KR20180004092A - 울트라와이드 대역 통신 시스템에서 비대칭적 이중 양방향 레인징 - Google Patents

울트라와이드 대역 통신 시스템에서 비대칭적 이중 양방향 레인징 Download PDF

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Abstract

한 쌍의 울트라-광대역("UWB") 트랜시버들을 포함하는 UWB 통신 시스템에서, 비동기식 양방향 레인징 방법은 트랜시버들 사이에서 오직 3개의 메시지들의 교환 이후 트랜시버들 사이의 비행 시간을 근접하게 추정할 수 있다. 대안적인 비동기식 양방향 레인징 방법에서, 트랜시버들 사이의 비행 시간은 트랜시버들 사이에서 오직 4개의 메시지들의 교환 이후 근접하게 추정될 수 있다.

Description

울트라와이드 대역 통신 시스템에서 비대칭적 이중 양방향 레인징{ASYMMETRIC DOUBLE-SIDED TWO-WAY RANGING IN AN ULTRAWIDEBAND COMMUNICATION SYSTEM}
본 출원은 2015년 5월 12일에 출원된 가출원 일련번호 제62/160,469호("모 가출원")와 관련된다.
본 출원은 모 가출원에 대해 우선권을 주장하며, 이에 따라 37 CFR §1.78(a)(4)에 따라 모 가출원의 출원일의 이익을 주장한다.
모 가출원의 요지는 그 전체가 참조로 본원에 명시적으로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이고, 특히, 비대칭적 이중 양방향 레인징을 수행하도록 적응된 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 다음의 설명에서, 울트라-광대역("UWB") 통신 시스템들의 기술 분야의 당업자들에게 친숙한 각각의 특수한 기술 용어의 최초 등장을 이탤릭체화(italicize)할 것이다. 또한, 새로운 것으로 여겨지는, 또는 새로운 것으로 여겨지는 맥락에서 사용할 용어를 처음 소개하는 경우, 그 용어를 볼딕체화할 것이고, 그 용어를 적용하려 의도하는 정의를 제공할 것이다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐, 신호, 신호 플래그, 상태 비트(status bit) 또는 유사한 장치를 논리적으로 참 또는 논리적으로 거짓 상태로 각각 렌더링하는 경우, 때때로 용어를 어서트(assert) 및 네거티브로 사용할 것이고, 용어는 하나의 논리 상태에서 다른 논리 상태로의 신호의 논리적 반전을 표시하도록 토글링한다. 대안적으로, 상호 배타적인 불리언(Boolean) 상태들을 로직_O 및 로직_1로 지칭할 수 있다. 물론, 널리 공지된 바와 같이, 본원에서 논리적으로 참인 것으로 설명된 신호들이 논리적으로 거짓이 되도록 모든 이러한 신호들의 논리적 관점을 반전시킴으로써 일관된 시스템 동작이 획득될 수 있고, 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 논리 상태들 각각을 표현하기 위해 특정 전압 레벨들이 선택되는 이러한 시스템들에서는 해당되지 않는다.
예를 들어, 울트라-광대역("UWB") 통신 시스템에서, 일련의 특수한 프로세싱 단계들은 패킷-기반 UWB 채널을 통한 송신을 위해 페이로드(payload) 데이터를 준비하는 UWB 송신기에 의해 수행된다. 수신 시에, 대응하는 일련의 반전 단계들(series of reversing steps)은 데이터 페이로드를 복원하는 UWB 수신기에 의해 수행된다. 일련의 프로세싱 단계들 둘 모두에 대한 세부사항들은 IEEE 표준들 802.15.4("802.15.4") 및 802.15.4a("802.15.4a")에 상세히 설명되어 있으며, 이들은 그 전체가 참조로 본원에 명시적으로 통합된다. 공지된 바와 같이, 이러한 표준들은 시스템의 송신 및 수신 부분들 둘 모두의 요구되는 기능들을 설명하지만, 시스템의 송신 부분의 오직 구현 세부사항들만을 특정하며, 수신 부분을 구현하는 방법의 선택을 구현자들에게 남겨둔다.
