CN104755955B

CN104755955B - 使用多尺度的受控带宽感应无线设备之间的距离

Info

Publication number: CN104755955B
Application number: CN201380055998.9A
Authority: CN
Inventors: 耶尔·G·马圭尔
Original assignee: Facebook Inc
Current assignee: Meta Platforms Inc
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: AU2017235990B2; EP2725380A1; MX2015005301A; JP2016505806A; CA2888920A1; IL238344A0; MX361878B; BR112015009270A2; MX349086B; AU2017235990A1; JP6400589B2; US20140113652A1; CN104755955A; WO2014066625A1; AU2013334523A1; KR20150080554A

Abstract

在一个实施方式中，在多个第一时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第一频率的第一信号的相位。在多个第二时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第二频率的第二信号的相位。在所述第一时间实例和所述第二时间实例处，至少部分基于所述第一信号和所述第二信号的相位，确定发送器的位置或速度。

Description

使用多尺度的受控带宽感应无线设备之间的距离

技术领域

本公开总体上涉及一种距离感应。

背景技术

一种无线移动设备(例如，智能电话、平板电脑或膝上型电脑)可以包括用于确定其位置、方向或方位的功能，例如，GPS接收器、指南针或陀螺仪。这种设备还可以包括用于无线通信的功能，例如，蓝牙通信、近场通信(NFC)、或红外线(IR)通信、或与无线局域网(WLAN)或蜂窝电话网络的通信。这种设备还可以包括一个或多个摄像头、扫描仪、触摸屏、麦克风或扬声器。无线移动设备还可以执行软件应用程序，例如，游戏、网络浏览器或社会网络应用程序。通过社会网络应用程序，用户可以与在其社会网络内的其他用户连接、连通并且共享信息。

发明内容

在本发明的一个实施方式中，该方法包括具体通过一个或多个计算机系统：

在多个第一时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第一频率的第一信号的相位；

在多个第二时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第二频率的第二信号的相位；以及

在所述第一时间实例和所述第二时间实例处，至少部分基于所述第一信号和所述第二信号的相位，确定发送器的位置和/或速度。

在一个实施方式中，确定来自发送器的具有第一频率的第一信号的相位包括基于第一信号的调制解决第一信号的相位中的模糊；并且

确定来自发送器的具有第二频率的第二信号的相位包括基于第二信号的调制解决第二信号的相位中的模糊；以及

所述第一信号和所述第二信号中的每个的调制是GFSK、DQPSK或DPSK。

在进一步的实施方式中，确定发送器的速度包括使用递归估计器。

优选地，所述第一信号和所述第二信号的调制在每个频率副载波中包含平衡时间。

在进一步的实施方式中，该方法进一步包括：

在多个第三时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第三频率的第三信号的相位，确定所述第三信号的相位包括基于第三信号的调制解决第三信号的相位中的模糊，其中，所述第三信号的调制是GFSK、DQPSK或DPSK并且使用蓝牙协议；以及

在所述第一时间实例、所述第二时间实例以及所述第三时间实例处，至少部分基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号的相位，确定发送器的位置或速度。

优选地，确定发送器的速度包括在所述第一时间实例、所述第二时间实例以及所述第三时间实例处，至少部分基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号的相位计算发送器的速度的对称平均值。

具体地，所述第一时间实例相隔第一预定的时间量；并且所述第二时间实例相隔第二预定的时间量；并且所述第三时间实例相隔第三预定的时间量。

在进一步的实施方式中，所述第三信号的调制在每个频率副载波中包含平衡时间。

在进一步的实施方式中，确定发送器的速度包括使用基于无线电的多普勒估计。

在有利的实施方式中，至少部分基于以下中的一个或多个，确定所述发送器的位置：

GPS或GLONAS位置估计；

WiFi位置估计；

加速计、陀螺仪或磁力计信息；

相位信息的过去历史；

位置或速度估计的过去历史；以及

信噪比的过去历史。

根据本发明的进一步实施方式，一种计算系统包括：

内存，其包括由一个或多个处理器可执行的指令；以及

所述一个或多个处理器耦接至所述内存并且能操作以执行所述指令，在执行所述指令时，所述一个或多个处理器能操作以执行根据本发明的方法。

在本发明的进一步实施方式中，一种计算系统包括：

内存，其包括由一个或多个处理器可执行的指令；以及

所述一个或多个处理器耦接至所述内存并且能操作以执行所述指令，在执行所述指令时，所述一个或多个处理器能操作以：

优选地，在执行所述指令时，所述一个或多个处理器进一步能操作以：

基于第一信号的调制解决第一信号的相位中的模糊，以确定来自发送器的具有第一频率的第一信号的相位；

基于第二信号的调制解决第二信号的相位中的模糊，以确定来自发送器的具有第二频率的第二信号的相位，

其中，所述第一信号和所述第二信号中的每个的调制是GFSK、DQPSK或DPSK。

在该系统的另一个实施方式中，确定发送器的速度包括使用递归估计器。

在该系统的另一个实施方式中，所述第一信号和所述第二信号的调制在每个频率副载波中包含平衡时间。

在进一步的实施方式中，在执行所述指令时，所述一个或多个处理器进一步能操作以：

在多个第三时间实例中的每个处，确定来自发送器的具有第三频率的第三信号的相位，其中，确定所述第三信号的相位包括基于第三信号的调制解决第三信号的相位中的模糊，并且其中，所述第三信号的调制是GFSK、DQPSK或DPSK并且使用蓝牙协议；以及

在该系统的一个实施方式中，确定发送器的速度包括在所述第一时间实例、所述第二时间实例以及所述第三时间实例处，至少部分基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号的相位计算发送器的速度的对称平均值。

