KR20220083622A - 도플러 레인징 시스템 - Google Patents

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올리버 버나드 안드레 셀러
크리스토프 쟝 야크께스 데바우셀르
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Abstract

개선된 레인징 모드로 LoRa 변조의 확장. 마스터와 슬레이브 디바이스는 시간, 주파수, 바람직하게 또한 위상이 신중하게 정렬된 처프들의 시퀀스들을 포함하는 요청 및 답신을 교환하여, 마스터 디바이스는 답신을 복조함으로써 슬레이브에 대한 전파 지연을 확인할 수 있다. 요청 및 답신은 상이한 기울기들, 바람직하게 절대값이 동일하고 부호가 반대인 기울기들을 갖는 처프들을 포함한다. 기울기 다양성은 도플러 시프트의 바이어싱되지 않은 추정을 허용한다.

Description

도플러 레인징 시스템{DOPPLER RANGING SYSTEM}
본 발명은 실시예에서, 송신기와 수신기 사이의 거리 또는 레인지(range)를 결정할 수 있는 능력을 갖는 처프-변조된(chirp-modulated) 스펙트럼 확산 무선 신호들용 수신기들 및 송신기들에 관한 것이다.
Semtech Corporation의 LoRaTM 기술에 의해 구현된 처프-변조 신호(본 개시내용의 다음에서 간단히 LoRa로 지칭됨)는 다양한 상황들에서 사용되고 특히 장거리들에 걸쳐 저전력 M2M(machine-to-machine) 통신에서 사용된다. LoRa 변조는 특히 본 출원인의 유럽 특허 출원들 EP2449690호 및 EP2767848호에 개시된다. 중요하게, LoRa 변조는 저전력 IoT 디바이스들에 액세스가능한 간단한 수단으로 송신기와 수신기 간의 전파 시간의 결정을 허용한다.
장거리에 걸친 레인징(ranging)은 아마도 객체를 도난당했거나 잘못 두었기 때문에 장거리들에 걸쳐 객체의 위치를 파악하려는 경우와 차량들, 소 또는 운송가능한 컨테이너들과 같은 자산들을 추적할 때 특히 유용하다.
레인징 및 위치파악과 관련된 대부분의 애플리케이션에서, 추적되는 객체는 이동하고 있다. 객체의 속도와 거리의 신뢰가능한 추정은 이 정보의 내재 가치와, 통신의 신뢰성을 개선하는 데 사용될 수 있기 때문에 유리하다.
레이더 시스템들은 리턴 신호의 도플러 시프트의 결정을 통해 추적되는 표적의 속도를 결정할 수 있다. 활성 트랜스폰더들에 기반하는 일부 시스템들은 또한, 송신기와 트랜스폰더의 주파수 기준들이 정렬되면 이 기능을 갖는다. LoRa 수신기들은 LoRa 변조에 내재된 시간과 주파수 간의 이중성 덕분에 주파수 기준들의 정확한 정렬 없이 레인지들을 결정할 수 있다. 그러나, 정확하게 정렬된 주파수 기준들이 없기 때문에, 기존의 LoRa 시스템들은 신호들의 도플러 시프트를 정확하게 결정할 수 없다.
EP2767848호는 송신기와 수신기에서 동일한 동작 주파수를 가정하고, 송신기와 수신기가 고정되어 있다고 가정하여 바이어싱되지 않은 거리 추정을 설명한다. 수신기와 송신기가 상대적으로 움직일 때, 이것은 유지되지 않는다. 열 드리프트, 노화 또는 증폭기의 결정 인상법과 같은 다른 요인들은 동일한 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 목적은 이러한 제한들을 극복하는 무선 시스템을 제공하는 것이다.
US 8559554 B2호는 스트로브 연속파 주파수-변조 레인징 시스템을 개시한다.
모바일 노드들의 위치결정 및 빔포밍을 비롯한 여러 알려진 경우들에서, 무선 신호의 도달 각도를 아는 것이 필요하거나 유리하다. 본 발명은 또한 기존의 수신기 디바이스들보다 이 각도를 더 잘 결정할 수 있는 고급 LoRa 수신기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 첨부된 청구범위들의 목적에 의해 달성된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 설명에 개시되고 도면들에 의해 예시된다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 무선 모뎀의 구조를 개략적으로 단순화된 방식으로 표시한다.
도 2a는 본 발명의 일 양태에 따른 기본 처프 및 변조된 처프의 순시 주파수를 표시한다. 동일한 신호들의 위상은 도 2b에 표시되고, 도 2c는 시간 영역, 및 기저대역 표현에서 기본 처프 및 변조된 처프의 실수와 복소수 성분을 표시한다.
도 3은 본 발명의 프레임에서 2개의 디바이스들 사이에서 교환되는 데이터 프레임들의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 LoRa 시스템에서 레인징 교환과 관련된 단계들을 개략적으로 도시하고, 도 5는 대응 데이터 프레임들을 예시한다.
도 6은 상이한 기울기들의 처프들을 표시하고 시간 정렬을 고려하여 이들을 비교한다.
도 7 및 도 8은 상이한 기울기들의 처프들로 레인징 요청들 및 답신들의 2개의 교환들을 나타낸다.
도 9 및 10은 도달 각도 결정을 갖는 본 발명의 변형들을 나타낸다.
도 11 및 도 12는 수동 청취기 노드(passive listener node)를 갖는 마스터와 슬레이브 간의 레인징 처프들의 교환을 도시한다.
본 발명에 이용된 처프 변조 기법의 여러 양태들은 유럽 특허 출원 EP2449690에 설명되고, 이에 의해 이는 참조로 포함되고, 본원에서 요약해서 상기될 것이다. 도 1에 개략적으로 표현된 무선 트랜스시버는 본 발명의 가능한 실시예이다. 트랜스시버는 기저대역 섹션(200) 및 무선 주파수 섹션(100)을 포함한다. 이것은 자신의 입력에서 디지털 데이터(152)에 기반하여 기저대역 복소 신호를 생성하는 기저대역 변조기(150)를 포함한다. 이어서, 이것은 RF 섹션(100)에 의해 원하는 송신 주파수로 변환되고, 전력 증폭기(120)에 의해 증폭되고, RF 스위치(102)를 통해 안테나에 의해 송신된다.
