室內(nèi)定位系統(tǒng)中的高精度的接入點到接入點的同步的制作方法
【專利說明】室內(nèi)定位系統(tǒng)中的高精度的接入點到接入點的同步
[0001]交叉引用
[0002]本專利申請要求享有由Gupta等人于20 13年9月30日遞交的、名稱為“HighPrecis1n Access Point to Access Point Synchronizat1n in an Indoor Posit1nLocat1n System”的美國專利申請N0.14/042，446的優(yōu)先權，并且其已經(jīng)被轉讓給本申請的受讓人。
【背景技術】
[0003]在一些環(huán)境中，諸如在室內(nèi)和企業(yè)環(huán)境中，容易地對各種類型的資產(chǎn)或者人員、或者二者進行定位可能是重要的。這樣的環(huán)境的示例包括醫(yī)院、零售商店、倉庫等等。在確定跟蹤系統(tǒng)的有用性時，關于在室內(nèi)環(huán)境中監(jiān)控資產(chǎn)或人員的位置的準確度和速度可能是重要的因素。此外，具有高性價比的、可擴展的并且可以提供連續(xù)的、準確的以及精確的位置監(jiān)控的跟蹤系統(tǒng)也是所期望的。
[0004]可以使用不同的系統(tǒng)和設備來對特定的室內(nèi)環(huán)境中的資產(chǎn)和/或人員進行定位。超寬帶(UWB)網(wǎng)絡、或者遍及室內(nèi)環(huán)境的至少一部分部署的某種其它射頻網(wǎng)絡可以被配置為執(zhí)行室內(nèi)跟蹤。系統(tǒng)可以采用位于室內(nèi)環(huán)境中的具體位置的多個接入點(AP)。還可以將位置跟蹤標簽貼到所要跟蹤的每一個移動資產(chǎn)和/或貼到所要跟蹤的每一個人員上。該標簽可以發(fā)送波形(例如，信標信號)，該波形被AP接收，用于進行距離測量以確定該標簽與接收該波形的AP之間的距離。一旦獲得了該標簽與至少三個不同的AP之間的距離，就可以使用三角測量或者三邊測量來估計貼有該標簽的資產(chǎn)或者人員的位置。
[0005]可能需要對定位網(wǎng)絡進行校準以提供準確的位置測量。校準可以包括對每一個AP相對于網(wǎng)絡中的每個其它AP進行同步。期望獲得可能的最高精度的同步。還期望通過多個步驟來獲得同步，以便提供高效的同步過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在下文中描述的是規(guī)定在定位網(wǎng)絡的跟蹤區(qū)域內(nèi)的成對AP之間的高精度同步的方法、系統(tǒng)和/或設備。該方法、系統(tǒng)和/或設備可以包括規(guī)定對位于各自AP處的定時器和振蕩器進行漸進地同步的工具和技術。該同步可以包括粗略的頻率和定時獲取，以及精細的頻率和定時獲取。這些技術可以在多跳無線網(wǎng)絡上使用。
[0007]可以使用具有一個或多個振蕩器和定時器的第一 AP來對鄰近AP進行同步。例如，所述第一 AP可以向該區(qū)域內(nèi)的其它AP發(fā)送窄帶信號或超寬帶(UWB)信號或二者。在一些情況下，所述AP發(fā)送窄帶信號(其可以被稱為粗略頻率和定時獲取信號)，第二AP利用所述窄帶信號來估計頻率偏移和/或時間偏移。隨后，所述AP可以發(fā)送UWB信號(其可以被稱為精細頻率和定時獲取信號)，并且其可以用于準確地調(diào)整所估計的第二 AP的頻率偏移和/或時間偏移。所述第二 AP可以因此漸進地同步其振蕩器和/或定時器，例如，首先使用所述粗略信號來粗略地估計頻率和時間，然后使用所述精細信號來調(diào)整其振蕩器和定時器的準確度。
[0008]描述了一種對位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡內(nèi)的兩個或更多個AP進行同步的方法。在包括振蕩器和至少一個定時器的第一AP處，接收包括控制信息的窄帶信號，所述控制信息包括開始時間。在所述第一AP處，至少部分地基于所述控制信息來生成頻率偏移和時間偏移的估計。在所述第一 AP處，在開始時間之后接收到超寬帶(UWB)信號。在所述第一 AP處，至少部分地基于接收所述UBW信號來調(diào)整所估計的頻率偏移和所估計的時間偏移。