优选地，所述第一时间实例相隔第一预定的时间量；所述第二时间实例相隔第二预定的时间量；并且所述第三时间实例相隔第三预定的时间量。

所述第三信号的调制在每个频率副载波中优选地包含平衡时间。

确定发送器的速度还可以包括使用基于无线电的多普勒估计。

在该系统的一个实施方式中，至少部分基于以下中的一个或多个，确定所述发送器的位置：

GPS或GLONAS位置估计；

WiFi位置估计；

加速计、陀螺仪或磁力计信息；

相位信息的过去历史；

位置或速度估计的过去历史；以及

信噪比的过去历史。

附图说明

图1示出了包括多个移动无线设备的一个实例环境；

图2为两个实例接收信号的绘图；

图3为具有单独的频率的源自大约相同的位置的两个实例接收信号的绘图；

图4A示出了用于计算无线发送器的距离的一个实例方法；

图4B示出了用于估计信号发送器或移动设备的范围的一个实例方法；

图4C示出了用于通过一个或多个次级因子精确所计算的范围估计的一个实例方法；

图4D示出了窄带调制如何可以用于解决来自更宽的带宽调制的周跳的方式的绘图；

图5A为包括周跳的估计距离的一个实例绘图；

图5B为包括周跳的总累积相位的一个实例绘图；

图6示出了用于估计无线发送器的运动的一个实例惯性模型；

图7示出了一个实例计算系统。

具体实施方式

图1示出了包括多个移动无线设备的一个实例环境。在图1的实例中，环境100包括具有多个无线移动设备105A-E的室内区域101和室外区域104。在室外区域104中，移动设备(例如，无线移动设备105A)具有对全球定位系统(GPS)卫星通畅的视线(LOS)。因此，无线移动设备105A可以非常精确地从所接收的GPS信号计算其自身的位置，通常大约为1米。此外，具有精确的GPS位置数据的移动设备可以与其他设备交换器位置，并且同样，可以意识到紧邻基于位置的服务(LBS)的其他设备的位置。然而，由于路径损耗，所以无线移动设备105B-E不能通过GPS三角测量来精确地计算其自身的位置。此外，在近距离环境(例如，环境100)中，移动设备105A-E仅彼此非常接近，以执行没有TDoA三角测量的非常高的分辨率定时器(大约1纳秒)。

无线移动设备105A-E通过一个或多个无线通信协议传输信号。在特别的实施方式中，无线移动设备105A-E根据802.11Wi-Fi协议传输信号。在特别的实施方式中，无线移动设备105A-E根据802.16WiMax协议传输信号。在特别的实施方式中，无线移动设备根据蓝牙无线标准传输信号。虽然本公开描述了使用蓝牙无线传输的特别的实施方式，但是其他实施方式可以使用任何跳频无线传输协议，包括自适应跳频扩展频谱(FHSS)。其他实施方式还可以使用任何无线传输协议，与频率无关。移动设备105A-E可以是任何类型的无线移动设备，例如，移动电脑、移动电话、外围设备、接入点等。为了本公开的目的，“移动设备”、“无线设备”或“无线移动设备”包括装有能够解释射频(RF)信号的相位信息的无线电的任何设备。

蓝牙设备使用FHSS，其分割数据并且将单独的部分传输给高达79个1MHz的频带(也称为“信道”)，以非授权的2.4GHz短距离射频带为中心，从2402到2480MHz。通过远离蓝牙微微网的主要设备以及主要设备的内部时钟的地址，计算用于跳频中的伪随机信道序列。传输时隙由主要设备的内部时钟的两个时钟周期限定(312.5微秒)，因此，每个传输时隙具有625微秒的持续时间。因此，蓝牙设备具有625微秒的跳跃间距，并且每秒钟改变信道1600次。蓝牙规格限定10个跳频序列，5个跳频序列用于79MHz信道系统(美国和欧洲)，并且5个跳频序列用于23MHz信道系统(日本、西班牙以及法国)。虽然本公开描述了具有预定的跳跃间距的实施方式，但是其他实施方式可以使用具有合适的跳跃间距的无线通信协议。本公开考虑任何合适的无线通信协议。

位于室内环境104内的无线移动设备105B-E可以由多个散射部件(例如，墙壁、固定设备以及其他结构)隔开。例如，由于通过衰减表面反射或传输到其他设备105B、C以及E中，所以位于房间102C内的设备105D的信号可以采用多个路径。这个多路径效应限制了到达时间或TDoA多点定位的效力。在没有多路径信号元件时，可从扩展频谱信号的自相关函数中确定到达时间。在不同的频带用于上行和下行通信量(例如，蓝牙)的情况下，在信道之间的干扰可以大幅隔离。然而，如上所述，甚至在没有多路径干扰时，在短距离环境内的TDoA需要非常高精度的定时器。

由于蓝牙规格的短跳跃间距，所以特别的实施方式将每个无线移动设备105A-E视为固定接收器，该接收器可以基于所接收的信号计算所有其他无线移动设备105A-E的位置。例如，无线移动设备105D可以估计无线移动设备105B、C以及E的距离。在特别的实施方式中，这个距离估计可以用于基于位置的服务或社会网络。例如，在特别的实施方式中，无线移动设备105A-E可以与在社会网络系统上的特定的用户账号相关联。在移动设备105B检测在预定的距离内的移动设备105C时，社会网络系统可以建议移动设备105B和C的用户成为在社会网络系统上的朋友。在特别的实施方式中，距离估计功能可以用于在综合建筑内定位其他用户。本公开预计估计的距离具有任何合适的应用或者用途。

虽然每个移动设备105A-E可以从其他移动设备105A-E中接收信号(无论是否与相同的微微网连接)，以精确地估计每个移动设备105A-E的距离，但是每个移动设备105A-E必须能够在所接收的信号之间解释清楚；换言之，每个移动设备105A-E必须能够使具有特定频率的接收信号与独特的一个移动设备105A-E相关联。在特别的实施方式中，使用识别帧始发站的专门无线帧。在特别的实施方式中，使用识别数据包始发站的专门无线数据包格式。在特别的实施方式中，始发站标识符可以直接在物理(PHY)层之上实现。本公开预计传输使所接收的无线信号和特定的一个无线移动设备105A-E相关联的任何合适的标识符。