신호가 무선 링크의 다른 단부에서 수신되면, 신호는 저잡음 증폭기(160)를 포함하는 도 1의 트랜스시버의 수신부에 의해 프로세싱되고, 일련의 처프들을 포함하는 기저대역 신호(이는 다시, 예를 들어 2개의 성분(I, Q)에 의해 표현된 복소 신호임)를 생성하는 하향-변환 스테이지(170)로 이어지고, 이어서 변조기(150)의 기능과 역의 기능을 갖는 기저대역 프로세서(180)에 의해 처리되고, 재구성된 디지털 신호(182)를 제공한다.
EP2449690호에서 논의된 바와 같이, 프로세싱될 신호는 주파수가, 미리 결정된 시간 간격을 따라, 초기 순시 값(f0)에서 최종 순시 주파수(f1)로 변하는 일련의 처프들을 포함한다. 설명을 단순화하기 위해, 모든 처프들이 동일한 지속 시간(T)을 갖는 것으로 가정하지만, 이것은 본 발명에 대한 절대적인 요건이 아니다.
기저대역 신호의 처프들은 순시 주파수의 시간 프로파일(f(t)) 또는 또한 신호의 위상을 시간의 함수로 정의하는 함수(φ(t))로 설명될 수 있다. 중요하게, 프로세서(180)는 미리 결정된 변조 알파벳의 심볼에 각각 대응하는 복수의 상이한 프로파일들을 갖는 처프들을 프로세싱하고 인식하도록 배열된다.
본 발명의 중요한 특징에 따르면, 수신된 신호(Rx)는 주기적으로 기본 주파수 프로파일을 시간-시프팅함으로써 기본 처프들로부터 획득된 특정하고 미리 정의된 주파수 프로파일을 갖는 기본 처프(또한 이하 변조되지 않은 처프들이라고 칭해짐), 또는 가능한 변조된 처프들의 세트 중 하나를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 처프 시작 시간 순간(
Figure pat00001
)과 처프 종료 순간(
Figure pat00002
) 사이에서 기본 처프(30) 및 하나의 변조된 처프(32)의 가능한 주파수 및 위상 프로파일들을 예로써 예시하는 반면, 도 2c는 시간 영역에서 대응하는 기저대역 신호들을 도시한다. 수평 눈금은 예를 들어 심볼에 대응하고, 플롯들이 연속적으로 그려지지만, 실제로 구체적인 구현에서 유한 개수의 개별 샘플들을 나타낸다. 수직 눈금은 의도된 대역폭 또는 대응 위상 범위로 정규화된다. 위상은 마치 무한한 변수인 것처럼 도 2b에 표현되지만, 실제로는 구체적인 구현에서 여러 회전에 걸쳐 있을 수 있다.
묘사된 예에서, 기본 처프들의 주파수는 초기 값(
Figure pat00003
)에서 최종 값(
Figure pat00004
)까지 선형적으로 증가하지만(여기서 는 대역폭 확산을 나타냄), 내림차순 처프들 또는 다른 처프 프로파일들이 또한 가능하다. 따라서, 정보는 미리 결정된 기본 처프에 관하여 복수의 가능한 주기적 시프트들 중 하나를 갖는 처프들의 형태로 인코딩되고, 각각의 주기적 시프트는 가능한 변조 심볼에 대응하거나, 그렇지 않으면 프로세서(180)가 기본 처프 프로파일의 주기적으로 시간-시프트된 복제본들인 복수의 주파수 처프들을 포함하는 신호를 프로세싱하고, 상기 시간-시프트들의 연속으로 인코딩된 메시지를 추출할 필요가 있다고 말해진다.
다음에서 더 명확할 바와 같이, 신호는 또한 변조되지 않은 기본 처프의 복소수 켤레인 켤레 처프들을 포함할 수 있다. 켤레 처프들을 주파수가
Figure pat00005
에서
Figure pat00006
로 떨어지는 다운-처프(down-chirp)들로 간주할 수 있다.
로컬 시간 기준에 관하여 수신된 처프의 시간 시프트를 평가하는 동작은 다음에서 "디처핑(dechirping)"으로 지칭될 수 있고, 수신된 처프에 샘플 단위로 로컬적으로-생성된 기본 처프의 복소수 켤레를 곱하는 것을 포함하는 역확산 단계에 의해 유리하게 수행될 수 있다. 이것은 주 주파수가 수신된 처프의 주기적 시프트에 비례하는 것으로 도시될 수 있는 진동 디지털 신호를 발생시킨다. 이어서, 복조는 역확산 신호의 푸리에 변환을 포함할 수 있다. 푸리에의 최대치 위치는 주기적 시프트 및 변조 값의 측정치이다. 수학적 항들에서,
Figure pat00007
를 갖는 k-번째 수신된 심볼을 나타내어, 대응 변조 값은
Figure pat00008
에 의해 주어지고, 여기서
Figure pat00009
는
Figure pat00010
와 기본 처프(
Figure pat00011
)의 켤레와 켤레 간의 곱의 푸리에 변환을 나타낸다. 그러나, 신호를 복조하고 각각의 심볼의 주기적 시프트를 추출하는 다른 방식들도 가능하다.
각각의 LoRa 심볼들의 복소 위상은 순시 주파수 프로파일(f(t)), 모듈로(modulo) 결정되지 않은 오프셋에 의해 암시적으로 정의된다. 예를 들어 전압 제어 발진기에 의해 심볼들이 합성되는 많은 구현들에서, 위상은 결코 불연속성을 도시할 수 없고, 각각의 심볼은 주기적 시프트에 의해 암시적으로 결정되는 위상 오프셋을 가지므로, 위상은 도 2b에 도시된 바와 같이 심볼 경계들에서 연속적이다. 그러나, 이런 요건은 완화될 수 있고, 각각의 심볼은 임의의 위상 오프셋으로 합성될 수 있다. 수신기 측에서, 수신된 처프들은 특히 채널 효과들 및 송신기와 수신기의 시간 기준들 간의 불일치로 인한 위상 오프셋을 제시할 것이다.
각각의 수신된 심볼의 위상 오프셋은 예를 들어 디처핑 동작 후 푸리에 변환의 피크에서의 위상에 기반하여 수신기에 의해 검출가능하다.
Figure pat00012
가 푸리에 변환을 나타내고
Figure pat00013
가 변조 값을 나타내는 경우, 각각의 심볼의 위상 오프셋은
Figure pat00014
에 의해 결정될 수 있다. 위상을 추정하는 다른 방식들이 가능하고 본 발명에 이용가능하지만, 이 알고리즘은 스펙트럼(
Figure pat00015
)이 이미 이용가능하고 잡음에 상대적으로 영향을 받지 않는 경우에 편리하다.
