时序测量方法和相关设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种时序测量方法，用于电子装置的位置估计，该时序测量方法包括：发送预关联广播请求帧，以触发无线网络系统中的多个响应者开始时序测量；以及根据多个时间戳进行时序测量，以确定所述电子装置的位置，其中所述多个时间戳中的一部分从所述多个响应者获取，其中，至少一个时间戳基于从所述多个响应者中的一个响应者接收的预关联单播响应帧确定；且所述电子装置和任何响应者之间不建立实际关联。通过利用本发明，可更好地进行时序测量。
【专利说明】时序测量方法和相关设备
【技术领域】
[0001] 本发明有关于位置估计（location estimation)，且尤其有关于用于电子装置位 置估计的时序测量（timing measurement)方法和相关设备。
【背景技术】
[0002] 依据相关技术，无线网络系统中的传统电子装置可被设计为在已知无线网络系统 中三点的位置以及该电子装置到其中每一点之间的飞行（flight)时间（或者电磁波传播 时间）的情况下，确定其位置。然而，这可能会发生一些问题。举例来说，若要分别触发对 应上述三点的时序测量,需要多个请求。在另一示范例中，对应上述三点分别进行时序测量 之前，通常需要传统电子装置另外发送探测帧（probe frame)来发现无线网络系统中的同 级（peer)装置，从而造成传统电子装置功率损耗的增加。更具体地，由于在时序测量中帧 交换（exchange)的数目一般与所考虑的同级装置的数目和更新的频率成比例，在某些状 况下（如更新频率增加，以及/或者需要在无线网络系统中定位的用户数量很多），无线网 络系统的总信道容量可能并不够。因此，需要一种方法，用来改进无线网络系统中电子装置 的位置估计。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供一种时序测量方法，用于电子装置的位置估计，该时序测量 方法包括：发送预关联广播请求帧，以触发无线网络系统中的多个响应者开始时序测量； 以及根据多个时间戳进行时序测量，以确定所述电子装置的位置，其中所述多个时间戳中 的一部分从所述多个响应者获取，其中，至少一个时间戳基于从所述多个响应者中的一个 响应者接收的预关联单播响应帧确定；且所述电子装置和任何响应者之间不建立实际关 联。
[0004] 本发明另提供一种设备，用来进行时序测量以对电子装置进行位置估计，所述设 备包括所述电子装置的至少一部分，所述设备包括：收发机，用来发送或接收所述电子装 置的信息，其中所述收发机用来发送预关联广播请求帧，以触发无线网络系统中的多个响 应者开始时序测量；确定模块，耦接至所述收发机，用来确定多个时间戳；以及时序测量模 块，耦接至所述确定模块，用来根据所述多个时间戳进行时序测量，以确定电子装置的位 置，其中至少一个时间戳基于从所述多个响应者中的一个响应者接收的预关联单播响应帧 确定；且所述电子装置和任何响应者之间不建立实际关联。
[0005] 通过利用本发明，可更好地进行时序测量。
[0006] 如下详述本发明的最佳实施例。阅读完以下描述和附图后，熟习此项技艺者可轻 易理解本发明之精神。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是根据本发明第一实施例的进行时序测量以用于电子装置位置估计的设备 的示意图。
[0008] 图2是根据本发明一实施例的包括上述图1所示实施例中电子装置的无线网络系 统的示意图。
[0009] 图3是根据本发明一实施例的进行时序测量以用于电子装置位置估计的方法的 流程图。
[0010] 图4是根据本发明一实施例的与图3中所示方法有关的控制方案的示意图。
【具体实施方式】
[0011] 在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中 具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说 明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来 作为区分的准则。在通篇说明书及请求项当中所提及的"包含"或"包括"为开放式的用语， 故应解释成"包含但不限定于"。另外，"耦接"一词在此包含任何直接及间接的电气连接手 段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于 该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0012] 请参照图1，图1是根据本发明第一实施例的进行时序测量以用于电子装置位置 估计的设备100的示意图。其中，设备100可包括上述电子装置的至少一部分（如一部分 或全部）。举例来说，设备100可包括上述电子装置的一部分，更具体地，设备100可为至少 一硬件电路，如电子装置中的至少一集成电路（Integrated Circuit, 1C)。在另一示范例 中，设备100可为上述电子装置的全部。在另一示范例中，设备100可包括一系统，其中上 述系统包括上述电子装置，如可为包括上述电子装置的音频/视频系统。电子装置可如移 动电话（如多功能移动电话）、个人数位助理（Personal Digital Assistant, PDA)或个人 电脑（如笔记本电脑（laptop computer))等，但本发明并不限于此。
