Wifi测距的频率偏移补偿的制作方法_2

文档序号:9476626阅读:来源:国知局
地向一 个或多个其它通信设备(例如,AP 14和/或一个或多个客户端25)传送或反馈ToA时间 戳和ToD时间戳,以便促成该一个或多个其它通信设备计算与网络10中的通信单元之间的 通信对应的传播时间和/或往返时间。
[0022] 虽然在网络接口 16、27中所包括和/或被其所使用的振荡器和/或时钟可以被制 造和/或设计为以相同的标称频率进行操作,但是制造偏差和/或频率漂移可能导致网络 接口 16、27中和/或被其所使用的振荡器和/或时钟在频率上彼此有所不同。这样的频率 差异可能源自于各种因素,诸如温度差异、制造偏差、晶体缺陷等。在各个实施例中,网络接 口 16、27被配置为确定网络10内彼此进行通信的两个或更多网络设备的时钟频率之间的 差异。
[0023] 网络接口 16、27进一步被配置为对这样的时钟频率差异进行补偿以从单个通信 设备的角度提供更为准确的传播时间测量。依据各个实施例,网络接口 16、27中的一个或 多个网络接口被配置为向另一个AP 14和/或客户端25传输指示符、通知和/或标志,该 指示符、通知和/或标志指示反馈回至另一个AP 14和/或客户端25的时间戳已经被网络 接口 16、27进行了补偿。网络接口 16、27中的一个或多个网络接口被配置为(i)在并未接 收到诸如以上所描述的补偿指示的情况下对两个或更多通信设备之间的时钟频率的差异 进行补偿,以及(ii)在接收到诸如以上所描述的补偿指示的情况下不对两个或更多设备 之间的时钟频率的差异进行补偿。
[0024] 使用ToA和ToD时间戳,网络接口 16、27中的一个或多个网络接口被配置为计算 与两个或更多互相通信的设备之间的信号传输对应的传播时间。在频率补偿之后,该传播 时间实质上是基于单个设备时钟基准,并且因此与使用不同通信设备所确定的未经补偿的 时间戳计算传播时间相比,是传播时间更为准确的测量。由于信号传输的传播时间以已知 或假设的恒定值出现(即,在诸如空气的特定传播介质中的光速),所以能够容易地根据该 传播时间估计出设备之间的距离。以这种方式,本公开的各个实施例提供了互相通信的AP 14和/或客户端25之间的准确距离信息的计算。
[0025] 依据各个实施例,AP 14和/或客户端站点25 (例如,网络接口 16、27中的一个或 多个网络接口)被配置为与网络10内的诸如其它客户端25和/或AP 14的其它通信设备 共享距离信息。以这种方式,AP 14和/或客户端25获得与其它通信设备相关的准确距离 信息,这允许进行更为准确的无线测距评估。
[0026] 图2是依据本公开实施例的时序图200。时序图200图示了两个通信设备之间(例 如,在图1的AP 14与客户端25中的一个客户端之间或者在客户端25中的两个客户端之 间)的单帧交换。依据本公开的实施例,站点管理实体(SME)l、介质访问控制(MAC)子层管 理实体(MLME) 1和天线1在作为网络10的一部分的第一通信设备(例如AP 14)内实施。 例如,在一个实施例中,SME 1在主机处理器15中实施,MLME 1在MAC处理器18内实施,并 且天线1在一个实施例中对应于天线24中的一个或多个天线。另外,依据这样的实施例, SME 2、MLME 2和天线2在作为网络10的一部分的第二通信设备(例如,客户端25)内实 施。例如,在一个实施例中,SME 2在主机处理器26中实施,MLME 2在MAC处理器28中实 施,并且天线2在一个实施例中对应于天线34中的一个或多个天线。在其它实施例中,时 序图200可应用于实施本公开的各个实施例的任意适当通信设备,而并不仅局限于以上所 描述的特定设备,或者甚至被局限于作为网络10的一部分的设备。例如,在一个实施例中, SME 1在站点25-1的主机处理器26中实施,MLME 1在站点25-1的MAC处理器28中实施, 并且天线1对应于站点25-1的天线34中的一个或多个天线,并且在一个实施例中,SME 2 在站点25-2的主机处理器中实施,MLME 2在站点25-2的MAC处理器中实施,并且天线2对 应于站点25-2的天线中的一个或多个天线。
[0027] 依据本公开的实施例,第一通信设备的站点管理实体(SME) (SME 1)处理精细时 序测量请求帧202并且经由第一通信设备的MAC层管理实体(MLME) (MLME1)将其发送至第 二通信设备。例如,该精细时序测量请求帧202经由属于第一通信设备或者与第一通信设 备相耦合的对应天线(天线1)进行传送。精细时序测量请求帧202经由属于第二通信设 备或者与第二通信设备相耦合的天线(天线2)被接收,并且由第二通信设备的MLME (MLME 2)和/或第二通信设备的SME (SME 2)进行处理。当接收到精细时序测量请求帧202时,第 二通信设备通过生成确认帧(ACK 204)(例如,使用MLME 2)并且将ACK帧204经由天线2 传送回第一通信设备来作出响应。
[0028] 依据本公开的各个实施例,第一通信设备和第二通信设备实施一种或多种通信协 议,诸如IEEE 802. 11标准所管理的协议,以例如交换精细时序测量请求帧202和ACK帧 204。经常,这样的通信协议通常定义帧时序、处理时序等。依据这些实施例,第一通信设备 和第二通信设备依据相对应的协议放置与精细时序测量请求帧202和ACK帧204何时被发 送和接收所对应的时间戳。
