JP2024516594A - A method for time synchronization and localization in mesh networks - Google Patents

A method for time synchronization and localization in mesh networks Download PDF

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Abstract

方法は、第1のノードによる第1の同期信号の伝送をスケジュールすることと、第2のノードによる第2の同期信号の伝送をスケジュールすることとを含む。この方法は、また、第1の同期信号の伝送後に、第1のノードから、第1の同期信号と関連付けられた第1の位相参照を受信することと、第2のノードから、第2のノードにおける第1の同期信号の第1の到着位相を受信することとを含む。この方法は、さらに、第2の同期信号の伝送後に、第2のノードから、第2の同期信号と関連付けられた第2の位相参照を受信することと、第1のノードから、第1のノードにおける第2の同期信号の第2の到着位相を受信することとを含む。この方法は、さらに、第1の位相参照、第2の位相参照、第1の到着位相、および第2の到着位相に基づいて第1のノードと第2のノードの間の伝搬遅延を計算することを含む。【選択図】図1AThe method includes scheduling transmission of a first synchronization signal by a first node and scheduling transmission of a second synchronization signal by a second node. The method also includes receiving from the first node a first phase reference associated with the first synchronization signal after transmission of the first synchronization signal, and receiving from the second node a first arrival phase of the first synchronization signal at the second node. The method further includes receiving from the second node a second phase reference associated with the second synchronization signal after transmission of the second synchronization signal, and receiving from the first node a second arrival phase of the second synchronization signal at the first node. The method further includes calculating a propagation delay between the first node and the second node based on the first phase reference, the second phase reference, the first arrival phase, and the second arrival phase.

Description

関連出願の相互参照
本願は、参照により各々の全体が組み込まれる、2021年4月21日出願の米国特許仮出願第63/177,805号の利益を主張する2021年6月3日出願の米国特許出願第17/338,543号の継続出願である。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation of U.S. Patent Application No. 17/338,543, filed June 3, 2021, which claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 63/177,805, filed April 21, 2021, each of which is incorporated by reference in its entirety.

本発明は、一般に、ネットワーキングおよびデジタル通信の分野に関し、さらに詳細には、ネットワーキングおよびデジタル通信の分野における時間同期および位置特定の新規の有用な方法に関する。 The present invention relates generally to the field of networking and digital communications, and more particularly to a novel and useful method of time synchronization and location determination in the field of networking and digital communications.

図1Aは、方法の流れ図である。図1Bは、方法の第1の変形形態の流れ図である。図1Cは、方法の第2の変形形態の流れ図である。図1Dは、方法の第3の変形形態の流れ図である。Figure 1A is a flow chart of the method, Figure 1B is a flow chart of a first variant of the method, Figure 1C is a flow chart of a second variant of the method, and Figure 1D is a flow chart of a third variant of the method. 図2は、メッシュネットワークの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a mesh network. 図3Aは、メッシュネットワーク内のノード対の概略図である。図3Bは、メッシュネットワーク内のノードの概略図である。図3Cは、ノードの自己受信ハードウェアの概略図である。Figure 3A is a schematic diagram of a node pair in a mesh network, Figure 3B is a schematic diagram of a node in a mesh network, and Figure 3C is a schematic diagram of a node's self-reception hardware. 図4Aは、同期スロット構造の概略図である。図4Bは、同期スロット構造の概略図である。4A and 4B are schematic diagrams of a synchronous slot structure; 図5Aは、同期信号の伝送および受信の流れ図である。図5Bは、自己受信信号の伝送および受信の流れ図である。5A and 5B are flow diagrams of the transmission and reception of a synchronization signal and a self-reception signal, respectively. 図6Aは、第2の方法の流れ図である。図6Bは、第2の方法の1つの変形形態の流れ図である。図6Cは、第2の方法の1つの変形形態の流れ図である。6A, 6B, and 6C are flow diagrams of a second method, a variation of the second method, and a variation of the second method, respectively.

以下の本発明の実施形態の説明は、本発明をこれらの実施形態に限定するためのものではなく、当業者が本発明を構成して使用することを可能にするためのものである。本明細書に記載される変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例は、任意選択であり、それらが説明する変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例に限られるわけではない。本明細書に記載される発明は、これらの変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例のいかなる組合せも全て含むことができる。 The following description of the embodiments of the present invention is not intended to limit the invention to these embodiments, but rather to enable those skilled in the art to make and use the invention. The variations, configurations, implementations, exemplary implementations, and examples described herein are optional and are not limited to the variations, configurations, implementations, exemplary implementations, and examples they describe. The invention described herein may include any and all combinations of these variations, configurations, implementations, exemplary implementations, and examples.

1.時間バイアスおよび/または伝搬遅延を特徴付ける方法
図1Aに示すように、ノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を特徴付ける方法S100は、ノード対のうちの第1のノードにおいて第1の同期スロット中に、ブロックS110Aで第1のノードの第1のクロックに従って第1の時点に第1の同期信号を伝送することと、ブロックS120Aで第1の同期信号を戻り結合して第1の自己受信信号を生成することと、ブロックS130Aで第1の自己受信信号を受信することと、ブロックS140Aで第1のクロックに従って第1の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックS150Aで第2のノードから第2の同期信号を受信することと、ブロックS160Aで第1のクロックに従って第2の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法S100は、また、第2のノードにおいて第1の同期スロット中に、ブロックS110Bで第2のノードの第2のクロックに従って第2の時点に第2の同期信号を伝送することと、ブロックS120Bで第2の同期信号を戻り結合して第2の自己受信信号を生成することと、ブロックS130Bで第2の自己受信信号を受信することと、ブロックS140Bで第2のクロックに従って第2の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックS150Bで第1のノードから第1の同期信号を受信することと、ブロックS160Bで第2のクロックに従って第1の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法S100は、ブロックS170で第2のノードにおいて、第1の自己受信信号の到着時間、第2の同期信号の到着時間、第2の自己受信信号の到着時間、および第1の同期信号の到着時間に基づいてノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することをさらに含む。
1. Methods for Characterizing Time Bias and/or Propagation Delay As shown in FIG. 1A, a method S100 for characterizing a time bias and propagation delay between a pair of nodes includes transmitting a first synchronization signal at a first node of the pair of nodes during a first synchronization slot at a first node at a first time according to a first clock of the first node in block S110A, combining back the first synchronization signal to generate a first self-received signal in block S120A, receiving the first self-received signal in block S130A, calculating a time of arrival of the first self-received signal according to the first clock in block S140A, receiving a second synchronization signal from a second node in block S150A, and calculating a time of arrival of the second synchronization signal according to the first clock in block S160A. Method S100 also includes transmitting a second synchronization signal at the second node during the first synchronization slot at a second time according to a second clock of the second node in block S110B, combining back the second synchronization signal to generate a second self-received signal in block S120B, receiving the second self-received signal in block S130B, calculating a time of arrival of the second self-received signal according to the second clock in block S140B, receiving the first synchronization signal from the first node in block S150B, and calculating a time of arrival of the first synchronization signal according to the second clock in block S160B. Method S100 further includes calculating at the second node in block S170 a time bias and a propagation delay between the node pair based on the time of arrival of the first self-received signal, the time of arrival of the second synchronization signal, the time of arrival of the second self-received signal, and the time of arrival of the first synchronization signal.

図1Bに示すように、方法S100の第1の変形形態は、ブロックS102でノード対のうちの第2のノードに協調信号を伝送することであって、この協調信号は第2の同期信号を伝送する第2の時点を示す、ことと、ブロックS110で第1のノードの第1のクロックに従って第1の時点で第1の同期信号を伝送することと、ブロックS120で第1の同期信号を戻り結合して第1の自己受信信号を生成することと、ブロックS130で第1の自己受信信号を受信することと、ブロックS140で第1のクロックに従って第1の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックS150で第2の同期信号を受信することであって、この第2の同期信号は、第2のノードの第2のクロックに従って第2の時点で第2のノードによって伝送される、ことと、ブロックS160で第1のクロックに従って第2の同期信号の到着時間を計算することと、ブロックS142で第2のノードから第2の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第2の自己受信信号は第2の同期信号の伝送時に第2のノードによって戻り結合され、第2の自己受信信号の到着時間は第2のクロックに従って計算される、ことと、ブロックS162で第2のノードから第1の同期信号の到着時間を受信することであって、この第1の同期信号の到着時間は第2のクロックに従って第2のノードによって計算される、ことと、ブロックS170で第1の自己受信信号の到着時間、第1の同期信号の到着時間、第2の自己受信信号の到着時間、および第2の同期信号の到着時間に基づいて第1のクロックと第2のクロックの間の第1の時間バイアス、および第1のノードと第2のノードの間の第1の伝搬遅延を計算することとを含む。 As shown in FIG. 1B, a first variation of method S100 includes transmitting a coordination signal to a second node of the node pair in block S102, the coordination signal indicating a second time for transmitting a second synchronization signal, transmitting the first synchronization signal at the first time according to a first clock of the first node in block S110, combining back the first synchronization signal to generate a first self-received signal in block S120, receiving the first self-received signal in block S130, calculating the arrival time of the first self-received signal in block S140 according to the first clock, receiving a second synchronization signal in block S150, the second synchronization signal being transmitted by the second node at the second time according to a second clock of the second node, and combining back the first self-received signal in block S160 according to the first clock. Calculating the arrival time of the synchronization signal; receiving the arrival time of a second self-received signal from the second node in block S142, where the second self-received signal is coupled back by the second node upon transmission of the second synchronization signal, and the arrival time of the second self-received signal is calculated according to a second clock; receiving the arrival time of a first synchronization signal from the second node in block S162, where the arrival time of the first synchronization signal is calculated by the second node according to the second clock; and calculating a first time bias between the first clock and the second clock and a first propagation delay between the first node and the second node based on the arrival time of the first self-received signal, the arrival time of the first synchronization signal, the arrival time of the second self-received signal, and the arrival time of the second synchronization signal in block S170.

図1Cに示すように、方法S100の第2の変形形態は、ブロックS104で第1のノードによる第1の時点の第1の同期信号の伝送をスケジュールすることと、ブロックS106で第2のノードによる第2の時点における第2の同期信号の伝送をスケジュールすることとを含む。方法S100の第2の変形形態は、また、第1のノードの第1のクロックによる第1の時点における第1のノードによる第1の同期信号の伝送後に、ブロックS144で、第1のノードから、第1のクロックによる第1の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第1の自己受信信号は、第1の同期信号を戻り結合したものである、ことと、ブロックS164で、第2のノードの第2のクロックによる第1の同期の到着時間を受信することとを含む。方法S100の第2の変形形態は、さらに、第2のクロックによる第2の時点における第2のノードによる第2の同期信号の伝送後に、ブロックS146で、第2のノードから、第2のクロックによる第2の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第2の自己受信信号は、第2の同期信号を戻り結合したものである、ことと、ブロックS166で、第1のクロックによる第2の同期信号の到着時間を受信することとを含む。方法S100の第2の変形形態は、また、ブロックS170で、第1の自己受信信号の到着時間、第1の同期信号の到着時間、第2の自己受信信号の到着時間、および第2の同期信号の到着時間に基づいて第1のクロックと第2のクロックの間の第1の時間バイアスおよび第1のノードと第2のノードの間の第1の伝搬遅延を計算することを含む。 1C, a second variation of method S100 includes scheduling transmission of a first synchronization signal at a first time by the first node in block S104 and scheduling transmission of a second synchronization signal at a second time by the second node in block S106. The second variation of method S100 also includes receiving from the first node, after transmission of the first synchronization signal at the first time by the first clock of the first node, a time of arrival of a first self-received signal by the first clock in block S144, the first self-received signal being a return combination of the first synchronization signal, and receiving a time of arrival of the first synchronization by the second clock of the second node in block S164. The second variation of method S100 further includes receiving from the second node, after transmission of the second synchronization signal by the second node at the second time by the second clock, a time of arrival of a second self-received signal by the second clock in block S146, the second self-received signal being a return combination of the second synchronization signal, and receiving, in block S166, a time of arrival of the second synchronization signal by the first clock. The second variation of method S100 also includes, in block S170, calculating a first time bias between the first clock and the second clock and a first propagation delay between the first node and the second node based on the arrival time of the first self-received signal, the arrival time of the first synchronization signal, the arrival time of the second self-received signal, and the arrival time of the second synchronization signal.

方法S100の第3の変形形態は、ブロックS180で予測ドリフトモデルに基づいて第1の同期スロットと第2の同期スロットの間の第1のノードと第2のノードの間の時間バイアスのドリフトの大きさを予測することと、ブロックS190で最大の時間バイアスの不確実性、第1の同期信号の持続時間にわたる最大の累積ドリフトの大きさ、伝搬遅延、および第1の同期信号の持続時間の和に等しい第2の同期スロットの持続時間を設定することとを含む。 A third variation of method S100 includes predicting, in block S180, a magnitude of drift in the time bias between the first node and the second node between the first synchronization slot and the second synchronization slot based on the predictive drift model, and setting, in block S190, a duration of the second synchronization slot equal to the sum of the maximum time bias uncertainty, the maximum accumulated drift magnitude over the duration of the first synchronization signal, the propagation delay, and the duration of the first synchronization signal.

図1Dに示すように、方法S100の第4の変形形態は、ブロックS104で第1のノードによる第1の同期スロット中の第1の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、この第1の同期信号は第1のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、ブロックS106で第2のノードによる第2の同期スロット中の第2の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、この第2の同期信号は第2のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、こととを含む。方法S100のこの変形形態は、また、第1の同期スロット中の第1のノードによる第1の同期信号の伝送後に、ブロックS147で第1のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照を第1のノードから受信することと、ブロックS167で第2のノードで受信される第1の同期信号に基づく第1のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相を第2のノードから受信することとを含む。方法S100のこの変形形態は、さらに、第2の時点における第2のノードによる第2の同期信号の伝送後に、ブロックS148で第2のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照を第2のノードから受信することと、ブロックS168で第2のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相を第1のノードから受信することと含む。方法S100のこの変形形態は、さらに、ブロックS172で第1のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照、第1のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相、第2のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照、および第2のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相に基づいて第1のノードと第2のノードの間の伝搬遅延を計算することを含む。 1D, a fourth variation of method S100 includes scheduling transmission of a first synchronization signal by a first node during a first synchronization slot in block S104, the first synchronization signal being characterized by a first set of carrier frequencies, and scheduling transmission of a second synchronization signal by a second node during a second synchronization slot in block S106, the second synchronization signal being characterized by a second set of carrier frequencies. This variation of method S100 also includes, after transmission of the first synchronization signal by the first node during the first synchronization slot, receiving from the first node a phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies in block S147, and receiving from the second node an arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies based on the first synchronization signal received at the second node in block S167. This variation of method S100 further includes receiving a phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies from the second node in block S148 after transmission of the second synchronization signal by the second node at the second time, and receiving an arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies from the first node in block S168. This variation of method S100 further includes calculating a propagation delay between the first node and the second node in block S172 based on the phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies, and the arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies.

1.1 適用
一般に、方法S100は、ネットワーク内のノードデバイス(以下「ノード」)の対、および/または遠隔サーバにより、そのノード対のクロックを例えば1ナノ秒以内などの高精度で同期させるために実行される。方法S100は、いずれのノードのハードウェアの精密な較正も行わずに、また各ノードが水晶発振器クロックなどの標準的な電子クロック技術を用いているという条件で、2つのノード間の信号伝搬遅延または物理的距離に関する事前情報なしで(あるいはノードが静止しているという要件さえなしで)、例えば1ナノ秒以内またはナノ秒未満の精度でクロック間の相対時間バイアスを計算することができる。さらに、方法S100は、5メガヘルツ未満の周波数帯域幅(例えば500~100kHz)を利用することができる。方法S100のこの小さい帯域幅により、大きな伝搬範囲および/または浸透でより低い周波数帯域での伝送が可能になる。このような帯域の例は、無許可使用、セルラ通信、および/または公衆安全用途用の周波数帯域を含む(例えば902~928MHzISM帯、サブGHzセルラ帯、または26.965~27.405MHzの市民ラジオサービス(CBRS))。したがって、方法S100は、限定されるわけではないが、RF放出デバイスの精密な位置特定、公衆安全インフラストラクチャの遠隔感知、および時間に基づくデータ転送プロトコルの改良をさらに可能にすることができる、時間同期した分散型アンテナシステムのような適用を可能にする。
1.1 Applications In general, method S100 is performed by a pair of node devices (hereinafter "nodes") in a network and/or by a remote server to synchronize the clocks of the node pair with high precision, e.g., within 1 nanosecond. Method S100 can calculate the relative time bias between the clocks, e.g., within 1 nanosecond or sub-nanosecond precision, without precise calibration of either node's hardware and without prior information about the signal propagation delay or physical distance between the two nodes (or even without the requirement that the nodes be stationary), provided that each node uses standard electronic clocking technology, such as a crystal oscillator clock. Furthermore, method S100 can utilize a frequency bandwidth of less than 5 megahertz (e.g., 500-100 kHz). This small bandwidth of method S100 allows transmission in lower frequency bands with large propagation range and/or penetration. Examples of such bands include frequency bands for unlicensed use, cellular communications, and/or public safety applications (e.g., the 902-928 MHz ISM band, sub-GHz cellular bands, or the Citizens Radio Service (CBRS) at 26.965-27.405 MHz). Thus, method S100 enables applications such as, but not limited to, precise location of RF emitting devices, remote sensing of public safety infrastructure, and time-synchronized distributed antenna systems that may further enable improved time-based data transfer protocols.

さらに詳細には、2つのノード間で時間を同期させる方法S100は、双方向測距および同期プロトコルとして分類することができる。ただし、方法S100は、対のうちのリーダノードから信号を受信したのに応答して伝送するのではなく、各ノードが絶対時間において(各ノードのクロックに従って)他のノードから独立して伝送するという点で、他の双方向測距プロトコルと区別される。さらに、各ノードは、(伝送される同期信号の戻り結合および/または反射を介して)各伝送される同期信号についての「出発時間」を提供する方式を実行するために、ノードのトランシーバハードウェア内で伝送される信号のローカル参照コピーを提供するように構成される。この伝送される同期信号の反射および/または戻り結合されたもの(以下「自己受信信号」)の到着時間は、別のノードによって伝送される信号によって生じる伝送および受信チェーン遅延を含み、それにより、これらの遅延の精密な特徴付けを行うことなく、また個々のノードの応答時間が決定的かつ対称的であると仮定しなくても、様々な信号の到着時間を直接比較することが可能になる。 More specifically, the method S100 for synchronizing time between two nodes can be classified as a two-way ranging and synchronization protocol. However, the method S100 is distinguished from other two-way ranging protocols in that each node transmits independently of the other node in absolute time (according to each node's clock) rather than transmitting in response to receiving a signal from the leader node of the pair. Furthermore, each node is configured to provide a local reference copy of the transmitted signal within the node's transceiver hardware to implement a scheme that provides a "time of departure" for each transmitted synchronization signal (through back-coupling and/or reflection of the transmitted synchronization signal). The arrival time of the reflected and/or back-coupled version of this transmitted synchronization signal (hereinafter the "self-received signal") includes the transmission and reception chain delays incurred by the signal transmitted by another node, thereby allowing the arrival times of various signals to be directly compared without precise characterization of these delays and without assuming that the response times of the individual nodes are deterministic and symmetrical.

方法S100のブロックは、メッシュネットワーク内のノードデバイス(すなわちノード)の対、メッシュネットワーク内のリーダノードおよびフォロワノード、ならびに/またはメッシュネットワーク内のノードの対と協調する遠隔サーバを含むことができるシステムによって実行することができる。メッシュネットワーク内の各ノードは、以下でさらに述べるアンテナ、トランシーバハードウェア、FPGA/DSP、クロック、および自己受信ハードウェア(例えば指向性カプラ、RFパワースプリッタ、コンバイナ、サーキュレータ)などの無線およびベースバンド処理ハードウェアを含むことができる。ただし、方法S100は、有線ネットワーク内のノード間で実行することもできる。メッシュネットワーク内のノードは、相互にインターネットまたはローカルエリアネットワークに接続されて、メッシュネットワーク内の任意のノード対の間の初期時間バイアスが最初にネットワーク時間プロトコル(以下「NTP」)または他の任意のネットワーク時間同期プロトコルによって制限されるようになっている。この時間バイアスは、多くの現況技術のネットワークでは、数十ミリ秒から数マイクロ秒の範囲とすることができる。 The blocks of method S100 may be performed by a system that may include pairs of node devices (i.e., nodes) in a mesh network, leader and follower nodes in the mesh network, and/or a remote server cooperating with pairs of nodes in the mesh network. Each node in the mesh network may include radio and baseband processing hardware, such as antennas, transceiver hardware, FPGA/DSP, clocks, and self-reception hardware (e.g., directional couplers, RF power splitters, combiners, circulators), as described further below. However, method S100 may also be performed between nodes in a wired network. The nodes in the mesh network are mutually connected to the Internet or a local area network such that the initial time bias between any pair of nodes in the mesh network is initially bounded by the Network Time Protocol (hereinafter "NTP") or any other network time synchronization protocol. This time bias may range from tens of milliseconds to a few microseconds in many state-of-the-art networks.

メッシュネットワーク内のノードは、時分割多重アクセス(以下「TDMA」)および/または符号分割多重アクセス(以下「CDMA」)を用いてそれらのノード間で共有される共通の1つまたは複数の周波数帯域上で互いに通信することにより、周波数帯域幅の使用を最小限に抑える。したがって、これらのノードは、TDMAフレーム構造内の1つまたは複数の同期スロット中に方法S100のブロックを実行することができる。1つの実施態様では、同期スロット持続時間およびフレーム長は、動的に調整可能である。特に、方法S100は、ノード対の間のより小さな初期時間バイアスを活用して、同期スロット持続時間を減少させ、時間バイアス計算における不確実性をさらに低減することができる。さらに、このフレーム構造は、方法S100のブロックを実行するためにノードがインターネットプロトコルスイートを介して互いに、または遠隔サーバと通信することを可能にするデータ転送フレームを含むことができる。例えば、ノードは、方法S100によるさらなる処理のために、到着時間のセットを遠隔サーバに転送することができる。 Nodes in a mesh network communicate with each other on a common frequency band or bands shared among them using time division multiple access (hereinafter "TDMA") and/or code division multiple access (hereinafter "CDMA") to minimize frequency bandwidth usage. Thus, the nodes may perform the blocks of method S100 during one or more synchronization slots in a TDMA frame structure. In one embodiment, the synchronization slot duration and frame length are dynamically adjustable. In particular, method S100 may leverage a smaller initial time bias between pairs of nodes to reduce the synchronization slot duration and further reduce the uncertainty in the time bias calculation. Additionally, the frame structure may include a data transfer frame that allows nodes to communicate with each other or with a remote server via the Internet Protocol Suite to perform the blocks of method S100. For example, the nodes may transfer a set of arrival times to a remote server for further processing by method S100.

ノード対の間の初期の粗いクロック同期(例えば1から10ミリ秒)を仮定すると、ノード対の各ノードは、各ノードのクロックに従って同期スロットの開始時に他方のノードに同期信号を伝送する。ただし、一定ではないこともある、または一般にアプリオリに既知ではないこともある各ノード間の相対時間バイアスにより、これらの同期信号は、2つのノード間の時間バイアスだけずれた時点で送信される。同期信号は、周波数変調、振幅変調、または位相変調された擬似ランダムコード、あるいは(例えば複数の中心搬送周波数上の)複数のコードの組合せである。各ノードは、ノード対の他方のノードから同期信号を受信すると、1つまたは複数のコードに関連する自己相関ピークの大きさ、時間オフセット、および搬送波位相を用いるなどして、到着時間(以下「TOA」)を計算する。 Assuming initial coarse clock synchronization (e.g., 1 to 10 ms) between the node pairs, each node of the node pair transmits a synchronization signal to the other node at the beginning of a synchronization slot according to each node's clock. However, due to a relative time bias between each node, which may not be constant or generally known a priori, these synchronization signals are transmitted at times offset by the time bias between the two nodes. The synchronization signal may be a frequency-, amplitude-, or phase-modulated pseudorandom code, or a combination of multiple codes (e.g., on multiple center carrier frequencies). Upon receiving a synchronization signal from the other node of the node pair, each node calculates the time of arrival (hereinafter "TOA"), such as by using the magnitude of the autocorrelation peak associated with one or more codes, the time offset, and the carrier phase.

各ノードは、同期信号を伝送すると、同期信号の一部分を戻り結合および/または内部反射する自己受信ハードウェア(図3Cに示す)を活用することにより、図3Aに示すように自己受信信号を生成する。自己受信ハードウェアは、発信同期信号の減衰コピーを反射および/または戻り結合し、これがその後、その同期信号を伝送した同じノードによって受信される。次いで、各ノードは、自己受信信号がそのノードのアンテナで受信される入来同期信号と同じ受信チェーンを伝搬した後で、自己受信信号についてのTOAを計算する。したがって、自己受信信号のTOAは、伝送側ノードの受信機遅延時間だけずれた同期信号の出発時間として機能する。方法S100は、自己受信信号を生成することを含むので、受信機遅延の精密な測定および/または較正を必要とせずに別のノードからの入来同期信号のTOAを発信側ノードの出発時間と直接比較することができる。 When each node transmits a synchronization signal, it generates a self-received signal as shown in FIG. 3A by utilizing self-receiving hardware (shown in FIG. 3C) that back-couples and/or internally reflects a portion of the synchronization signal. The self-receiving hardware reflects and/or back-couples an attenuated copy of the outgoing synchronization signal, which is then received by the same node that transmitted the synchronization signal. Each node then calculates a TOA for the self-received signal after the self-received signal has propagated through the same receive chain as the incoming synchronization signal that is received at the antenna of that node. Thus, the TOA of the self-received signal serves as the time of departure of the synchronization signal offset by the receiver delay time of the transmitting node. Because method S100 involves generating a self-received signal, the TOA of an incoming synchronization signal from another node can be directly compared to the time of departure of the originating node without requiring precise measurement and/or calibration of the receiver delay.

次いで、対の各ノードは、他方のノードから同期信号を受信し、同期信号についてのTOAを計算する。したがって、同期スロットの終了までに、各ノードは、自己受信信号についてのTOAおよび他方のノードの同期信号についてのTOAを記録している。次いで、これらのTOAが、それらのノードのうちの一方または遠隔サーバに伝送され、2つの未知数、すなわちノード対の間の相対時間バイアス(受信機遅延を含む)およびノード対の間の伝搬遅延についての2つの連立方程式が解かれる。この連立方程式は、電磁気の相反定理に基づいて解くことができる。その後、2つのノードのクロックの間の相対時間バイアスを、リーダノードまたはメッシュネットワークと協調している遠隔サーバが計算し、追跡することができる。あるいは、その後、ノード間の相対時間バイアスを両ノードに報告することもでき、これで、一方のノード(すなわちフォロワノード)は、他方(すなわちリーダノード)に一致するようにそのクロックを同期させることができる。 Each node of the pair then receives the synchronization signal from the other node and calculates the TOA for the synchronization signal. Thus, by the end of the synchronization slot, each node has recorded the TOA for its own received signal and the TOA for the synchronization signal of the other node. These TOAs are then transmitted to one of the nodes or to a remote server, which solves two simultaneous equations for two unknowns: the relative time bias (including the receiver delay) between the node pair and the propagation delay between the node pair. This simultaneous equation can be solved based on the reciprocity theorem of electromagnetics. The relative time bias between the clocks of the two nodes can then be calculated and tracked by the leader node or a remote server cooperating with the mesh network. Alternatively, the relative time bias between the nodes can then be reported to both nodes, so that one node (i.e., the follower node) can synchronize its clock to match the other (i.e., the leader node).

方法S100による2つのノードクロック間の第1の同期は非常に正確であり得るが、スロットの洗練により、さらに高い確度およびTDMAオーバヘッドの減少が実現され、この場合、同期スロット持続時間は、2つのクロックの間のさらに小さい時間バイアスに基づいて低減される。したがって、ノード対についての連続した各同期スロットにおいて、同期スロット持続時間が減少し、それにより、同期プロセス中に起こり得る累積ジッタおよび/または環境による周波数ドリフトなどの誤差源を減少させる。例えば、通常の水晶発振器は、1ミリ秒の持続時間の同期スロットの間に6ナノ秒のドリフトに対応する6ppmの周波数誤差を有すると予想されることがある。これが、同期スロット持続時間が100マイクロ秒まで短縮された場合には、予想ドリフトは1ナノ秒未満に低減される。 While the first synchronization between the two node clocks by method S100 may be very accurate, even greater accuracy and reduced TDMA overhead is achieved by slot refinement, where the synchronization slot duration is reduced based on the smaller time bias between the two clocks. Thus, with each successive synchronization slot for a node pair, the synchronization slot duration is reduced, thereby reducing error sources such as cumulative jitter and/or environmental frequency drift that may occur during the synchronization process. For example, a typical crystal oscillator may be expected to have a frequency error of 6 ppm, corresponding to a drift of 6 nanoseconds during a synchronization slot of 1 millisecond duration. If the synchronization slot duration is reduced to 100 microseconds, the expected drift is reduced to less than 1 nanosecond.

このシステムは、同期スロット洗練技術を実行することにより、データ伝送のためのフレーム内の期間を増大させることによってノードのデータ転送レートを改善することもできる。さらに、より短い同期スロット持続時間にすると、方法S100をより高い反復率で実行することができ、これにより変化する環境条件における同期を改善することができる。 The system can also improve the data transfer rate of a node by implementing a synchronization slot refinement technique to increase the period within a frame for data transmission. Additionally, a shorter synchronization slot duration allows method S100 to be performed at a higher repetition rate, thereby improving synchronization in changing environmental conditions.

メッシュネットワーク内の一対のノード対の間で同期が行われた後で、メッシュネットワークの他のノードを連続した同期スロットに入れて方法S100を対ごとに実行することにより、共通の時間をメッシュネットワーク全体にわたって分布させることができる。 After synchronization is achieved between a pair of nodes in the mesh network, the common time can be distributed throughout the mesh network by placing other nodes in the mesh network in successive synchronization slots and performing method S100 pair by pair.

いくつかの実施態様では、方法S100は、2つのノード間の反復同期およびネットワーク内の複数のノード間の対ごとの同期を、各ノード内の内部測定ユニット(以下「IMU」)または温度センサから記録される環境データと組み合わせて活用して、メッシュネットワーク内の各ノードについての予測ドリフトモデルを作成する。予測ドリフトモデルは、経時的な測定された環境入力データの関数としてノードの時間ドリフトを特徴付けることができる。方法S100は、また、次のフレームの同期スロットをトリガすること、または予測ドリフトモデルの出力に基づいて同期スロットの長さを改変することを含むこともできる。あるいは、方法S100は、同期スロット間でノードのクロックを調整することを含むこともできる。 In some implementations, method S100 leverages iterative synchronization between two nodes and pairwise synchronization between multiple nodes in the network in combination with environmental data recorded from an internal measurement unit (hereinafter "IMU") or temperature sensor in each node to create a predictive drift model for each node in the mesh network. The predictive drift model can characterize the time drift of the node as a function of the measured environmental input data over time. Method S100 can also include triggering a synchronization slot of the next frame or modifying the length of the synchronization slot based on the output of the predictive drift model. Alternatively, method S100 can include adjusting the clock of the node between synchronization slots.

