[发明专利]用于高精度距离测量的相位测量

说明书

在至少一个实施例中，一种用于测量包括第一本地振荡器的第一通信设备和包括第二本地振荡器的第二通信设备之间的距离的方法，包括解卷绕N个相位值以产生N个解卷绕相位值。N为大于1的整数。N个相位值中的每一个指示所接收信号的瞬时相位。该方法包括对N个解卷绕相位值进行平均以产生平均相位值。该方法包括卷绕平均相位值以产生第一本地振荡器相对于第二本地振荡器的最终相位测量。

技术领域

本公开总体上涉及通信系统，并且更具体地涉及用于使用相位测量来测量距离的射频(RF)通信系统和相关的方法。

背景技术

通常，可以使用三角测量(例如，使用两个角度测量)、三边测量(例如，使用三个距离测量)或其组合来确定无线设备在平面(即，二维)中的位置。测距技术包括基于接收信号强度指示器(RSSI)、基于时间和基于相位的距离测量。由于在室内应用中基于RSSI的测量容易受到多径衰落和复杂噪声干扰的影响，因此基于时间或基于相位的距离测量优选地用于短距离射频通信系统(例如，符合蓝牙^TM、蓝牙^TM低功耗(BLE)、Zigbee^TM或其他局域网协议标准的系统)。

蓝牙低功耗是为低功耗和低延迟应用设计的示例性通信协议。BLE设备(即，符合BLE标准化通信协议的设备)基本上比传统蓝牙(即，经典蓝牙)设备(即，符合蓝牙标准化通信协议的设备)消耗的功率要低。示例性BLE设备可以比传统蓝牙设备更快地开始数据传输。因此，BLE设备可以持续打开或频繁地打开和关闭，以便它们可以间歇性地与其他设备通信。BLE通信设备实现基于相位的距离测量。基于相位的距离测量依赖于由纯视线无线电信道对无线电信号引入的相移φ，该相移φ是频率f和距离R的线性函数，即，

其中，c是真空中的光速。因此，BLE设备通过测量作为频率函数的相位斜率来确定其自身与另一个BLE设备之间的距离。

启动测距技术的BLE设备被称为发起方。响应于发起方的另一个BLE设备被称为反应方。在频率校准阶段之后，发起方使用第一个信道将本地振荡器信号(即，具有频率f_k的连续波音)发送到反应方。反应方测量所接收载波的相位φ_R以确定在反应方处看到的发起方本地振荡器的相位：

其中，Δ_t是发起方和反应方之间的时间偏移(即，传播时间)，而θ是发起方的本地振荡器信号和反应方的本地振荡器信号之间的相位差。相位φ_R取决于发起方的本地振荡器、反应方的本地振荡器和它们之间的距离。然而，在BLE通信系统的一些实施例中，频率(2.4GHz的频率)对应于引起相位卷绕的波长(例如，约12cm的波长)，导致距离测量中的模糊。通过使用两个(或更多个)不同音调(例如，具有1MHz不同的音调)测量相移，可以解决这种模糊：

相位仍然卷绕，但相对于与f₁-f₂相对应的频率(例如，1MHz)发生。类似地，反应方通过同一信道向发起方发送连续波音，以便发起方可以测量相位φ_I以确定在发起方处看到的反应方本地振荡器的相位：

通信设备可以对频带中的至少一个附加信道重复这个过程，以减少多径衰落对距离测量的影响和其他损害。

反应方向发起方发送相位测量。发起方通过将两个相位测量相加来计算往返相位φ_RT：

发起方计算往返距离R：