CN114337932B

CN114337932B - 基于uwb系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质

Info

Publication number: CN114337932B
Application number: CN202210214704.3A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Hangzhou Youzhilian Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Youzhilian Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114337932A

Abstract

本发明实施例公开了一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质；所述方法包括：根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；接收由所述接收机针对所述第一测距消息反馈的第一响应消息；从所述第一响应消息中获取所述接收机基于所述第一测距消息判定所得到的直达径位置判定值；基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息。

Description

基于UWB系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质

技术领域

本发明实施例涉及UWB通信技术领域，尤其涉及一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质。

背景技术

目前，电气与电子工程师协会（IEEE，Institute of Electrical andElectronics Engineers）802.15.4协议标准中所定义脉冲超宽带（IR-UWB，Impulse RadioUltra Wide-Band）技术被广泛地应用于数据传输、定位及测距等应用场景。利用IR-UWB系统进行交互时所采用的帧结构包括导频域、帧起始定界符（SFD，Start of FrameDelimiter）域和数据域。对于导频域来说，如图1所示，其由L个导频符号组成，每个导频符号由N个元素的导频序列C并且每两个导频序列的元素中间插入3个0组成。

在常规的利用收、发双方的时间戳（Time-Stamp）进行计算以实现测距过程中，时间戳是从这图1中所示出的元素中寻找到收发双方的直线路径位置，即直达径的位置。由于在无线信道中存在遮挡、反射等现象，UWB系统的发送端发出的无线电信号到达接收端的直达径可能并不是功率最大的接收路径，随着场景内的遮挡物逐渐增多，直达径信道的能量可能会逐渐降低。在常规方案中，通常会将图1中的每个导频符号上的各个位置元素计算相关值，然后把所有L个导频符号对应位置处的相关值进行累加，由此可知，导频符号的数量L越大，累加符号数越多，则累加后能量越大，可以弥补遮挡带来的能量损失，但是对应功率需求也越大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质；能够让发射端自适应选择发送帧内导频域的导频符号数量，从而避免常规技术中采用固定数量导频信号进行发送所导致的功率浪费现象，提高了功率使用效率。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，所述方法应用于发射机，所述方法包括：

根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

接收由所述接收机针对所述第一测距消息反馈的第一响应消息；

从所述第一响应消息中获取所述接收机基于所述第一测距消息判定所得到的直达径位置判定值；

基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；

基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，所述方法应用于接收机，所述方法包括：

接收测距消息；

基于所述测距消息内导频域中导频符号的相关累加值确定直达径位置，获得直达径位置判定值；

将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量。

第三方面，本发明实施例提供了一种发射机，所述发射机包括：发送部分、第一接收部分、获取部分和选择部分；其中，

所述发送部分，经配置为根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

所述第一接收部分，经配置为接收由所述接收机针对所述第一测距消息反馈的第一响应消息；

所述获取部分，经配置为从所述第一响应消息中获取所述接收机基于所述第一测距消息判定所得到的直达径位置判定值；

所述选择部分，经配置为基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；

所述发送部分，还经配置为基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息。

第四方面，本发明实施例提供了一种接收机，所述接收机包括：第二接收部分、直达径位置获取部分和反馈部分；其中，

所述第二接收部分，经配置为接收测距消息；

所述直达径位置获取部分，经配置为基于所述测距消息内导频域中导频符号的相关累加值确定直达径位置，获得直达径位置判定值；

所述反馈部分，经配置为：将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量。

第五方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述计算设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，

所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面，或者第二方面所述基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。

第六方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于UWB系统的自适应导频符号发送程序，所述基于UWB系统的自适应导频符号发送程序被至少一个处理器执行时实现第一方面或者第二方面所述基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。

本发明实施例提供了一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法、装置及介质；通过发射机根据前次测距过程中的直达径位置判定值动态调整下次测距过程中发送测距消息所采用的导频符号数量，能够让发射机自适应选择发送帧内导频域的导频符号数量，从而避免常规技术中采用固定数量导频信号进行发送所导致的功率浪费现象，提高了功率使用效率。

附图说明

图1为适用于UWB系统的导频域结构示意图；

图2为能够适用于本发明实施例所阐述技术方案的网络环境示意图；

图3为本发明实施例提供的通信系统架构示意图；

图4为本发明实施例提供的发射机和接收机之间存在两个接收径的无线传输场景的示意图；

图5为本发明实施例提供的接收端所观察的信道状况示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法流程示意图；