[0013] 如图1所示，设备100可包括收发机（transceiver) 120,用来为电子装置发送或接 收信息。收发机120可包括发送机和接收机（如无线网络通信所用的发送机和接收机）， 其中电子装置的一根或多根天线可耦接至收发机120。设备100还可包括确定模块140和 时序测量模块160。其中确定模块140可耦接至收发机120,时序测量模块可耦接至确定模 块140。在一示范例中，确定模块140用来确定时间戳（timestamp)，时序测量模块160用 来根据时间戳进行时序测量，以确定电子装置的位置。请注意，上述模块只是用于说明的目 的，并非用于限制本发明，可实现类似功能的类似模块均落入本发明的范围。另外，上述模 块可通过硬件（如处理装置）或软件（如非永久电脑可读媒介中储存，并由处理装置执行 的程序码）或韧件实现。在一实施例中，可通过处理器执行从电子装置的储存模块中检索 到的某些程序代码，来控制设备100的上述操作。其中，储存模块如硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD)或非易失性存储器（如闪存）。
[0014] 根据本实施例，设备100可通过利用收发机120发送预关联广播请求帧 (pre-association broadcast request frame),以触发无线网络系统中的某些同级装 置开始时序测量。作为对预关联广播请求帧的响应，同级装置可分别将预关联单播响应 中贞（pre-association uni-cast response frame)发送给电子装置，则上述时序测量可 立即进行。因此，电子装置可被视为发起者（initiator)，而同级装置可被视为响应者 (responder)。更具体地，发起者可采用预关联广播（或多播）请求帧（如探测请求帧或通 用广告服务（Generic Advertisement Service, GAS)请求巾贞）作为时序测量请求，要求多 个响应者直接进行时序测量操作，如测量电子装置和每个已知位置的响应者之间的飞行时 间（或电磁波传播时间）的某些交互操作。举例来说，每个响应者可发送预关联单播响应 帧（如探测响应帧或GAS响应帧）作为时序测量帧。至于如何在已知无线网络系统中三点 的位置和电子装置到其中每一点之间的飞行时间（或电磁波传播时间）的情况下确定电 子装置的位置，请在有需要时参照电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers, ΙΕΕΕ)802· 11 标准（如"IEEE802. 11-2012"标准）获取更多信息。
[0015] 与相关技术相比，采用预关联广播请求帧同时触发多个响应者开始时序测量 时，多个同级装置的交换帧的总数目可显著减少。如此一来，就不再需要在时序测量报 告反馈之前，进行相关技术的点对点（peer-to-peer) ΙΕΕΕ802. llv时序测量巾贞信号交换 (handshaking)。此外，由于所有所需的信息均可在预关联广播请求帧所触发的时序测量进 程之中（或之前）获取，相关技术中额外的探索阶段和信息查询阶段所耗费的时间和功率 均可得以节省。举例来说，三点的位置可由上述预关联单播响应帧携带，因此可在预关联广 播请求帧发送之后，随即被发送至电子装置。在另一示范例中，三点的位置可提前从因特网 (Internet)或无线网络系统的其他地方检索得到，而不是由响应者在时序测量期间发送。
[0016] 图2是根据本发明一实施例的包括上述图1所示实施例中电子装置的无线网络 系统200的示意图，其中无线网络系统200可作为图1中所示实施例中的无线网络系统的 示范例。如图2所示，本实施例中的电子装置（图2中标示为"STA"，其中"STA"代表"站 台（station)"）可能会由于携带其的用户四处走动而从一点移动到另一点。举例来说，携 带电子装置的用户可能会走到区域205-1的中间，设备100可控制电子装置发送单个请求 (广播或多播，图2中标示为"请求"），以开始进行时序测量，用于对应区域205-1中间位 置的位置估计，随后无线网络系统200中的一些同级装置（图2中标示为"AP"，其中"AP" 代表"接入点"）在被触发后分别发送响应（图2中标示为"响应"）至电子装置。其中，区 域205-1中请求和响应上标示的符号"1"和"2"表示请求先发出，而响应后发出。类似地， 携带电子装置的用户可能走到区域205-2的中间，设备100可控制电子装置发送单个请求 (广播或多播）以开始进行时序测量，用于对应区域205-2中间位置的位置估计，从而更新 电子装置的位置。类似地，携带电子装置的用户可能走到区域205-3的中间，设备100可控 制电子装置发送单个请求（广播或多播）以开始进行时序测量，用于对应区域205-3中间 位置的位置估计，从而更新电子装置的位置。
