WO2023197986A1 - Uwb信号的传输方法及相关装置 - Google Patents

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WO2023197986A1
WO2023197986A1 PCT/CN2023/087267 CN2023087267W WO2023197986A1 WO 2023197986 A1 WO2023197986 A1 WO 2023197986A1 CN 2023087267 W CN2023087267 W CN 2023087267W WO 2023197986 A1 WO2023197986 A1 WO 2023197986A1
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uwb
sequence
cyclic shift
signal
devices
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钱彬
周正春
刘辰辰
杨洋
杨讯
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华为技术有限公司
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B14/00—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B14/02—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present application relates to the field of communication technology, and in particular to an ultra-wideband (UWB) signal transmission method and related devices.
  • UWB ultra-wideband
  • the multi-node UWB ranging scenario includes one or more initiators and multiple responders. By calculating the round-trip time of the UWB signal between the initiator and the responder, the initiator and multiple responders are realized. High-precision distance measurement between them.
  • multi-node UWB ranging includes single-sided two way ranging (SS-TWR) and bilateral two-way ranging (double-sided two way ranging, DS-TWR).
  • SS-TWR single-sided two way ranging
  • DS-TWR bilateral two-way ranging
  • the specific SS- The TWR and DS-TWR processes can be found in the existing technology and will not be described in detail here. In the SS-TWR and DS-TWR processes, after each responder receives the UWB signal broadcast by the initiator, it replies to the UWB signal broadcast by the initiator in a scheduling or competition-based manner.
  • each device Because the UWB signal sent by each device is obtained by pulse shaping and modulation of each device's own first sequence, and in this application, the first sequence of each device is obtained by cyclic shifting based on the second sequence, but each The number of digits that each device performs cyclic shift is determined based on its respective shift factor and cyclic shift step size; therefore, each device only needs to store the second sequence, and can generate its own first sequence through cyclic shift, thereby reducing It saves the storage space required to store a large number of sequences, and allows the receiving end to perform one correlation operation for all received UWB signals without the need for multiple correlation operations, reducing the number of correlation operations performed by the receiving end and the ranging process. power consumption and complexity.
  • the embodiment of the present application can increase support for simultaneous transmission of UWB signals. Number of devices sending UWB signals to improve related performance.
  • the communication device further includes a transceiver, the transceiver being used to receive signals or send signals.
  • the present application provides a communication device, which is a second UWB device, or a second node, or a chip therein.
  • the communication device includes a processor for executing the above-mentioned second aspect, the above-mentioned sixth aspect, Or the method shown in any possible implementation of any of these aspects.
  • the processor is configured to execute a program stored in the memory. When the program is executed, the method shown in the above-mentioned second aspect, the above-mentioned sixth aspect, or any possible implementation of any one of the aspects is executed.
  • embodiments of the present application provide a computer-readable storage medium.
  • the computer-readable storage medium is used to store a computer program. When it is run on a computer, the above-mentioned second aspect, the above-mentioned sixth aspect, or Any possible implementation of either aspect of the method shown is performed.
  • inventions of the present application provide a computer program product.
  • the computer program product includes a computer program or computer code. When run on a computer, the computer program product enables the above-mentioned first aspect, the above-mentioned fifth aspect, or any one thereof. Any possible implementation of the method shown is performed.
  • FIG. 9 is a schematic flowchart of a UWB signal transmission method provided by an embodiment of the present application.
  • Figures 11a and 11b are schematic diagrams of the correlation peak blur problem provided by the embodiment of the present application.
  • Figure 13 is an information interaction method in the UWB system provided by the embodiment of the present application.
  • Figure 16 is a schematic structural diagram of a communication device 1000 provided by an embodiment of the present application.
  • the technical solution provided by this application can be applied to wireless personal area network (WPAN) based on UWB technology.
  • WPAN wireless personal area network
  • the method provided in this application can be applied to the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15 series protocols, such as the 802.15.4a protocol, 802.15.4z protocol or 802.15.4ab protocol, or a future generation of UWB WPAN
  • IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
  • the standard is medium, so I won’t list them all here.
  • the method provided by this application can also be applied to various communication systems, for example, it can be an Internet of things (IoT) system, Vehicle to X (vehicle to etc., smart cameras, smart remote controls, smart water and electricity meters in smart homes, and sensors in smart cities.
  • IoT Internet of things
  • the method provided by this application can also be applied to LTE frequency division duplex (FDD) system, LTE time division duplex (TDD), universal mobile telecommunication system (UMTS), global interconnection Microwave access (worldwide interoperability for microwave access, WiMAX) communication system, long term evolution (long term evolution, LTE) system, or fifth generation (5th-generation, 5G) communication system, sixth generation (6th-generation, 6G) communication system, etc.
  • FDD frequency division duplex
  • TDD LTE time division duplex
  • UMTS universal mobile telecommunication system
  • WiMAX global interconnection Microwave access
  • WiMAX worldwide interoperability for microwave access
  • LTE long term evolution
  • 5G fifth generation
  • 6th-generation, 6G sixth generation
  • Ultra-wideband (UWB) technology is a new type of wireless communication technology. It uses nanosecond-level non-sinusoidal narrow pulses to transmit data. By modulating the impulse pulses with very steep rise and fall times, it occupies a wide spectrum range, making the signal have a gigahertz (GHz) level. bandwidth.
  • GHz gigahertz
  • the UWB system has a very wide spectrum and a very low average power spectral density.
  • the UWB wireless communication system has the advantages of strong multipath resolution, low power consumption, and strong confidentiality. It is conducive to coexistence with other systems, thereby improving spectrum utilization and System capacity.
  • the transmit power of ultra-wideband (UWB) transmitters can usually be less than 1mW (milliwatt).
  • the method provided by this application can be implemented by a communication device in a wireless communication system.
  • the communication device may be a device involved in a UWB system.
  • the communication device may include but is not limited to a communication server, router, switch, network bridge, computer, mobile phone, etc. that supports UWB technology.
  • the communication device may include user equipment (UE).
  • the user equipment may include various handheld devices that support UWB technology, vehicle-mounted devices (such as cars or components installed on cars, etc.), wearable devices, Internet of things (IoT) devices, computing devices or other processing devices connected to wireless modems, etc., are not listed here.
  • the communication device may include a central control point, such as a personal area network (PAN) or a PAN coordinator.
  • PAN personal area network
  • PAN coordinator such as a personal area network (PAN) or a PAN coordinator.
  • the communication device may include a hardware layer, an operating system layer running on the hardware layer, and an application layer running on the operating system layer.
  • This hardware layer includes hardware such as central processing unit (CPU), memory management unit (MMU) and memory (also called main memory).
  • the operating system can be any one or more computer operating systems that implement business processing through processes, such as Linux operating system, Unix operating system, Android operating system, iOS operating system or windows operating system, etc.
  • This application layer includes applications such as browsers, address books, word processing software, and instant messaging software.
  • the embodiments of the present application do not specifically limit the specific structure of the execution subject of the method provided by the embodiments of the present application, as long as it can be recorded through the operation of the present application. Please use the code program of the method provided in the embodiment to communicate according to the method provided in the embodiment of this application.
  • Rule 1 limits the total energy emitted by the UWB signal within 1 millisecond (no more than 37nJ at a 500MHz bandwidth).
  • the UWB signal may include a synchronization header (SHR), a physical layer header (PHR), and a physical bearer field (PHY payload field).
  • the synchronization header may include a frame synchronization (SYNC) field and a start-of-frame delimiter (SFD) field.
  • the frame synchronization field may include multiple symbols, which are generated from the preamble sequence.
  • SHR synchronization header
  • PHR physical layer header
  • PHY payload field a physical bearer field
  • SYNC frame synchronization
  • SFD start-of-frame delimiter
  • the frame synchronization field may include multiple symbols, which are generated from the preamble sequence.
  • the specific generation method please refer to existing standards, such as the 802.15.4a or 802.15.4z standard.
  • the preamble sequence can be an Ipatov sequence with a length of 31, 127, or 91.
  • the Ipatov sequence is a ternary sequence composed of three elements ⁇ -1, 0, 1 ⁇ , and has the periodic correlation characteristics of a complete sequence; different
  • For details about the length of the Ipatov sequence please refer to the 802.15.4a and 802.15.4z standards, which will not be explained here.
  • the UWB signal 1 reaches UWB device 2 at time t2 after being transmitted through the wireless channel; UWB device 2 processes the received UWB signal and then sends it to UWB device 2 at time t3. Send UWB signal 2 to UWB device 1 at time t4.
  • the UWB signal 2 reaches UWB device 1 at time t4 after being transmitted through the wireless channel.
  • the UWB signal is obtained after pulse shaping and modulation of the ranging sequence, such as binary phase shift keying (BPSK).
  • the ranging sequence may be a preamble sequence, such as an Ipatov sequence with a length of 31, 127, or 91, etc.
  • the signal when the signal is transmitted in the wireless channel, it will be reflected, diffracted, scattered, etc. by various obstacles, and will also be affected by various noises. As a result, the waveform of the signal sent by the transmitter will change when it reaches the receiver. changes, but the information or content carried by the signal itself does not change.
  • FIG. 5a is a schematic diagram of the unilateral and bidirectional ranging process provided by an embodiment of the present application.
  • Figure 5a shows the unilateral and bidirectional ranging process from one node to multiple nodes, including an initiator and multiple responders.
  • the unilateral and bidirectional ranging process of one node to multiple nodes includes: the initiator broadcasts a UWB signal; after receiving the UWB signal broadcast by the initiator, each responder replies to the initiator according to scheduling or competition-based methods.
  • Figure 5b is a schematic diagram of a bilateral and two-way ranging process provided by an embodiment of the present application.
  • Figure 5b also shows a bilateral two-way ranging process from one node to multiple nodes, including an initiator and multiple responders.
  • the bilateral two-way ranging process of one node to multiple nodes includes: the initiator broadcasts a UWB signal; after receiving the UWB signal broadcast by the initiator, each responder replies to the initiator's broadcast in a scheduling or competition-based manner.
  • the transmitter splits the UWB signal to be transmitted into multiple fragments.
  • the time length of each UWB fragment signal is less than 1 millisecond. Only one UWB signal is sent in each millisecond. Segmentation.
  • the frame format of UWB segmented signals can only include the frame synchronization (synchronization, SYNC) field, and optionally include the start-of-frame delimiter (SFD) field.
  • SYNC frame synchronization
  • SFD start-of-frame delimiter
  • segmented transmission can increase the instantaneous power of the UWB signal, thereby increasing the coverage of the UWB signal and improving the signal-to-noise ratio of the signal received at the receiving end.
  • This application refers to systems that adopt the segmented transmission method shown in Figure 6 (such as systems that use 802.15.4ab protocol transmission) as multi-millisecond UWB systems, and systems that do not use segmented transmission methods (such as those that use 802.15.4a protocol and 802.15 .4z protocol transmission system) is called a non-multi-millisecond UWB system or a traditional UWB system.
  • this application refers to the UWB signal to be transmitted by the transmitter as a “complete UWB signal”, and the fragments obtained by splitting the UWB signal into fragments are called “UWB fragmented signals”.
  • UWB fragmented signals fragments obtained by splitting the UWB signal into fragments.
  • a multi-device (or multi-node) simultaneous ranging method multiple UWB devices use the same preamble sequence to transmit according to a pre-agreed time delay. This method can reduce the time the initiator remains powered on during SS-TWR and DS-TWR, thereby reducing power consumption.
  • Figure 7, is a schematic diagram of multi-node simultaneous ranging provided by this application. As shown in Figure 7, there are 4 UWB devices performing simultaneous ranging. UWB device 1 directly sends the preamble sequence without delay; UWB device 2 delays for 128 nanoseconds and then sends the preamble sequence; UWB device 3 delays for 256 nanoseconds.
  • the preamble sequence is then sent; UWB device 4 delays for 374 nanoseconds and then sends the preamble sequence.
  • the local preamble sequence is used to perform correlation operations with the received sequence to obtain the correlation peak to calculate the distance and complete ranging.
  • "silence d" in Figure 7 represents the starting point of the time delay, and the starting point of the time delay of these two UWB devices is the same.
  • the delay time is at the nanosecond level, which is reduced compared to the entire ranging process (time length at the millisecond level) during SS-TWR and DS-TWR.
  • the UWB signal that arrives first is likely to come from the farthest transmitting device (assuming that the time delay of this transmitting device is 0). Because it is the farthest, its signal energy is the smallest, which may cause The receiving device misjudges this UWB signal as noise. That is, the starting time point of the relevant interval in this method is not easy to determine.
  • the delay between different devices will increase. This will lead to an increase in the time length for the correlation operation at the receiving end, because the window size of the correlation operation remains unchanged and the time length of the signal becomes longer.
  • the initiator and responder 1 (responder 1) send different preamble sequences at the same time
  • the responder 2 (responder 2) and the responder 3 (responder 3) send different preamble sequences at the same time.
  • the tag device After receiving the preamble sequence, the tag device needs to use different local preamble sequences to perform correlation operations with the received UWB signals to obtain the correlation peak, thereby obtaining the distance. Therefore, each Tag device needs to perform multiple correlation operations in each time slot, which is highly complex.
  • Embodiments of the present application provide a UWB signal transmission method.
  • the UWB signal sent by each device is obtained by pulse shaping and modulation of each device's own preamble sequence (ie, the first sequence in this application), and
  • the preamble sequence of each device is obtained by cyclic shifting based on the same reference sequence (that is, the second sequence in this application).
  • the number of cyclic shifts performed by each device is based on the respective shift factor and the cyclic shift
  • the step size of bits is determined; so each device only needs to store the reference sequence, and can generate its own preamble sequence through cyclic shifting, thereby reducing the storage space required to store a large number of sequences; and allowing the receiving end to All UWB signals only need to perform one correlation operation without multiple correlation operations, which reduces the number of correlation operations on the receiving end and reduces the power consumption and complexity in the ranging process.
  • this method can be applied to a multi-node (device) simultaneous ranging scenario.
  • the receiving end does not need to maintain In the powered-on state, that is to say, when the device is not transmitting or receiving operations, it can remain dormant to save power, thereby reducing the power consumption of the receiving end.
  • the UWB signal that first reaches the receiving end comes from the nearest transmitting device, so even if the signal energy of the farthest transmitting device is the smallest, the receiving end will not misjudge it as noise; and it can Reduce the time length of related operations.
  • Embodiment 1 of this application mainly introduces the generation method of preamble sequences (ie, the first sequence in this application) of different devices during the ranging process.
  • the method provided by the embodiments of this application can be applied to all scenarios involving simultaneous ranging of multiple nodes in UWB systems, including multi-millisecond UWB systems, traditional UWB systems, DL-TDOA systems, etc.
  • the method provided by the embodiment of this application is applied to the SS-TWR scenario of one node and multiple nodes, the DS-TWR scenario of one node and multiple nodes, and the SS-TWR scenario of multiple nodes and multiple nodes.
  • DS-TWR scenario with multiple nodes or DL-TDOA scenario.
  • the second UWB device in the embodiment of the present application is an Anchor device
  • the first UWB device is a Tag device; that is to say, there are multiple Anchor devices in the DL-TDOA scenario at the same time. Sending UWB signals to Tag devices.
  • sequence design mentioned below in the embodiment of this application is mainly used in the design of the preamble sequence.
  • FIG 9 is a schematic flowchart of a UWB signal transmission method provided by an embodiment of the present application.
  • the first UWB device and the second UWB device involved in this method may be any two devices in the aforementioned Figure 1 or Figure 2 that can perform data transmission.
  • the UWB signal transmission method includes but is not limited to the following steps:
  • the second UWB device generates a UWB signal.