우리 중 한 명 이상은 UWB 통신 시스템들에서의 사용을 위한 특정 개선들을 개발하였고, 이러한 개선들은 하기 계류중인 출원들 또는 발행된 특허들에서 완전히 설명되며, 이들 전부는 그 전체가 본원에 명시적으로 통합된다.
2009년 12월 22일에 발행된 US 7,636,397호 "A Method and Apparatus for Transmitting and Receiving Convolutionally Coded Data";
2010년 7월 31일에 발행된 US 7,787,544호 "A Method and Apparatus for Generating Codewords";
2013년 1월 22일에 발행된 US 8,358,709호 "A Method and Apparatus for Transmitting and Receiving Convolutionally Coded Data"; 및
2013년 5월 7일에 발행된 US 8,437,432호 "Receiver for Use in an Ultra-Wideband Communication System";
2014년 3월 18일에 발행된 US 8,677,224호 "Convolution Code for Use in a Communication System";
2013년 5월 7일에 발행된 US 8,436,758호 "Adaptive Ternary A D Converter for Use in an Ultra-Wideband Communication System"; 및
2014년 6월 24일에 발행된 US 8,760,334호 "Receiver for Use in an Ultra- Wideband Communication System".
종래 기술의 무선 통신 시스템들에서, 디바이스 A로부터 디바이스 B까지의 거리를 측정하기 위한 하나의 공지된 방법은 비행 시간 Tf를 얻기 위해 무선 펄스들의 그룹과 같은 전자기 신호에 대한 왕복 시간들을 측정하는 것이다. 그 다음, A로부터 B까지의 거리를 발견하기 위해 이러한 시간 Tf에 전파의 속도(즉, 광속)를 곱할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서, A는 패킷 P1을 B에 송신한다. B는 이러한 신호를 수신하고, 잠시 후 Db에 패킷 P2를 A에 다시 송신한다. 패킷 P2는 패킷 P1을 송신한 후 시간 Ra에 A에 도달한다. 따라서 하기와 같은 관계식을 얻을 수 있다.
[수학식 1]
Figure pct00001
[수학식 2]
Figure pct00002
실제로, A 및 B에서, 시간들은 실제 클럭들, 즉, 클럭 A 및 클럭 B에 의해 각각 측정된다. 이러한 클럭들을 서로 동기화하는 것이 가능하지 않을 수 있기 때문에, 이상적인 클럭보다 빠르거나 느리게 진행될 것이지만, 기준 주파수 생성기에 동기화되면 신호 교환 지속기간에 걸쳐 일정한 주파수라고 가정될 수 있는 것으로 진행될 것이다. 클럭 A 및 클럭 B가 각각 이상적인 진정한 클럭의 주파수의 ka 및 kb배로 진행한다고 가정한다. 임의의 시간 측정들에는 이러한 상수들 ka 또는 kb가 곱해질 것이다. Ra에 대한 실제 시간 추정들을
Figure pct00003
로, Da에 대한 실제 시간 추정들을
Figure pct00004
로 표기하고, 유사하게,
Figure pct00005
및
Figure pct00006
는 Rb 및 Db의 추정들이다.
Figure pct00007
는 A의 클럭에 의해 A에서 측정되기 때문에,
[수학식 3a]
Figure pct00008
유사하게,
[수학식 3b]
Figure pct00009
[수학식 3c]
Figure pct00010
[수학식 3d]
Figure pct00011
Tf의 추정
Figure pct00012
를 전개하기 위해 수학식 2에서 Ra 등에 대한 이러한 추정들을 사용할 수 있다. 그러나, ka 또는 kb의 값들이 미지이면, Ra 등을 계산할 수 없다. 그러나, Ra, Da 등에 대한 추정들로서
Figure pct00013
,
Figure pct00014
등을 사용하면,
[수학식 4a]
Figure pct00015
[수학식 4b]
Figure pct00016
이고, 그 다음 측정 에러를 도입한다. 예를 들어,
Figure pct00017
을 Tf의 추정으로 고려하면,
[수학식 5]
Figure pct00018
이고, 그 다음 이러한 추정의 에러는
[수학식 6]
Figure pct00019
이다.
