB以及该消息有效负载。

[0047]根据前述消息交换的完成，所述频偏补偿单元208根据如下等式(5)计算出装置A(如：102)的时钟频率(302)相对于装置B(如：104)的比值：

$f_o=\frac{({T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}})}{({T1}_{\mathrm{RB}}-{T3}_{\mathrm{RB}})}=>f_o{T1}_{\mathrm{RB}}-f_o{T3}_{\mathrm{RB}}={T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}}---\left(5\right)$

其中：f_o是所述两个装置之间被识别的频偏，

T(N)_TA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_TB：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_RA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的接收时间，以及

T(N)_TB：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的接收时间。

也就是，接收消息M4之后，装置A有了计算所述频偏(f_o)所必需的信息，而接收消息M5之后，装置有了必需的信息。因此，无论时钟频偏如何，两个装置A和B(如：102和104)均能根据如下等式(6)独立计算出所述传播延迟(t_p)：

f_oT1_RB＝T1_TA+t_o+t_p

T2_RA＝f_oT2_TB-t_o+t_p

$f_o{T1}_{\mathrm{RB}}+{T2}_{\mathrm{RA}}={T1}_{\mathrm{TA}}+f_o{T2}_{\mathrm{TB}}+{2t}_p=>t_p\frac{f{T1}_{\mathrm{RB}}+{T2}_{\mathrm{RA}}-{T1}_{\mathrm{TA}}-f_o{T2}_{\mathrm{TB}}}{2}---\left(6\right)$

替换实施方案

[0048]图8所示为包含内容的存储介质实施例的框图，当被调用时，它可使装置访问该内容，以实现所述测距代理200和/或相关方法300、700的一个或多个方面。在这方面，存储介质800包括内容802(如：指令、数据或任何它们的组合)，当被执行时，如上所述，该内容会使一个访问装置实现测距代理200的一个或多个方面。

[0049]所述机器可读(存储)介质800可以包括，但不限于：软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存，或适合存储电子指令的其他类型的媒体/机器可读介质。而且，本发明还可以作为一种计算机程序产品被下载，其中，通过包含在载波或其他传播介质中的数据信号，所述程序可以从一个远程计算机经通信链路(如：调制解调器、无线或网络连接)发送至进行请求的计算机。

[0050]在以上描述中，为了说明，陈述了许多特定细节以提供本发明的详尽理解。但显然，对本领域技术人员来说，不用所述的一些特定细节也可以实施本发明。在其他例子中，熟知的结构和装置以框图形式示出。

[0051]本发明的实施方案可以在各种应用中使用。尽管本发明不受这方面的限制，但这里所揭示的电路可以用于微控制器、通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算(RISC)、复杂指令集计算(CISC)、及其他电子器件中。但应理解，本发明的范围不限于这些实施例。

[0052]本发明的实施方案也可以包含在称为磁心存储器、高速缓存器或其他类型存储器的集成电路块中，它们存储微处理器所要执行的电子指令或存储可在算术运算中使用的数据。通常，根据要求保护的主题使用多级多米诺逻辑的实施方案可能有利于微处理器，尤其是可以被结合到地址解码器中用于存储器装置。注意，尤其当装置取决于降低的功耗时，所述实施方案可以被集成在无线***或手持式便携装置中。因此，膝上型计算机、蜂窝无线电话通信***、双路无线通信***、单路寻呼机、双路寻呼机、个人通信***(PCS)、个人数字助理(PDA)、照相机和其他产品将均被包含在本发明的范围之内。

[0053]本发明包括各种操作。本发明的这些操作可以用诸如图1和/或图2所示的硬件部件执行，或者可以被实施为机器可执行的内容(如：指令)802，该内容可以用于使利用该指令编程的通用或专用处理器或逻辑电路执行所述操作。可替换地，所述操作可以由硬件和软件的组合来执行。而且，尽管本发明已在计算装置的环境中被描述，但是，本领域的技术人员应理解，这种功能性可以被实施为若干替换实施方案中的任一个，如：集成在通信装置(如：蜂窝电话)中。