  • the UWB signal is obtained by pulse shaping and modulation of the first sequence.
  • the first sequence is obtained by cyclic shifting of the second sequence.
  • the number of cyclic shifts is based on the second sequence.
  • the shift factor of the UWB device and the step size of the cyclic shift are determined.
  • the second UWB device sends the UWB signal.
  • one or more second UWB devices generate respective UWB signals, and the one or more second UWB devices send the UWB signals generated by themselves simultaneously or in parallel.
  • the UWB signal may be a UWB segmented signal (such as the aforementioned UWB segment 1, UWB segment 2, or UWB segment 3, etc. in Figure 6), or the UWB signal may be an unsegmented signal. , that is, a complete UWB signal.
  • the way in which the second UWB device transmits the UWB signal in the embodiment of the present application may be segmented transmission or non-segmented transmission, that is, the entire UWB signal is transmitted at one time.
  • the embodiments of the present application can be applied to multi-millisecond UWB systems (such as the system using segmented transmission in Figure 6), or to non-multi-millisecond UWB systems (such as using the 802.15.4a protocol and 802.15.4z protocol transmission system), it can also be applied to DL-TDOA system. It is understandable that if the number of segments of the UWB signal is 1, the UWB signal is a complete UWB signal.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of multiple initiators or multiple responders simultaneously transmitting UWB signals according to an embodiment of the present application. As shown in Figure 10, X initiators UWB segments are broadcast simultaneously, and Y responders reply to UWB segments at the same time.
  • the embodiments of the present application take the multi-node ranging process of the multi-millisecond UWB system as an example, the method provided by the embodiments of the present application is also applicable to downlink time difference of arrival (DL-TDOA). ) scene.
  • DL-TDOA downlink time difference of arrival
  • the Anchor device is equivalent to the second UWB device in the embodiment of the present application
  • the Tag device is equivalent to the first UWB device in the embodiment of the present application.
  • the UWB signal will be described below. For the convenience of explanation, whether the UWB signal is a UWB segmented signal will not be distinguished below.
  • the UWB signal sent by the second UWB device may be obtained by pulse shaping and modulation (such as BPSK) of the first sequence.
  • the first sequence may be a preamble sequence, and the first sequence may be carried in a frame synchronization (synchronization, SYNC) field of the UWB signal.
  • SYNC frame synchronization
  • the elements of the first sequence include at least one of 1, -1 or 0, where element 0 represents no UWB pulse, element 1 represents a positive UWB pulse, and element -1 represents a negative UWB pulse.
  • elements 1, -1 or 0 in the first sequence correspond to positive pulses, negative pulses or no pulses of the UWB signal respectively.
  • element 1 can represent either a positive pulse or a negative pulse; the corresponding element -1 represents a negative pulse or a positive pulse; the embodiment of the present application does not limit element 1 to represent a positive pulse or a negative pulse.
  • the above-mentioned first sequence is obtained by cyclically shifting the second sequence, and the number of bits of the cyclic shift is determined according to the second UWB device's own shift factor and the step size of the cyclic shift.
  • the number of bits of the circular shift is equal to the product of the shift factor and the step size of the circular shift.
  • the shift factors of different UWB devices are different, and the step sizes of cyclic shifts of different UWB devices may be the same or different.
  • the second sequence may be a predefined sequence.
  • the second sequence has good periodic correlation characteristics, which is specifically reflected in the fact that the ratio of the autocorrelation main lobe amplitude of the second sequence to the autocorrelation side lobe amplitude of the second sequence is greater than or equal to the first threshold.
  • the first threshold may be 14dB. Because the first sequence is obtained by cyclic shift of the second sequence, and the cyclic shift does not change the periodic correlation characteristics of the sequence, the first sequence also has good periodic correlation characteristics. That is to say, the ratio of the autocorrelation main lobe amplitude of the first sequence to the autocorrelation side lobe amplitude of the first sequence is also greater than or equal to the first threshold.
  • Predefinition and preset in this application can be understood as definition, pre-definition, storage, pre-storage, pre-negotiation, pre-configuration, solidification, or pre-burning, etc.
  • the second UWB device before the second UWB device generates a UWB signal, it can obtain its own cyclic shift parameter, and the cyclic shift parameter is used to determine the number of cyclic shifts performed by the second UWB device.
  • the cyclic shift parameter may be the number of digits of the cyclic shift, or the cyclic shift parameter may include a shift factor, a step size of the cyclic shift, etc.
  • the second UWB device can obtain its own cyclic shift parameter locally.
  • the second UWB device can also notify the first UWB device of its own cyclic shift parameter, so that the first UWB device can use the cyclic shift parameter to determine the time when the UWB signal is received.
  • the second UWB device receives sequence configuration information sent by the first UWB device.
  • the sequence configuration information includes cyclic shift parameters of one or more UWB devices, and the one or more UWB devices include the second UWB device.
  • UWB device and the one or more UWB devices support sending UWB signals simultaneously.
  • the sequence configuration information please refer to the relevant description of Embodiment 2 below, and will not be described here.
  • the step size of the above-mentioned cyclic shift can be based on the length of the second sequence and the device that supports simultaneous transmission of UWB signals.
  • the quantity is determined. For example, assuming that the length of the second sequence is represented by N, the number of devices that support simultaneous transmission of UWB signals is represented by M, and the step size of the cyclic shift is represented by Z, then the step size Z of the cyclic shift satisfies the following formula (2- 1):
  • the step size of the above-mentioned cyclic shift can be determined based on the ranging range, the delay in the channel environment, and the average pulse repetition frequency. For example, assuming that the maximum ranging range is d, the speed of light is c, the maximum arrival time difference of the UWB signal is expressed as t max , and t max satisfies the following formula (2-2):
  • the step size of the cyclic shift is expressed as Z
  • the delay in the channel environment is expressed as delay channel
  • the average pulse repetition frequency is expressed as PRF.
  • the delay channel in the channel environment is mainly caused by the multipath effect.
  • the delay channel in the channel environment is mainly caused by the multipath effect.
  • the above formula (2-1) can be used to determine the step size Z of the cyclic shift.
  • the above formula (2-3) can be used to determine the step size Z of the cyclic shift.
  • the step size Z of the cyclic shift needs to satisfy the above formula (2-1 ) and the above formula (2-3).
  • FIG. 11a and FIG. 11b are schematic diagrams of the correlation peak blur problem provided by embodiments of the present application.
  • the abscissa represents the sampling point
  • the ordinate represents the relevant results.
  • both Figures 11a and 11b only show part of the results after the correlation operation.
  • Figures 11a and 11b show the correlation results when the abscissa is from 1500 sampling points to 2000 sampling points.
  • responders transmitting UWB signals to the initiator (initiator) at the same time.
  • the preamble sequence (i.e., the first sequence) in the UWB signal of each responder is composed of the second sequence. It is obtained by performing cyclic shifting, and the number of digits of cyclic shifting is different for different responders.
  • Figure 11a and Figure 11b assume that the step sizes of the cyclic shifts of the three responders are all Z, the shift factor of respondent 1 is 2, the shift factor of respondent 2 is 1, and the shift factor of respondent 3 is The bit factor is 0; that is, Respondent 3 does not perform a circular shift, and Respondent 2 and Respondent 1 circularly shift the second sequence to the right by Z bits and 2Z bits, respectively. It should be understood that Figure 11a and Figure 11b are only simple illustrations to illustrate the problem of correlation peak ambiguity, and the length and structure of the second sequence will not be described in detail here.
  • the three responders are at the same distance from the initiator, so the UWB signals of the three responders (respectively responder1, responder 2, and responder 3) arrive at the initiator at the same time.
  • the initiator performs correlation After the operation, 3 correlation peaks can be obtained, corresponding to the three different responders. Because the three responders are at the same distance from the initiator and responder 3 does not perform a circular shift, responder 2 and responder 1 circularly shift the second sequence to the right by Z bits and 2Z bits respectively, so these three are related
  • the spacing between peaks is the same as the step size Z of the cyclic shift.
  • the step size of the cyclic shift is not long enough, the correlation peak of respondent 3 may be before the correlation peak of respondent 2, resulting in As a result, the correlation peaks of Responder 3 and Respondent 2 cannot be distinguished, that is to say, the correlation peaks cannot be accurately mapped to the Respondent.
  • the step size Z of the cyclic shift determined by the embodiment of the present application is long enough so that the UWB signal of the responder 3 precedes the responder 1 and the responder 2. When the UWB signal arrives, the correlation peak of responder 3 will not be before the correlation peak of responder 2.
  • the three correlation peaks obtained by the initiator after performing the correlation operation correspond to the three different responders respectively.
  • the interval between the correlation peak of respondent 1 and the correlation peak of respondent 2 is the same as the step size of the cyclic shift, and the interval between the correlation peak of respondent 2 and the correlation peak of respondent 3 is shortened, corresponding to the step size of respondent 3.
  • the UWB signal of Responder 2 reaches the initiator before the UWB signal of Responder 2.
  • the embodiment of the present application needs to select a sufficiently large step size to avoid misjudgment of the correlation peak caused by the difference in distance between the responder and the initiator.
  • Figure 11b if the interval between correlation peaks is not enough, it is possible that the correlation peak corresponding to Respondent 3 appears before the correlation peak corresponding to Respondent 2, thus making it impossible for the initiator to correctly identify the correlation peak and its corresponding Respondent. .
  • Figure 12 is a schematic diagram of correlation peaks when multipath effect exists according to an embodiment of the present application.
  • the horizontal axis represents the sampling points
  • the vertical axis represents the relevant results.
  • Figure 12 only shows part of the results after the correlation operation.
  • Figure 12 shows the correlation results with the abscissa from 1500 sampling points to 2000 sampling points.
  • the correlation peaks in the embodiments of this application usually refer to the correlation peaks of the first diameter.
  • the responder corresponding to the second correlation peak from left to right (the 4th peak in Figure 12) is farther from the initiator, the energy of the responder's UWB signal when it reaches the initiator will be larger. is small, then the energy of the second correlation peak obtained after the correlation operation is smaller, and the second correlation peak may be misjudged as the refractive path of the first first diameter. Therefore, a margin needs to be left when selecting the step size Z of the cyclic shift to ensure that the correlation peak interval between the first paths is large enough so that the refractive paths will not interfere with the judgment of the first path.
  • the embodiments of the present application can solve the ambiguity problem in the ranging process and reduce the correlation peak position by adjusting the trade-off between the number M of devices that support simultaneous transmission of UWB signals, the ranging range d and the multipath effect. A case of misjudgment.
  • multiple second UWB devices can send UWB signals simultaneously or in parallel, and each second UWB device can cyclically shift the second sequence to obtain its own preamble sequence (i.e., the A sequence), however, in order to distinguish UWB signals sent by different UWB devices, the number M of devices that support sending UWB signals at the same time cannot be infinite. Therefore, when it is known that the length of the above-mentioned second sequence is N, the step size Z of the cyclic shift, the number M of devices that support simultaneous transmission of UWB signals, and N satisfy the following relationship:
  • each UWB device because different UWB devices can cyclically shift the same sequence (i.e., the second sequence) to obtain their own preamble sequence (i.e., the first sequence), each UWB device only needs to store the second sequence, by Circular shifting can generate its own preamble sequence, reducing the storage space required to store a large number of sequences.
  • the first UWB device receives UWB signals sent by one or more second UWB devices.
  • the first UWB device determines the time at which the UWB signal sent by the one or more second UWB devices is received based on the UWB signal sent by the one or more second UWB devices and the second sequence.
  • the first UWB device receives UWB signals sent simultaneously by one or more second UWB devices, and can use its own locally stored second sequence to correlate with the received UWB signals (there may be multiple UWB signals here). Operation to obtain the position of one or more correlation peaks. It is understandable that the number of correlation peaks obtained after correlation operation is the same as that of simultaneous occurrences. The number of devices sending UWB signals (that is, the number of UWB signals received) is equal. That is to say, the one or more correlation peaks correspond to the one or more second UWB devices, and one correlation peak corresponds to a second UWB device.
  • the first UWB device can then obtain the cyclic shift parameters of the one or more second UWB devices (including the number of cyclic shifts, or including the shift factor and the step size of the cyclic shift), and then based on the one or more second UWB devices, The positions of the correlation peaks and the number of cyclic shifts of each second UWB device determine the arrival time of the UWB signal sent by each second UWB device.
  • the abscissa of the correlation peak of respondent 2 is at 1823 sampling points.
  • the first sequence of respondent 2 is the second sequence looping to the right. Shifted by 100 bits, then if Respondent 2 does not perform cyclic shifting, the correlation peak of the UWB signal sent by Respondent 2 should be at 1923 (1823+100) sampling points; assuming the sampling rate is 256MHz, then The time interval of each sampling point is 1/256M seconds.
  • the peak value should appear at At 1893 sampling points (because the length of the second sequence is 1893), that is, the arrival time of the UWB signal sent by Respondent 2 is equal to (1923-1893)*(1/256M) seconds.
  • the object of the correlation operation can be a signal or a sequence. That is to say, the first UWB device uses its locally stored second sequence to perform correlation operations with the received UWB signal. Specifically, the first UWB device uses its own locally stored second sequence and the received UWB signal to perform demodulation. and/or perform correlation operations on the decoded sequence; alternatively, the first UWB device performs pulse shaping and modulation on the second sequence stored locally to generate a signal, and then performs correlation operations on the generated signal and the received UWB signal.
  • the first UWB device obtains the cyclic shift parameters of one or more second UWB devices.
  • the cyclic shift parameters of the one or more second UWB devices are configured by the first UWB device, and the first UWB device can obtain the cyclic shift parameters of the one or more second UWB devices locally.
  • the first UWB device configures the cyclic shift parameters for the one or more second UWB devices.
  • the first UWB device receives sequence configuration information sent by a second UWB device, and the sequence configuration information includes cyclic shift parameters of the one or more second UWB devices.
  • the sequence configuration information please refer to the relevant description of Embodiment 2 below, and will not be described here.
  • multiple UWB devices send UWB signals at the same time, so the receiving end does not need to remain on during the entire ranging process. That is to say, when the device is not transmitting and receiving operations, it can remain dormant to save power, thus Reduce power consumption at the receiving end.
  • the second sequence (also called a base sequence or reference sequence) provided by the embodiments of the present application is described in detail below.
  • the length of the second sequence is less than or equal to the maximum number of pulses contained in the reference UWB signal.
  • the length of the second sequence can be as close as possible to the maximum number of pulses contained in the reference UWB signal. It can be understood from the above formula (2-4) that the larger the length N of the second sequence, the greater the number of devices that support sending UWB signals at the same time; therefore, the embodiment of this application constrains the length N of the second sequence to be less than but as much as possible Approaching the maximum number of pulses contained in the reference UWB signal can increase the number of devices that support sending UWB signals at the same time and improve related performance.
  • the maximum number of pulses contained in the reference UWB signal is equal to the product of the duration of the reference UWB signal and the average pulse repetition frequency.
  • the reference UWB signal may be a UWB segmented signal. It can be understood that if the reference UWB signal is a UWB segmented signal, the UWB signal generated by the second UWB device is also a UWB segmented signal. On the contrary, if the reference UWB signal is a complete UWB signal, the UWB signal generated by the aforementioned second UWB device is also a complete UWB signal.
  • the duration of the reference UWB signal is equal to the total duration of the complete UWB signal divided by the number of segments. It can be understood that when the number of segments is 1, the reference UWB signal is a complete UWB signal.
  • the total duration in Table 1 refers to the total duration of a complete UWB signal.
  • the configuration of the total duration of 1000 microseconds is based on the 802.15.4z standard, for example.