图7为本发明实施例提供的发射机前后两次测距过程示意图；

图8为信噪比SNR=0dB的条件下，各导频符号的候选数量对应的累加幅度值示意图；

图9为本发明实施例提供的发射机选择下次测距过程所采用的导频符号数量的具体实施流程示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法示意图；

图11为本发明实施例提供的一种确定直达径位置的示意图；

图12为本发明实施例提供的一种发射机的组成示意图；

图13为本发明实施例提供的一种接收机的组成示意图；

图14为本发明实施例提供的一种计算设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图2，其示出了能够适用于本发明实施例所阐述技术方案的网络环境100示意图，作为解说性示例而非限定，以无线通信设备102为例，无线通信设备102能够在该网络环境100内与处于该无线通信设备102近程的其他无线通信设备进行无线通信，其他无线通信设备比如打印机104、个人数字助理（PDA，Personal Digital Assistant）106、照相机108和接入点110，此外，还可以通过接入点110与通信耦合至接入点110的扬声器系统112和无线网络114进行无线通信。网络环境100中的所有无线通信设备均可利用任何适当的无线标准诸如802.11x或UWB进行无线通信。

需要说明的是，在图2所示的网络环境100中，术语“无线通信设备”也可以被本领域技术人员称之为移动站（MS）、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、远程设备、移动订户站、接入终端（AT，Access Termination）、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、终端、用户代理、移动客户端、客户端、或某个其他合适的术语；并且，无线通信设备在某些示例中不一定需要具有移动能力，也可以是驻定的；此外，无线通信设备可包括大小、形状被预设成并且被布置成有助于实施无线通信的数个硬件结构组件，此类组件可包括彼此电耦合的天线、天线阵列、射频（RF，Radio Frequency）链、放大器、一个或多个处理器等等。另外，在一些非限定性示例中，除了以上所述的打印机、PDA、照相机、接入点、扬声器系统和无线网络以外，无线通信设备的其他非限定性示例还包括移动设备、蜂窝（蜂窝小区）电话、智能电话、会话发起协议（SIP，Session Initiation Protocol）电话、膝上型设备、个人计算机（PC，Personal Computer）、笔记本、上网本、智能本、平板设备、以及广泛多样的嵌入式系统，例如，对应于“物联网”（IoT）。附加地，无线通信设备可以是汽车或其他运输车辆、遥感器或致动器、机器人或机器人设备、卫星无线电、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）设备、对象跟踪设备、无人机、多轴飞行器、四轴飞行器、遥控设备、消费者和/或可穿戴设备（诸如眼镜）、可穿戴相机、虚拟现实设备、智能手表、健康或健身跟踪器、数字音频播放器（例如，MP3播放器）、相机、游戏控制台等。附加地，无线通信设备还可以是数字家用或智能家用设备，诸如家用音频、视频和/或多媒体设备、电器、自动售货机、智能照明设备、家用安全系统、智能仪表等。附加地，无线通信设备也可以是智能能源设备，安全设备，太阳能电池板或太阳能电池阵，控制电力、照明、水等的市政基础设施设备（例如，智能电网）；工业自动化和企业设备；物流控制器；农业装备；军事防御装备、车辆、飞机、船和武器等。

针对上述无线通信设备102，其能够在网络环境100中与其他无线通信设备任意一个实现双向的无线通信以形成通信系统200，如图3所示的通信系统200架构示意图，该通信系统200可以包括发射机202（例如，图3所示的网络环境100中的无线通信设备102）和接收机206（例如，图3所示的网络环境100中的其他无线通信设备的任一个），其中，发射机202可以包括一个或多个发射天线204(例如，N1个发射天线)，并且接收机206包括一个或多个接收天线208(例如，N2个接收天线)。发射机202通过发射天线204传送数据流，数据流经过无线信道210到达接收机206的每个接收天线208，接收机206可以接收来自每个接收天线208信号对数据流进行重构。