통상적인 UWB 시스템들, 예를 들어, IEEE802.15.4a UWB 물리 계층에 기초한 시스템들에서, (ka-1) 및 (kb-1)은 최대 20ppm, 즉 20x10-6이고, 에러를 100ps(1x10-10) 아래로 유지하지 하는 것이 중요한데, 이는 지연들, 예를 들어,
Figure pct00020
가 약 5㎲ 아래로 유지되어야 함을 의미한다. 지연은 패킷을 전송하기 위한 시간을 포함하고, 이는 통상적으로 >100㎲이고, 따라서 이러한 짧은 지연들을 구현하는 것은 실용적이지 않다.
이에 대한 개선은 Fleming 등(US 6,400,754호) 및 그 후 Menzer 등(US 7,843,379호)에 의해 제안되었다. 이러한 방식들에서, 총 4개의 송신된 메시지들에 대해 제 2 왕복(a second round trip) 메시징 라운드가 구현된다. B로부터 전송된 패킷 P2는 P1의 도달을 확인 응답할 뿐만 아니라 A에서의 P2의 도달은, A에 의한 제 3 패킷 P3의 송신 이전에 A에서 지연
Figure pct00021
를 개시한다. 이러한 제 3 패킷은 B에서 수신되고, 이러한 제 2 왕복에 대한 시간이 B에서 측정된다. 이러한 방식들 둘 모두에서, 지연 시간들
Figure pct00022
및
Figure pct00023
는 대칭이 되도록, 즉 동일하거나 거의 동일하게 되도록 제안된다. 이것이 수행되면, 그리고 2개의 왕복들 각각에 대해 2개의 추정들이 계산되면, 그리고 2개의 추정들이 평균화되면, 에러들은 서로 거의 상쇄되고, 전반적인 에러는 허용가능하게 작게될 수 있는 것이 Menzer에 의해 적시된다. 이러한 종래 기술의 방법을 사용하면, 2개의 추정들의 평균에서의 에러는,
[수학식 7a]
Figure pct00024
[수학식 7b]
Figure pct00025
이다. 이것은 확실히 사실이지만, 응답 지연들이 항상 대칭인 것, 즉 대략 동일한 것을 요구하는 것은 시스템들에 대한 지나친 부담인 것으로 제시한다.
레인징(ranging)을 결정하기 위해 무선 통신 시스템의 수신기에서 사용하기 위한 개선된 방법 및 장치가 요구됨을 제시한다. 특히, 이러한 방법 및 장치는 일반적으로 최상의 종래 기술들에 필적하는 성능을 제공해야 하지만, 정확도를 상당히 감소시킴이 없이 비대칭적 지연들이 사용되도록 허용해야 하는 것으로 제시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 클럭 Ca를 갖는 제 1 디바이스 A와 제 2 클럭 Cb를 갖는 제 2 디바이스 B 사이에서 한 쌍의 왕복 지연(a pair of round-trip delay) 측정들을 완료하기 위해 3개의 메시지들 P1, P2 및 P3을 사용하는 비대칭적(asymmetric) 이중(double-sided) 양방향(two-way) 레인징(ranging) 방법을 제공한다. 본 방법에 따르면, A에서 Ca에 대해 선택된 시점 T0에 P1을 송신하고; 그 다음, B에서 미지의 비행 시간 Tf 이후, Cb에 대한 시간 T1에 P1을 수신하고; 제 1 송신 지연
Figure pct00026
이후, Cb에 대한 시간 T2에 P2를 송신한다. 다시 A에서, T0에 대한 제 1 응답 지연
Figure pct00027
이후, Ca에 대한 시간 T3에 P2를 수신하고, 제 2 송신 지연
Figure pct00028
이후, Ca에 대한 시간 T4에 P3을 송신하고; 그 다음, B에서, T2에 대한 제 2 응답 지연
Figure pct00029
이후, Cb에 대한 시간 T5에 P3을 수신하고, 다음 중 선택된 하나에 따라 Tf의 추정
Figure pct00030
를 전개한다.