  • the total duration can be adjusted.
  • the number of UWB signal segments is generally an index of 2, and this configuration can also be adjusted.
  • the duration of each UWB signal segment is equal to the total duration divided by the number of UWB signal segments.
  • For the setting of the average pulse repetition frequency refer to the 802.15.4a and 802.15.4z protocols, or the 802.15.4ab protocol. This configuration can be adjusted.
  • the maximum number of pulses contained in each UWB signal segment is equal to the product of the duration of each UWB signal segment and the average pulse repetition frequency.
  • the maximum number of pulses contained in each UWB signal segment also changes accordingly.
  • the total number of pulses is equal to the product of the maximum number of pulses contained in each segment of the UWB signal and the number of UWB signal segments.
  • the second sequence has good autocorrelation and cross-correlation characteristics, and the second sequence has good periodic correlation characteristics.
  • the autocorrelation and cross-correlation characteristics (or periodic correlation characteristics) of the second sequence are specifically expressed as: the autocorrelation main lobe amplitude (or main lobe energy) of the second sequence and the autocorrelation side lobe amplitude (or side lobe) of the second sequence. energy) is greater than or equal to the first threshold.
  • the first threshold is 14dB.
  • the second sequence may also satisfy one or more of the following conditions: the autocorrelation main lobe amplitude (or main lobe energy) of the second sequence is greater than or equal to the second threshold, the autocorrelation side lobe amplitude (or side lobe energy) of the second sequence is less than or equal to the third threshold, or the ratio of the autocorrelation main lobe amplitude (or main lobe energy) of the second sequence to the cross-correlation main lobe amplitude (or main lobe energy) of the second sequence is greater than or equal to the fourth threshold.
  • the first to fourth thresholds may be preset values.
  • the second threshold is N-200.
  • the third threshold is 100.
  • the fourth threshold is 14dB.
  • N is the length of the second sequence.
  • the autocorrelation main lobe amplitude (or main lobe energy) of the second sequence may also be equal to the number of non-zero elements in the second sequence.
  • the autocorrelation of the second sequence refers to the cross-correlation between a certain bit in the second sequence and itself at different time points.
  • the cross-correlation of the second sequence refers to the degree of correlation between the second sequence and other sequences at different time points.
  • the main lobe can be understood as the peak value in the autocorrelation function or cross-correlation function. Except for the main lobe, the remaining amplitudes can be called side lobes or side lobes.
  • the main lobe may correspond to the amplitude peak of the autocorrelation function or the cross-correlation function.
  • the elements of the second sequence include at least one of 1, -1 or 0.
  • the elements of the second sequence include 1 and -1; or the elements of the second sequence include 1, -1 and 0.
  • Table 2 below takes the Ipatov sequence as an example to construct the second sequence.
  • the Ipatov sequence is a ternary complete sequence, and its length can be expressed as:
  • q is the power of a prime number
  • k is a positive integer.
  • Table 2 shows a second sequence that satisfies the length requirement through Ipatov sequence construction.
  • the second sequence designed in Table 2 above belongs to the ternary Ipatov sequence, and its elements include 0, 1, and -1. 0 represents no UWB pulse, 1 represents positive UWB pulse, and -1 represents negative UWB pulse.
  • 0 represents no UWB pulse
  • 1 represents positive UWB pulse
  • -1 represents negative UWB pulse.
  • another Ipatov sequence that is, the first sequence mentioned above
  • different UWB devices perform different cyclic shifts to construct the UWB device's own preamble sequence (the first sequence mentioned above).
  • the number of cyclic shifts is determined by the number of devices that support simultaneous transmission of UWB signals, the ranging range, and the multipath effect. For details, please refer to the previous description and will not be repeated here. Therefore, after receiving the UWB signals transmitted at the same time, the receiving end only needs to perform one correlation operation to obtain the correlation peaks of all transmitting devices, reducing the complexity of the correlation operation.
  • the second sequence that needs to be designed is very long. In this case, it can be obtained by repeating the shorter sequence. For example, in configuration 4 of Table 1 above, it is necessary to generate a second sequence less than or equal to 16000 (the length of the second sequence is as close as possible to 16000). In this case, the sequence with a length of 3991 in configuration 2 can be repeated 4 times. In this case, during cyclic shift, the sequence of length 3991 is cyclically shifted and then repeated; and the value of N in the aforementioned formula (2-1) and formula (2-4) is 3991.
  • the preamble sequence in the embodiment of the present application is a newly designed sequence
  • the preamble sequence i.e., the aforementioned first sequence
  • the preamble sequence in the embodiment of the present application also a newly designed sequence. Therefore, for traditional UWB devices (that is, UWB devices defined by the 802.15.4a and 802.15.4z protocols), the preamble sequence in the embodiment of this application will not cause confusion (because traditional UWB devices cannot understand this application Preamble sequence designed in the embodiment).
  • Table 3 below shows the Ipatov sequences mentioned in Table 2 above.
  • Golay (Gray) sequence is used to construct the second sequence.
  • the second sequence that meets the length requirements of Table 1 is constructed through Golay sequences with lengths of 512, 1024, 2048, and 4096.
  • sequence in ⁇ is the replacement of (1,2,3,...,m) to itself, c k ⁇ ⁇ 0,1 ⁇ .
  • the Golay sequence can be constructed:
  • the ternary sequence is defined as follows:
  • the information interaction method in the UWB system includes but is not limited to the following steps:
  • the process of sending information in the above method can be understood as the process of outputting the above information by the processor.
  • the processor When outputting the above information, the processor outputs the above information to the transceiver for transmission by the transceiver. After the above information is output by the processor, it may also need to undergo other processing before reaching the transceiver.
  • the process of receiving information (such as receiving UWB signals, sequence configuration information, etc.) in the above method can be understood as the process of the processor receiving the input information.
  • the transceiver receives the above information and inputs it into the processor. Furthermore, after the transceiver receives the above information, the above information may need to undergo other processing before being input to the processor.
  • the communication device 1000 may include a circuit, and the circuit may implement the functions of sending or receiving or communicating in the foregoing method embodiments.
  • the processor and transceiver described in this application can be implemented in integrated circuits (ICs), analog ICs, radio frequency integrated circuits (RFICs), mixed-signal ICs, application specific integrated circuits (application specific integrated circuits) , ASIC), printed circuit board (PCB), electronic equipment, etc.
  • the above-mentioned processing unit 20 can be implemented by the logic circuit 901, and the transceiver unit 10 can be implemented by the interface 902.
  • the logic circuit 901 may be a chip, a processing circuit, an integrated circuit or a system on chip (SoC) chip, etc.
  • the interface 902 may be a communication interface, an input/output interface, a pin, etc.
  • FIG. 17 shows that the above communication device is a chip.
  • the chip includes a logic circuit 901 and an interface 902 . It can be understood that the chips shown in the embodiments of the present application may include narrowband chips or ultra-wideband chips, which are not limited in the embodiments of the present application.
  • the narrowband chip and the ultra-wideband chip can also be integrated on one device or chip, or they can be independent.
  • the embodiments of this application do not limit the implementation of the narrowband chip and the ultra-wideband chip in the device.
  • the step of sending UWB signals as shown above can be performed by an ultra-wideband chip. Whether the remaining steps are performed by an ultra-wideband chip is not limited by the embodiments of this application.