概して、本明細書では、方法S100は、メッシュネットワーク内のノードにおける同期信号および自己受信信号のTOAの検出を含むものとして記載されている。しかし、方法S100は、メッシュネットワーク内のノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算するために同期信号および自己受信信号の到着位相(以下「POA」)を検出することを含むこともできる。さらに、方法S100は、同期信号としての周波数ホッピングスペクトラム拡散信号の伝送および受信を含むこともでき、それにより自己受信信号と比較してノード対間の伝送中の同期信号の相対時間遅延の精密な測定を可能にすることもできる。 Generally, method S100 is described herein as including detection of the TOA of the synchronization signal and the self-received signal at the nodes in the mesh network. However, method S100 may also include detection of the phase of arrival (hereinafter "POA") of the synchronization signal and the self-received signal to calculate time bias and propagation delay between pairs of nodes in the mesh network. Additionally, method S100 may also include transmission and reception of a frequency hopping spread spectrum signal as the synchronization signal, thereby enabling precise measurement of the relative time delay of the synchronization signal in transmission between pairs of nodes compared to the self-received signal.

1.2 実施例
2つのノードデバイスの間で時間を同期させる方法S100は、ノードのメッシュネットワークに対ごとに適用して、それらのノードによって実行される位置特定プロトコルの精度および柔軟性を改善することができる。さらに、方法S100は、(例えばプロトコルのスロット間のバッファ持続時間を減少させることによって)時間に基づく多重アクセスプロトコルのデータ転送レートを増大させることができる。
1.2 Example The method S100 for synchronizing time between two node devices can be applied pairwise to a mesh network of nodes to improve the accuracy and flexibility of the location protocol executed by those nodes. Additionally, the method S100 can increase the data transfer rate of a time-based multiple access protocol (e.g., by decreasing the buffer duration between slots of the protocol).

方法S100の1つの適用例では、ノードのメッシュネットワークは、方法S100を対ごとに実行して、それらのクロックをそのメッシュネットワーク全体で同期させることができる。メッシュネットワークの各ノードは、その後、メッシュネットワークに含まれないRF発信源からの信号のTOAを個別に計算することができる。メッシュネットワーク内のノード間でTOAを比較し、マルチラテレーションを実行することにより、ノード間の時間的同期によって制限される精度でRF発信源の位置を計算することができる。例えば、1ナノ秒以内の時間的同期では、RF発信源の位置は、メッシュネットワーク内のノードを基準として30センチメートル以内で計算することができる(真空中の光速、毎秒299792458メートルに対応する位相速度を仮定する)。メッシュネットワーク内の1つのノードがアンカノードとして作用し、正確なグローバル位置情報で較正される場合には、RF発信源の絶対位置を検出することもできる。 In one application of method S100, a mesh network of nodes can perform method S100 pairwise to synchronize their clocks across the mesh network. Each node of the mesh network can then individually calculate the TOA of a signal from an RF source not included in the mesh network. By comparing the TOA between nodes in the mesh network and performing multilateration, the location of the RF source can be calculated with an accuracy limited by the temporal synchronization between the nodes. For example, with temporal synchronization within 1 nanosecond, the location of the RF source can be calculated to within 30 centimeters relative to a node in the mesh network (assuming a phase velocity corresponding to the speed of light in a vacuum, 299792458 meters per second). If one node in the mesh network acts as an anchor node and is calibrated with accurate global position information, the absolute location of the RF source can also be found.

メッシュネットワークに基づく位置特定の1つの適用例では、ノードは、ある領域全体にわたって、建物内に、または都市部の道路を走る車の上に分散している。これらのノードは、方法S100のブロックを実行して、定期的にそれらのクロックを同期させ、次いでメッシュ領域内の他のRF発信源についてのTOAデータを収集する。ノードと協調する遠隔サーバは、その後に、これらのTOAデータをRF発信源の3次元地理空間位置に変換することにより、位置特定サービス、アセットトラッキング、および物体検出を改善することができる。したがって、遠隔サーバまたはリーダノードは、ノード間の伝搬遅延に基づいてメッシュネットワーク内のノードの相対位置を計算し、伝送側デバイスからの信号の到着時間をメッシュネットワーク内のいくつかのノードから受信し、メッシュネットワーク内の各ノードの間の相対時間バイアスを見込んだ伝送側デバイスについての相対位置推定をマルチラテレーションを介して計算することができる。 In one application of mesh network based localization, nodes are distributed throughout an area, in buildings, or on cars driving on urban roads. These nodes execute the blocks of method S100 to periodically synchronize their clocks and then collect TOA data for other RF sources in the mesh area. A remote server cooperating with the nodes can then convert these TOA data into three-dimensional geospatial locations of the RF sources to improve location services, asset tracking, and object detection. Thus, the remote server or reader node can calculate the relative positions of the nodes in the mesh network based on the propagation delays between the nodes, receive the arrival times of signals from the transmitting device from several nodes in the mesh network, and calculate a relative position estimate for the transmitting device via multilateration that accounts for the relative time bias between each node in the mesh network.

別の例では、TDMAに基づくプロトコルは、数十ミリ秒のスロット持続時間に制限されることがある。したがって、方法S100のブロックを実行して、有線またはワイヤレスネットワーク内のデバイスのクロックを同期させて、さらに正確に時間バイアスを計算して、多重アクセスプロトコルの非効率性を低減することによりビット誤り率(BER)および帯域幅利用率を改善しながら不動作時間およびスロット間の干渉の低減を可能にすることができる。 In another example, TDMA-based protocols may be limited to slot durations of tens of milliseconds. Thus, the blocks of method S100 may be performed to synchronize clocks of devices in a wired or wireless network and more accurately calculate time biases to allow for reduced dead time and inter-slot interference while improving bit error rate (BER) and bandwidth utilization by reducing inefficiencies in multiple access protocols.

1.3 電気通信のデプロイメント
一般に、方法S100は、第三世代パートナーシッププロジェクト(以下「3GPP」)によって提唱されるLTE、4G、5G、および5G NR標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法S100は、部分タイミングサポート(以下「APTS」)または完全タイミングサポート(以下「FTS」)時間分布および/または同期方法の代わりに、5G無線ノード(以下「gNB」)および/またはエンハンスト4G eNodeBs(以下「ng-eNB」)などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。例えば、電気通信ネットワーク内のノードは、方法S100を実行して無線同期(以下「OAS」)を可能にして、ネットワーキングオーバヘッドを低減し、ノード間時間同期の精度を高めることができる。
1.3 Telecommunications Deployment Generally, the method S100 can be performed by a telecommunications network, such as a cellular network implementing the LTE, 4G, 5G, and 5G NR standards proposed by the Third Generation Partnership Project (hereinafter "3GPP"). For example, the method S100 can be performed by a node in a cellular network, such as a 5G radio node (hereinafter "gNB") and/or enhanced 4G eNodeBs (hereinafter "ng-eNB"), instead of a partial timing support (hereinafter "APTS") or full timing support (hereinafter "FTS") time distribution and/or synchronization method. For example, a node in a telecommunications network can perform the method S100 to enable over-the-air synchronization (hereinafter "OAS") to reduce networking overhead and increase the accuracy of inter-node time synchronization.

1.4 ノードのハードウェア
上述のように、方法S100は、ネットワーク内のノードによって、またはネットワーク内のノードとの協調を介して、実行される。ワイヤレスノードのハードウェアの例を、図3Bおよび図3Cに示す。一般に、ノードは、伝送構成要素および受信機構成要素と、信号を生成および処理するように構成されたFPGAおよび/またはDSPと、クロックと、自己受信信号ハードウェアとを含む。
1.4 Node Hardware As mentioned above, method S100 is performed by a node in the network or through cooperation with a node in the network. Examples of wireless node hardware are shown in Figures 3B and 3C. In general, a node includes transmit and receiver components, FPGAs and/or DSPs configured to generate and process signals, a clock, and self-receiving signal hardware.

1つの実施態様では、ノードはワイヤレスで情報を伝送し、したがって、図3Bに示すスーパーヘテロダイン無線アーキテクチャおよびRx/TxアンテナなどのRFトランシーバハードウェアを含む。あるいは、ノードは、ゼロIFアーキテクチャ(すなわち直接変換受信機)を含むこともできる。各ノードは、「受信チェーン」および「伝送チェーン」を含む。受信チェーンは、Rxポートから受信した信号を処理するハードウェア構成要素のパイプラインを含む。伝送チェーンは、FPGAまたはDSPによって生成された伝送信号を処理して、それらをTxポートに送るハードウェア構成要素のパイプラインを含む。受信チェーンおよび伝送チェーンは、それぞれ「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」を付与する。「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」とは、信号が受信チェーンまたは伝送チェーンをそれぞれトラバースするときに経過する時間の量を指す。 In one embodiment, the nodes transmit information wirelessly and therefore include RF transceiver hardware such as the super-heterodyne radio architecture and Rx/Tx antennas shown in FIG. 3B. Alternatively, the nodes may include a zero-IF architecture (i.e., direct conversion receiver). Each node includes a "receive chain" and a "transmit chain." The receive chain includes a pipeline of hardware components that process signals received from the Rx port. The transmit chain includes a pipeline of hardware components that process transmit signals generated by the FPGA or DSP and send them to the Tx port. The receive chain and transmit chain impart a "receive chain delay" and a "transmit chain delay," respectively. "Receive chain delay" and "transmit chain delay" refer to the amount of time that elapses as a signal traverses the receive chain or transmit chain, respectively.

代替の実施態様では、ノードは、有線ネットワークを介して通信することができる。この実施態様では、ノードは、アンテナの代わりに任意の有線媒体(例えばイーサネット/撚り対線、同軸、または光ファイバ)を介して通信するためのI/Oポートおよび/または適当なインタフェースコンバータを含むことができる。これらのインタフェースコンバータも、伝搬遅延を測定するために必要な自己受信信号を提供するために使用することができる。 In an alternative embodiment, the nodes may communicate over a wired network. In this embodiment, the nodes may include I/O ports and/or appropriate interface converters to communicate over any wired medium (e.g., Ethernet/twisted pair, coax, or fiber optic) instead of antennas. These interface converters may also be used to provide the self-received signals necessary to measure the propagation delay.

1つの実施態様では、ノードは、セルタワー、携帯電話、または方法S100を実行するように適応されたその他の任意のRFトランシーバデバイスなどの既存のトランシーバインフラストラクチャを含む。セルタワーまたはその他の既存のトランシーバは、ソフトウェア更新のみで方法S100を実行するように適応させることができる。代替の実施態様では、ノードは、方法S100の実施を改善するように最適化されたハードウェアを含むことができ、これは、受動結合デバイス(例えば伝送チェーンおよび受信チェーンをアンテナに結合する)間のアンテナインタフェースのインピーダンス整合ネットワークを含み得る。 In one embodiment, the node includes an existing transceiver infrastructure, such as a cell tower, a mobile phone, or any other RF transceiver device adapted to perform method S100. A cell tower or other existing transceiver can be adapted to perform method S100 with just a software update. In an alternative embodiment, the node can include hardware optimized to improve the implementation of method S100, which may include an impedance matching network at the antenna interface between passive coupling devices (e.g., coupling the transmit and receive chains to the antenna).

ワイヤレスノードの実施態様では、各ノードのFPGAまたはDSPは、複素デジタル信号を生成し、生成した信号をDACに出力するように構成される。デジタル信号の複素成分は、DACによって生成されるアナログ信号の同相部分および直交部分(すなわちI/Q)を表現する。さらに、ノードのFPGAまたはDSPは、ノードのアンテナからADCを介してデジタル信号を受信し、次いで、それ自体のクロックの瞬間値および以下でさらに述べるTOA計算プロセスに従って受信した同期信号にタイムスタンプする。 In a wireless node embodiment, each node's FPGA or DSP is configured to generate a complex digital signal and output the generated signal to a DAC. The complex components of the digital signal represent the in-phase and quadrature (i.e., I/Q) portions of the analog signal generated by the DAC. Additionally, the node's FPGA or DSP receives the digital signal from the node's antenna via an ADC, and then timestamps the received synchronization signal according to the instantaneous value of its own clock and the TOA calculation process described further below.

各ノードは、ノードにおける時間管理機能を実行し、サンプリング、デジタル合成、および処理にも使用される、水晶発振器クロックまたは原子時計などのクロックを含む。方法S100を実行して、ネットワーク内の複数のノードのクロックを同期させることができる。特に、方法S100は、基本周波数安定性、位相ノイズ、ならびにワイヤレス通信および/または有線通信の周波数要件を満たす水晶発振器クロックを効果的に同期させることができる。1つの例では、クロックは、ATカットおよび10メガヘルツ(MHz)のクロック周波数を有する水晶発振器である。ただし、ノードは、上記の制約が満たされることを前提として、任意の周波数またはカットの水晶発振器を含むことができる。 Each node includes a clock, such as a crystal oscillator clock or an atomic clock, that performs timekeeping functions at the node and is also used for sampling, digital synthesis, and processing. Method S100 can be performed to synchronize the clocks of multiple nodes in the network. In particular, method S100 can effectively synchronize crystal oscillator clocks that meet the fundamental frequency stability, phase noise, and frequency requirements of wireless and/or wired communications. In one example, the clock is a crystal oscillator with an AT cut and a clock frequency of 10 megahertz (MHz). However, a node can include a crystal oscillator of any frequency or cut, provided that the above constraints are met.

各ノードは、ブロックS120において自己受信信号を戻り結合および/または反射する特定の自己受信ハードウェアを含むことができる。一般に、ノードが同期信号を伝送すると、自己受信ハードウェアは、その同期信号の減衰反復をその伝送側ノードの受信ポートに反射および/または戻り結合する。伝送した同期信号を受信チェーンを介して処理し、自己受信信号についてのTOAを計算することにより、各ノードは、受信チェーン遅延だけ遅延した伝送信号にタイムスタンプすることができる。そのノードが後に別のノードから同期信号を受信したときには、その同期信号のTOAも、同じ受信チェーン遅延を受ける。自己受信信号のTOAと同期信号のTOAは両方とも受信チェーン遅延を含むので、受信チェーンハードウェアの精密な較正なしで両者を直接比較することができる。 Each node may include specific self-reception hardware that back couples and/or reflects the self-received signal in block S120. In general, when a node transmits a synchronization signal, the self-receive hardware reflects and/or couples an attenuated repetition of that synchronization signal back to the receive port of the transmitting node. By processing the transmitted synchronization signal through the receive chain and calculating the TOA for the self-received signal, each node can timestamp the transmitted signal delayed by the receive chain delay. When the node later receives a synchronization signal from another node, the TOA of that synchronization signal will also be subject to the same receive chain delay. Because both the TOA of the self-received signal and the TOA of the synchronization signal include the receive chain delay, they can be directly compared without precise calibration of the receive chain hardware.

1つの実施態様では、自己受信ハードウェアは、図3Cに示すインピーダンス不整合指向性カプラを含む。自己受信ハードウェアは、自己受信信号を生成するためにRxポートへの反射Tx信号の利得を調整するために、ノードによって制御される可変インピーダンス回路を含むこともできる。ノードの具体的なハードウェアの実施態様によっては、以下でさらに述べるように、同様のインピーダンス整合をサーキュレータ、パワースプリッタ、またはその他の任意の伝送線路デバイスに適用することができる。1つの実施態様では、ノードは、意図せずに不整合なアンテナインピーダンス(例えば1超の電圧定在波比で特徴付けられる)を有する標準的なアンテナインタフェースハードウェアを含むことができ、これは、アンテナインタフェースにおいて同期信号を反射することによって自己受信ハードウェアとして機能することができる。したがって、各ノードは、方法S100を実行するために専用の自己受信ハードウェアを含む必要はない。 In one embodiment, the self-reception hardware includes an impedance-mismatched directional coupler as shown in FIG. 3C. The self-reception hardware may also include a variable impedance circuit controlled by the node to adjust the gain of the reflected Tx signal to the Rx port to generate the self-reception signal. Depending on the specific hardware implementation of the node, similar impedance matching may be applied to a circulator, power splitter, or any other transmission line device, as described further below. In one embodiment, the node may include standard antenna interface hardware with an unintentionally mismatched antenna impedance (e.g., characterized by a voltage standing wave ratio greater than 1), which may function as self-reception hardware by reflecting a synchronization signal at the antenna interface. Thus, each node need not include dedicated self-reception hardware to perform method S100.

自己受信ハードウェアは、アンテナと受動結合デバイスの間にインピーダンス整合ネットワークを含むことにより、ノードの受動結合デバイスとアンテナの間のインタフェースに入射する信号の同調反射係数を定義する。インピーダンス整合ネットワークは、アンテナのインピーダンスを、受動結合デバイスとアンテナの間の精密な反射係数を実現するインピーダンスに変換する。反射係数は、自己反射信号の反射パワーがADCのノイズフロアより大きく、ADCの飽和電圧より小さくなるように選択される。 The self-reception hardware includes an impedance matching network between the antenna and the passive coupling device to define a tuned reflection coefficient for the signal incident on the interface between the node's passive coupling device and the antenna. The impedance matching network transforms the impedance of the antenna to an impedance that achieves a precise reflection coefficient between the passive coupling device and the antenna. The reflection coefficient is selected so that the reflected power of the self-reflected signal is greater than the noise floor of the ADC and less than the saturation voltage of the ADC.

別の実施態様では、整合ネットワークは、幅広い範囲の信号周波数についての反射係数を維持することができる。例えば、自己受信ハードウェアは、幅広い範囲の伝送周波数にわたる反射係数の整合性を改善するために、切替え可能な広帯域整合ネットワークを含むことができる。この例では、自己受信ハードウェアは、ノードによって伝送されている信号の周波数に応じて複数のインピーダンス整合ネットワークの間の能動的に切り替えることができる。 In another embodiment, the matching network can maintain the reflection coefficient for a wide range of signal frequencies. For example, the self-receiving hardware can include a switchable wideband matching network to improve matching of the reflection coefficient over a wide range of transmission frequencies. In this example, the self-receiving hardware can actively switch between multiple impedance matching networks depending on the frequency of the signal being transmitted by the node.

さらに別の実施態様では、自己受信ハードウェアは、それぞれの別個のインピーダンス整合ネットワークが精密な反射係数を生じる周波数で信号と遭遇するように、複数のインピーダンス整合ネットワークに接続された周波数マルチプレクサを含むことができる。 In yet another embodiment, the self-receiving hardware can include a frequency multiplexer connected to multiple impedance matching networks such that each separate impedance matching network sees the signal at a frequency that produces a precise reflection coefficient.

さらなる実施態様では、システム100は、それ自体のインピーダンスを調整することができ、したがって受動結合デバイスとアンテナの間の反射係数を調整することができる適応型インピーダンス整合ネットワークを含むことができる。この場合、ノードは、適応型インピーダンス整合ネットワークを使用して反射係数を調整することができ、これにより、RF伝送チェーンおよび/または受信チェーンの増幅器における利得の変化、ならびに/あるいは関心のある1つまたは複数の周波数帯域における信号の干渉によってADCにおけるノイズレベルの変化があっても、自己反射信号の受信を保証することができる。 In a further embodiment, the system 100 may include an adaptive impedance matching network that can adjust its own impedance and therefore the reflection coefficient between the passive coupling device and the antenna. In this case, the node may use the adaptive impedance matching network to adjust the reflection coefficient, thereby ensuring reception of the self-reflected signal despite changes in gain in amplifiers of the RF transmit and/or receive chains and/or changes in noise levels in the ADC due to signal interference in one or more frequency bands of interest.

1つの実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとして指向性カプラを含む。指向性カプラは、結合された伝送線路の各々について2つずつ、4つのポートを含む。この実施態様では、伝送ポートとアンテナポートとは指向性カプラ内の同じ伝送線路上に位置するが、受信ポートはアンテナとは反対側の結合されたポートに位置し、これにより、結合されたパワーはアンテナから受信し、反射されたパワーは指向性カプラとアンテナの間のインタフェースから受信する。あるいは、自己受信ハードウェアは、受信ポートとアンテナポートとが同じ伝送線路上に位置する指向性カプラを含むこともできる。その結果、受信ポートは、直接パワーをアンテナポートから受信し、反射パワーもアンテナポートから受信する。ただし、この代替の実施態様では、アンテナポートは、2つの伝送線路の間の結合により、伝送ポートからの信号を低いパワーで受信する。したがって、伝送ポートにおけるパワーを高くすれば、アンテナポートにおいて同じパワーが得られる。ただし、受信ポートとアンテナポートとが同じ伝送線路に結合される実施態様では、自己受信ハードウェアは、アンテナで受信される信号に対するトランシーバの感度を向上させることができる。 In one embodiment, the self-receiving hardware includes a directional coupler as a passive coupling device. The directional coupler includes four ports, two for each of the coupled transmission lines. In this embodiment, the transmit port and the antenna port are located on the same transmission line in the directional coupler, but the receive port is located on the coupled port opposite the antenna, so that the coupled power is received from the antenna and the reflected power is received from the interface between the directional coupler and the antenna. Alternatively, the self-receiving hardware can include a directional coupler with the receive port and the antenna port located on the same transmission line. As a result, the receive port receives direct power from the antenna port and also receives reflected power from the antenna port. However, in this alternative embodiment, the antenna port receives the signal from the transmit port at a lower power due to the coupling between the two transmission lines. Thus, a higher power at the transmit port will result in the same power at the antenna port. However, in an embodiment where the receive port and the antenna port are coupled to the same transmission line, the self-receiving hardware can improve the sensitivity of the transceiver to signals received at the antenna.

代替の実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとしてパワーディバイダを含む。パワーディバイダは、入力ポートからのパワーを2つの出力ポートの間で分割する。この実施態様では、アンテナポートで入力されるパワーが、伝送ポートと受信ポートの間で分割されるので、アンテナとパワーディバイダの間のインタフェースで反射されるいかなるパワーも、伝送ポートと受信ポートの間で分割される。 In an alternative embodiment, the self-receiving hardware includes a power divider as a passive coupling device. The power divider divides the power from the input port between the two output ports. In this embodiment, the power input at the antenna port is divided between the transmit and receive ports, so any power reflected at the interface between the antenna and the power divider is also divided between the transmit and receive ports.

さらに別の実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとしてサーキュレータを含む。サーキュレータは、アンテナポートが受信ポートに直接結合されているときに、伝送ポートをアンテナポートに直接結合することができる。この場合、アンテナポートのインタフェースで生成される任意の反射は、受信ポートに戻り結合される。 In yet another embodiment, the self-receiving hardware includes a circulator as a passive coupling device. The circulator can directly couple the transmit port to the antenna port when the antenna port is directly coupled to the receive port. In this case, any reflections generated at the interface of the antenna port are coupled back to the receive port.

1つの実施態様では、各ノードは、上述の任意のハードウェア要素の機能を実行するソフトウェア定義無線アーキテクチャを含むことができる。 In one embodiment, each node may include a software defined radio architecture that performs the functions of any of the hardware elements described above.

ただし、自己受信ハードウェアは、Tx信号をノードのRxポートに送るためのいかなるソフトウェアまたはハードウェアシステムでも含むことができる。 However, self-receiving hardware can include any software or hardware system for sending a Tx signal to a node's Rx port.

1.5 全体の時間同期
方法S100の実行前に、別の時間同期プロトコルを用いて各ノードのクロックを粗く同期させる。例えば、ノード対をインターネットに接続し、1つまたは複数のNTPサーバと通信させてもよい。1つの例では、ノード対は、NTPにより、1から10ミリ秒の間までそれらのクロックを同期させることができる。あるいは、別の例では、方法S100の後続のブロックの実行前に、ノード対は、衛星測位システム(以下「GNSS」)時間同期サーバと通信し、1マイクロ秒以内まで同期することもできる。
1.5 Overall Time Synchronization Prior to execution of method S100, the clocks of each node are roughly synchronized using another time synchronization protocol. For example, node pairs may be connected to the Internet and communicate with one or more NTP servers. In one example, node pairs may synchronize their clocks with NTP to within 1 to 10 milliseconds. Alternatively, in another example, prior to execution of the subsequent blocks of method S100, node pairs may communicate with a Global Navigation Satellite System (hereinafter "GNSS") time synchronization server and synchronize to within 1 microsecond.

このように、方法S100は、既存の時間同期プロトコルを活用して、ノードが以下で述べるTDMAにおいて同じ同期スロットを用いて通信することができるようにする。 In this way, method S100 leverages existing time synchronization protocols to enable nodes to communicate using the same synchronization slot in the TDMA described below.

したがって、遠隔サーバは、第1のノードのクロックと第2のノードのクロックとを粗く同期させ、第1の同期信号の伝送を第1のフレームの第1の同期スロット持続時間で特徴付けられる第1の同期スロット内でスケジュールし、第2の同期信号の伝送を第1のフレームの第1の同期スロット持続時間で特徴付けられる第2の同期スロット内でスケジュールし、第2のノードを、第1のフレームの第1の同期スロット中に第1の同期信号を受信するように構成し、第1のノードを、第1のフレームの第2の同期スロット中に第2の同期信号を受信するように構成することができる。 Thus, the remote server may coarsely synchronize the clock of the first node with the clock of the second node, schedule transmission of the first synchronization signal within a first synchronization slot characterized by a first synchronization slot duration of the first frame, schedule transmission of the second synchronization signal within a second synchronization slot characterized by the first synchronization slot duration of the first frame, configure the second node to receive the first synchronization signal during the first synchronization slot of the first frame, and configure the first node to receive the second synchronization signal during the second synchronization slot of the first frame.

1.6 スロットおよびフレームの定義
一般に、方法S100では、ノード対の間の通信は、スロットおよびフレームのTDMA構造に従って行われ、その例を、図4Aおよび図4Bに示す。TDMA構造は、方法S100を介する時間同期およびデータ転送を介する時間同期の両方のための1つまたは複数のスロットを含むことができる。図4Aに示す1つの実施態様では、各TDMAフレームは、メッシュネットワーク内の一意的な各ノード対を同期させるための同期スロットを含む。例えば、3つのノードn、n、およびnを含むメッシュネットワークであれば、nとnの同期のための第1の同期スロット、nとnのための第2の同期スロット、およびnとnのための第3の同期スロットを含む。あるいは、図4Bに示すように、TDMAフレームは、メッシュネットワーク内の各ノードについて同期信号をメッシュネットワーク内の他の全てのノードに伝送するための同期スロットを含むこともできる。例えば、3つのノードn、n、およびnを含むメッシュネットワークであれば、nが同期信号をnおよびnに伝送するための第1の同期スロットと、nが同期信号をnおよびnに伝送するための第2の同期スロットと、nが同期信号をnおよびnに伝送するための第3の同期スロットとを含む。
1.6 Slot and Frame Definition In general, in method S100, communication between node pairs is performed according to a TDMA structure of slots and frames, an example of which is shown in Figures 4A and 4B. The TDMA structure may include one or more slots for both time synchronization via method S100 and time synchronization via data transfer. In one embodiment shown in Figure 4A, each TDMA frame includes a synchronization slot for synchronizing each unique node pair in the mesh network. For example, a mesh network including three nodes n1 , n2 , and n3 includes a first synchronization slot for synchronizing n1 and n2 , a second synchronization slot for n1 and n3 , and a third synchronization slot for n2 and n3 . Alternatively, as shown in Figure 4B, the TDMA frame may include a synchronization slot for each node in the mesh network to transmit a synchronization signal to all other nodes in the mesh network. For example, a mesh network including three nodes n1 , n2 , and n3 includes a first synchronization slot for n1 to transmit a synchronization signal to n2 and n3 , a second synchronization slot for n2 to transmit a synchronization signal to n1 and n3 , and a third synchronization slot for n3 to transmit a synchronization signal to n1 and n2 .

1つの実施態様では、(例えばNTPによって行われる初期同期の確度が十分に低い場合に)各同期スロットを、2つの後続のサブスロットにさらに分割して、同期オーバヘッドを低減させる。例えば、nおよびnの同期において、nは第1のサブスロット中に伝送し、nはnからその伝送を受信する。その後、第2のサブスロットで、nが伝送し、nが受信する。 In one embodiment, each synchronization slot is further divided into two subsequent sub-slots to reduce synchronization overhead (e.g., when the initial synchronization performed by NTP is sufficiently low). For example, in synchronizing n1 and n2 , n1 transmits during the first sub-slot and n2 receives the transmission from n1 . Then, in the second sub-slot, n2 transmits and n1 receives.

各TDMAフレームは、メッシュネットワーク内の各ノードの同期スロットおよびデータ転送スロットの存在および順序を示すヘッダを含むこともできる。1つの実施態様では、各TDMAフレームは、同期スロットのセットを含む。あるいは、各TDMAフレームは、そのTDMAフレームのヘッダに応じて、同期スロットのセットを含むことも、含まないこともある。さらに別の実施態様では、TDMAフレームは、複数の同期スロットのセットを含むことができる。1つの実施態様では、ヘッダは、同期信号の特定の伝送時間をメッシュネットワーク内のノードに通信するために、TDMAプロトコルと協調する遠隔サーバまたはリーダノードによって伝送される協調信号を含むことができる。 Each TDMA frame may also include a header indicating the presence and order of synchronization slots and data transfer slots for each node in the mesh network. In one embodiment, each TDMA frame includes a set of synchronization slots. Alternatively, each TDMA frame may or may not include a set of synchronization slots depending on the header of that TDMA frame. In yet another embodiment, a TDMA frame may include multiple sets of synchronization slots. In one embodiment, the header may include a coordination signal transmitted by a remote server or reader node coordinating with the TDMA protocol to communicate a specific transmission time of the synchronization signal to nodes in the mesh network.

同期スロットの持続時間、および異なるノード対に対応する2つの同期スロットの間のバッファ時間は、実施態様と、ノード間の現在の既知の時間バイアスおよび関連する不確実性などの要因とに応じて変化する可能性がある。方法S100は、以下でさらに述べる予測ドリフトモデルの出力に基づいて同期スロット持続時間を調整することを含むことができる。さらに、同期スロット持続時間は、ノード対間の時間バイアスの不確実性と、ノード対間の伝搬時間と、ノード対間の伝搬時間の不確実性と、同期信号の持続時間との和に等しい下限を有することができ、この中では、同期信号の持続時間が、通常は最も有意な要因である。1つの実施態様では、スロットおよび同期スロット間のバッファは、両方とも1ミリ秒に設定される。これに加えて、または代替として、方法S100は、より低い信号対雑音比を有する信号のTOAを決定するために追加の測定値取得時間を提供するために、以前に受信した同期信号の信号対雑音比の関数として同期スロット持続時間を調整することを含むこともできる。 The duration of a synchronization slot and the buffer time between two synchronization slots corresponding to different node pairs may vary depending on the implementation and factors such as the currently known time bias between the nodes and the associated uncertainties. Method S100 may include adjusting the synchronization slot duration based on the output of a predictive drift model, which is described further below. Additionally, the synchronization slot duration may have a lower bound equal to the sum of the uncertainty of the time bias between the node pairs, the propagation time between the node pairs, the uncertainty of the propagation time between the node pairs, and the duration of the synchronization signal, of which the duration of the synchronization signal is typically the most significant factor. In one implementation, the slot and the buffer between the synchronization slots are both set to 1 millisecond. Additionally or alternatively, method S100 may also include adjusting the synchronization slot duration as a function of the signal-to-noise ratio of the previously received synchronization signal to provide additional measurement acquisition time to determine the TOA of signals having a lower signal-to-noise ratio.

さらに、各TDMAフレームの持続時間は、実際的な制約のセットに従う。TDMAフレーム持続時間は、クロック同期プロセスの所望の確度と比較してノード対の最も安定しないノードクロックの予想ドリフトによって定義される上限を有することができる。例えば、1つのノードクロックが累積ジッタおよび周波数ドリフトによって通常最大で毎秒1ナノ秒ドリフトすることが分かっており、クロック同期プロセスの所望の確度が1ナノ秒である場合には、ノード間の時間バイアスが1ナノ秒を超える可能性がないように、TDMAフレーム持続時間(または同期スロット間の時間)は1秒に制限される。 Furthermore, the duration of each TDMA frame is subject to a set of practical constraints. The TDMA frame duration may have an upper limit defined by the expected drift of the least stable node clock of a node pair compared to the desired accuracy of the clock synchronization process. For example, if it is known that one node clock typically drifts at most 1 nanosecond per second due to accumulated jitter and frequency drift, and the desired accuracy of the clock synchronization process is 1 nanosecond, then the TDMA frame duration (or the time between synchronization slots) is limited to 1 second, so that the time bias between nodes cannot exceed 1 nanosecond.

