CN115484012A - Uwb测距内的数据传送 - Google Patents

Abstract

公开用于控制器在超宽带UWB测距期间与受控器交换数据的方法，所述UWB测距具有由来自所述控制器的周期性信标发送限定的信标间隔，其中每个信标间隔包括信标发送和测距周期，所述方法包括：通过发送数据控制信息元素，调适来自所述控制器的所述信标发送以使后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途，以及在改换用途的一个或多个时隙期间进行发送所述数据或接收所述数据中的一者。还公开用于所述受控器的方法和系统，以及对应的控制器和受控器。

Description

UWB测距内的数据传送

技术领域

本公开涉及超宽带UWB测距。更具体地说，本公开涉及允许UWB测距期间的数据传送的方法。

背景技术

超宽带UWB无线电，也称作脉冲无线电，在用于确定两个装置之间的距离方面正变得越来越受关注。此类确定通常被称作UWB测距。已开发了各种方法和协议来实施UWB测距；所述方法和协议大体上涉及确定两个装置之间的UWB无线电发送的飞行时间；通常，这使用“到达和返回(there and back)”技术来实现，该技术可允许两个装置的时钟之间的差异。已开发并且正在开发例如802.15.4z等协议，以标准化此类UWB测距。通常，测距协议包括将第一装置分配为控制器且将第二装置分配为受控器。控制器在周期性间隔的开始处发送测距信标，所述周期性间隔被称为信标间隔。尽管IEEE 802.15.4z协议允许各种选项，但一般来说，测距信标后跟着两个子间隔，分别称为测距管理周期或RMP以及测距周期RP。尽管协议提供了一些与测距相关的消息进行传送，例如测距控制消息、测距发起消息、测距响应消息，所有这些都如IEEE802.15.4z-2020标准规范第6.9.7节多模测距中所定义，但通常不提供装置之间不受限制的数据传送。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种用于控制器在超宽带UWB测距期间与受控器交换数据的方法，所述UWB测距具有由来自所述控制器的周期性信标发送限定的信标间隔，其中每个信标间隔包括信标发送和测距周期，

所述方法包括：通过发送数据控制信息元素，调适来自所述控制器的所述信标发送以使后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途，以及在改换用途的一个或多个时隙期间进行发送所述数据或接收所述数据中的一者。因此，根据这一方面，所述方法可完全实施于控制器内。本公开扩展到在控制器和受控器之间实施的对应方法，因此包括由受控器接收数据，以及将搜索控制信息元素接收为调适的信标发送的部分。通过将一个或多个时隙重新聚焦或重新分配在一个测距轮次内，尤其是在无争用周期内，所述方法允许在测距活动内传送数据，而不必中断测距或提供冲突的发送。

在一个或多个实施例中，后续测距周期与信标发送在同一信标间隔内。因此，可在控制器通知数据正等待传送之后迅速地传送数据。数据可在单个信标间隔中传送，或者，尤其对于较大量的数据，可在多个信标间隔中传送。

在一个或多个实施例中，数据交换是从控制器到受控器的数据传送，并且所述方法包括由控制器发送数据。本公开还涵盖的对应方法包括由受控器接收数据。

在一个或多个其它实施例中，数据交换是从受控器到控制器的数据传送，并且所述方法包括接收数据，其中每个信标间隔还包括测距管理周期，所述方法还包括控制器在前一信标间隔内的测距管理周期期间接收数据请求信息元素，其中控制器在接收到数据请求之后的第一信标发送期间发送数据控制信息元素。此类方法使得受控器能够向控制器提供所述受控器具有等待传送的数据的通知。

在一个或多个此类实施例中，所述测距管理周期包括争用接入周期和无争用周期，并且所述数据请求信息元素是在所述争用接入周期期间接收到的。

在一个或多个实施例中，所述数据请求信息元素指示数据传送所需的时隙数目。数据传送所需的时隙数目可对应于待传送的全部数据。所需的时隙数目可小于、等于或大于可由控制器获得的单个广播间隔中的时隙数目。后续测距无争用周期可在紧接在后的信标间隔内，因此提供迅速的数据传送。数据可完全在信标间隔内传送，或者，尤其对于较大量的数据，所述数据可在多个信标间隔中传送。