[0009]在一個實施例中，第一AP可以使用同步成功的確認消息來作出響應。所述第一AP可以發(fā)送包括控制信息的窄帶信號，所述控制信息包括開始時間。所述第一AP可以在開始時間之后發(fā)送UWB信號。
[0010]估計頻率偏移可以包括從所述控制信息中識別系統(tǒng)頻率偏移，以及至少部分地基于所識別的系統(tǒng)頻率偏移來糾正振蕩器的頻率。
[0011]在一種配置中，估計時間偏移包括從該控制信息中識別系統(tǒng)時間戳，將該系統(tǒng)時間戳與由至少一個定時器生成的本地時間戳進行比較，以及基于對所述系統(tǒng)時間戳和所述本地時間戳的比較來計算時間偏移。在一個示例中，可以至少部分地基于所計算的時間偏移來糾正該至少一個定時器的時間。
[0012]在一個實施例中，估計時間偏移包括根據(jù)發(fā)射機幀起始定界符(sro)和接收機SFD之間的期望平均延遲來調(diào)整所計算的時間偏移。在一個示例中，估計該時間偏移包括根據(jù)系統(tǒng)時鐘的期望數(shù)量的周期差來調(diào)整所計算的時間。所述周期差可能是由于高發(fā)射機幀起始定界符(SFD)頻率偏移造成的。
[0013]在一種配置中，調(diào)整所估計的頻率偏移和所估計的時間偏移包括識別開始時間，確定與處理和接收UWB信號相關聯(lián)的處理時間，確定與第一AP和至少第二AP之間的距離相關聯(lián)的傳播時間?？梢灾辽俨糠值鼗谥辽僖粋€定時器來確定采樣時間?？梢怨烙婾WB信號的直接路徑的到達時間(TOA)。可以至少部分地基于所述開始時間、處理時間、傳播時間、采樣時間和TOA來確定精細時間偏移?？梢曰谒鼍殨r間偏移來改變該至少一個定時器和振蕩器。
[0014]還描述了被配置為用于對位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡內(nèi)的兩個或更多個接入點(AP)進行同步的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于在包括振蕩器和至少一個定時器的第一 AP處接收包括控制信息的窄帶信號的單元，所述控制信息包括開始時間；用于在所述第一AP處至少部分地基于所述控制信息來估計頻率偏移和時間偏移的單元；用于在所述開始時間之后，在所述第一AP處接收超寬帶(UWB)信號的單元；以及用于在所述AP處至少部分地基于接收所述UWB信號來調(diào)整所估計的頻率偏移和所估計的時間偏移的單元。
[0015]還描述了用于對位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡內(nèi)的兩個或更多個接入點(AP)進行同步的裝置。所述裝置可以包括處理器、振蕩器、至少一個定時器、與所述處理器電子通信的存儲器，以及存儲在所述存儲器中的指令。所述指令可以由所述處理器可執(zhí)行以用于接收包括控制信息的窄帶信號，所述控制信息包括開始時間；至少部分地基于所述控制信息來估計頻率偏移和時間偏移;在所述開始時間之后接收超寬帶(UWB)信號;至少部分地基于接收所述UWB信號來調(diào)整所估計的頻率偏移和所估計的時間偏移。
[0016]還描述了用于對位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡內(nèi)的兩個或更多個接入點(AP)進行同步的計算機程序產(chǎn)品。所述計算機程序產(chǎn)品包括存儲有指令的非暫時性計算機可讀介質(zhì)，所述指令可以由處理器可執(zhí)行以進行以下操作:在包括振蕩器和至少一個定時器的第一AP處，接收包括控制信息的窄帶信號，所述控制信息包括開始時間；在所述第一AP處，至少部分地基于所述控制信息來估計頻率偏移和時間偏移;在所述開始時間之后，在所述第一AP處接收超寬帶(UWB)信號；以及在所述第一AP處，至少部分地基于接收所述UWB信號來調(diào)整所估計的頻率偏移和所估計的時間偏移。