さらに、TDMAフレーム持続時間は、ノード間の予想初期クロックオフセットと、同期スロットの総持続時間と、データ転送スロットがあればその総持続時間と、スロット間の時間バッファがあればその総持続時間との和に基づく下限を有する。フレーム持続時間は、大きな初期時間バイアスを見込みながら、各ノードがネットワーク内の他の各ノードから初期同期信号を受信するのに十分に長くなければならない。したがって、ノードが最初にNTPを用いて同期される場合には、NTPで同期されたクロック間によくみられる時間バイアスを見込むために、フレーム持続時間は少なくとも数十ミリ秒であるのがよい。 Furthermore, the TDMA frame duration has a lower bound based on the expected initial clock offset between nodes, plus the total duration of the synchronization slots, the total duration of any data transfer slots, and the total duration of any time buffers between slots. The frame duration must be long enough for each node to receive the initial synchronization signal from every other node in the network, while allowing for a large initial time bias. Thus, when nodes are initially synchronized using NTP, the frame duration should be at least tens of milliseconds to allow for the common time biases between NTP-synchronized clocks.

1つの実施態様では、メッシュネットワーク内のノードセットの初期同期中に、そのノードセットが、各ノードのクロックに従って所定の時点で協調信号をブロードキャストするように(例えば遠隔サーバによって)構成される。ノード間で初期に粗い時間同期が行われる場合には、システムは、リーダノードを協調信号を他のノードに伝送する最初のノードとして指定することができる。次いで、メッシュネットワーク内の各ノードは、リーダノードの確認信号の受信を確認することにより、自分をリーダノードとして指定することができる。このように、ノード対の第1のノードは、ノード対の第2のノードから協調信号の受信の確認を受信することができ、第1のノードがメッシュネットワーク内の別のノードから第2の協調信号を受信する前に協調信号の受信の確認を受信したのに応答して、第1のノードをリーダノードとして指定することができる。 In one embodiment, during initial synchronization of a set of nodes in a mesh network, the set of nodes is configured (e.g., by a remote server) to broadcast a cooperation signal at a predetermined time according to each node's clock. If initial coarse time synchronization is performed between the nodes, the system can designate a leader node as the first node to transmit the cooperation signal to the other nodes. Each node in the mesh network can then designate itself as the leader node by acknowledging receipt of the leader node's confirmation signal. In this manner, a first node of a node pair can receive confirmation of receipt of the cooperation signal from a second node of the node pair, and can designate the first node as the leader node in response to receiving confirmation of receipt of the cooperation signal before the first node receives a second cooperation signal from another node in the mesh network.

代替の実施態様では、協調信号のTOAは、各ノードで計算して遠隔サーバに送信することができ、その後、遠隔ノードは、ノード間の測定伝搬遅延および対応する距離、または受信信号強度指標(RSSI)などのリンク品質メトリクスに基づいてメッシュネットワーク内のリーダノードを決定することができる。さらに別の代替の実施態様では、遠隔サーバが、リーダノードを指定する、またはメッシュネットワーク内のノードのセットについてTDMAスロットと方法S100を協調させる。 In an alternative embodiment, the TOA of the coordination signal can be calculated at each node and transmitted to a remote server, which can then determine a leader node in the mesh network based on the measured propagation delay and corresponding distance between the nodes or link quality metrics such as a received signal strength indicator (RSSI). In yet another alternative embodiment, a remote server designates a leader node or coordinates the TDMA slots and method S100 for a set of nodes in the mesh network.

TDMA同期スロット内で通信するときには、方法S100を実行するノード対の各ノードは、その同期スロット中に同期信号を伝送し、他のノードからの同期信号および自己受信信号を受信することができる。したがって、1つの実施態様では、ノードは、時分割二重(以下「TDD」)または半二重方式を実行して、同期スロット内で通信する。この実施態様では、ノード対の各ノードによって伝送される同期信号は、所定の遅延時間(例えば同期スロット持続時間の約半分)だけ分離されて、ノード対の第1のノードが、同期スロットの第1の区分の間に第1の同期信号を伝送して、第1の同期信号に対応する自己受信信号を受信し、その後、同期スロットの第2の区分において第2の同期信号(ノード対の第2のノードから伝送される)を受信することができるようになっている。この実施態様では、方法S100を実行するノードは、スロット区分の持続時間およびタイミングなどのタイミング情報を含む協調信号をメッシュネットワーク内の他のノードに伝送することにより、2つのノード間で半二重通信リンクを確立することができる。 When communicating within a TDMA synchronization slot, each node of a node pair performing method S100 may transmit a synchronization signal during the synchronization slot and receive a synchronization signal and a self-reception signal from the other node. Thus, in one embodiment, the nodes may perform a time division duplex (hereinafter "TDD") or half-duplex scheme to communicate within the synchronization slot. In this embodiment, the synchronization signals transmitted by each node of the node pair are separated by a predetermined delay time (e.g., about half the synchronization slot duration) such that a first node of the node pair may transmit a first synchronization signal during a first segment of the synchronization slot, receive a self-reception signal corresponding to the first synchronization signal, and then receive a second synchronization signal (transmitted from a second node of the node pair) during a second segment of the synchronization slot. In this embodiment, the node performing method S100 may establish a half-duplex communication link between the two nodes by transmitting a coordination signal to the other node in the mesh network that includes timing information such as the duration and timing of the slot segments.

1つの実施態様では、このシステムは、ノード対の各ノードが同時に同期信号を伝送および受信することができる全二重(すなわち周波数分割二重、以下「FDD」)通信方式を実施することができる(例えば各同期信号が複数の周波数を介して送信される)。さらに、ノード対の各ノードは、そのノードの受信機に戻り結合された自己受信信号とノード対の第2のノードからの同期信号とを同時に受信するように構成することができる。 In one embodiment, the system may implement a full-duplex (i.e., frequency division duplex, hereafter "FDD") communication scheme in which each node of a node pair may simultaneously transmit and receive a synchronization signal (e.g., each synchronization signal is transmitted over multiple frequencies). Additionally, each node of a node pair may be configured to simultaneously receive both its own received signal coupled back to its receiver and the synchronization signal from the second node of the node pair.

したがって、1つの実施態様では、ノード対のリーダノードは、第1の同期信号を伝送する第1の時点と等しい第2の同期信号を伝送する第2の時点を示す協調信号を第2のノードに伝送し、第2のノードとの全二重通信リンクを確立することができる。 Thus, in one embodiment, the leader node of the node pair can transmit a coordination signal to the second node indicating a second time point at which to transmit a second synchronization signal that is equal to the first time point at which to transmit the first synchronization signal, and establish a full-duplex communication link with the second node.

ただし、より大きな帯域幅が利用可能な適用業務では、ノードは、周波数分割多重アクセスまたはその他の任意のチャネルアクセス方法を用いて通信することもできる。 However, in applications where larger bandwidths are available, nodes may also communicate using frequency division multiple access or any other channel access method.

さらに、協調信号、および/または同期信号のヘッダは、1つまたは複数の後続の同期信号について周波数ホッピングスペクトラム拡散(以下「FHSS」)方式によって通信することにより、各同期信号を特徴付ける搬送周波数のセット、およびメッシュネットワークのノード間で伝送される同期信号中の各周波数ホップのタイミング(ノード間の粗い時間同期に基づく)を指定することができる。 Furthermore, the coordination signal and/or the synchronization signal header may specify a set of carrier frequencies characterizing each synchronization signal and the timing of each frequency hop in the synchronization signal transmitted between nodes of the mesh network (based on coarse time synchronization between the nodes) by communicating a frequency hopping spread spectrum (hereinafter "FHSS") scheme for one or more subsequent synchronization signals.

1.7 時間バイアスおよび伝搬遅延の特徴付け
図1Aに示すように、ノード対の各ノードは、ブロックS110、S120、S130、S140、S150、およびS160を実行して、各ノードのクロックに従って評価される所定の伝送時点で互いに対して同期信号を伝送し、そのノードの自己受信ハードウェアを介して同期信号を戻り結合して自己受信信号を形成し、自己受信信号およびノード対の相手ノードから受信する同期信号についてのTOAおよび/またはPOAを記録することができる。したがって、ノード対の各ノードは、そのノードのクロックに従って2つのTOAを計算する、または同期信号の各搬送周波数に対応するPOAのセットを計算する。各ノードは、次いで、ブロックS170で、そのノード対の間の時間バイアスおよびそのノード対の間の伝搬遅延を計算するために、自己受信信号のTOA(またはPOA)および同期信号のTOA(またはPOA)を(例えばそのフレーム内のデータ転送スロット中に)ノード対のノードのうちの一方、または遠隔サーバに送信することができる。
1.7 Characterization of Time Bias and Propagation Delay As shown in FIG. 1A, each node of a node pair can execute blocks S110, S120, S130, S140, S150, and S160 to transmit a synchronization signal to each other at a predetermined transmission time evaluated according to each node's clock, combine the synchronization signal back through the node's self-reception hardware to form a self-received signal, and record the TOA and/or POA for the self-received signal and the synchronization signal received from the other node of the node pair. Thus, each node of the node pair calculates two TOAs according to the node's clock, or calculates a set of POAs corresponding to each carrier frequency of the synchronization signal. Each node can then transmit the TOA (or POA) of the self-received signal and the TOA (or POA) of the synchronization signal to one of the nodes of the node pair (e.g., during a data transfer slot in the frame) or to a remote server in order to calculate the time bias between the node pair and the propagation delay between the node pair in block S170.

図1Bおよび図1Cに示す方法S100の変形形態は、方法S100を実行するノード対を協調させるための追加のブロックを含む。図1Bに示す第1の変形形態では、ノード対のうちのリーダノードは、伝送時間をフォロワノードに通信し、フォロワノードによって計算される自己受信信号のTOAを受信し、フォロワノードによって計算される同期信号のTOAを受信し、リーダノードとフォロワノードの間の時間バイアスおよび伝搬遅延をリーダノードにおいて計算するために、方法S100の上述のブロックに加えてブロックS102、S142、S162、およびS170を実行する。したがって、リーダノードは、TDMA通信方式の同期スロット中にフォロワノードによって伝送される同期信号をリーダノードが受信することができるように、伝送時間をフォロワノードに通信することができる。 The variations of method S100 shown in FIG. 1B and FIG. 1C include additional blocks for coordinating the node pairs performing method S100. In a first variation shown in FIG. 1B, the leader node of the node pair performs blocks S102, S142, S162, and S170 in addition to the above-mentioned blocks of method S100 to communicate the transmission time to the follower node, receive the TOA of the self-received signal calculated by the follower node, receive the TOA of the synchronization signal calculated by the follower node, and calculate the time bias and propagation delay between the leader node and the follower node at the leader node. Thus, the leader node can communicate the transmission time to the follower node so that the leader node can receive the synchronization signal transmitted by the follower node during the synchronization slot of the TDMA communication method.

図1Cに示す方法S100の第2の変形形態では、ノード対と通信している遠隔サーバまたはその他の計算デバイスが、方法S100のブロックS104、S106、S144、S146、S164、S166、およびS170を実行して、ノード対の各ノードについての伝送時間をスケジュールし、ノード対の各ノードが受信する同期信号およびノード対の各ノードで受信する自己受信信号について各ノードからTOAを受信し、ノード対間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算する。 In a second variation of method S100 shown in FIG. 1C, a remote server or other computing device in communication with the node pair performs blocks S104, S106, S144, S146, S164, S166, and S170 of method S100 to schedule transmission times for each node of the node pair, receive TOAs from each node for the synchronization signal received by each node of the node pair and the self-received signal received at each node of the node pair, and calculate time biases and propagation delays between the node pairs.

したがって、上記の変形形態のいずれにおいても、システム内に含まれる様々なエンティティが協働して、ノード対間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算するためにメッシュネットワーク内のノード対間の時間同期プロトコルを実行することができる。1つの実施態様では、時間バイアスは、遠隔サーバによって追跡され、TDMA通信プロトコルを管理するとき、伝送側RFデバイスのマルチラテレーションを実行するとき、または時間同期メッシュネットワークを利用する他の任意のプロトコルを実行するときに見込まれる。あるいは、ノードのうちの1つがリーダノードとして機能して、メッシュネットワーク内のノード間の時間バイアスおよび伝搬時間を追跡することもできる。 Thus, in any of the above variations, various entities included in the system may cooperate to execute a time synchronization protocol between pairs of nodes in the mesh network to calculate time biases and propagation delays between pairs of nodes. In one implementation, the time bias is tracked by a remote server and is expected when managing a TDMA communication protocol, performing multilateration of transmitting RF devices, or executing any other protocol that utilizes a time-synchronized mesh network. Alternatively, one of the nodes may act as a leader node to track time biases and propagation times between nodes in the mesh network.

ノード対のクロックを互いに同期させるために、ノード対の各ノードは、ブロックS110、S120、S130、S140、S150、およびS160を同時に、または連続的に実行することができる。例えば、ノード対のうちの第1のノードは、S110A、S120A、S130A、S140A、S150A、およびS160Aで方法S100のこれらのブロックの第1のインスタンスを実行することができ、ノード対のうちの第2のノードは、S110B、S120B、S130B、S140B、S150B、およびS160Bでこれらのブロックの第2のインスタンスを実行することができる。分かりやすくするために、ブロックS110、S120、S130、S140、S150、またはS160に関する記述は、それぞれ第1のノードが実行するブロックS110A、S120A、S130A、S140A、S150A、またはS160Aに当てはまる、あるいはそれぞれ第2のノードが実行するブロックS110B、S120B、S130B、S140B、S150B、またはS160Bに当てはまる。 To synchronize the clocks of a node pair with each other, each node of the node pair may execute blocks S110, S120, S130, S140, S150, and S160 simultaneously or sequentially. For example, a first node of the node pair may execute a first instance of these blocks of method S100 at S110A, S120A, S130A, S140A, S150A, and S160A, and a second node of the node pair may execute a second instance of these blocks at S110B, S120B, S130B, S140B, S150B, and S160B. For clarity, any description of blocks S110, S120, S130, S140, S150, or S160 applies to blocks S110A, S120A, S130A, S140A, S150A, or S160A, respectively, executed by the first node, or blocks S110B, S120B, S130B, S140B, S150B, or S160B, respectively, executed by the second node.

2つのノードの間の相対時間バイアスに応じて、第1のノードは、ブロックS110B、S120B、S130B、およびS140Bを実行する第2のノードに関連する任意の時点でブロックS110A、S120A、S130A、およびS140Aを実行することができる(両ノードが同期スロット中に実行していると仮定する)。ただし、第1のノードは、第2のノードがブロックS110B、S120B、S130B、およびS140Bを実行した後で、ブロックS150AおよびS160Aを実行して、第2のノードから送信される同期のためのTOAを受信および計算する。同様に、第2のノードは、第1のノードがブロックS110A、S120A、S130A、およびS140Aを実行した後でブロックS150BおよびS160Bを実行する。 Depending on the relative time bias between the two nodes, the first node may execute blocks S110A, S120A, S130A, and S140A at any time relative to the second node executing blocks S110B, S120B, S130B, and S140B (assuming both nodes are executing during a synchronization slot). However, the first node executes blocks S150A and S160A to receive and calculate the TOA for synchronization sent by the second node after the second node executes blocks S110B, S120B, S130B, and S140B. Similarly, the second node executes blocks S150B and S160B after the first node executes blocks S110A, S120A, S130A, and S140A.

1.7.1 伝送時間
ブロックS110AおよびS110Bで、ノード対の各ノードは、同期スロット内の所定の、または協調した伝送時点に同期信号を伝送する。ノードがTDDを実行する実施態様では、ブロックS110Aの第1の伝送時点は、ブロックS110Bの第2の伝送時点から伝送間隔だけずれている可能性がある。したがって、ノード対の各ノードは、各ノード自体のクロックに従って所定の伝送時点で同期信号を伝送する。例えば、第1のノードの第1の伝送時点が1:00:00に設定される場合には、第1のノードは、それ自体のクロックに従って1:00:00に同期を伝送する。したがって、第三者視点では、各ノードは、2つのノード間の時間バイアスだけずれ、また各ノードの伝送時点の間の伝送間隔だけずれた同期信号を伝送する。
1.7.1 Transmission Time In blocks S110A and S110B, each node of a node pair transmits a synchronization signal at a predetermined or coordinated transmission time within the synchronization slot. In an embodiment in which the nodes perform TDD, the first transmission time in block S110A may be offset by a transmission interval from the second transmission time in block S110B. Thus, each node of a node pair transmits a synchronization signal at a predetermined transmission time according to each node's own clock. For example, if the first transmission time of the first node is set to 1:00:00, the first node transmits a synchronization at 1:00:00 according to its own clock. Thus, from a third-party perspective, each node transmits a synchronization signal offset by a time bias between the two nodes and also offset by a transmission interval between the transmission times of each node.

各ノードは、ポーリング応答方式を使用する対称両側双方向レンジングプロトコルの場合のように異なるノードハードウェアユニット間で一貫している決定的な遅延に依拠するのではなく、そのノードの自己受信遅延を直接測定するので、方法S100を実行するシステムは、ノード対の間の時間バイアスおよび伝搬時間を正確に計算するために各ノードの受信チェーン遅延、伝送チェーン遅延、または介在処理遅延の精密な較正を必要としない。さらに、これらの遅延は、固定する必要はなく、測定間で変動する可能性があり、その場合、システムは、測定した自己受信遅延を使用して、可変の受信チェーン遅延、伝送チェーン遅延、または介在処理遅延による系統的な遅延オフセットがあればそれを除去することができる。 Because each node directly measures its own reception delay, rather than relying on a deterministic delay that is consistent between different node hardware units, as is the case with symmetric two-sided bidirectional ranging protocols that use a poll-response scheme, a system performing method S100 does not require precise calibration of each node's receive chain delay, transmit chain delay, or intervening processing delay to accurately calculate the time bias and propagation time between node pairs. Furthermore, these delays need not be fixed and can vary between measurements, in which case the system can use the measured self-reception delay to remove any systematic delay offset due to variable receive chain delay, transmit chain delay, or intervening processing delay.

1.7.2 同期信号
一般に、メッシュネットワーク内のノードは、同期プロトコルの各同期スロットに対応する同期信号を確立するために(互いに、または中央サーバと)通信することができる。さらに詳細には、各同期スロットの同期信号は、同期プロトコルに従って予め決定されている。したがって、各ノードは、相手ノードから受信する同期信号と相互相関させる(すなわちビット整合フィルタまたはI/Q整合フィルタを介して相互相関させる)テンプレート信号にアクセスする、かつ/またはそのテンプレート信号を生成することができる。
1.7.2 Synchronization Signals In general, nodes in a mesh network can communicate (with each other or with a central server) to establish synchronization signals corresponding to each synchronization slot of the synchronization protocol. More specifically, the synchronization signal for each synchronization slot is predetermined according to the synchronization protocol. Thus, each node can access and/or generate a template signal that is cross-correlated (i.e., cross-correlated via a bit matched filter or an I/Q matched filter) with the synchronization signal received from the other node.

1つの実施態様では、このシステムは、所定のパターンに従って各同期スロットについて決定的かつ一意的な同期信号を生成する。さらに、同期信号は、(自己受信信号およびノード対間で伝送される同期信号の両方の受信のために)同期信号を交換するノード対を指定する情報を含むことができる。別の実施態様では、同意信号は、同期スロットにわたって静的である。 In one embodiment, the system generates a deterministic and unique synchronization signal for each synchronization slot according to a predetermined pattern. Additionally, the synchronization signal may include information designating the node pairs with which the synchronization signals are exchanged (for both self-received signals and for reception of synchronization signals transmitted between node pairs). In another embodiment, the agreement signal is static across a synchronization slot.

一般に、同期信号は、信号がメッシュネットワーク内のノードによって受信されるときの信号の信号対雑音比を改善するために既知のコードシーケンスから生成される複素数値ベースバンド信号(例えば位相シフトキーイング信号、周波数シフトキーイング信号)によって(例えば直交変調によって)変調された搬送波信号を含むことができる。さらに詳細には、このシステムは、送信機チップ周期T’のコードシーケンスを含むことができるベースバンド信号によって変調された搬送周波数fによって特徴付けられる搬送波信号を含む。ただし、このシステムは、コードシーケンスが同期プロトコルを実行するノード対の両方のノードに既知であれば、任意のコードシーケンスによって特徴付けられた同期信号を生成することができる。 In general, the synchronization signal may comprise a carrier signal modulated (e.g., by quadrature modulation) by a complex-valued baseband signal (e.g., a phase shift keying signal, a frequency shift keying signal) generated from a known code sequence to improve the signal-to-noise ratio of the signal when it is received by the nodes in the mesh network. More specifically, the system comprises a carrier signal characterized by a carrier frequency f c modulated by a baseband signal that may comprise a code sequence of transmitter chip period T′ c . However, the system may generate a synchronization signal characterized by any code sequence, provided that the code sequence is known to both nodes of a node pair executing a synchronization protocol.

さらに、このシステムは、複数の同時の、または連続した搬送周波数(例えばマルチキャリアまたはFHSS信号)を介して伝送される同期のTOAおよび/またはPOAを受信および計算することができる。さらに詳細には、メッシュネットワーク内のノードは、各搬送周波数についてのPOAを抽出し、したがってノード対の間の正確な時間バイアスおよび伝搬時間を計算するために、複数の狭帯域周波数成分を含むFHSS同期信号を受信することができる。 Furthermore, the system can receive and calculate synchronous TOAs and/or POAs transmitted over multiple simultaneous or consecutive carrier frequencies (e.g., multi-carrier or FHSS signals). More specifically, nodes in the mesh network can receive FHSS synchronization signals that contain multiple narrowband frequency components in order to extract the POA for each carrier frequency and thus calculate precise time biases and propagation times between pairs of nodes.

1.7.2.1 ベースバンド信号
一般に、このシステムは、コードシーケンスをさらに含むベースバンド信号を含む同期信号を生成する。さらに詳細には、このシステムは、最大長コードシーケンス(以下「MLS」)、ゴールドコードシーケンス、かさみコードシーケンス、バーカーコードシーケンス、またはその他の任意のバイナリコードシーケンスなどの擬似ランダムバイナリコードシーケンスを含む信号を受信することができる。1つの実施態様では、このシステムは、相互相関関数の振幅応答に生成されるピークの鮮鋭度を高めるために一定振幅、ゼロ自己相関波形を含むコードシーケンスを含む信号を受信し、タイムスタンプすることができる。例えば、このシステムは、変調MLSまたはFSK変調コードシーケンスを含む同期信号を生成することができる。
1.7.2.1 Baseband Signals In general, the system generates a synchronization signal that includes a baseband signal that further includes a code sequence. More specifically, the system can receive a signal that includes a pseudorandom binary code sequence, such as a maximum length code sequence (hereinafter "MLS"), a Gold code sequence, a Kasami code sequence, a Barker code sequence, or any other binary code sequence. In one embodiment, the system can receive and time stamp a signal that includes a code sequence that includes a constant amplitude, zero autocorrelation waveform to enhance the sharpness of peaks generated in the magnitude response of the cross-correlation function. For example, the system can generate a synchronization signal that includes a modulated MLS or FSK modulated code sequence.

このシステムは、目標の自己相関特性(例えばゼロ遅延における高い自己相関およびその他の箇所における低い自己相関)を有する信号について、より短い信号持続時間内の信号のTOAおよびPOAを計算することができる。このシステムは、次の形態: The system can calculate the TOA and POA of signals within shorter signal durations for signals with the desired autocorrelation characteristics (e.g., high autocorrelation at zero delay and low autocorrelation elsewhere). The system can be of the following form:

Figure 2024516594000002
のベースバンド信号s(t)を有する信号を受信することができ、ここで、T’は、送信機チップ周期であり、b(例えば{-1,1}内)は、既知のコードシーケンス
Figure 2024516594000002
A signal having a baseband signal s(t) of T′ c is received, where T′ c is the transmitter chip period and b n (eg, in {−1,1}) is a known code sequence.

Figure 2024516594000003
であり、g’(t)は、チップ波形(方形パルスまたはその他の任意のパルス形状)である。したがって、信号の持続時間は、NT’である。
Figure 2024516594000003
and g'(t) is the chip waveform (rectangular pulse or any other pulse shape). The duration of the signal is therefore NT'c .

1つの実施態様では、このシステムは、固定プリアンブル(例えば同期信号間で変化しないビットシーケンス)、可変シンクワード、およびデータペイロードを含む同期信号を生成することができる。1つの例では、このシステムは、コードシーケンスbを固定プリアンブルと可変シンクワードの組合せとして含む同期信号を生成することができる。別の例では、このシステムは、コードシーケンスbを可変シンクワード内のみに含む同期信号を生成することもできる。さらに別の例では、このシステムは、コードシーケンスbをデータペイロードの所定の部分内に含む同期信号を生成することもできる。 In one embodiment, the system can generate a synchronization signal that includes a fixed preamble (e.g., a bit sequence that does not change between synchronization signals), a variable sync word, and a data payload. In one example, the system can generate a synchronization signal that includes the code sequence b n as a combination of the fixed preamble and the variable sync word. In another example, the system can generate a synchronization signal that includes the code sequence b n only within the variable sync word. In yet another example, the system can generate a synchronization signal that includes the code sequence b n within a predetermined portion of the data payload.

別の実施態様では、このシステムは、信号の自己相関関数における2番目に大きいピークの大きさに対する最大ピークの大きさの比として定義される自己相関ピーク比を最大にするコードシーケンス(同期信号のより大きいデータ搬送部分内)を(例えば総当たりシミュレーションによって)計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、同期信号の自己相関が閾値自己相関ピーク比より大きい自己相関ピーク比によって特徴付けられるように同期信号を生成することができる。 In another embodiment, the system can calculate (e.g., by brute force simulation) a code sequence (within a larger data-carrying portion of the synchronization signal) that maximizes an autocorrelation peak ratio, defined as the ratio of the magnitude of the largest peak to the magnitude of the second largest peak in the autocorrelation function of the signal. More specifically, the system can generate the synchronization signal such that the autocorrelation of the synchronization signal is characterized by an autocorrelation peak ratio that is greater than a threshold autocorrelation peak ratio.

あるいは、このシステムは、バイナリコードシーケンスとは対照的に、連続値および/または複素数値のベースバンド信号に基づいて同期信号を生成する。例えば、このシステムは、Zadoff-Chuシーケンスを含む同期信号を生成することもできる。 Alternatively, the system may generate a synchronization signal based on a continuous and/or complex-valued baseband signal, as opposed to a binary code sequence. For example, the system may generate a synchronization signal that includes a Zadoff-Chu sequence.

1.7.2.2 搬送波信号
一般に、このシステムは、コードシーケンスによって変調された搬送波信号を含む同期信号を生成することができる。さらに詳細には、このシステムは、伝送側ノードのローカル発振器に基づいて生成された搬送周波数によって特徴付けられる搬送波信号を含む信号を受信することができる。したがって、各ノードは、所与の動作周波数を介してノード対の相手ノードに同期信号を伝送することができる。
1.7.2.2 Carrier Signal In general, the system can generate a synchronization signal that includes a carrier signal modulated by a code sequence. More specifically, the system can receive a signal that includes a carrier signal characterized by a carrier frequency generated based on a local oscillator of the transmitting node. Thus, each node can transmit a synchronization signal to the other node of a node pair via a given operating frequency.

1つの実施態様では、このシステムは、搬送波信号のセットによって特徴付けられる同期信号を生成することができる。1つの例では、このシステムは、複数の搬送周波数を介してOFDM信号などのマルチキャリア信号を定義する同期信号を生成することができる。代替の例では、このシステムは、複数の搬送周波数の間でホップするFHSS信号を定義する同期信号を生成することができる。したがって、この実施態様では、このシステムは、同期信号の各搬送周波数について、伝送側ノードから受信する自己受信信号から計算される位相参照(例えば自己受信信号のPOA)を基準として、ノード対の受信側ノードから受信する同期信号のPOAを識別する。 In one embodiment, the system may generate a synchronization signal characterized by a set of carrier signals. In one example, the system may generate a synchronization signal that defines a multi-carrier signal, such as an OFDM signal, over multiple carrier frequencies. In an alternative example, the system may generate a synchronization signal that defines an FHSS signal that hops between multiple carrier frequencies. Thus, in this embodiment, the system identifies, for each carrier frequency of the synchronization signal, the POA of the synchronization signal received from the receiving node of the node pair relative to a phase reference (e.g., the POA of the self-received signal) calculated from the self-received signal received from the transmitting node.

これに加えて、または代替として、このシステムは、測定信号との同期波形の整合フィルタの相互参照ピークに対応する位相値に基づいて、信号のTOAの計算を洗練することができる。したがってこのシステムは、振幅変調、周波数変調、または位相変調など任意のタイプの変調によって特徴付けられる同期信号を使用することができる。 Additionally or alternatively, the system can refine the calculation of the TOA of the signal based on a phase value corresponding to a cross-reference peak of a matched filter of a synchronous waveform with the measurement signal. Thus, the system can use a synchronous signal characterized by any type of modulation, such as amplitude modulation, frequency modulation, or phase modulation.

1つの実施態様では、メッシュネットワーク内のノードが標準的なRFトランシーバ技術によって同期信号を受信するために、ローカルノードは、ベースバンド信号を伝送搬送周波数でローカル発振器トーンと混合する(すなわちベースバンド信号をアップコンバートする)ことにより、上述のベースバンド信号から同期信号を生成することができる。遠隔ノードは、このアップコンバート信号を受信すると、受信通過帯域信号をフィルタリングし、受信搬送周波数(周波数分割多重の場合のように伝送搬送周波数と異なっていてもよい)でローカル発振器トーンと混合することにより、受信通過帯域を受信ベースバンド信号にダウンコンバートすることができる。 In one embodiment, for nodes in a mesh network to receive a synchronization signal via standard RF transceiver techniques, a local node can generate a synchronization signal from the above-mentioned baseband signal by mixing the baseband signal with a local oscillator tone at the transmit carrier frequency (i.e., upconverting the baseband signal). Upon receiving this upconverted signal, a remote node can downconvert the receive passband to a receive baseband signal by filtering the receive passband signal and mixing it with a local oscillator tone at the receive carrier frequency (which may be different from the transmit carrier frequency as in frequency division multiplexing).

1.7.3 TOAおよびPOAの検出
一般に、このシステム(例えば受信側ノード、あるいは同期信号または自己受信信号のサンプルを受信するサーバ)は、同期信号のテンプレートに基づいてビット整合フィルタまたはI/Q整合フィルタなどの整合フィルタを実行することにより、受信同期信号または自己受信信号に基づいてTOAおよび/またはPOAを抽出することができる。このように、このシステムは、同期信号のテンプレート信号と受信ベースバンドサンプルの間の相互相関を計算することができる。このシステムは、次いで、相互参照におけるピークを識別して、受信ノードにおける同期信号のTOAを得ることができる。このシステムは、また、整合フィルタ出力の位相応答に基づいて受信側ノードにおける同期信号の位相(または受信側ノードにおける自己受信信号の位相)を抽出することもできる。
1.7.3 TOA and POA Detection In general, the system (e.g., a receiving node or a server receiving a sample of a synchronization signal or a self-received signal) can extract the TOA and/or POA based on the received synchronization signal or the self-received signal by implementing a matched filter, such as a bit matched filter or an I/Q matched filter, based on a template of the synchronization signal. In this way, the system can calculate the cross-correlation between the template signal of the synchronization signal and the received baseband sample. The system can then identify a peak in the cross-reference to obtain the TOA of the synchronization signal at the receiving node. The system can also extract the phase of the synchronization signal at the receiving node (or the phase of the self-received signal at the receiving node) based on the phase response of the matched filter output.