根据一个或多个实施例，数据控制信息元素包括：用于数据传送的起始时隙的指示，以及用于数据传送的时隙数目的指示。用于传送的起始时隙可指特定无争用周期内的时隙号，所述时隙号可以是预定的或可被包括为数据控制信息元素的单独部分。所述起始时隙可涉及信标间隔的开始。

在一个或多个实施例中，数据控制信息元素还包括：受控器的地址，以及控制器与受控器之间的数据传送方向的指示。在控制器同时与多个受控器通信或能够与多个受控器通信的情况下，例如当有多个装置存在时，提供受控器的地址可能有用。

在一个或多个实施例中，所述方法还包括分配每个后续信标间隔内的测距无争用周期中与改换用途的一个或多个时隙对应的时隙以用于传送数据。这特别适用于可能无法在单个信标间隔内传送的较大体量的数据的传送。在后续测距无争用周期或测距周期中的对应时隙也被分配有状态传送的前提下，可高效地传送更大量的数据。应了解，数据控制信息元素可实现时隙的解除分配，使得在解除分配之后的未来信标间隔中，时隙可供用于测距轮次。

在一个或多个实施例中，所述方法包括响应于在改换用途的一个或多个时隙期间发送数据或接收数据中的一者，分别接收或发送确认。可预先建立确认策略以便确定是否确认接收状态，以及在确认接收状态的情况下如何进行确认。具体地说，分别接收或发送确认可在所述一个或多个时隙内。因此，确认可以是即时的并且在同一时隙内。或者，可建立增强型确认，据此，确认的定时是预定的而未必是即时的。增强型确认可提供跨多个时隙的片段化数据发送，并且甚至可提供跨越多个信标间隔的数据发送。

根据本公开的第二方面，提供一种UWB控制器，其被配置成用于在各自包括信标发送和后续测距周期的周期性信标间隔期间通过发送所述信标发送以及在后续测距周期期间发送和接收测距通信来进行超宽带UWB测距，所述控制器被配置成通过以下操作来向受控器传送数据：调适所述信标发送以使所述后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途，以及在改换用途的一个或多个时隙期间传送所述数据。

在一个或多个实施例中，控制器被配置成通过包括数据控制信息元素来调适信标发送。传送所述数据可包括发送所述数据和接收所述数据中的一者。在一个或多个实施例中，传送所述数据包括接收所述数据，并且所述控制器还被配置成在前一信标间隔内的测距管理周期期间接收数据请求信息元素。

根据本公开的又一方面，提供一种UWB受控器，其被配置成用于在各自包括信标发送和后续测距周期的周期性信标间隔期间通过接收所述信标发送以及在后续测距周期期间发送和接收测距通信来进行超宽带UWB测距，所述受控器被配置成通过以下操作来传送往来于控制器的数据：接收已经过调适以使后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途的信标发送，以及在改换用途的一个或多个时隙期间接收或发送所述数据。

在一个或多个实施例中，受控器被配置成接收包括数据控制信息元素的信标发送。传送所述数据可包括发送所述数据和接收所述数据中的一者。在一个或多个实施例中，传送所述数据包括发送所述数据，并且所述受控器还被配置成在前一信标间隔内的测距管理周期期间发送数据请求信息元素，以便向控制器指示所述受控器具有等待传送的数据。

可提供一种计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时使所述计算机配置包括本文公开的电路、控制器、传感器、滤波器或装置的任何设备，或执行本文公开的任何方法。所述计算机程序可以是软件实施方案，并且所述计算机可被视为任何适当的硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及在只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中的实施方案，这些都是非限制性例子。软件实施方案可以是汇编程序。