Figure pct00031
;
Figure pct00032
; 및
Figure pct00033
.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, B에서 A와 B 사이의 거리의 추정을
Figure pct00034
의 함수로서 전개함으로써 본 방법을 향상시킨다.
본 발명의 방법들은 적절한 컴퓨터 판독가능 매체 상에 컴퓨터 판독가능 코드로 구현되어, 프로세서가 컴퓨터 판독가능 코드를 실행하는 경우, 프로세서가 각각의 방법을 실행할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 특정한 바람직한 실시예들의 설명에 의해 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 UWB 통신 시스템에서 사용하기 위해 적응된 수신기의 일 실시 예를 블록도 형태로 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 레인징을 결정하도록 적응된 방법의 일 실시 예를 시간 흐름 형태로 예시한다.
도 3은 본 발명에 따른 레인징을 결정하도록 적응된 방법의 하나의 다른 실시 예를 시간 흐름 형태로 예시한다.
도면들에서, 유사한 엘리먼트들은 가능할 때마다 유사하게 넘버링될 것이다. 그러나 이러한 관행은 단지 참조의 편의를 위한 것이며 숫자들의 불필요한 확산을 회피하기 위한 것이고, 본 발명이 몇몇 실시예들에서 기능 또는 구조 중 어느 하나에서 동일성을 요구한다는 것을 암시하거나 제안하려는 의도가 아니다.
실제 지연 시간들 Da 및 Db 또는 왕복 시간들 Ra 및 Rb를 모른다는 것을 상기한다. 우리가 가진 모든 것은, 우리가 알고 있는 추정치가 우리가 추정하려고 하는 비행 시간보다 훨씬 많은 양의 에러가 있다는 것이다. 실제로 이러한 추정들의 에러의 양은 완벽한 클럭에 대한 액세스 없이는 알 수 없다.
수학식 3b로부터:
[수학식 8a]
Figure pct00035
임을 알 수 있다.
그리고 유사하게 수학식 3d으로부터:
[수학식 8b]
Figure pct00036
그 다음, 수학식 8b 및 수학식 1로부터:
[수학식 9a]
Figure pct00037
및 유사하게,
[수학식 9b]
Figure pct00038
그 다음, 수학식 9a 및 수학식 3a으로부터:
[수학식 10a]
Figure pct00039
유사하게, 수학식 9b 및 수학식 3c로부터:
[수학식 10b]
Figure pct00040
상술한 수학식 10a 및 수학식 10b에서, A 및 B의 각각의 로컬 클럭들을 사용하여 측정할 수 있는 경과된 시간 기간들
Figure pct00041
,
Figure pct00042
,
Figure pct00043
및
Figure pct00044
을 갖는다. 그러나, ka 또는 kb를 측정할 어떠한 편리한 방법도 없고, 이러한 클럭 왜곡(skew) 에러들은 Tf의 값을 압도(swamp)한다. 그러나,
Figure pct00045
를
Figure pct00046
와 곱하면, 이러한 곱의 값의 대부분은
Figure pct00047
와
Figure pct00048
의 곱일 것이라는 것을 발견하였다. 따라서, 이러한 곱의 항에 대해, ka 및 kb 상수들은 서로 효과적으로 상쇄된다. 어떻게 되는지 살펴보면:
수학식 10a 및 수학식 10b로부터:
[수학식 11]
Figure pct00049
[수학식 12]
Figure pct00050
[수학식 13]
Figure pct00051
그 다음, 수학식 10a 및 수학식 13으로부터:
[수학식 14]
Figure pct00052
좌측에서, 2Tf를 취하여 위 및 아래에 kb를 곱하면:
[수학식 15]
Figure pct00053
따라서 최종적으로,
[수학식 16a]
Figure pct00054
유사하게:
[수학식 16b]
Figure pct00055
따라서 이제 Tf에 대한 2개의 가능한 추정들을 갖는다. ka 및 kb가 1에 매우 가깝기 때문에, 즉, 0.99998 <ka, kb <1.00002이기 때문에, Tf를 다음과 같이 추정할 수 있다:
[수학식 17a]
Figure pct00056
[수학식 17b]
Figure pct00057
ka 및 kb가 1에 매우 가깝기 때문에 이러한 추정들은 실제 Tf에 매우 근접하고, 특히 이러한 정확도는 A 및 B에서 이용되는 지연들과는 독립적임에 주목해야 한다.