1.7.4 同期プロトコル
一般に、各ノードは、(例えば同期スロットの既知の同期信号テンプレートに基づいて)同期信号を生成し、同期信号をノード対の他方のノードに同時に、または連続して伝送し、伝送した同期信号に基づいて自己受信信号を受信し、ノード対の他方のノードから同期信号を受信する。説明を容易にするために、ノード対のノードを、nおよびnと呼ぶ。ただし、nおよびnは、メッシュネットワーク内の任意の2ノード対を指すことができる。方法S100は、(b-b)として表されるnとnの間の相対時間バイアスおよび伝搬遅延τを計算することを含む。電磁気の相反定理に基づいて、nからnに伝送される信号の伝搬遅延は、nからnに伝送される信号の伝搬遅延と等しい(τ1,2=τ2,1≡τ)。
1.7.4 Synchronization Protocol In general, each node generates a synchronization signal (e.g., based on a known synchronization signal template of a synchronization slot), transmits the synchronization signal to the other node of the node pair simultaneously or consecutively, receives a self-received signal based on the transmitted synchronization signal, and receives a synchronization signal from the other node of the node pair. For ease of explanation, the nodes of the node pair are referred to as n1 and n2 . However, n1 and n2 can refer to any two-node pair in the mesh network. The method S100 includes calculating a relative time bias and propagation delay τ between n1 and n2 , represented as ( b1 - b2 ). Based on the reciprocity theorem of electromagnetics, the propagation delay of a signal transmitted from n1 to n2 is equal to the propagation delay of a signal transmitted from n2 to n1 ( τ1,2 = τ2,1 ≡ τ).

ブロックS140およびS160などにおいてTOAを計算するときには、ノードは、受信同期信号または自己受信信号をテンプレート信号と相互相関させて、自己相関関数のピーク値に対応するタイムスタンプを決定することができる。1つの実施態様では、各ノードは、受信信号とテンプレート信号の間のデジタル自己相関を実行する。あるいは、各ノードは、デジタル同期信号のアナログ変換とテンプレート信号の間のアナログ自己相関を実行する。後者は、サンプル間の期間に加えて、サンプルの値も見込んでいる。さらに、ノードは、同期信号から抽出する位相情報に基づいて計算したTOAを洗練することができる。1つの実施態様では、ノードは、以下でさらに述べるように、各同期信号を複数の周波数帯域を介して伝送して、受信ノードが得る搬送波位相測定値の数を増加させ、それによりTOA計算の確度を高めることができる。 When calculating the TOA, such as in blocks S140 and S160, the node may cross-correlate the received synchronization signal or the self-received signal with the template signal to determine a timestamp corresponding to the peak value of the autocorrelation function. In one embodiment, each node performs a digital autocorrelation between the received signal and the template signal. Alternatively, each node performs an analog conversion of the digital synchronization signal and an analog autocorrelation between the template signal, the latter allowing for the values of the samples in addition to the period between samples. Additionally, the node may refine the calculated TOA based on phase information it extracts from the synchronization signal. In one embodiment, the node may transmit each synchronization signal over multiple frequency bands, as described further below, to increase the number of carrier phase measurements obtained by the receiving node, thereby increasing the accuracy of the TOA calculation.

ブロックS110Aでは、ローカルな時点T(すなわち第1の伝送時点)において、nは、FPGAまたはDSPでベースバンド同期信号を生成する。1つの実施態様では、nは、アンテナを介して伝送するためにベースバンド同期信号を搬送周波数の同期信号にアップコンバートし、搬送同期信号をnの伝送チェーンに沿って伝搬することにより、伝送チェーン遅延tを受ける。次いで、アナログ搬送波信号は、自己受信ハードウェアと相互作用し、自己受信ハードウェアは、ブロックS120Aに示すように同期信号をnのRxポートに反射する、またはその他のかたちで戻り結合する。自己受信信号(すなわち反射またはその他のかたちで戻り結合された同期信号)は、位相および群遅延を保存している同期信号のレプリカであるが、2つの信号のパワーは異なっていてもよい。1つの実施態様では、自己受信信号のパワーを戻り結合機構および/または減衰器を通して調整して、自己受信信号の電圧レベルがnのADCを飽和させないようにする。 In block S110A, at a local time T 1 (i.e., the first transmission time), n 1 generates a baseband synchronization signal in an FPGA or DSP. In one embodiment, n 1 upconverts the baseband synchronization signal to a carrier frequency synchronization signal for transmission via an antenna, and experiences a transmission chain delay t 1 by propagating the carrier synchronization signal along n 1 's transmission chain. The analog carrier signal then interacts with the self-reception hardware, which reflects or otherwise couples the synchronization signal back to n 1 's Rx port as shown in block S120A. The self-received signal (i.e., the reflected or otherwise coupled back synchronization signal) is a replica of the synchronization signal preserving phase and group delay, although the power of the two signals may differ. In one embodiment, the power of the self-received signal is adjusted through a return coupling mechanism and/or an attenuator so that the voltage level of the self-received signal does not saturate n 1 's ADC.

ブロックS130Aで、nは、同期信号を伝送する際に自己受信信号を受信する。自己受信信号がnの受信チェーン内を伝搬する間に、自己受信信号は受信チェーン遅延rを受ける。ブロックS140Aで、nは、そのノードの自己受信信号のローカルTOA、S1,1を計算し、これは、次の数式によって関心のある未知のパラメータと関係する。
1,1=T+t+r
このように、S1,1は、nのクロックによるnからの自己受信信号のTOAを表す。
At block S130A, n1 receives its own received signal as it transmits the synchronization signal. As the self-received signal propagates through n1 's receive chain, it experiences a receive chain delay r1 . At block S140A, n1 calculates the local TOA, S1,1 , of the self-received signal for that node, which is related to the unknown parameter of interest by the following equation:
S1,1 = T1 + t1 + r1
Thus, S 1,1 represents the TOA of the self-received signal from n 1 according to n 1 's clock.

図5AならびにブロックS110B、S120B、S130B、およびS140Bに示すように、nは、ブロックS110A、S120A、S130A、およびS140Aでnによって実行されるステップと等価なステップを実行することにより、第2の同期信号を伝送し、nによって生成される自己受信信号のTOAを計算する。
2,2=T+t+r
ここで、Tは、nにおけるローカルな時点(すなわち第2の伝送時点)であり、tは、nの伝送チェーン遅延であり、rは、nの受信チェーン遅延である。各ノードの伝送時点が伝送間隔Δだけずれている実施態様では、T=T+Δである。このように、S2,2は、nのクロックによるnからの自己受信信号の測定TOAを表す。
As shown in FIG. 5A and blocks S110B, S120B, S130B, and S140B, n2 transmits a second synchronization signal and calculates the TOA of the self-received signal generated by n2 by performing steps equivalent to those performed by n1 in blocks S110A, S120A, S130A, and S140A.
S2,2 = T2 + t2 + r2
where T2 is the local time at n2 (i.e., the second transmission time), t2 is the transmit chain delay of n2 , and r2 is the receive chain delay of n2 . In an embodiment where the transmit times of each node are offset by a transmission interval Δ, T2 = T1 + Δ. Thus, S2,2 represents the measured TOA of the self-received signal from n2 according to the clock of n2 .

図5BおよびブロックS150Aに示すように、nは、nから同期信号を受信し、この同期信号は、nの受信チェーン内を伝搬して、受信チェーン遅延rを受ける。次いで、ブロックS160Aで、nは、以下の数式で表されるnから受信した同期信号のローカルTOA、S1,2を計算する。
1,2=T-b+t+τ+r+b
このように、S1,2は、nのクロックによるnからの同期信号の測定TOAを表す。
5B and block S150A, n1 receives a synchronization signal from n2 that propagates through n1 's receive chain and experiences a receive chain delay r1 . Then, in block S160A, n1 calculates the local TOA, S1,2, of the received synchronization signal from n2 , which is represented by the following equation:
S1,2 = T2 - b2 + t2 + τ + r1 + b1
Thus, S 1,2 represents the measured TOA of the synchronized signal from n 2 by the clock of n 1 .

ブロックS150BおよびS160Bで、nは、ブロックS150AおよびS160Aでnによって実行されるステップと等価なステップを実行することにより、nから同期信号を受信し、次のように表される同期信号の(nにおける)ローカルTOA、S2,1を計算する。
2,1=T-b+t+τ+r+b
In blocks S150B and S160B, n2 receives the synchronization signal from n1 by performing steps equivalent to those performed by n1 in blocks S150A and S160A, and calculates the local TOA, S2,1, of the synchronization signal (at n2 ), which can be expressed as:
S2,1 = T1 - b1 + t1 + τ + r2 + b2

このように、S2,1は、nのクロックによるnからの同期信号の測定TOAを表す。 Thus, S2,1 represents the measured TOA of the synchronization signal from n1 by the clock of n2 .

ブロックS170で、ノードのうちの1つ(例えばノード対のリーダノード)nまたはnのいずれか、あるいは遠隔サーバまたは別個のリーダノードなどの別の計算デバイスは、上記のTOA、S1,1、S1,2、S2,2、およびS2,1を収集して、τおよびb-b+r-r、または相対時間バイアスに受信機チェーン遅延の差を加えた値を計算する。自己受信信号のTOA、および相手ノードが受信する対応する同期信号のTOAを減算することにより、次の式が導出される。
1,2-S2,2=τ+r+b-r―b
2,1-S1,1=τ+r+b-r-b
したがって、このシステムは、τを
In block S170, one of the nodes (e.g., the leader node of the node pair), either n1 or n2 , or another computing device, such as a remote server or separate leader node, collects the TOAs, S1,1 , S1,2 , S2,2 , and S2,1 , and calculates τ and b1 - b2 + r1 - r2 , or the relative time bias plus the difference in receiver chain delays. By subtracting the TOA of the self-received signal and the TOA of the corresponding synchronization signal received by the other node, the following equation is derived:
S1,2 - S2,2 = τ + r1 + b1 - r2 - b2
S2,1 - S1,1 = τ + r2 + b2 - r1 - b1
Therefore, this system is

Figure 2024516594000004
として計算することができ、b-b+r-rは、
Figure 2024516594000004
and b 1 −b 2 +r 1 −r 2 is

Figure 2024516594000005
として計算される。
Figure 2024516594000005
It is calculated as:

純粋な相対時間バイアスb-bの値は、r-rの値がなくては計算することができないが、ノード対の一方のノードのクロックをb-b+r-rによって調整することにより、受信チェーン遅延の差が時間バイアスの後の不正確さを補償するので、各クロックにおける瞬間的な時点がr-rだけ異なっている場合でも、両ノードが同時に受信する任意の信号が各ノードで同じタイムスタンプを受けることを保証する。あるいは、r-r≒0である場合には、 Although the value of the pure relative time bias b 1 -b 2 cannot be calculated without the value of r 1 -r 2 , adjusting the clock of one node of a node pair by b 1 -b 2 +r 1 -r 2 ensures that any signal received simultaneously by both nodes receives the same timestamp at each node, even though the instantaneous points in time at each clock differ by r 1 -r 2 . Alternatively, if r 1 -r 2 ≈ 0, then

Figure 2024516594000006
である。
Figure 2024516594000006
It is.

τおよびb-b+r-rを計算した後で、方法S100は、b-b+r-rをnまたはnのクロックに加算して初期時間バイアスを補償することにより、nとnの間で時間を同期させることを含むことができる。メッシュネットワーク内に複数のノードがある実施態様では、1つのノードが「リーダノード」として指定され、他のノードは「フォロワノード」として指定される。したがって、この実施態様では、方法S100は、フォロワノードのクロックをリーダノードに一致するように調整することを含む。あるいは、システム内のリーダノードまたは遠隔サーバが、メッシュネットワーク内の各ノード対の相対時間バイアスを追跡して、時間に基づく通信プロトコルまたは他のRFデバイスのマルチラテレーションなどメッシュネットワーク内のノード間の精密な時間同期に依拠するプロセスを実行するときに、計算した時間バイアスを補償することもできる。 After calculating τ and b 1 -b 2 +r 1 -r 2 , method S100 may include synchronizing time between n 1 and n 2 by adding b 1 -b 2 +r 1 -r 2 to the clock of n 1 or n 2 to compensate for the initial time bias. In an embodiment with multiple nodes in the mesh network, one node is designated as the "leader node" and the other nodes are designated as "follower nodes." Thus, in this embodiment, method S100 includes adjusting the clocks of the follower nodes to match the leader node. Alternatively, a leader node or a remote server in the system may track the relative time bias of each pair of nodes in the mesh network to compensate for the calculated time bias when executing processes that rely on precise time synchronization between nodes in the mesh network, such as time-based communication protocols or multilateration of other RF devices.

1つの実施態様では、メッシュネットワーク内の各ノードは、ノードの様々な対の組合せの間の時間バイアス測定値が過剰定義されているときには、これらの変数を減算して時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することができる。例えば、ノードn、n、およびnを含むネットワークにおいて、nとnの間の時間バイアスは、次のように計算することもできる。 In one embodiment, each node in the mesh network can subtract these variables to calculate the time bias and propagation delay when the time bias measurements between various pairwise combinations of nodes are overdefined. For example, in a network including nodes n1 , n2 , and n3 , the time bias between n1 and n2 can be calculated as follows:

Figure 2024516594000007
Figure 2024516594000007

さらに、方法S100は、(例えば2つのノード間の通信障害物などによって)直接の通信回線を有していないノード間の時間バイアスを間接的に計算することを含むこともできる。例えば、ノードn、n、およびnを含むネットワークにおいて、nとnの間の時間バイアスは、次のように計算することもできる。 Additionally, method S100 may also include indirectly calculating the time bias between nodes that do not have a direct communication line (e.g., due to a communication obstruction between the two nodes, etc.) For example, in a network including nodes n1 , n2 , and n3 , the time bias between n1 and n3 may be calculated as follows:

Figure 2024516594000008
したがって、nおよびnは、方法S100の別の反復を実行することができ、このシステムは、第1の時間バイアス(b-b)と第2の時間バイアス(b-b)の和に基づいてnの第1のクロックとnの第3のクロックの間の時間バイアスを計算することができる。
Figure 2024516594000008
Thus, n 2 and n 3 can perform another iteration of method S100, and the system can calculate a time bias between the first clock of n 1 and the third clock of n 3 based on the sum of the first time bias (b 1 -b 2 ) and the second time bias (b 2 -b 3 ).

さらに、方法S100は、ノード間の相対時間バイアスの瞬間不確実性δ(b-b)および伝搬遅延の瞬間不確実性δτを計算することを含むことができる。不確実性の源は、各TOA計算の自己相関関数のピーク幅に基づく伝搬した不確実性に加え、同期スロット間で各ノードのクロックにおいて生じ得る任意の予想位相ノイズを含むことができる。 Additionally, method S100 may include calculating an instantaneous uncertainty δ(b 1 −b 2 ) in the relative time bias between the nodes and an instantaneous uncertainty δτ in the propagation delay. Sources of uncertainty may include propagated uncertainties based on the width of the peaks in the autocorrelation function of each TOA calculation, as well as any expected phase noise that may occur in the clocks of each node between synchronization slots.

1.7.4.1 位相に基づく同期プロトコル
図1Dに示すように、このシステムは、各ノードがnおよびnにおける同期信号ならびにnおよびnにおける自己受信信号のPOA(同期信号と一致するテンプレート信号に基づく)をそれぞれブロックS167、S168、S147、およびS148で検出する、同期プロトコルの位相に基づく変形形態を(ノード対との通信を介して)実行することができる。したがって、このシステムは、ブロックS172において、ノード対の相手ノードで受信される同期信号のPOAと自己受信信号のPOAによって与えられるローカル位相参照との間の相対位相遅延を測定し、この位相情報を利用して、nとnの間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することができる。さらに、このシステムは、同期信号の各搬送周波数について同期プロトコルの位相に基づく変形形態を実行することにより、nで受信される第1の自己受信信号、nで受信される第1の同期信号、n受信される第2の自己受信信号、およびnで受信される第2の同期信号を含む各同期信号および自己受信信号についてのPOAのセットを検出することができる。nは、第1の自己受信信号を受信すると、次のように表される第1の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ1,1,m=(2πfc,m+φ1,Tx,m+φ1,Rx,m)mod 2π
ここで、fc,mは、搬送周波数を表し、φ1,Tx,mは、nの伝送チェーンの周波数依存位相オフセットを表し、φ1,Rx,mは、nの受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数fc,1からfc,Mのセットについて、このシステムは、nで受信される自己受信信号について位相参照(fc,1,φ1,1,1)から(fc,M,φ1,1,M)のセットを生成することができる。同様に、nは、次のように表される第2の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ2,2,m=(2πfc,m+φ2,Tx,m+φ2,Rx,m)mod 2π
ここで、fc,mは、搬送周波数を表し、φ2,Tx,mは、nの伝送チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表し、φ2、Rx,mは、nの受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数fc,1からfc,Mのセットについて、このシステムは、nで受信される自己受信信号について位相参照(fc,1,φ2,2,1)から(fc,M,φ2,2,M)のセットを生成することができる。
1.7.4.1 Phase-Based Synchronization Protocol As shown in Figure 1D, the system can implement (through communication with a node pair) a phase-based variant of the synchronization protocol in which each node detects the synchronization signal at n1 and n2 and the POA of its own received signal at n1 and n2 (based on a template signal that matches the synchronization signal) in blocks S167, S168, S147, and S148, respectively. Thus, the system can measure the relative phase delay in block S172 between the POA of the synchronization signal received at the other node of the node pair and the local phase reference provided by the POA of the own received signal, and use this phase information to calculate the time bias and propagation delay between n1 and n2 . Furthermore, the system can detect a set of POAs for each synchronization signal and self-received signal, including a first self-received signal received at n 1 , a first synchronization signal received at n 2 , a second self-received signal received at n 2 , and a second synchronization signal received at n 1 , by performing a phase-based variation of the synchronization protocol for each carrier frequency of the synchronization signal. Upon receiving the first self-received signal, n 1 detects the carrier phase of the first self-received signal, which can be expressed as:
φ 1,1,m = (2πf c,m T 1 + φ 1,Tx,m + φ 1,Rx,m ) mod 2π
where f c,m represents the carrier frequency, φ 1,Tx,m represents the frequency dependent phase offset of the n 1 transmit chain, and φ 1,Rx,m represents the frequency dependent phase offset induced by the n 1 receive chain. Thus, for a set of carrier frequencies f c,1 to f c,M , the system can generate a set of phase references (f c,11,1,1 ) to (f c,M1,1,M ) for the self-received signal received at n 1. Similarly, n 2 detects the carrier phase of the second self-received signal, which can be expressed as:
φ2,2,m = (2πfc , mT2 + φ2,Tx,m + φ2,Rx,m ) mod 2π
where f c,m represents the carrier frequency, φ 2,Tx,m represents the frequency dependent phase offset induced by the n 2 transmit chains, and φ 2,Rx,m represents the frequency dependent phase offset induced by the n 2 receive chains. Thus, for a set of carrier frequencies f c,1 through f c,M , the system can generate a set of phase references (f c,1 , φ 2,2,1 ) through (f c,M , φ 2,2,M ) for the self-received signal received at n 2 .

位相/周波数点の第1のセット(fc,1,φ1,1,1)から(fc,M,φ1,1,M)および位相/周波数点の第2のセット(fc,1,φ2,2,1)から(fc,M,φ2,2,M)は、同期信号がノードnおよびnのハードウェアと相互作用するときに同期信号が受ける位相依存周波数オフセットの位相参照を表す。 The first set of phase/frequency points (f c,1 , φ 1,1,1 ) through (f c,M , φ 1,1,M ) and the second set of phase/frequency points (f c,1 , φ 2,2,1 ) through (f c,M , φ 2,2,M ) represent phase references for the phase-dependent frequency offset that the synchronization signal experiences as it interacts with the hardware of nodes n 1 and n 2 .

さらに、nは、次のように表されるnから受信する同期信号の搬送波位相を検出することができる。
φ1,2,m=(2πfc,m(T-b+b+τ)+φ2,Tx,m+φ1,Rx,m)mod 2π
したがって、搬送周波数fc,1からfc,Mのセットについて、このシステムは、nで受信される同期信号についてのPOAの第1のセット(fc,1,φ1,2,1)から(fc,M,φ1,2,M)を生成することができる。
Furthermore, n1 can detect the carrier phase of the synchronization signal it receives from n2 , which can be expressed as:
φ 1,2,m = (2πf c,m (T 2 -b 2 +b 1 +τ) + φ 2,Tx,m + φ 1,Rx,m ) mod 2π
Thus, for a set of carrier frequencies f c,1 to f c,M , the system can generate a first set of POAs (f c,1 , φ 1,2,1 ) to (f c,M , φ 1,2,M ) for the synchronization signal received at n 1.

同様に、nは、次のように表されるnから受信する同期信号の搬送波位相を検出することができる。
φ2,1,m=(2πfc,m(T-b+b+τ)+φ1,Tx,m+φ2,Rx,m)mod 2π
したがって、搬送周波数fc,1からfc,Mのセットについて、このシステムは、nで受信される同期信号についてのPOAの第2のセット(fc,1,φ2,1,1)から(fc,M,φ2,1,M)を生成することができる。
Similarly, n2 can detect the carrier phase of the synchronization signal it receives from n1 , which can be expressed as:
φ 2,1,m = (2πf c,m (T 1 -b 1 +b 2 +τ) + φ 1,Tx,m + φ 2,Rx,m ) mod 2π
Thus, for a set of carrier frequencies f c,1 to f c,M , the system can generate a second set of POAs (f c,1 , φ 2,1,1 ) to (f c,M , φ 2,1,M ) for the synchronization signal received at n 2.

ノード対nおよびnについてのτを計算するために、このシステムは、第1の同期信号の各搬送周波数の位相参照と第1の同期信号の各搬送周波数のPOAの間の位相差を計算することにより、位相/周波数点の第1のセット(fc,m,φ2,1,m-φ1,1,m)を計算することができる。同様に、このシステムは、第2の同期信号の各搬送周波数の位相参照と第2の同期信号の各搬送周波数のPOAの間の位相差を計算することにより、位相/周波数点の第2のセット(fc,m,φ1,2,m-φ2,2,m)を計算することができる。位相/周波数点の第1のセットおよび第2のセットについての位相と周波数の間の関係は、次のように表すことができる。
φ2,1,m-φ1,1,m
=(2πfc,m(T-b+b+τ)+φ1,Tx,m+φ2,Rx,m-2πfc,m―φ1,Tx,m-φ1,Rx,m)mod 2π
=(φ2,Rx,m+2πfc,m(τ―b+b)-φ1,Rx,m)mod 2π
φ1,2,m-φ2,2,m
=(2πfc,m(T-b+b+τ)+φ2,Tx,m+φ1,Rx,m-2πfc,m―φ2,Tx,m-φ2,Rx,m)mod 2π
=(φ1,Rx,m+2πfc,m(τ―b+b)-φ2,Rx,m)mod 2π
したがって、このシステムは、各搬送周波数fc,mについて(φ2,1,m-φ1,1,m)と(φ1,2,m-φ2,2,m)を合計して、合計位相/周波数点((φ2,1,m-φ1,1,m)+(φ1,2,m-φ2,2,m)、fc,m)のセットを生成することができる。次いで、このシステムは、次の数式によってτの値を計算することができる。
To calculate τ for node pairs n1 and n2 , the system may calculate a first set of phase/frequency points (f c,m2,1,m -φ 1,1,m ) by calculating the phase difference between the phase reference of each carrier frequency of the first synchronization signal and the POA of each carrier frequency of the first synchronization signal. Similarly, the system may calculate a second set of phase/frequency points (f c,m1,2,m2,2 ,m ) by calculating the phase difference between the phase reference of each carrier frequency of the second synchronization signal and the POA of each carrier frequency of the second synchronization signal. The relationship between phase and frequency for the first and second sets of phase/frequency points may be expressed as follows:
φ 2,1,m - φ 1,1,m
= (2πf c,m (T 1 -b 1 +b 2 +τ) + φ 1,Tx,m + φ 2,Rx,m - 2πf c,m T 11,Tx,m1,Rx,m ) mod 2π
= (φ 2, Rx, m + 2π f c, m (τ - b 1 + b 2 ) - φ 1, Rx, m ) mod 2π
φ 1,2,m - φ 2,2,m
= (2πf c,m (T 2 -b 2 +b 1 +τ) + φ 2,Tx,m + φ 1,Rx,m - 2πf c,m T 22,Tx,m2,Rx,m ) mod 2π
= (φ 1, Rx, m + 2π f c, m (τ - b 2 + b 1 ) - φ 2, Rx, m ) mod 2π
Thus, the system can sum ( φ2,1,m - φ1,1,m ) and ( φ1,2,m - φ2,2,m ) for each carrier frequency fc ,m to generate a set of total phase/frequency points (( φ2,1,m - φ1,1,m ) + ( φ1,2,m - φ2,2,m ), fc ,m ). The system can then calculate the value of τ by the following formula:

Figure 2024516594000009
したがって、合計位相/周波数点の線形回帰(例えば位相/周波数点の各2πラップアラウンドについての周期的線形回帰)((φ2,1,1-φ1,1,1)+(φ1,2,1-φ2,2,1),fc,1)から((φ2,1,M-φ1,1,M)+(φ1,2,M-φ2,2,M),fc,M)を計算することにより、このシステムは、上述の同期プロトコルによるサブサンプル確度でτの値を計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、τを計算するために、概算で4πτに等しい周期的線形回帰の傾きを抽出することができる。
Figure 2024516594000009
Thus, by calculating a linear regression of the total phase/frequency points (e.g., a periodic linear regression for each 2π wraparound of the phase/frequency points) (( φ2,1,1 - φ1,1,1 ) + ( φ1,2,1 - φ2,2,1 ), fc,1 ) to (( φ2,1,M - φ1,1,M ) + ( φ1,2,M - φ2,2,M ), fc ,M ), the system can calculate a value of τ with sub-sample accuracy according to the synchronization protocol described above. More specifically, the system can extract the slope of the periodic linear regression, which is approximately equal to 4πτ, in order to calculate τ.

したがって、1つの実施態様では、方法S100のブロックを実行する遠隔サーバまたはリーダノードは、nのクロックによるTにおけるnによる同期信号の伝送後に、nによる第1の自己受信信号の位相をnから受信し、nによるnからの同期信号の位相をnから受信し、nのクロックによるTにおけるnによる同期信号の伝送後に、nのクロックによる第2の自己受信信号の位相をnから受信し、nのクロックによるnからの同期信号の位相をnから受信することができる。次いで、遠隔サーバまたはリーダノードは、第1の自己受信信号の位相、第1の同期信号の位相、第2の自己受信信号の位相、および第2の同期信号の位相に基づいて、第1の伝搬遅延を洗練することができる。 Thus, in one embodiment, a remote server or reader node executing the blocks of method S100 may receive from n1 the phase of the first self-received signal by n1 after transmission of the synchronization signal by n1 at T1 by its clock, receive from n2 the phase of the synchronization signal from n1 by n2 after transmission of the synchronization signal by n2 at T2 by its clock, receive from n2 the phase of the second self-received signal by n2 's clock, and receive from n1 the phase of the synchronization signal from n2 by its clock. The remote server or reader node may then refine the first propagation delay based on the phase of the first self-received signal, the phase of the first synchronization signal, the phase of the second self-received signal, and the phase of the second synchronization signal.

あるいは、このシステムは、位相/周波数点の第1のセット(fc,m,φ2,1,m-φ1,1,m)および位相/周波数点の第2のセット(fc,m,φ1,2,m-φ2,2,m)に基づいて、減算された位相/周波数点のセットを生成することにより、nとnの間の時間バイアスを計算することもできる。さらに詳細には、このシステムは、次の数式に基づいて時間バイアスを計算することができる。
(φ2,1,m-φ1,1,m)-(φ1,2,m-φ2,2,m
=(φ2,Rx,m+2πfc,m(τ-b+b)-φ1,Rx,m
-(φ1,Rx,m+2πfc,m(τ-b+b)-φ2,Rx,m)mod 2π
(φ2,1,m-φ1,1,m)-(φ1,2,m-φ2,2,m)=2φ2,Rx,m-2φ1,Rx,m+4πfc,m(b-b)mod 2π
Alternatively, the system may calculate the time bias between n1 and n2 by generating a set of subtracted phase/frequency points based on a first set of phase/frequency points (fc ,m , φ2,1,m - φ1,1,m ) and a second set of phase/frequency points (fc ,m , φ1,2 ,m - φ2,2 ,m ). More specifically, the system may calculate the time bias based on the following formula:
( φ2,1,m - φ1,1,m ) - ( φ1,2,m - φ2,2,m )
= (φ 2, Rx, m + 2πf c, m (τ-b 1 + b 2 ) - φ 1, Rx, m )
−(φ 1,Rx,m + 2πf c,m (τ-b 2 +b 1 )−φ 2,Rx,m ) mod 2π
( φ2,1,m - φ1,1,m ) - ( φ1,2,m - φ2,2,m ) = 2φ2 ,Rx,m - 2φ1 ,Rx,m + 4πf c,m ( b2 - b1 ) mod 2π

したがって、減算された位相/周波数点の線形回帰(fc,m,(φ2,1,m-φ1,1,m)-(φ1,2,m-φ2,2,m))を計算し、線形回帰の傾きを抽出することにより、このシステムは、サブサンプル確度でb-bを計算することができる。 Therefore, by calculating the linear regression of the subtracted phase/frequency points (f c,m , (φ 2,1,m1,1,m ) - (φ 1,2,m2,2,m )) and extracting the slope of the linear regression, the system can calculate b 2 -b 1 with sub-sample accuracy.

1.8 クロックの調整
システムがノード対について同期プロトコルおよび/または位相洗練を実行した後、このシステムは、各ノード対のクロックを同期させるために、そのノード対の一方のノードのクロックを計算した時間バイアスだけシフトさせることができる。あるいは、図2に示すように、このシステムは、リーダノードまたはその他の時間標準(例えば遠隔サーバのクロック)を基準とする各ノードの時間バイアスを維持し、そのノードの時間バイアスをそのノードが計算した任意のタイムスタンプから減算するなどすることによって、リーダノードまたは時間標準を基準とするそのノードの最新の計算した時間バイアスに基づいて各ノードに送信されるスケジューリング時間および/または各ノードで受信されるタイムスタンプを補正することができる。さらに、このシステムは、ノードについての最も最近計算した時間バイアスおよび予測ドリフトモデルに基づいて、各ノードについての現在の時間バイアスを予測することができる(以下でさらに述べる)。
1.8 Clock Adjustment After the system executes the synchronization protocol and/or phase refinement for a node pair, the system may shift the clock of one node of each node pair by the calculated time bias to synchronize the clocks of the node pairs. Alternatively, as shown in FIG. 2, the system may maintain a time bias of each node relative to a leader node or other time standard (e.g., a clock of a remote server) and correct the scheduling time sent to and/or timestamps received at each node based on the node's most recently calculated time bias relative to a leader node or time standard, such as by subtracting the node's time bias from any timestamps calculated by the node. Additionally, the system may predict the current time bias for each node based on the node's most recently calculated time bias and a predictive drift model (discussed further below).