  • the interface 902 is used to input UWB signals sent by one or more second UWB devices; the logic circuit 901 , used to determine the time when the UWB signal sent by the one or more second UWB devices is received according to the UWB signal sent by the one or more second UWB devices and the second sequence.
  • the communication device shown in the embodiments of the present application can be implemented in the form of hardware to implement the methods provided in the embodiments of the present application, or can be implemented in the form of software to implement the methods provided in the embodiments of the present application. This is not limited by the embodiments of the present application.
  • the present application also provides a computer program product.
  • the computer program product includes a computer code or a computer program.
  • the operations performed by the first UWB device in the method provided by the present application are performed. /or processing is performed.
  • the disclosed systems, devices and methods can be implemented in other ways.
  • the device embodiments described above are only illustrative.
  • the division of the units is only a logical function division. In actual implementation, there may be other division methods.
  • multiple units or components may be combined or can be integrated into another system, or some features can be ignored, or not implemented.
  • the coupling or direct coupling or communication connection between each other shown or discussed may be an indirect coupling or communication connection through some interfaces, devices or units, or may be electrical, mechanical or other forms of connection.

Landscapes

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Abstract

一种UWB信号的传输方法及相关装置，该方法包括：多个发起者同时发送UWB信号，任一发起者发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，第一序列是第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该任一发起者的移位因子和循环移位的步长确定；应答者根据接收到的多个UWB信号和第二序列确定这多个UWB信号的到达时间。该方法可以减少相关运算次数和降低功耗。该方法应用于基于UWB的无线个人局域网系统、感知系统等，还可以应用于支持802.11ax下一代Wi-Fi协议，如802.11be，Wi-Fi 7或EHT，再如802.11be下一代，Wi-Fi 8系统等。

Description

UWB信号的传输方法及相关装置
本申请要求于2022年04月12日提交中国专利局、申请号为202210380061.X、申请名称为“UWB信号的传输方法及相关装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种超宽带(ultra-wide band，UWB)信号的传输方法及相关装置。
背景技术
超宽带(ultra wideband，UWB)技术是一种无线载波通信技术，如可以利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。由于其脉冲比较窄，且辐射谱密度低，因此UWB具有多径分辨能力强，功耗低，保密性强等优点，其主要应用于感知和测距场景中。
多节点的UWB测距场景中包括一个或多个发起者(initiator)和多个应答者(responder)，通过计算UWB信号在发起者和应答者之间的往返时间，实现发起者和多个应答者之间高精度的测距。举例来说，多节点的UWB测距包括单边双向测距(single-sided two way ranging，SS-TWR)和双边双向测距(double-sided two way ranging，DS-TWR)，具体的SS-TWR和DS-TWR过程参见现有技术，这里不一一详述。在SS-TWR和DS-TWR过程中各个应答者接收到发起者广播的UWB信号之后，按照调度或者基于竞争的方式回复发起者广播的UWB信号。
也就是说，在SS-TWR和DS-TWR过程中不同的应答者在不同的时刻回复UWB信号，那么发起者为了不错过应答者的UWB信号，需要在整个测距过程中保持开机状态以接收应答者的UWB信号，从而导致功率损耗的增加；另外，发起者针对每个接收到的UWB信号都需要做相关运算，相关运算的复杂度高，功率损耗大。
发明内容
本申请实施例提供一种UWB信号的传输方法及相关装置，可以减少UWB系统中测距时的相关运算次数，并且可以降低测距过程中的功耗。
下面从不同的方面介绍本申请，应理解的是，下面的不同方面的实施方式和有益效果可以互相参考。
本申请为便于描述，将支持UWB技术(或802.15系列协议)的通信设备称为UWB设备，下文不再赘述。可理解的，本申请中的UWB设备不仅可以支持802.15系列协议，如802.15.4ab制式或者802.15.4ab的下一代制式等；还可以支持其他标准协议(比如802.11系列协议)，如802.11ax、802.11ac、802.11n、802.11g、802.11b、802.11a、802.11be及其下一代等802.11家族的多种无线局域网(wireless local area networks，WLAN)制式。
第一方面，本申请提供一种UWB信号的传输方法，该方法包括：第一UWB设备接收一个或多个第二UWB设备同时(或并行)发送的UWB信号，任一个第二UWB设备发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，这个第一序列是第二序列经过循环移位获得；第一UWB设备根据接收到的一个或多个UWB信号和该第二序列确定这一个或多个UWB 信号的接收时间。可理解的，一个第二UWB设备发送一个UWB信号。该循环移位的位数根据该任一个第二UWB设备的移位因子和循环移位的步长确定。
因为每个设备发送的UWB信号是各个设备自己的第一序列经过脉冲成型和调制后获得，而本申请中每个设备的第一序列都是基于第二序列进行循环移位后获得，但每个设备进行循环移位的位数基于各自的移位因子和循环移位的步长确定；所以每个设备只需要存储第二序列，通过循环移位即可产生自己的第一序列，从而减少了存储大量序列所需要的存储空间，并且可以使得接收端针对接收到的所有UWB信号执行一次相关运算即可，无需多次相关运算，减少了接收端进行相关运算的次数和降低了测距过程中的功耗和复杂度。
另外，在多节点同时测距场景中，因为本申请中的多个设备可以同时发送UWB信号，所以即使这多个设备与接收端的距离不同，这多个设备发送的多个UWB信号到达接收端的时间也不会相差很大(实际上这多个UWB信号到达接收端的时间差很小)，使得接收端无需长时间保持开机状态，也就是说当设备没有传输和接收操作时，可以保持休眠以节省电能，从而减少接收端的功耗。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：第一UWB设备获取该一个或多个第二UWB设备的循环移位参数，该循环移位参数包括移位因子和循环移位的步长，或者该循环移位参数包括循环移位的位数。
示例性的，第一UWB设备从本地获取该循环移位参数。示例性的，第一UWB设备接收某个第二UWB设备发送的序列配置信息，该序列配置信息中包括这一个或多个第二UWB设备的循环移位参数。
本申请的第一UWB设备从本地获取或者从某个第二UWB设备接收一个或多个第二UWB设备的循环移位参数，有利于第一UWB设备根据该循环移位参数确定接收到UWB信号的时间，也就是说有利于确定UWB信号的到达时间，具体确定方式参考下文方法实施例的相关描述，这里不一一说明。
第二方面，本申请提供一种UWB信号的传输方法，该方法包括：第二UWB设备生成并发送UWB信号，该UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该第二UWB设备的移位因子和循环移位的步长确定。
本申请中，第二UWB设备发送的UWB信号是自己的第一序列经过脉冲成型和调制后获得，而第二UWB设备的第一序列是基于第二序列进行循环移位后获得，且第二UWB设备进行循环移位的位数基于自己的移位因子和循环移位的步长确定；所以第二UWB设备只需要存储第二序列，通过循环移位即可产生自己的第一序列，从而减少了存储大量序列所需要的存储空间。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：第二UWB设备获取自己的循环移位参数，该循环移位参数包括移位因子和循环移位的步长，或者该循环移位参数包括循环移位的位数。
示例性的，第二UWB设备从本地获取自己的循环移位参数。示例性的，第二UWB设备接收第一UWB设备发送的序列配置信息，该序列配置信息中包括一个或多个UWB设备的循环移位参数，这一个或多个UWB设备包括第二UWB设备。可选的，这一个或多个UWB设备支持同时发送UWB信号。
本申请的第二UWB设备从本地获取自己的循环移位参数并告知给第一UWB设备，或者从第一UWB设备接收自己的循环移位参数，有利于第一UWB设备与第二UWB设备针对 该第二UWB设备的循环移位参数达成一致，从而有利于第一UWB设备确定第二UWB设备发送的UWB信号的到达时间，具体确定方式参考下文方法实施例的相关描述，这里不一一说明。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述第二序列还满足以下一个或多个条件：第二序列的自相关主瓣幅度与第二序列的自相关旁瓣幅度的比值大于或等于第一阈值，第二序列的自相关主瓣幅度大于或等于第二阈值，第二序列的自相关旁瓣幅度小于或等于第三阈值，或第二序列的自相关主瓣幅度与第二序列的互相关主瓣幅度的比值大于或等于第四阈值。
应理解，第二序列的自相关指的是第二序列与其自身在不同时间延迟下的相关。第二序列的互相关指的是第二序列与其他序列在不同时间延迟下的相关。主瓣可以理解为自相关函数或互相关函数中的峰值，除了主瓣之外，其余的幅度都可以称为旁瓣或副瓣。例如，主瓣可以对应自相关函数或互相关函数的幅度峰值。
因为上述第一序列是第二序列经过循环移位获得，而循环移位不改变序列的周期相关特性，所以本申请通过约束第二序列具有良好的周期相关特性，使得第一序列也具有良好的周期相关特性，从而可以提高通过相关运算获得到达时间的准确性。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述第二序列的元素包括1、-1或0中至少一项。示例性的，第二序列的元素包括1和-1；或者第二序列的元素包括1、-1以及0。
可理解的，关于第二序列的具体说明还可以参见下文方法实施例中的相关描述，这里不一一详述。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述参考UWB信号为一个UWB分段信号，那么上述第二UWB设备发送的UWB信号也是一个UWB分段信号。
本申请通过分段传输来增加UWB信号的瞬时功率，从而可以增大UWB信号的覆盖范围，提高接收端接收信号的信噪比。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述循环移位的步长根据第二序列的长度和支持同时发送UWB信号的设备数量确定。
可选的，循环移位的步长满足以下条件：
其中，Z表示循环移位的步长，N表示第二序列的长度，M表示支持同时发送UWB信号的设备数量。表示对x进行向下取整，下文不再赘述。
本申请通过支持同时发送UWB信号的设备数量来设计循环移位的步长，可以支持多个设备同时测距。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述循环移位的步长根据测距范围、信道环境下的延迟、以及平均脉冲重复频率确定。
可选的，循环移位的步长满足以下条件：
Z≥(tmax+delaychannel)×PRF；
其中，d表示测距范围，c表示光速，tmax表示UWB信号的最大到达时间差，PRF表示平均脉冲重复频率，delaychannel表示信道环境下的延迟。这里，信道环境下的延迟delaychannel主要是多径效应引起的，具体值可以参考UWB标准中对不同信道环境的定义。
本申请通过测距范围、信道环境下的延迟、以及平均脉冲重复频率来确定循环移位的步长Z可以解决因为不同UWB发射设备与接收设备之间的距离差造成的相关峰位置的误判和 模糊问题(ambiguity)。模糊问题的具体分析参见下文方法实施例的描述。
上述任一方面的一种可能实现方式中，上述第二序列的长度小于或等于参考UWB信号所包含的最大脉冲数。示例性的，第二序列的长度尽量接近参考UWB信号所包含的最大脉冲数。可选的，当参考UWB信号是一个UWB分段信号时，该参考UWB信号所包含的最大脉冲数等于该参考UWB信号的持续时长与平均脉冲重复频率之间的乘积。
因为第二序列的长度越大，支持同时发送UWB信号的设备数量越多；所以本申请实施例通过约束第二序列的长度小于但尽量接近参考UWB信号所包含的最大脉冲数，可以增加支持同时发送UWB信号的设备数量，提高相关性能。
第三方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置具体为第一UWB设备或其中的芯片，该通信装置用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。该通信装置包括具有执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的单元。
第四方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置具体为第二UWB设备或其中的芯片，该通信装置用于执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法。该通信装置包括具有执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法的单元。
在第三方面或第四方面中，上述通信装置可以包括收发单元和处理单元。对于收发单元和处理单元的具体描述还可以参考下文示出的装置实施例。上述第三方面到第四方面的有益效果可以参考前述第一方面和第二方面的相关描述，这里不赘述。
第五方面，本申请提供一种UWB系统中的信息交互方法，该方法包括：第一节点生成并发送序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号。示例性的，第一节点广播该序列配置信息。
本申请的第一节点为支持同时发送UWB信号的一个或多个节点配置循环移位参数，以使这一个或多个节点根据各自的循环移位参数和第二序列生成各自的序列，可以为多节点测距奠定基础，使不同的节点有不同的循环移位位数，从而使接收端能够区分来自不同节点的UWB信号。
第六方面，本申请提供一种UWB系统中的信息交互方法，该方法包括：第二节点接收序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号；第二节点根据该序列配置信息确定第二节点的循环移位参数。示例性的，第二节点根据接收到的该序列配置信息确定自己的循环移位的位数。
可理解的，本申请中的第一节点可能是第一UWB设备，相应的，第二节点为第二UWB设备；当然本申请中的第一节点也可能是第二UWB设备，相应的，第二节点为第一UWB设备。
结合第五方面或第六方面，在一种可能的实现方式中，上述循环移位参数包括移位因子和循环移位的步长；或者上述循环移位参数包括循环移位的位数。
结合第五方面或第六方面，在一种可能的实现方式中，上述序列配置信息还包括以下一项或多项：UWB信号的分段数、每段持续时长、UWB信号的总持续时长、支持同时发送UWB信号的节点(或UWB设备)的个数、或一个或多个节点的地址长度。
结合第五方面或第六方面，在一种可能的实现方式中，上述序列配置信息携带于测距控制消息(ranging control message，RCM)中。
第七方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置具体为第一节点或其中的芯片，该通信装置用于执行第三方面或第三方面的任意可能的实现方式中的方法。该通信装置包括具有执行第三方面或第三方面的任意可能的实现方式中的方法的单元。
第八方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置具体为第二节点或其中的芯片，该通信装置用于执行第四方面或第四方面的任意可能的实现方式中的方法。该通信装置包括具有执行第四方面或第四方面的任意可能的实现方式中的方法的单元。
在第七方面或第八方面中，上述通信装置可以包括收发单元和处理单元。对于收发单元和处理单元的具体描述还可以参考下文示出的装置实施例。上述第七方面到第八方面的有益效果可以参考前述第五方面和第六方面的相关描述，这里不赘述。
第九方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置为第一UWB设备、或第一节点或其中的芯片，该通信装置包括处理器，用于执行上述第一方面、上述第五方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法。或者，该处理器用于执行存储器中存储的程序，当该程序被执行时，上述第一方面、上述第五方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
结合第九方面，在一种可能的实现方式中，存储器位于上述通信装置之外。
结合第九方面，在一种可能的实现方式中，存储器位于上述通信装置之内。
本申请中，处理器和存储器还可以集成于一个器件中，即处理器和存储器还可以被集成在一起。
结合第九方面，在一种可能的实现方式中，通信装置还包括收发器，该收发器，用于接收信号或发送信号。
第十方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置为第二UWB设备、或第二节点或其中的芯片，该通信装置包括处理器，用于执行上述第二方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法。或者，该处理器用于执行存储器中存储的程序，当该程序被执行时，上述第二方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