바람직하게는, 본 발명에 의해 송신 및 수신된 신호는 적합하게 인코딩된 프리앰블(preamble) 및 데이터 섹션을 포함하는 프레임들로 구성된다. 프리앰블 및 데이터 섹션은 변조 및/또는 변조되지 않은 일련의 처프들을 포함하고, 이는 수신기가 자신의 시간 기준을 송신기의 기준과 시간-정렬하고, 정보 요소를 검색하고, 조치를 수행하거나, 커맨드를 실행하게 한다. 본 발명의 프레임에서, 다른 것들 사이에서, 채널 조건, 송신된 데이터 또는 커맨드에 따라 데이터 프레임에 대해 여러 구조들이 가능하다. 도 3은 본 발명의 다양한 양태들에서 이용될 수 있는 프레임 구조들을 개략적으로 나타낸다.
제시된 예에서, 프레임은 프리앰블에 이어 데이터 헤더(415) 및 데이터 페이로드(payload)(416)를 갖는다. 프리앰블은 기본(즉, 변조되지 않거나, 0과 동일한 주기적 시프트를 가짐) 심볼들의 검출 시퀀스(411)로 시작한다. 검출 시퀀스(411)는 신호의 시작을 검출하고, 바람직하게는 송신기의 시간 기준과 신호의 시간 기준의 제1 동기화를 수행하기 위해 수신기에서 사용된다.
검출 시퀀스의 끝은 미리 결정된 값들로 변조된 처프들인 하나 이상, 바람직하게는 2개의 프레임 동기화 심볼들(412), 예를 들어, 변조 값이 4인 제1 처프와 반대 변조 N- 4를 갖는 제2 처프에 의해 표시된다. 이러한 변조된 심볼들은 EP2763321A1호 및 EP3264622A1호에 개시된 프레임 동기화를 얻는 데 사용된다.
주파수 동기화 심볼들(413)은 기본 비변조 처프의 복소수 켤레인 하나 이상, 바람직하게는 2개의 처프들로 구성될 수 있고, 따라서 이들은 모든 다른 심볼들과 반대 기울기를 갖는다. 이들 다음에 바람직하게 수신기의 정렬을 허용하는 사일런스(silence)(420), 잔류 타이밍 드리프트를 평가하고 수정하는 데 사용되는 변조되지 않은 기본 처프들인 미세 동기화 심볼들(414)이 뒤따른다. 헤더를 복조한 후, 수신기는 시프트 양을 결정하고 자신의 클록의 주파수와 위상을 전송기의 클록들로 적응시켜, 다음 데이터를 디코딩할 수 있다.
도 3에 나타낸 프레임은 2개의 디바이스들 사이의 레인지 또는 거리를 획득하기 위해 마스터 역할을 하는 제1 무선 디바이스에 의해 슬레이브 역할을 하는 제2 무선 디바이스로 전송되는 레인징 요청을 포함할 수 있다. 이 사용 사례에서, 헤더(515)는 프레임이 레인징 요청이라는 표시와, 슬레이브의 식별 코드를 포함할 것이다. 식별 코드와 일치하는 식별 번호를 가진 슬레이브만이 레인징 요청에 응답해야 한다.
레인징 처프들(416)은 미리 결정된 구조를 갖는 일련의 처프들을 포함한다. 가능한 실현에서, 레인징 처프들은 변조되지 않은 처프들, 즉 기본 처프일 수 있다.
도 5는 레인징 교환 동안 마스터 및 슬레이브 디바이스들에서 가능한 시퀀스의 단계들을 개략적으로 예시한다. 교환은 하나의 슬레이브 디바이스를 지정하는 레인징 요청(단계 201)을 송신하고 적절한 응답을 기다리는(단계 230) 마스터(A)에 의해 개시된다. 슬레이브(B)는 요청을 수신하고(단계 300) 처음에는 일반 송신과 같이 처리한다. 슬레이브는 프리앰블(411)을 검출하고 자신의 시간 및 주파수 기준을 동기화하고(단계 350), 프레임이 레인징 요청임을 슬레이브에게 알리는 헤더(415)를 디코딩한다. 이어서, 슬레이브는 레인징 요청 ID를 자신의 ID와 비교한다(단계 352). 일치하면, 다음 단계들로 진행할 것이다. 이 제1 단계 동안, 슬레이브는 마스터와 자신 사이의 주파수 오프셋을 추정하였다. 이 주파수 오프셋은 타이밍과 주파수가 동일한 시간 기준에서 파생된다고 가정하여 마스터와 슬레이브 사이의 타이밍 드리프트를 계산하는 데 사용된다(단계 356). 이어서, 슬레이브는 레인징 처프들(416)에 기반하여 레인징 특정 단계들을 수행한다.
레인징 동기화(단계 357): 이것은 마스터에 의해 송신된 레인징 심볼들에 시간을 맞춰 정렬하는 것이다. 실제로, 헤더가 작은 시간 오프셋들에 대해 견고하기 때문에, 헤더 바로 뒤에 시간 오프셋이 있을 수 있다.
레인징 계산(단계 359). 각각의 심볼에 대해, 조정된 디처프 동작이 수행된다. 타이밍 드리프트를 조정하기 위해 각각의 심볼을 디처핑하기 위해 상이한 로컬 처프가 합성되고; 먼저 처프의 기울기는 결정 오프셋에 해당하는 매우 작은 분율만큼 수정된다. 두 번째로, 레인징 동기화 순간 이후 누적된 타이밍 오류를 수용하기 위해 처프의 시작 주파수는 수정되고, 이 값은 심볼 인덱스에 심볼당 평가된 타이밍 드리프트를 곱한 것과 같다. 여기서 우리는 처프들의 주파수-시간 등가와, 이러한 보상이 매우 작다는 사실을 완전히 사용한다. 대안으로, 수신기는 시간이 지남에 따라 보간될 수 있지만, 이것은 주파수 시프트보다 훨씬 더 복잡할 것이다. 보상들은 작고, 일부 PPM들의 주파수 시프트들은 신호가 채널에서 멀어지지 않게 한다. 처프들의 주파수-시간 등가는 시간 오프셋이 소정 양태들에서 주파수 오프셋과 동일하다는 것을 의미한다.
