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技術 2つの無線通信装置間の距離を測定する方法およびその方法を実施するように適合された装置

出願人 オランジュ
発明者 ミスコパン、ブノワシュウェラー、ジャンウヴヌ、フレデリック
出願日 2005年12月23日 (15年0ヶ月経過) 出願番号 2007-548865
公開日 2008年7月24日 (12年5ヶ月経過) 公開番号 2008-527769
状態 特許登録済
技術分野 移動無線通信システム 伝送一般の監視、試験 レーダ方式及びその細部
主要キーワード クロノメータ 交換遅延 中間遅延 隔離距離 一般部分 範囲限界 電子ラベル 時間座標
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題・解決手段

本発明は、2つの無線通信装置(1、2)の間の距離を測定する方法に関し、無線信号交換遅延を測定することにある。本発明によれば、各信号の伝搬時間は交換遅延から計算され、続いて、2つの装置の間で伝送される単一のチャネル測定フレーム分析を使用して補正される。補正された伝搬時間は、無線信号がたどる最短伝搬経路に対応する。無線伝送媒体の構成の大部分では、補正された伝搬時間は、2つの装置(1、2)を隔てる距離の直線上の測定値である。

概要

背景

無線通信装置の位置を知ることは、しばしば有用である。具体的には、状況情報、すなわち、装置のユーザの位置に依存する関連情報、を伝送する必要がある場合がそうである。また、移動無線通信装置が、メッシュネットワーク、またはモバイル装置の位置に基づく経路指定アルゴリズムを使用する「アドホックネットワークリンクされる場合もそうである。用語「アドホック」ネットワークは、後者に対する変化を自律的に、すなわち外部の介入なしに認識することができる伝送ネットワークを意味するために使用される。個々の電子ラベルを有するモバイル装置の位置を決定するために使用される、または、決められた場所でモバイル装置の所有者を案内するために使用される無線ネットワークが、本発明を適用することができる用途の他の例である。

無線通信装置の位置を決定することを可能にするいくつかの方法はすでに存在する。これらの方法の中で、三角測量ベースの方法は、その位置がリストに記載されて記憶されている基準無線局マップを必要とする。他の方法は、無線信号受信強度を測定することに基づくが、較正された無線伝送強度のスケール実装する必要がある。そのため、このような方法は、複雑な、記憶、測定、および/または制御の手段を必要とする。

2つの無線通信装置間で伝送される無線信号についての伝搬時間を決定することにより、前記2つの無線通信装置間の距離を推定する方法も知られている。このような時間は伝搬時間と呼ばれ、以下のように決定される。
−第1の装置が、距離測定を要求する無線信号を送信し、同時に、装置内部のクロノメータトリガする。
−第2の装置が、要求信号を受信し、両方の装置に知られている中間時点の後、肯定応答無線信号を第1の装置に送る。そして、
−第1の装置は、その肯定応答信号を受信すると、クロノメータを停止させる。

次いで、クロック動作時間から中間遅延を差し引くことにより、また、得られた残り時間を無線信号の伝搬速度の2倍で除算することにより、2つの装置間の距離が推定される。2つの装置が互いに遠く離れているとき、またそれらの装置間で無線信号が一直線に伝搬させられるとき、距離を推定するこのような方法は比較的正確である。しかし、2つの装置がかなり接近しているとき、適切に得られる距離推定値の精度は、第2の装置による要求の受信と前記装置による肯定応答信号の送信との間の中間遅延に関係した不確実性に強く影響される。

さらに、2つの装置の間にいくつかの伝搬経路があるとき、すなわち空間ダイバーシチの場合、推定される距離は、一直線上で測定される2つの装置間の距離に必ずしも対応するわけではない。それはほとんどの場合、伝送された各無線信号のエネルギーの主要部分がたどる伝搬経路に対応する。各無線信号のエネルギーの大部分が2つの装置間での少なくとも1回の反射の影響を受けるとき、得られる距離の推定値の結果は、一直線上で測定される2つの装置間の距離の真の値よりもはるかに大きくなりうる。

2つの装置を隔てる直線距離の推定値を得るためには、無線信号の伝搬時間を測定するために伝送される要求信号および肯定応答信号のそれぞれについて、チャネル測定フレームが使用される。このようなチャネル測定フレームはよく知られている。それらの構成により、別々の伝搬経路をたどる無線信号の伝搬時間の間の差を測定することができる。また、それらの構成により、無線信号のエネルギーの一部分が送信装置からたどる伝搬経路のうちの最短経路を検出することもできる。そして、2つの装置間の最短の伝搬経路に対応する、要求信号および肯定応答信号の伝搬時間によって、距離が推定される。ほとんどの伝搬媒体の構成では、得られる結果は、一直線上での距離の測定値に対応する。関連する通信について各装置内で発生する後続のすべての事象は、2つの無線装置間の最短伝搬時間に関連して識別される。