시스템이 수학식 17a을 최상으로 사용해야 하는지 수학식 17b을 최상으로 사용해야 하는지 여부는 어느 클럭이 더 정확한 것으로 예상되는지에 의존할 것이다. 예를 들어, 시스템이 상술한 역할 B(role B)의 높은 정확도의 클럭들을 갖는 디바이스들 및 상술한 역할 A(role A)의 낮은 정확도의 클럭들을 갖는 태그들로 이루어지면, 수학식 17a를 사용해야 한다. 어느 것도 다른 것보다 더 정확할 것으로 예측될 수 없고, 어느 하나의 정확도도 용이하게 계산할 수 없으면, 수학식 17a 및 수학식 17b로부터의 평균 결과를 사용하는 것이 가장 정확할 것인데, 이는, 이것이 항상 둘 중 최악의 것만큼 양호하거나 그보다 양호할 것이기 때문이다. 지연 및 클럭 오프셋(clock offset)의 통상적인 값들(typical values)로 실험하여, 이러한 평균이 다음과 같이 근사될 수 있음을 발견하였다.
[수학식 18]
Figure pct00058
Figure pct00059
가 이러한 특정 왕복 측정(particular round trip measurement)에 대한 시간의 대부분을 차지하기 때문에,
Figure pct00060
의 값은
Figure pct00061
의 값에 가까운 것을 주목한다. 이것은 공식들 수학식 17a, 수학식 17b 및 수학식 18의 분모에서, 정확도를 크게 감소시킴이 없이
Figure pct00062
대신
Figure pct00063
가 사용될 수 있거나 또는
Figure pct00064
대신에
Figure pct00065
가 사용될 수 있음을 의미한다. 유사하게,
Figure pct00066
대신에
Figure pct00067
가 사용될 수 있거나,
Figure pct00068
대신에
Figure pct00069
가 사용될 수 있어서, 예를 들어,
[수학식 19]
Figure pct00070
를 도출한다.
유연한 응답 지연들이 유리한 시스템들(Systems which benefit from flexible response delays)
예를 들어, 하나의 디바이스가 많은, 예를 들어, 5개의 태그들에 패킷 P1을 전송한다고 가정한다. 그 다음, 각각의 태그는 연속적인 응답들로 이러한 디바이스에 패킷으로 응답하여: 태그 1은 시간 t 이후 패킷 2a로 응답하고, 태그 2는 시간 2t 이후 패킷 2b로 응답하고, 태그 3은 시간 3t 이후 패킷 2c로 응답하고, 태그 4는 시간 4t 이후 패킷 2d로 응답하고, 태그 5는 시간 5t 이후 패킷 2e로 응답한다. 이제, 디바이스는 최종 패킷 3으로 라운드를 종료한다. 각각의 태그는 이제 단지 7개의 메시지들의 시퀀스 이후 디바이스로부터 자신의 거리를 계산할 수 있다. 디바이스가 SDS-TWR을 사용했다면, 각각의 태그 상호작용에 대해 동일한 지연 및 태그 당 최소 3개의 메시지들을 갖는 것이 강요될 것이거나, 15개의 메시지들이 요구될 것이다. 본 발명에 따르면, 요구되는 패킷들의 수는 3N 대신 N+2이다. 따라서 비대칭적 지연들을 허용함으로써, 본 발명은 에어타임(airtime) 및 전력 소모에서 상당한 감소를 도출한다.