在特别的实施方式中，每个移动设备105A-E可以给每个接收的信号生成信号指纹。由于其对中介干扰的依赖性造成所接收的信号可具有特定场地，所以信道的多路径结构由每个位置独有并且可以被视为位置的签名的指纹。然而，信号指纹使信号与位置(而非设备)相关联，同样，如果传输设备在运转中，那么关联性比较快速地变得过时，或者如果多个设备在相同的附近，那么关联性可以变得不精确。在特别的实施方式中，每个移动设备105A-E可以保持由仅仅用于预定的持续时间(例如，1秒)的信号指纹计算的信号到设备的关联性。在特别的实施方式中，如果信道改变预定的量以下，那么每个移动设备105A-E可以使所接收的信号指纹与预先接收的信号指纹相关联。在特别的实施方式中，信号指纹可以由移动设备发送给社会网络系统并且储存在社会网络系统内，以便生成室内环境的地图的集中式存储库。本公开预计具有使接收的信号与特定的移动设备105A-E相关联的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，移动设备105A-E可以从移动外围设备(例如，蓝牙耳机106)中接收传输。在特别的实施方式中，所公开的距离估计系统可以用于帮助移动设备(例如，移动设备105E)的用户定位成对的移动外围设备，例如，耳机106。在这种实施方式中，由于主要设备和从动设备已经成对，所以显然不需要专门的无线标识符。本公开预计具有估计在移动设备105与成对的移动外围设备106之间的距离的任何合适的应用程序。

在特别的实施方式中，环境100可以包括固定位置的设备(例如，接入点107)或较少移动的外围设备(例如，传真机和打印机108)。在特别的实施方式中，移动设备105A-E可以使用从固定位置的设备107中接收的传输，以在环境100内确定其自身的位置。

图2示出了由无线移动设备105接收的两个RF信号的一个实例时间-幅度绘图。为了清晰期间，显示了正交信号的仅仅一个信道。在图2的实例中，在x轴上标绘时间，并且在y轴上标绘信号幅度。在时间t_k，移动设备105通过频率f接收源自点r_k的信号。同样，在时间t_k+1，移动设备105接收源自点r_k+1的信号。假设这两个信号具有相同的频率，那么在这两个信号之间的载波相位的差值是Φ。

在上面简化的一维实例中，每个信号可以在数学上表示为：

其中，x是位置，t是时间，A是信号的幅度，ω是正弦信号的角频率或载波频率，并且k是信号的波数，其中，k＝2π/λ。

该公式可以由以下方程概括为三维：

R(r,t)＝Acos(ωt-k·r+φ)

其中，r是在三维空间内的位置向量，并且k是波向量。为了便于计算，这个等式可以通过极形式表示为：

R(r,t)＝Ae^{j(ωt-k·r+φ)}

由于波向量k通过等式与信号的波长相关，k＝2π/λ，并且λ＝f/c，其中，f是信号的频率，并且c是光速，所以以上等式可以进一步简化为：

而且，由于在球面坐标内的辐射场的电磁场包括基于球面位置r的衰减因数，所以该等式可以修改为：

假设移动设备105可以在时间{t₀,t₁,t₂,t₃,…,t_k}收集相位样品的时间序列，那么由任何类型的接收器、蓝牙或其他设备接收的信号是：

其中，l表示该信号可以采用的以到达接收器的多个路径，并且i表示单独的样品。可以假设通过高斯频移键控(GFSK)(例如，蓝牙信号)、差分相移键控(DPSK)、差分正交相移键控(DQPSK)(例如，增强型数据速率(EDR)蓝牙(使用π/4DQPSK或8DQPSK))或正交频分调制(OFDM)调制的信号的幅度相当固定。

在特别的实施方式中，移动设备105假设其他移动设备105在视线内；即，具有视线，或者由具有轻型钢筋的单个壁部隔开。在这种实施方式中，莱斯分布可以用于散射/噪声模型。在特别的实施方式中，可以使用瑞利噪声模型(Rayleigh noise model)。本公开预计具有任何合适的噪声或散射模型。

图3示出了在特定的位置由假设接收器接收的两个正弦信号的简化实例。在图3中，实线表示具有频率f_k、波长λ_k并且源自点r_k的第一RF信号。要理解的是，在穿过空气时，信号的频率和波长与光速成比例。所接收的相位(例如，在接收器内的相位)包括在原点与r_k之间的整数λ_k以及分数相位偏移在r＝0时，该偏移表示在系统中的相位偏移(并且本身可以是非零)。同样，虚线表示具有频率f_k+1、波长λ_k+1并且源自点r_k+1的第而RF信号。相位包括在原点与r_k+1之间的整数λ_k+1以及分数相位偏移

在特别的实施方式中，接收器(例如，移动设备105)可以通过不同的频率从相同的信号始发站中进行两个接收的信号测量，以估计与信号始发站相距的距离。信号的相位仅仅是复指数的论点；因此，在t_k中，忽略散射路径，

同样，在t_k+1中，

对于蓝牙，从协议规格或跳频序列中了解到频率f_k和f_k+1。假设始发的移动设备105没有从一个跳跃中大幅移动到另一个跳跃中(即，在625微秒内)，那么r_k＝r_k+1。此外，预先了解相位偏移和例如，在进行任何测量之前，可以在一系列频率之上校准和预测载波相位偏移，以便产生先验的相位偏移信息。因此，能够通过不同的频率基于两个接收的信号的相位，算出由始发移动设备相距的距离r_k：

