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
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。
【発明の詳細な説明】
【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」ネットワークに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のマップを必要とする。他の方法は、無線信号の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を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をトリガする。
−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の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が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、ナノ秒オーダの最大遅延があると、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。
【発明の開示】
【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の可用性に従って、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の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の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を次々に管理する「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を図式的に示す。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、受信時点で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、説明の一般部分に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】
【図１】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。
【図２】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。
【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」ネットワークに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のマップを必要とする。他の方法は、無線信号の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を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をトリガする。
−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の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が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、ナノ秒オーダの最大遅延があると、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。
【発明の開示】
【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の可用性に従って、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の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の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を次々に管理する「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を図式的に示す。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、受信時点で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、説明の一般部分に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】
【図１】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。
【図２】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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ ２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システム。
【請求項１】
ａ ２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システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５２７７６９（Ｐ２００８−５２７７６９Ａ）
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４８８６５（Ｐ２００７−５４８８６５）
【出願日】平成１７年１２月２３日（２００５．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００３２７５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７２６９７
【国際公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス テレコム (290)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２３日（２００５．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００３２７５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７２６９７
【国際公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス テレコム (290)
【Ｆターム（参考）】
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