结合第十方面，在一种可能的实现方式中，存储器位于上述通信装置之外。
结合第十方面，在一种可能的实现方式中，存储器位于上述通信装置之内。
本申请中，处理器和存储器还可以集成于一个器件中，即处理器和存储器还可以被集成在一起。
结合第十方面，在一种可能的实现方式中，通信装置还包括收发器，该收发器，用于接收信号或发送信号。
第十一方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置包括逻辑电路和接口，该逻辑电路和该接口耦合。
一种设计中，接口，用于输入一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号，任一个第二UWB设备发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该任一个第二UWB设备的移位因子和该循环移位的步长确定；逻辑电路，用于根据该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和该第二序列确定接收到该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
另一种设计中，逻辑电路，用于生成UWB信号，该UWB信号为第一序列经过脉冲成 型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该第二UWB设备的移位因子和该循环移位的步长确定；接口，用于输出该UWB信号。
一种设计中，逻辑电路，用于生成序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号；接口，用于输出该序列配置信息。
另一种设计中，接口，用于输入序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号；逻辑电路，用于根据该序列配置信息确定第二节点的循环移位参数。
第十二方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，当其在计算机上运行时，使得上述第一方面、上述第五方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，当其在计算机上运行时，使得上述第二方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十四方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或计算机代码，当其在计算机上运行时，使得上述第一方面、上述第五方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十五方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或计算机代码，当其在计算机上运行时，使得上述第二方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十六方面，本申请实施例提供一种计算机程序，该计算机程序在计算机上运行时，上述第一方面、上述第五方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十七方面，本申请实施例提供一种计算机程序，该计算机程序在计算机上运行时，上述第二方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法被执行。
第十八方面，本申请实施例提供一种无线通信系统，该无线通信系统包括第一UWB设备和第二UWB设备，所述第一UWB设备用于执行上述第一方面、上述第五方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法，所述第二通信装置用于执行上述第二方面、上述第五方面、上述第六方面、或其中任一方面的任意可能的实现方式所示的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的无线通信系统的一结构示意图；
图2是本申请实施例提供的无线通信系统的另一结构示意图；
图3是本申请实施例提供的UWB信号的帧格式示意图；
图4是本申请实施例提供的测距原理示意图；
图5a是本申请实施例提供的单边双向测距过程的示意图；
图5b是本申请实施例提供的双边双向测距过程的示意图；
图6是本申请实施例提供的UWB信号分段传输的示意图；
图7是本申请提供的多节点同时测距的示意图；
图8是本申请提供的多个Anchor同时发送UWB信号的示意图；
图9是本申请实施例提供的UWB信号的传输方法的流程示意图；
图10是本申请实施例提供的多个发起者或者多个应答者同时发送UWB信号的示意图；
图11a和图11b是本申请实施例提供的相关峰模糊问题的示意图；
图12是本申请实施例提供的存在多径效应时相关峰的示意图；
图13是本申请实施例提供的UWB系统中的信息交互方法；
图14是本申请实施例提供的序列配置信息元素的帧格式示意图；
图15是本申请实施例提供的通信装置的一结构示意图；
图16是本申请实施例提供的通信装置1000的结构示意图；
图17是本申请实施例提供的通信装置的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请中的术语“第一”和“第二”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备等，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元等，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备等固有的其它步骤或单元。
在本申请的描述中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上。另外，“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”。
本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”、“举例来说”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“举例来说”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请中对于使用单数表示的元素旨在用于表示“一个或多个”，而并非表示“一个且仅一个”，除非有特别说明。
应理解，在本申请各实施例中，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
本申请提供的技术方案可以适用于基于UWB技术的无线个人局域网(wireless personal area network，WPAN)。如本申请提供的方法可以适用于电气及电子工程师学会(institute of electrical and electronics engineers，IEEE)802.15系列协议，例如802.15.4a协议、802.15.4z协议或802.15.4ab协议，或者未来某代UWB WPAN标准中等，这里不再一一列举。本申请提供的方法还可以应用于各类通信系统，例如，可以是物联网(internet of things，IoT)系统、 车联网(vehicle to X，V2X)、窄带物联网(narrow band internet of things，NB-IoT)系统，应用于车联网中的设备，物联网(IoT，internet of things)中的物联网节点、传感器等，智慧家居中的智能摄像头，智能遥控器，智能水表电表，以及智慧城市中的传感器等。本申请提供的方法还可以适用于LTE频分双工(frequency division duplex，FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex，TDD)、通用移动通信系统(universal mobile telecommunication system，UMTS)、全球互联微波接入(worldwide interoperability for microwave access，WiMAX)通信系统、长期演进(long term evolution，LTE)系统，也可以是第五代(5th-generation，5G)通信系统、第六代(6th-generation，6G)通信系统等。
超宽带(UWB)技术是一种新型的无线通信技术。它利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行调制，因此其所占用的频谱范围很宽，使信号具有吉赫(GHz)量级的带宽。UWB系统具有很宽的频谱和很低的平均功率谱密度，UWB无线通信系统具有多径分辨能力强、功耗低、保密性强等优点，有利于与其他系统共存，从而提高频谱利用率和系统容量。另外，在短距离的通信应用中，超宽带(UWB)发射机的发射功率通常可做到低于1mW(毫瓦)，从理论上来说，超宽带(UWB)信号所产生的干扰相对于窄带系统而言仅相当于白噪声，这样有助于超宽带与现有窄带通信之间的良好共存。因此，UWB系统可以实现与窄带(narrowband，NB)通信系统同时工作而互不干扰。
虽然本申请实施例主要以WPAN为例，比如以应用于IEEE 802.15系列标准的网络为例进行说明。本领域技术人员容易理解，本申请涉及的各个方面可以扩展到采用各种标准或协议的其它网络。例如，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)、蓝牙(BLUETOOTH),高性能无线LAN(High Performance Radio LAN，HIPERLAN)(一种与IEEE 802.11标准类似的无线标准，主要在欧洲使用)以及广域网(WAN)或其它现在已知或以后发展起来的网络。因此，无论使用的覆盖范围和无线接入协议如何，本申请提供的各种方面可以适用于任何合适的无线网络。
本申请提供的方法可以由无线通信系统中的通信装置实现。该通信装置可以是UWB系统中涉及的装置。例如，该通信装置可以包括但不限于支持UWB技术的通信服务器、路由器、交换机、网桥、计算机、手机等。又例如，该通信装置可以包括用户设备(user equipment，UE)，该用户设备可以包括支持UWB技术的各种手持设备、车载设备(如汽车或安装于汽车上的部件等)、可穿戴设备、物联网(internet of things，IoT)设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备等，这里不再一一列举。又例如，该通信装置可以包括中心控制点，如个人局域网(personal area network，PAN)或PAN协调者等。该PAN协调者或PAN可以是手机、车载设备、锚点(Anchor)、标签(tag)或智能家居等。又例如，该通信装置可以包括芯片，该芯片可以设置于通信服务器、路由器、交换机或终端设备中等，这里不再一一列举。可理解，以上关于通信装置的说明适用于本申请中的第一UWB设备和第二UWB设备。
在本申请实施例中，上述通信装置可以包括硬件层、运行在硬件层之上的操作系统层，以及运行在操作系统层上的应用层。该硬件层包括中央处理器(central processing unit，CPU)、内存管理单元(memory management unit，MMU)和内存(也称为主存)等硬件。该操作系统可以是任意一种或多种通过进程(process)实现业务处理的计算机操作系统，例如，Linux操作系统、Unix操作系统、Android操作系统、iOS操作系统或windows操作系统等。该应用层包含浏览器、通讯录、文字处理软件、即时通信软件等应用。并且，本申请实施例并未对本申请实施例提供的方法的执行主体的具体结构特别限定，只要能够通过运行记录有本申 请实施例的提供的方法的代码的程序，以根据本申请实施例提供的方法进行通信即可。
示例性的，参见图1，图1是本申请实施例提供的无线通信系统的一结构示意图。如图1所示，该无线通信系统是一种星型拓扑结构，该种结构中一个中心控制节点(如图1中的PAN协调者)可以与一个或多个其他设备进行数据通信。参见图2，图2是本申请实施例提供的无线通信系统的另一结构示意图。如图2所示，该无线通信系统是一种点对点拓扑结构，该种结构中，中心控制节点(如图2中的PAN协调者)可以与一个或多个其他设备进行数据通信，其他不同设备之间也可以互相进行数据通信。在图1和图2中，全功能设备(full function device)和低功能设备(reduced function device)都可以理解为本申请所示的UWB设备。其中，全功能设备和低功能设备是相对而言的，如低功能设备不能是PAN协调者(coordinator)。又如低功能设备与全功能设备相比，该低功能设备可以没有协调能力或通信速率相对全功能设备较低等。可理解，图2所示的PAN协调者仅为示例，图2所示的其他三个全功能设备也可以作为PAN协调者，这里不再一一示出。还可理解，本申请所示的全功能设备和低功能设备仅为UWB设备的一种示例，但凡能够实现本申请所提供的UWB信号的传输方法的设备，均属于本申请的保护范围。
本申请为便于描述，将支持UWB技术(或802.15系列协议)的通信设备称为UWB设备，下文不再赘述。可理解的，本申请中的UWB设备不仅可以支持802.15系列协议，如802.15.4ab制式或者802.15.4ab的下一代制式等；还可以支持其他标准协议(比如802.11系列协议)，如802.11ax、802.11ac、802.11n、802.11g、802.11b、802.11a、802.11be及其下一代等802.11家族的多种无线局域网(wireless local area networks，WLAN)制式。
下面对本申请涉及到的一些相关内容、术语或名词进行简要介绍。
一、UWB信号的要求
由于超宽带系统的带宽很大，为了减小其在工作时对其他设备的干扰，美国联邦通信委员会(FCC)对UWB信号的功率谱密度进行了严格的限制，根据美国联邦规则汇编(CFR Code of Federal Regulations)，主要有以下两个规则：
规则一：发射的UWB信号的最大功率谱密度(power spectral density，PSD)在一毫秒内的平均值不能大于41.3dBm每兆赫兹。
规则二：发射的UWB信号在任何50MHz带宽内的最大功率不能超过1毫瓦。
可理解的，规则一限制了UWB信号在1毫秒内的发射总能量(在500MHz带宽下不超过37nJ)。
二、UWB信号的帧格式
在IEEE 802.15.4a和IEEE 802.15.4z标准中，UWB信号的帧格式如图3所示，图3是本申请实施例提供的UWB信号的帧格式示意图。该UWB信号可以包括同步头(synchronization header，SHR)、物理层头(physical layer header，PHR)和物理承载字段(PHY payload field)。示例性的，同步头可以包括帧同步(synchronization，SYNC)字段和帧开始分隔符(start-of-frame delimiter，SFD)字段。帧同步字段可以包括多个符号，该符号由前导码序列生成，具体生成方式参见现有标准，比如802.15.4a或802.15.4z标准。其中，前导码序列可以是长度为31或127或91的Ipatov序列，该Ipatov序列是由{-1,0,1}三种元素构成的三元序列，且具有完备序列的周期相关特性；不同长度的Ipatov序列的具体内容参见802.15.4a和802.15.4z标准，这里不展开说明。
三、测距的基本原理
测距的基本原理是：通信双方通过测量消息的往返时间来计算二者之间的距离。其中，发送端发送的测距序列经过脉冲成型和调制后到达接收端，接收端将收到的测距序列与本地存储的序列进行相关运算，根据相关峰的位置获得到达时间(即t2和t4)。参见图4，图4是本申请实施例提供的测距原理示意图。如图4所示，UWB设备1在t1时刻发送UWB信号1，该UWB信号1经过无线信道传输后在t2时刻到达UWB设备2；UWB设备2对接收到的UWB信号进行处理后，再在t3时刻向UWB设备1发送UWB信号2，该UWB信号2经过无线信道传输后在t4时刻到达UWB设备1。其中，UWB信号是测距序列经过脉冲成型和调制后得到的，比如二进制相移键控(binary phase shift keying，BPSK)等。该测距序列可以是前导码序列，比如长度为31或127或91的Ipatov序列等。
根据下述公式(1-1)、(1-2)以及(1-3)可计算出UWB设备1和UWB设备2之间的距离d：

tRTT＝(t4-t1)......................................................................................................................(1-2)
treply＝(t3-t2).....................................................................................................................(1-3)
其中，c表示光速。
应理解，因为信号在无线信道中传输时，会被各种障碍物反射、衍射以及散射等，还会有各种噪声的影响；从而导致发送端发送的信号到达接收端时其波形会发生一些变化，但信号本身携带的信息或内容未发生变化。
四、单边双向测距(single-sided two way ranging，SS-TWR)和双边双向测距(double-sided two way ranging，DS-TWR)
在多节点的UWB测距场景中，包括单边双向测距(single-sided two way ranging，SS-TWR)和双边双向测距(double-sided two way ranging，DS-TWR)方法。参见图5a，图5a是本申请实施例提供的单边双向测距过程的示意图。图5a示出了一个节点对多个节点的单边双向测距过程，包括一个发起者(initiator)和多个应答者(responder)。如图5a所示，一个节点对多个节点的单边双向测距过程包括：发起者广播UWB信号；各个应答者接收到发起者广播的UWB信号之后，按照调度或者基于竞争的方式回复发起者广播的UWB信号；发起者再根据自己的收发时间和不同应答者的收发时间，计算飞行时间(Time of Flight，ToF)，从而完成测距。应理解，图5a所示的单边双向测距过程仅是示例，还可以有多个节点对多个节点的SS-TWR，这里不一一详述。
参见图5b，图5b是本申请实施例提供的双边双向测距过程的示意图。图5b示出的也是一个节点对多个节点的双边双向测距过程，包括一个发起者(initiator)和多个应答者(responder)。如图5b所示，一个节点对多个节点的双边双向测距过程包括：发起者广播UWB信号；各个应答者接收到发起者广播的UWB信号之后，按照调度或者基于竞争的方式回复发起者广播的UWB信号；发起者收到所有应答者的UWB信号回复后，再次广播一个UWB信号；各个应答者收到发起者第二次广播的UWB信号之后，根据自己的收发时间和发起者的收发时间，计算ToF，从而完成测距。应理解，图5b所示的双边双向测距过程仅是示例，还可以有多个节点对多个节点的DS-TWR，这里不一一详述。
可理解的，因为UWB信号需要满足前述规则一和规则二，所以单个UWB信号的长度小于1ms(毫秒)，发射总能量低于37nJ(纳焦)，导致接收端的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)受限，从而限制了测量精度和覆盖范围。虽然UWB信号需要满足前述规则一和前述规则二，且规则一限制了UWB信号在1毫秒内的发射总能量(在500MHz带宽下不超过37nJ)，但可以通过将能量集中在更短的时间内发射出去来提高发射信号的瞬时功率，从而增大UWB信号的覆盖范围和提高接收端接收信号的信噪比。基于此，在部分需要增大发射功率的场景下，一种UWB信号的传输方法如图6所示，图6是本申请实施例提供的UWB信号分段传输的示意图。如图6所示，发射端将要发射的UWB信号拆分为多个分段(fragment)，每一个UWB分段(UWB fragment)信号的时间长度小于1毫秒，每个毫秒内只发送其中一个UWB分段。对应于UWB信号的分段传输，UWB分段信号的帧格式可以只包含帧同步(synchronization，SYNC)字段，可选的包括帧开始分隔符(start-of-frame delimiter，SFD)字段。该UWB分段信号不包含数据部分。