FFT 후, 예상 위치(빈(bin) 0, 변조 없음)에서 출력의 상대 값은 이웃들과 비교된다. 이어서, 정밀 타이밍을 찾기 위해 보간이 수행된다(단계 362). 이것은 원하는 주파수에 정확히 배치되지 않은 FFT 값들의 이산적인 관찰로부터 정현파의 주파수를 평가하는 것과 같고 다양한 방식들로 수행될 수 있다.
정밀 타이밍 추정치를 얻기 위해 여러 심볼들이 함께 평균화된다. 이것은 슬레이브가 헤더(단계 350)에서 결정된 대략 타이밍 시프트와 정밀 타이밍 시프트, Ranging_symbols_numbers x (symbol_duration+timing_drift_per_symbol)라는 표현에 의해 주어진 레인징 시퀀스의 지속기간 및 미리 결정된 레인징 응답 오프셋을 함께 더함으로써 응답이 송신될 정확한 타이밍 순간을 결정하게 한다. 따라서, 슬레이브는 타이밍 순간까지 기다리고(단계 364) 레인징 응답을 송신한다(단계 367).
레인징 응답 오프셋은 프로세싱 시간을 수용하고 슬레이브의 송수신 장치 내부의 지연을 사용하는 미리 결정된 시간 간격이다. 추정치들이 정확하다고 가정하면, 안테나에서 신호의 레인징 응답 시작 시간은 수신된 요청의 시작 시간에, 고정 오프셋을 더한 값과 같아야 하고, 바람직하게는 정수 심볼들에 대응한다. 레인징 응답 오프셋은 온도 변화들 또는 다른 드리프트 소스들을 보상하기 위해 일정하거나 적응적으로 조정될 수 있다.
중요하게도, 대략 및 정밀 시간 시프트 추정치들 및 타이밍 드리프트를 결정함으로써, 본 발명의 슬레이브 디바이스는 위에서 설명된 처프-변조 신호들을 포함하는 레인징 요청의 특정 특성 덕분에, 레인징 요청에 포함된 처프들의 시간 및 주파수에 기반하여, 마스터의 시간 기준에 관하여 자체 시간 기준의 시간 및 주파수 시프트를 결정할 수 있다.
레인징 응답은 변조되지 않은 여러 처프들로 이루어진다. 바람직하게는 레인징 계산에서 조정된 디처프 단계(359) 동안보다 동일한 보상이 사용된다: 기울기 보상과 타이밍 드리프트 누적 보상. 이것은 추정된 주파수에 따라 송신된 주파수의 보상에 추가된다. 이러한 방식으로, 레인징 응답은 마스터의 시간 기준에 따라 시간 및 주파수가 정확하게 정렬된다.
마스터 측에서, 레인징 응답의 수신(단계 231)은 슬레이브와 마스터 사이의 알려지지 않은 거리를 설명하기 위해 대략적인 타이밍 정렬 이외의 더 이상의 동기화를 요구하지 않는다. 마스터는 주파수와 타이밍이 완벽하게 정렬되는 것을 가정한다. 레인징 응답은 주파수 추정 심볼들을 포함할 필요가 없다. 마스터는 보상 없이 레인징 계산에서 슬레이브와 정확히 동일한 단계들(236 및 240)을 수행하여 타이밍만을 추정한다. 이것은 레인징 코어가 마스터와 슬레이브 둘 모두에 공통되기 때문에 모뎀을 단순화한다.
위의 단계들은 마스터와 슬레이브의 주파수 기준들의 정밀한 정렬 없이 레인지의 추정을 유도한다. 기존 LoRa 교환들에서 주파수 결정의 불확실성은 일반적으로 약 30Hz(확산 인자 SF7, BW=500kHz 모드)이다. 2개의 LoRa 디바이스들 간의 교환에서, 2개의 독립적인 오류들이 합산되므로, 정확도는 약 60Hz이고, 이는 슬레이브와 마스터 사이의 상대 속도 75km/h에 대응한다. 이것은 많은 경우들에서 충분하지 않다.
본 발명의 변형에서, 답신 처프들은 시간, 주파수 및 위상에서 레인징 처프들과 정렬된다. 조정된 로컬 처프들은 위에서 개시된 바와 같이 기울기가 조정되고 주파수 오프셋을 포함한다. 위상을 고려하지 않고 조정들이 수행되면, 조정들은 심볼들의 위상에 정밀 변동들을 도입할 것이다. LoRa 수신기들은 위상 오프셋들에 관계없이 심볼들을 하나씩 복조할 수 있지만, 일관된 수신을 허용하기 위해, 위상을 수정하지 않는 방식으로 조정이 수행되어, 응답 처프들은 레인징 요청과 동위상으로 정렬된다. 이 단계는 레인징 요청 부분의 모든 심볼들에 대한 공통 위상의 추정을 포함할 수 있다.
레인징 응답의 합성은 각각의 기울기 및 타이밍 보상 후 위상 보상 단계를 포함하므로, 답신 처프들의 위상은 이에 의해 변경되지 않는다. 또한, 슬레이브 응답은 정밀 주파수 추정 동안 추정된 공통 위상 오차에 대해 보상된다. 수신 및 송신에 동일한 PLL이 사용되고, RX/TX 스위치가 이 주파수 기준의 위상을 크게 변경하지 않기 때문에, 이 위상 보상은 도플러 시프터가 없는 경우 마스터가 전파 채널의 위상을 측정하게 할 것이다. 마스터는 슬레이브 측에서 수신과 송신 사이의 위상 바이어스를 보상할 필요가 없다. 본 발명의 이러한 변형에서, 마스터는 전파 채널 모듈로 일정한 주파수-독립 오프셋의 위상을 확인할 수 있다. 이것에 포함된 중요한 정보는 주파수에 따른 채널 위상의 변동이다.
본 발명의 다른 변형들에서, 위상의 정확한 추정은 마스터 디바이스에 대한 다양한 방식을 사용하여 도달 각도 결정에 사용된다. 동일한 신호의 위상, 또는 송신기까지의 레인지 또는 거리가 알려진 공간 관계에 있는 복수의 안테나들 또는 복수의 수신기들에 의해 충분한 정밀도로 결정될 수 있는 경우, 도달 각도가 알려진 방법들로 결정될 수 있다.
선택적으로, 마스터와 동일한 기판에 위치한 수동 청취기 또는 스파이 역할을 하는 하나 이상의 디바이스는 또한, 동일한 클록 기준을 사용하지만 각각 다른 안테나를 사용하여, 마스터와 슬레이브 간의 레인징 교환을 청취하고, 타이밍 및 위상 추정 프로세싱을 수행할 수 있다. 안테나 위치의 지식과 모든 디바이스들의 위상 추정을 결합하는 것은 응답에 대한 도달 각도와, 따라서 슬레이브의 방향을 추정하게 한다.