[0029] 例如,第一通信设备在时间tl向第二通信设备发送精细时序测量请求帧202。时 间tl对应于精细时序测量请求帧202实际从天线1进行传送的时间。第一通信设备被配 置为考虑可能由基带、帧时序等之间的前端转换和/或处理所导致的本地处理延迟。处理 延迟可以由与在传送精细时序测量请求帧202之前对精细时序测量请求帧202进行处理所 需的时间相关联的处理时间206所表示。由于精细时序测量请求帧202为已知和/或标准 的长度,所以这些处理延迟一般是可预测和可重复的。作为结果,这些处理延迟可以被纳入 考虑而使得时间戳tl准确地反映经由天线1传送精细时序测量请求帧202的实际时间。
[0030] 依据本公开的实施例,第一通信设备和第二通信设备中的每一个被配置为使用各 自本地的振荡器和/或时钟来生成时间戳。虽然可以使用任意的振荡器和/或时钟来追 踪时间并生成相对应的时间戳tl,但是优选地利用高精确度的时钟来提供更为准确的时间 戳。例如,IEEE 802. 11标准针对2. 4GHz频带规定了基准时钟的频率误差最大为±25ppm。 依据本公开的实施例,IEEE 802. 11标准所规定的WiFi基准时钟被用来追踪时间并生成相 对应的时间戳。在一些实施例中,这样的时钟还在通信设备中被用来生成载波信号。因此, 在一些实施例中,第一通信设备和第二通信设备的基准时钟之间的差异在i)第一通信设 备所生成的第一载波信号的频率与ii)第二通信设备所生成的第二载波信号的频率之间 的偏移中有所反映。载波信号的频率之间的这样的偏移经常被称作载波频率偏移(CFO)。 如以下更为详细描述的,在一些实施例中,CFO由第一通信设备进行测量并且被用来调节第 一通信设备所生成的时间戳或者调节第二通信设备所生成的时间戳。
[0031] 依据本公开的各个实施例,第一通信设备和第二通信设备例如实施多于一种的无 线电接入技术(RAT),诸如蜂窝和WiFi。依据这样的实施例,时间戳使用基于蜂窝的时钟而 生成,基于蜂窝的时钟与对应于WiFi通信设备的时钟相比趋向于具有更高的准确性要求。 例如,第一通信设备和/或第二通信设备可以被实施为用户设备(UE)的一部分,用户设备 诸如被配置为根据LTE协议进行操作的智能电话。由于LTE空中接口协议针对空中接口 要求仅十亿分之(ppb)50的严格振荡器漂移规范,所以这样的时钟基准将提供准确的时间 戳。
[0032] 依据本公开的实施例,第一通信设备被配置为将时间戳tl确定为精细时序请求 202的ToD,并且第二通信设备被配置为将与精细时序测量请求帧202的接收相关联的时间 戳t2确定为精细时序请求202的ToA。第一通信设备和第二通信设备均被配置为如上所讨 论的对本地处理延迟进行补偿以确定精确的ToD tl和ToA t2。另外,依据这样的实施例, 第二通信设备生成与发送ACK帧204的时间相关联的时间戳t3 (例如,ACK 204的ToD),并 且第一通信设备确定与何时接收到ACK帧204相关联的精确时间戳t4 (例如,ACK 204的 ToA)。同样,第一通信设备和第二通信设备均被配置为如上所讨论的对处理延迟进行补偿 以确定精确的ToD t3和ToA t4。例如,第二通信设备处的处理延迟可以由与在天线2接收 到精细时序测量请求帧202之后对精细时序测量请求帧202进行处理所需的时间相关联的 处理时间210所表示。处理延迟210可以被纳入考虑而使得时间戳t2准确地反映在天线 2接收到精细时序测量请求帧202的实际时间。类似地,处理延迟在生成时间戳t3和时间 戳t4时被纳入考虑之中。
[0033] 依据本公开的实施例,第一通信设备和第二通信设备均存储其各自的ToA和ToD 时间戳。例如,第一通信设备存储时间戳tl和t4,而第二通信设备则存储时间戳t2和t3。 另外,依据这样的实施例,第一通信设备被配置为将包括时间戳tl和t4的反馈212发送回 第二通信设备。虽然图2图示了时间戳tl和t4被发送至第二通信设备,但是至少一些实 施例除此之外或可替换地包括第二通信设备将时间戳t2和t3作为反馈发送回第一通信设 备(图2中未示出)。以这种方式,根据各个实施例,第一通信设备和/或第二通信设备在 帧交换和反馈传输之后获取到所有四个时间戳tl、t2、t3和t4。
[0034] 一旦第一通信设备和/或第二通信设备获取到所有四个时间戳,就能够计算第一 通信设备和第二通信设备之间的信号传输的传播时间216。依据一个实施例,第一通信设备 和/或第二通信设备基于第一通信设备和第二通信设备之间的一半往返时间计算传播时 间216。例如,往返时间的估计根据以下等式而基于未经补偿的时间戳进行计算:
[0035] RTTest= +(t2_t3)等式 1
[0036] 以这种方式确定往返时间消除了在图2中所表示的帧交换时间段之外的而不是 在帧交换时间段期间的、在第一通信设备和第二通信设备之间的时钟不准确性。针对一些 应用而言,在帧交换期间所引入的时钟误差(例如,由于第一通信设备的时钟和第二通信 设备的时钟之间的频率差异)是可接受的。但是,在一些情形和/或实施例中,由于信号传 播时间处于纳秒的量级,所以在帧交换期间所引入的时钟误差并不是可忽略不计的,并且 没有提供充分的测量来准确地确定第一通信设备和第二通信设备之间的距离。
[0037] 因此,在本公开的各个实施例中,第一通信设备和/或第二通信设备被配置为对 第一通信设备的时钟和第
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