[发明专利]用于室内定位的系统和方法

说明书

背景

1．技术领域

本文所述的实施方案涉及无线通信，具体来说，涉及用于无线室内定位的系统和方法。

2．相关技术

无线室内定位系统在近年来变得更普遍。这些系统通常用于资产跟踪和存货管理。例如，这些系统用于仓库中的产品的位置检测、医院中的医务人员或设备的位置检测、燃烧的建筑物中的消防队员的位置检测以及在工厂或场地上散布的维修设备的跟踪。

开放或改进了很多无线技术用在室内定位应用中。这些技术包括WLAN、RFID、UWB、ZigBee、蓝牙、HomeRF、GPS、无线辅助GPS等。通常，这些技术和基于这些技术的系统在复杂性和功率要求与范围之间进行权衡。换句话说，功率越低，系统将有效地工作的距离就越短。图1是取自H.Lui等人的“Survey of Wireless Indoor Positioning Techniques and Systems”（IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics-Part C:Applications and Reviews,Vol.37,No.6,November 2007）的示意图，该文献通过引用被并入本文。在左边的系统往往是低功率系统，而右边的系统是高功率系统。如可看到的，低功率系统在相对短的距离上工作。

虽然用于无线室内定位的很多系统和技术被开发，但仍然存在限制采用和部署的几个不足。理想地，室内定位系统将包括跟踪设备，其需要非常少的功率来操作，使得设备可被制造得非常小、非常廉价，并使得设备可以用单个电池持续较长时间。在跟踪设备内的功率的消耗设备是收发机。设备必须发射得越远，则所需的发射功率就越高，较高的发射功率直接转换成在设备内的较高功率消耗。因此，非常低功率的系统例如UWB系统被部署。UWB系统可例如以低至-10db的发射功率有效地发射。

但是为了效率，这样的低功率的系统一般需要非常精确的定时。这需要高质量晶体振荡器来控制设备定时，其抬高了成本、尺寸和功率要求。因此，常规系统不能提供非常低功率的操作和很多应用所需的准确度。

概述

本文描述了用于低功率室内跟踪系统的方法。

根据一个方面，定位系统包括多个控制器，每个控制器包括宽带接收机和窄带发射机，每个控制器配置成使用宽带接收机从一个或多个设备接收宽带定位帧并使用窄带发射机发送确认帧，确认帧包括由设备使用来建立定位帧的发送的定时的定时和控制数据；以及包括宽带发射机和窄带接收机的至少一个设备，该设备配置成使用宽带发射机将定位帧发送到多个控制器并使用窄带接收机从一个或多个控制器接收确认帧，从帧提取定时和控制信息，并使用定时和控制信息调节宽带发射机的定时和同步。

根据另一方面，定位系统包括多个控制器，每个控制器包括宽带接收机和窄带发射机，每个控制器配置成使用宽带接收机从一个或多个设备接收宽带定位帧并使用窄带发射机发送确认帧，确认帧包括由设备使用来建立定位帧的发送的定时的定时和控制数据；包括宽带发射机和窄带接收机的至少一个设备，该设备配置成使用宽带发射机将定位帧发送到多个控制器并使用窄带接收机从一个或多个控制器接收确认帧，从帧提取定时和控制信息，并使用定时和控制信息调节宽带发射机的定时和同步；以及与多个控制器通过接口连接的服务器，该服务器配置成维持多个服务器之间的同步。

下面在标题为“详细描述”的部分中描述这些和其它特征、方面和实施方案。

附图简述

结合附图来描述特征、方面和实施方案，其中：

图1是根据范围示出各种定位系统的图示；

图2是示出根据一个实施方案的示例性定位系统的图示；

图3是示出可包括在图2的系统中的示例性跟踪设备的方框图；

图4是示出可包括在图2的系统中的示例性控制器的方框图；

图5是示出UWB窄带和扩展频谱系统的带宽和频率范围的图示；

图6是示出UWB物理层如何划分频谱的图示；以及

图7是示出UWB系统的示例性超帧的图示。

详细描述

本文所述的实施方案涉及双频跟踪系统，其中一批控制器用于跟踪多个设备的位置。控制器使用窄带技术/协议来与设备通信，而设备使用低功率宽带技术/协议来与控制器通信。待跟踪的设备的数量可相对较大，而相对小数量的控制器可被需要。