可理解的，分段传输可以增加UWB信号的瞬时功率，从而可以增大UWB信号的覆盖范围，提高接收端接收信号的信噪比。
本申请将采用图6所示分段传输方式的系统(如采用802.15.4ab协议传输的系统)称为多毫秒UWB系统，而未采用分段传输方式的系统(如采用802.15.4a协议和802.15.4z协议传输的系统)称为非多毫秒UWB系统或者传统UWB系统。
为便于后续描述，本申请将发射端将要发射的UWB信号称为“完整的UWB信号”，而由这个UWB信号拆分(fragment)得到的分段称为“UWB分段信号”。应理解，本申请所述的“完整的UWB信号”和“UWB分段信号”是相对而言，“UWB分段信号”理解为“完整的UWB信号”中的一个分段。当然，如果“完整的UWB信号”只拆分成一个分段，那“完整的UWB信号”和“UWB分段信号”相同。
由上述图5a的SS-TWR和图5b的DS-TWR过程可知，不同的应答者在接收到发起者广播的UWB信号后按照调度或者基于竞争的方式回复UWB信号，也就是说不同的应答者在不同的时刻发送UWB信号，那么发起者为了不错过应答者的UWB信号，需要在整个测距过程中保持开机状态以接收应答者的UWB信号，从而导致功率损耗的增加。另外，为了区分SS-TWR和DS-TWR过程中来自不同设备的UWB信号，不同设备发送的UWB信号不相同，那么发起者针对每个接收到的UWB信号都需要做相关运算，相关运算的复杂度高，功率损耗大。
在一种多设备(或多节点)同时测距的方法中，多个UWB设备使用相同的前导码序列，根据事先约定好的时间延迟，进行发射。该方法可以减少SS-TWR和DS-TWR过程中发起者保持开机状态的时间，从而减少功率损耗。参见图7，图7是本申请提供的多节点同时测距的示意图。如图7所示，有4个UWB设备进行同时测距，UWB设备1无需延迟，直接发送前导码序列；UWB设备2延迟128纳秒，然后发送前导码序列；UWB设备3延迟256纳秒，然后发送前导码序列；UWB设备4延迟374纳秒，然后发送前导码序列。在接收端，检测到信号之后，用本地的前导码序列与接收序列进行相关运算，得到相关峰从而计算距离完成测距。其中，图7中的“silence d”表示时间延迟的起点，这2个UWB设备的时间延迟起点相同。虽然此方法中不同UWB设备有不同的时间延迟，但延迟的时间在纳秒级别，相对于SS-TWR和DS-TWR过程中整个测距过程(时间长度在毫秒级别)保持开机状态，减少了SS-TWR和DS-TWR过程中发起者保持开机状态的时间，从而减少了功率损耗。此外，因为 此方法中多个UWB设备使用相同的前导码序列，所以此方法可以用一次相关运算，即可得到所有发射设备对应的相关峰，从而减少功耗。
但是，因为有时间延迟，最先到达的UWB信号很可能来自距离最远的发射设备(假设这个发射设备的时间延迟为0)，因为其距离最远，所以其信号能量最小，这就可能导致接收设备将这个UWB信号误判为噪声。也就是说，此方法中相关区间的开始时间点不容易确定。此外，考虑到不同发射设备与接收设备之间的距离差以及多径效应，不同设备之间的延迟会增大。这将导致接收端进行相关运算的时间长度增大，这是因为相关运算的窗大小不变，而信号的时间长度变长。在多毫秒UWB系统中，这种情况更加明显，因为每个UWB分段信号的时间长度很短，再加上时间延迟和多径效应的影响，相关运算时间长度增大的百分比更加明显。举例来说，假设每个UWB分段信号的时间长度是35微秒，相关运算的窗大小也为35微秒，在没有时间延迟和多径效应影响的情况下，相关运算的时间长度最大为35微秒；当时间延迟为128纳秒时，如果有100个UWB设备同时测距，相关运算的时间长度为35+12.8＝47.8微秒。同时，考虑到多径效应的延迟，128纳秒是不够的，这样相关运算的时间长度将会更长。
在下行到达时间差(down link time difference of arrival，DL-TDOA)场景中，多个锚点(Anchor)同时发送UWB信号，因为没有时间延迟，所以最先到达接收端的UWB信号来自距离最近的发射设备，所以即使距离最远的发射设备的信号能量最小，接收端也不会将其误判为噪声；并且可以减小相关运算的时间长度。在DL-TDOA场景中，发起者和应答者均为Anchor设备，可不做区分。参见图8，图8是本申请提供的多个Anchor同时发送UWB信号的示意图。如图8所示，发起者(initiator)和应答者1(responder 1)同时发送不同的前导码序列，应答者2(responder 2)和应答者3(responder 3)同时发送不同的前导码序列。标签(Tag)设备在接收到前导码序列之后，需要使用本地不同的前导码序列，与接收到的UWB信号分别做相关运算得到相关峰，从而得到距离。因此，每个Tag设备在每个时隙(slot)内需要做多次相关运算，复杂度高。
本申请实施例提供一种UWB信号的传输方法，该方法中每个设备发送的UWB信号是各个设备自己的前导码序列(即本申请中的第一序列)经过脉冲成型和调制后获得，并且每个设备的前导码序列都是基于同一个参考序列(即本申请中的第二序列)进行循环移位后获得，每个设备进行循环移位的位数基于各自的移位因子和循环移位的步长确定；所以每个设备只需要存储参考序列，通过循环移位即可产生自己的前导码序列，从而减少了存储大量序列所需要的存储空间；并且可以使得接收端针对接收到的所有UWB信号执行一次相关运算即可，无需多次相关运算，减少了接收端的相关运算次数和降低了测距过程中的功耗和复杂度。
另外，该方法可以应用于多节点(设备)同时测距场景中，此场景中，因为本申请实施例的多个设备可以同时发送UWB信号，所以一方面接收端无需在整个测距过程中保持开机状态，也就是说当设备没有传输和接收操作时，可以保持休眠以节省电能，从而减少接收端的功耗。另一方面，因为没有时间延迟，最先到达接收端的UWB信号来自距离最近的发射设备，所以即使距离最远的发射设备的信号能量最小，接收端也不会将其误判为噪声；并且可以减小相关运算的时间长度。
下面将结合更多的附图对本申请提供的技术方案进行详细说明。
为便于清楚描述本申请的技术方案，本申请通过多个实施例进行阐述，具体参见下文。本申请中，除特殊说明外，各个实施例或实现方式之间相同或相似的部分可以互相参考。在本申请中各个实施例、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例、实施方式、实施方法、或实现方法。以下所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
实施例一
本申请实施例一主要介绍测距过程中不同设备的前导码序列(即本申请中的第一序列)的生成方式。
可选的，本申请实施例提供的方法可以应用于UWB系统中所有涉及多节点同时测距的场景中，包括多毫秒UWB系统、传统UWB系统、DL-TDOA系统等。示例性的，本申请实施例提供的方法应用于一个节点与多个节点的SS-TWR场景，一个节点与多个节点的DS-TWR场景，多个节点与多个节点的SS-TWR场景，多个节点与多个节点的DS-TWR场景，或DL-TDOA场景。当本申请实施例应用于DL-TDOA场景中时，本申请实施例中的第二UWB设备为Anchor设备，第一UWB设备为Tag设备；也就是说DL-TDOA场景中存在多个Anchor设备同时向Tag设备发送UWB信号的情况。
当然，本申请实施例提供的方法也可以应用于一个节点与一个节点的测距场景中。
可选的，本申请实施例下文涉及到的序列设计主要用于前导码序列的设计中。
参见图9，图9是本申请实施例提供的UWB信号的传输方法的流程示意图。该方法中所涉及的第一UWB设备和第二UWB设备可以是前述图1或图2中任两个可以进行数据传输的设备。如图9所示，该UWB信号的传输方法包括但不限于以下步骤：
S101，第二UWB设备生成UWB信号，该UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该第二UWB设备的移位因子和循环移位的步长确定。
S102，第二UWB设备发送该UWB信号。
可选的，一个或多个第二UWB设备生成各自的UWB信号，这一个或多个第二UWB设备同时或者并行发送自己生成的UWB信号。示例性的，该UWB信号可以是一个UWB分段信号(如前述图6中的UWB分段1或UWB分段2或UWB分段3等)，或者该UWB信号是一个未经分段的信号，也就是一个完整的UWB信号。换句话说，本申请实施例中第二UWB设备传输UWB信号的方式既可以是分段传输，也可以是非分段传输，即一次传输整个UWB信号。再换句话说，本申请实施例既可以应用于多毫秒的UWB系统(如采用前述图6分段传输的系统)中，也可以应用于非多毫秒的UWB系统(如采用802.15.4a协议和802.15.4z协议传输的系统)中，还可以应用于DL-TDOA系统。可理解的，如果UWB信号的分段数为1，该UWB信号就是一个完整的UWB信号。
应理解，在多毫秒UWB系统的多节点测距过程中，无论是SS-TWR还是DS-TWR，均存在以下场景：多个发起者同时向应答者广播UWB信号；多个应答者同时向发起者回复UWB信号。举例来说，以UWB信号采用分段传输的方式为例，参见图10，图10是本申请实施例提供的多个发起者或者多个应答者同时发送UWB信号的示意图。如图10所示，X个发起者 同时广播UWB分段，Y个应答者同时回复UWB分段。当X个发起者同时广播UWB分段时，这X个发起者就是本申请实施例中的第二UWB设备，此时应答者就是本申请实施例中的第一UWB设备；当Y个应答者同时回复UWB分段时，这Y个应答者就是本申请实施例中的第二UWB设备，此时发起者就是本申请实施例中的第一UWB设备。
应理解，虽然本申请实施例是以多毫秒UWB系统的多节点测距过程为例进行说明，但本申请实施例提供的方法也适用于下行到达时间差(down link time difference of arrival，DL-TDOA)场景中。在此场景中，存在多个锚点(Anchor)设备同时向标签(Tag)设备发送UWB信号的情况。此时，Anchor设备就等价于本申请实施例中的第二UWB设备，Tag设备等价于本申请实施例中的第一UWB设备。
下面对UWB信号进行说明，为便于说明，下文不再区分UWB信号是否是UWB分段信号。
可选的，上述第二UWB设备发送的UWB信号可以是第一序列经过脉冲成型和调制(比如BPSK)后得到的。该第一序列可以是前导码序列，该第一序列可以携带于UWB信号的帧同步(synchronization，SYNC)字段中，具体携带方式参考802.15.4a或802.15.4z标准。该第一序列的元素包括1、-1或0中的至少一项，其中元素0代表没有UWB脉冲，元素1代表正的UWB脉冲，元素-1代表负的UWB脉冲。换句话说，第一序列中的元素1、-1或0，分别对应于UWB信号的正脉冲、负脉冲或无脉冲。可理解的，元素1既可以代表正脉冲，也可以代表负脉冲；相应的元素-1代表负脉冲，或者正脉冲；本申请实施例不限制元素1代表正脉冲还是负脉冲。
可选的，上述第一序列是第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据第二UWB设备自己的移位因子和循环移位的步长确定。示例性的，循环移位的位数等于移位因子和循环移位的步长之间的乘积。本申请中不同UWB设备的移位因子不相同，而不同UWB设备的循环移位的步长可以相同，也可以不相同。其中，该第二序列可以是预定义的序列。该第二序列具有良好的周期相关特性，具体体现于第二序列的自相关主瓣幅度与第二序列的自相关旁瓣幅度的比值大于或等于第一阈值。示例性的，第一阈值可以是14dB。因为第一序列是第二序列经过循环移位获得的，循环移位不改变序列的周期相关特性，所以第一序列也具有良好的周期相关特性。也就是说，第一序列的自相关主瓣幅度与第一序列的自相关旁瓣幅度的比值也大于或等于第一阈值。
本申请中的预定义和预设可以理解为定义、预先定义、存储、预存储、预协商、预配置、固化、或预烧制等。
可选的，第二UWB设备生成UWB信号之前，可以获取自己的循环移位参数，该循环移位参数用于确定第二UWB设备进行循环移位的位数。示例性的，该循环移位参数可以是循环移位的位数，或者该循环移位参数包括移位因子和循环移位的步长等。一种实现方式中，第二UWB设备可以从本地获取自己的循环移位参数。可选的，第二UWB设备还可以将自己的循环移位参数告知第一UWB设备，以便于第一UWB设备利用该循环移位参数确定接收到UWB信号的时间，其告知方式如下文实施例二所述，这里不展开说明。另一种实现方式中，第二UWB设备接收第一UWB设备发送的序列配置信息，该序列配置信息中包括一个或多个UWB设备的循环移位参数，该一个或多个UWB设备包括第二UWB设备且该一个或多个UWB设备支持同时发送UWB信号。其中，序列配置信息的具体实现方式参见下文实施例二的相关描述，这里不展开说明。
可选的，上述循环移位的步长可以根据第二序列的长度和支持同时发送UWB信号的设 备数量确定。示例性的，假设第二序列的长度表示为N，支持同时发送UWB信号的设备数量表示为M，循环移位的步长表示为Z，则循环移位的步长Z满足以下公式(2-1)：
其中，表示对x进行向下取整，下文不再赘述。
可选的，上述循环移位的步长可以根据测距范围、信道环境下的延迟、以及平均脉冲重复频率确定。示例性的，假设最大测距范围为d，光速为c，UWB信号的最大到达时间差表示为tmax，tmax满足以下公式(2-2)：
循环移位的步长表示为Z，信道环境下的延迟表示为delaychannel，平均脉冲重复频率表示为PRF，则循环移位的步长Z满足以下公式(2-3)：
Z≥(tmax+delaychannel)×PRF................................................................................................(2-3)
这里，信道环境下的延迟delaychannel主要是多径效应引起的，具体值可以参考UWB标准中对不同信道环境的定义。
在一些场景中，比如在支持同时发送UWB信号的设备数量(即M)受到限制(或约束)的场景下，可以采用上述公式(2-1)确定循环移位的步长Z。在又一些场景中，比如在测距范围(即d)受到限制(或约束)的场景下，可以采用上述公式(2-3)确定循环移位的步长Z。在又一些场景下，比如支持同时发送UWB信号的设备数量(即M)和测距范围都受到限制(或约束)的场景下，循环移位的步长Z需要同时满足上述公式(2-1)和上述公式(2-3)。
可理解的，采用上述公式(2-3)来确定循环移位的步长Z可以解决因为不同UWB发射设备与接收设备之间的距离差造成的相关峰位置的误判和模糊问题(ambiguity)。
举例来说，参见图11a和图11b，图11a和图11b是本申请实施例提供的相关峰模糊问题的示意图。其中，横坐标表示采样点，纵坐标表示相关结果。为提高显示精度，图11a和图11b都仅示出了相关运算后的部分结果，比如图11a和图11b示出了横坐标从1500个采样点到2000个采样点的相关结果。图11a和图11b中，假设有3个应答者(responder)同时发射UWB信号给发起者(initiator)，每个应答者的UWB信号中的前导码序列(即第一序列)均由第二序列进行循环移位得到，不同应答者循环移位的位数不相同。具体的，图11a和图11b假设这3个应答者的循环移位的步长均为Z，应答者1的移位因子是2，应答者2的移位因子是1，应答者3的移位因子是0；也就是说，应答者3不进行循环移位，应答者2和应答者1分别对第二序列向右循环移位Z位和2Z位。应理解，图11a和图11b仅是为说明相关峰模糊问题的简单示意，这里不对第二序列的长度和构造进行详细说明。
如图11a所示，这3个应答者与发起者的距离相同，所以这3个应答者(分别是responder1，responder 2，以及responder 3)的UWB信号同时到达发起者，此时发起者做相关运算之后可以得到3个相关峰，分别对应这3个不同的应答者。因为这3个应答者与发起者的距离相同并且应答者3不进行循环移位，应答者2和应答者1分别对第二序列向右循环移位Z位和2Z位，所以这3个相关峰之间的间隔与循环移位的步长Z相同。
如图11b所示，因为应答者1(responder 1)和应答者2(responder 2)与发起者之间的距离相同，所以应答者1(responder 1)和应答者2(responder 2)的UWB信号同时达到，而应答者3(responder 3)与发起者之间的距离相对于应答者1和应答者2与发起者之间的距离较近，所以应答者3的UWB信号会先于应答者1和应答者2的UWB信号到达。因此，如果循环移位的步长不够长，那么应答者3的相关峰可能在应答者2的相关峰之前，从而导 致无法区分应答者3和应答者2的相关峰，也就是说无法将相关峰与应答者准确对应起来。而本申请实施例考虑到此种情况，如图11b所示，本申请实施例确定的循环移位的步长Z足够长，以使应答者3的UWB信号先于应答者1和应答者2的UWB信号到达，应答者3的相关峰也不会在应答者2的相关峰之前，发起者做相关运算之后得到的3个相关峰分别对应这3个不同的应答者。其中，应答者1的相关峰和应答者2的相关峰之间的间隔与循环移位的步长相同，应答者2的相关峰和应答者3的相关峰之间的间隔缩短，对应于应答者3的UWB信号先于应答者2的UWB信号到达发起者。
所以本申请实施例在选取循环移位的步长Z时，需要选取足够大的步长，避免出现因为应答者与发起者之间距离的不同，造成的相关峰误判的情况。结合图11b来说，如果相关峰之间的间隔不够，则有可能出现应答者3对应的相关峰出现在应答者2对应的相关峰之前，从而使得发起者无法正确识别相关峰与其对应的应答者。
此外，本申请实施例在选取循环移位的步长Z时，还需要考虑UWB信号的多径效应。参见图12，图12是本申请实施例提供的存在多径效应时相关峰的示意图。其中，横轴表示采样点，纵轴表示相关结果。为提高显示精度，图12仅示出了相关运算后的部分结果，比如图12示出了横坐标从1500个采样点到2000个采样点的相关结果。如图12所示，在非理想状态下，UWB信号的首径(earliestpath)之后会存在若干个折射径(reflectedpath)。本申请实施例中的相关峰通常是指首径的相关峰。结合图12来说，如果从左到右第二个相关峰(如图12中的第4个峰值)对应的应答者距离发起者较远，该应答者的UWB信号到达发起者时的能量较小，此时相关运算后得到的第二个相关峰的能量就较小，该第二个相关峰可能被误判为第一个首径的折射径。所以，在选取循环移位的步长Z时需要留有余量，保证首径之间的相关峰间隔足够大，使得折射径不会对首径的判断产生干扰。
可理解的，本申请实施例通过调整支持同时发送UWB信号的设备数量M，测距范围d和多径效应之间的折衷，可以解决测距过程中的模糊(ambiguity)问题，减少相关峰位置误判的情况。
可选的，虽然本申请实施例中多个第二UWB设备可以同时或并行发送UWB信号，并且每个第二UWB设备都可以对第二序列进行循环移位获得自己的前导码序列(即第一序列)，但是，为了区分不同UWB设备发送的UWB信号，支持同时发送UWB信号的设备数量M不能无限大。因此，在已知上述第二序列的长度为N的情况下，循环移位的步长Z、支持同时发送UWB信号的设备数量M、以及N满足以下关系：
本申请实施例中，因为不同UWB设备可以对同一序列(即第二序列)进行循环移位获得自己的前导码序列(即第一序列)，所以每个UWB设备只需要存储第二序列，通过循环移位即可产生自己的前导码序列，减少了存储大量序列所需要的存储空间。
S103，第一UWB设备接收一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号。
S104，第一UWB设备根据该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和该第二序列确定接收到该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
可选的，第一UWB设备接收一个或多个第二UWB设备同时发送的UWB信号，并可以利用自己本地存储的第二序列与接收到的UWB信号(这里可能有多个UWB信号)进行相关运算，获得一个或多个相关峰的位置。可理解的，相关运算后得到的相关峰个数与同时发 送UWB信号的设备数量(也就是接收到的UWB信号个数)相等。也就是说，这一个或多个相关峰对应这一个或多个第二UWB设备，其中一个相关峰对应一个第二UWB设备。第一UWB设备再可以获取这一个或多个第二UWB设备的循环移位参数(包括循环移位的位数，或者包括移位因子和循环移位的步长)，再根据这一个或多个相关峰的位置和每个第二UWB设备的循环移位的位数，确定每个第二UWB设备发送的UWB信号的到达时间。