计算机程序可提供在计算机可读介质上，所述计算机可读介质可以是例如磁盘或存储器装置的物理计算机可读介质，或可体现为另一非暂时性信号。

本发明的这些方面和其它方面将从下文描述的实施例中显而易见，并且所述方面将参考所述实施例来阐明。

附图说明

将仅借助于例子参考图式描述实施例，其中图1A、1B、1C、1D和1E示意性地示出在用于UWB测距的信标间隔内的时间或时隙分配的各种配置；

图2A、2B、2C和2D示意性地示出在图1A到1E中所描绘的测距管理周期130内的时间或时隙分配的各种配置；

图3A、3B和3C示意性地示出根据常规UWB测距的在图1A到1E中所描绘的测距周期140内的时间或时隙分配的各种配置；

图4A、4B和4C示意性地示出根据本公开的一个或多个实施例的在图1A到1E中所描绘的测距周期140内的时间或时隙分配的各种配置；

图5示出数据控制信息元素的示例位分配；

图6示出数据请求信息元素的示例位分配；

图7示出根据本公开的一个或多个实施例的方法的流程图；以及

图8示出根据一个或多个其它实施例的另一方法的流程图。

应注意，各图是图解性的，并未按比例绘制。为在图中清楚和便利起见，这些图的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或减小而示出。相同的附图标记一般用于指代修改后且不同的实施例中的对应的或类似的特征。

具体实施方式

图1A到1E以示意性形式示出根据协议下允许的各种选项的根据IEEE 802.15.4的UWB测距的整体结构。考虑第一图1A，此图示出具有以信标间隔BI 110周期性地重复的信标B 120的通信结构。在每个信标间隔110中，信标120后跟着测距管理周期RMP 130，然后是测距周期140。如图1A中所示，测距管理周期连同消息接发周期一起可填充连续信标120之间的完整时间间隔。

图1B示出与图1A中的结构类似的结构，也就是说，以信标120开始、后跟着测距管理周期130和测距周期140的信标间隔BI 110，所述信标120、测距管理周期130和测距周期140一起出售整个信标间隔110。然而，在此例子中，测距管理周期130短于图1A的例子中示出的测距管理周期，这继而留下可用于测距周期140的测距间隔的更多部分。更长的测距周期140可提供更多的测距轮次。

图1C示出用于测距的第三可能结构。在此例子中，不存在测距管理周期130，这给测距周期140留下最多的可能时间。应了解，完全省略测距管理周期130会限制控制件或受控器之间的通信类型，使得图1C中的例子通常仅在特定情形中应用，例如仅限于测距。

尽管在图1A、1B和1C中示出的例子中，测距管理周期130和测距周期140占据信标120之间的完整时间间隔，但这并非是强制性的。图1D中示出测距管理周期130和测距周期140未填充完整时间的例子。在此例子中，测距管理周期130紧跟在信标之后，而自身后由测距周期140紧跟。然而，在测距周期140结束处，在下一测距信标之前存在间隙150。

最后，图1E示出信标间隔110可划分成有限数目的时隙105，所述时隙105通常被称作“测距时隙”。根据协议，在至少测距周期中，时隙105可被视为数据或时间的单个单元，并且具有“RSTU”(测距调度时间单元)的整数倍数的持续时间，所述RSTU是UWB测距中使用的基本时间单元。“时隙”或“测距时隙”说明UWB包的持续时间以及装置所需的处理时间。由于UWB包的长度根据PHY(物理层)帧格式的配置(例如前导码长度、数据速率、时隙持续时间)而改变，此外，由于处理时间因装置不同而改变，因此可在信令阶段或通过带外方式在装置之间商定时隙长度。时隙长度应为RSTU的整数倍数。信标120、测距管理周期130和测距周期140中的每一者占据多个数目的时隙。如图1A到1D中所示，在此实例中，仅出于说明性目的将信标示为占据4个时隙；在实践中，信标可通常具有几十秒时隙的持续时间。如将相对于图2和3更详细地示出，测距管理周期130和测距周期140中的每一者可被分解成子间隔，每个子间隔还占据整数数目的时隙。

例如信标发送等个别发送的内容一般根据例如IEEE 802.15.4等国际上协定的标准确定，并且包括根据所述标准确定的一个或多个所谓的“信息元素”。这些信息元素的次序和序列一般由所述标准确定。