이제, 인프라구조(infrastructure)에서 많은 고정된 디바이스들에 의해 수신된 패킷 P1을 전송한 모바일 태그(말하지면, 자산(asset) 상에 있음)를 갖는 시스템을 고려하면, 디바이스들 중 3개가 차례로 패킷들 P2a, P2b, P2c로 응답하고, 그 후, 태그는 모든 3개의 디바이스들에 의해 수신된 P3을 전송한다. 그 다음, 본 발명을 사용하여, 3개의 디바이스들 각각은 태그까지의 자신의 거리를 독립적으로 계산한다. 그 다음, 이러한 3개의 거리들은 삼각측량(triangulation)에 의해 태그를 위치결정하기 위해 인프라구조-기반-솔버(infrastructure-based-solver)에서 결합될 수 있다. 이것은 2개의 메시지들을 전송하고 3개를 수신한 후 태그/자산(tag/asset)이 위치결정되도록(be located) 허용한다. 종래 기술에서와 같이, 대칭적 타이밍들이 요구되면, 이러한 프로세스는 최소 6개의 송신들(transmissions) 및 3개의 수신들(receptions)이 완료되도록 요구할 것이다.
각각의 노드가 자신들의 상대적 위치를 해결하는 것의 일부로서 모든 다른 피어 노드에 대한 자신의 거리를 발견하기를 원하는 N개의 모바일 노드들의 피어-투-피어 네트워크의 경우, 이것은 ½N(N-1)개의 거리 측정들이다. 예를 들어, 5 노드 시스템의 경우, 이것은 10개의 별개의(distinct) 거리 측정들로 이루어진다. 종래 기술의 대칭적 이중 레인징에 있어서, 이것은 거리 측정 당 3개의 메시지들을 요구한다. 일부 경우들에서, 결과들을 통신하기 위해, 거리 측정 당 1 또는 그 노드가 계산한 결과들 모두를 포함하는 노드 당 단지 1일 수 있는 추가적인 메시지를 전송할 필요가 또한 존재할 수 있다. 그 다음, 이것은 5 노드의 예시적인 경우에 총 35 내지 40개의 메시지들이다. 본 비대칭적 레인징 발명을 사용하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 레인징 교환들은 결합될 수 있고 노드 당 단지 2개의 송신들, 즉, 5 노드의 예의 경우 10개의 메시지들로 완료될 수 있다. 이것은 다음과 같이 달성된다:
레인징 교환의 3개의 메시지들을, 개시자에 의해 전송되는 폴(Poll) P, 응답(Response) R, 및 2개의 왕복들을 완료하는 최종(Final) 메시지 F로 정의하고, 추가로, 통신되는 결과를 비행 시간(time-of-flight) 보고 메시지 T로 정의한다. 이러한 메시지들을, 소스 및 목적지 노드 어드레스들을 표시하는 첨자(subscript)들과 함께 P, R, F 및 T로 나열하고, 노드들을 1부터 5까지 넘버링하면, 5개의 노드들에 대한 10개의 레인징 교환들은 표 1에 나열된 10개의 메시지들로 달성될 수 있다.
Figure pct00071
표 1 - 예시적인 5 노드 피어-투-피어 최적화된 레인징 솔루션
그 다음, 알 수 있는 바와 같이, 이것은 메시지 트래픽을 상당히 절감한다(배터리 전력 및 에어-타임을 절감한다). 그러나, 레인징 교환들은 매우 비대칭적이어서: 상기 표 1의 예에서, 노드 1과 노드 5 사이의 레인징 교환은 메시지 #1에서 노드 1로부터의 폴로 시작하고, 그 다음, 노드 5로부터의 응답은 메시지 #5이고, 노드 1로부터의 최종 메시지는 메시지 #6이다. 이러한 메시지 시간들이 대략 200㎲ 단위이면, 이러한 2개의 왕복들은 대략 800㎲ 대(versus) 200㎲의 타이밍들로 비대칭적이다. 그 다음, 이러한 방식은, 통신들의 비대칭적 성질이 큰 레인징 에러를 초래하지 않는 경우에만 양호하게 작동한다. 그러나, 다행히도, 유연한 응답 지연들이 유리한 많은 다른 예들이 존재한다.