相位测量和可以对周跳敏感，周跳可以使以上范围计算讹误。与所有数字无线通信一样，错误的载波相位同步可以造成不准确的接收消息解码。在特别的实施方式中，在接收器本身内的锁相环和卡尔曼滤波可以校正在2π弧度之下的相位偏移以及整体式相位偏移。由于信号堵塞，所以在中断跟踪载波相位时，可以发生周跳，由于范围或多路径干扰，所以发生微弱信号，并且由于接收器软件故障，所以发生错误的信号处理。虽然分数相位测量和相同，犹如未中断跟踪，但是周跳会改变整数个周期。特别的实施方式可以使用离散卡尔曼滤波、优化的乔莱斯基分解(Cholesky decomposition)或宽道模糊修理(widelaning ambiguity fixing)，以校正周跳。

在特别的实施方式中，移动设备105可以记录多个位置，作为时间序列，或者使用递归估计器，以获得平均值。由于蓝牙协议每秒钟需要1600次跳频，以避免干扰，所以在该时间之上的多个相位样品的平均值可以用于获得距离的良好估计值。因此，在规定的1秒内在通过蓝牙进行通信的两个设备之间的通信上的“监听”时，移动设备105可以拦截从主要的移动设备到从动设备的800次传输(甚至在时隙上)以及从从动设备到主要设备的800次传输。在特别的实施方式中，多个次级因子可以用于检测或校正周跳。

图4A示出了用于计算多个信号发送器的距离的一个实例方法。该方法可以在步骤410中开始，其中，移动设备105接收新传输。

在步骤420中，移动设备105使所接收的信号与特定的传输设备相关联。如上所述，特别的实施方式通过信号指纹使信号与特定的传输设备相关联。在特别的实施方式中，可以实现包括设备标识符的专门的协议。这种协议可以直接在网络模型的PHY(物理)层之上实现。在特别的实施方式中，除了13个现有类型以外，该协议还可以作为新的蓝牙数据包类型来实现。在特别的实施方式中，该协议可以作为在所有现有蓝牙数据包类型中的额外字段来实现。例如，由所有更高层用于构成更高级分组数据单元(PDU)的蓝牙数据包包括68/72位访问代码、54位报头以及0到2745位的有效载荷。作为另一个实例，在蓝牙低功耗的情况下，分组数据单元包括16位报头以及高达296位的有效载荷。在特别的实施方式中，数据包有效载荷可以在特定的位置包括设备识别信息，例如，蓝牙设备地址(BD_ADDR)或设备介质访问控制(MAC)地址。本公开预计具有任何合适的设备标识符以及在无线传输中传输设备标识符的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，移动设备105A-E可以在每个无线数据包内将自确定的位置信息传输给其他无线设备。例如，移动设备105A-E可以包括GPS或辅助GPS(aGPS)接收器，用于自动计算其自身的位置。其他设备105可以基于与其连接的WiFi网络自动计算其位置。在特别的实施方式中，移动设备105可以包括加速计，并且通过(例如)航位推算算法计算其自身的位置。于2012年1月20日提交的题为“Statistics for Continuous LocationTracking”的美国专利申请号13/354,804公开了在移动设备上使用加速计和位置传感器来计算位置和加速度的实例，该申请仅仅作为实例(而非通过限制的方式)并入本文中，以作参考。在特别的实施方式中，移动设备105可以基于与一个或多个参考信标(例如，无线接入点107或其他固定位置的无线设备)的通信来确定其自身的位置。于2012年3月27日提交的题为“Dynamic Geographic Beacons for Geographic-Positioning-Capable Devices”的美国专利申请号13/431,842公开了通过由单元格塔三角测量、Wi-Fi定位或GPS定位获得的定位信号来识别移动设备的地理位置的实例，该申请仅仅作为实例(而非通过限制的方式)并入本文中，以作参考。本公开预计具有任何合适的方式，用于自确定移动设备的位置并且在一些或所有无线(蓝牙等)传输中传输自确定的位置。

在步骤430中，接收器计算与所接收的信号相关联的传输移动设备的距离。在特别的实施方式中，接收器(移动设备105)可以计算每个接收的传输的范围。进一步参照图4B，描述根据一个实施方式计算特定的信号发送器的范围的方法。

图4B为用于估计特定的信号发送器或移动设备的范围的一个实例方法的流程图。工艺在步骤431中开始，其中，接收器或无线移动设备105通过由蓝牙(或其他无线标准)定义的特定频率f_k接收第一信号R_k。

在步骤432中，接收器计算信号R_k的相位在本领域中，众所周知计算接收信号的相位的方法。在特别的实施方式中，移动设备105可以包括正交解调器，以获得载波相位同步。在特别的实施方式中，移动设备105可以包括锁相环。在特别的实施方式中，移动设备105可以包括平方差回路。本公开预计具有计算接收信号的相位的任何合适的方法。在特别的实施方式中，所计算的相位可以储存在缓冲器或寄存器内。在特别的实施方式中，相位可以在预定的持续时间(例如，最后5秒)内从相同的发送器中通过相同的频率加入先前计算的相位的滑动平均中。例如，如果蓝牙设备在同样在79个信道上在1秒内进行800次传输，那么使用每个信道至少10次。接收这些信号的接收器或移动设备105可以采用每个频率的这些相位计算的平均值，并且丢弃不连续相位。在特别的实施方式中，在不连续性(周跳)之前和之后，接收器或移动设备105可以通过特定频率的接收相位与曲线拟合。在特别的实施方式中，可以从简单线性回归中获得该拟合。在特别的实施方式中，可以从最小平方模型中获得该拟合。在特别的实施方式中，可以使用卡尔曼滤波。在特别的实施方式中，可以通过拟合曲线由内插法修补周跳。本公开预计具有检测和校正周跳的任何合适的方法。

在步骤433中，接收器或移动设备105从相同的信号接收器或移动设备中通过不同的频率f_k+1接收另一个信号R_k+1。在步骤434中，移动设备105通过与在步骤432中相同的方式计算第二信号R_k+1的相位

在步骤435中，接收器或移动设备105为在其自身与信号始发站之间的距离计算一个或多个距离估计r_k。在特别的实施方式中，移动设备105可以选择具有特定的带宽的频率或扩展为产生大约颗粒测量的频率。最大和最小的范围(r值)取决于频率f_k和f_k+1：