도 9에 예시된 실시예에서, 마스터 디바이스(A)는 마스터 디바이스(A)에 의해 수신된 레인징 답신 신호(231)를 조용히 청취하는(스파이 수신) 하나 이상의 단순 무선-수신 디바이스들(E1-E4)에 연결된다. 편리한 배열에서, 수신기들(E1-E4)은 마스터와 동일한 전자 기판 또는 마스터와 고정된 공간 관계에 있는 인근 기판에 수신기 칩으로 구현될 수 있다. 스파이 디바이스들(E1-E4)은 마스터로부터 클록 신호를 수신하고(화살표 548) 각각 상이한 안테나를 가진다. 전술한 타이밍 및 위상 추정 프로세싱은 마스터 디바이스(A) 및 스파이 디바이스들(E1-E4)에서 병렬로 수행되고, 스파이 디바이스들(E1-E4)로부터의 위상 추정들은 마스터에 의해 수집된다(화살표 550). 안테나 위치들의 지식과 모든 디바이스들의 위상 추정을 결합하는 것은 응답에 대한 도달 각도와, 따라서 슬레이브의 방향을 추정하게 한다.
도 10에 도시된 다른 실시예에서, 아마도 단일 반도체 칩으로 구현될 수 있는 단일 수신 디바이스는 마스터(A)로 역할을 하고 다중 안테나들(290)로부터 신호를 순차적으로 수신한다. 마스터는 단일 안테나로부터 레인징 요청(201)을 송신하고, 레인징 응답(231)을 수신하면서 안테나들 사이에서 스위칭한다. 안테나 스위치 시간들은 처프 심볼들과 동기화되고, 마스터는 각각의 안테나가 상이한 기울기들의 처프들을 수신하도록 스위칭 시퀀스를 선택한다. 예를 들어, 마스터 디바이스가 A1, A2, 및 A3라 칭해지는 3개의 안테나들을 가지며, 레인징 응답이 양의 기울기를 가진 10개의 처프들과, 이어서 음의 기울기의 10개의 심볼들로 구성되는 경우, 마스터는 안테나들 각각을 차례로 선택하고 각각을 2번 반복하는 길이 10의 시퀀스를 선택할 수 있고, 제1 안테나는 양의 기울기의 처프들에 대한 것이고, 이어서 음의 기울기 처프들에 대한 것이다. 가능한 스위칭 시퀀스는 (A1 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A3 A3 A3 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A3 A3 A3)이지만, 다른 많은 것도 가능하다. 주어진 기울기를 갖는 레인징 응답 심볼들의 각각의 세트에 대해 스위칭 시퀀스를 반복하는 것은 각각의 안테나에 대해 바이어스되지 않은 거리와 도플러 속도를 추정하게 하고, 게이트웨이 A는 도달 각도를 결정하는 데 사용할 수 있다.
마스터 측의 정밀한 주파수 추정은 또한 도플러 시프트를 검출하고 보상하는 데에 유용하지만, 검출 범위에 몇 가지 제한들이 있다. 하나의 주파수 빈의 배수 오류들은 관찰할 수 없다. 예를 들어, 확산 인자 SF10, 125kHz 대역폭을 사용하면, 하나의 주파수 빈은 125kHz/1024 또는 122Hz에 대응한다. 동작 주파수가 2.4GHz인 경우, 이것은 반경 속도 122/2.4e9*3e8/2 = 7.6m/s = 27km/h에 대응한다. 그러므로, 일부 경우들에서, 마스터는 도플러가 존재하지 않는다고 잘못 추정할 수 있다. 직접 도플러 시프트 추정에 대한 이러한 제한은 더 많은 추정 수단을 요구한다.
본 발명의 중요한 양태에 따르면, 레인징 요청들은 상이한 기울기들을 갖는 레인징 처프들을 포함하고, 레인징 답신의 처프들은 레인징 처프들과 시간 및 주파수가 정렬되어, 또한 상이한 기울기들을 가질 것이다. LoRa 변조에서, 처프 기울기는 시간과 주파수 사이의 비례 계수를 결정한다. 모든 처프들이 동일한 기울기를 가지면, 시간 오프셋과 주파수 오프셋 사이에 모호성이 있다. 레인징 처프들의 다양한 기울기들은 시간과 주파수를 독립적으로 결정하게 한다.
이는 그림 6에 도시된 같이 처프들이 반대 기울기들을 가질 때 쉽게 알 수 있다. 상부 플롯은
Figure pat00016
와
Figure pat00017
사이의 간격에 중심을 둔 상승 기울기(416)를 갖는 레인징 처프와, 도플러 효과 또는 마스터와 슬레이브의 주파수 기준들 사이의 오정렬로 인해 주파수 시프트(
Figure pat00018
)를 갖는 대응하는 답신 처프(419)를 도시한다(플롯의 오프셋은 더 나은 가시성을 위해 과장되었음). 디처핑을 통해 심볼의 도달 시간이 획득되는 경우, 상향 주파수 시프트(
Figure pat00019
)는 처프가 시간 오프셋(
Figure pat00020
)만큼 앞선 것처럼 보이게 한다. 플롯의 하부 부분은 내림차순 레인징 처프(418) 및 대응 답신(417)에 대해 동일한 것을 도시한다. 답신은 동일한 양(
Figure pat00021
)만큼 상향으로 시프트되지만, 기울기가 반대이기 때문에,
Figure pat00022
만큼 지연된 것처럼 보인다.
위쪽-처프(416) 및 각각 아래-처프(418)에 의해 획득된 비행 시간 추정치들을
Figure pat00023
및
Figure pat00024
로 나타내어, 평균(
Figure pat00025
)은 편향되지 않은 레인지 추정치를 제공하는 반면, 차이
Figure pat00026
는 주파수 시프트(
Figure pat00027
)의 추정치이고, 도플러 시프트의 다른 드리프트 소스들은 무시된다. 그러므로, 열 드리프트를 무시할 수 있다고 가정하면, 본 발명은 모바일 디바이스들에 대한 개선된 레인지 결정을 제공하고 도플러 시프트, 및 마스터와 슬레이브 사이의 상대 속도를 추론하게 한다.