가능한 레인징 방식들(Possible Ranging Schemes)
앞서 언급된 바와 같이, 도 2는 한 쌍의 왕복 지연 측정들을 완료하기 위해 3개의 메시지들을 사용하는 양방향 레인징 교환을 예시한다. 이 방식에서, 제 1 디바이스 A는 선택된 시점에 제 1 메시지 P1을 송신한다(단계(10)). 미지(unknown)의 비행 시간 Tf 이후, 제 2 디바이스 B는 P1을 수신한다(단계(12)). B의 특성인 제 1 지연
Figure pct00072
이후, B는 제 2 메시지 P2를 송신한다(단계(14)). Tf 이후, A는 P2를 수신한다(단계(16)). A의 특성인 제 2 지연
Figure pct00073
이후, A는 제 3 메시지 P3을 송신한다(단계(18)). 마지막으로, Tf 이후, B는 P3을 수신한다(단계(20)). 수학식 17a 및 수학식 17b 중 선택된 어느 하나를 사용하거나, 아마도 오직 수학식 18만을 사용하면, 이제 Tf의 타당하게 근접한 추정을 계산할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 비대칭적 레인징 방법은 또한 두 쌍의 왕복 측정들을 포함하기 위해 4개의 메시지들을 사용하여 수행될 수 있고, 여기서 각각의 쌍은 약간의 비교적 작은 그러나 달리 임의적인 간격(arbitrary interval)만큼 시간상 분리된다. 이러한 대안적인 방식에 따르면, 제 1 왕복 측정은 제 1 메시지 P1(단계들(22 및 24)) 및 최종 응답 P2(단계들(26 및 28))로 이루어지고, 더 나중의 제 2 왕복 측정은 또한 제 2 메시지 P3(단계들(30 및 32)) 및 제 2 응답 P4(단계들(34 및 36))로 이루어지지만, 제 1 왕복 측정의 것들과는 반대 방향으로 전송된다. 또한, 수학식 17a 및 수학식 17b 중 선택된 어느 하나를 사용하거나, 아마도 오직 수학식 18만을 사용하면, 이제 Tf의 타당하게 근접한 추정을 계산할 수 있다.
따라서, 레인징을 결정하기 위해 무선 통신 시스템의 수신기에서 사용하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공함이 자명하다. 지금까지 패킷-기반 UWB 통신 시스템의 콘텍스트에서만 본 발명을 개시했지만, 패킷-기반이든 또는 다른 방식이든, 응답 시간 스탬프들을 사용하여 레인징을 수행하는 다른 타입의 무선 통신 시스템들에 본 발명이 널리 적용가능함을 인식한다. 추가로, 본 발명은 최상의 종래 기술들에 일반적으로 필적하는 성능을, 이러한 종래 기술들의 공지된 구현들보다 효율적으로 제공한다.