通常，UWB系统的接收机通过从接收信号中获取直达径信道传播的信号以实现精准测距，其中，该直达径就是接收机和发射机之间的直线路径。

在实际的无线传输环境中，发射信号在传播过程中可能会受到墙面，金属等物体的遮挡和反射等因素的影响，从而产生多径信号。因此，在接收机所接收的信号中，往往不止包括了发射机和接收机之间的直达径信道传播的信号，还可能包括发射机和接收机之间的反射径信道传播的信号，所述直达径信道传播的信号和反射径信道传播的信号是叠加的关系。由于UWB系统的发射机发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，因此，在UWB系统中，接收机所接收的多径信号在时间上是可分离的。通常来说，接收机会在接收信号中的如图1所示的导频域结构内的导频符号所包括的元素中寻找直达径位置。

需要注意的是，从所述接收信号的导频域中的导频符号的L个元素的位置中找到所述直达径位置，不能仅通过判断功率最大值来确定，这是由于在所述接收信号中，直达径信道传播的信号的功率可能并不一定是所有接收径信道传播的信号中的功率最大值。以图4为例，其示出了发射机和接收机之间存在两个接收径的无线传输场景的示意图，其中一个为发射机和接收机的直达径，另一个为发射机和接收机中间由于存在一个反射物而形成反射径。从图4中可以看出，发射机和接收机之间的直达径中间存在一个遮挡物，使得所述直达径信道的功率损耗就很可能比反射径的信道的功率损耗大，此时，UWB系统的接收端所观察的信道状况可以通过如图5所示，图5中的横坐标表示信道状况的时间轴；从图5可以看出，所述直达径信道的功率小于反射径信道的功率。若将所述发射机和接收机之间所有接收径信道传播的信号的功率最大值Peak对应的接收径位置称为PP（Peak Path）位置，将所述发射机和接收机之间的直达径位置称为FP（First reach Path）位置，基于上述分析可知，在获取所述接收信号的直达径位置的过程中，若错将PP位置判断为FP位置，将会影响UWB系统测距的准确度。为了准确的判定FP位置，通常根据接收信号的导频域内所有导频符号中对应位置的相关值进行累加，获得所述导频符号中各位置的累加相关值，然后，根据所述累加相关值找出PF位置，可以理解地，这个位置可能是导频符号0至导频符号L-1之间的任意值。除此以外，随着遮挡部分逐渐增多，图5中所示出的直达径信道的能量可能越来越小；那么为了弥补遮挡带来的能量损失，通常会采用在导频域内使用更多数量的导频符号，也就是说，导频符号的数量L越大，累加符号数越多，则累加后能量越大，从而能够弥补遮挡带来的能量损失。但是，随着导频符号的数量L增加，UWB系统的功率需求也相应增加，因此，在进行UWB系统测距过程中，常规方案通常会预先设置一个较大的导频符号数量L的固定值，尽管能够提高FP位置的确定准确度，但是仍旧会造成功率上的浪费，降低功率的使用效率。有鉴于此，本发明实施例期望发射机在发送数据帧时，能够根据接收机的反馈实时调整其所发送的数据帧内导频域的导频符号数量，从而避免造成功率浪费现象，提高功率使用效率。

基于此，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，该方法可以应用于前述阐述内容中所提及的发射机，所述方法可以包括：

S601：根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

S602：接收由所述接收机针对所述第一测距消息反馈的第一响应消息；

S603：从所述第一响应消息中获取所述接收机基于所述第一测距消息判定所得到的直达径位置判定值；

S604：基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；

S605：基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息。

需要说明的是，在本发明实施例中，发射机同样示例性地作为测距的发起方，向接收机发送测距消息，比如pull消息；相应地，接收机根据接收到的测距消息进行测距，并向发射机反馈响应消息，比如resp消息。在常规的应用于UWB系统的测距方案中，resp消息中包括多种时间戳信息，发射机基于该resp消息中的时间戳信息计算飞行时间，从而根据飞行时间获得测距结果，进而完成一次测距过程。可以理解地，在每个测距过程中，发射机通常仅发送一次测距消息，即pull消息。基于此，在图6所示的技术方案中，第一测距消息与第一响应消息可以认为是在第一次测距过程中收发双发的交互消息，第二测距消息则可以认为是在第二次测距过程中所需的消息；那么，如图7所示，图6所示的技术方案通过发射机根据前次测距过程中的直达径位置判定值动态调整下次测距过程中发送测距消息所采用的导频符号数量，能够让发射机自适应选择发送帧内导频域的导频符号数量，从而避免常规技术中采用固定数量导频信号进行发送所导致的功率浪费现象，提高了功率使用效率。