ところで、通信フレームと比較して、チャネル測定フレームは特に長い。したがって、前述のチャネル測定フレームの交換に基づく距離測定法では、以下の欠点がある。
−合計で2つのチャネル測定フレームが送信され、このことは、無線通信装置内で消費される大量のエネルギーにつながる。このようなエネルギー消費は、自律的にエネルギー供給を行うモバイル装置の場合には不利である。
−各チャネル測定フレームは、前記フレームを構成し送出するのに、かなり長い時間を必要とする。このようなフレームを意図する装置が使用可能ではない場合、送信装置内で消費されるエネルギー、および、フレームを送信するために使用される無線資源が失われる。
要求フレームの受信と肯定応答フレームの送信との間の中間遅延は、肯定応答信号のために使用されるチャネル測定フレームを構成するための時間よりも長くなければならない。そのため中間遅延は長く、それにより、2つの装置のうちの少なくとも1つの装置の内部クロックドリフトしやすいとき、2つの装置間の距離の推定値は不正確になる。この不正確さにより、互いに近接する2つの無線装置についての伝搬時間の推定値に、重大な誤りが生じることがある。
−フレームの伝搬時間を測定できるようにするために、要求フレームを受信する端末は、肯定応答フレームを送信するために、中間遅延が終了すると、無線資源を一方的に使用する。前記中間遅延の後、ナノ秒オーダ最大遅延があると、このような無線資源の先取りが生じる必要がある。このために、肯定応答フレームを送信する装置を使用する他の通信は、必要に応じて割り込まれなければならない。結果として、肯定応答フレームが長いとき、中断はますます大きくなる。
−最後に、各装置によって受信され、最短の伝搬経路をたどる無線信号に従って、通信は継続される。これらの信号は、他の伝搬経路を介して伝送される信号のエネルギーよりもはるかに弱い受信エネルギーに対応することができる。そして、通信の信頼性レベルは、より大きいエネルギーで受信される無線信号を使用することによってもたらされることになる信頼性レベルよりも低い。

各無線装置内に2つの受信機を有することにより、この最後の欠点を克服することが可能になるはずである。第1の受信機は、最短の伝搬経路に対応する受信された無線信号上で同期することもでき、第2の受信機は、受信時に最大エネルギーを示す無線信号上で同期することもできる。しかし、この場合、装置は複雑になり、エネルギー消費は高くなるはずである。

概要

本発明は、2つの無線通信装置(1、2)の間の距離を測定する方法に関し、無線信号の交換遅延を測定することにある。本発明によれば、各信号の伝搬時間は交換遅延から計算され、続いて、2つの装置の間で伝送される単一のチャネル測定フレームの分析を使用して補正される。補正された伝搬時間は、無線信号がたどる最短の伝搬経路に対応する。無線伝送媒体の構成の大部分では、補正された伝搬時間は、2つの装置(1、2)を隔てる距離の直線上の測定値である。

目的

したがって、本発明の1つの目的は、前述の各欠点が軽減された、2つの無線通信装置間の距離を測定する方法を提案することである。

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
4件

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請求項1

a2つの装置のうちの第1の装置(1)により、前記2つの装置間の交換遅延の測定を要求する無線信号(REQ)を送信するステップと、b第2の装置(2)により、前記要求信号を受信し、両方の装置に知られている中間遅延(Tw)の後に、肯定応答無線信号(ACK)を送るステップと、c前記第1の装置(1)により、前記肯定応答信号を受信し、前記要求信号(REQ)の前記送信と前記肯定応答信号(ACK)の前記受信との間の時間(TEXCH)を測定し、次いで、前記時間を交換遅延として記憶し、前記交換遅延(TEXCH)および前記中間遅延(TW)に基づいて、前記要求および肯定応答の信号の第1の伝搬時間(TOF1)を計算するステップと、を含む、2つの無線通信装置(1、2)の間の距離を測定する方法であって、前記第1の装置(1)が、チャネル測定フレーム(CMF)に対応して受信される様々な無線信号から、前記第1の伝搬時間(TOF1)に対応する伝搬経路と、前記2つの装置(1、2)の間で伝送される前記無線信号がたどる最短の伝搬経路と、の間の伝搬時間における差(ΔTOF)を決定し、前記第1の伝搬時間(TOF1)および伝搬時間における前記差(ΔTOF)から、第2の伝搬時間(TOF2)を計算する、ように適合された前記チャネル測定フレームを、前記第2の装置(2)によって伝送するステップをさらに含むことを特徴とする方法。