其中，c是光速，并且L是描述相位信号的比特数。因此，对于28MHz带宽，最大和最小的r值分别是10.7m和8.4cm。作为另一个实例，对于6MHz带宽，最大可测量的距离是50m，并且最小可测量的距离是37cm。因此，在特别的实施方式中，接收器或移动设备105可以仅仅给特定的频率或频率范围进行距离计算。

如下所述，使用FHSS系统估计距离的一种挑战在于，按照模2π进行测量，即，人们不能解决通过c/BW的距离估计的模糊度。为了解决这个问题，本发明的一个实施方式是使用多分辨率跳频来同时保持高相位分辨率，用于亚周期测量，并且使用至少一个其他跳频分辨率来解决相位模糊度。在由蓝牙协议使用的一个实施方式中，数据调制是GFSK；在这个调制中，两个频率在信道内的平稳地移动(以保持频谱效率和顺度)。在这个实施方式中，通过在1个和0个符号状态之间交替，并且相应地使GFSK符号的频率交替，接收器可以使用频率调制数据的这个标度来从更高的分辨率FHSS相位信息中解决相位模糊度。作为一个实例，假设蓝牙系统通过BW＝79MHz操作；因此，2π的最大范围是c/79MHz＝3.79m。如果符号的GFSK最大频率偏移是350kHz，那么要能够解决3.79m，就需要0.027弧度的相位分辨率或者至少8比特的相位分辨率。由于在FHSS系统上具有8比特的分辨率，所以人们最后能够在蓝牙系统的全范围内提供大约1.5cm的分辨率，没有相滑移问题。在图4D中示出了使用比特调制来解决相位模糊度，其中，在蓝牙系统的全频率范围内提供大约1.5cm的分辨率，同时提供高达350kHz的3.35m分辨率，具有8比特的相位分辨率。

用于计算解决相位模糊度所需要的相位动态范围的实例代码如下：

在步骤436中，接收器或移动设备105基于一个或多个次级因子精确一个或多个计算的r值，以校正周跳。在特别的实施方式中，如上所述，次级因子可以包括从移动设备中穿的自确定的位置信息，信号源自该移动设备。在特别的实施方式中，累积的相位和计算的r值可以用作次级因子。

在步骤437中，接收器或移动设备可以储存精确的r值，在下一个范围计算中用作次级因子。在特别的实施方式中，将精确的r值加入先前的r值的运行缓冲器中。在特别的实施方式中，将精确的r值加入滑动平均中。特别的实施方式可以在递归估计器中使用精确的r值。本公开预计具有储存或使用精确的r值的任何合适的方法。

在步骤438中，接收器使用覆盖在特别的实施方式中，储存的寄存器或内存位置仅仅由储存的内存寄存器的值覆盖。在步骤438中，工艺返回步骤433。在特别的实施方式中，工序无限地继续，允许接收器或移动设备不断地估计在附近的其他移动设备的范围。在特别的实施方式中，该工艺可以在步骤438中终止。特别的实施方式可以在适当的情况下重复图4B的方法的步骤。而且，虽然本公开描述和说明了按照特定的顺序发生的图4B的方法的特定步骤，但是本公开预计具有按照任何合适的顺序发生的图4B的方法的任何合适的步骤。而且，虽然本公开描述和说明了执行图4B的方法的特定步骤的特定的元件、设备或系统，但是本公开预计具有执行图4B的任何合适的步骤的任何合适的元件、设备或系统的任何合适的组合。

图4C示出了根据一个实施方式的精确计算的r值的方法(图4B的步骤436)。将一个或多个计算的范围值440馈送给范围估计精确器450，该精确器基于次级因子436a-i精确一个或多个范围值并且输出单个精确的r值460。

如上所述，精确器450可以使用一个或多个次级因子来精确r值。在特别的实施方式中，精确器450访问一组预定的启发式规则，来基于次级因子精确r值。在特别的实施方式中，精确器450可以将累积的计算相位436a用于特定的频率。图5B示出了用于对着时间标绘的规定频率的特定累积相位436a。在载波适当地同步时，用于给定的频率的总累积相位应以与设备的运动具有单调关系的平滑曲线增大。在图5B中描述的大中断可能表示周跳。本公开预计具有基于累积的相位检测和校正周跳的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，精确器450可以使用平均r值436b。在图5A中，在y轴上标绘所计算的r值436b，并且在x轴上标绘样品数k。如图5A中所示，距离计算可以在多个样品上比较一致，但是由于周跳，所以可以在所计算的距离中经受跳跃。在特别的实施方式中，可以忽略超过某个阈值的不连续性。在特别的实施方式中，可以使用用于在相位测量中检测周跳的曲线拟合。本公开预计具有储存并且使用所计算的范围值来检测和校正周跳的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，精确器450可以使用从传输移动设备105A中接收的GPS或aGPS位置数据。例如，如果接收器或移动设备105计算与从传输移动设备中接收的GPS或aGPS数据以及接收设备的自身自确定的位置不一致的r分数，那么r值可以标记为周跳并且丢弃。本公开预计具有通过接收的GPS或aGPS位置数据精确范围估计的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，接收器或移动设备105可以使用所接收的信号幅度或信噪比(S/N或SNR)436g，作为次级因子。例如，由于在设备相当接近(在5或6米内)时，通过信号强度确定距离相对有效，所以在这两个设备之间的距离小于6米时，通过信号强度计算的距离可以覆盖或精确通过相位计算的r值。相反，在所述设备相距6米以上时，可能低估通过SNR确定的距离。本公开预计具有通过SNR精确范围估计的任何合适的方法。