Figure pat00028
및
Figure pat00029
의 추정은 마스터 디바이스에서, 또는 마스터에 연결된 다른 디바이스(도시되지 않음)에서, 또는 무선 신호들을 방출하지 않고 마스터(A)와 슬레이브(B) 사이의 교환을 청취하는 본 발명의 시스템의 수동 무선 디바이스에 의해 실행될 수 있다. 레인징 시퀀스들이 상이한 기울기들을 갖는 처프들을 포함하는 경우, 바이어싱되지 않은 범위 및 도플러 시프트는 각각의 비행 시간 측정들의 적합한 선형 조합들에 의해 유도될 수 있으며, 이는 반대 기울기들의 경우 위에 개시된 단순한 대칭 형태로 감소한다.
바람직하게는, 상기 개시된 방법으로 획득된 도플러 시프트는 선행 측정들에서 동일한 슬레이브 디바이스에 대해 획득된 위치 및 도플러 시프트 값들과의 일관성에 대해 또는 미리 결정된 최대 속도 임계치에 대해 검사되고, 일치하지 않으면 거절된다.
본 발명은 레인징 처프들 및 대응하는 응답들이 다양하게 분포되는 여러 변형들을 허용한다. 가능한 구현에서, 레인징 처프들은 2개의 그룹들로 구성될 것이다. 제1 기울기를 갖는 동일한 처프들의 제1 그룹(예를 들어, 상승 처프들 또는 상향-처프들) 및 제1 기울기와 반대되는 제2 기울기를 갖는 동일한 처프들의 제2 그룹(예를 들어, 하강 처프들 또는 하향-처프들). 그룹들은 다양하게 확장될 수 있는 시간 간격으로 분리되고, 마스터가 송신하지 않는 사일런스이거나, 임의의 적합한 의미를 가진 다른 처프들을 포함할 수 있다.
레인징 처프들을 포함하는 레인징 요청은 도 7에 표현된 바와 같이, 2개의 개별 데이터 프레임들로 분할될 수 있다. 제1 프레임은 제1 기울기, 예를 들어 상향-처프들을 갖는 레인징 처프들의 제1 세트(416)를 포함하고, 이 제1 프레임에 대해 슬레이브 디바이스는 수신된 레인징 처프들과 정렬되도록 슬레이브에 의해 조정된 처프들(419)을 포함하는 제1 레인징 답신으로 응답한다. 제1 레인징 답신은 A와 B 사이의 전파 시간 더하기 슬레이브에 의해 삽입된 지연(364)(도 5 참조)에 대응하는 지연(424) 후에 마스터 디바이스에 도달한다. 마스터는 지연(520) 후에 제2 프레임을 송신하고, 제2 프레임은 제1 세트의 것과 다른 기울기를 갖는 레인징 처프들의 제2 세트(417)를 포함하고, 예를 들어 제2 레인징 처프(417)들은 제1 레인징 처프들(416)의 기울기와 부호가 반대이고 절대값이 동일한 기울기를 갖는 하향-처프들일 수 있다. 슬레이브 디바이스는 지연(424)의 반복 후에 정렬된 처프들의 세트로 응답한다.
도 7을 참조하여 위에 개시된 본 발명의 변형은 프레임들 각각이 잘 형성된 레인징 LoRa 프레임이고, 프리앰블 및 동기화 심볼들로 완료되므로, 레거시 디바이스들에서 구현될 수 있거나, 최소 수정을 요구한다는 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 변형에서, 레인징 메시지는 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임에서 상이한(바람직하게는 반대) 기울기들의 레인징 처프들의 2개의 세트를 갖는다. 프리앰블 이후에, 레인징 메시지는 제1 기울기를 갖는 레인징 심볼들(416), 중단부(530), 및 반대(또는 상이한) 기울기를 갖는 레인징 심볼들의 제2 세트(417)를 포함한다. 중단부(530)는 필요에 따라 사일런스이거나, 데이터를 포함할 수 있다.
프레임의 프리앰블을 검출한 슬레이브 디바이스는 레인징 처프들의 제1 세트(416)에 정렬된 답신 처프들의 제1 세트(419)로 응답하고, 반대(또는 상이한 기울기)를 갖는 레인징 처프들의 제2 세트(417)와 정렬된 답신 처프들의 제2 세트(418)로 응답한다. 이 제2 변형의 장점은 중단부(530)가 다소 짧아서, 주파수 드리프트들을 최소화할 수 있다는 것이다. 다른 한편으로, 이 변형은 레거시 디바이스들에서 인식할 수 없는 새로운 레인징 모드를 도입한다.
도 8의 실시예에 대한 중단부(530) 및 도 7의 실시예에 대한 지속기간(520)에 대응하는 시간 간격은 바람직하게 의사-랜덤 함수, 또는 하나의 간격으로 분포된 출력을 갖는 적합한 함수로부터 마스터 디바이스에 의해 결정된다. 이러한 방식으로 이 간격의 길이를 디더링하는 것은 도플러 시프트 분해능 한계를 개선한다.
변형에서, 여러 쌍의 레인징 교환들은 프리앰블과 헤더 뒤에 발생한다. 이것은 방송 시간을 최적화하고 다양한 측정들 사이의 지연을 감소시킨다. 연속적인 쌍들은 상이한 주파수들, 또는 상이한 안테나들을 통해 송신될 수 있다.
본 발명의 변형에서, 도플러 시프트와 상이한 드리프트 소스들은 특성화되고 온도 및/또는 데이터 레이트, 및/또는 주파수 오류에 기반하여 슬레이브 디바이스에 의해 추정될 수 있다. 슬레이브 디바이스는 수신된 레인징 처프들과 응답 처프들 사이에 지연을 삽입하여 보상하고, 답신 처프들의 양은 온도 및/또는 데이터 레이트 및/또는 주파수 오류 및/또는 처프 기울기에 의존한다.
도플러 시프트에 대한 지식은 그 자체로 중요한 정보이고, 이는 슬레이브 노드의 상대 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 변형에서, 2개의 디바이스들 사이의 거리는 예를 들어 칼만 필터, 또는 다른 적합한 추정 알고리즘에서 정밀도를 개선하기 위해 여러 레인지 측정들을 사용하여 시간에 따라 결정되고 추적된다. 도플러 시프트에 의해 추론된 노드들 간의 상대 속도는 정밀도를 개선시키기 위해 추정 알고리즘의 입력 변수들에 추가될 수 있다.
본 발명의 가능한 변형에서, 시스템은 이동 노드들과 알려진 위치들의 게이트웨이들 세트 사이의 레인지들 및 도플러 시프트들에 기반하여 거리뿐만 아니라 하나 이상의 모바일 노드들의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다.