[0054]多数所述的方法以其最基本的形式进行了描述，但能够在任何这些方法中加上或删去一些操作，且能够在任何所述消息中加上或去掉信息，而均不脱离本发明的基本范围。本发明方案的任何数量的改变均被预计在本发明的范围和精神中。例如，尽管上述说明描述了专用测距消息的使用，但测距代理200可以良好地采用记录和交换所有“标准”通信传输业务的发送/接收时间的语句变化表，即：它与所述UWB收发信机在工作环境中的常规操作相关，据此计算传播延迟t_p、偏移时间t_o和/或频偏f_o中的一个或多个。而且，所述测距消息的交换虽表现为带内的，但在替换的实施方案中，这些消息进行带外交换，或可良好地通过使用专用控制信道来进行。

在这方面，特殊列举的实施方案不是提供用来限制本发明的，而仅仅为了说明。因此，本发明的范围不由以上提供的特定实施例确定，而只由以下权利要求书明文确定。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

与一个或多个目标装置交换两个或多个超宽带(UWB)信号，每个装置均记录与该信号的发送和接收相关的一个发送选通时间和一个接收选通时间；以及

交换所记录的与所交换的UWB信号相关的发送选通时间和接收选通时间，据此计算出信号传播时间、定时偏移和频偏中的一个或多个。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

计算发送装置的所述发送选通时间和目标装置处的所述接收选通时间之间的时间延迟，以作为所述信号传播时间和定时偏移。

3.根据权利要求2的方法，其中，所述信号传播时间在交换至少两个消息M和M’之后根据以下等式计算得出：

其中：T_A是在第一装置(A)处所记录的消息M的发送时间；

T_B是在第二装置(B)处所记录的消息M的接收时间；

T’_B是在第二装置(B)处所记录的消息M’的发送时间；以及

T’_A是在第一装置(A)处所记录的消息M’的接收时间。

4.根据权利要求3的方法，其中，所述接收时间(T_B或T’_A)代表发送时间、信号传播延迟、以及所述装置之间的定时偏移(t_o)。

5.根据权利要求2的方法，还包括：

按以下等式，利用与多个(N)测距消息的交换相关的发送和接收选通时间计算所述第一装置相对于第二装置的时钟频率比，以作为两个装置之间的频偏：

$f_o=\frac{{T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}}}{{T1}_{\mathrm{RB}}-{T3}_{\mathrm{RB}}}\⇒f_o{T1}_{\mathrm{RB}}-f_o{T3}_{\mathrm{RB}}={T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}}$

其中：TN_TA：是在第一装置(A)处记录的消息N(1…3)的发送时间；

TN_RB：是在第二装置(B)处记录的消息N的接收时间；以及

f_o是频偏。

6.根据权利要求5的方法，其中，数N是四(4)。

7.根据权利要求5的方法，其中，所述信号传播时间在交换至少四(4)个消息之后根据以下等式计算得出：

$t_p=\frac{f_o{T1}_{\mathrm{RB}}+{T2}_{\mathrm{RA}}-{T1}_{\mathrm{TA}}-f_o{T2}_{\mathrm{TB}}}{2}$

其中：f_o是所述两个装置之间被识别的频偏，

T(N)_TA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_TB：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_RA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的接收时间，以及

T(N)_TA：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的接收时间。

8.一种包含内容的存储介质，当由访问装置执行时，该内容使所述装置执行权利要求7的方法。

9.根据权利要求1的方法，还包括：

通过接收用于发送的消息的模拟表示或根据接收，分别检测发送选通时间或接收选通时间，并且当该消息的模拟表示超过一门限电平时指示一个时间。

10.一种设备，包括：

一个超宽带(UWB)收发信机，用于发送和/或接收超宽带无线信号；以及

一个测距代理，其与该UWB收发信机相连，用于和一个或多个目标装置交换两个或多个超宽带(UWB)信号，其中每个装置均记录与该信号的发送和接收相关的一个发送选通时间和一个接收选通时间，以及，用于交换所记录的与所交换的UWB信号相关的发送选通时间和接收选通时间，据此计算出信号传播时间、定时偏移和频偏中的一个或多个。