在特别的实施方式中，接收器或移动设备105可以生成惯性模型，用于估计移动设备或信号发送器在运转中的运动，具体基于多普勒效应确定速度。在图6中，这表示由无线电和信号处理电路执行的操作的原子集，以估计移动设备的位置和速度。沿着x轴表示时间，并且垂直轴显示了两个频率f_k和f_k+1以及随着时间通过这些频率发生的内容。在步骤1中，接收器的频率是f_k，并且记录相位。在步骤2中，由于在具有相同的速度时速度改变，所以相位改变，并且通过比较相位的时间变化率，可以估计速度。为了能够足够精确地解决速度，在样品之间等待时间t_p，或者可以在这个间距内收集多个样品。在点2之后，并且在时间t_s内，收发器将本地振荡器(LO)切换成新频率f_k+1，并且进行另一个相位测量。在点4处，进行第四相位测量。通过全部4个测量，可以进行组合的位置和速度测量(要注意的是，在最低程度上仅仅需要点1-3，并且下面的等式从这些相位计算速度和位置，第四个相位测量允许人们通过两个频率创建速度的对称平均值，提高估计值)。要注意的是，如果卡尔曼滤波器或其他相互估计器用于供获得速度(例如，加速计的整合)的其他方式使用，那么这可以与基于无线电的速度估计相结合。

在这种实施方式中，移动设备或信号传输的运动的等式可以假设为：

r(t)＝r₀-v(t_p+t_s/2)+vt

v_1-2≈v＝λ_k(φ₂-φ₁)/t_p

可以在一个或多个计算机系统上实现特别的实施方式。图7示出了一个实例计算机系统700。在特别的实施方式中，一个或多个计算机系统700执行在本文中描述或说明的一种或多种方法的一个或多个步骤。在特别的实施方式中，一个或多个计算机系统700提供在本文中描述或说明的功能。在特别的实施方式中，在一个或多个计算机系统700上运行的软件执行在本文中描述或说明的一种或多种方法的一个或多个步骤，或者提供在本文中描述或说明的功能。特别的实施方式包括一个或多个计算机系统700的一个或多个部分。

本公开预计具有任何合适数量的计算机系统700。本公开预计计算机系统700采用任何合适的物理形式。作为实例，而非通过限制的方式，计算机系统700可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、系统级封装(SIP)、单板计算机系统(SBC)(例如，计算机模块(COM)或系统模块(SOM))、台式电脑系统、膝上型或笔记本型计算机系统、交互式自助服务机、主机、计算机系统的网格、移动电话、智能电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、手表或穿戴式设备、服务器或其中的两个或多个的组合。在适当的情况下，计算机系统700可以包括一个或多个计算机系统700；是单一式或分布式；跨过多个位置；跨过多个机器；或者存在于云内，其可以在一个或多个网络中包括一个或多个云元件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统700可以执行在本文中描述或说明的一种或多种方法的一个或多个步骤，而不进行大量空间或时间限制。作为实例，而非通过限制的方式，一个或多个计算机系统700可以实时地或者通过批处理模式执行在本文中描述或说明的一种或多种方法的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个计算机系统700可以在不同的时间或在不同的位置执行在本文中描述或说明的一种或多种方法的一个或多个步骤。

在特别的实施方式中，计算机系统700包括处理器702、内存704、储存器706、输入/输出(I/O)接口708、通信接口710以及总线712。虽然本公开描述和说明了在特定的设置中具有特定数量的特定元件的特定计算机系统，但是本公开预计具有在任何合适的设置中具有任何合适数量的任何合适元件的任何合适的计算机系统。

在特别的实施方式中，处理器702包括用于执行指令的硬件，例如，构成计算机程序的执行。作为实例，而非通过限制的方式，为了执行指令，处理器702可以从内部寄存器、内部高速缓存、内存704或储存器706中检索(或提取)指令；解码并且执行指令；然后，将一个或多个结果写入内部寄存器、内部高速缓存、内存704或储存器706中。在特别的实施方式中，处理器702可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存。本公开预计具有处理器702，在适当的情况下，其包括任何合适数量的任何合适的内部高速缓存。作为实例，而非通过限制的方式，处理器702可以包括一个或多个指令高速缓存、一个或多个数据高速缓存以及一个或多个转译后备缓冲器(TLB)。在指令高速缓存中的指令可以是在内存704或储存器706中的指令的副本，并且指令高速缓存可以通过处理器702加速检索那些指令。在数据高速缓存内的数据可以是在内存704或储存器706中的数据的副本，用于操作在处理器702中执行的指令；在处理器702中执行的先前指令的结果，用于供在处理器702中执行的后续指令访问或者用于写入内存704或储存器706中；或者其他合适的数据。数据高速缓存可以加速通过处理器702的读取或写入操作。TLB可以加速处理器702的虚拟地址转换。在特别的实施方式中，处理器702可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。本公开预计具有处理器702，在适当的情况下，其包括任何合适数量的任何合适的内部寄存器。在适当的情况下，处理器702可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)；是多核处理器；或者包括一个或多个处理器702。虽然本公开描述和说明了特定的处理器，但是本公开预计具有任何合适的处理器。

在特别的实施方式中，内存704包括主内存，用于储存处理器702执行的指令，或者储存处理器702操作的数据。作为实例，而非通过限制的方式，计算机系统700可以将指令从储存器706或另一个来源(例如，另一个计算机系统700)中装载到内存704中。然后，处理器702可以将指令从内存704中装载到内部寄存器或内部高速缓存中。为了执行指令，处理器702可以从内部寄存器或内部高速缓存中检索指令，并且解码指令。在执行指令期间或之后，处理器702可以将一个或多个结果(其可以是中间或最终结果)写入内部寄存器或内部高速缓存中。然后，处理器702可以将那些结果中的一个或多个写入内存704中。在特别的实施方式中，处理器702仅仅在一个或多个内部寄存器或内部高速缓存中或者在内存704(与储存器706或其他地方相反)中执行指令，并且仅仅在一个或多个内部寄存器或内部高速缓存中或者在内存704(与储存器706或其他地方相反)中操作数据。一个或多个内存总线(其均可以包括地址总线和数据总线)可以耦接处理器702和内存704。如下所述，总线712可以包括一个或多个内存总线。在特别的实施方式中，一个或多个内存管理单元(MMU)存在于处理器702与内存704之间，并且促进访问由处理器702请求的内存704。在特别的实施方式中，内存704包括随机存取内存(RAM)。在适当的情况下，这个RAM可以是易失性内存。在适当的情况下，这个RAM可以是动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM)。而且，在适当的情况下，这个RAM可以是单端口或多端口RAM。本公开预计具有任何合适的RAM。在适当的情况下，内存704可以包括一个或多个内存704。虽然本公开描述和说明了特定的内存，但是本公开预计具有任何合适的内存。