도 11은 위에 개시된 마스터 노드 A와 슬레이브 노드 B 사이의 레인징 처프들의 교환을 개략적으로 나타낸다. 레인징 요청(201) 및 레인징 답신(231)은 모두 동일한 기울기를 갖지 않는 레인징 처프들을 포함하므로, 마스터는 시간, 주파수 및 위상에 있어서 이들을 정렬할 수 있다. 슬레이브 노드(B)는 마스터(A)에 관련하여 속도(
Figure pat00030
)로 움직인다. 노드(A)에 의해 결정된 바이어싱되지 않은 주파수 시프트는
Figure pat00031
일 것이고, 여기서
Figure pat00032
는 방향(A-B)을 따라
Figure pat00033
의 투영이고, c는 전파 속도이다. 인자 2는 A에서 B로, B에서 다시 A로의 이중 이동을 설명한다. 노드(E)는 마스터 A로부터 레인징 요청(201)을 수신하는 "스파이" 노드라고 또한 칭해지는 수동 청취기 노드이고, 이 예에서, 마스터로 움직이지 않는 것으로 가정된다. 노드(E)는 A와 E 사이에 상대적인 움직임이 없기 때문에 도플러 시프트 없이 마스터 A로부터 레인징 요청(201)을 수신하고, 슬레이브(B)로부터 레인징 답신(321)을 수신한다. 레인징 요청(201)이 A에서 B로의 경로에서
Figure pat00034
에 비례하여 처음으로 시프트되고, 이어서 B에서 E로의 경로에서
Figure pat00035
에 비례하여 시프트되기 때문에, E에 의해 감지된 도플러 시프트가
Figure pat00036
인 것이 도시될 수 있다. 따라서, 수동 청취기 노드(E)는 A와 B 간의 교환을 청취함으로써 적어도 노드(B)의 속도 성분(
Figure pat00037
)에 대한 정보를 수집할 수 있다.
Figure pat00038
의 완전한 결정은 B와 마스터 역할을 하는 여러 게이트웨이들 간의 교환들을 청취함으로써 획득될 수 있다.
도 12의 예에서, 마스터와 슬레이브(A 및 B)는 정지된 것으로 가정되고 수동 청취기(E)는 벡터 속도(
Figure pat00039
)로 이동한다. 이 경우, E는
Figure pat00040
에 비례하는 레인징 요청(201)의 도플러 시프트 및
Figure pat00041
에 비례하는 레인징 답신(231)의 도플러 시프트로부터 도출되는 시프트(
Figure pat00042
)를 본다. 다시, 수동 청취기 노드(E)는 A와 B 사이의 교환을 청취함으로써 적어도 자신의 속도 성분(
Figure pat00043
)에 대한 정보를 수집할 수 있다.
변형들에서,
Figure pat00044
또는
Figure pat00045
의 완전한 결정은 마스터와 슬레이브 역할을 하는 여러 게이트웨이들 간의 교환들을 청취하여 획득될 수 있다. 시스템은 2개 이상의 노드들이 이동하는 경우들로 확장될 수 있지만, 설명을 단순화하기 위해 본원에 제시되지 않는다. 마스터 및 슬레이브 역할을 하는 하나 또는 여러 개의 활성 게이트웨이들, 및 송신하지 않고 레인징 교환들을 청취하는 하나 이상의 스파이 또는 수동 게이트웨이들의 조합은 관련된 모바일 노드들의 위치 및 속도 결정을 제공할 수 있다. 수동 게이트웨이로부터의 도플러 추정은 계산가능한 방식으로의 모바일 노드와 마스터 게이트웨이 간의 도플러와 모바일 노드와 수동 게이트웨이 간의 도플러의 결과이다.
다른 변형에서, 게이트웨이들은 그들 사이에서 레인징 교환들을 수행하는 반면, 하나 또는 여러 최종-디바이스들은 수동적으로 이러한 교환들을 수신한다. 본 발명의 도플러 추정 특징 덕분에, 모바일 노드는 각각의 수신된 레인징 교환에 대해 그 교환의 2개의 게이트웨이들을 향한 도플러 속도의 차이를 도출할 수 있다. 이것은 위치들이 알려진 이들 2개의 게이트웨이들에 의해 형성된 라인에 모바일 속도의 투영의 추정을 제공한다. 정렬되지 않은 여러 쌍의 게이트웨이들을 결합하는 것은 속도 벡터의 추정을 제공한다.
도플러 시프트들은 본 발명의 무선 시스템에서 레인징에서의 사용 외에 다른 기능들에 대해서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 높은 도플러는 빠르게-변하는 채널을 나타내므로, 페이딩 및 오류들의 가능성이 높아진다. 본 발명의 변형은 상기와 같이 측정된 도플러 시프트에 기반하여 주어진 디바이스들의 쌍 사이의 송신 채널의 품질을 추정하고, 도플러 시프트 추정에 기반하여 그 채널에서 송신 모드, 또는 데이터 레이트를 조정할 수 있다.