[0017] 图3是根据本发明一实施例的进行时序测量以用于电子装置位置估计的方法300 的流程图。图3中所示的方法300可用于图1中所示的设备100 (尤其是可用于图2所示 实施例中的电子装置STA)，并可由处理器执行，如通过处理器中储存的程序码执行。本方法 描述如下：
[0018] 在步骤310中，设备100通过收发机120发送如上所述的预关联广播请求帧，以触 发无线网络系统（如无线网络系统200)中的多个响应者开始时序测量。举例来说，预关联 广播请求帧可为探测请求帧。在另一示范例中，预关联广播请求帧可为GAS请求帧。在另 一示范例中，预关联广播请求帧也可为预关联多播请求帧。
[0019] 在步骤320中，设备100根据多个时间戳进行时序测量，以确定电子装置的位置， 其中上述多个时间戳中的一部分可从响应者获取，而另一部分可由电子装置确定。举例来 说，在多个时间戳中，至少一个时间戳可基于从其中一个响应者所接收的预关联单播响应 帧（如图1所示实施例中所述的预关联单播响应帧）确定。更具体地，电子装置和任何响 应者均未建立实际关联。
[0020] 根据本实施例，对于响应者中的一个特定响应者（如上述响应者之一）来说，多个 时间戳中的第一时间戳tl和第二时间戳t2分别对应从上述特定响应者接收的预关联单播 响应巾贞的离开（响应者的）时间（Time of Departure, ToD)和到达（电子装置的）时间 (Time of Arrival，ToA)，而多个时间戳中的第三时间戳t3和第四时间戳t4分别对应确认 (acknowledgement, ACK)巾贞的ToD和ToA，其中上述确认巾贞对应预关联单播响应巾贞，由电子 装置发送至特定响应者。举例来说，当预关联广播请求帧为探测请求帧时，预关联单播响应 帧也可为探测响应帧。在另一示范例中，当预关联广播请求帧为GAS请求帧时，预关联单播 响应帧也可为GAS响应帧。
[0021] 更具体地，上述特定响应者可代表响应者的至少一部分（如一部分或全部）中的 每个响应者。举例来说，特定响应者可代表一部分响应者中的每个响应者。请注意，这只是 为了举例说明，并无意图限制本发明。在另一示范例中，特定响应者可代表每个响应者。
[0022] 根据本发明的某些实施例，如图3所示实施例的某些变形例，在可能需要更新电 子装置的位置时，方法300的整个工作流程可重复进行。举例来说，在步骤320的操作完成 后，可再次进入步骤310,以更新电子装置的位置。
[0023] 图4是根据本发明一实施例的与图3中所示方法300有关的控制方案的示意图。 其中，电子装置（为了更好地理解，图4中标示为"发起者"）可在设备100的控制下进行操 作。对于如上所述的特定响应者来说，时间戳{tl，t2, t3, t4}可与图3中所示实施例中的 时间戳tl-t4相同，而另一组时间戳{tl'，t2'，t3'，t4' }可代表对应步骤310中所提到 的多个响应者中的另一响应者的有关时间戳。更具体地，另一响应者可为步骤310中提到 的任何其他响应者，即除上述特定响应者之外的步骤310中提到的任何响应者。
[0024] 如图4所示，发起者（即本实施例中的电子装置，更具体而言为设备100)采用单 个请求帧触发多个响应者开始时序测量，其中单个请求帧可为广播请求帧或多播请求帧， 如上述的预关联广播请求帧（如探测请求帧或GAS请求帧）等。响应者的时序测量相关操 作由同一请求帧触发，更具体地，可同时被触发。举例来说，特定响应者可将图4中所示的 单播响应帧之一（如在时间戳tl发送的预关联单播响应帧）发送给发起者。接下来，发起 者（电子装置，本实施例中设备100,更具体地，为收发机120)可将对应的确认帧（为简单 起见，图4标示为"ACK"）发送给特定响应者。由于时间戳tl和t4可由特定响应者获取 (或抓取），而时间戳t2和t3可由发起者获取（或抓取），特定响应者可将时序测量报告发 送给发起者，其中时序测量报告可携带时间戳tl和t4,通过单播报告帧发送。而发起者可 发送另一确认帧（为简单起见，图4标示为"ACK")，以确认接收到上述时序测量报告。因此， 发起者（电子装置，本实施例中的设备100,更具体地，为时序测量模块160)可基于以下等 式确定或估计与发送时序测量报告的特定响应者有关的飞行时间（Time of Flight，ToF):
[0025] ToF=((t4-tl) - (t3-t2))/2;
[0026] 其中，发起者和特定响应者之间的距离可被确定或估计为（c*T〇F)，符号"c"代表 光在真空中的速度。也就是说，发起者（电子装置，本实施例中的设备100,更具体地，为时 序测量模块160)可基于以下等式确定或估计发起者和特定响应者之间的距离：