举例来说，假设第二序列的长度为1893，结合图11a，应答者2的相关峰的横坐标在1823个采样点处，该例中应答者2的第一序列是第二序列向右循环移位了100位，那么在应答者2不进行循环移位的情况下，应答者2发送的UWB信号的相关峰应该在1923(1823+100)个采样点处；假设采样率是256MHz，那么每个采样点的时间间隔是1/256M秒。而理论上在收发双方完全同步的情况下，峰值应该出现在1893个采样点处(因为第二序列的长度为1893)，所以应答者2发送的UWB信号的到达时间等于(1923-1893)*(1/256M)秒。可理解的，如果应答者2的第一序列是第二序列向左循环移位了100位，则应答者2发送的UWB信号经过相关运算得到的相关峰在2023个采样点处，此时在应答者2没有循环移位的情况下，应答者2发送的UWB信号的相关峰应该在1923(2023-100)个采样点处，而理论上在收发双方完全同步的情况下，峰值应该出现在1893个采样点处(因为第二序列的长度为1893)，即应答者2发送的UWB信号的到达时间等于(1923-1893)*(1/256M)秒。
其中，相关运算的具体实现可参考现有技术，本申请实施例不详细说明。应理解，相关运算的对象可以是信号，也可以是序列。也就是说，第一UWB设备利用自己本地存储的第二序列与接收到的UWB信号进行相关运算，具体为：第一UWB设备利用自己本地存储的第二序列与接收到的UWB信号经过解调和/或解码后得到的序列进行相关运算；或者，第一UWB设备对自己本地存储的第二序列进行脉冲成型和调制后生成信号，再将生成的信号与接收到的UWB信号进行相关运算。
可选的，第一UWB设备获取一个或多个第二UWB设备的循环移位参数的方式有两种。一种实现方式中，这一个或多个第二UWB设备的循环移位参数是第一UWB设备配置的，第一UWB设备可以从本地获取这一个或多个第二UWB设备的循环移位参数。其中，第一UWB设备为这一个或多个第二UWB设备配置循环移位参数的方式，参见下文实施例二的相关描述，这里不展开说明。另一种实现方式中，第一UWB设备接收某个第二UWB设备发送的序列配置信息，该序列配置信息中包括这一个或多个第二UWB设备的循环移位参数。其中，序列配置信息的具体实现方式参见下文实施例二的相关描述，这里不展开说明。
本申请实施例中，因为不同UWB设备都是基于同一个序列(即第二序列)进行循环移位得到自己的前导码序列(即第二序列)，再基于各自的第二序列生成各自的UWB信号并同时发送，所以接收端针对接收到的多个UWB信号执行一次相关运算即可，无需多次相关运算，减少了相关运算次数和降低了功耗。可理解的，如果本申请实施例中的UWB信号采用分段传输的方式，那么接收端在每个1毫秒周期内，只需要进行一次相关运算，降低了复杂度。
另外，本申请实施例中多个UWB设备同时发送UWB信号，所以接收端无需在整个测距过程中保持开机状态，也就是说当设备没有传输和接收操作时，可以保持休眠以节省电能，从而减少接收端的功耗。
下面详细说明本申请实施例提供的第二序列(也称为基序列或参考序列)。
1、第二序列的长度
第二序列的长度小于或等于参考UWB信号所包含的最大脉冲数。可选的，第二序列的长度可以尽量接近参考UWB信号所包含的最大脉冲数。可理解的，由上述公式(2-4)可知，第二序列的长度N越大，支持同时发送UWB信号的设备数量越多；所以本申请实施例通过约束第二序列的长度N小于但尽量接近参考UWB信号所包含的最大脉冲数，可以增加支持同时发送UWB信号的设备数量，提高相关性能。
示例性的，上述参考UWB信号所包含的最大脉冲数等于该参考UWB信号的持续时长与平均脉冲重复频率之间的乘积。示例性的，该参考UWB信号可以是一个UWB分段信号。可理解的，如果参考UWB信号是一个UWB分段信号，则前述第二UWB设备生成的UWB信号也是一个UWB分段信号。反之，如果参考UWB信号是一个完整的UWB信号，前述第二UWB设备生成的UWB信号也是一个完整的UWB信号。当参考UWB信号是一个UWB分段信号时，该参考UWB信号的持续时长等于完整UWB信号的总持续时长除以分段数的值。可理解的，当分段数为1时，该参考UWB信号就是完整的UWB信号。
如下述表1所示，是每个UWB分段信号所包含的最大脉冲数的一种可能配置，当然，还可以有其他配置，这里不一一列举。其中，表1中的符号“/”表示“或者”的含义。如表1所示，不同的配置有不同的UWB信号分段数，这导致不同的分段持续时长。
表1
其中，表1中总持续时长是指一个完整UWB信号的总持续时长，总持续时长1000微秒的配置是基于802.15.4z标准举例来说的，该总持续时长可以调整。UWB信号分段数一般为2的指数，该配置也可以调整。每段UWB信号的持续时长等于总持续时长除以UWB信号分段数的值。平均脉冲重复频率的设置，参考802.15.4a和802.15.4z协议、或者802.15.4ab协议，该配置可以调整。每段UWB信号所包含的最大脉冲数等于每段UWB信号的持续时长与平均脉冲重复频率的乘积。所以，当总持续时长、UWB信号分段数、平均脉冲重复频率中的一项或多项发生变化时，每段UWB信号所包含的最大脉冲数也相应变化。总脉冲数等于每段UWB信号所包含的最大脉冲数与UWB信号分段数的乘积。
应理解，表1中各参数的值仅是示例，实际应用中，各参数满足上一段描述的关系即可。
还应理解，上述参考UWB信号所包含的最大脉冲数等价于表1中每段UWB信号所包含的最大脉冲数。
2、第二序列的周期相关特性
第二序列的自相关、互相关特性良好，并且第二序列具有良好的周期相关特性。第二序列的自相关和互相关特性(或者说周期相关特征)具体表现为：第二序列的自相关主瓣幅度(或者主瓣能量)与第二序列的自相关旁瓣幅度(或者旁瓣能量)的比值大于或等于第一阈值，示例性的，第一阈值为14dB。第二序列还可以满足以下一个或多个条件：第二序列的自相关主瓣幅度(或者主瓣能量)大于或等于第二阈值，第二序列的自相关旁瓣幅度(或者旁瓣能量)小于或等于第三阈值，或第二序列的自相关主瓣幅度(或者主瓣能量)与第二序列的互相关主瓣幅度(或者主瓣能量)的比值大于或等于第四阈值。其中，第一阈值至第四阈值可以是预设的值。示例性的，第二阈值为N-200。示例性的，第三阈值为100。示例性的，第四阈值为14dB。其中，N为第二序列的长度。可选的，第二序列的自相关主瓣幅度(或者主瓣能量)也可以等于该第二序列中的非零元素个数。
应理解，第二序列的自相关指的是第二序列中的某一位与其自身在不同时间点的互相关。第二序列的互相关指的是第二序列与其他序列在不同时间点的相关程度。主瓣可以理解为自相关函数或互相关函数中的峰值，除了主瓣之外，其余的幅度都可以称为旁瓣或副瓣。例如，主瓣可以对应自相关函数或互相关函数的幅度峰值。
3、第二序列的构造方法及示例
第二序列的元素包括1、-1或0中至少一项。示例性的，第二序列的元素包括1和-1；或者第二序列的元素包括1、-1以及0。下述表2以Ipatov序列为例构造第二序列。Ipatov序列是一种三元完备序列，其长度可以表示为：
其中，q是质数的次方，k是正整数。下述表2示出了通过Ipatov序列构造满足长度要求的第二序列。
表2

可理解的，上述表2所设计的第二序列属于三元Ipatov序列，其元素包括0、1、以及-1。其中0代表没有UWB脉冲，1代表正的UWB脉冲，-1代表负的UWB脉冲。对于上述表2设计的第二序列，将其沿着某一方向(向左或者向右)进行循环移位，可以得到另一个Ipatov序列(也就是前文的第一序列)。因此，基于某一长度的第二序列，不同的UWB设备进行不同的循环移位，可以构造出该UWB设备自己的前导码序列(前文中的第一序列)。循环移位的位数根据支持同时发送UWB信号的设备数量，测距范围以及多径效应决定，具体参见前文的描述，这里不赘述。故而，接收端在接收到同时发射的UWB信号之后，只需要做一次相关运算即可获得所有发射设备的相关峰，降低了相关运算的复杂度。
还可理解的，在一些配置下，例如上述表1中的配置4和配置5，需要设计的第二序列很长。这种情况下，可以通过将较短的序列进行重复得到。例如，上述表1的配置4中需要生成小于或等于16000的第二序列(第二序列的长度尽可能接近16000)，此时可以将配置2中长度为3991的序列重复4次。这种情况下，在循环移位时，是针对长度为3991的序列进行循环移位后再重复；并且前述公式(2-1)和公式(2-4)中N的值为3991。
因为本申请实施例中的第二序列是新设计的序列，而前导码序列(即前述第一序列)又是第二序列经过循环移位后获得的，那么本申请实施例中的前导码序列也是新设计的序列。所以，对于传统的UWB设备(即802.15.4a和802.15.4z协议定义的UWB设备)来说，本申请实施例中的前导码序列不会对其产生混淆(因为传统的UWB设备不能理解本申请实施例设计的前导码序列)。
上述表2中所示的是通过Ipatov序列构造第二序列的方式。实际上，第二序列的构造方 式有很多种，此处只是举例说明。下文介绍表2中使用到的具体序列，以及几种用其他方式构造的第二序列。应理解，本文给出的序列仅是示例，任何满足前述第1点约束的序列长度和第2点约束的周期相关特性中至少一项的序列都属于本申请实施例的保护范围。
下述表3示出了上述表2涉及到的Ipatov序列。
表3












举例来说，利用Golay(格雷)序列来构造第二序列。通过长度为512、1024、2048、4096的Golay序列构造满足前述表1长度要求的第二序列。
Golay序列定义：
定义序列其中π是(1,2,3,...,m)到自身的置换，ck∈{0,1}。
当π满足以下任一条件时，即可构造Golay序列：
(1)π(1)＝1，π(2)＝2；
(2)π(1)＝m，π(2)＝m-1；
(3)π(2)＝2，π(3)＝1，π(4)＝3，c1＝0；
(4)π(2)＝m-1，π(3)＝m，π(4)＝m-2，c1＝1；
(5)π(1)＝1，π(2)＝2，π(3)＝3，c1＝1；
(6)π(1)＝m-1，π(2)＝m，π(3)＝m-2，c1＝1。
下述表4示出了不同长度的Golay序列。表4中的Golay序列，生成条件为π(1)＝1，π(2)＝2，π(3)＝3，...,π(m)＝m，ck＝0。
表4










再举例来说，利用三元完备序列(Perfect Ternary Sequence)来构造第二序列。
设α为有限域GF(qn)上的本原元，令β＝αN，q是奇素数幂，n是奇数且N＝(qn-1)/(q-1)。定义三元序列如下：
则(s0,s1,...,sN-1)是三元完备序列。其中，
基于上述方式生成的序列如下述表5所示。
表5










实施例二
本申请实施例二主要介绍如何为UWB设备配置序列相关的信息，比如不同UWB设备对于基序列(即本文中的第二序列)进行循环移位的位数等信息。
可选的，本申请实施例二可以与前述实施例一结合实施，也可以单独实施，本申请对此不作限定。当本申请实施例二与前述实施例一结合实施时，本申请实施例二中的第一节点可能是前述实施例一中的第一UWB设备，相应的，第二节点为前述实施例一中的第二UWB设备；当然本申请实施例二中的第一节点也可能是前述实施例一中的第二UWB设备，相应的，第二节点为前述实施例一中的第一UWB设备。
参见图13，图13是本申请实施例提供的UWB系统中的信息交互方法。该方法中所涉及的第一节点可以是前述图1所示通信系统中的中心控制节点(即PAN协调者)，或者是前述图2所示通信系统中的中心控制节点(即PAN协调者)或任一其他设备。而该方法中所涉及的第二节点是通信系统中除第一节点外的任一设备，且该第二节点可以与第一节点进行数据通信。
如图13所示，该UWB系统中的信息交互方法包括但不限于以下步骤：
S201，第一节点生成序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号。
S202，第一节点发送该序列配置信息。示例性的，第一节点广播该序列配置信息。
S203，第二节点接收该序列配置信息。
S204，第二节点根据该序列配置信息确定第二节点的循环移位参数。示例性的，第二节点根据接收到的该序列配置信息确定自己的循环移位的位数。
一种可能的实现方式中，上述循环移位参数包括移位因子和循环移位的步长。移位因子(记为b)和循环移位的步长(记为Z)之间的乘积等于循环移位的位数(记为L)，即L＝b*Z。其中，Z满足上述公式(2-1)或上述公式(2-3)中的至少一个。b的取值大于或等于0的整数，且b满足以下条件：
另一种可能的实现方式中，上述循环移位参数包括循环移位的位数(即L)。
又一种可能的实现方式中，上述循环移位参数包括循环移位的步长。循环移位的位数(L)可以等于UWB设备的标识(记为UWB ID)与循环移位的步长(Z)之间的乘积模N后的值，即L＝(UWB ID*Z)mod N。N表示基序列(即前文中的第二序列)的长度，mod表示取模运算。
可选的，上述序列配置信息还包括以下一项或多项：UWB信号的分段数、每段持续时长、UWB信号的总持续时长、支持同时发送UWB信号的节点(或UWB设备)的个数、或一个或多个节点的地址长度。
可选的，上述序列配置信息可以携带于测距控制消息(ranging control message，RCM)中。或者，上述序列配置信息也可以携带于其他消息中，本申请实施例对此不做限定。示例性的，可以在测距控制消息(RCM)中定义一个新的信息元素(informationelement，IE)，用于承载上述序列配置信息。为便于描述，本申请实施例将承载上述序列配置信息的信息元素称为序列配置信息元素(Sequence Configuration IE)，可理解的，承载上述序列配置信息的信 息元素还可以有其他名称，本申请实施例对此不限定。
参见图14，图14是本申请实施例提供的序列配置信息元素的帧格式示意图。如图14所示，该序列配置信息元素包括以下一项或多项：元素标识(element ID)、分段数(fragmentnumber)、分段持续时间(fragment duration)、地址大小说明符(address size specifier)、移位步长值(value of shift step size)、设备列表长度(device list length)、或序列移位参数(sequence shift parameters)。
其中，元素标识字段(如8比特，B0-B7)，用于指示序列配置信息元素的标识。分段数(fragmentnumber)字段(如3比特，B8-B10)，用于指示UWB信号的分段数，举例来说，分段数字段的取值(以二进制为例)和含义如下述表6所示。可理解的，表6仅是示例，分段数字段的取值与含义还可以有其他对应关系，本申请实施例不做限制。
表6
分段持续时间(fragment duration)字段(如2比特，B11-B12)，用于指示每个UWB分段的持续时长。举例来说，分段持续时间字段的取值(以二进制为例)和含义如下述表7所示。可理解的，表7仅是示例，分段持续时间字段的取值与含义还可以有其他对应关系，本申请实施例不做限制。
表7
序列移位参数(sequence shift parameters)字段(可变长度)，用于指示一个或多个节点(或UWB设备)的循环移位因子。sequence shift parameters字段中包括一个或多个设备地址(deviceaddress)子字段和一个或多个移位因子(shift factor)子字段。一个设备地址子字段和一个移位因子子字段联合指示一个UWB设备(或一个节点)的移位因子，其中设备地址子字段，用于指示UWB设备(或者节点)的设备地址；移位因子(shift factor)子字段，用于指示该UWB设备(或者该节点)的移位因子。
地址大小说明符(address size specifier)字段(如1比特，B13)，用于指示序列移位参数(sequence shift parameters)字段中设备地址子字段的长度，也就是说用于指示一个或多个UWB设备(或者节点)的地址长度。举例来说，当地址大小说明符字段设置为0时，指示序 列移位参数字段中设备地址子字段的长度为2字节；当地址大小说明符字段设置为1时，指示序列移位参数字段中设备地址子字段的长度为8字节。或者反之，即当地址大小说明符字段设置为1时，指示序列移位参数字段中设备地址子字段的长度为2字节；当地址大小说明符字段设置为0时，指示序列移位参数字段中设备地址子字段的长度为8字节。
移位步长值(value of shift step size)字段(如8比特，B14-B21)，用于指示循环移位的步长(Z)。其中，根据基序列(即前文中的第二序列)生成的序列(即前文第一序列，也是前导码序列)可以表示如下：
这里，A0(a)表示基序列(即前文中的第二序列)，L表示循环移位的位数，不同的L对应不同的序列。b表示移位因子。Z表示循环移位的步长，当Z的取值越大时，支持同时发送UWB信号的设备数量越少，当Z取值越小时，支持同时发送UWB信号的设备数量越多。
设备列表长度(device list length)字段(如7比特，B22-B27)，用于指示支持同时发送UWB信号的设备数量(或者节点数量)，也就是序列移位参数(sequence shift parameters)字段中包含的设备地址子字段或移位因子字字读的个数。
应理解，上述图14所示的序列配置信息元素中包含的字段/子字段的名称、长度、排列顺序等均是示例，本申请实施例对这各个字段/子字段的名称、长度、排列顺序不做限定。还应理解，任意携带上述序列配置信息的帧格式都在本申请的保护范围内。
本申请实施例通过定义一个新的信息元素为一个或多个UWB设备配置序列相关的信息，比如循环移位的位数、UWB信号的分段数、每段持续时长、支持同时发送UWB信号的UWB设备个数等，可以为多节点测距奠定基础，使不同的UWB设备有不同的循环移位位数，从而使接收端能够区分来自不同UWB设备的UWB信号。
上述内容详细阐述了本申请提供的方法，为了便于实施本申请实施例的上述方案，本申请实施例还提供了相应的装置或设备。
本申请根据上述方法实施例对UWB设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。下面将结合图15至图17详细描述本申请实施例的设备或装置。
参见图15，图15是本申请实施例提供的通信装置的一结构示意图。如图15所示，该通信装置包括收发单元10和处理单元20。
在本申请的一些实施例中，该通信装置可以是上文示出的第一UWB设备或其中的芯片。即图15所示的通信装置可以用于执行上文方法实施例中由第一UWB设备执行的步骤或功能等。
收发单元10，用于接收一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号，任一个第二UWB设备发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该任一个第二UWB设备的移位因子和该循环移位的步长确定；处理单元20，用于根据该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和该第二序列确定接收到该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
其中，关于UWB信号、第一序列、第二序列等的具体说明可以参考上文所示的方法实 施例，这里不再一一详述。
应理解，本申请实施例示出的收发单元和处理单元的具体说明仅为示例，对于收发单元和处理单元的具体功能或执行的步骤等，可以参考上述方法实施例，这里不再详述。示例性的，收发单元10可以用于执行图9所示的步骤S103；处理单元20可以用于执行图9所示的步骤S104。
复用图15，在本申请的另一些实施例中，该通信装置可以是上文示出的第二UWB设备或其中的芯片。即图15所示的通信装置可以用于执行上文方法实施例中由第二UWB设备执行的步骤或功能等。
处理单元20，用于生成UWB信号，该UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调制后获得，该第一序列为第二序列经过循环移位获得，该循环移位的位数根据该第二UWB设备的移位因子和该循环移位的步长确定。
其中，关于UWB信号、第一序列、第二序列等的具体说明可以参考上文所示的方法实施例，这里不再一一详述。
应理解，本申请实施例示出的收发单元和处理单元的具体说明仅为示例，对于收发单元和处理单元的具体功能或执行的步骤等，可以参考上述方法实施例，这里不再详述。示例性的，收发单元10可以用于执行图9所示的步骤S102；处理单元20可以用于执行图9所示的步骤S101。
复用图15，在本申请的又一些实施例中，该通信装置可以是上文示出的第一节点或其中的芯片。即图15所示的通信装置可以用于执行上文方法实施例中由第一节点执行的步骤或功能等。
处理单元20，用于生成序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号；收发单元10，用于发送该序列配置信息。
其中，关于序列配置信息的具体说明可以参考上文所示的方法实施例，这里不再一一详述。
应理解，本申请实施例示出的收发单元和处理单元的具体说明仅为示例，对于收发单元和处理单元的具体功能或执行的步骤等，可以参考上述方法实施例，这里不再详述。示例性的，收发单元10可以用于执行图13所示的步骤S202；处理单元20可以用于执行图13所示的步骤S201。