30 기본 처프
32 변조된 처프
100 RF 섹션
102 RF 스위치
110 주파수 변환
120 전력 증폭기
129 발진기, 시간축
150 변조기
152 송신할 디지털 신호
154 버퍼
160 LNA
170 하향-변환 스테이지
180 프로세서, 복조기
182: 재구성된 디지털 신호
190 제어 발진기
200 기저대역 섹션
201 레인징 요청의 송신
230 마스터 기다림
231 레인징 응답의 수신
236 디처프
240 레인지 추정
300 레인징 요청의 수신
350 시간과 주파수의 동기화
352 ID 검사
356 시간 드리프트의 계산
357 정렬
359 조정된 디처프
362 정밀 타이밍
364 지연
367 레인징 응답의 송신
411 시퀀스 검출
412 프레임 동기화 심볼들
413 주파수 동기화 심볼들
414 미세 동기화 심볼들
415 헤더
416 레인징 처프들
417 레인징 처프들, 하향
418 답신 처프들, 하향
419 답신 처프들, 상향
420 레인징 처프들, 상향
424 지연
520 중단부, 인터-프레임들
530 중단부, 프레임 내
548 클록
550 위상들

Claims (17)

  1. 마스터(master)(A) 역할을 하는 제1 무선 디바이스 및 슬레이브(slave)(B) 역할을 하는 제2 무선 디바이스를 포함하는 시스템으로서, 상기 제1 및 제2 무선 디바이스들 각각은 시간 기준을 갖고 복수의 처프(chirp)들을 포함하는 무선 신호들을 송수신하도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 무선 디바이스들은 상기 제1 무선 디바이스(A)가 레인징 처프(ranging chirp)(416, 417)들을 포함하는 레인징 요청을 상기 제2 무선 디바이스(B)에 송신하는 레인징 모드를 갖고, 상기 제2 무선 디바이스(B)는 상기 레인징 요청에 응답하여 답신 처프들(419, 418)을 포함하는 레인징 답신을 제1 무선 디바이스(A)로 송신하고, 상기 제2 무선 디바이스(B)는 상기 답신 처프들을 상기 레인징 처프들과 시간 및 주파수 면에서 정렬하도록 구성되고, 상기 시스템은 상기 레인징 처프들과 상기 답신 처프들 사이의 시간 시프트들에 기반하여 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 무선 디바이스 사이의 레인지를 결정하도록 구성되는, 상기 시스템에 있어서, 상기 레인징 처프들은 모두 동일한 기울기를 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 무선 디바이스(B)는 상기 답신 처프들을 시간, 주파수 및 위상 면에서 상기 레인징 처프들과 정렬하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 무선 디바이스는 상기 답신 처프들의 공통 위상 오류를 결정하고, 도플러 시프트(Doppler shift)가 존재하지 않는 경우, 상기 공통 위상 오류에 기반하여 전파 채널의 위상을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 무선 디바이스(A)는 고정 및 알려진 위치들에서 수동 청취기들(E1-E4)로 역할을 하는 복수의 보조 무선-수신 디바이스들과 통신하고, 상기 보조 무선-수신 디바이스(E1- E4)는 상기 제1 무선 디바이스(A)와 상기 제2 무선 디바이스(B) 간에 교환되는 각각의 상기 레인징 처프들의 위상을 결정하도록 구성되고, 상기 시스템은 상기 보조 수신기들에 의해 결정된 위상에 기반하여 상기 답신 응답의 도달 각도를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 무선 디바이스(A)는 알려진 위치에 복수의 수신 안테나들(A1-A3), 및 각각의 수신 안테나를 차례로 선택하기 위한 스위치를 가지며, 상기 제1 무선 디바이스(A)는 상기 레인징 처프들의 수신 동안 상기 안테나들 사이를 스위칭하도록 구성되어, 각각의 안테나는 상이한 기울기들의 레인징 처프들을 수신하는 데 사용되고, 상기 마스터는 상기 제2 무선 디바이스(B)로부터 각각의 수신 안테나에 의해 수신된 레인징 처프들의 위상들, 및 상기 위상들에 기반한 상기 무선 신호의 도달 각도를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 레인징 처프들은 반대 기울기들의 처프들을 포함하는, 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 레인징 처프들과 상기 답신 처프들 사이의 시간 시프트들에 기반하여, 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 무선 디바이스 사이의 도플러-언바이어싱 레인지(Doppler-unbiased range) 및 도플러 시프트를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 시간 경과에 따라 획득된 일련의 레인지 및 도플러 시프트 측정치들을 사용하는 추정 알고리즘으로 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 무선 디바이스 사이의 거리를 추적하도록 구성되는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 슬레이브들 역할을 하는 하나 이상의 모바일 노드들과 마스터 역할을 하는 알려진 위치들의 게이트웨이들 세트 사이의 레인지들 및 도플러 시프트들에 기반하여, 상기 모바일 노드들의 위치를 추적하도록 구성되는, 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 마스터 역할을 하는 하나의 게이트웨이와 슬레이브 역할을 하는 하나의 모바일 노드 사이의 교환을 조용히 청취하는 수동 청취기들 역할을 하는 수동 게이트웨이들을 포함하고, 상기 수동 게이트웨이들은 상기 모바일 노드와 마스터 역할을 하는 상기 게이트웨이 간의 상기 도플러 시프트 및 상기 모바일 노드와 상기 수동 게이트웨이 간의 상기 도플러 시프트의 결과인 도플러 시프트를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 마스터 역할을 하는 게이트웨이들 및 슬레이브들 역할을 하는 게이트웨이들, 및 모바일 노드를 포함하고, 상기 모바일 노드는 수동 청취기 역할을 하고, 마스터 역할을 하는 게이트웨이들과 슬레이브들 역할을 하는 게이트웨이 간에 교환되는 상기 레인징 요청들 및 레인징 답신들을 수신하고, 상기 레인징 요청들 및 레인징 답신들의 각각의 교환에 대해, 상기 모바일 노드 또는 상기 교환에서 상기 마스터 역할을 하는 게이트웨이 또는 상기 슬레이브 역할을 하는 게이트웨이의 상대 속도의 성분을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 사이의 송신 채널의 품질을 추정하고, 상기 도플러 시프트 결정에 기반하여, 상기 송신 모드, 또는 상기 채널의 데이터 레이트를 조정하도록 구성되는, 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서, 거리와 도플러 시프트 사이의 불일치, 또는 미리 결정된 한계를 초과하는 도플러 시프트를 나타내는 측정들을 거절하도록 구성되는, 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 레인징 요청은 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 수신기의 검출 및 동기화를 위한 프리앰블(preamble)(411, 412, 413), 상기 제2 무선 디바이스의 식별자를 포함하는 헤더(415)를 포함하고, 상기 제1 프레임은 제1 기울기를 갖는 레인징 처프들의 제1 세트(416)를 포함하고, 상기 제2 프레임은 상기 제1 기울기와 상이한 제2 기울기를 갖는 레인징 처프들의 제2 세트(417)를 포함하는, 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 레인징 요청은 수신기의 검출 및 동기화를 위한 프리앰블(411, 412, 413)을 갖는 프레임, 상기 제2 무선 디바이스의 식별자를 포함하는 헤더(415), 제1 기울기를 갖는 레인징 처프들의 제1 세트( 416), 및 상기 제1 기울기와 상이한 제2 기울기를 갖는 레인징 처프들의 제2 세트(417)를 포함하는, 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 레인징 처프들의 제1 세트 및 상기 레인징 처프들의 제2 세트는 중단부(520, 530)에 의해 분리되고, 상기 제1 무선 디바이스는 상기 중단부(520, 530)의 길이를 디더링(dither)하도록 구성되는, 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 무선 디바이스는 상기 레인징 처프들과 상기 답신 처프들 사이에 지연을 도입하도록 구성되는, 시스템.
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