請求項2

前記要求(REQ)および肯定応答(ACK)の無線信号のうちの少なくとも1つがショートフレームを含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記第1の伝搬時間(TOF1)に対応する前記伝搬経路は、前記要求無線信号(REQ)および/または前記肯定応答信号(ACK)のエネルギーの主要部分がたどる、請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記第2の伝搬時間(TOF2)の表示を含む信号を、前記第1の装置(1)により前記第2の装置(2)に送信するステップをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記ステップaからcが繰り返され、前記ステップaからcが実行されるたびに前記第1の伝搬時間(TOF1)が更新される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

前記第1の伝搬時間と第2の伝搬時間の間の前記差(ΔTOF)が決定された後に、前記ステップaからcが繰り返される、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記チャネル測定フレーム(CMF)は、前記肯定応答信号の送信からある決まったガード時間(TG)と同じかそれより長い待ち時間を待って、前記肯定応答信号(ACK)の後、前記第2の装置(2)によって送信される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記第2の装置(2)による第1の肯定応答信号(ACK)の前記送信から前記ガード時間(TG)が経過する前に、前記ステップaからcは繰り返される、請求項5および7に記載の方法。

請求項9

前記チャネル測定フレーム(CMF)に対応し、前記肯定応答信号(ACK)と同じ伝搬経路をたどってきた第1の無線信号について、それぞれいくつかの第1の受信の瞬間が前記第1の装置(1)によって識別され、前記フレームに対応し、前記2つの装置(1、2)の間の他の伝搬経路をたどってきた第2の無線信号の受信の第2の瞬間が、前記第1の装置により、様々な第1の受信の瞬間から識別される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

請求項1〜9のいずれか一項に記載の、2つの装置間の距離を測定する方法での、前記2つの装置のうちの前記第1および/または前記第2の装置によって実行される前記各ステップを実施するように適合された無線通信装置(1、2)。

請求項11

請求項10に記載の少なくとも2つの装置を備える通信ステム

技術分野

0001

本発明は、無線通信装置間の距離を測定する方法、およびそのような方法を実施するのに適した装置に関する。

背景技術

0002

無線通信装置の位置を知ることは、しばしば有用である。具体的には、状況情報、すなわち、装置のユーザの位置に依存する関連情報、を伝送する必要がある場合がそうである。また、移動無線通信装置が、メッシュネットワーク、またはモバイル装置の位置に基づく経路指定アルゴリズムを使用する「アドホックネットワークリンクされる場合もそうである。用語「アドホック」ネットワークは、後者に対する変化を自律的に、すなわち外部の介入なしに認識することができる伝送ネットワークを意味するために使用される。個々の電子ラベルを有するモバイル装置の位置を決定するために使用される、または、決められた場所でモバイル装置の所有者を案内するために使用される無線ネットワークが、本発明を適用することができる用途の他の例である。

0003

無線通信装置の位置を決定することを可能にするいくつかの方法はすでに存在する。これらの方法の中で、三角測量ベースの方法は、その位置がリストに記載されて記憶されている基準無線局マップを必要とする。他の方法は、無線信号受信強度を測定することに基づくが、較正された無線伝送強度のスケール実装する必要がある。そのため、このような方法は、複雑な、記憶、測定、および/または制御の手段を必要とする。

0004

2つの無線通信装置間で伝送される無線信号についての伝搬時間を決定することにより、前記2つの無線通信装置間の距離を推定する方法も知られている。このような時間は伝搬時間と呼ばれ、以下のように決定される。
−第1の装置が、距離測定を要求する無線信号を送信し、同時に、装置内部のクロノメータトリガする。
−第2の装置が、要求信号を受信し、両方の装置に知られている中間時点の後、肯定応答無線信号を第1の装置に送る。そして、
−第1の装置は、その肯定応答信号を受信すると、クロノメータを停止させる。

0005

次いで、クロック動作時間から中間遅延を差し引くことにより、また、得られた残り時間を無線信号の伝搬速度の2倍で除算することにより、2つの装置間の距離が推定される。2つの装置が互いに遠く離れているとき、またそれらの装置間で無線信号が一直線に伝搬させられるとき、距離を推定するこのような方法は比較的正確である。しかし、2つの装置がかなり接近しているとき、適切に得られる距離推定値の精度は、第2の装置による要求の受信と前記装置による肯定応答信号の送信との間の中間遅延に関係した不確実性に強く影響される。

0006

さらに、2つの装置の間にいくつかの伝搬経路があるとき、すなわち空間ダイバーシチの場合、推定される距離は、一直線上で測定される2つの装置間の距離に必ずしも対応するわけではない。それはほとんどの場合、伝送された各無線信号のエネルギーの主要部分がたどる伝搬経路に対応する。各無線信号のエネルギーの大部分が2つの装置間での少なくとも1回の反射の影響を受けるとき、得られる距離の推定値の結果は、一直線上で測定される2つの装置間の距離の真の値よりもはるかに大きくなりうる。