[0017]根據(jù)下面的【具體實施方式】、權利要求書和附圖，所描述的方法和裝置的適用性的進一步范圍將變得顯而易見。僅僅通過說明的方式給出了【具體實施方式】和具體示例，這是因為對于本領域的技術人員來說，本說明書的精神和范圍之內(nèi)的各種改變和修改將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0018]可以通過參考附圖來實現(xiàn)對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點的進一步理解。在附圖中，相似的部件或者特征可以具有相同的參考標記。進一步地，相同類型的各個部件可以通過用破折號和在相似的部件之間進行區(qū)分的第二標記跟在參考標記之后來區(qū)分。如果在說明書中僅使用了第一參考標記，則該描述適用于具有相同的第一參考標記的相似的部件中的任何一個部件，而不管第二參考標記。
[0019]圖1A和圖1B示出了根據(jù)各個實施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例。
[0020]圖2A和圖2B示出了根據(jù)各個實施例的可以用在位置跟蹤系統(tǒng)中的示例性設備的框圖。
[0021 ]圖3示出了根據(jù)各個實施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例的框圖。
[0022]圖4示出了根據(jù)各個實施例的位置跟蹤系統(tǒng)的示例的框圖。
[0023]圖5示出了根據(jù)各個實施例示出位置跟蹤系統(tǒng)內(nèi)的接入點同步的示例的呼叫流圖。
[0024]圖6、圖7和圖8是描繪了根據(jù)各個實施例的位置跟蹤系統(tǒng)內(nèi)的一種或多種通信方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]描述了解決關于對位置跟蹤系統(tǒng)中的AP的網(wǎng)絡內(nèi)的AP進行同步的問題的方法、系統(tǒng)和設備。該方法、系統(tǒng)和/或設備可以包括規(guī)定對位于各自AP處的定時器和振蕩器進行漸進地同步的工具和技術。該同步可以包括粗略的頻率和定時獲取，以及精細的頻率和定時獲取。這些技術可以在多跳無線網(wǎng)絡上使用。
[0026]為了基于一組AP的到達時間差(TDOA)的估計來確定標簽位置，在網(wǎng)絡的所有AP中取得并維持高精確度時間同步。主AP可以發(fā)送信號以允許其它AP將其各自振蕩器和/或定時器與主AP的振蕩器和/或定時器進行同步。同步可以包括使用至少兩種不同的通信方法來建立準確同步。
[0027]例如，AP的網(wǎng)絡內(nèi)的兩個AP中的每一個均可以具有自由運行的振蕩器和一個或多個定時器。在一些情況下，兩個AP都能夠通過窄帶信道和超寬帶(UWB)信道進行通信。這對AP中的一個AP可以被指定為AP的網(wǎng)絡的主AP，或者其可以是這兩個AP之間的主AP。主AP可以提供其它AP要調(diào)整到的頻率和時間。
[0028]如上所述，同步可以在兩個階段中獲得。首先，粗略頻率獲取的準確度可以在每十億分之幾之內(nèi)，并且粗略定時獲取的準確度可以在幾百納秒之內(nèi)。在一些情況下，這樣的粗略頻率和定時獲取發(fā)生在窄帶鏈路上。精細頻率獲取的準確度可以在每萬億分之幾之內(nèi)，并且精細定時獲取可以具有亞納秒級的準確度。在一些情況下，這樣的精細頻率和定時獲取發(fā)生在UWB鏈路上。結合在一起使用，粗略和精細的頻率和定時步驟可以允許同步AP粗略地估計振蕩器頻率和時鐘時間，并且然后它可以繼續(xù)調(diào)整(例如，精細調(diào)諧)頻率和時間。
[0029]下面的描述提供了示例，而非對在權利要求書中闡述的范圍、適用性或者配置的限制。在不背離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以對討論的要素的功能和布置進行改變。