对于图6所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息，包括：

根据预设的初始导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

或者，根据基于前次测距过程选择的本次测距过程所使用的导频符号数量向所述接收机发送第一测距消息；其中，所述于前次测距过程选择的本次测距过程所使用的导频符号数量为基于前次测距过程的直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择本次测距过程用于发送测距消息所使用的导频符号数量。

需要说明的是，在UWB系统中，可供选择的导频域内的导频符号数量L由小到大排列可以包括16、32、48、64、80、96、128、256、384、512、1024、2048以及4096；这些可供选择的13个导频符号数量值也可被认为是本发明实施例中所提及的导频符号的候选数量。对于这些候选数量，相邻之间的数值间隔也是由小到大，可以理解地，数值间隔较小的部分可以用于进行细调；数值间隔较大的部分可以用于在功率太小的情况下进行粗调。在发射机与接收机进行首次测距过程中，发射机可以向接收机发送一条初始测距消息（pull0消息），该初始测距消息即为首次测距过程中，发射机所发送的第一测距消息；由于此时没有任何先验信息，因此，首次测距过程中的第一测距消息所采用的导频符号数量可以为默认的初始值，在本发明实施例中，默认的初始导频符号数量可以取64，即在首次测距过程中，发射机根据预设的初始导频符号数量64向接收机发送第一测距消息。此外，随着测距过程的不断进行，在经过多次测距过程之后，发射机可以根据前次测距过程中通过执行图6所示的技术方案确定本次测距过程发送第一测距消息所采用的导频符号数量，避免发射机使用固定数量的导频符号进行信息交互，从而在保证测距性能的前提下，保证性能与功耗的平衡。

对于图6所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述方法还包括：

针对第i个导频符号的候选数量Li，基于导频符号内的导频序列中的非零元素个数Ui，获取候选数量Li的第i个导频符号的相关值累加后的最大值为Li×Ui；

基于设定的缩放因子f对所述最大值进行缩放后，获得第i个导频符号的候选数量Li对应的导频符号累加幅度阈值Ti=f×Li×Ui。

需要说明的是，结合前述示例所阐述的候选数量，本发明实施例可以根据为每个候选数量对应设置一个阈值，该阈值可以根据实际仿真获得，也可以根据上述实现方式进行理论计算获得。基于上述实现方式的理论计算，前述示例中所阐述的13个候选数量值，在信噪比SNR=0dB的条件下，对应的累加幅度值如图8所示，图8中的横坐标每一个点表示为前述各导频符号的候选数量的标号，纵坐标表示归一化后累加的幅度值的大小。将图8的曲线也可以表示为表1所示的表格形式：

表1

同理，在SNR=-10dB的情况下，13个候选数量值对应的累加幅度值如表2所示：

表2

从上述表1以及表2可以看出，不同的候选数量在合并后的累加值基本上和对应的候选数量值呈正比关系，因此，可以根据表1和表2中所述的累加幅度值对直达径位置判定值进行判定和比较。

还需要说明的是，接收机在接收到第一测距消息之后，会记录下相关的时间戳信息，并且将这些时间戳信息通过第一响应消息反馈给发射机，从而使得发射机根据这些时间戳信息计算飞行时间进而获得测距结果。上述内容可以参见UWB系统的常规测距方案，本发明实施例对此不做赘述。此外，接收机在接收到第一测距消息之后，还可以通过对导频符号进行相关累加计算对直达径位置进行判定，从而获得直达径位置判定值P _FP，在本发明实施例中，接收机除了时间戳信息之外，还可以将本次测距过程所获得的直达径位置判定值P _FP承载于第一响应消息中向发射机反馈，使得发射机能够基于此确定下次测距过程所使用的导频符号数量。

对于图6所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量，包括：

当所述直达径位置判定值大于所述第一导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在所述候选数量中选取相邻于所述第一导频符号数量且小于所述第一导频符号数量的第一次待验证导频符号数量，利用所述第一次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第一次缩放判定值；比较所述第一次缩放判定值与所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小：相应于所述第一次缩放判定值小于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则将所述第一次待验证导频符号数量作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；相应于所述第一次缩放判定值大于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在所述候选数量中选取相邻于所述第一次待验证导频符号数量且小于所述第一次待验证导频符号数量的第二次待验证导频符号数量，利用所述第二次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第二次缩放判定值；比较所述第二次缩放判定值与所述第二次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小，直至第i次缩放判定值小于第i次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值；