1.9 同期スロットの洗練
ブロックS180で、方法S100は、以前に同期させたノード間の後続の同期スロットの持続時間を計算することを含む。ノード対が方法S100を実行すると、それらのクロックは1から10ナノ秒以内に整列させることができる。したがって、2つのノードの間の同期が改善されるにつれて、同期スロットを順次より小さくすることができる。
1.9 Refining Synchronization Slots At block S180, the method S100 includes calculating the duration of subsequent synchronization slots between previously synchronized nodes. When a node pair executes the method S100, their clocks may be aligned to within 1 to 10 nanoseconds. Thus, as the synchronization between the two nodes improves, the synchronization slots may be made successively smaller.

方法S100は、時間バイアスの不確実性、同期スロット間の相対時間バイアスの予想ドリフト(以下でさらに述べる予測ドリフトモデルによって計算される)、伝搬遅延、伝搬遅延の不確実性、第1のノードの伝送チェーン遅延または第2のノードの伝送チェーン遅延のうちの大きい方、第1のノードの受信チェーン遅延または第2のノードの受信チェーン遅延のうちの大きい方、同期信号の持続時間、および/あるいはノード対の間の相対的な移動による伝搬遅延の予想される変化の組合せ(例えば不確実性伝搬和)に基づいて、後続の同期スロットの持続時間を計算することを含むこともできる。 The method S100 may also include calculating the duration of the subsequent synchronization slot based on a combination (e.g., uncertainty propagation sum) of the time bias uncertainty, the expected drift of the relative time bias between synchronization slots (calculated by a predictive drift model described further below), the propagation delay, the propagation delay uncertainty, the greater of the first node's transmit chain delay or the second node's transmit chain delay, the greater of the first node's receive chain delay or the second node's receive chain delay, the duration of the synchronization signal, and/or the expected change in propagation delay due to relative movement between the node pair.

1つの実施態様では、同期スロットを時間バッファだけさらに延長して、各ノードが同期スロット内に完全な同期信号を受信することを保証する。同期スロット持続時間が上記の和と等しくなるように設定されるときには、同期スロット持続時間は、上述の数量のうちのいずれかで予想を超えるドリフトまたは誤差が生じる適用において一方のノードで生成された同期信号を第2のノードで完全に受信できるようにするのに十分な長さである。 In one embodiment, the synchronization slot is further extended by a time buffer to ensure that each node receives the complete synchronization signal within the synchronization slot. When the synchronization slot duration is set to be equal to the above sum, the synchronization slot duration is long enough to allow a synchronization signal generated by one node to be completely received by a second node in applications that experience unexpected drift or error in any of the above quantities.

1つの例では、受信チェーン遅延および伝送チェーン遅延は、同期信号持続時間と比較して無視できることもある。したがって、方法S100は、通常の受信チェーン遅延と通常の伝送チェーン遅延の最大和に近い持続時間の時間バッファを加算して同期スロット持続時間を計算することを含むことができる。 In one example, the receive chain delay and the transmit chain delay may be negligible compared to the synchronization signal duration. Thus, method S100 may include calculating the synchronization slot duration by adding a time buffer of a duration close to the maximum sum of the normal receive chain delay and the normal transmit chain delay.

1つの実施態様では、例えばノード間の時間バイアスの予想を超えるドリフトまたは伝搬遅延の大きな増加などによる同期の失敗の後で、方法S100は、後続のTDMAフレームに同期スロットを挿入することと、同期スロット持続時間を増大させて同期信号を送信および受信するための追加の時間を提供することとを含むことができる。方法S100は、同期プロセスが受信されるまで同期スロット持続時間を漸増的に(例えば10マイクロ秒刻みで)増大させることもできるし、あるいは同期スロット持続時間を有意により長い持続時間に延長して信号を受信する可能性を高めることを含むこともできる。 In one embodiment, after a synchronization failure, such as due to an unexpected drift in the time bias between nodes or a large increase in the propagation delay, the method S100 can include inserting a synchronization slot into the subsequent TDMA frame and increasing the synchronization slot duration to provide additional time for transmitting and receiving the synchronization signal. The method S100 can increase the synchronization slot duration incrementally (e.g., in 10 microsecond increments) until a synchronization process is received, or can include extending the synchronization slot duration to a significantly longer duration to increase the likelihood of receiving the signal.

このように、方法S100のブロックを実行する遠隔サーバまたはリーダノードは、更新された同期スロット持続時間が、初期同期スロット持続時間未満であるが、ノード対のクロック間の第1の時間バイアスの第1の不確実性と同期信号持続時間との和よりは大きくなるように、ノード対に対応する後続の同期スロットの同期スロット持続時間を減少させることができる。次いで、遠隔サーバまたはリーダノードは、更新された同期スロット持続時間内でノード対の各ノードについて伝送時点をスケジュールすることができる。 In this manner, the remote server or reader node executing the blocks of method S100 can decrease the synchronous slot duration of the subsequent synchronous slot corresponding to the node pair such that the updated synchronous slot duration is less than the initial synchronous slot duration but greater than the first uncertainty of the first time bias between the clocks of the node pair plus the synchronous signal duration. The remote server or reader node can then schedule transmission times for each node of the node pair within the updated synchronous slot duration.

さらに、このシステムは、ノード対間の最近計算した時間バイアスに基づいてノード対の同期信号の伝送時点をスケジュールすることができる。このように、このシステムは、ノード間の相対時間バイアスを見込んで、同期スロットの持続時間が減少していても次の同期スロット中に両ノードが伝送していることを保証することができる。 Furthermore, the system can schedule the transmission time of the synchronization signal for a node pair based on a recently calculated time bias between the node pairs. In this way, the system can account for the relative time bias between the nodes and ensure that both nodes are transmitting during the next synchronization slot even if the duration of the synchronization slot is decreasing.

1.10 予測ドリフトモデル
方法S100の1つの変形形態では、ブロックS170を実行するリーダノードまたは遠隔サーバは、メッシュネットワーク内のノード間の連続的な時間バイアスおよび伝搬遅延の特徴付けに基づいて予測ドリフトモデルを実行することもできる。一般に、予測ドリフトモデルは、ノードのクロック(例えば水晶発振器クロック)のドリフトを、温度、湿度、移動、および振動などの環境要因の関数としてネットワーク内の他のノードのクロックまたは時間標準(例えばUTC)を基準として特徴付ける。さらに詳細には、方法S100は、各ノードにおいて環境データを記録することと、複数の以前の同期スロットにわたって計算した相対ドリフトを観察してメッシュネットワーク内の特定のノードのドリフトの予測ドリフトモデルを訓練することとを含むことができる。予測ドリフトモデルは、リーダノードまたは遠隔サーバにおける時間を基準としたメッシュネットワーク内の1つのノードの予想ドリフトを、そのノードの最も最近の同期スロットから経過した時間およびそのノードで収集された最近の環境データに基づいて出力する。
1.10 Predictive Drift Model In one variation of method S100, the leader node or remote server executing block S170 may also execute a predictive drift model based on characterization of continuous time bias and propagation delay between nodes in the mesh network. In general, the predictive drift model characterizes the drift of a node's clock (e.g., a crystal oscillator clock) relative to the clocks or time standards (e.g., UTC) of other nodes in the network as a function of environmental factors such as temperature, humidity, movement, and vibration. More specifically, method S100 may include recording environmental data at each node and observing the relative drift calculated over multiple previous synchronization slots to train a predictive drift model of the drift of a particular node in the mesh network. The predictive drift model outputs a predicted drift of a node in the mesh network relative to the time at the leader node or remote server based on the time elapsed since the node's most recent synchronization slot and recent environmental data collected at the node.

このシステムは、互いを基準とするメッシュネットワーク内の各ノード対のドリフトを特徴付ける予測ドリフトモデルを維持することができる。あるいは、リーダノードおよび/または遠隔サーバが、対ごとの予測ドリフトモデルを圧縮し、代わりに、メッシュネットワーク内のリーダノードのクロックまたは遠隔サーバでアクセスされる時間標準を基準として、メッシュネットワーク内の各ノードごとに1つの予測ドリフトモデルを維持することもできる。 The system can maintain predictive drift models that characterize the drift of each pair of nodes in the mesh network relative to each other. Alternatively, the leader node and/or a remote server can compress the pairwise predictive drift models and instead maintain one predictive drift model for each node in the mesh network relative to the clock of the leader node in the mesh network or a time standard accessed at a remote server.

1つの実施態様では、方法S100は、予測ドリフトモデルの出力に従って同期サイクル間でノードのクロック時間を定期的に調整する(例えばノードの予測ドリフトに従って1ミリ秒ごとにノードのクロック値を更新する)ことを含む。あるいは、このシステムは、ノードの同期サイクル間の相対時間バイアスの推定値をそのノードの予測ドリフトモデルに基づいて計算することもできる。 In one embodiment, method S100 includes periodically adjusting the node's clock time between synchronization cycles according to the output of the predictive drift model (e.g., updating the node's clock value every millisecond according to the node's predictive drift). Alternatively, the system may calculate an estimate of the relative time bias between synchronization cycles for a node based on the node's predictive drift model.

さらに、方法S100は、予測ドリフトモデルの出力に従って後続の同期スロットの持続時間を調整することを含むことができる。さらに、方法S100は、予測ドリフト値が既定のドリフト閾値より大きくなるのに応答してTDMAフレームに同期スロットを含めることをトリガする(例えば予測ドリフトモデルがフォロワノードのクロックとリーダノードのクロックの間の1ナノ秒を超えるドリフトを予測したときにTDMAフレームに同期スロットを含めることをトリガする)ことを含むことができる。 Additionally, method S100 may include adjusting the duration of the subsequent synchronization slot according to the output of the predictive drift model. Additionally, method S100 may include triggering the inclusion of a synchronization slot in the TDMA frame in response to the predicted drift value being greater than a predefined drift threshold (e.g., triggering the inclusion of a synchronization slot in the TDMA frame when the predictive drift model predicts a drift between the follower node's clock and the leader node's clock of greater than 1 nanosecond).

予測ドリフトモデルは、関連する環境パラメータを表す物理モデルのセットの組合せとすることができる。1つの実施態様では、予測ドリフトモデルは、温度および結晶カットに応じたドリフトの温度モデルを含む。温度モデルは、各々が対応する結晶カットについてドリフト(百万分率単位)を温度と関係付ける適当なモデルのセットを含むことができる。1つの実施態様では、方法S100は、各ノードの水晶発振器を複数の同期スロットにわたる観測温度ドリフトに従って分類して、時間の関数としての特定のノードに関連する温度ドリフトの多項式近似を選択することを含むことができる。 The predictive drift model may be a combination of a set of physical models representing relevant environmental parameters. In one embodiment, the predictive drift model includes a temperature model of drift as a function of temperature and crystal cut. The temperature model may include a set of suitable models, each relating drift (in parts per million) to temperature for a corresponding crystal cut. In one embodiment, the method S100 may include sorting the crystal oscillator of each node according to observed temperature drift over multiple synchronization slots to select a polynomial approximation of the temperature drift associated with the particular node as a function of time.

予測ドリフトモデルは、温度ヒステリシス、周囲圧力、湿度、電界および/または磁界の強さ、水晶発振器の駆動レベル、ならびに/あるいは水晶発振器の参照電圧についての予測モデルを含むこともできる。 The predictive drift models may also include predictive models for temperature hysteresis, ambient pressure, humidity, electric and/or magnetic field strength, crystal oscillator drive level, and/or crystal oscillator reference voltage.

1つの実施態様では、予測ドリフトモデルは、水晶発振器のランダムに分布した位相ノイズおよび系統的なドリフトに基づいて予想ドリフトの信頼区間を出力することができる。予測ドリフトモデルは、参照ソースノイズ、電源ノイズ、振動誘起ノイズ、および/または加速度誘起ノイズなどの要因に基づいて水晶発振器の位相ノイズの分布を計算することができる。 In one embodiment, the predictive drift model can output a confidence interval for the predicted drift based on the randomly distributed phase noise and systematic drift of the crystal oscillator. The predictive drift model can calculate the distribution of the crystal oscillator's phase noise based on factors such as reference source noise, power supply noise, vibration induced noise, and/or acceleration induced noise.

このように、このシステムは、メッシュネットワーク内のノードについて方法S100の連続反復を実行し、そのノードとリーダノードまたは遠隔サーバで維持される時間とすることができる参照時間との間の相対時間バイアスの時系列を記録することができる。同時に、このシステムは、そのノードからの環境データの時系列を記録することができる。このシステムは、次いで、環境データの時系列を時間バイアスの時系列と相関させて、環境データの変化に基づいてノードの時間バイアスのドリフトを予測することができる。このようにして、このシステムは、温度データの時系列およびノードの時間バイアスの時系列に基づいて、特定のノードにおける温度とそのノードが呈するドリフト率との間の温度相関を計算することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、ノードの移動データの時系列および時間バイアスの時系列に基づいて、ノードの移動(例えばノードにおいてIMUによって測定される加速度)とそのノードが呈するドリフト率との間の移動相関を計算することもできる。 In this manner, the system may perform successive iterations of method S100 for a node in the mesh network and record a time series of relative time bias between the node and a reference time, which may be a time maintained at a leader node or a remote server. At the same time, the system may record a time series of environmental data from the node. The system may then correlate the time series of environmental data with the time series of time bias to predict drift in the node's time bias based on changes in the environmental data. In this manner, the system may calculate a temperature correlation between the temperature at a particular node and the drift rate exhibited by the node based on a time series of temperature data and a time series of the node's time bias. Additionally or alternatively, the system may also calculate a movement correlation between the movement of the node (e.g., acceleration measured by an IMU at the node) and the drift rate exhibited by the node based on a time series of the node's movement data and a time series of the time bias.

さらに別の実施態様では、このシステムは、メッシュネットワーク内の1つのノードとメッシュネットワーク内の他のノードとの間の伝搬遅延の時系列を記録することによって、ノードの移動を検出することができる。このように、このシステムは、方法S100の第1の反復中に計算される第1の伝搬遅延に基づいてノードの第1の相対位置を計算し、方法S100の第2の反復中に計算される第2の伝搬遅延に基づいてノードの第2の相対位置を計算し、第1の相対位置、第2の相対位置、第1の時間バイアス、および第2の時間バイアスに基づいてノードのクロックのドリフトの移動相関を計算することができる。 In yet another embodiment, the system can detect node movement by recording a time series of propagation delays between one node in the mesh network and another node in the mesh network. Thus, the system can calculate a first relative position of the node based on a first propagation delay calculated during a first iteration of method S100, calculate a second relative position of the node based on a second propagation delay calculated during a second iteration of method S100, and calculate a movement correlation of drift of the node's clock based on the first relative position, the second relative position, the first time bias, and the second time bias.

1つの実施態様では、このシステムは、第2のノードを基準とする第1のノードの最近計算した時間バイアスについての時間バイアス不確実性を計算し、予測ドリフトモデルに基づいてノードにおける時間バイアスのドリフトの大きさを予測し、第1のノードおよび第2のノードからの動きデータに基づいて第1のノードと第2のノードの間の伝搬遅延の変化を予測し、同期スロット持続時間を時間バイアス不確実性、ドリフトの大きさ、伝搬遅延、および伝搬遅延の変化の和に等しくなるように設定することができる。したがって、このシステムは、メッシュネットワーク内のノード対の間の相対ドリフトを見込むことによって、ノード対の間で伝送される後続の同期信号の受信を保証することができる。 In one embodiment, the system can calculate a time bias uncertainty for a recently calculated time bias of a first node relative to a second node, predict a magnitude of drift in the time bias at the node based on a predictive drift model, predict a change in propagation delay between the first node and the second node based on motion data from the first node and the second node, and set a synchronization slot duration equal to the sum of the time bias uncertainty, the drift magnitude, the propagation delay, and the change in propagation delay. Thus, the system can ensure reception of subsequent synchronization signals transmitted between node pairs by accounting for relative drift between node pairs in a mesh network.

1.11 再同期のトリガ
方法S100の1つの変形形態は、予測ドリフトモデルの出力または環境変化の検出に基づいて後続のTDMAフレーム内に1つまたは複数の同期スロットを含めることをトリガすることを含む。1つの実施態様では、方法S100は、予測ドリフトモデルが閾値ドリフト値より大きい予測ドリフトの大きさ(例えば最後の同期スロットから10ナノ秒を超えるドリフト)を出力したときに同期スロットを含めることをトリガすることを含む。あるいは、方法S100は、観察した温度変化(例えばノードのデジタル温度計による)および/あるいは加速度または振動データ(例えばノードで収集されたIMUデータによる)に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。さらに、方法S100は、1つのノードの別のノードに対する移動に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。方法S100は、ノードのIMU、ノードからの入来信号についてのドップラーシフトの測定値、またはノード間のマルチラテレーションを介して、移動を検出することを含むことができる。
1.11 Triggering Resynchronization One variation of method S100 includes triggering the inclusion of one or more synchronization slots in a subsequent TDMA frame based on the output of a predictive drift model or detection of an environmental change. In one embodiment, method S100 includes triggering the inclusion of a synchronization slot when a predictive drift model outputs a predicted drift magnitude greater than a threshold drift value (e.g., drift greater than 10 nanoseconds since the last synchronization slot). Alternatively, method S100 may include triggering the inclusion of a synchronization slot based on observed temperature changes (e.g., via a digital thermometer at the node) and/or acceleration or vibration data (e.g., via IMU data collected at the node). Additionally, method S100 may include triggering the inclusion of a synchronization slot based on movement of one node relative to another node. Method S100 may include detecting movement via an IMU at the node, a measurement of Doppler shift on an incoming signal from the node, or multilateration between nodes.

1つの例では、このシステムは、方法S100の初期反復の後で、ノード対のうちの第1のノードで温度を測定し、温度および温度ドリフトモデルに基づいて時間バイアスドリフトを計算し、時間バイアスドリフトに基づいて次のTDMAフレーム中の同期スロットをスケジュールすることができる。 In one example, after an initial iteration of method S100, the system can measure a temperature at a first node of a node pair, calculate a time bias drift based on the temperature and a temperature drift model, and schedule a synchronization slot in the next TDMA frame based on the time bias drift.

一般に、方法S100が同期スロットを含めることをトリガしたときに、同期スロットは、後続のTDMAフレームに含まれ、TDMAフレームのヘッダに示される。 Generally, when method S100 triggers the inclusion of a synchronization slot, the synchronization slot is included in the subsequent TDMA frame and indicated in the header of the TDMA frame.

2.送信機の位置特定の方法
図6Aに示すように、ネットワークを介してデバイスの位置を検出する方法S200は、ネットワーク内の一意的な各ノード対の各ノードにおいて、ブロックS210でアウトバウンド同期信号を伝送することと、ブロックS220でアウトバウンド同期信号に基づいて自己受信信号を生成することと、ブロックS222で自己受信到着時間(以下「TOA」)の対のうちの1つの自己受信TOAにおいて自己受信信号を検出することと、ブロックS212で同期TOAの対のうちの1つの同期TOAにおいて一意的なノード対のうちの相手ノードから伝送されるインバウンド同期信号を検出することとを含む。方法S200は、また、自己受信TOAの対および同期TOAの対に基づいて、ネットワーク内の一意的な各ノード対について、ブロックS230で、対ごとの時間オフセットのセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの時間オフセットを計算することと、ブロックS232で、対ごとの距離のセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの距離を計算することとを含む。方法S200は、ネットワーク内の各ノードについて、ブロックS240で、対ごとの距離のセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の1つのノードを基準とする相対位置を計算することと、ブロックS242で、対ごとの時間オフセットのセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の1つのノードを基準とする時間バイアスを計算することとをさらに含む。方法S200は、また、ネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックS250で、位置特定TOAにおいてデバイスから伝送される位置特定信号を検出することと、ブロックS260において、ネットワーク内の各ノードについての、そのノードで検出された位置特定信号、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいてネットワークに対するそのデバイスの位置を計算することとを含む。
2. Method of locating a transmitter As shown in FIG. 6A, a method S200 of locating a device through a network includes, at each node of each unique node pair in the network, transmitting an outbound synchronization signal at block S210, generating a self-received signal based on the outbound synchronization signal at block S220, detecting the self-received signal at one of the self-received time of arrival (hereinafter "TOA") pairs at block S222, and detecting an inbound synchronization signal transmitted from a partner node of the unique node pair at one of the synchronous TOA pairs at block S212. The method S200 also includes, for each unique node pair in the network, calculating a pairwise time offset between the unique node pair from a set of pairwise time offsets based on the pair of self-received TOAs and the pair of synchronous TOAs at block S230, and calculating a pairwise distance between the unique node pair from a set of pairwise distances at block S232. Method S200 further includes, for each node in the network, calculating a relative position of the node in the network with respect to one node in the network based on the set of pairwise distances, block S240, and calculating a time bias of the node in the network with respect to one node in the network based on the set of pairwise time offsets, block S242. Method S200 also includes, at each node in the network, detecting a positioning signal transmitted from the device at the positioning TOA, block S250, and calculating, for each node in the network, a position of the device with respect to the network based on the positioning signal detected at the node, the node's time bias, and the node's relative position, block S260.

図6Bに示すように、方法S200の第1の変形形態は、ネットワークを基準とする位置およびネットワークのクロックを基準として同期されたクロックで特徴付けられるネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックS252において、多重化されたチャネル上で搬送波を受信することと、ブロックS254において、搬送波を復調してデバイスから伝送される識別信号を検出することと、ブロックS256において、搬送波のマルチパス伝搬により生じる位置特定信号のセットを搬送波中で検出することと、ブロックS258において、位置特定信号のセットのうちの各位置特定信号について、位置特定TOAのセットのうち、その位置特定信号の位置特定TOAを計算することとを含む。この第1の変形形態はまた、ブロックS262において、ネットワーク内の各ノードについて、ノードの位置特定TOAから見通し線(以下「LOS」)TOAを選択することと、ブロックS264において、各ノードについてのLOS TOAに基づいて到着時間差(以下「TDOA」)のセットを計算することと、ブロックS266において、TDOAのセットに基づいてデバイスの位置を計算することとを含む。 As shown in FIG. 6B, a first variant of method S200 includes, at each node in a network characterized by a position relative to the network and a clock synchronized with respect to the network clock, receiving a carrier on the multiplexed channel in block S252, demodulating the carrier to detect an identification signal transmitted from the device in block S254, detecting in the carrier a set of location signals resulting from multipath propagation of the carrier in block S256, and, for each location signal in the set of location signals, calculating a location TOA of that location signal in a set of location TOAs in block S258. This first variation also includes, for each node in the network, selecting a line-of-sight (hereinafter "LOS") TOA from the node's location TOA, in block S262, calculating a set of time difference of arrival (hereinafter "TDOA") based on the LOS TOA for each node, in block S264, and calculating a device location based on the set of TDOA, in block S266.

図6Cに示すように、方法S200の第2の変形形態は、ネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックS210でアウトバウンド同期信号を伝送することと、ブロックS220でアウトバウンド同期信号に基づいて自己受信信号を生成することと、ブロックS222で自己受信TOAにおいて自己受信信号を検出することと、ブロックS212でネットワーク内の他のノードから受信するインバウンド同期信号のセットのうちの各インバウンド同期信号について、同期TOAのセットのうち、そのインバウンド同期信号の同期TOAを検出することとを含む。この第2の変形形態は、また、ネットワーク内の各ノードについて、自己受信TOAおよび同期TOAのセットに基づいて、ブロックS242で、ネットワーク内の1つのノードを基準としてそのノードの時間バイアスを計算することと、ブロックS232で、対ごとの距離のセットのうち、そのノードとネットワーク内のその他の各ノードとの間の対ごとの距離を計算することとを含む。この第2の変形形態は、対ごとの距離のセットに基づいて、ブロックS240で、ネットワーク内のノードの相対位置を計算することと、ブロックS250で、ネットワーク内の各ノードにおいて、デバイスから伝送される位置特定信号を検出することと、ブロックS268で、ネットワーク内の各ノードについて、各ノードで検出される位置特定信号に基づいてそのノードについてのTDOAを計算することと、ブロックS270で、ネットワーク内のノードの相対位置、ネットワーク内の各ノードのTDOA、およびネットワーク内の各ノードの時間バイアスに基づいてネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することとをさらに含む。 6C, a second variation of method S200 includes, at each node in the network, transmitting an outbound synchronization signal in block S210, generating a self-received signal based on the outbound synchronization signal in block S220, detecting the self-received signal at the self-received TOA in block S222, and for each inbound synchronization signal of the set of inbound synchronization signals received from other nodes in the network in block S212, detecting the synchronization TOA of the inbound synchronization signal in the set of synchronization TOAs. This second variation also includes, for each node in the network, calculating a time bias of the node relative to a node in the network in block S242 based on the self-received TOA and the set of synchronization TOAs, and calculating pairwise distances between the node and each other node in the network in the set of pairwise distances in block S232. This second variation further includes calculating, in block S240, a relative position of the nodes in the network based on the set of pairwise distances; detecting, in block S250, a positioning signal transmitted from the device at each node in the network; calculating, in block S268, for each node in the network, a TDOA for that node based on the positioning signal detected at each node; and calculating, in block S270, a position of the device relative to the network based on the relative positions of the nodes in the network, the TDOA of each node in the network, and the time bias of each node in the network.

2.1 適用
一般に、方法S200は、ノードおよび/または遠隔サーバのネットワーク(例えばメッシュネットワーク)を含むシステムにより、そのノードネットワークを基準とする無線周波数(以下「RF」)伝送デバイスの位置を30センチメートル以内などで推定するために実行される。このシステムは、ノードの位置に関する事前情報がなくても、ネットワーク内のノードが静止していることを必要とせずに、ノードの精密な較正(例えば時間的較正、利得較正、および/または周波数較正)を行わずに、各ノードが標準的な電子クロック(例えば水晶発振器クロック)を含む状態で、ノードネットワークのRF範囲内でRF伝送デバイスの位置を推定する(または「位置特定する」)ことができる。ネットワーク内の各ノードは、以下でさらに述べるアンテナ、トランシーバハードウェア、FPGA/DPS、クロック、および自己受信信号生成器(例えばインピーダンス不整合指向性カプラ、RFパワースプリッタ、コンバイナ、サーキュレータなど)などのネットワーキングハードウェアを含むことができる。
2.1 Application In general, method S200 is performed by a system including a network (e.g., a mesh network) of nodes and/or remote servers to estimate the location of a radio frequency (hereinafter "RF") transmitting device relative to the node network, such as to within 30 centimeters. The system can estimate (or "locate") the location of an RF transmitting device within the RF range of the node network without prior information regarding the node's location, without requiring the nodes in the network to be stationary, without precise calibration of the nodes (e.g., time calibration, gain calibration, and/or frequency calibration), and with each node including a standard electronic clock (e.g., a crystal oscillator clock). Each node in the network can include networking hardware such as antennas, transceiver hardware, FPGA/DPS, clocks, and self-receiving signal generators (e.g., impedance-mismatched directional couplers, RF power splitters, combiners, circulators, etc.), as described further below.

このシステムは、方法S200のブロックを実行して、ネットワーク内のノード(例えば2次元位置特定では少なくとも3つのノード、3次元位置特定では少なくとも4つのノード)によって検出可能なRF伝送デバイスを位置特定することができる。さらに詳細には、このシステムは、デバイスが実行する伝送プロトコルの変更を必要とすることなく、RFID対応デバイス、ZIGBEE対応デバイス、BLUETOOTH対応デバイス、WIFI対応デバイス、および/またはLTE対応デバイスなどの第三者デバイスを識別して位置特定することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、特定の位置特定信号をネットワーク内のノードに伝送するように構成された特別設計デバイス(例えばアクティブタグ)を位置特定することができる。 The system can execute the blocks of method S200 to locate RF transmitting devices detectable by nodes in the network (e.g., at least three nodes for two-dimensional localization, at least four nodes for three-dimensional localization). More specifically, the system can identify and locate third party devices, such as RFID-enabled devices, ZIGBEE-enabled devices, BLUETOOTH-enabled devices, WIFI-enabled devices, and/or LTE-enabled devices, without requiring modification of the transmission protocol implemented by the device. Additionally or alternatively, the system can locate specially designed devices (e.g., active tags) configured to transmit specific location signals to nodes in the network.

サブメートルの位置特定確度を得るために、このシステムは、較正および同期プロセスを実行して、ネットワーク内の一意的な各ノード対の間の時間オフセットを識別することによってネットワーク内のノード間のナノ秒レベルのクロック同期を得る。このシステムは、次いで、ネットワーク内のノードの相対時間バイアスを計算し、計算した時間バイアスを補償することができる。較正および同期プロセスを実行することにより、このシステムは、伝搬遅延を計算することもでき、したがってネットワーク内の一意的な各ノード対の間の距離を計算することもできる。このシステムは、ノード間の距離を計算すると、全部で十分なノードがあれば(例えば3次元相対位置を得るには少なくとも5つのノード)、ネットワーク内の各ノードの相対位置を確立することができる。このように、ノードのうちの1つの大域的位置が既知である場合には、このシステムは、ネットワーク内の他の全てのノードについて大域的位置を決定することができる。 To obtain sub-meter location accuracy, the system performs a calibration and synchronization process to obtain nanosecond-level clock synchronization between the nodes in the network by identifying the time offset between each unique pair of nodes in the network. The system can then calculate the relative time bias of the nodes in the network and compensate for the calculated time bias. By performing a calibration and synchronization process, the system can also calculate the propagation delay and therefore the distance between each unique pair of nodes in the network. Once the system calculates the distance between the nodes, it can establish the relative position of each node in the network, provided there are enough nodes in total (e.g., at least five nodes to obtain a three-dimensional relative position). In this way, if the global position of one of the nodes is known, the system can determine the global position of all other nodes in the network.

このシステムは、次いで、ネットワーク内の各ノードの計算した位置情報および時間同期を活用して、ネットワークのRF範囲内の任意のRF伝送デバイスを精密に位置特定することができる。このシステムは、デバイスからのRF伝送(例えば搬送波の形態のRF伝送)がネットワーク内の各ノードで受信されるときに、そのRF伝送を一意的に識別することができる。1つの実施態様では、各ノードは、RF伝送が各ノードに伝搬するときにそのRF伝送のTOAを精密に計算することができる。このシステムは、次いで、ネットワーク内の各ノードからのTOAを比較して、各ノード間の受信信号のTDOAを計算することができる。あるいは、ノードは、受信信号の一部分を遠隔サーバ、および/またはネットワーク内のノードのうちの1つ(例えばリーダノード)に伝送し、受信信号の相互相関によって受信信号のTDOAを決定することもできる。このシステムは、次いで、マルチラテレーション計算を実行して、デバイスの位置を推定することができる。 The system can then leverage the calculated location information and time synchronization of each node in the network to precisely locate any RF transmitting device within the RF range of the network. The system can uniquely identify an RF transmission from a device (e.g., an RF transmission in the form of a carrier wave) as it is received at each node in the network. In one implementation, each node can precisely calculate the TOA of the RF transmission as it propagates to each node. The system can then compare the TOA from each node in the network to calculate the TDOA of the received signal between each node. Alternatively, the node can transmit a portion of the received signal to a remote server and/or one of the nodes in the network (e.g., a leader node) and determine the TDOA of the received signal by cross-correlation of the received signals. The system can then perform multilateration calculations to estimate the location of the device.