0007

2つの装置を隔てる直線距離の推定値を得るためには、無線信号の伝搬時間を測定するために伝送される要求信号および肯定応答信号のそれぞれについて、チャネル測定フレームが使用される。このようなチャネル測定フレームはよく知られている。それらの構成により、別々の伝搬経路をたどる無線信号の伝搬時間の間の差を測定することができる。また、それらの構成により、無線信号のエネルギーの一部分が送信装置からたどる伝搬経路のうちの最短経路を検出することもできる。そして、2つの装置間の最短の伝搬経路に対応する、要求信号および肯定応答信号の伝搬時間によって、距離が推定される。ほとんどの伝搬媒体の構成では、得られる結果は、一直線上での距離の測定値に対応する。関連する通信について各装置内で発生する後続のすべての事象は、2つの無線装置間の最短伝搬時間に関連して識別される。

0008

ところで、通信フレームと比較して、チャネル測定フレームは特に長い。したがって、前述のチャネル測定フレームの交換に基づく距離測定法では、以下の欠点がある。
−合計で2つのチャネル測定フレームが送信され、このことは、無線通信装置内で消費される大量のエネルギーにつながる。このようなエネルギー消費は、自律的にエネルギー供給を行うモバイル装置の場合には不利である。
−各チャネル測定フレームは、前記フレームを構成し送出するのに、かなり長い時間を必要とする。このようなフレームを意図する装置が使用可能ではない場合、送信装置内で消費されるエネルギー、および、フレームを送信するために使用される無線資源が失われる。
要求フレームの受信と肯定応答フレームの送信との間の中間遅延は、肯定応答信号のために使用されるチャネル測定フレームを構成するための時間よりも長くなければならない。そのため中間遅延は長く、それにより、2つの装置のうちの少なくとも1つの装置の内部クロックドリフトしやすいとき、2つの装置間の距離の推定値は不正確になる。この不正確さにより、互いに近接する2つの無線装置についての伝搬時間の推定値に、重大な誤りが生じることがある。
−フレームの伝搬時間を測定できるようにするために、要求フレームを受信する端末は、肯定応答フレームを送信するために、中間遅延が終了すると、無線資源を一方的に使用する。前記中間遅延の後、ナノ秒オーダ最大遅延があると、このような無線資源の先取りが生じる必要がある。このために、肯定応答フレームを送信する装置を使用する他の通信は、必要に応じて割り込まれなければならない。結果として、肯定応答フレームが長いとき、中断はますます大きくなる。
−最後に、各装置によって受信され、最短の伝搬経路をたどる無線信号に従って、通信は継続される。これらの信号は、他の伝搬経路を介して伝送される信号のエネルギーよりもはるかに弱い受信エネルギーに対応することができる。そして、通信の信頼性レベルは、より大きいエネルギーで受信される無線信号を使用することによってもたらされることになる信頼性レベルよりも低い。

0009

各無線装置内に2つの受信機を有することにより、この最後の欠点を克服することが可能になるはずである。第1の受信機は、最短の伝搬経路に対応する受信された無線信号上で同期することもでき、第2の受信機は、受信時に最大エネルギーを示す無線信号上で同期することもできる。しかし、この場合、装置は複雑になり、エネルギー消費は高くなるはずである。

発明が解決しようとする課題

0010

したがって、本発明の1つの目的は、前述の各欠点が軽減された、2つの無線通信装置間の距離を測定する方法を提案することである。

課題を解決するための手段

0011

このために、本発明は、以下のステップを含む、2つの無線通信装置間の距離を測定する方法を提案する。
a−2つの装置のうちの第1の装置により、2つの装置間の交換遅延の測定を要求する無線信号を送信するステップ。
b−第2の装置により、要求信号を受信し、両方の装置に知られている中間遅延の後に、肯定応答無線信号を送信するステップ。ならびに、
c−第1の装置により、
−肯定応答信号を受信し、
−要求信号の送信と肯定応答信号の受信との間の時間を測定し、次いで前記時間を交換遅延として記憶し、
−交換遅延および中間遅延に基づいて、要求信号および肯定応答信号の第1の伝搬時間を計算するステップ。

0012

さらに、この方法は、第1の装置が、チャネル測定フレームに対応して受信される様々な無線信号から、前記第1の伝搬時間に対応する伝搬経路と2つの装置間で伝送される無線信号がたどる最短の伝搬経路との間の伝搬時間の差を決定するように適合されるチャネル測定フレームを、第2の装置によって送信するステップを含む。次いで、第1の装置は、第1の伝搬時間および伝搬時間の差から、第2の伝搬時間を計算する。