当所述直达径位置判定值小于所述第一导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在所述候选数量中选取相邻于所述第一导频符号数量且大于所述第一导频符号数量的第一次待验证导频符号数量，利用所述第一次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第一次缩放判定值；比较所述第一次缩放判定值与所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小：相应于所述第一次缩放判定值大于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则将所述第一次待验证导频符号数量作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；相应于所述第一次缩放判定值小于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在所述候选数量中选取相邻于所述第一次待验证导频符号数量且大于所述第一次待验证导频符号数量的第二次待验证导频符号数量，利用所述第二次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第二次缩放判定值；比较所述第二次缩放判定值与所述第二次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小，直至第i次缩放判定值大于第i次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值。

基于上述实现方式，在一些示例中，所述预设的导频符号的候选数量为N且按照数值大小升序排列，所述方法还包括：

当所述直达径位置判定值大于所述第一导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，若第i次缩放判定值大于第二个候选数量对应的导频符号累加幅度阈值，则将最小的候选数量作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；

当所述直达径位置判定值小于所述第一导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，若第i次缩放判定值小于倒数第二个候选数量对应的导频符号累加幅度阈值，则将最大的候选数量作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量。

对于上述实现方式及其示例，详细来说，结合前述示例，发射机从接收到的第一响应消息中获得直达径位置判定值P _FP，设定发射机发送第一测距消息所使用的导频符号数量为64，结合表1或表2，导频符号数量为64时对应的导频符号累加幅度阈值为T3。

一方面，如果P _FP≥T3，说明第一测距消息所使用的导频符号数量较多，需要减少发送第二测距消息时所使用的导频符号数量，首先选择表1或表2中小于64且与64相邻的待验证导频符号数量48，通过

对直达径位置判定值P _FP进行缩放之后，比较

与T2的大小，其中，T2表示导频符号数量为48时对应的导频符号累加幅度阈值；如果

<T2，则说明第二测距消息时所使用的导频符号数量为48是较为合适的；否则，则继续选择表1或表2中小于48且与48相邻的待验证导频符号数量32，并通过

对直达径位置判定值P _FP进行缩放之后，比较

与T1的大小，其中，T1表示导频符号数量为32时对应的导频符号累加幅度阈值；如果

<T1，则说明第二测距消息时所使用的导频符号数量为32是较为合适的；否则，由于32是所有候选数量中倒数第二小的数值，因此，第二测距消息时所使用的导频符号数量选择为16。

另一方面，如果P _FP<T3，可以认为第一测距消息所使用的导频符号数量64是较为合适的，但是基于提高性能考虑，可以适当增加导频符号数量。举例来说，首先选择表1或表2中大于64且与64相邻的待验证导频符号数量80，通过

对直达径位置判定值P _FP进行缩放之后，比较

与T4的大小，其中，T4表示导频符号数量为80时对应的导频符号累加幅度阈值；如果

≥T4，则说明相较于64，第二测距消息时所使用的导频符号数量为80,更为合适的；否则，则继续选择表1或表2中大于80且与80相邻的待验证导频符号数量96，并通过

对直达径位置判定值P _FP进行缩放之后，比较

与T5的大小，其中，T5表示导频符号数量为96时对应的导频符号累加幅度阈值；如果

≥T5，则说明相较于64，第二测距消息时所使用的导频符号数量为96更为合适；否则，继续从候选数量中进行选择，并对直达径位置判定值按照前述内容进行缩放后与相应被选择的候选数量对应的导频符号累加幅度阈值进行比较，直至最后比较

与T12之间的大小，其中，T12表示导频符号数量为2048时对应的导频符号累加幅度阈值；如果

≥T12，则说明相较于64，第二测距消息时所使用的导频符号数量为2048更为合适；否则，由于2048属于候选数量中第二大的数值，因此，第二测距消息时所使用的导频符号数量将选择为4096。

根据所述第一响应消息获取本次测距结果；

若本次测距结果与前次测距结果之间的差值大于设定的差值阈值，则将预设的导频符号的候选数量中的最大值作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量。