このシステムは、また、デバイスからのRF伝送のマルチパス伝搬によって生じるRF伝送の重畳反復を解くことができる。個々のマルチパス信号を解いた後で、このシステムは、各マルチパス信号のTOAまたはTDOAを個別に決定することができ、次いでそのデバイスと各ノードの間のLOS RF伝送を表すLOS TOAまたはTDOAを選択することができる。RF伝送におけるマルチパスアーチファクトを解消することにより、このシステムは、複雑な伝搬環境でより良好にデバイスを位置特定することができる。このシステムは、(例えばカスタムプロトコルによってデバイスのRF伝送を指定することによって)伝送端で、(例えば各ノードにおける特殊な受信および処理によって)受信端で、ならびに/あるいは(例えばリーダノードおよび/または遠隔サーバにおける後処理で)バックエンドで適用することができる周波数ダイバーシチ、時間ダイバーシチ、位相ダイバーシチ、空間ダイバーシチ、および/または向きダイバーシチを利用することにより、上述のマルチパス検出および除外を実行することができる。 The system can also resolve overlapping repetitions of RF transmissions caused by multipath propagation of the RF transmissions from the device. After resolving the individual multipath signals, the system can determine the TOA or TDOA of each multipath signal individually and then select the LOS TOA or TDOA that represents the LOS RF transmission between the device and each node. By resolving the multipath artifacts in the RF transmissions, the system can better locate the device in a complex propagation environment. The system can perform the above-mentioned multipath detection and rejection by utilizing frequency, time, phase, spatial, and/or orientation diversity that can be applied at the transmitting end (e.g., by specifying the device's RF transmissions through a custom protocol), at the receiving end (e.g., by specialized receiving and processing at each node), and/or at the back end (e.g., in post-processing at the reader node and/or remote server).

方法S200のブロックを実行するシステムは、幅広い適用業務のためにデプロイすることができる。1つの例では、このシステムは、倉庫、店舗、医療施設、および/またはその他の任意の建物内にローカルにデプロイされる。システムのノードネットワークは、アセットトラッキングRFタグ(アクティブタグ)、携帯電話、BLUETOOTH、WIFIデバイスなどを建物内で位置特定して追跡することができるように、建物の周りにローカルにデプロイすることができる。別の例では、このシステムは、電気通信ネットワークとしてデプロイすることができ、この場合、ネットワーク内の各ノードは、位置特定し、送信し、セルラデバイスから信号を受信することができるセルラサイトである。さらに別の例では、このシステムは、地表の、または地表の上方の大体積の空間からのRF伝送を位置特定することができる周回低軌道(以下「LEO」)衛星のネットワークとしてデプロイすることができる。 A system performing the blocks of method S200 can be deployed for a wide range of applications. In one example, the system is deployed locally in a warehouse, store, medical facility, and/or any other building. A network of nodes of the system can be deployed locally around the building to locate and track asset tracking RF tags (active tags), cell phones, BLUETOOTH, WIFI devices, and the like within the building. In another example, the system can be deployed as a telecommunications network, where each node in the network is a cellular site that can locate, transmit, and receive signals from cellular devices. In yet another example, the system can be deployed as a network of low earth orbit (hereinafter "LEO") satellites that can locate RF transmissions from a large volume of space at or above the surface of the Earth.

2.2 電気通信のデプロイメント
一般に、方法S200は、第三世代パートナーシッププロジェクト(以下「3GPP」)によって提唱されるLTE、4G、5G、および5G NR標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法S200は、サーバ側位置管理機能(以下「LMF」)ならびに/またはアクセスおよびモビリティ管理機能(以下「AMF」)の構成要素として、5G無線ノード(以下「gNB」)および/またはエンハンスト4G eNodeBs(以下「ng-eNB」)などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。
2.2 Telecommunications Deployment Generally, the method S200 may be performed by a telecommunications network, such as a cellular network implementing the LTE, 4G, 5G, and 5G NR standards proposed by the Third Generation Partnership Project (hereinafter "3GPP"). For example, the method S200 may be performed by a node in the cellular network, such as a 5G radio node (hereinafter "gNB") and/or enhanced 4G eNodeBs (hereinafter "ng-eNB"), as a component of a server-side location management function (hereinafter "LMF") and/or an access and mobility management function (hereinafter "AMF").

2.3 システム
方法S200を実行するシステムは、ノード、遠隔サーバ、および/あるいはアクティブタグまたは制御可能デバイス(すなわち非第三者デバイス)のネットワーク(例えばメッシュネットワーク)を含むことができる。ネットワーク内のノードは、ノード間の信号またはデバイスからの信号を伝送または受信することを伴う方法S200のブロックを実行するRFトランシーバである。一般に、信号の受信または伝送を伴わない方法S200のブロックは、ノードの処理負荷を低減するために、ノードとのインターネット接続を介して(すなわち「クラウドで」)方法S200のブロックを実行することができるノードおよび/または遠隔サーバで実行することができる。さらに、このシステムは、信号によって位置特定されるためにノードと相互作用するように構成された様々なデバイスを含むことができる。これらの「制御可能デバイス」は、そのデバイスをシステムがより容易に検出して位置特定することができるように特別な位置特定信号を伝送するように構成されたスマートフォンまたはその他の送信機を含むことができる。
2.3 System A system performing method S200 can include a network (e.g., a mesh network) of nodes, remote servers, and/or active tags or controllable devices (i.e., non-third party devices). The nodes in the network are RF transceivers that perform the blocks of method S200 that involve transmitting or receiving signals between nodes or from devices. In general, blocks of method S200 that do not involve receiving or transmitting signals can be performed on nodes and/or remote servers that can perform the blocks of method S200 via an internet connection with the nodes (i.e., "in the cloud") to reduce the processing load on the nodes. Additionally, the system can include various devices configured to interact with the nodes in order to be located by signals. These "controllable devices" can include smartphones or other transmitters configured to transmit special location signals so that the system can more easily detect and locate the devices.

2.4 ノード
図3Aおよび図3Bに示すように、このシステムは、ノードのネットワークを含む。このネットワークは、2つ以上のノードを含むことができるが、ネットワークに含まれるノードが増えるほど、ノードネットワークのRF範囲内のノードおよびデバイスの両方の位置特定の確度は高くなる。1つの実施態様では、ネットワークは、3つのノードを含み、2次元空間内でデバイスを位置特定することができる。あるいは、ネットワークは、4つのノードを含み、3次元空間内でデバイスを位置特定することができる。さらに別の実施態様では、ネットワークは、5つのノードを含み、各ノードを、ネットワーク内の他の4つのノードの各々から測定される伝搬時間に基づいて位置特定することができる。このように、このシステムの機能性は、より多くノードをシステムに含むほど向上していく。
2.4 Nodes As shown in Figures 3A and 3B, the system includes a network of nodes. The network can include more than one node, but the more nodes included in the network, the higher the accuracy of locating both the nodes and devices within the RF range of the node network. In one embodiment, the network includes three nodes and can locate devices in two-dimensional space. Alternatively, the network includes four nodes and can locate devices in three-dimensional space. In yet another embodiment, the network includes five nodes and can locate each node based on the propagation time measured from each of the other four nodes in the network. Thus, the functionality of the system increases as more nodes are included in the system.

一般に、ノードは、伝送構成要素および受信機構成要素と、信号を生成および処理するように構成されたFPGAまたはDSPと、クロックと、自己受信信号生成器とを含む。ノードは、ワイヤレスで情報を伝送および受信し、したがって、図3Aに示すスーパーヘテロダイン無線アーキテクチャおよびRx/TxアンテナなどのRFトランシーバハードウェアを含む。この実施態様では、各ノードは、「受信チェーン」および「伝送チェーン」を含む。受信チェーンは、Rxポートから受信した信号を処理するハードウェア構成要素のパイプラインを含む。伝送チェーンは、FPGAまたはDSPによって生成された伝送信号を処理して、それらをTxポートに送るハードウェア構成要素のパイプラインを含む。受信チェーンおよび伝送チェーンは、それぞれ「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」を付与する。「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」とは、信号が受信チェーンまたは伝送チェーンをそれぞれトラバースするときに経過する時間の量を指す。 In general, a node includes transmit and receiver components, an FPGA or DSP configured to generate and process signals, a clock, and a self-receiving signal generator. The node transmits and receives information wirelessly and therefore includes RF transceiver hardware such as the superheterodyne radio architecture and Rx/Tx antennas shown in FIG. 3A. In this implementation, each node includes a "receive chain" and a "transmit chain." The receive chain includes a pipeline of hardware components that process signals received from the Rx port. The transmit chain includes a pipeline of hardware components that process the transmit signals generated by the FPGA or DSP and send them to the Tx port. The receive chain and transmit chain impart a "receive chain delay" and a "transmit chain delay," respectively. "Receive chain delay" and "transmit chain delay" refer to the amount of time that elapses as a signal traverses the receive chain or transmit chain, respectively.

1つの実施態様では、ノードは、有線ネットワークを介して遠隔サーバと通信することもできる。この実施態様では、ノードは、任意の有線媒体(例えばイーサネット/撚り対線、同軸、または光ファイバ)を介して通信するためのI/Oポートおよび/または適当なインタフェースコンバータを含むことができる。 In one embodiment, the nodes can also communicate with a remote server over a wired network. In this embodiment, the nodes can include I/O ports and/or appropriate interface converters for communicating over any wired medium (e.g., Ethernet/twisted pair, coax, or fiber optic).

1つの実施態様では、ノードは、方法S200を実行するように適応されているセルラサイトなどの既存のトランシーバインフラストラクチャ内に一体化される。セルラサイト/タワーまたはその他の既存のトランシーバは、セルラサイトのソフトウェアを更新することによって方法S200を実行するように適応させることができる。代替の実施態様では、ノードは、方法S200の態様を改善するように最適化されたハードウェアを含むことができる。 In one embodiment, the node is integrated into an existing transceiver infrastructure, such as a cellular site, that is adapted to perform method S200. The cellular site/tower or other existing transceiver can be adapted to perform method S200 by updating the cellular site's software. In an alternative embodiment, the node can include hardware optimized to improve aspects of method S200.

1つの実施態様では、各ノードのFPGAまたはDSPは、複素デジタル信号を生成し、生成した信号をDACに出力するように構成される。デジタル信号の複素成分は、DACによって生成されるアナログ信号の同相部分および直交部分(すなわちI/Q)を表現する。さらに、ノードのFPGAまたはDSPは、ノードのアンテナからADCを介してデジタル信号を受信し、次いで、クロックの瞬間値および以下で述べるTOA計算プロセスに従って受信した同期信号にタイムスタンプする。 In one embodiment, each node's FPGA or DSP is configured to generate a complex digital signal and output the generated signal to the DAC. The complex components of the digital signal represent the in-phase and quadrature (i.e., I/Q) portions of the analog signal generated by the DAC. Additionally, the node's FPGA or DSP receives a digital signal from the node's antenna via an ADC, and then timestamps the received synchronization signal according to the instantaneous value of the clock and the TOA calculation process described below.

各ノードは、ノードにおける時間管理機能およびタイムスタンプ機能を担当することがある水晶発振器クロックまたは原子時計などのクロックも含む。このシステムは、方法S200を実行して、デバイスを位置特定するためにネットワーク内の複数のノードのクロックを同期させることができる。特に、このシステムは、基本周波数安定性、位相ノイズ、およびワイヤレス通信の周波数要件を満たす水晶発振器クロックを効果的に同期させることができる。1つの例では、クロックは、ATカットおよび10メガヘルツ(MHz)のクロック周波数を有する水晶発振器である。ただし、ノードは、上記の制約が満たされることを前提として、任意の周波数またはカットの水晶発振器を含むことができる。 Each node also includes a clock, such as a crystal oscillator clock or an atomic clock, that may be responsible for time management and time stamping functions at the node. The system may execute method S200 to synchronize the clocks of multiple nodes in the network to locate devices. In particular, the system may effectively synchronize crystal oscillator clocks that meet the fundamental frequency stability, phase noise, and frequency requirements of wireless communications. In one example, the clock is a crystal oscillator with an AT cut and a clock frequency of 10 megahertz (MHz). However, a node may include a crystal oscillator of any frequency or cut, provided that the above constraints are met.

各ノードは、ブロックS220において自己受信信号を生成する自己受信信号生成器110を含む。一般に、自己受信信号生成器は、別のノードに伝送されている同期信号の減衰コピーを、送信側ノードの受信ポートに送る。伝送した同期信号を受信チェーンを介して処理し、自己受信信号についてのTOAおよび/または位相参照を決定することにより、各ノードは、受信チェーン遅延(すなわち信号が受信チェーンによって処理されるときにその信号が受ける時間遅延)だけ遅延した伝送信号にタイムスタンプすることができる。そのノードが後に別のノードから同期信号を受信したときには、その同期信号のTOAまたはPOAも、同じ受信チェーン遅延を有することになる。自己受信信号のTOAおよび/またはPOAと同期信号のTOAまたはPOAは両方とも受信チェーン遅延を含むので、受信チェーンハードウェアの精密な較正なしで両者を直接比較することができる。 Each node includes a self-received signal generator 110 that generates a self-received signal in block S220. Typically, the self-received signal generator sends an attenuated copy of the synchronization signal being transmitted to another node to the receive port of the transmitting node. By processing the transmitted synchronization signal through the receive chain and determining a TOA and/or phase reference for the self-received signal, each node can timestamp the transmitted signal delayed by the receive chain delay (i.e., the time delay the signal undergoes as it is processed by the receive chain). When the node later receives a synchronization signal from another node, the TOA or POA of the synchronization signal will also have the same receive chain delay. Because both the TOA and/or POA of the self-received signal and the TOA or POA of the synchronization signal include the receive chain delay, they can be directly compared without precise calibration of the receive chain hardware.

1つの実施態様では、自己受信信号生成器は、図3Bに示す指向性カプラである。自己受信信号生成器は、可変インピーダンス回路を含むこともでき、これは、Rxポートへの反射Tx信号の利得を変化させるように制御されたソフトウェアであってもよい。ノードの具体的なハードウェアの実施態様によっては、同様のインピーダンス整合をサーキュレータ、パワースプリッタ、またはその他の任意の伝送線路デバイスに適用することができる。ただし、自己受信信号生成器は、Tx信号をRxポートに送る任意のソフトウェアまたはハードウェアシステムを含むことができる。 In one embodiment, the self-received signal generator is a directional coupler as shown in FIG. 3B. The self-received signal generator may also include a variable impedance circuit, which may be software controlled to vary the gain of the reflected Tx signal to the Rx port. Depending on the specific hardware implementation of the node, similar impedance matching may be applied to a circulator, power splitter, or any other transmission line device. However, the self-received signal generator may include any software or hardware system that sends a Tx signal to the Rx port.

1つの実施態様では、各ノードは、上述の任意のハードウェア要素の機能を実行するソフトウェア定義無線アーキテクチャを含むことができる。 In one embodiment, each node may include a software defined radio architecture that performs the functions of any of the hardware elements described above.

2.5 デバイス
このシステムは、デバイスを位置特定するために方法S200を実行する。一般に、デバイスは、制御可能デバイスおよび/または第三者デバイスを含むことができる。このシステムはいずれのカテゴリの制御可能デバイス106も位置特定することができるが、このシステムは、制御可能デバイスの位置特定を改善することができる特定の最適化を含むことができる。さらに詳細には、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードが検出することができる特定のRF信号(すなわち位置特定信号)を伝送するように(例えばファームウェアまたはソフトウェアを介して)製造および/または構成される任意のデバイスを含むことができる。1つの実施態様では、制御可能デバイスは、アセットトラッキングの適用用に構成された低パワーRFトランシーバとすることができる「アクティブタグ」を含む。別の実施態様では、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードによって検出される位置特定信号を伝送するソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションを実行するスマートフォンまたはその他の任意のデバイスを含むことができる。さらに別の実施態様では、制御可能デバイスは、システムから信号を受信することができず、既定のカスタム伝送プロトコルに従って動作することができない低パワー送信機も含む。
2.5 Devices The system performs the method S200 to locate devices. In general, the devices may include controllable devices and/or third party devices. Although the system can locate any category of controllable devices 106, the system may include certain optimizations that may improve the location of the controllable devices. More specifically, the controllable devices may include any devices manufactured and/or configured (e.g., via firmware or software) to transmit a specific RF signal (i.e., a location signal) that can be detected by nodes in the network. In one embodiment, the controllable devices include "active tags," which may be low-power RF transceivers configured for asset tracking applications. In another embodiment, the controllable devices may include smartphones or any other devices that run software or firmware applications that transmit location signals that are detected by nodes in the network. In yet another embodiment, the controllable devices may also include low-power transmitters that are not capable of receiving signals from the system and that are not capable of operating according to predefined custom transmission protocols.

第三者デバイスは、ネットワーク内のノードによって受信される十分に高いパワーのRF伝送を生成する任意のデバイスを含むことができる。一般に、第三者デバイスは、ノードが実行するパケット解析技術によって検出することができるBLUETOOTH、WIFI、LTE、5G、および/またはその他の任意のワイヤレスプロトコルなどの標準化されたワイヤレスプロトコルを実行することによってワイヤレス通信する。第三者デバイスはこのシステムが定義する位置特定信号を伝送しないこともあるが、任意の識別可能なRF伝送を、第三者デバイスの位置特定信号とみなすことができる。例えば、このシステムは、特定のデバイスから受信される周期LTEおよび/または5G同期シーケンスを、そのデバイスの位置特定信号として検出することができる。 Third party devices may include any device that generates RF transmissions of sufficiently high power to be received by the nodes in the network. In general, third party devices communicate wirelessly by running standardized wireless protocols such as BLUETOOTH, WIFI, LTE, 5G, and/or any other wireless protocol that can be detected by packet analysis techniques performed by the nodes. Although third party devices may not transmit location signals as defined by this system, any identifiable RF transmission may be considered a location signal of a third party device. For example, the system may detect periodic LTE and/or 5G synchronization sequences received from a particular device as a location signal for that device.

ただし、このシステムは、ネットワーク内の十分な数のノードで検出することができる任意のRF放出デバイスを位置特定することができる。 However, the system can locate any RF emitting device that can be detected by a sufficient number of nodes in the network.

2.6 ネットワーク内のノードの相対位置特定
一般に、ブロックS240で、このシステムは、ネットワーク内の一意的な各ノード対の間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対位置を計算することができる。さらに、このシステムは、ネットワーク内の参照ノードの大域的位置および参照ノードを基準とするネットワーク内のその他のノードの位置があれば、ネットワーク内の各ノードの大域的位置を計算することができる。さらに詳細には、少なくとも4つのノードを含むシステムは、ネットワーク内の各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対3次元位置を計算することができる。同様に、4つのノードを含むシステムは、各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対2次元位置を計算することができる。1つの実施態様では、このシステムは、5つを超えるノードを含み、測定冗長性/重複決定によって相対位置の計算の確度を向上させる。
2.6 Relative Location of Nodes in a Network Generally, at block S240, the system can calculate the relative location of each node in the network based on the pairwise distance between each unique pair of nodes in the network. Additionally, the system can calculate the global location of each node in the network given the global location of a reference node in the network and the locations of other nodes in the network relative to the reference node. More specifically, a system including at least four nodes can calculate the relative three-dimensional location of each node in the network based on the pairwise distance between each node in the network. Similarly, a system including four nodes can calculate the relative two-dimensional location of each node in the network based on the pairwise distance between each node. In one embodiment, the system includes more than five nodes to improve the accuracy of the relative location calculation through measurement redundancy/overlap determination.

このシステムは、ネットワーク内で座標系の原点を第1の参照ノードに定義し、第2の参照ノードを通る座標系の軸を定義することによって、ネットワーク内の各ノードの相対位置を決定することができる。あるいは、このシステムは、2次元平面を形成する3つの参照ノードに基づいて座標系を定義することができる。これで、このシステムは、ネットワーク内の対ごとの距離についての一組の自己一貫性方程式を解くことができる。これらの自己一貫性方程式は、ノードネットワーク内の一意的な各ノード対nおよびnについて、
(x-x+(y-y+(z-z=di,j
という形態である。ノード間の対ごとの距離の計算および/または状況によっては自己一貫性方程式の系の重複決定に誤りがあると、この自己一貫性方程式の系は決定的に解くことができないので、このシステムは、反復的または確率的な方法によってこれらの自己一貫性方程式を解くことができる。さらに、このシステムは、任意の追加の位置情報を組み込んで、自己一貫性方程式の系をさらに制約し、ネットワーク内の各ノードの位置の計算を改善することができる。
The system can determine the relative position of each node in the network by defining the origin of a coordinate system at a first reference node in the network and defining the axes of the coordinate system through a second reference node. Alternatively, the system can define a coordinate system based on three reference nodes that form a two-dimensional plane. The system can then solve a set of self-consistent equations for pairwise distances in the network. These self-consistent equations are given by: for each unique node pair n i and n j in the node network,
(x i -x j ) 2 + (y i -y j ) 2 + (z i -z j ) 2 = d i,j 2
Since errors in the computation of pairwise distances between nodes and/or possibly in the overlap determination of the system of self-consistency equations make the system of self-consistency equations unsolvable deterministically, the system may solve these self-consistency equations by iterative or probabilistic methods. Additionally, the system may incorporate any additional location information to further constrain the system of self-consistency equations and improve the computation of the location of each node in the network.

ただし、このシステムは、任意の数学的技法を実施して、ネットワーク内のノード間の対ごとの距離のセットをネットワーク内の各ノードの相対位置に変換することができる。 However, the system can implement any mathematical technique to convert a set of pairwise distances between nodes in the network into the relative positions of each node in the network.

2.7 デバイスの位置特定
一般に、このシステムは、ブロックS250、S252、S254、S256、S258、S260、S262、S264、S268、および/またはS270の組合せを実行して、ネットワーク内の十分な数のノードのRF受信範囲内でデバイスを位置特定する。さらに詳細には、このシステムは、ブロックS252で搬送波の形態の信号を受信し、混みあったワイヤレス環境内の複数のデバイスからの信号を曖昧性除去し、ブロックS254で曖昧性除去した信号に基づいてデバイスを一意的に識別し、ネットワーク内のノード間でデバイスからの信号のTDOAのセットを計算し、ブロックS258でTDOAマルチラテレーションを実行してデバイスを位置特定することができる。さらに、このシステムは、デバイスからの信号のマルチパスアーチファクトを検出し、マルチパス信号のセットからLOS信号を選択することもできる。さらに、このシステムは、統計的ノイズ除去およびTDOAバウンディングを実行して、位置特定の確度を向上させることができる。
2.7 Locating a Device In general, the system performs a combination of blocks S250, S252, S254, S256, S258, S260, S262, S264, S268, and/or S270 to locate a device within the RF reception range of a sufficient number of nodes in the network. More specifically, the system may receive a signal in the form of a carrier wave in block S252, disambiguate signals from multiple devices in a crowded wireless environment, uniquely identify a device based on the disambiguated signals in block S254, calculate a set of TDOAs of signals from the device among nodes in the network, and perform TDOA multilateration in block S258 to locate the device. Additionally, the system may detect multipath artifacts in signals from the device and select a LOS signal from the set of multipath signals. Additionally, the system may perform statistical noise removal and TDOA bounding to improve the accuracy of the location determination.

2.7.1 信号の曖昧性除去
一般的なRFノイズおよび/またはその他の干渉信号から特定の信号を曖昧性除去するために、ノードは、1つまたは複数のワイヤレスプロトコルを実行して、やはりそれらのプロトコルによって通信しているデバイスを検出する。このシステムは、IEEE 802.15.4、BLUETOOTH、WIFI、GSM、CDMA、LTE、および/または5Gプロトコル、あるいはその他の任意の標準ワイヤレス通信プロトコルの様々なバージョンなど、標準化されたワイヤレスプロトコルのバリエーションを実行することができる。さらに、このシステムは、ノードネットワークを介したデバイスの位置特定のために特別に設計されたカスタムワイヤレスプロトコルを実行することができる。標準化されたワイヤレスプロトコルおよびカスタムワイヤレスプロトコルは両方とも、TDMA、周波数分割多重アクセス(以下「FDMA」)、符号分割多重アクセス(以下「CDMA」)、あるいはそれらの何らかのハイブリッドまたは変形など、1つまたは複数の形態の多重アクセス構造を実施することができる。このように、このシステムは、これらの多重アクセス技術を実施して、異なるデバイスからの伝送を曖昧性除去することもできる。ネットワーク内のノードが多重化されたチャネルにアクセスすると、そのノードは、そのノードの受信チェーンおよびRxポートを介してデバイスから伝送される搬送波のサンプルを記録する。したがって、次いでブロックS254で、このノードは、搬送波を復調して、デバイスから伝送される信号を識別することができる。
2.7.1 Signal Disambiguation To disambiguate a particular signal from general RF noise and/or other interfering signals, the nodes implement one or more wireless protocols to detect devices also communicating via those protocols. The system may implement variations of standardized wireless protocols, such as various versions of IEEE 802.15.4, BLUETOOTH, WIFI, GSM, CDMA, LTE, and/or 5G protocols, or any other standard wireless communication protocol. Additionally, the system may implement custom wireless protocols specifically designed for device location via the node network. Both standardized and custom wireless protocols may implement one or more forms of multiple access structures, such as TDMA, frequency division multiple access (hereinafter "FDMA"), code division multiple access (hereinafter "CDMA"), or some hybrid or variation thereof. Thus, the system may also implement these multiple access techniques to disambiguate transmissions from different devices. When a node in the network accesses the multiplexed channel, the node records a sample of the carrier transmitted from the device through the node's receive chain and Rx port, so that the node can then demodulate the carrier and identify the signal transmitted from the device, block S254.

このシステムは、第三者デバイス、およびアクティブタグなどの制御可能デバイスを位置特定することができる。したがって、復調信号は、システムによるTOA、TDOA、POA、または到着位相差(以下「PDOA」)の計算のために特別に構成された特定の位置特定信号(例えば制御可能デバイスからの信号)を含むことができる。さらに、制御可能デバイスは、システムがより容易にデバイスを識別し、デバイスの計算した位置をそのデバイスの以前に計算した位置と関連付けることができるように、位置特定信号に加えて識別信号を伝送するように構成することもできる。ただし、復調信号が標準化されたワイヤレスプロトコルを運用する第三者デバイスから受信される場合には、復調信号は、信号のTOA、TDOA、POA、またはPDOAを計算するための特定の位置特定信号を含まないこともある。代わりに、システムは、その標準化されたワイヤレスプロトコルによって指定される特に識別可能かつ位置特定可能な伝送に基づいてデバイスを識別して位置特定することができる。 The system can locate third party devices and controllable devices such as active tags. Thus, the demodulated signal can include a specific location signal (e.g., a signal from a controllable device) that is specifically configured for the system's calculation of the TOA, TDOA, POA, or phase difference of arrival (hereinafter "PDOA"). Additionally, the controllable device can also be configured to transmit an identification signal in addition to the location signal so that the system can more easily identify the device and associate the device's calculated location with the device's previously calculated location. However, if the demodulated signal is received from a third party device that operates a standardized wireless protocol, the demodulated signal may not include a specific location signal for calculating the signal's TOA, TDOA, POA, or PDOA. Instead, the system can identify and locate the device based on a specifically identifiable and locatable transmission specified by that standardized wireless protocol.

2.7.2 カスタムプロトコル
1つの実施態様では、このシステムは、カスタムワイヤレス通信プロトコルを介して制御可能デバイスを位置特定する。カスタムワイヤレス通信プロトコルは、異なる制御可能デバイスからの信号を曖昧性除去するために利用される多重アクセス方法を指定し、制御可能デバイスの一意識別を確立するために使用される識別信号の構造を指定し、システムがネットワーク内の各ノードにおいて位置特定信号のTOAまたはTDOAを計算することができるように制御可能デバイスから送信される位置特定信号の構造を指定することができる。1つの実施態様では、カスタムワイヤレスプロトコルは、システムが制御可能デバイスに(多重アクセス方法における)チャネルおよび/あるいはデバイスの位置特定または識別信号のタイミング、持続時間、フォーマット、または構造を変更するように命令することができるように、調整可能なワイヤレスプロトコルを指定する。
2.7.2 Custom Protocols In one embodiment, the system locates the controllable devices via a custom wireless communication protocol. The custom wireless communication protocol may specify a multiple access method utilized to disambiguate signals from different controllable devices, specify the structure of the identification signal used to establish a unique identity of the controllable device, and specify the structure of the location signal transmitted from the controllable device such that the system can calculate the TOA or TDOA of the location signal at each node in the network. In one embodiment, the custom wireless protocol specifies a tunable wireless protocol such that the system can instruct the controllable device to change the channel (in the multiple access method) and/or the timing, duration, format, or structure of the device's location or identification signal.

2.7.2.1 位置特定信号の構造
一般に、制御可能デバイスの位置特定信号は、整列していないときと比較して整列したときに高いピーク自己相関を呈する擬似ランダムシーケンスを含む。1つの実施態様では、位置特定信号は、Zadoff-Chuシーケンスである。
2.7.2.1 Structure of the Localization Signal In general, the localization signal of the controllable device comprises a pseudorandom sequence that exhibits a higher peak autocorrelation when aligned compared to when unaligned. In one embodiment, the localization signal is a Zadoff-Chu sequence.

制御可能デバイスが一方向送信機であり、システムからの信号を受信することができない実施態様(例えばアクティブタグの特定の実施態様)では、位置特定信号は、各制御可能デバイスに事前割当てされた1つの静的擬似ランダムシーケンスを含むことができる。これで、制御可能デバイスは、事前割当てされたシーケンスを定期的に伝送して、ノードがその制御可能デバイスを位置特定できるようにすることができる。 In implementations where the controllable devices are one-way transmitters and cannot receive signals from the system (e.g., certain implementations of active tags), the location signal can include a single static pseudo-random sequence pre-assigned to each controllable device. The controllable devices can then periodically transmit the pre-assigned sequence to allow nodes to locate the controllable devices.

制御可能デバイスがシステムからの信号を受信するように構成されている代替の実施態様では、システムは、制御可能デバイスに命令を伝送して、制御可能デバイスが伝送する位置特定信号を指定することができる。さらに、システムは、同期、タイミング、またはチャネル情報を制御可能デバイスに通信して、制御可能デバイスがシステムによって指定された時点でシステムによって指定されたチャネル上で伝送することにより、様々なワイヤレス伝搬環境においてネットワーク内のノードがデバイスからの位置特定信号を一貫して受信できるようにすることができる。 In alternative embodiments in which the controllable device is configured to receive signals from the system, the system may transmit instructions to the controllable device to specify the location signals that the controllable device will transmit. Additionally, the system may communicate synchronization, timing, or channel information to the controllable device to cause the controllable device to transmit at times and on channels specified by the system, thereby enabling nodes in the network to consistently receive location signals from the device in a variety of wireless propagation environments.

別の実施態様では、制御可能デバイスは、マルチパスフェージングの影響を緩和し、ネットワーク内の各ノードのLOS信号のTOAまたはTDOAを検出および計算する可能性を改善するために、複数の帯域を介して位置特定信号を伝送するように構成される。例えば、制御可能デバイスは、周波数分割多重化(以下「FDM」)によって複数の搬送周波数を介して位置特定信号を伝送するように構成することができる。これに加えて、または代替として、制御可能デバイスは、複数の時分割多重化(以下「TDM」)スロットで位置特定信号を伝送することにより、位置特定信号の時間ダイバーシチを改善することができる。 In another embodiment, the controllable device is configured to transmit the positioning signal over multiple bands to mitigate the effects of multipath fading and improve the likelihood of detecting and calculating the TOA or TDOA of the LOS signal of each node in the network. For example, the controllable device may be configured to transmit the positioning signal over multiple carrier frequencies by frequency division multiplexing (hereinafter "FDM"). Additionally or alternatively, the controllable device may improve the time diversity of the positioning signal by transmitting the positioning signal in multiple time division multiplexing (hereinafter "TDM") slots.