0013

したがって、本発明による方法は、互いに異なる2つの段階を含む。第1段階は、第1の装置による要求信号の送信と肯定応答信号の受信との間の時間を測定するステップにある。エネルギー検出閾値を適切に設定することにより、第2の装置によって送信される信号の後続の受信上での第1の装置の同期は、送信される要求無線信号および/または肯定応答無線信号のエネルギーのうちの大部分、主要部分でさえたどる、2つの装置間の伝搬経路上で実行することができる。したがって、要求信号の送信と肯定応答信号の受信との間の時間は、送信される無線信号のエネルギーのうちの大部分、主要部分でさえたどる、2つの装置間の伝搬経路上で同期される第1の装置を用いて測定することができる。具体的には、2つの装置間のデータ伝送は、このように高エネルギーで受信される信号に基づくことができる。この場合、データ伝送は、より安全で、より信頼性が高くなる。

0014

必要ならば、記憶された交換時間に関連する伝搬経路の長さは、対応する信号の伝搬時間を計算することによって推定することができる。それは、2つの装置間の距離の第1の推定値を構成する。

0015

この方法の第1段階では、有利には、交換および肯定応答の遅延の測定を要求する無線信号は短い。具体的には、これらの信号のうちの少なくとも1つは、ショートフレーム、具体的にはチャネル測定フレームよりも短いフレームを含むことができる。次いで、これらのステップを実行する間にエネルギーを消費し、低減させられる無線資源を使用して、この無線信号を、対応する装置によって迅速に構成し、送信することができる。

0016

さらに、肯定応答信号をより速く構成することにより、第2の装置による要求信号の受信と肯定応答信号の送信との間で、短い中間遅延を使用することが可能になる。したがって、各装置のうちの1つの内部クロックがドリフトする傾向にある場合でも、ステップcでの伝搬時間の決定はより正確である。この優れた精度は、具体的には、2つの装置が相対的に互いに近接している状況に関係する。

0017

他の利点は、肯定応答信号の長さを短くする結果として生じる。交換遅延の正確な測定値を得るために、無線資源を一方的に使用することにより、すなわち第2の装置の多重アクセスマネジャを使用することなく、肯定応答メッセージが第2の装置によって送信される。次いで、第2の装置が関与する他の通信に対する中断は、この使用が短くなるにつれて、ますます少なくなる。

0018

この方法の第2段階により、第1段階で記憶された交換時間に基づいて、2つの装置間の最短の伝搬経路に沿って伝送される無線信号の伝搬時間を決定することが可能になる。この第2段階は、単一のチャネル測定フレームのみの構成および伝送を必要とし、第2の装置によって実行される。次いで、第1の装置の役割は、それが受信するチャネル測定フレームを分析するステップに限定される。したがって、2つの装置間の隔離距離を決定するために2つの装置において消費される合計のエネルギーは、低減させられる。

0019

2つの装置間に存在する無線伝送媒体の構成のほとんどについて、チャネル測定フレームに従って第1の装置によって識別される最短の伝搬時間は、直線状の伝搬に対応する。次いで、一直線上で測定される2つの装置間の分離距離の長さは、識別された最短伝搬時間を無線信号の伝搬速度で除算することによって計算することができる。

0020

本発明による方法の第2段階、すなわち最短の伝搬経路に対応する伝搬時間の決定は、必ずしも、第1段階の後直ちに実行されるわけではない。無線伝送チャネルが、この方法の2つの段階の間で静止したままである場合、第2段階は、前記第1段階の後に時間を待って実行することができる。2つの装置が実質上動かないままのとき、また無線信号を伝搬する伝送媒体がおおむね一定の特性を示すとき、チャネルは静止しているといわれる。一例として、チャネル測定フレームは、チャネル測定フレーム伝送チャネル可用性に従って、肯定応答信号を送信して10ミリ秒くらい後に、第2の装置によって送信することができる。したがって、チャネル測定フレームを送信するための十分なタイムスロットが使用可能であると、第2の装置の多重アクセスマネジャが示すのを待つことにより、第2の装置が関与する他の通信に対して引き起こされる中断を低減させることが可能である。

0021

最後に、第2の装置は、距離測定を始める状態にないときには、チャネル測定フレームを送信しない。この場合、著しい無線資源またはエネルギー量が不必要に消費されることはない。第2の装置が距離測定を始める条件にない理由には、たとえば、前記装置が、測定要求を送信する装置の無線範囲の外にあること、または第2の装置が、測定方法を実施するのに必要なすべての構成部品を有しているわけではないこと、またはこの実装形態に必要なすべてのパラメータを有しているわけではないことでさえもが含まれる。

0022

本発明はまた、前述の2つの装置間の距離を測定する方法での2つの装置のうちの第1および/または第2の装置によって実行される各ステップを実施するように適合された無線通信装置に関する。