对于上述实现方式，发射机再根据时间戳信息计算获得测距结果后，将会保存每次测距结果；并且将本次测距结果与前次测距结果进行比较；若两个结果之间的差值大于设定的阈值，比如60cm，则说明在本次测距时，FP位置上已经没有收到任何能量了，因此，在下次测距时，将会采用最大的导频符号数量4096来发送测距消息。

需要说明的是，发射机在每次测距过程中所使用的导频符号数量并不固定，而是每次都能基于前次测距过程的直达径位置判定值而选择更为优化的导频符号数量；可以理解地，发射机每次选择更为优化的导频符号数量并向接收机发送测距消息之后，接收机会相应采用其接收到的测距消息所使用的导频符号数量向发射机反馈响应消息。从而能够在保证测距性能的前提下避免不必要的功率浪费，将测距性能和功耗维持在一个较好的平衡上。

结合前述技术方案及实现方式和示例的阐述，在具体实施过程中，导频符号的候选数量共N个，比如N=13，就表示一共有13个导频符号的候选数量；其每个候选数量由小至大依次被标识为TB[0]、TB[1]、TB[2]、……、TB[N-2]、TB[N-1]；各候选数量对应的导频符号累加幅度阈值分别对应被标识为：T[0]、T[1]、T[2]、……、T[N-2]、T[N-1]；在本次测距过程中，发射机利用候选数量中的第i个导频符号数量向接收机发送第一测距消息，其中，0≤i≤N-1；并从接收机接收相应于第一测距消息的第一响应消息；第一响应消息中包括有时间戳信息以及接收机通过计算获得的直达径位置判定值P _FP；在接收到第一响应消息之后，发射机将依照前述实现方式选择下次测距过程所采用的导频符号数量，具体如图9所示：

S91：根据接收到时间戳信息进行测距计算，获得本次测距结果，并计算本次测距结果与前次测距结果之间的测距结果差值；

S92：判断测距结果差值与设定的差值阈值（比如60cm）的大小：

若测距结果差值大于差值阈值，则转至S93：确定第二测距消息所采用的导频符号数量为候选数量中的最大值，即标识为TB[N-1]的候选数量；否则，转至S94：比较直达径位置判定值P _FP与第i个导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值Ti之间的大小：

若P _FP≥Ti，则转至S951：设置j=i-1，并将第j个导频符号数量作为待验证的导频符号数量；

S952：比较P _FP×TB[j]/TB[i]与T[j]之间的大小：

若P _FP×TB[j]/TB[i]＜T[j]，则转至S953：确定第二测距消息所采用的导频符号数量为TB[j]所表示的候选数量；

否则，转至S954：判断j是否为1；

若是，则转至S955：确定第二测距消息所采用的导频符号数量为TB[0]所表示的候选数量；否则，转至S956：利用j=j-1更新j之后，跳至S952继续比较P _FP×TB[j]/TB[i]与T[j]之间的大小，直至P _FP×TB[j]/TB[i]＜T[j]或者j为1。

若P _FP<Ti，则转至S961：设置j=i+1，并将第j个导频符号数量作为待验证的导频符号数量；

S962：比较P _FP×TB[j]/TB[i]与T[j]之间的大小：

若P _FP×TB[j]/TB[i]≥T[j]，则转至S963：确定第二测距消息所采用的导频符号数量为TB[j]所表示的候选数量；

否则，转至S964：判断j是否为N-2；

若是，则转至S965：确定第二测距消息所采用的导频符号数量为TB[N-1]所表示的候选数量；否则，转至S966：利用j=j+1更新j；并跳至S962继续比较P _FP×TB[j]/TB[i]与T[j]之间的大小，直至P _FP×TB[j]/TB[i]≥T[j]或者j为1。

可以理解地，发射机在每次测距过程发送测距消息之后，均可以确定较为优选的导频符号数量，并且该导频符号数量可以通过测距消息向接收机发送，从而也能够使得接收机在接收到测距消息之后，按照优选的导频符号数量向发射机反馈响应消息。本发明实施例对此不再赘述。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图10，其示出了本发明实施例提供的一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，该方法可以应用于前述阐述内容中所提及的接收机，所述方法可以包括：