さらに別の実施態様では、制御可能デバイスは、方法S100のブロックを参照して上述した同期信号と同様の構造の位置特定信号を伝送するように構成される。この実施態様では、各制御可能デバイスは、上述の同期信号の任意の変形形態に従って実装される位置特定信号を伝送することができる。 In yet another embodiment, the controllable devices are configured to transmit a location signal having a structure similar to the synchronization signal described above with reference to block S100 of the method. In this embodiment, each controllable device may transmit a location signal implemented according to any variation of the synchronization signal described above.

2.7.3 標準化されたプロトコル
1つの実施態様では、このシステムは、ZIGBEE、BLUETOOTH、WIFI、GSM、CDMA、および/またはLTEなどの標準化されたワイヤレス通信プロトコルによって第三者デバイスを位置特定する。標準化されたワイヤレスプロトコルは、通信しているデバイス間の伝送において位置特定信号または識別信号を明示的に指定しないこともあるが、標準化されたワイヤレスプロトコルは、そのプロトコルを利用するデバイスに対して、伝送側デバイスの初期通信を識別し、特定の多重化チャネル上で通信するように頻繁に要求して、デバイスが一貫して正しいデバイスに信号を伝送することができるようにする。さらに、多くの標準化されたワイヤレスプロトコルは、位置特定以外にも様々な目的で擬似ランダムシーケンスをプロトコルで活用する。
2.7.3 Standardized Protocols In one embodiment, the system locates third party devices through standardized wireless communication protocols such as ZIGBEE, BLUETOOTH, WIFI, GSM, CDMA, and/or LTE. Although standardized wireless protocols may not explicitly specify location or identification signals in transmissions between communicating devices, standardized wireless protocols frequently require devices utilizing the protocol to identify the initial communication of the transmitting device and communicate on a specific multiplexed channel so that the devices can consistently transmit signals to the correct device. Additionally, many standardized wireless protocols utilize pseudo-random sequences in the protocol for a variety of purposes beyond location.

したがって、このシステムは、これらの位置特定可能シーケンスを検出するTDMAプロトコルを実行することができ、そのデバイスが正常動作時に行うはずの伝送を傍受することによって、標準化されたワイヤレスプロトコルを介して伝送を行っているデバイスを位置特定することができる。例えば、LTEおよび5Gプロトコルは、物理アップリンク制御チャネル(PUCCH)の擬似ランダム(Zadoff-Chu)シーケンスを指定する。ネットワーク内のノードは、このシーケンスを検出し、それを特定のLTEまたは5Gデバイスの位置特定信号として使用するように構成することができる。同様の方法を、他の標準化されたワイヤレスプロトコルにおいて他の定期的にブロードキャストされる同期および制御シーケンスに適用することができる。したがって、位置特定信号は、標準化されたワイヤレスプロトコル通信を含むことができる。 The system can therefore implement a TDMA protocol that detects these location identifiable sequences and can locate devices transmitting over standardized wireless protocols by intercepting transmissions that the device would make during normal operation. For example, LTE and 5G protocols specify a pseudorandom (Zadoff-Chu) sequence for the Physical Uplink Control Channel (PUCCH). Nodes in the network can be configured to detect this sequence and use it as a location signal for a particular LTE or 5G device. Similar methods can be applied to other periodically broadcast synchronization and control sequences in other standardized wireless protocols. Thus, the location signal can include standardized wireless protocol communications.

2.7.4 複数プロトコルスタック
このシステムは、複数の標準化されたワイヤレスプロトコルのいずれかに従って伝送しているデバイスを位置特定することができる。1つの実施態様では、システムは、複数プロトコルスタックに含まれる各標準化プロトコルの完全なプロトコルスタックを実装するわけではない。この実施態様では、システムは、それぞれの標準化されたプロトコルのうち、物理波形をシンボルまたはビットストリームに復調するための部分を実装することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、標準化されたプロトコルスタックのうち、複数のデバイスからの伝送の逆多重化に関連する部分を実装することもできる。例えば、このシステムは、制御/ヘッダフレームを使用することによって、または伝送の時間分離を活用することによって、標準化されたワイヤレスプロトコルに従って伝送しているデバイスによって送信される信号を逆多重化することができる。受信信号を逆多重化した後で、システムは、デバイスを識別および/または位置特定するために、プロトコル記述および伝送パラメータなどのメタデータを抽出することができる。
2.7.4 Multiple Protocol Stacks The system may locate devices transmitting according to any of multiple standardized wireless protocols. In one embodiment, the system does not implement a complete protocol stack for each standardized protocol included in the multiple protocol stack. In this embodiment, the system may implement portions of each standardized protocol for demodulating a physical waveform into a symbol or bit stream. Additionally or alternatively, the system may implement portions of the standardized protocol stack related to demultiplexing transmissions from multiple devices. For example, the system may demultiplex signals transmitted by devices transmitting according to standardized wireless protocols by using control/header frames or by exploiting time separation of the transmissions. After demultiplexing the received signals, the system may extract metadata such as protocol descriptions and transmission parameters to identify and/or locate the devices.

2.7.5 デバイスの識別および追跡
このシステムは、様々な位置特定されたデバイスがネットワークに対して移動するときに、それらのデバイスを識別して追跡することもできる。1つの実施態様では、このシステムは、デバイスによって伝送される識別信号に基づいてデバイスを識別子と関連付け、デバイスからその後に受信する信号をその識別子と関連付けることができる。デバイスがカスタムワイヤレスプロトコルを実行している場合には、そのプロトコルが、一意的な識別可能な位置特定信号または識別信号を指定して、そのデバイスによって行われる任意の伝送を、そのデバイスから伝送されたものとして識別することができるようにすることができる。あるいは、デバイスが標準化されたワイヤレスプロトコルを実行している場合には、このシステムは、各デバイスがその標準化されたワイヤレスプロトコルを実行するプロセスにおいて識別情報を伝送することに基づいて、多重アクセス方式を実施することができる。
2.7.5 Device Identification and Tracking The system can also identify and track various located devices as they move relative to the network. In one embodiment, the system can associate a device with an identifier based on an identification signal transmitted by the device and associate signals subsequently received from the device with that identifier. If the device is running a custom wireless protocol, the protocol can specify a uniquely identifiable location or identification signal such that any transmission made by the device can be identified as having been transmitted from that device. Alternatively, if the devices are running a standardized wireless protocol, the system can implement a multiple access scheme based on each device transmitting identification information in the process of running the standardized wireless protocol.

代替の実施態様では、このシステムは、様々なデバイスが伝送している多重化されたチャネルを識別するために標準化されたワイヤレスプロトコルと協調しているハブまたは計算デバイス(例えばBLUETOOTHピコネット中のリーダノードあるいはLTEまたは5GのeNode-Bセルラサイト)とインタフェースをとることができる。次いで、このシステムは、予想した時点で多重化されたチャネル上で受信した任意の伝送を、ワイヤレスハブまたはリーダノードによって指定されたデバイスから発出されたものとして識別することができる。 In an alternative embodiment, the system can interface with a hub or computing device (e.g., a leader node in a BLUETOOTH piconet or an eNode-B cellular site in LTE or 5G) that cooperates with a standardized wireless protocol to identify the multiplexed channels on which various devices are transmitting. The system can then identify any transmissions received on the multiplexed channels at the expected time as originating from the device designated by the wireless hub or leader node.

さらに別の実施態様では、ネットワーク内のノード自体が、標準化されたワイヤレスプロトコルを実行し、ノードと通信しているデバイスを位置特定することもできる。例えば、ノード自体が、eNode-Bセルラサイトとして動作することができ、LTEまたは5Gプロトコルを実行することができる。したがって、各ノードは、LTEまたは5Gプロトコルを運用するプロセスにおいて、そのノードと通信している各デバイスについての識別およびチャネル情報を詳述する情報を有することになる。このシステムは、デバイスを位置特定するために、この情報を他のノードで利用することができる。 In yet another embodiment, the nodes in the network themselves may run standardized wireless protocols and locate devices in communication with the nodes. For example, the nodes themselves may operate as eNode-B cellular sites and run LTE or 5G protocols. Thus, each node, in the process of operating the LTE or 5G protocols, will have information detailing the identity and channel information for each device in communication with the node. The system can utilize this information with other nodes to locate the devices.

システムがデバイスを識別したら、システムは、そのデバイスに内部識別子を割り当て、そのデバイスについての任意の計算または推定した位置情報をその識別子と関連付けて、そのデバイスの位置および経路をネットワーク内のノードを基準として追跡できるようにすることができる。 Once the system identifies a device, it can assign it an internal identifier and associate any calculated or estimated location information for the device with that identifier, allowing the device's location and path to be tracked relative to nodes in the network.

2.7.5.1 適応プロトコルおよび衝突検出
1つの実施態様では、このシステムは、デバイス識別子を有するデバイスからの伝送を識別することにより、システムが位置特定しているデバイスのクロックドリフトを、ノードの同期したクロックを基準として追跡および/または予測することもできる。一般に、このシステムは、ワイヤレスプロトコルによって定義される伝送スロットの境界を基準とするデバイスからその後に受信する信号の位置特定TOA間の時間差に基づいてデバイスのクロックドリフトを特徴付け、デバイスのクロックドリフトに基づいて第1の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することができる。さらに、このシステムは、その後に受信する信号のうちの複数にわたるデバイスの位置に基づいてデバイスの予測クロックドリフトを推定し、デバイスの予測クロックドリフトに基づいて第1の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することもできる。
2.7.5.1 Adaptive Protocol and Collision Detection In one embodiment, the system may also track and/or predict clock drift of a device that the system is locating relative to the synchronized clock of the node by identifying transmissions from the device having a device identifier. In general, the system may characterize the clock drift of the device based on the time difference between the location TOAs of subsequently received signals from the device relative to the boundaries of transmission slots defined by the wireless protocol, and modify the first standardized wireless protocol based on the clock drift of the device. Additionally, the system may estimate the expected clock drift of the device based on the location of the device across multiple subsequently received signals, and modify the first standardized wireless protocol based on the expected clock drift of the device.

このように、このシステムは、デバイスのクロックのドリフト率に基づいて、そのデバイスがワイヤレスプロトコルによって指定されるTDMAスロット内で伝送しなくなる時点を予想することができる。1つの実施態様では、このシステムは、TDMAフレームの境界を調整して、デバイスのクロックのドリフトを吸収することができる。あるいは、デバイスが制御可能デバイスである場合には、このシステムは、同期信号を送信して、デバイスのクロックをノードのクロックと再整列することができる。さらに別の実施態様では、このシステムは、異なる搬送周波数を介して伝送するようにデバイスに命令して、複数のデバイスからの信号を同じTDMAスロット内で解釈することができるようにすることができる。 In this manner, the system can predict when a device will no longer transmit within a TDMA slot specified by the wireless protocol based on the drift rate of the device's clock. In one implementation, the system can adjust the boundaries of the TDMA frame to accommodate drift in the device's clock. Or, if the device is a controllable device, the system can send a synchronization signal to realign the device's clock with the node's clock. In yet another implementation, the system can instruct the device to transmit over a different carrier frequency so that signals from multiple devices can be interpreted within the same TDMA slot.

ただし、このシステムは、衝突を吸収し、1つのTDMAスロット内で衝突信号を曖昧性除去する任意の方法で、TDMAフレーム構造を修正することができる。 However, the system may modify the TDMA frame structure in any manner that accommodates collisions and disambiguates colliding signals within one TDMA slot.

2.8 TDOAの計算
一般に、ブロックS266およびS268で、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、各ノードで検出される位置特定信号に基づいてそのノードのTDOAを計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、(各ノードについて以前に計算された時間バイアスを補償することによって)位置特定信号自体から直接、または各ノードにおける正確なTOAを最初に計算し、信号を受信する最初のノードにおける最初のTOAを他のノードについてのTOAの各々から減算することによって、位置特定信号のTDOAを計算することができる。このように、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、位置特定TOAのセットのうち、そのノードにおける位置特定TOA(すなわち位置特定信号のTOA)をそのノードの時間バイアスだけ調整することができる。
2.8 Calculation of TDOA Generally, at blocks S266 and S268, the system can calculate, for each node in the network, the TDOA of that node based on the positioning signal detected at each node. More specifically, the system can calculate the TDOA of the positioning signal either directly from the positioning signal itself (by compensating for the time bias previously calculated for each node) or by first calculating the accurate TOA at each node and subtracting the first TOA at the first node to receive the signal from each of the TOAs for the other nodes. Thus, for each node in the network, the system can adjust the positioning TOA at that node (i.e., the TOA of the positioning signal) of the set of positioning TOAs by the time bias of that node.

システムが受信した位置特定信号に基づいて直接ノードについてのTDOAを計算する実施態様では、各ノードは、そのノードで受信したタイムスタンプ済みの位置特定信号をリーダノードまたは遠隔サーバに伝送することができる。次いで、このシステムは、位置特定信号を対ごとに相互相関させて、システム内の各ノードにおける位置特定信号のTDOAのセットを生成することができる。これらの実施態様では、このシステムは、各ノードで受信される位置特定信号間の相互相関を計算するときに、各ノード対の間の系統的オフセット(例えば時間バイアスおよび周波数オフセット)を補償する。 In embodiments in which the system calculates TDOA for nodes directly based on received positioning signals, each node may transmit the time-stamped positioning signals received at that node to a reader node or a remote server. The system may then pairwise cross-correlate the positioning signals to generate a set of TDOA for the positioning signals at each node in the system. In these embodiments, the system compensates for systematic offsets (e.g., time bias and frequency offset) between each pair of nodes when calculating the cross-correlation between the positioning signals received at each node.

代替の実施態様では、このシステムは、各ノードで位置特定信号のTOAを個別に計算し、次いで、計算したTOA値を減算してTDOA値のセットを決定する。位置特定信号のTOAを計算する際には、受信側ノードは、受信した位置特定信号をテンプレート位置特定信号と自己相関して、自己相関関数のピーク値に対応するタイムスタンプを決定することができる。位置特定信号は、シーケンスが整列されているときには高い自己相関値を有し、そうでないときには低い自己相関値を有する、特別に選ばれたシーケンスを含むことができる。1つの実施態様では、各ノードは、受信信号とテンプレート信号の間でデジタル自己相関を実行する。あるいは、各ノードは、デジタル同期信号のアナログ変換とテンプレート信号の間のアナログ自己相関を実行する。後者は、サンプルの値に加えて、サンプル間の期間も見込んでいる。 In an alternative embodiment, the system calculates the TOA of the location signal at each node separately and then subtracts the calculated TOA values to determine a set of TDOA values. In calculating the TOA of the location signal, the receiving node can autocorrelate the received location signal with a template location signal to determine a timestamp corresponding to the peak value of the autocorrelation function. The location signal can include specially chosen sequences that have high autocorrelation values when the sequences are aligned and low autocorrelation values when they are not. In one embodiment, each node performs a digital autocorrelation between the received signal and the template signal. Alternatively, each node performs an analog autocorrelation between an analog conversion of the digital synchronization signal and the template signal, the latter allowing for the period between samples in addition to the values of the samples.

このシステムが一意的な各ノード対の間の位置特定信号のTDOAを計算する場合には、このシステムは、平均などの統計的技法を実行して、冗長なTDOAを利用してTDOA推定を改善することができる。例えば、3つのノードn、n、およびnがある場合には、システムは、ノードnとnで受信される位置特定信号の相互相関によって直接、またはノードnおよびnで計算されたTOAを減算することによって、nとnの間のTDOAを計算することもできるし、あるいは、システムは、nとnの間およびnとnの間のTDOAを計算し、それらを合計してnとnの間のTDOAの別の値を求めることもできる。このシステムは、重複決定したTDOAに統計的技術を適用して、TDOA計算の確度を向上させることができる。 If the system calculates the TDOA of the positioning signals between each unique pair of nodes, the system can perform statistical techniques, such as averaging, to take advantage of the redundant TDOA to improve the TDOA estimate. For example, if there are three nodes n1 , n2 , and n3 , the system can calculate the TDOA between n1 and n3 directly by cross-correlation of the positioning signals received at nodes n1 and n3 , or by subtracting the TOAs calculated at nodes n1 and n3 , or the system can calculate the TDOA between n1 and n2 and between n2 and n3 and sum them to get another value of the TDOA between n1 and n3 . The system can apply statistical techniques to the over-determined TDOA to improve the accuracy of the TDOA calculation.

2.8.1 位相に基づく位置特定
デバイスが複数の搬送周波数を介して位置特定信号を伝送する実施態様では、システムは、FHSS位置特定信号における各伝送搬送周波数についての受信した位置特定信号の搬送波位相オフセットを記録することによって、位置特定信号のPOAに基づいて伝送しているデバイスを位置特定することもできる。一般に、このシステムは、ネットワーク内の各ノードにおいて、そのノードで検出された位置特定信号の各搬送周波数の搬送波位相オフセットのセットを計算して、そのノードで検出された位置特定信号の搬送波位相オフセットのセットを生成し、ネットワーク内の各ノードについてのそのノードで検出される位置特定信号の搬送波位相オフセットのセット、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、複数周波数のPDOAを測定して、デバイスの位置特定を改善することができる。
2.8.1 Phase-Based Location In an implementation in which a device transmits location signals over multiple carrier frequencies, the system may also locate the transmitting device based on the POA of the location signal by recording the carrier phase offset of the received location signal for each transmitted carrier frequency in the FHSS location signal. In general, the system may calculate, at each node in the network, a set of carrier phase offsets for each carrier frequency of the location signal detected at that node to generate a set of carrier phase offsets for the location signal detected at that node, and calculate the device's location relative to the network based on, for each node in the network, the set of carrier phase offsets for the location signal detected at that node, the time bias of that node, and the relative position of that node. More specifically, the system may measure the PDOA of multiple frequencies to improve the location of the device.

2.9 マルチパス検出
ブロックS252、S256、S258、S262、S264、およびS266で、このシステムは、搬送波中で、その搬送波のマルチパス伝搬により生じる位置特定信号のセットを検出し、位置特定信号のセット中の各位置特定信号について、その位置特定信号の位置特定TOAのセットのうちの位置特定TOAを計算し、ネットワーク内の各ノードについて、そのノードの位置特定TOAのセットからLOS TOAを選択し、各ノードについてのLOS TOAに基づいてTDOAのセットを計算し、TDOAのセットに基づいてデバイスの位置を計算することができる。
2.9 Multipath Detection In blocks S252, S256, S258, S262, S264, and S266, the system may detect in a carrier a set of positioning signals resulting from multipath propagation of the carrier, for each positioning signal in the set of positioning signals, calculate a positioning TOA from a set of positioning TOAs for that positioning signal, for each node in the network, select a LOS TOA from that node's set of positioning TOAs, calculate a set of TDOAs based on the LOS TOA for each node, and calculate a location of the device based on the set of TDOAs.

このシステムは、1つの位置特定信号についてのTOAの計算と同様の方法で、重畳位置特定信号についてのTOAを計算する。ただし、復調信号に対してデジタル自己相関を実行する代わりに、システムは、変調位置特定信号に対応するアナログ信号およびノードで受信されるアナログ信号についてのテンプレートの相互相関関数を適用することができる。マルチパス環境では自己相関関数は、複数のピークを出力することができ、これらはそれぞれ位置特定信号のマルチパス成分のTOAに対応する。マルチパスTOAのセットからLOS TOAを決定する一般的な方法は、単純に、ノードで検出されるTOAのセットから最初のTOAをLOS TOAとして選択するというものである。ただし、この方法は、ワイヤレス信号伝搬によって生じるアーチファクトの影響を受けやすい。それにより、LOS TOAの推定が不正確になることがある。そこで、このシステムは、マルチパス信号を除外し、TOAのセットからLOS TOAを推定するために、複数の周波数帯域にわたる位置特定信号を活用する様々な技法を利用して、位置特定信号の周波数ダイバーシチ、時間ダイバーシチ、および/または空間ダイバーシチを活用することができる。 The system calculates the TOA for the superimposed location signals in a manner similar to the calculation of the TOA for a single location signal. However, instead of performing digital autocorrelation on the demodulated signal, the system can apply a cross-correlation function of a template for an analog signal corresponding to the modulated location signal and an analog signal received at the node. In a multipath environment, the autocorrelation function can output multiple peaks, each corresponding to a TOA of a multipath component of the location signal. A common method for determining the LOS TOA from a set of multipath TOAs is to simply select the first TOA from the set of TOAs detected at the node as the LOS TOA. However, this method is susceptible to artifacts caused by wireless signal propagation, which can lead to inaccurate estimation of the LOS TOA. Thus, the system can utilize various techniques that exploit the location signals across multiple frequency bands to filter out the multipath signals and estimate the LOS TOA from the set of TOAs, exploiting the frequency, time, and/or spatial diversity of the location signals.

2.9.1 周波数に基づくマルチパス検出
1つの実施態様では、このシステムは、複数の周波数帯域を介して伝送される位置特定信号を受信する。したがって、位置特定信号は、これは同じ擬似ランダムシーケンスの周波数変調バージョンとすることができる異なる周波数の搬送波の重畳を含む。異なる周波数のRF波は物理環境中の伝搬が異なるので、各ノードで受信されるマルチパス信号のセットから生じる位置特定TOAのセットのタイミングは、位置特定信号が伝送した周波数帯域によって変化し得る。ただし、LOS TOAは、周波数帯域にわたって(閾値内で)同じである。したがって、このシステムは、位置特定TOAのセットのうち、閾値数の周波数帯域にわたって反復されない位置特定TOAを除外することができる。このシステムは、周波数帯域間の2つの位置特定TOAは、それらが所定の閾値期間内に生じる場合には、「反復された」とみなすのに十分に同時であると決定することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、周波数帯域にわたる全ての位置特定TOAのセットの間で最初の位置特定TOAを選ぶことによって、LOS TOAを決定することもできる。
2.9.1 Frequency-Based Multipath Detection In one embodiment, the system receives a location signal transmitted over multiple frequency bands. The location signal thus includes a superposition of carriers of different frequencies, which may be frequency modulated versions of the same pseudorandom sequence. Because RF waves of different frequencies propagate differently in the physical environment, the timing of the set of location TOAs resulting from the set of multipath signals received at each node may vary depending on the frequency band in which the location signal transmitted. However, the LOS TOA is the same (within a threshold) across the frequency bands. Thus, the system can filter out location TOAs from the set of location TOAs that are not repeated across a threshold number of frequency bands. The system can determine that two location TOAs between frequency bands are sufficiently simultaneous to be considered "repeated" if they occur within a predetermined threshold period. Additionally or alternatively, the system can determine the LOS TOA by choosing the first location TOA among the set of all location TOAs across the frequency bands.

したがって、このシステムは、各々が異なる搬送周波数で特徴付けられる搬送波のセットを含む周波数分割多重チャネルにアクセスし、各搬送波について位置特定TOAのセットを検出し、各搬送波についての位置特定TOAのセットを比較し、所定のTOA閾値内で非反復性の位置特定TOAを除去して残りのTOAのセットを生成し、各ノードのLOS TOAを、そのノードからの残りのTOAのセットから選択することができる。 The system can thus access a frequency division multiplexed channel that includes a set of carriers, each characterized by a different carrier frequency, detect a set of location-specific TOAs for each carrier, compare the sets of location-specific TOAs for each carrier, remove non-repetitive location-specific TOAs within a predetermined TOA threshold to generate a set of remaining TOAs, and select the LOS TOA for each node from the set of remaining TOAs from that node.

2.9.2 MIMOマルチパス検出
1つの実施態様では、このシステムは、複数入力/複数出力(以下「MIMO」)マルチパス検出を利用することによって、空間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、ネットワーク内のノードは、MIMOであり、ノード上の異なる物理的位置に複数のアンテナを含む。これらのアンテナの互いに対する変位は、位置特定信号のTOAがアンテナ間で十分に類似するように適当に小さくすることができるが、各アンテナで受信されるマルチパス信号は有意に異なる。この実施態様では、各ノードは、そのノードの各アンテナで変調位置特定信号を含む入来搬送波を記録する。このシステムは、次いで、デバイスと各アンテナの間のマルチパス環境により生じる位置特定TOAのセットを計算する。このシステムは、次いで、周波数に基づくマルチパス検出についての上述のプロセスと同様の方法でアンテナ間で反復されていない位置特定TOAを除外することができる。代替として、またはこれに加えて、このシステムは、全てのアンテナからの位置特定TOAのセットにわたって、最初の位置特定TOAをLOS TOAとして選択することができる。
2.9.2 MIMO Multipath Detection In one embodiment, the system can achieve spatial diversity by utilizing multiple input/multiple output (hereinafter "MIMO") multipath detection. In this embodiment, the nodes in the network are MIMO and include multiple antennas at different physical locations on the node. The displacement of these antennas relative to each other can be suitably small so that the TOAs of the position location signals are sufficiently similar between the antennas, but the multipath signals received at each antenna are significantly different. In this embodiment, each node records the incoming carriers containing the modulated position location signals at each antenna of the node. The system then calculates a set of position location TOAs resulting from the multipath environment between the device and each antenna. The system can then filter out position location TOAs that are not repeated between antennas in a manner similar to the process described above for frequency-based multipath detection. Alternatively or additionally, the system can select the first position location TOA as the LOS TOA across the set of position location TOAs from all antennas.

2.9.3 時間領域マルチパス検出
1つの実施態様では、このシステムは、時間領域のマルチパス除外を利用することによって、時間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、デバイスは、短い期間内に所定の時間オフセットで定期的に位置特定信号を伝送することができる。その結果として、一連の位置特定信号の各位置特定信号は、マルチパスワイヤレス環境で様々なレベルの干渉を受ける可能性がある。システムは、次いで、各位置特定信号の間で上記の所定の時間オフセットを減算して位置特定信号を整列させ、各位置特定信号についての位置特定TOAのセットを計算することができる。システムは、次いで、時間分離した位置特定信号から、最初に検出された位置特定TOAをLOS TOAとして選択することができる。
2.9.3 Time Domain Multipath Detection In one embodiment, the system can achieve time diversity by utilizing time domain multipath rejection. In this embodiment, the device can transmit positioning signals periodically with a predetermined time offset within a short period of time. As a result, each positioning signal in a sequence of positioning signals may experience different levels of interference in a multipath wireless environment. The system can then subtract the predetermined time offset between each positioning signal to align the positioning signals and calculate a set of positioning TOAs for each positioning signal. The system can then select the first detected positioning TOA from the time separated positioning signals as the LOS TOA.

2.10 TDOAバウンディング
このシステムは、各ノードにおけるTDOAのセットを計算した後で、TDOAバウンディング技術を適用して、ネットワーク内の各ノード対の間の正確なTDOAを計算する可能性を向上させることもできる。このシステムは、バウンディングモデルを実装して、ノードの位置またはノードが分布している領域のスケールに関する以前の情報と矛盾するTDOAを除外することができる。実施態様に応じて、システムは、LOS TOAを計算する前にTDOAバウンディングを実行することもできるし、LOS TOAを計算した後でTDOAバウンディングを実行することもできる。例えば、システムは、2つのノードの間の全ての可能性のあるTDOAを計算し(例えば第1のノードで計算した各TOAと第2のノードで計算した各TOAの間の差を計算することによって計算し)、次いでバウンディング関数の外側のTDOAを除外することができる。あるいは、システムは、最初に各ノードについてのLOS TOAを選択し、次いでそれらのLOS TOAに基づいて計算したTDOAを除外することもできる。複数帯域の位置特定信号を含む実施態様では、システムは、複数の帯域にわたって計算したTOAまたはTDOAのいずれかにTDOAバウンディングを適用することができる。1つの実施態様では、システムは、TDOAを計算した2つのノードの間の対ごとの距離より大きい距離に対応するTDOAを除外することができる。これに加えて、または代替として、システムが既知の領域内のデバイスを位置特定している場合には、TDOA境界を減少させて、その既知の領域から発出する伝送の最大TDOAを反映することができる。
2.10 TDOA Bounding After calculating a set of TDOAs at each node, the system may also apply TDOA bounding techniques to improve the likelihood of calculating accurate TDOAs between each pair of nodes in the network. The system may implement a bounding model to eliminate TDOAs that are inconsistent with prior information about the location of the nodes or the scale of the area in which the nodes are distributed. Depending on the implementation, the system may perform TDOA bounding before calculating the LOS TOAs or after calculating the LOS TOAs. For example, the system may calculate all possible TDOAs between two nodes (e.g., by calculating the difference between each TOA calculated at the first node and each TOA calculated at the second node) and then eliminate TDOAs outside the bounding function. Alternatively, the system may first select a LOS TOA for each node and then eliminate TDOAs calculated based on those LOS TOAs. In implementations involving multi-band locating signals, the system may apply TDOA bounding to either the TOAs or TDOAs calculated across the multiple bands. In one implementation, the system may exclude TDOAs that correspond to distances greater than the pairwise distance between the two nodes for which the TDOA was calculated. Additionally or alternatively, if the system is locating a device within a known region, the TDOA bounds may be reduced to reflect the maximum TDOA of transmissions emanating from that known region.

2.11 マルチラテレーション
このシステムは、ネットワーク内の各ノード対についてのTDOAを計算した後で、マルチラテレーションを実行して、ブロックS260、S268、およびS270と同様に、ネットワーク内の各ノードについての、ノードで検出された位置特定信号、ノードの時間バイアス、およびノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。1つの実施態様では、このシステムは、デバイスについていくつかの位置を計算し、そのデバイスが位置している可能性がある領域を定義することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、所定の信頼度レベル内で可能性があるデバイスの位置を示す、各次元に不確実性を有するデバイスの位置を計算することができる。このシステムは、ネットワーク内の各ノードの相対位置が既知である同じ座標系内でデバイスの位置を計算して、デバイスについて計算した位置がノードとも関係があるようにする。一般に、このシステムは、ネットワーク内の(既知の位置の)3つのノードを用いてデバイスの2次元相対位置を計算することができ、ネットワーク内の(既知の位置の)4つのノードを用いてデバイスの3次元位置を計算することができる。より多く(すなわち4超)のノードからのTDOAがあると、システムは、最小二乗法および/あるいは線形または非線形最適化を実行して、デバイスの位置を洗練させることができる。これに加えて、または代替として、カルマンフィルタまたはその他のフィルタリング関数を、経時的な特定のデバイスの位置推定に適用することができる。
2.11 Multilateration After calculating the TDOA for each pair of nodes in the network, the system can perform multilateration to calculate the location of the device relative to the network for each node in the network based on the node's detected localization signal, the node's time bias, and the node's relative location, similar to blocks S260, S268, and S270. In one embodiment, the system can calculate several locations for the device and define an area in which the device may be located. Additionally or alternatively, the system can calculate the device's location with uncertainty in each dimension that indicates the device's likely location within a given confidence level. The system calculates the device's location in the same coordinate system where the relative location of each node in the network is known, so that the location calculated for the device is also relative to the node. In general, the system can calculate the device's two-dimensional relative location with three nodes (of known location) in the network, and the device's three-dimensional location with four nodes (of known location) in the network. With TDOA from more nodes (i.e., more than four), the system can perform least squares and/or linear or non-linear optimization to refine the device's location. Additionally or alternatively, a Kalman filter or other filtering function can be applied to the location estimates of a particular device over time.

このシステムは、次の形態の連立方程式を解くことによってマルチラテレーションを実行する。 The system performs multilateration by solving a system of simultaneous equations of the form:

Figure 2024516594000010
ここで、ti,jは、ノードiとノードjの間のTDOAであり、x、yは、およびzは、ノードiの座標であり、x、yは、およびzは、ノードjの座標であり、x、yは、およびzは、デバイスの座標である。
Figure 2024516594000010
where t i,j is the TDOA between node i and node j, x i , y i , and z i are the coordinates of node i, x j , y j , and z j are the coordinates of node j, and x, y, and z are the coordinates of the device.