现转而参看图2A到2D，这些图示出信标间隔110内的测距管理周期130的潜在配置。在图2A处，将测距管理周期示为单个单元；图2B到2D示出测距消息周期的内部配置的各种选项。测距管理周期包括一个或多个所谓的“争用接入周期”CAP，也称为测距争用接入周期RCAP210，每个争用接入周期后面跟着“无争用周期”CFP，也称为测距无争用周期RCFP220。一般来说，每个争用接入周期后跟着对应的无争用周期。如图2B的配置中所示，每对争用接入周期210和无争用周期220可各自具有相同持续时间，并且每对CAP和CFP可具有相同持续时间。在替代性配置中，例如图2C中所示的配置，CAP周期210可具有与每一对内的CFP周期220不同的持续时间，但这些持续时间可在多对中重复。此外，如图2D中所示，CAP周期210、CFP周期220的持续时间可不同，并且各对的持续时间可不同，例如示出42对。熟悉UWB协议的本领域的技术人员应了解，也不排除其它可能性。

现转而参看图3A到3C，这些图示出测距周期140的可能配置。如图3A处所示，测距周期140可能不占据测距管理周期130的结束与后续信标120之间的整个间隙。或者，如图3C中的情况，测距周期140可占据整个间隙。图3B示出包括两个测距轮次RR 320的测距周期140。每个测距轮次320包括分配给测距控制消息140的第一部分，接着是第二部分350，在所述第二部分期间，可由控制器和更多个受控器中的一者进行发送以实施测距。这些发送的精确配置将是本领域的技术人员所熟悉的，但其对本公开不具有意义，且因此将不在本文中进一步考虑。

图4A和4B示出根据本公开的实施例，其中一个或多个测距轮次替换为410处所示的数据传送时隙。如将在下文更详细地描述，在数据传送时隙410中实施的数据传送可从控制器到受控器或从受控器到控制器；无论数据传送的方向如何，共同的事实是：测距轮次320替换为数据传送。

如已经提及，用于UWB测距的现有方法一般不允许不受限制的数据传送。应了解，如本文所使用，在涉及不是测距过程的部分的任何信息的意义上使用“数据”。也就是说，数据可排除控制信息并控制用于测距过程本身的消息接发、用于测距的测距密码密钥、时间戳信息等。

如图4A中所示，数据传送时隙410可先于测距轮次320。或者，图4B中所示，数据传送时隙410可跟着一个或多个测距轮次320。此外，数据传送时隙410可后跟着一个或多个另外的测距轮次320。如图4A和图4B中所示，对应于数据传送间隔中的时隙数目的数据传送间隔的持续时间可等于包括测距控制消息140的测距轮次所需的时隙数目。或者，如图4C中所示，数据传送间隔的持续时间可长于测距轮次320；也就是说，所述持续时间可具有比测距轮次320更多的时隙。或者，数据传送间隔的持续时间可短于测距轮次320；也就是说，所述持续时间可具有比测距轮次320少的时隙。

因此，根据本公开，数据在一个或多个改换用途的时隙期间传送。

在数据传送之前，控制器或受控器均需要意识到原本用于测距轮次的一个或多个时隙将可供用于数据传送。为了确保这种情况的发生，控制器和受控器中的一者在信标发送(来自控制器)和在所述信标发送之后并且在测距周期之前的测距管理周期内的争用接入周期(来自受控器)中的相应一者期间调适消息接发，以使后续测距无争用周期中的一个或多个时隙改换用途以用于传送数据。

现将更详细地描述这一点，首先考虑数据传送是从控制器到受控器的情况，接着考虑数据传送是从受控器到控制器的情况。

数据从控制器传送到受控器的情况原则上更简单，因为控制器能够分配测距周期中的时隙。在常规测距系统中，控制器将测距周期内的时隙分配到特定测距轮次。在本公开的实施例中，控制器将时隙分配给数据传送，并且使用可被称为“数据控制信息元素”的信息元素将此信息供应到受控器。数据控制信息元素500可采用图5中所示的格式。具体地说，该格式指定“地址”510为待接收控制信息的装置的地址，在此情况下，所述装置将是用于接收数据传送的受控器；该格式指示“起始RCFP时隙”520，也就是说，关于信标间隔的开始的时隙号。此外，该格式指示“时隙数目”530，也就是说，数据传送所需的时隙数目；该格式还指示方向540，上行链路或是下行链路：在从控制器到受控器的数据传送的情况下，所述方向是下行链路；最后，该格式指示“模式”550，分配或是解除分配：这使得数据控制信息元素能够给数据传送分配时隙，而且还在不再需要数据传送时延迟分配时隙。