[0027] D=(c*ToF)=c*((t4_tl) - (t3_t2))/2;
[0028] 其中，符号"D"表示发起者和特定响应者之间的距离。如此一来，电子装置和特定 响应者之间的距离D即可被用来确定电子装置的位置。
[0029] 请注意，类似的操作可应用于发起者和另一响应者之间的交互，更具体地，另一响 应者可为步骤310中提到的任何其他响应者，即除上述特定响应者之外的步骤310中提到 的任何响应者。在另一示范例中，其他响应者可将图4中所示的单播响应巾贞中的另一个单 播响应帧发送给发起者，如在时间戳tl'发送的预关联单播响应帧。接下来，发起者（电子 装置，本实施例中的设备100,更具体地，为收发机120)可将对应的确认帧（为简单起见，图 4标示为"ACK"）发送给另一响应者。由于时间戳tl'和t4'可由另一响应者获取（或抓 取），而时间戳t2'和t3'可由发起者获取（或抓取），另一响应者可将时序测量报告发送 给发起者，其中时序测量报告可携带时间戳tl'和t4'，通过单播报告帧发送。而发起者可 发送另一确认帧（为简单起见，图4标示为"ACK"），以确认接收到上述时序测量报告。因 此，发起者（电子装置，本实施例中的设备100,更具体地，为时序测量模块160)可基于以下 等式确定或估计与发送时序测量报告的另一响应者有关的飞行时间（为避免混淆，标示为 ToF，）：
[0030] ToF，=((t4, -tl，）- (t3, _t2,））/2;
[0031] 其中，发起者和另一响应者之间的距离可被确定或估计为（c*T〇F'），符号"c"代 表光在真空中的速度。也就是说，发起者（电子装置，本实施例中的设备100,更具体地，为 时序测量模块160)可基于以下等式确定或估计发起者和另一响应者之间的距离：
[0032] D，=(c*ToF，）=c*((t4, -tl，）- (t3, _t2,））/2;
[0033] 其中，符号"D'"表示发起者和另一响应者之间的距离。如此一来，电子装置和另 一响应者之间的距离D'即可被用来确定电子装置的位置。
[0034] 一般来说，上述等式可统一表示为：
[0035] ToF(n) = ((t4(n)-tl (n)) - (t3(n)-t2(n)))/2;以及
[0036] D (η) = (c*ToF (η)) =c* ((t4 (n) _tl (η)) - (t3 (n) _t2 (η)))/2;
[0037] 其中，索引n对应多个响应者中被考虑的响应者，如响应者R(n)(如上述的特定响 应者或其他响应者）。因此，发起者和响应者R(n)可抓取四个时间戳，包括发送响应帧和对 应的ACK帧各自的ToD和ToA。其中，响应者R(n)采用单播报告帧，以将其本地抓取的时 间戳提供给发起者。如此一来，发起者可利用多个时间戳确定或估计与上述多个响应者有 关的飞行时间集合{ToF(η)}。此外，发起者可进一步确定或估计发起者和各响应者{R(n)} 之间的距离集合{D(n)}，以确定发起者的位置，即步骤320中提到的位置。请注意，若已知 点已经足以计算电子装置的位置，则发起者可利用终止（terminate)帧来取消测量进程， 其中上述终止帧是广播或多播帧。
[0038] 基于图3所示的方法300,更具体地，基于图4所示的控制方案，设备100可根据多 个时间戳进行上述时序测量，而不需要首先在发起者（即电子装置）和任何响应者{R(η)} 之间建立关联。举例来说，设备100可根据多个时间戳进行上述时序测量，而不需要在发起 者（即电子装置）和任何响应者{R(n)}之间提前建立关联。与相关技术相比，采用上述实 施例的无线网络系统中帧交换的数目可有效减少。
[0039] 通过利用本发明，可更好地进行时序测量。本发明的优势之一在于仅利用一个请 求（更具体地，是从电子装置发送至多个同级装置的一个请求）即可立即开始进行时序测 量，以用于位置估计。此外，与相关技术相比，无线网络系统中帧交换的数目可有效减少。如 此一来，可降低功率损耗，也可防止无线网络系统中总信道容量不够的问题。
[0040] 虽然本发明已就较佳实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明。本发明所属技 术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因 此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定为准。
【权利要求】
1. 一种时序测量方法，用于电子装置的位置估计，该时序测量方法包括： 发送预关联广播请求帧，以触发无线网络系统中的多个响应者开始时序测量；以及 根据多个时间戳进行时序测量，以确定所述电子装置的位置，其中所述多个时间戳中 的一部分从所述多个响应者获取， 其中，至少一个时间戳基于从所述多个响应者中的一个响应者接收的预关联单播响应 帧确定；且所述电子装置和任何响应者之间不建立实际关联。