0023

本発明はまた、少なくとも2つのこのような装置を備える通信システムに関する。これら2つの装置間の分離距離は、より高いレベルの精度および正確度で決定することができる。用語「正確度」は、実際に推定される伝搬経路の長さが、2つの装置間の距離の直線上での測定値に対応する事実を反映する。さらに、無線資源を一方的に使用することにより、このようなシステム内で実行される通信は、交換遅延を測定するために中断される頻度が少なくなる。

0024

添付の図面を参照しながら、例示的で限定されない実装形態を以下に記述することで、本発明の他の特徴および利点が明白になるであろう。

発明を実施するための最良の形態

0025

図1によれば、通信システムは、1組の無線送受信装置を備え、それらのうちの3つに1、2および3の参照番号がついている。各送受信装置は、たとえば、ホームオートメーションマネジメントシステムの一部分をなすセンサ無線インターフェースを構成することができる。このような用途では、あるセンサは熱測定専用にすることができ、あるセンサは加熱素子制御ユニット状態識別などの専用にすることができる。通信システムは、様々なセンサ間の通信シーケンス次々に管理する「アドホック」システムとすることができる。これは、具体的には、当業者には知られているブルートゥースタイプのシステムとすることができる。図中の破線曲線10、20および30は、装置1、2および3それぞれの範囲限界図式的に示す。このように、装置2は、装置1および3の各々と通信することができるが、装置1、3は、互いの無線範囲の外にある。

0026

図2は、装置1が装置2との無線通信を開始するときに、装置1および2で実行される様々な動作を示す。下向きの垂直軸はtで示される時間座標に対応する。まず第1に、装置1は、REQで示される要求を装置2に送る。この要求は、2重の機能(two−fold function)を有することができる。この要求は、装置2に、装置1により通信が請求されていることを示すことができる。さらに、通信が装置2によって受け入れられる場合、要求REQは、装置1と2の間で伝送される無線信号の交換遅延の測定を開始する。

0027

装置1は、その装置内部のクロックに相対的な、要求無線信号REQの送信の瞬間を識別する。次いで、装置1は、その瞬間を記憶する。

0028

装置2は、要求REQを受信するとき、通信を拒否するか、または受け入れることができる。装置2は、通信を受け入れる場合、肯定応答信号ACKを装置1に送って応答する。周知であって、ここではさらに詳しく述べられていない方式で、装置1および2の各々による、無線信号の検出および受信が実行される。

0029

要求REQの受信からカウントされたある決められた待ち時間の後に、装置2は、信号ACKを送信する。この待ち時間は、装置の製造者によって設定され、装置の各々に記憶される。待ち時間は、Twで表され、中間遅延と呼ばれる。この待ち時間により、主として、受信時点待機モードにあるときに要求を受信する装置が、送信モードに切り替わることができる。また、遅延Twの間に信号ACKのフレームが準備される。

0030

信号ACKは、装置2の多重アクセスマネジャを使用することなく送信される。すなわち、中間遅延Twの終わりに、装置2は、信号ACKを送信しようとしている可能性のある無線信号のあらゆる送信または受信に割り込む。このような送信または受信の割込みは、たとえば、装置2と装置3の間の通信に関わるものであってもよい。このようにして、装置2による要求REQの受信と信号ACKの送信との間の時間は、装置1によって正確に知られ、その時間は遅延Twである。装置1および3の限定された範囲10および30を考慮すれば、装置1は、装置2による信号ACKの送信の瞬間を知ろうとしているこのような通信の存在を検出することができないので、装置2と3の間で進行している可能性があるあらゆる通信にも割り込むことが必要となることがある。

0031

装置1は、無線信号ACKを受信すると、その内部クロックに相対的な受信の瞬間を識別する。次いで、装置1は、要求REQが送信された上記記憶された瞬間から、信号ACKが受信される瞬間までに経過した時間を決定する。この時間は、装置1と2の間の無線信号の交換時間と呼ばれTEXCHで表される。この時間は、装置2により続いて送信される通信無線信号に関連して、装置1を同期させるために装置1内に記憶される。

0032

次いで、装置1は、以下の数式(1)に従って、信号REQおよびACKの伝搬時間TOF1を計算する。

0033

TOF1=0.5×(TEXCH−TW) (1)

0034

信号REQおよびACKがとる各経路の長さも、TOF1を各システム装置間の無線信号の伝搬速度で除算することによって、計算することができる。この速度は、3.108 m.s−1に等しい。

0035

要求REQおよび肯定応答ACKの無線信号のうちの少なくとも1つは、通信フレームを含むことができる。この場合、特にペイロードを有しないときには、これらの信号は短い。この場合、装置1および2の各々におけるそれらの信号の処理は、物理層にはるかに近いところで実行することができる。これにより、この処理は速く、各装置でのエネルギー消費はほんのわずかである。