Claims (9)

  1. 제 1 클럭 Ca를 갖는 제 1 디바이스 A와 제 2 클럭 Cb를 갖는 제 2 디바이스 B 사이에서 한 쌍의 왕복(round-trip) 지연 측정들을 완료하기 위해 3개의 메시지들 P1, P2 및 P3을 사용하는 비대칭적 이중 양방향 레인징(asymmetric double-sided two-way ranging) 방법으로서,
    [1.1] A에서, Ca에 대해 선택된 시점(point in time) T0에 P1을 송신하는 단계;
    [1.2] B에서,
    [1.2.1] 미지의 비행 시간(time-of-flight) Tf 이후, Cb에 대한 시간 T1에 P1을 수신하는 단계; 및
    [1.2.2] 제 1 송신 지연
    Figure pct00074
    이후, Cb에 대한 시간 T2에 P2를 송신하는 단계;
    [1.3] A에서,
    [1.3.1] T0에 대한 제 1 응답 지연
    Figure pct00075
    이후, Ca에 대한 시간 T3에 P2를 수신하는 단계; 및
    [1.3.2] 제 2 송신 지연
    Figure pct00076
    이후, Ca에 대한 시간 T4에 P3을 송신하는 단계; 및
    [1.4] B에서,
    [1.4.1] T2에 대한 제 2 응답 지연
    Figure pct00077
    이후, Cb에 대한 시간 T5에 P3을 수신하는 단계; 및
    [1.4.2.1]
    Figure pct00078
    ;
    [1.4.2.2]
    Figure pct00079
    ; 및
    [1.4.2.3]
    Figure pct00080

    [1.4.2] 중 선택된 하나에 따라 Tf의 추정
    Figure pct00081
    를 전개(developing)하는 단계;를 포함하는, 비대칭적 이중 양방향 레인징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    [1.4.3] A와 B 사이의 거리의 추정을
    Figure pct00082
    의 함수로서 전개하는 단계;를 더 포함하는, 비대칭적 이중 양방향 레인징 방법.
  3. 제 1 클럭 Ca를 갖는 제 1 디바이스 A와 제 2 클럭 Cb를 갖는 제 2 디바이스 B 사이에서 한 쌍의 왕복 지연 측정들을 완료하기 위해 4개의 메시지들 P1, P2, P3및 P4를 사용하는 비대칭적 이중 양방향 레인징 방법으로서,
    [3.1] A에서, Ca에 대해 선택된 시점 T0에 P1을 송신하는 단계;
    [3.2] B에서,
    [3.2.1] 미지의 비행 시간 Tf 이후, Cb에 대한 시간 T1에 P1을 수신하는 단계; 및
    [3.2.2] 제 1 송신 지연
    Figure pct00083
    이후, Cb에 대한 시간 T2에 P2를 송신하는 단계;
    [3.3] A에서,
    [3.3.1] T0에 대한 제 1 응답 지연
    Figure pct00084
    이후, Ca에 대한 시간 T3에 P2를 수신하는 단계;
    [3.4] B에서, Cb에 대해 선택된 시점 T4에 P3을 송신하는 단계;
    [3.5] A에서:
    [3.5.1] 미지의 비행 시간 Tf 이후, Ca에 대한 시간 T5에 P3을 수신하는 단계; 및
    [3.5.2] 제 2 송신 지연
    Figure pct00085
    이후, Ca에 대한 시간 T6에 P4를 송신하는 단계; 및
    [3.6] B에서:
    [3.6.1] 시간 T4에 대한 제 2 응답 지연
    Figure pct00086
    이후, Cb에 대한 시간 T7에 P4를 수신하는 단계; 및
    [3.6.2.1]
    Figure pct00087
    ;
    [3.6.2.2]
    Figure pct00088
    ; 및
    [3.6.2.3]
    Figure pct00089

    [3.6.2] 중 선택된 하나에 따라 Tf의 추정
    Figure pct00090
    를 전개하는 단계;를 포함하는, 비대칭적 이중 양방향 레인징 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    [3.6.3] A와 B 사이의 거리의 추정을
    Figure pct00091
    의 함수로서 전개하는 단계;를 더 포함하는, 비대칭적 이중 양방향 레인징 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 비대칭적 양방향 레인징 회로.
  6. 제 5 항에 따른 비대칭적 양방향 레인징 회로를 포함하는 무선 수신기.
  7. 제 6 항에 따른 무선 수신기를 포함하는 무선 트랜시버.
  8. 제 7 항에 따른 무선 트랜시버를 포함하는 무선 통신 시스템.
  9. 프로세싱 시스템에서 실행되는 경우, 상기 프로세싱 시스템으로 하여금 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 실행가능한 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
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