S1001：接收测距消息；

S1002：基于所述测距消息内导频域中导频符号的相关累加值确定直达径位置，获得直达径位置判定值；

S1003：将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量。

通过图10所述的技术方案，接收机在接收到测距消息之后，可以对测距消息内导频域中的导频符号进行相关累加，并从中获得直达径位置判定值；通过将该直达径位置判定值借助测距消息向发射机反馈之后，使得发射机在下次发送测距消息时，依据该直达径位置判定值确定所使用的导频符号数量。避免发射机使用固定数量的导频符号进行信息交互，从而在保证测距性能的前提下，保证性能与功耗的平衡。

对于图10所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述测距消息内导频域中导频符号的相关累加值确定直达径位置，获得直达径位置判定值，包括：

针对导频域内的每个导频符号，根据预设的导频序列获取每个导频符号中各元素的相关值；

将所有导频符号处于对应位置的元素的相关值进行累加，获得导频符号中各位置的相关累加值；

基于所述相关累加值以及设定的门限值确定所述直达径位置判定值。

基于上述实现方式，在一些示例中，所述基于所述相关累加值以及设定的门限值确定所述直达径位置判定值，包括：

在所述相关累加值中，将首个大于所述门限值的相关累加值对应的位置确定为待判定位置；

将所述待判定位置以及所述待判定位置后的连续两个相关累加值对应的位置进行加权合并，得到所述直达径位置判定值。

针对上述实现方式及其示例，具体来说，设定导频域内的导频符号数量为L；每个导频符号均包括M个元素，每两个导频序列元素之间有K-1个0，导频序列C的长度为N，则有M=N×K。基于此，定义为接收信号的导频域中第

个导频符号的信息，则将每隔K个元素所取出的值

就是第f个导频符号的信息中与所述导频序列C对应的信息，则有单个导频符号内的自相关检测结果为：

其中，*表示卷积运算符。

接着，将把所有L个导频符号上对应元素位置处的相关结果累加，得到

对H _i按照从0到M-1的顺序画出幅度统计值图11所示，图11中的横坐标是从0到M-1的指示值，纵坐标是H _i的幅度，每一个黑点就是实际采样值。实际判断FP的时候是先定义一个如图11中与横轴平行的虚线所示的门限值(可以软件配置)，从左到右搜索且第一个大于门限值的点对应为待判定位置，可被标识为FP，其对应的指示值为FP_idx，其时间就是计算距离需要的时间戳TS；并且定义在FP后的一个位置是FP1，在FP后的第二个位置是FP2。而图11中，所有接收径信道传播的信号的功率最大值Peak对应的PP位置的指示值为Peak_idx。

然后，根据图11的指示，接收机统计FP、FP1和FP2这三个位置的对应的幅度值A _FP，A _FP1和A _FP2；

最后，根据下式对A _FP，A _FP1和A _FP2进行加权合并得到FP处近似判定值，即直达径位置判定值为：

其中，a,b,c对应就是加权系数，在具体实施过程中可以根据发送脉冲的不同形状定义不同的值；本发明实施例不做赘述。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图12，其示出了本发明实施例提供的一种发射机202的示例性地的组成结构，该发射机202可以包括：发送部分1201、第一接收部分1202、获取部分1203和选择部分1204；其中，

所述发送部分1201，经配置为根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

所述第一接收部分1202，经配置为接收由所述接收机针对所述第一测距消息反馈的第一响应消息；

所述获取部分1203，经配置为从所述第一响应消息中获取所述接收机基于所述第一测距消息判定所得到的直达径位置判定值；

所述选择部分1204，经配置为基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；

所述发送部分1201，还经配置为基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息。

在一些示例中，所述发送部分1201，经配置为：

根据预设的初始导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

在一些示例中，所述选择部分1204，还经配置为：

在一些示例中，所述选择部分1204，经配置为：

在一些示例中，所述预设的导频符号的候选数量为N且按照数值大小升序排列；相应地，所述选择部分1204，还经配置为：：

在一些示例中，所述选择部分1204，还经配置为：

根据所述第一响应消息获取本次测距结果；

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图13，其示出了本发明实施例提供的一种接收机206的示例性地的组成结构，该接收机206可以包括：第二接收部分1301、直达径位置获取部分1302和反馈部分1303；其中，