0036

信号ACKの長さが短いことで、装置2と3の間のあらゆる通信を中断させる危険性が低減する。必要に応じて、中間遅延Twを短くし、交換遅延の測定値TEXCHが2つの装置1および2のうちの1つの内部クロックのドリフトに影響されることを少なくなくすることができる。

0037

信号REQおよびACKの交換、ならびにTOF1の計算は、装置1と2の間の距離を測定する方法の第1段階を構成する。この第1段階は、説明の一般部分紹介されたステップaからcに対応し、図2において段階1で示される。

0038

必要に応じて、この方法の段階1は繰り返すことができる(図2に示された段階1a)。段階1が繰り返されるたびに、伝搬時間TOF1は更新される。必要ならば、段階1が繰り返されて計算される伝搬時間TOF1は、段階1の前の各瞬間で記憶されるいくつかの交換遅延を考慮に入れることができる。たとえば、数式(1)で使用される交換遅延は、記憶された交換遅延の平均とすることができる。結果として得られるTOF1の推定値は、より正確である。

0039

段階1での連続した2つの実行中に得られたTOF1の各値の間の差は、伝送チャネルが静止していないことを示すことができる。また、TOF1のおおむね同一の連続した値が得られるまで、段階1を再び繰り返すことができ、これはチャネルが静止したことを示す。この場合、この方法はチャネルが静止していることを示すTOF1の最新値に基づいて、継続される。

0040

信号REQおよびACKがたどる伝搬経路は、装置1および2を一直線に結ぶ(図1における経路C1)か、または、中間で少なくとも1回反射して、それらを結ぶ。図1に示される経路C2は、たとえば金属で作られた壁100での反射を示す。この反射のために、経路C2は経路C1よりも長い。伝搬時間TOF1は、通常、無線信号REQおよびACKのエネルギーの主要部分がたどる伝搬経路C1およびC2の伝搬時間に対応する。

0041

次いで、装置1と2の間の距離を測定する方法の第2段階が実行される(図2における段階2)。装置2は、チャネル測定フレーム(CMF)を装置1に送信する。本発明の有利な変形形態では、このCMFフレームの送信は、装置2内での多重アクセスを観察することで実行される。このために、装置2の多重アクセスマネジャが信号ACKのために使用されるチャネルに対して十分な送信時間を有すると識別するとき、フレーム2が送信される。次いで、装置1は、フレームCMFに対応する受信されたすべての無線信号を分析する。チャネル測定フレームの構造、およびそれを分析する方式は知られていると想定され、ここではより詳細には記述されない。まず第1に、装置1は、受信された無線信号の第1の部分を、段階1の肯定応答信号ACKと同じ伝搬経路をたどったフレームCMFの一部分に対応するものと識別する。この識別は、フレームCMFの一部分に対応する受信信号の第1の部分のエネルギーレベルと、受信された信号ACKのエネルギーレベルとの間の比較の結果として得ることができる。次いで、装置1は、受信された無線信号の第2の部分について、無線信号の第1の部分の伝搬経路よりも短い伝搬経路をたどったフレームCMFの一部分に対応しないかどうか確かめる。この調査は、装置1によって受信される無線信号の各部分を選択したものを組み合わせることによって実行され、可変の受信エネルギー閾値、およびCMFフレーム部分の認識によって実行される。装置1は、そこから、信号ACKがたどる伝搬経路とより短い経路との間の伝搬時間で差を推定し、より短い経路の存在が、フレームCMFに対応する受信された無線信号に基づいて検出される。この差はΔTOFで示される。

0042

信号ACKがたどる経路よりも短いいくつかの経路が検出されるとき、装置1は、それらの経路のうち最短の経路、すなわちΔTOFの最大値に関連する経路を選択する。

0043

次いで、装置1は、以下の数式(2)を使用して、最短の伝搬経路に沿って2つの装置1と2の間で伝送される信号の伝搬時間を計算する。最短経路に沿ったこの伝搬時間はTOF2で示される。

0044

TOF2=TOF1−ΔTOF (2)

0045

TOF2は、最短の伝搬経路の長さの測定値である。TOF2を各システム装置間の無線信号の伝搬速度で除算することにより、この長さをメートルで表すことができる。ほとんどの場合、それは、TOF2のように、装置1と2の間の無線信号の直線状の伝搬(図1における経路C1)に対応する。

0046

段階1の信号ACKがたどる伝搬経路が最短経路となることもある。この場合、装置1によって受信される、チャネル測定フレームCMFに対応する無線信号の分析が、さらに短い経路を示すことはない。そして、段階2の結果ΔTOFはゼロ値になる。