11.根据权利要求10的设备，所述测距代理包括：

一个精确定时引擎，响应于一个控制单元，用于经所述UWB收发信机产生并发出多(N)个消息，用于记录与该消息的交换相关的发送和接收选通时间，以及用于计算出所述信号传播时间和定时偏移中的一个或多个，据此确定出最近距离。

12.根据权利要求11的设备，所述精确定时引擎包括：

一个滤波器，用于接收消息的模拟表示，且一旦在所述消息的模拟表示达到一门限时便产生一个选通信号；以及

一个锁存器单元，其与该滤波器相连，用于将计数器的输出发送给所述控制单元，以将该计数器输出记录为与所述消息发送或接收相关的选通时间。

13.根据权利要求10的设备，所述测距代理包括：

一个频偏补偿单元，响应于一个控制单元，用于接收与多个(N)消息的交换相关的发送和接收选通时间，以及用于把频偏确定为所述第一装置相对于第二装置的时钟频率比。

14.根据权利要求13的设备，其中，所述频偏补偿单元根据以下等式确定所述这两个装置之间的频偏：

$f_o=\frac{{T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}}}{{T1}_{\mathrm{RB}}-{T3}_{\mathrm{RB}}}\⇒f_o{T1}_{\mathrm{RB}}-f_o{T3}_{\mathrm{RB}}={T1}_{\mathrm{TA}}-{T3}_{\mathrm{TA}}$

其中：TN_TA：是在第一装置(A)处记录的消息N(1…3)的发送时间；

TN_RB：是在第二装置(B)处记录的消息N的接收时间；以及

f_o是频偏。

15.根据权利要求14的设备，其中，在所述装置之间交换的消息数N对于两个装置而言为四(4)，以便保证两个装置都有一个全集的发送和接收选通时间。

16.根据权利要求14的设备，其中，所述控制单元在交换至少四(4)个消息之后，根据以下等式确定出所述信号传播延迟：

$t_p=\frac{f_o{T1}_{\mathrm{RB}}+{T2}_{\mathrm{RA}}-{T1}_{\mathrm{TA}}-f_o{T2}_{\mathrm{TB}}}{2}$

其中：f_o是所述两个装置之间被识别的频偏，

T(N)_TA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_TB：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的发送时间，

T(N)_RA：是来自装置(A)的记录的消息(N：1…3)的接收时间，以及

T(N)_TB：是来自装置(B)的记录的消息(N：1…3)的接收时间。

17.根据权利要求10的设备，还包括：

控制逻辑，其与包括可执行内容的存储器单元相连，用于执行该内容的至少一个子集，以实现所述测距代理。

18.一种***，包括：

一个或多个天线；

一个无线收发信机，其与所述天线相连，用于在该***和一远程***之间的通信的支持下发送/接收无线信号；以及

一个测距代理，其与所述无线收发信机相连，用于与一个或多个目标装置交换两个或多个无线信号，每个装置均记录与该信号的发送和接收相关的一个发送选通时间和一个接收选通时间，以及，用于交换所记录的与所交换的无线信号相关的发送选通时间和接收选通时间，据此计算出信号传播时间、定时偏移和频偏中的一个或多个。

19.根据权利要求18的***，所述测距代理包括：

一个精确定时引擎，响应于一个控制单元，用于经所述无线收发信机产生并发出多(N)个消息，用于记录与该消息的交换相关的发送和接收选通时间，以及用于计算出所述信号传播时间和定时偏移中的一个或多个，据此确定出最近距离。

20.根据权利要求18的装置，所述测距代理包括：

一个频偏补偿单元，响应于一个控制单元，用于接收与多个(N)消息的交换相关的发送和接收选通时间，以及用于把频偏确定为所述第一装置相对于第二装置的时钟频率比。

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