图5还指示根据一个实施例的数据控制信息元素的每个组成部分所需的位数或八位字节数。应了解，在其它实施例中，不同数目的位或八位字节可适用于数据控制信息元素中的一个或多个组成部分。在图5中所示的实施例中，接收方装置的地址占据三个八位字节515(数字0、2和8)；起始时隙520占据1个八位字节525(数字1)；时隙数目占据5个位535；并且方向和模式中的每一者可分别由单个位545和555指示。

现将限定“模式”：在数据传送从控制器到受控器的情况下，在信标间隔开始处的信标发送期间，此数据控制信息元素从控制器发送到受控器，也就是说，控制器在信标发送期间调适消息接发。并且如已经指示，指示方向的组成部分被设置成下行链路。一旦已发送数据控制信息元素，受控器将能够接收传送数据，即使在同一信标间隔期间也是如此。后续信标间隔期间的相应时隙也将预留给数据传送，也即分配给数据传送。通过提供“模式”位550，可在数据传送完成后通过在数据传送完成之后的信标发送中发送其中模式位550设置为“解除分配”的对应接入控制信息元素来针对未来信标间隔解除分配时隙。

数据控制信息元素包括指示数据传送方向的位540：可使用相同数据控制信息元素以便发起从受控器到控制件的数据传送，将此位设置为“上行链路”。然而，在从受控器到控制器的数据传送的情况下，受控器必须向控制器传达需要进行数据传送，以便使控制器将数据控制信息元素作为信标发送的部分发送。

受控器在通常在信标间隔110内的RP 140之前RMP 130内传达数据传送请求。根据一个或多个实施例，这可借助于可被称为数据请求信息元素的另一信息元素来执行。因此，受控器在信标发送之后并在RP之前在RMP内的争用接入周期CAP期间发送数据请求信息元素。

数据请求信息元素600可采用图6中所示的格式。具体地说，该格式可包括指示“预留供未来使用”RFU 610的单个位605，并且可使用另一位645指示方向640。数据请求信息元素600包括数据传送所需的时隙数目630的指示，其可为5位组成部分635。最后，数据请求信息元素600包括指示模式620的另一位625，类似于在数据控制信息元素中的模式，所述模式620可为分配或解除分配。分配用于发起不确定数目的后续信标间隔中的数据时隙分配或多个数据时隙分配；解除分配用作终止符以从数据传送解除分配时隙或多个时隙，因此释放所述时隙以用于额外测距轮次，直到或除非所述时隙被重新分配以用于进一步发起新的上行链路或下行链路数据传送会话。

如已指示，从受控器到控制器的数据请求信息元素发送发生在信标间隔510内的测距周期540之前的测距管理周期RMP 530期间。然而，应了解，这紧接在后的测距周期540将不可用于数据传送，因为该信标间隔中没有时隙分配给数据传送，并且直到其间控制器发送数据控制信息元素500的后续信标间隔中才会发生测距周期用于数据传送。