0047

したがって、この方法の段階2は単一のチャネル測定のみを含んでもよい。段階1は、何も含まないので、段階1は迅速に実行することができる。

0048

本発明の第1の改善点によれば、この方法はさらに、装置1が装置2へ伝搬時間TOF2の表示を含む信号を送信することを含む。このような表示は、たとえば、伝搬時間TOF2の値またはこの値から計算される距離である。そして、2つの装置1および2を隔てる測定された距離の値を、2つの装置の各々で使用可能である。必要に応じて、伝搬時間TOF2の表示は、他のシステム装置に、または装置1の無線伝送範囲内に配置されたこれらの装置のうちのある装置だけに、伝達することもできる。

0049

本発明の第2の改善点によれば、この方法の段階1は、段階1で計算される伝搬時間TOF1と、2つの装置間で無線信号がたどる最短の伝搬経路に対応する伝搬時間TOF2と、の間の差ΔTOFを決定した後に、再び実行することができる(図2に示される段階1b)。TOF1の新規の値は、このように得られ、段階1の前の瞬間に得られる値と比較される。こうして、装置1と2の間の無線伝送チャネルが、この方法全体を通して静止したままであることを検査することが可能である。特に、TOF1の決定の正確度に関しての表示を得ることができる。具体的には、チャネルが静止したままでないとき、この決定の正確度が低下していることを示してもよいし、さらには、必要に応じて、正確度が落ちている度合いを示すことが可能である。1つの利点は、この度合いが所定の閾値よりも大きい場合に、TOF1の決定を繰り返すよう命令することとしてよい。

0050

本発明の第3の改善点によれば、チャネル測定フレームCMFが、装置2により肯定応答信号ACKの後、ある決まったガード時間と同じかそれより長い待ち時間を待って、送信される。このガード時間は、図2においてTGと示される。ガード時間は、具体的には、フレームCMFに対応する受信された無線信号を分析する前に、装置1が、TOF1を計算するのに十分な時間を確実に有するようにするために使用される。したがって、TOF1の値、および信号ACKの受信エネルギーレベルなど、この方法の段階1で生じる他の値は、段階2が実行されるとき、装置1で使用可能である。装置2による、信号ACKの送信とフレームCMFの送信との間の時間は、ガード時間TGと、装置2についての多重アクセスの観察に起因した遅延と、の合計に等しい。TG値は、製造時または装置が初期化されるときに、システムの前記各装置内に記憶される。装置1または2のうちの1つが移動するときでも、または、無線伝送媒体が適度に変化する場合でも、2つの装置間で通信するために使用されるチャネルが、この方法の段階1と2の間で静止しているとみなされるように、TG値はあまり大きくてはいけない。例として、TGはおよそ10ミリ秒程度とすることができる。この場合、装置2による第1の信号ACKの送信の後、ガード時間が経過する前に、この方法の段階1を繰り返すことができる。この場合、TOF1の決定の正確度を増大させるために、および/または、チャネルが静止していることを検査するために、TOF1のいくつかの連続した値を得て伝搬時間TOF2の決定が遅延されることはない。段階1が実行されるたびに、TOF1の値を更新することができる。

0051

チャネル測定フレームCMFは、通常、比較的長い無線信号を構成する。装置2によるこのフレームの構成、および装置1により実行されるチャネル測定は、ちょうど同じ長さである。次いで、装置1および/または2の内部クロックは、この方法を実行するときにドリフトする可能性がある。装置1の内部クロックのドリフトに起因する、距離測定値の結果におけるあらゆる誤りを制限するために、信号ACKと同じ伝搬経路をたどってきたフレームCMFに対応する第1の無線信号の受信のいくつかの第1の瞬間を、装置1に識別させることが可能である。次いで、装置1と2の間の他の伝搬経路をたどってきた、フレームCMFに対応する第2の無線信号の受信の第2の瞬間は、受信の第1の別の瞬間に基づいて識別される。これら2つの瞬間の間の経過時間が短くなるように、受信の第2の各瞬間は第1の瞬間に対して識別することができる。このようにして、装置1の内部クロックのあらゆるドリフトの結果として生じることになるΔTOFの決定における誤りは、最小限に抑えられる。装置2の内部クロックのドリフトの結果として生じることになる誤りも、このようにして低減させられる。

0052

詳細に前述されてきた方法に対して、数多くの改造を導入することができることが理解される。具体的には、環境によっては、ステップaからcが実行される前に、装置2が、チャネル測定フレームCMFを送信することが有利になることもある。

0053

最後に、本発明による方法は、一般にUWB(ウルトラワイドバンド)伝送と呼ばれるパルス伝送モードに、特に適している。しかし、この方法は、DS−SS直接シーケンス拡散スペクトラム)モードなど、他のタイプの無線伝送にも適用することができる。

図面の簡単な説明

0054

本発明による方法を実施することを意図する無線通信システムを示す図である。
本発明による方法の様々なステップの時系列での変化を示す図である。

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