在特别的实施方式中，储存器706包括用于数据或指令的大容量内存。作为实例，而非通过限制的方式，储存器706可以包括HDD、软盘驱动器、闪存、光盘、光磁盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或其中的两个或多个的组合。在适当的情况下，储存器706可以包括移动式或非移动式(或固定的)介质。在适当的情况下，储存器706可以位于计算机系统700的内部或外部。在特别的实施方式中，储存器706是非易失性固态内存。在特别的实施方式中，储存器706包括只读内存(ROM)。在适当的情况下，这个ROM可以是掩膜编程的ROM、可编程的ROM(PROM)、可擦PROM(EPROM)、电可擦PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或其中的两个或多个的组合。本公开预计具有采用任何合适的物理形式的大容量内存706。在适当的情况下，储存器706可以包括在处理器702与储存器706之间促进通信的一个或多个储存控制单元。在适当的情况下，储存器706可以包括一个或多个储存器706。虽然本公开描述和说明了特定的储存器，但是本公开预计具有任何合适的储存器。

在特别的实施方式中，I/O接口708包括硬件、软件或这两者，提供一个或多个接口，用于在计算机系统700与一个或多个I/O设备之间通信。在适当的情况下，计算机系统700可以包括这些I/O设备中的一个或多个。这些I/O设备中的一个或多个能够在个人与计算机系统700之间进行通信。作为实例，而非通过限制的方式，I/O设备可以包括键盘、按键、麦克风、显示器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、静物照相机、唱针、平板电脑、触摸屏、轨迹球、摄影机、另一个合适的I/O设备或其中的两个或多个的组合。I/O设备可以包括一个或多个传感器。本公开预计具有任何合适的I/O设备和用于其的任何合适的I/O接口708。在适当的情况下，I/O接口708可以包括一个或多个设备或软件驱动器，其能够允许处理器702驱动这些I/O设备中的一个或多个。在适当的情况下，I/O接口708可以包括一个或多个I/O接口708。虽然本公开描述和说明了特定的I/O接口，但是本公开预计具有任何合适的I/O接口。

在特别的实施方式中，通信接口710包括硬件、软件或这两者，提供一个或多个接口，用于在计算机系统700与一个或多个其他计算机系统700或一个或多个网络之间通信(例如，基于数据包的通信)。作为实例，而非通过限制的方式，通信接口710可以包括：网络接口控制器(NIC)或网络适配器，用于与以太网或其他基于导线的网络通信；或无线NIC(WNIC)或无线适配器，用于与无线网络(例如，WI-FI网络)通信。本公开预计具有任何合适的网络和用于其的任何合适的通信接口710。作为实例，而非通过限制的方式，计算机系统700可以与自组织网络、个人局域网络(PAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、互联网的一个或多个部分、或其中的两个或多个的组合进行通信。这些网络中的一个或多个的一个或多个部分可以是有线或无线的。作为实例，而非通过限制的方式，计算机系统700可以与无线PAN(WPAN)(例如，蓝牙WPAN或RFID WPAN)、WI-FI网络、WI-MAX网络、蜂窝电话网络(例如，全球移动通信系统(GSM)网络)、或其他合适的无线网络或其中的两个或多个的组合进行通信。在适当的情况下，计算机系统700可以包括任何合适的通信接口710，用于这些网络中的任一个。在适当的情况下，通信接口710可以包括一个或多个通信接口710。虽然本公开描述和说明了特定的通信接口，但是本公开预计具有任何合适的通信接口。

在特别的实施方式中，总线712包括硬件、软件或这两者，使计算机系统700的元件彼此耦接。作为实例，而非通过限制的方式，总线712可以包括图形加速端口(AGP)或其他图形总线、增强型工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低脚数(LPC)总线、内存总线、微通道架构(MCA)总线、外围部件互连(PCI)总线、超速PCI(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会本地(VLB)总线、或另一个合适的总线或其中的两个或多个的组合。在适当的情况下，总线712可以包括一个或多个总线712。虽然本公开描述和说明了特定的总线，但是本公开预计具有任何合适的总线或互连。

在本文中，在适当的情况下，一个或多个计算机可读储存介质的引用可以包括一个或多个基于半导体的或其他集成电路(IC)(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合式硬盘驱动器(HHD)、光盘、光盘驱动器(ODD)、光磁盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、固态驱动器(SSD)、RAM驱动器、安全数码卡、安全数字驱动器、或任何其他合适的计算机可读储存介质或其中的两个或多个的组合。在适当的情况下，一个或多个计算机可读永久性储存介质可以是易失性、非易失性、或易失性和非易失性的组合。

在本文中，“或者”具有包括的意思但并不排外，除非另有明确表示或者上下文另外表示。因此，在本文中，“A或B”表示“A、B或这两者”，除非另有明确表示或者上下文另外表示。而且，“和”具有共同的以及几个的意思，除非另有明确表示或者上下文另外表示。因此，在本文中，“A和B”表示“A和B共同或者各自地”，除非另有明确表示或者上下文另外表示。