2.12 デプロイメント
このシステムは、いくつかのワイヤレスネットワーキングシナリオだけでなく、複数のノード間の一貫した速度の波伝搬を伴う任意のシナリオでデプロイすることができる。システムのデプロイメントのいくつかの例としては、ローカルなアセットトラッキングのデプロイメント、電気通信のデプロイメント、およびグローバル衛星のデプロイメントがある。
2.12 Deployment The system can be deployed in any scenario with consistent speed wave propagation between multiple nodes, as well as in several wireless networking scenarios. Some examples of system deployments include local asset tracking deployments, telecommunications deployments, and global satellite deployments.

2.12.1 ローカルなアセットトラッキングのデプロイメント
このシステムは、アセットトラッキングシステムとしてデプロイすることができる。この実施態様では、システムは、倉庫、組立てライン/工場、病院、学校、オフィスビルディング、またはその他の任意の施設の周りに配置されたノードのネットワークを含むことができる。ノードは、妨害を避け、(3次元位置トラッキングが望ましい場合には)少なくとも4つのノードが施設全体に分布したデバイスから位置特定信号を受信できることを保証して、施設の周りに分布させることができる。システムは、追跡対象のアセットに取り付けることができ、ノードによって受信される位置特定信号を伝送することができるアクティブタグのセットを含むこともできる。さらに、ローカルなデプロイメントでは、施設内の、または施設の周囲のその他の伝送側デバイスも追跡することができる。
2.12.1 Local Asset Tracking Deployment The system can be deployed as an asset tracking system. In this embodiment, the system can include a network of nodes placed around a warehouse, assembly line/factory, hospital, school, office building, or any other facility. The nodes can be distributed around the facility to avoid interference and ensure that at least four nodes (if three-dimensional location tracking is desired) can receive location signals from devices distributed throughout the facility. The system can also include a set of active tags that can be attached to assets to be tracked and transmit location signals that are received by the nodes. Additionally, in a local deployment, other transmitting devices in or around the facility can also be tracked.

2.12.2 電気通信のデプロイメント
このシステムは、各ノードがセルラサイトを含み、ネットワークがセルラネットワークを含む、電気通信の状況にデプロイすることができる。方法S200は、既存の、または追加設置されたセルラサイトで実施することができる。セルラサイトの電気通信インフラストラクチャを活用することにより、システムの範囲を増大させることができるので、システムは、セルラネットワークの範囲内のセルラデバイスまたはその他の送信機を位置特定することができる。セルラデバイスの位置情報を計算した後で、システムは、セルラデバイスの位置情報をセルラネットワークを介してそのセルラデバイスに伝送することができる。このように、このシステムは、セルラネットワーク内のセルラデバイスの正確な位置サービスを可能にすることができる。
2.12.2 Telecommunications Deployment The system can be deployed in a telecommunications context where each node includes a cellular site and the network includes a cellular network. Method S200 can be implemented in existing or additionally installed cellular sites. By leveraging the telecommunications infrastructure of the cellular sites, the range of the system can be increased so that the system can locate cellular devices or other transmitters within the range of the cellular network. After calculating the location information of the cellular device, the system can transmit the location information of the cellular device to the cellular device through the cellular network. In this manner, the system can enable precise location services for cellular devices in the cellular network.

2.12.3 グローバル衛星のデプロイメント
このシステムは、各ノードがLEO衛星を含み、ネットワークがジオロケーションシステムを含む、グローバル衛星ネットワークとしてデプロイすることができる。方法S200は、位置特定信号および同期信号への相対論的影響および大気の影響を補償することによって、グローバル位置追跡の適用分野に適応させることができる。他のグローバルナビゲーションシステムと比較したときのシステムのグローバル衛星のデプロイメントの1つの利点は、方法S200を実行する衛星が暦を介した連続的な追跡および更新を必要としないことである。この場合、ノードとして作用する各衛星は、地表の、または地球の周りの送信機を位置特定する前に繰り返し自己位置特定および時間同期を行うことができる。したがって、システムは連続的な追跡または軌道位置/速度の事前知識を必要としないので、既存のグローバルナビゲーションシステムと比較して保守コストが削減される。このシステムのグローバル衛星のデプロイメントでは、GPSまたはその他のグローバルナビゲーションシステムと同様に地球上の任意の場所で送信機を位置特定することができる。
2.12.3 Global Satellite Deployment The system can be deployed as a global satellite network, with each node including a LEO satellite and the network including a geolocation system. Method S200 can be adapted to global position tracking applications by compensating for relativistic and atmospheric effects on positioning and synchronization signals. One advantage of the global satellite deployment of the system compared to other global navigation systems is that the satellites performing method S200 do not require continuous tracking and updates via an almanac. In this case, each satellite acting as a node can repeatedly self-locate and time synchronize before locating a transmitter on or around the Earth. Thus, maintenance costs are reduced compared to existing global navigation systems, since the system does not require continuous tracking or prior knowledge of orbital position/velocity. The global satellite deployment of the system allows transmitters to be located anywhere on the Earth, similar to GPS or other global navigation systems.

本明細書に記載するシステムおよび方法は、少なくとも部分的には、コンピュータ可読命令を記憶したコンピュータ可読媒体を受けるように構成された機械として実施および/または実装することができる。命令は、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウェブサイト、通信サービス、通信インタフェース、ユーザのコンピュータまたはモバイルデバイスのハードウェア/ファームウェア/ソフトウェア要素、リストバンド、スマートフォン、あるいはそれらの任意の適当な組合せと一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって実行することができる。実施形態の他のシステムおよび方法は、少なくとも部分的には、コンピュータ可読命令を記憶したコンピュータ可読媒体を受けるように構成された機械として実施および/または実装することができる。命令は、上述のタイプの装置およびネットワークと一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EEPROM、光学デバイス(CDまたはDVD)、ハードドライブ、フロッピードライブ、あるいはその他の任意のデバイスなど、任意の適当なコンピュータ可読媒体に記憶することができる。コンピュータ実行可能構成要素は、プロセッサとすることもできるが、(代替として、またはこれに加えて)任意の適当な専用ハードウェアデバイスが命令を実行することもできる。 The systems and methods described herein may be implemented, at least in part, as a machine configured to receive a computer-readable medium having computer-readable instructions stored thereon. The instructions may be executed by a computer-executable component integrated with an application, an applet, a host, a server, a network, a website, a communication service, a communication interface, a hardware/firmware/software element of a user's computer or mobile device, a wristband, a smartphone, or any suitable combination thereof. Other systems and methods of embodiments may be implemented, at least in part, as a machine configured to receive a computer-readable medium having computer-readable instructions stored thereon. The instructions may be executed by a computer-executable component integrated with a computer-executable component integrated with the above-mentioned types of devices and networks. The computer-readable medium may be stored in any suitable computer-readable medium, such as RAM, ROM, flash memory, EEPROM, optical device (CD or DVD), hard drive, floppy drive, or any other device. The computer-executable component may be a processor, although (alternatively or in addition) any suitable dedicated hardware device may execute the instructions.

上記の詳細な説明ならびに図面および特許請求の範囲から、当業者なら、以下の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を逸脱することなく本発明の実施形態に修正および変更を加えることができることを理解するであろう。 From the above detailed description and the drawings and claims, those skilled in the art will appreciate that modifications and variations can be made to the embodiments of the invention without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.

Claims (20)

第1のノードによる第1の同期スロット中の第1の同期信号の伝送をスケジュールすることと、
第2のノードによる第2の同期スロット中の第2の同期信号の伝送をスケジュールすることと、
前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送後に、
前記第1のノードから、前記第1の同期信号の第1のローカル参照コピーの位相を受信することと、
前記第2のノードから、前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の位相を受信することと、
前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送後に、
前記第2のノードから、前記第2の同期信号の第2のローカル参照コピーの位相を受信することと、
前記第1のノードから、前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の位相を受信することと、
前記第1のローカル参照コピーの前記位相、
前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の前記位相、
第2のローカル参照コピーの前記位相、および
前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の前記位相
に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の伝搬遅延を計算することと、を含む、方法。
scheduling transmission of a first synchronization signal during a first synchronization slot by a first node;
scheduling transmission of a second synchronization signal during a second synchronization slot by a second node;
after transmission of the first synchronization signal in the first synchronization slot by the first node,
receiving from the first node a phase of a first local reference copy of the first synchronization signal;
receiving from the second node a phase of the first synchronization signal at the second node;
after transmission of the second synchronization signal in the second synchronization slot by the second node,
receiving from the second node a phase of a second local reference copy of the second synchronization signal;
receiving from the first node a phase of the second synchronization signal at the first node;
the phase of the first local reference copy;
the phase of the first synchronization signal at the second node;
calculating a propagation delay between the first node and the second node based on the phase of a second local reference copy and the phase of the second synchronization signal at the first node.
前記第1のローカル参照コピーの前記位相、
前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の前記位相、
第2のローカル参照コピーの前記位相、および
前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の前記位相
に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の時間バイアスを計算することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
the phase of the first local reference copy;
the phase of the first synchronization signal at the second node;
2. The method of claim 1, further comprising: calculating a time bias between the first node and the second node based on the phase of a second local reference copy and the phase of the second synchronization signal at the first node.
前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
Figure 2024516594000011
の要素として前記伝搬遅延を計算することを含み、ここで、φ1,1は、前記第1のローカル参照コピーの前記位相を表し、φ2,1は、前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の前記位相を表し、φ2,2は、前記第2のローカル参照コピーの前記位相を表し、φ1,2は、前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の前記位相を表す、請求項1に記載の方法。
Calculating the propagation delay between the first node and the second node includes:
Figure 2024516594000011
where φ 1,1 represents the phase of the first local reference copy, φ 2,1 represents the phase of the first synchronization signal at the second node, φ 2,2 represents the phase of the second local reference copy, and φ 1,2 represents the phase of the second synchronization signal at the first node.
前記第1のローカル参照コピーの前記位相を受信することは、前記第1のノードから、前記第1の同期信号と関連付けられた第1の自己受信信号の位相を受信することを含み、
前記第2のローカル参照コピーの前記位相を受信することは、前記第2のノードから、前記第2の同期信号と関連付けられた第2の自己受信信号の位相を受信することを含む、請求項1に記載の方法。
receiving the phase of the first local reference copy includes receiving from the first node a phase of a first self-received signal associated with the first synchronization signal;
2. The method of claim 1, wherein receiving the phase of the second local reference copy comprises receiving, from the second node, a phase of a second self-received signal associated with the second synchronization signal.
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の第1のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1のセットの同期信号は、第1のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の第2のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2のセットの同期信号は、第2のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、
前記第1のローカル参照の前記位相を受信することは、前記第1のノードから、前記第1のセットの同期信号の第1のセットのローカル参照コピーの位相のセットを受信することを含み、
前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の前記位相を受信することは、前記第2のノードから、前記第2のノードにおける前記第1のセットの同期信号の位相のセットを受信することを含み、
前記第2のローカル参照の前記位相を受信することは、前記第2のノードから、前記第2のセットの同期信号の第2のセットのローカル参照コピーの位相のセットを受信することを含み、
前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の前記位相を受信することは、前記第1のノードから、前記第1のノードにおける前記第2のセットの同期信号の位相のセットを受信することを含み、
前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
前記第1のセットの同期信号の前記第1のセットのローカル参照コピーの前記位相のセット、
前記第2のノードにおける前記第1のセットの同期信号の前記位相のセット、
前記第2のセットの同期信号の前記第2のセットのローカル参照コピーの前記位相のセット、および
前記第1のノードにおける前記第2のセットの同期信号の前記位相のセット
に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することを含む、請求項1に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of a first set of synchronization signals during the first synchronization slot by the first node, the first set of synchronization signals being characterized by a first set of carrier frequencies;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of a second set of synchronization signals during the second synchronization slot by the second node, the second set of synchronization signals being characterized by a second set of carrier frequencies;
receiving the phases of the first local reference includes receiving from the first node a set of phases of a first set of local reference copies of the first set of synchronization signals;
receiving the phases of the first synchronization signal at the second node includes receiving a set of phases of the first set of synchronization signals at the second node from the second node;
receiving the phases of the second local reference includes receiving from the second node a set of phases of a second set of local reference copies of the second set of synchronization signals;
receiving the phases of the second set of synchronization signals at the first node includes receiving a set of phases of the second set of synchronization signals at the first node from the first node;
Calculating the propagation delay between the first node and the second node includes:
the set of phases of local reference copies of the first set of synchronization signals;
the set of phases of the first set of synchronization signals at the second node;
2. The method of claim 1, further comprising: calculating the propagation delay between the first node and the second node based on: the set of phases of a local reference copy of the second set of synchronization signals of the second set; and the set of phases of the second set of synchronization signals at the first node.
第1のノードによる第1の同期スロット中の第1の同期信号の伝送をスケジュールすることと、
第2のノードによる第2の同期スロット中の第2の同期信号の伝送をスケジュールすることと、
前記第1の同期スロット中の前記第1のノードによる前記第1の同期信号の伝送後に、
前記第1のノードから、前記第1の同期信号と関連付けられた第1の位相参照を受信することと、
前記第2のノードから、前記第2のノードにおける前記第1の同期信号の第1の到着位相を受信することと、
前記第2の同期スロット中の前記第2のノードによる前記第2の同期信号の伝送後に、
前記第2のノードから、前記第2の同期信号と関連付けられた第2の位相参照を受信することと、
前記第1のノードから、前記第1のノードにおける前記第2の同期信号の第2の到着位相を受信することと、
前記第1の位相参照、前記第2の位相参照、前記第1の到着位相、および前記第2の到着位相に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の伝搬遅延を計算することと、を含む、方法。
scheduling transmission of a first synchronization signal during a first synchronization slot by a first node;
scheduling transmission of a second synchronization signal during a second synchronization slot by a second node;
after transmission of the first synchronization signal by the first node during the first synchronization slot,
receiving, from the first node, a first phase reference associated with the first synchronization signal;
receiving from the second node a first arrival phase of the first synchronization signal at the second node;
after transmission of the second synchronization signal by the second node during the second synchronization slot,
receiving, from the second node, a second phase reference associated with the second synchronization signal;
receiving from the first node a second arrival phase of the second synchronization signal at the first node;
calculating a propagation delay between the first node and the second node based on the first phase reference, the second phase reference, the first arrival phase, and the second arrival phase.
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の第1のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1のセットの同期信号は、第1のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の第2のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2のセットの同期信号は、第2のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、
前記第1の位相参照を受信することは、前記第1のノードから、前記第1のセットの同期信号と関連付けられた第1のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第1の位相参照を受信することは、前記第1のノードから、前記第1のセットの同期信号と関連付けられた第1のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第2の位相参照を受信することは、前記第2のノードから、前記第2のセットの同期信号と関連付けられた第2のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第1の到着位相を受信することは、前記第2のノードから、前記第2のノードにおける前記第1のセットの同期信号の第1のセットの到着位相を受信することを含み、
前記第2の到着位相を受信することは、前記第1のノードから、前記第1のノードにおける前記第2のセットの同期信号の第2のセットの到着位相を受信することを含み、
前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、前記第1のセットの位相参照、前記第2のセットの位相参照、前記第1のセットの到着位相、および前記第2のセットの到着位相に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することを含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of a first set of synchronization signals during the first synchronization slot by the first node, the first set of synchronization signals being characterized by a first set of carrier frequencies;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of a second set of synchronization signals during the second synchronization slot by the second node, the second set of synchronization signals being characterized by a second set of carrier frequencies;
receiving the first phase reference includes receiving, from the first node, a first set of phase references associated with the first set of synchronization signals;
receiving the first phase reference includes receiving, from the first node, a first set of phase references associated with the first set of synchronization signals;
receiving the second phase reference includes receiving, from the second node, a second set of phase references associated with the second set of synchronization signals;
receiving the first arrival phases includes receiving from the second node a first set of arrival phases of the first set of synchronization signals at the second node;
receiving the second arrival phases includes receiving from the first node a second set of arrival phases of the second set of synchronization signals at the first node;
7. The method of claim 6, wherein calculating the propagation delay between the first node and the second node comprises calculating the propagation delay between the first node and the second node based on the first set of phase references, the second set of phase references, the first set of arrival phases, and the second set of arrival phases.
前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
前記第1のセットの同期信号のうちの各同期信号について、
その同期信号に関連付けられた前記第1のセットの位相参照のうちの位相参照、
前記第1のセットの到着位相のうちのその同期信号の到着位相、および
前記第1のセットの搬送周波数のうちのその同期信号の搬送周波数
に基づいて第1のセットの位相対周波数点のうちの位相対周波数点を生成することと、
前記第1のセットの位相対周波数点の第1の回帰に基づいて前記第1のセットの同期信号の第1の位相遅延を計算することと、
前記第2のセットの同期信号のうちの各同期信号について、
その同期信号に関連付けられた前記第2のセットの位相参照のうちの位相参照、
前記第2のセットの到着位相のうちのその同期信号の到着位相、および
前記第2のセットの搬送周波数のうちのその同期信号の搬送周波数
に基づいて第2のセットの位相対周波数点のうちの位相対周波数点を生成することと、
前記第2のセットの位相対周波数点の第2の回帰に基づいて前記第2のセットの同期信号の第2の位相遅延を計算することと、
前記第1の位相遅延および前記第2の位相遅延に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと、
を含む、請求項7に記載の方法。
Calculating the propagation delay between the first node and the second node includes:
For each synchronization signal in the first set of synchronization signals:
a phase reference from the first set of phase references associated with the synchronization signal;
generating a first set of phase-versus-frequency points based on an arrival phase of the synchronization signal from the first set of arrival phases and a carrier frequency of the synchronization signal from the first set of carrier frequencies;
calculating a first phase delay of the first set of synchronization signals based on a first regression of the first set of phase versus frequency points;
For each synchronization signal in the second set of synchronization signals:
a phase reference from the second set of phase references associated with the synchronization signal;
generating a second set of phase-versus-frequency points based on an arrival phase of the synchronization signal from the second set of arrival phases and a carrier frequency of the synchronization signal from the second set of carrier frequencies;
calculating a second phase delay of the second set of synchronization signals based on a second regression of the second set of phase versus frequency points;
calculating the propagation delay between the first node and the second node based on the first phase delay and the second phase delay;
The method of claim 7, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1の同期信号は、第1の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスを含み、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2の同期信号は、第2の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスを含み、
前記第2のノードにおいて前記第1の同期信号の前記第1の到着位相を受信することは、
前記第1の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスに基づいて前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号および第1のテンプレート信号の第1の相互相関を計算することと、
前記第1の相互相関に基づいて前記第1の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第1のノードにおいて前記第2の同期信号の前記第2の到着位相を受信することは、
前記第2の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスに基づいて前記第1のノードで受信される前記第2の同期信号および第2のテンプレート信号の第2の相互相関を計算することと、
前記第2の相互相関に基づいて前記第2の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal during the first synchronization slot by the first node, the first synchronization signal including a first frequency shift keying modulation code sequence;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal by the second node during the second synchronization slot, the second synchronization signal including a second frequency shift keying modulation code sequence;
Receiving the first arriving phase of the first synchronization signal at the second node comprises:
calculating a first cross-correlation of the first synchronization signal and a first template signal received at the second node based on the first frequency shift keying modulation code sequence;
extracting the first arrival phase based on the first cross-correlation;
Receiving the second arrival phase of the second synchronization signal at the first node comprises:
calculating a second cross-correlation of the second synchronization signal and a second template signal received at the first node based on the second frequency shift keying modulation code sequence;
extracting the second arrival phase based on the second cross-correlation; and
The method of claim 6, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1の同期信号は、第1の変調最大長シーケンスを含み、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2の同期信号は、第2の変調最大長シーケンスを含み、
前記第2のノードにおいて前記第1の同期信号の前記第1の到着位相を受信することは、
前記第1の変調最大長シーケンスに基づいて前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号および第1のテンプレート信号の第1の相互相関を計算することと、
前記第1の相互相関に基づいて前記第1の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第1のノードにおいて前記第2の同期信号の前記第2の到着位相を受信することは、
前記第2の変調最大長シーケンスに基づいて前記第1のノードで受信される前記第2の同期信号および第2のテンプレート信号の第2の相互相関を計算することと、
前記第2の相互相関に基づいて前記第2の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal during the first synchronization slot by the first node, the first synchronization signal including a first modulated maximal length sequence;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal by the second node during the second synchronization slot, the second synchronization signal including a second modulated maximal length sequence;
Receiving the first arriving phase of the first synchronization signal at the second node comprises:
calculating a first cross-correlation of the first synchronization signal and a first template signal received at the second node based on the first modulated maximal length sequence;
extracting the first arrival phase based on the first cross-correlation;
Receiving the second arrival phase of the second synchronization signal at the first node comprises:
calculating a second cross-correlation of the second synchronization signal and a second template signal received at the first node based on the second modulated maximal length sequence;
extracting the second arrival phase based on the second cross-correlation; and
The method of claim 6, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1の同期信号は、第1のZadoff-Chuシーケンスを含み、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2の同期信号は、第2のZadoff-Chuシーケンスを含み、
前記第2のノードにおいて前記第1の同期信号の前記第1の到着位相を受信することは、
前記第1のZadoff-Chuシーケンスに基づいて前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号および第1のテンプレート信号の第1の相互相関を計算することと、
前記第1の相互相関に基づいて前記第1の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第1のノードにおいて前記第2の同期信号の前記第2の到着位相を受信することは、
前記第2のZadoff-Chuシーケンスに基づいて前記第1のノードで受信される前記第2の同期信号および第2のテンプレート信号の第2の相互相関を計算することと、
前記第2の相互相関に基づいて前記第2の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal during the first synchronization slot by the first node, the first synchronization signal including a first Zadoff-Chu sequence;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal during the second synchronization slot by the second node, the second synchronization signal including a second Zadoff-Chu sequence;
Receiving the first arriving phase of the first synchronization signal at the second node comprises:
calculating a first cross-correlation of the first synchronization signal and a first template signal received at the second node based on the first Zadoff-Chu sequence;
extracting the first arrival phase based on the first cross-correlation;
Receiving the second arrival phase of the second synchronization signal at the first node comprises:
calculating a second cross-correlation of the second synchronization signal and a second template signal received at the first node based on the second Zadoff-Chu sequence;
extracting the second arrival phase based on the second cross-correlation; and
The method of claim 6, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1の同期信号は、第1の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号を含み、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2の同期信号は、第2の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号を含み、
前記第2のノードにおいて前記第1の同期信号の前記第1の到着位相を受信することは、
前記第1の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号に基づいて前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号および第1のテンプレート信号の第1の相互相関を計算することと、
前記第1の相互相関に基づいて前記第1の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第1のノードにおいて前記第2の同期信号の前記第2の到着位相を受信することは、
前記第2の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号に基づいて前記第1のノードで受信される前記第2の同期信号および第2のテンプレート信号の第2の相互相関を計算することと、
前記第2の相互相関に基づいて前記第2の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal during the first synchronization slot by the first node, the first synchronization signal including a first frequency hopping spread spectrum signal;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal during the second synchronization slot by the second node, the second synchronization signal including a second frequency hopping spread spectrum signal;
Receiving the first arriving phase of the first synchronization signal at the second node comprises:
calculating a first cross-correlation of the first synchronization signal and a first template signal received at the second node based on the first frequency hopping spread spectrum signal;
extracting the first arrival phase based on the first cross-correlation;
Receiving the second arrival phase of the second synchronization signal at the first node comprises:
calculating a second cross-correlation of the second synchronization signal and a second template signal received at the first node based on the second frequency hopping spread spectrum signal;
extracting the second arrival phase based on the second cross-correlation; and
The method of claim 6, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のノードによる前記第1の同期スロット中の前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第1の同期信号は、
第1の固定プリアンブルシーケンスを含み、
第1の可変シンクワードシーケンスを含み、
閾値自己相関ピーク比より大きい第1の自己相関ピーク比を生成するように構成され、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のノードによる前記第2の同期スロット中の前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第2の同期信号は、
第2の固定プリアンブルシーケンスを含み、
第2の可変シンクワードシーケンスを含み、
前記閾値自己相関ピーク比より大きい第2の自己相関ピーク比を生成するように構成され、
前記第2のノードにおいて前記第1の同期信号の前記第1の到着位相を受信することは、
前記第1の固定プリアンブルシーケンスおよび前記第1の可変シンクワードシーケンスに基づいて前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号および第1のテンプレート信号の第1の相互相関を計算することと、
前記第1の相互相関に基づいて前記第1の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第1のノードにおいて前記第2の同期信号の前記第2の到着位相を受信することは、
前記第2の固定プリアンブルシーケンスおよび前記第2の可変シンクワードシーケンスに基づいて前記第1のノードで受信される前記第2の同期信号および第2のテンプレート信号の第2の相互相関を計算することと、
前記第2の相互相関に基づいて前記第2の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項6に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal during the first synchronization slot by the first node, the first synchronization signal comprising:
a first fixed preamble sequence;
a first variable sync word sequence;
configured to generate a first autocorrelation peak ratio greater than a threshold autocorrelation peak ratio;
Scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal during the second synchronization slot by the second node, the second synchronization signal comprising:
a second fixed preamble sequence;
a second variable sync word sequence;
configured to generate a second autocorrelation peak ratio greater than the threshold autocorrelation peak ratio;
Receiving the first arrival phase of the first synchronization signal at the second node comprises:
calculating a first cross-correlation of the first synchronization signal and a first template signal received at the second node based on the first fixed preamble sequence and the first variable sync word sequence;
extracting the first arrival phase based on the first cross-correlation;
Receiving the second arrival phase of the second synchronization signal at the first node comprises:
calculating a second cross-correlation of the second synchronization signal and a second template signal received at the first node based on the second fixed preamble sequence and the second variable sync word sequence;
extracting the second arrival phase based on the second cross-correlation; and
The method of claim 6, comprising:
第1のノードによる第1の同期スロット中の第1の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第1の同期信号は、第1のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、
第2のノードによる第2の同期スロット中の第2の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第2の同期信号は、第2のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、
前記第1の同期スロット中の前記第1のノードによる前記第1の同期信号の伝送後に、
前記第1のノードから、前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第2のノードから、前記第2のノードで受信される前記第1の同期信号に基づく前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第2の同期スロット中の前記第2のノードによる前記第2の同期信号の伝送後に、
前記第2のノードから、前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第1のノードから、前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相、前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、および前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて、前記第1のノードと前記第2のノードの間の伝搬遅延を計算することと、を含む、方法。
scheduling transmission of a first synchronization signal during a first synchronization slot by a first node, the first synchronization signal being characterized by a first set of carrier frequencies;
scheduling transmission of a second synchronization signal during a second synchronization slot by a second node, the second synchronization signal being characterized by a second set of carrier frequencies;
after transmission of the first synchronization signal by the first node during the first synchronization slot,
receiving from the first node a phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies;
receiving from the second node an arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies based on the first synchronization signal received at the second node;
after transmission of the second synchronization signal by the second node during the second synchronization slot,
receiving from the second node a phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies;
receiving from the first node an arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies;
calculating a propagation delay between the first node and the second node based on the phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies, and the arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies.
前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第1のセットの位相/周波数点を生成することと、
前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第2のセットの位相/周波数点を生成することと、
前記第1のセットの位相/周波数点および前記第2のセットの位相/周波数点に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと、
を含む、請求項14に記載の方法。
Calculating the propagation delay between the first node and the second node includes:
generating a first set of phase/frequency points based on the phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies and the arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies;
generating a second set of phase/frequency points based on the phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies and the arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies;
calculating the propagation delay between the first node and the second node based on the first set of phase/frequency points and the second set of phase/frequency points;
15. The method of claim 14, comprising:
前記第1のセットの位相/周波数点および前記第2のセットの位相/周波数点に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
前記第1のセットの位相/周波数点と前記第2のセットの位相/周波数点とを合計して合計位相/周波数点のセットを生成することと、
前記第1のセットの合計位相/周波数点の線形回帰を計算することと、
前記線形回帰の傾きを抽出することと、
前記線形回帰の前記傾きに基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと、
を含む、請求項15に記載の方法。
Calculating the propagation delay between the first node and the second node based on the first set of phase/frequency points and the second set of phase/frequency points comprises:
summing the first set of phase/frequency points with the second set of phase/frequency points to generate a set of total phase/frequency points;
calculating a linear regression of the first set of total phase/frequency points;
Extracting the slope of the linear regression; and
calculating the propagation delay between the first node and the second node based on the slope of the linear regression;
16. The method of claim 15, comprising:
前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相、前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、および前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて、前記第1のノードと前記第2のノードの間の時間バイアスを計算することをさらに含む、請求項14に記載の方法。 15. The method of claim 14, further comprising: calculating a time bias between the first node and the second node based on the phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies, the phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies, and the arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies. 前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記時間バイアスを計算することは、
前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第1のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第1のセットの位相/周波数点を生成することと、
前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第2のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第2のセットの位相/周波数点を生成することと、
前記第1のセットの位相/周波数点および前記第2のセットの位相/周波数点に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記時間バイアスを計算することと、
を含む、請求項17に記載の方法。
Calculating the time bias between the first node and the second node includes:
generating a first set of phase/frequency points based on the phase reference for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies and the arrival phase for each carrier frequency of the first set of carrier frequencies;
generating a second set of phase/frequency points based on the phase reference for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies and the arrival phase for each carrier frequency of the second set of carrier frequencies;
calculating the time bias between the first node and the second node based on the first set of phase/frequency points and the second set of phase/frequency points;
20. The method of claim 17, comprising:
前記第1のセットの位相/周波数点および前記第2のセットの位相/周波数点に基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記時間バイアスを計算することは、
前記第1のセットの位相/周波数点を前記第2のセットの位相/周波数点から減算して減算位相/周波数点のセットを生成することと、
前記第1のセットの減算位相/周波数点の線形回帰を計算することと、
前記線形回帰の傾きを抽出することと、
前記線形回帰の前記傾きに基づいて前記第1のノードと前記第2のノードの間の前記時間バイアスを計算することと、
を含む、請求項18に記載の方法。
Calculating the time bias between the first node and the second node based on the first set of phase/frequency points and the second set of phase/frequency points comprises:
subtracting the first set of phase/frequency points from the second set of phase/frequency points to generate a set of subtracted phase/frequency points;
calculating a linear regression of the first set of subtracted phase/frequency points;
Extracting the slope of the linear regression; and
calculating the time bias between the first node and the second node based on the slope of the linear regression;
20. The method of claim 18, comprising:
前記第1の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第1のセットの搬送周波数にわたる第1の周波数ホッピングスペクトラム拡散方式に基づいて第1の同期の伝送をスケジュールすることを含み、
前記第2の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第2のセットの搬送周波数にわたる第2の周波数ホッピングスペクトラム拡散方式に基づいて第2の同期の伝送をスケジュールすることを含む、
請求項14に記載の方法。
Scheduling transmission of the first synchronization signal includes scheduling transmission of the first synchronization signal based on a first frequency hopping spread spectrum scheme across the first set of carrier frequencies;
scheduling transmission of the second synchronization signal includes scheduling transmission of the second synchronization signal based on a second frequency hopping spread spectrum scheme across the second set of carrier frequencies.
The method of claim 14.
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US8599822B2 (en) * 2005-03-23 2013-12-03 Cisco Technology, Inc. Slot-based transmission synchronization mechanism in wireless mesh networks
US9554348B2 (en) * 2012-05-30 2017-01-24 University Of Southern California Timing synchronization of wireless networks
US9838196B2 (en) * 2012-11-29 2017-12-05 Nec Coporation Synchronization apparatus, synchronization system, radio communication apparatus and synchronization method
US10833840B2 (en) * 2018-05-07 2020-11-10 ZaiNar, Inc. Methods for nanosecond-scale time synchronization over a network
EP3629639A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-01 Intel IP Corporation Methods and devices for communications in device-to-device networks

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