所述第二接收部分1301，经配置为接收测距消息；

所述直达径位置获取部分1302，经配置为基于所述测距消息内导频域中导频符号的相关累加值确定直达径位置，获得直达径位置判定值；

所述反馈部分1303，经配置为：将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量。

在一些示例中，所述直达径位置获取部分1302，经配置为：

可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或processor（处理器）执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于UWB系统的自适应导频符号发送程序，所述基于UWB系统的自适应导频符号发送程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中如图6或者图10所示出的基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。

根据上述如图12或图13所示出的发射机202或者接收机206以及计算机存储介质，参见图14，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述如图12或图13所示出的发射机202或者接收机206的计算设备140的具体硬件结构，该计算设备140可以为无线装置、移动或蜂窝电话（包含所谓的智能电话）、个人数字助理（PDA）、视频游戏控制台（包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元）、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器，等。计算设备140包括：通信接口1401，存储器1402和处理器1403；各个组件通过总线系统1404耦合在一起。可理解，总线系统1404用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1404除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图14中将各种总线都标为总线系统1404。其中，

所述通信接口1401，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

所述存储器1402，用于存储能够在所述处理器1403上运行的计算机程序；

所述处理器1403，用于在运行所述计算机程序时，执行上述技术方案中如图6或者图10所示出的基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。

可以理解，本发明实施例中的存储器1402可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器 (Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DoubleData Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1402旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器1403可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1403中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1403可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1402，处理器1403读取存储器1402中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等) 来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

可以理解地，上述如图12或图13所示出的发射机202或者接收机206以及计算设备140的示例性技术方案，与前述图6或者图10所示出的基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤的技术方案属于同一构思，因此，上述对于如图12或图13所示出的发射机202或者接收机206以及计算设备140的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见前述图6或者图10所示出的基于UWB系统的自适应导频符号发送方法的技术方案的描述。本发明实施例对此不做赘述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，其特征在于，所述方法应用于发射机，所述方法包括：

根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息；

其中，所述基于所述直达径位置判定值以及预设的导频符号的候选数量与导频符号累加幅度阈值之间的对应关系，从所述导频符号的候选数量中选择用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一导频符号数量向接收机发送第一测距消息，包括：

根据预设的初始导频符号数量向接收机发送第一测距消息；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的导频符号的候选数量为N且按照数值大小升序排列；相应地，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第一响应消息获取本次测距结果；

6.一种基于UWB系统的自适应导频符号发送方法，其特征在于，所述方法应用于接收机，所述方法包括：

接收测距消息；

将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量；

并且，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量，包括：

当所述直达径位置判定值大于第一导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在预设的导频符号的候选数量中选取相邻于所述第一导频符号数量且小于所述第一导频符号数量的第一次待验证导频符号数量，利用所述第一次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第一次缩放判定值；比较所述第一次缩放判定值与所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小：相应于所述第一次缩放判定值小于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则将所述第一次待验证导频符号数量作为用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量；相应于所述第一次缩放判定值大于所述第一次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值，则在所述候选数量中选取相邻于所述第一次待验证导频符号数量且小于所述第一次待验证导频符号数量的第二次待验证导频符号数量，利用所述第二次待验证导频符号数量以及所述第一导频符号数量对所述直达径位置判定值进行缩放之后获得第二次缩放判定值；比较所述第二次缩放判定值与所述第二次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值的大小，直至第i次缩放判定值小于第i次待验证导频符号数量对应的导频符号累加幅度阈值；

7.一种发射机，其特征在于，所述发射机包括：发送部分、第一接收部分、获取部分和选择部分；其中，

所述发送部分，还经配置为基于所述用于发送第二测距消息所使用的导频符号数量向所述接收机发送所述第二测距消息；

其中，所述选择部分，经配置为：

8.一种接收机，其特征在于，所述接收机包括：第二接收部分、直达径位置获取部分和反馈部分；其中，

所述第二接收部分，经配置为接收测距消息；

所述反馈部分，经配置为：将所述直达径位置判定值承载于针对所述测距消息的响应消息中，将承载有所述直达径位置判定值的响应消息反馈至发射机；其中，所述直达径位置判定值用于为所述发射机在发送下次测距消息时确定导频符号数量；

9.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至5任一项，或者权利要求6所述基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有基于UWB系统的自适应导频符号发送程序，所述基于UWB系统的自适应导频符号发送程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至5任一项或者权利要求6所述基于UWB系统的自适应导频符号发送方法步骤。