复用图15，在本申请的再又一些实施例中，该通信装置可以是上文示出的第二节点或其中的芯片。即图15所示的通信装置可以用于执行上文方法实施例中由第二节点执行的步骤或功能等。
收发单元10，用于接收该序列配置信息，该序列配置信息包括一个或多个节点的循环移位参数，该一个或多个节点包括第二节点且该一个或多个节点支持同时发送UWB信号；处理单元20，用于根据该序列配置信息确定第二节点的循环移位参数。
其中，关于序列配置信息的具体说明可以参考上文所示的方法实施例，这里不再一一详述。
应理解，本申请实施例示出的收发单元和处理单元的具体说明仅为示例，对于收发单元和处理单元的具体功能或执行的步骤等，可以参考上述方法实施例，这里不再详述。示例性的，收发单元10可以用于执行图13所示的步骤S203；处理单元20可以用于执行图13所示 的步骤S204。
以上介绍了本申请实施例的第一UWB设备和第二UWB设备，以下介绍第一UWB设备和第二UWB设备可能的产品形态。应理解，但凡具备上述图15所述的第一UWB设备的功能的任何形态的产品，或者，但凡具备上述图15所述的第二UWB设备的功能的任何形态的产品，都落入本申请实施例的保护范围。还应理解，以下介绍仅为举例，不限制本申请实施例的第一UWB设备和第二UWB设备的产品形态仅限于此。
在一种可能的实现方式中，图15所示的通信装置中，处理单元20可以是一个或多个处理器，收发单元10可以是收发器，或者收发单元10还可以是发送单元和接收单元，发送单元可以是发送器，接收单元可以是接收器，该发送单元和接收单元集成于一个器件，例如收发器。本申请实施例中，处理器和收发器可以被耦合等，对于处理器和收发器的连接方式，本申请实施例不作限定。在执行上述方法的过程中，上述方法中有关发送信息(如发送UWB信号、序列配置信息等)的过程，可以理解为由处理器输出上述信息的过程。在输出上述信息时，处理器将该上述信息输出给收发器，以便由收发器进行发射。该上述信息在由处理器输出之后，还可能需要进行其他的处理，然后才到达收发器。类似的，上述方法中有关接收信息(如接收UWB信号、序列配置信息等)的过程，可以理解为处理器接收输入的上述信息的过程。处理器接收输入的信息时，收发器接收该上述信息，并将其输入处理器。更进一步的，在收发器收到该上述信息之后，该上述信息可能需要进行其他的处理，然后才输入处理器。
参见图16，图16是本申请实施例提供的通信装置1000的结构示意图。该通信装置1000可以为第一UWB设备装置或第二UWB设备，或其中的芯片。图16仅示出了通信装置1000的主要部件。除处理器1001和收发器1002之外，所述通信装置还可以进一步包括存储器1003、以及输入输出装置(图未示意)。
处理器1001主要用于对通信协议以及通信数据进行处理，以及对整个通信装置进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据。存储器1003主要用于存储软件程序和数据。收发器1002可以包括控制电路和天线，控制电路主要用于基带信号与射频信号的转换以及对射频信号的处理。天线主要用于收发电磁波形式的射频信号。输入输出装置，例如触摸屏、显示屏，键盘等主要用于接收用户输入的数据以及对用户输出数据。
当通信装置开机后，处理器1001可以读取存储器1003中的软件程序，解释并执行软件程序的指令，处理软件程序的数据。当需要通过无线发送数据时，处理器1001对待发送的数据进行基带处理后，输出基带信号至射频电路，射频电路将基带信号进行射频处理后将射频信号通过天线以电磁波的形式向外发送。当有数据发送到通信装置时，射频电路通过天线接收到射频信号，将射频信号转换为基带信号，并将基带信号输出至处理器1001，处理器1001将基带信号转换为数据并对该数据进行处理。
在另一种实现中，所述的射频电路和天线可以独立于进行基带处理的处理器而设置，例如在分布式场景中，射频电路和天线可以与独立于通信装置，呈拉远式的布置。
其中，处理器1001、收发器1002、以及存储器1003可以通过通信总线连接。
一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例一中第一UWB设备的功能：处理器1001可以用于执行图9中的步骤S104，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图9中的步骤S103，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
另一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例一中第二UWB设备的功能：处 理器1001可以用于执行图9中的步骤S101，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图9中的步骤S102，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例二中第一节点的功能：处理器1001可以用于执行图13中的步骤S201，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图13中的步骤S202，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
另一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例二中第二节点的功能：处理器1001可以用于执行图13中的步骤S204，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图13中的步骤S203，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
在上述任一种设计中，处理器1001中可以包括用于实现接收和发送功能的收发器。例如该收发器可以是收发电路，或者是接口，或者是接口电路。用于实现接收和发送功能的收发电路、接口或接口电路可以是分开的，也可以集成在一起。上述收发电路、接口或接口电路可以用于代码/数据的读写，或者，上述收发电路、接口或接口电路可以用于信号的传输或传递。
在上述任一种设计中，处理器1001可以存有指令，该指令可为计算机程序，计算机程序在处理器1001上运行，可使得通信装置1000执行上述方法实施例中描述的方法。计算机程序可能固化在处理器1001中，该种情况下，处理器1001可能由硬件实现。
在一种实现方式中，通信装置1000可以包括电路，所述电路可以实现前述方法实施例中发送或接收或者通信的功能。本申请中描述的处理器和收发器可实现在集成电路(integrated circuit，IC)、模拟IC、无线射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)、混合信号IC、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、印刷电路板(printed circuit board，PCB)、电子设备等上。该处理器和收发器也可以用各种IC工艺技术来制造，例如互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)、N型金属氧化物半导体(nMetal-oxide-semiconductor，NMOS)、P型金属氧化物半导体(positive channel metal oxide semiconductor，PMOS)、双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。
本申请中描述的通信装置的范围并不限于此，而且通信装置的结构可以不受图16的限制。通信装置可以是独立的设备或者可以是较大设备的一部分。例如所述通信装置可以是：
(1)独立的集成电路IC，或芯片，或，芯片系统或子系统；
(2)具有一个或多个IC的集合，可选的，该IC集合也可以包括用于存储数据，计算机程序的存储部件；
(3)ASIC，例如调制解调器(Modem)；
(4)可嵌入在其他设备内的模块；
(5)接收机、终端、智能终端、蜂窝电话、无线设备、手持机、移动单元、车载设备、网络设备、云设备、人工智能设备等等；
(6)其他等等。
在另一种可能的实现方式中，图15所示的通信装置中，处理单元20可以是一个或多个逻辑电路，收发单元10可以是输入输出接口，又或者称为通信接口，或者接口电路，或接口等等。或者收发单元10还可以是发送单元和接收单元，发送单元可以是输出接口，接收单元可以是输入接口，该发送单元和接收单元集成于一个单元，例如输入输出接口。参见图17，图17是本申请实施例提供的通信装置的另一结构示意图。如图17所示，图17所示的通信装 置包括逻辑电路901和接口902。即上述处理单元20可以用逻辑电路901实现，收发单元10可以用接口902实现。其中，该逻辑电路901可以为芯片、处理电路、集成电路或片上系统(system on chip，SoC)芯片等，接口902可以为通信接口、输入输出接口、管脚等。示例性的，图17是以上述通信装置为芯片为例示出的，该芯片包括逻辑电路901和接口902。可理解，本申请实施例所示的芯片可以包括窄带芯片或超宽带芯片等，本申请实施例不作限定。窄带芯片和超宽带芯片也可以集成在一个装置或芯片上，也可以分别独立，本申请实施例不限制窄带芯片和超宽带芯片在设备中的实现方式。如上文所示的发送UWB信号的步骤可以由超宽带芯片执行，其余步骤是否由超宽带芯片执行，本申请实施例不作限定。
本申请实施例中，逻辑电路和接口还可以相互耦合。对于逻辑电路和接口的具体连接方式，本申请实施例不作限定。
示例性的，当通信装置用于执行前述实施例一中第一UWB设备执行的方法或功能或步骤时，接口902，用于输入一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号；逻辑电路901，用于根据该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和第二序列确定接收到该一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
示例性的，当通信装置用于执行前述实施例一中第二UWB设备执行的方法或功能或步骤时，逻辑电路901，用于生成UWB信号；接口902，用于输出该UWB信号。
可理解，关于UWB信号、第二序列等的具体说明可以参考上文所示的方法实施例，这里不再一一详述。
示例性的，当通信装置用于执行前述实施例二中第一节点执行的方法或功能或步骤时，逻辑电路901，用于生成序列配置信息；接口902，用于输出该序列配置信息。
示例性的，当通信装置用于执行前述实施例二中第二节点执行的方法或功能或步骤时，接口902，用于输入序列配置信息；逻辑电路901，用于根据该序列配置信息确定第二节点的循环移位参数。
可理解，关于序列配置信息等的具体说明可以参考上文所示的方法实施例，这里不再一一详述。
可理解，本申请实施例示出的通信装置可以采用硬件的形式实现本申请实施例提供的方法，也可以采用软件的形式实现本申请实施例提供的方法等，本申请实施例对此不作限定。
对于图17所示的各个实施例的具体实现方式，还可以参考上述各个实施例，这里不再详述。
本申请实施例还提供了一种无线通信系统，该无线通信系统包括第一UWB设备和第二UWB设备，该第一UWB设备和该第二UWB设备可以用于执行前述任一实施例中的方法。
此外，本申请还提供一种计算机程序，该计算机程序用于实现本申请提供的方法中由第一UWB设备执行的操作和/或处理。
本申请还提供一种计算机程序，该计算机程序用于实现本申请提供的方法中由第二UWB设备执行的操作和/或处理。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机代码，当计算机代码在计算机上运行时，使得计算机执行本申请提供的方法中由第一UWB设备执行的操作和/或处理。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机代码，当计算机代码在计算机上运行时，使得计算机执行本申请提供的方法中由第二UWB设备执 行的操作和/或处理。
本申请还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机代码或计算机程序，当该计算机代码或计算机程序在计算机上运行时，使得本申请提供的方法中由第一UWB设备执行的操作和/或处理被执行。
本申请还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机代码或计算机程序，当该计算机代码或计算机程序在计算机上运行时，使得本申请提供的方法中由第二UWB设备执行的操作和/或处理被执行。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例提供的方案的技术效果。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory,ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

  1. 一种超宽带UWB信号的传输方法，其特征在于，包括：
    第一超宽带UWB设备接收一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号，任一个第二UWB设备发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调整后获得，所述第一序列为第二序列经过循环移位获得，所述循环移位的位数根据所述任一个第二UWB设备的移位因子和所述循环移位的步长确定；
    所述第一UWB设备根据所述一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和所述第二序列确定接收到所述一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
  2. 一种超宽带UWB信号的传输方法，其特征在于，包括：
    第二超宽带UWB设备生成UWB信号，所述UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调整后获得，所述第一序列为第二序列经过循环移位获得，所述循环移位的位数根据所述第二UWB设备的移位因子和所述循环移位的步长确定；
    所述第二UWB设备发送所述UWB信号。
  3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二序列满足以下一个或多个条件：所述第二序列的自相关主瓣幅度与所述第二序列的自相关旁瓣幅度的比值大于或等于第一阈值，所述第二序列的自相关主瓣幅度大于或等于第二阈值，所述第二序列的自相关旁瓣幅度小于或等于第三阈值，或所述第二序列的自相关主瓣幅度与所述第二序列的互相关主瓣幅度的比值大于或等于第四阈值。
  4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二序列的长度小于或等于参考UWB信号所包含的最大脉冲数。
  5. 根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考UWB信号为一个UWB分段信号。
  6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二序列的元素包括1、-1或0中至少一项。
  7. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述循环移位的步长根据所述第二序列的长度和支持同时发送UWB信号的设备数量确定。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述循环移位的步长满足以下条件：
    其中，Z表示所述循环移位的步长，N表示所述第二序列的长度，M表示支持同时发送UWB信号的设备数量。
  9. 根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述循环移位的步长根据测距 范围、信道环境下的延迟、以及平均脉冲重复频率确定。
  10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述循环移位的步长满足以下条件：
    Z≥(tmax+delaychannel)×PRF；
    其中，d表示所述测距范围，c表示光速，PRF表示所述平均脉冲重复频率，delaychannel表示信道环境下的延迟。
  11. 一种通信装置，其特征在于，包括：
    收发单元，用于接收一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号，任一个第二UWB设备发送的UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调整后获得，所述第一序列为第二序列经过循环移位获得，所述循环移位的位数根据所述任一个第二UWB设备的移位因子和所述循环移位的步长确定；
    处理单元，用于根据所述一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号和所述第二序列确定接收到所述一个或多个第二UWB设备发送的UWB信号的时间。
  12. 一种通信装置，其特征在于，包括：
    处理单元，用于生成UWB信号，所述UWB信号为第一序列经过脉冲成型和调整后获得，所述第一序列为第二序列经过循环移位获得，所述循环移位的位数根据第二UWB设备的移位因子和所述循环移位的步长确定；
    收发单元，用于发送所述UWB信号。
  13. 根据权利要求11或12所述的通信装置，其特征在于，所述第二序列满足以下一个或多个条件：所述第二序列的自相关主瓣幅度与所述第二序列的自相关旁瓣幅度的比值大于或等于第一阈值，所述第二序列的自相关主瓣幅度大于或等于第二阈值，所述第二序列的自相关旁瓣幅度小于或等于第三阈值，或所述第二序列的自相关主瓣幅度与所述第二序列的互相关主瓣幅度的比值大于或等于第四阈值。
  14. 根据权利要求11-13中任一项通信装置，其特征在于，所述第二序列的长度小于或等于参考UWB信号所包含的最大脉冲数。
  15. 根据权利要求11-14中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述参考UWB信号为一个UWB分段信号。
  16. 根据权利要求12-15中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述第二序列的元素包括1、-1或0中至少一项。
  17. 根据权利要求11-16中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述循环移位的步长根据所述第二序列的长度和支持同时发送UWB信号的设备数量确定。
  18. 根据权利要求17所述的通信装置，其特征在于，所述循环移位的步长满足以下条件：
    其中，Z表示所述循环移位的步长，N表示所述第二序列的长度，M表示支持同时发送UWB信号的设备数量。
  19. 根据权利要求11-18中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述循环移位的步长根据测距范围、信道环境下的延迟、以及平均脉冲重复频率确定。
  20. 根据权利要求19所述的通信装置，其特征在于，所述循环移位的步长满足以下条件：
    Z≥(tmax+delaychannel)×PRF；
    其中，d表示所述测距范围，c表示光速，PRF表示所述平均脉冲重复频率，delaychannel表示信道环境下的延迟。
  21. 一种通信装置，其特征在于，包括处理器和存储器；
    所述存储器用于存储指令；
    所述处理器用于执行所述指令，以使权利要求1至10任一项所述的方法被执行。
  22. 一种通信装置，其特征在于，该通信装置包括逻辑电路和接口，所述逻辑电路和所述接口耦合，所述逻辑电路用于执行如权利要求1至10任一项所述的方法。
  23. 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，当所述计算机程序被执行时，权利要求1至10任一项所述的方法被执行。
  24. 一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得如权利要求1至10任一项所述的方法被执行。
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