现在考虑图7和8，图7示出根据本公开的一个或多个实施例的方法700的流程图。在第一步骤720中，修改信标发送。具体地说，根据所述方法，来自第一控制器的信标发送被调适以使后续测距周期(也就是说，在信标发送之后的测距周期)中的一个或多个时隙改换用途。在第二步骤中，数据在改换用途的一个或多个时隙期间传送到受控器。因此，根据图7的方法提供从控制器到受控器的数据传送。图8示出提供从受控器到控制器的传送的对应方法800。此方法的步骤820和830对应于先前方法的步骤720和730；也就是说，在步骤820中，来自控制器的信标发送被调适以使后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途；类似地，步骤830包括在改换用途的一个或多个时隙期间将数据传送到受控器。然而，如上文所论述，在调适信标发送之前，控制器必须意识到受控器具有待传送的数据。因此，根据图8的方法，步骤820之前是步骤810，其中控制器在步骤820的信标发送之前的信标间隔内的测距管理期间接收数据请求信息元素。在争用接入周期期间，由控制器接收的数据请求由受控器发送并且由控制器接收。

任选地，所述方法可包括确认传送的数据的接收。具体地说，可建立策略以便确定是否需要对数据包的确认以及如果需要则应如何实现此类确认。例如，在第一模式模式1中，可能立即需要确认。在此类实施例中，在接收到数据帧的最后符号之后，在相同时隙AIFS(确认帧间间隔)中发送确认帧“ACK”。第二模式模式2可提供增强型确认，在所述增强型确认下，在由预定信息元素(例如下文提及的“ACK定时IE”)指定的时间处发送确认帧“ACK”。在第三模式模式3中，可提供块确认，其中测距无争用周期内多个单独数据帧的接收状态由此类预定信息元素指定的时间处发送的“增强型ACK”帧指示。方便地参考或标示为模式0的又一模式可规定：将不发送确认。

为了实施此类确认，可引入确认定时信息元素(“ACK定时IE”)。此类信息元素的一个例子可由未使用的单个位(“RFU”)、用于确定确认定时的5个位及用于指示确认策略的2个位组成，例如，以便确定将应用四个上述模式中的哪一者。

通过阅读本公开，对本领域的技术人员来说，其它变型和修改将显而易见。此类变型和修改可涉及在UWB测距的领域中已知的并且可代替或附加于本文所描述的特征而使用的等同和其它特征。

尽管所附权利要求书涉及特征的特定组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化形式，而不管其是否涉及当前在任何权利要求中要求的相同发明或其是否缓解与本发明所缓解的技术问题相同的任一或所有技术问题。

在单独实施例的上下文中描述的特征可组合提供于单个实施例中。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独提供或以任何适合的子组合的方式提供。申请人特此提醒，在审查本申请或由此衍生的任何另外的申请期间，可能会根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。

为完整性起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一(a或an)”不排除多个、单个处理器或其它单元可实现在权利要求中所述的若干构件的功能，且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种UWB控制器，其特征在于，被配置成用于在各自包括信标发送和后续测距周期的周期性信标间隔期间通过发送所述信标发送以及在所述后续测距周期期间发送和接收测距通信来进行超宽带UWB测距，所述控制器被配置成通过以下操作来向受控器传送数据：

调适所述信标发送以使所述后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途，以及

在改换用途的一个或多个时隙期间传送所述数据。

2.根据权利要求1所述的UWB控制器，其特征在于，所述控制器被配置成通过包括数据控制信息元素来调适所述信标发送。

3.根据权利要求1所述的UWB控制器，其特征在于，传送所述数据包括发送所述数据。

4.根据权利要求1所述的UWB控制器，其特征在于，传送所述数据包括接收所述数据。

5.根据权利要求4所述的UWB控制器，其特征在于，所述控制器还被配置成在前一信标间隔内的测距管理周期期间接收数据请求信息元素。

6.一种用于控制器与受控器之间在超宽带UWB测距期间交换数据的方法，其特征在于，所述UWB测距具有由来自所述控制器的周期性信标发送限定的信标间隔，其中每个信标间隔包括信标发送和后续测距周期，

所述方法包括：

调适来自所述控制器的所述信标发送，以使所述后续测距周期中的一个或多个时隙改换用途，

以及在改换用途的一个或多个时隙期间传送所述数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制器通过以下操作调适所述信标发送：

发送数据控制信息元素。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述后续测距周期在同一信标间隔内。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据交换是从所述控制器到所述受控器的数据传送。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括

分配后续信标间隔内的测距无争用周期中与改换用途的一个或多个时隙对应的时隙以用于传送数据。

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