本公开包括本领域的技术人员会理解的对在本文中的实例实施方式的所有变化、替换、变更、改变以及修改。而且，虽然本公开描述和说明在本文中的各个实施方式包括特定的元件、部件、功能、操作或步骤，但是这些实施方式的任一个可以包括本领域的技术人员会理解的在本文中的任何地方描述或说明的任何元件、部件、功能、操作或步骤的任何组合或置换。而且，无论是否激活、打开或者解锁该元件或这个特定的功能，只要该设备、系统或元件这样被适配、被设置、有能力、被配置、被启用、能操作或者运转，在所附权利要求中被设置为、被设置为、有能力、被配置为、能够、能操作、或者运转以便执行特定的功能的设备或系统或者设备或系统的元件的引用都包括该设备、系统、元件。

Claims

1.一种计算方法，包括通过一个或多个计算机系统：

在多个第一时间实例中的每个处，确定来自发送器(105A-E)的具有第一频率的第一信号的相位；

在多个第二时间实例中的每个处，确定来自所述发送器(105A-E)的具有第二频率的第二信号的相位；以及

在所述第一时间实例和所述第二时间实例处，至少部分基于所述第一信号和所述第二信号的相位，确定所述发送器的位置和/或速度，

在所述第一信号的相位中检测周跳，其中，基于第一曲线和第二曲线之间的不连续性检测所述周跳；以及

通过至少部分基于所述第一曲线和所述第二曲线的不连续性的量值调整所述发送器的确定的位置或速度，来校正所述周跳，

其中，所述调整包括通过所述周跳之前和之后的所述第一信号和所述第二信号的相位进行曲线拟合。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其中：

确定来自所述发送器的具有所述第一频率的所述第一信号的相位包括基于所述第一信号的调制解决所述第一信号的相位中的模糊；

确定来自所述发送器的具有所述第二频率的所述第二信号的相位包括基于所述第二信号的调制解决所述第二信号的相位中的模糊；以及

所述第一信号和所述第二信号中的每个的调制是高斯频移键控、蓝牙信号、差分相移键控、差分正交相移键控、增强型数据速率蓝牙、或正交频分调制。

3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，确定所述发送器的位置和/或速度包括使用递归估计器。

4.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，所述第一信号和所述第二信号的调制在每个频率副载波中包含平衡时间。

5.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，在所述第一时间实例和所述第二时间实例处，根据所述第一信号和所述第二信号的所确定的相位计算位置估计值或位置范围值，并且所述位置估计值由一组预定的启发式规则通过至少一个次级因子精确和/或用于校正周跳。

6.根据权利要求5所述的计算方法，其中，所述位置估计或范围值包括最大位置值和最小位置值，并且包括介于所述最大位置值与最小位置值之间的值，其中所述最大位置值对应于光速除以给定的频率带宽或者除以信号的最大的频率与所述信号的最小的频率的差值，并且其中所述最小位置值对应于所述最大位置值除以2^L，其中，L是描述相位信号的比特数。

7.根据权利要求5所述的计算方法，其中，所述至少一个次级因子是以下中的至少一个：

预先计算或储存的位置估计或范围值，用于检测和校正周跳和/或在递归估计器内，

由接收器和/或发送器，由GPS获得的自确定的位置信息，其中，如果所述估计或范围值与从所述发送器和所述接收器的自身的自确定的位置接收的GPS数据不一致，那么所述估计或范围值被标记为周跳并且丢弃，

信号幅度或信噪比，其中，由于在所述发送器和所述接收器之间的距离在5米或6米内时，通过信号强度确定距离是有效的，所以在所述发送器和所述接收器之间的距离小于6米时，通过信号强度计算的距离能够覆盖或精确通过相位计算的估计或范围值，并且相反，在所述发送器和所述接收器相距6米以上时，通过信噪比确定的距离被低估，

特定频率的累积的计算相位，其中，在载波适当地同步时，用于给定的频率的总累积相位应以与设备的运动具有单调关系的平滑曲线增大，并且大中断表示周跳。

8.根据权利要求1或2所述的计算方法，进一步包括：

在多个第三时间实例中的每个处，确定来自所述发送器的具有第三频率的第三信号的相位，其中所述第三时间实例相隔在10微秒与100毫秒之间的范围内的第三预定的时间量，和/或其中所述第三信号的调制在每个频率副载波中包含平衡时间。

9.根据权利要求8所述的计算方法，确定所述第三信号的相位包括基于所述第三信号的调制解决所述第三信号的相位中的模糊，其中，所述第三信号的调制是高斯频移键控、蓝牙信号、差分相移键控、差分正交相移键控、增强型数据速率蓝牙、或正交频分调制，并且使用蓝牙协议；并且

在所述第一时间实例、所述第二时间实例以及所述第三时间实例处，至少部分基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号的相位，确定所述发送器的位置和/或速度。

10.根据权利要求8所述的计算方法，其中，确定所述发送器的速度包括在所述第一时间实例、所述第二时间实例以及所述第三时间实例处，至少部分基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号的相位计算所述发送器的速度的对称平均值。

11.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中：

所述第一时间实例相隔第一预定的时间量，所述第一预定的时间量在10微秒与100毫秒之间的范围内，并且

所述第二时间实例相隔第二预定的时间量，所述第二预定的时间量在10微秒与100毫秒之间的范围内。

12.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，确定所述发送器的速度包括使用基于无线电的多普勒估计。

13.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，至少部分基于以下中的一个或多个，确定所述发送器的位置：

GPS或GLONAS位置估计；

WiFi位置估计；

加速计、陀螺仪或磁力计信息；

相位信息的过去历史；

位置或速度估计的过去历史；以及

信噪比的过去历史。

14.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，所述信号由相同的接收器接收，并且所确定的位置是所述发送器相对于所述接收器的相对位置或距离，或者其中，所述信号由至少三个接收器接收，并且所确定的位置是从所述发送器相对于所述接收器的相对位置获得的或得到的所述发送器的绝对位置。

15.一种计算系统，包括：

内存，其包括能由一个或多个处理器执行的指令；以及

所述一个或多个处理器耦接至所述内存，并且能操作以执行所述指令，所述一个或多个处理器在执行所述指令时能操作以执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。