2. 如权利要求1所述的时序测量方法，其特征在于，所述多个时间戳中的一部分由所 述电子装置确定。
3. 如权利要求1所述的时序测量方法，其特征在于，对于所述多个响应者中的特定响 应者来说，所述多个时间戳中的第一时间戳和第二时间戳分别对应从所述特定响应者接收 的预关联单播响应帧的离开时间和到达时间，所述多个时间戳中的第三时间戳和第四时间 戳分别对应确认帧的离开时间和到达时间，其中所述确认帧与所述从所述特定响应者接收 的预关联单播响应帧相对应，由所述电子装置发送至所述特定响应者。
4. 如权利要求3所述的时序测量方法，其特征在于，其中根据多个时间戳进行时序测 量，以确定所述装置的位置的步骤进一步包括： 基于以下等式确定与所述特定响应者有关的飞行时间：T〇F=((t4-tl) - (t3-t2))/2 ; 其中，ToF代表飞行时间，tl、t2、t3和t4分别代表所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述 第三时间戳和所述第四时间戳。
5. 如权利要求4所述的时序测量方法，其特征在于，其中根据多个时间戳进行时序测 量，以确定所述电子装置的位置的步骤进一步包括： 基于以下等式确定所述电子装置与所述特定响应者之间的距离：D=(c*T〇F);其中，D 代表所述电子装置与所述特定响应者之间的所述距离，c代表光在真空中的速度；以及 所述电子装置和所述特定响应者之间的所述距离用来确定所述电子装置的所述位置。
6. 如权利要求1所述的时序测量方法，其特征在于，所述预关联广播请求帧为探测请 求帧，且所述预关联单播响应帧为探测响应帧；或者所述预关联广播请求帧为通用广告服 务请求帧，且所述预关联单播响应帧为通用广告服务响应帧。
7. 如权利要求1所述的时序测量方法，其特征在于，用预关联多播请求帧代替所述预 关联广播请求帧。
8. -种设备，用来进行时序测量以对电子装置进行位置估计，所述设备包括所述电子 装置的至少一部分，所述设备包括： 收发机，用来发送或接收所述电子装置的信息，其中所述收发机用来发送预关联广播 请求帧，以触发无线网络系统中的多个响应者开始时序测量； 确定模块，耦接至所述收发机，用来确定多个时间戳；以及 时序测量模块，耦接至所述确定模块，用来根据所述多个时间戳进行时序测量，以确定 电子装置的位置， 其中至少一个时间戳基于从所述多个响应者中的一个响应者接收的预关联单播响应 帧确定；且所述电子装置和任何响应者之间不建立实际关联。
9. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个时间戳中的一部分由所述电子装 置确定。
10. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，对于所述多个响应者中的特定响应者来 说，所述多个时间戳中的第一时间戳和第二时间戳分别对应从所述特定响应者接收的预关 联单播响应帧的离开时间和到达时间，所述多个时间戳中的第三时间戳和第四时间戳分别 对应确认帧的离开时间和到达时间，其中所述确认帧与所述从所述特定响应者接收的预关 联单播响应帧相对应，由所述电子装置发送至所述特定响应者。
11. 如权利要求10所述的设备，其特征在于，其中所述时序测量模块基于以下等式确 定与所述特定响应者有关的飞行时间：T〇F=((t4-tl) - (t3-t2))/2 ;其中，ToF代表飞行时 间，tl、t2、t3和t4分别代表所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳和所述第 四时间戳。
12. 如权利要求11所述的设备，其特征在于，其中所述时序测量模块基于以下等式确 定所述电子装置与所述特定响应者之间的距离：D=(c*T 〇F);其中，D代表所述电子装置与 所述特定响应者之间的所述距离，c代表光在真空中的速度；以及 所述电子装置和所述特定响应者之间的所述距离用来确定所述电子装置的所述位置。
13. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述预关联广播请求帧为探测请求帧，且 所述预关联单播响应帧为探测响应帧；或者所述预关联广播请求帧为通用广告服务请求 帧，且所述预关联单播响应帧为通用广告服务响应帧。
14. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，用预关联多播请求帧代替所述预关联广播 请求帧。
【文档编号】H04W24/08GK104113824SQ201410146199
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2013年4月18日
【发明者】许财源, 苏世昌 申请人:联发科技股份有限公司