(57)【要約】  伝搬時間測定を使用して距離測定を実行するように動作可能な送信装置（1）は、送信装置（1）と受信装置（12）との間の距離が決定されるために、送信装置から受信装置（12）に送信された伝搬時間信号の周波数と異なるサンプリング周波数を有する。伝搬時間信号が得られる信号は、数値制御発振器（17）の出力信号から得られたPRNシーケンスで変調される。NCOのレジスタ（24）がオーバーフローする毎に新しいチップがNCO（17）により生成されるが、PRNコードの所望の周波数に従ったチップの開始は、送信装置（1）のサンプリング点と必ずしも一致するとは限らない。本発明は、設定される基準点（30）が送信機のサンプリング点（31、32）と正確に一致しない場合であっても、タイムスタンプが生成されることを可能にする。従って、伝搬時間信号の送信時間が正確に決定され得る。基準点（30）のタイムスタンプは、基準点の直後のNCO（17）のレジスタ（24）の残留位相コード（34）により構成される。各サンプリング点にレジスタ（24）に追加される固定値と、基準点（30の直後のサンプリング点（32）の記録された残留位相コード（34）との間の差は、基準点（30）の前のサンプリング点（31）と基準点（30）との間で経過した時間に比例する。
2008510134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数でサンプリング信号を提供するように構成された発振器を有する装置で発生する信号の基準点を特定する方法であって、
第２の周波数を有する規則的な信号を近似するNCO出力信号を出力で提供するようにNCOを制御するために前記サンプリング信号を使用し、
前記基準点の後に前記サンプリング信号から得られた時間にレジスタの値を前記NCOに記録することを有する方法。
【請求項２】
前記装置は送信機であり、
前記信号は前記送信機により生成され、
前記方法は、前記NCO出力信号から得られた信号を送信することを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準点で前記送信機のクロック時間を得るために、記録されたレジスタの値を使用することを更に有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
メッセージを受信機に送信することを更に有し、
前記メッセージは、前記信号の前記基準点の送信時間が前記受信機で計算されることを可能にする情報を有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記情報は、サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示すサンプル期間の端数の識別情報を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記情報は、サンプリング点での前記レジスタの値とサンプリングのインクリメントとを有する請求項４に記載の方法。
【請求項７】
送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法であって：
送信機で、請求項２に記載の信号の基準点を特定し、
前記受信機で：
送信信号を受信し；
前記信号の前記基準点のローカル受信時間を決定し；
前記基準点での前記送信機のクロック時間の指示を前記送信機から受信し；又は
サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示す前記送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくは前記レジスタの値及び前記NCOのサンプリングのインクリメントの指示を有するメッセージを前記送信機から受信し；
前記基準点で前記送信機のクロック時間を得るために前記メッセージを使用し；
前記送信機と前記受信機との間の距離の指標を計算するために、送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用することを有する方法。
【請求項８】
送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法であって、
前記受信機で：
前記送信機により送信された信号を受信し；
前記信号の基準点のローカル受信時間を決定し；
サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示す前記送信機のサンプル期間の端数の指示、又は前記基準点の後のサンプリング点での前記送信機のNCOのレジスタの値及び前記NCOのサンプリングのインクリメントの指示を有するメッセージを受信し；
前記基準点での前記送信機のクロック時間を得るために前記メッセージを使用し；
前記送信機と前記受信機との間の距離の指標を計算するために、得られた送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用することを有する方法。
【請求項９】
前記信号は、前記第２の周波数に関するチップ期間を有するPRNコードを有する請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
第１の周波数でサンプリング信号を提供するように構成された発振源と、
第２の周波数を有する規則的な信号を近似するNCO出力信号を出力で提供するために前記サンプリング信号を使用するように構成された数値制御発振器（NCO）と、
基準点の後に前記サンプリング信号から得られた時間にレジスタの値を前記NCOに記録するように構成され、これにより前記信号の前記基準点が特定されることを可能にするレコーダと
を有する装置。
【請求項１１】
前記NCO出力信号から得られた信号を送信するように構成された送信機を更に有する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記基準点でローカル装置のクロック時間を得るために、記録された値を使用するように構成されたプロセッサを更に有する請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
受信装置への送信用にメッセージを準備するように構成されたプロセッサを更に有し、
前記メッセージは、前記受信装置が前記基準点での前記送信機のクロック時間を得ることを可能にする情報を有する請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサは、サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示す前記装置でのサンプル期間の端数を決定するために記録された値を使用し、前記情報に前記端数の指示を含めるように更に構成される請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記記録された値の指示及び前記NCOのサンプリングのインクリメントを前記情報に含めるように更に構成される請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するシステムであって、
前記送信機は請求項１１に記載の装置であり、
前記受信機は：
送信信号を受信する受信手段と；
前記信号の前記基準点のローカル受信時間を決定するように構成されたプロセッサと；
を有し、
前記受信機は、前記基準点での前記送信機のクロック信号の指示を前記送信機から受信し；又は
サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示す前記送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくは前記レジスタの値の指示を有するメッセージを前記送信機から受信するように構成され；
前記受信機は、前記基準点で前記送信機のクロック時間を得るために前記メッセージを使用するように構成され；
前記プロセッサは、前記送信機と前記受信機との間の距離の指標を計算するために、送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用するように構成されるシステム。
【請求項１７】
送信機により送信された受信信号から送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するように動作可能な受信装置であって：
前記信号の基準点のローカル受信時間を決定するように構成されたプロセッサと；
サンプリング点に対する前記基準点のタイミングを示す前記送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくは前記基準点の後のサンプリング点での前記送信機のNCOのレジスタの値及び前記NCOのサンプリングのインクリメントの指示を有するメッセージを前記送信機から受信するように構成された受信機とを有し；
前記プロセッサは、前記基準点での前記送信機のクロック時間を得るために前記メッセージを使用し、前記送信機と前記受信機との間の距離の指標を計算するために、得られた送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用するように構成される受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置で発生する信号の基準点を特定する方法と、送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法と、送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法とに関する。本発明はまた、NCOにレジスタの値を記録するように構成されたレコーダを有する装置と、送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するシステムと、送信機により送信された受信信号から送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するように動作可能な受信装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの装置の間の距離を決定するために伝搬時間（time-of-flight）測定を使用する既知のシステムには、全地球測位システム（GPS：Global  Positioning  System）がある。GPS衛星は、直接シーケンス拡散スペクトル（Direct  Sequence  Spread  Spectrum）技術を使用してシーケンスを送信する。受信機が信号を受信すると、ローカルで生成されたコードが、列挙された衛星信号と相関され、２つの装置の間の距離を決定し得る。更なる３つのGPS衛星までの距離を検出して三辺測量を使用することにより、受信機の位置と、衛星クロックからのローカルクロックのオフセットとが検出され得る。通常では、更なる精度のために更なるGPS衛星が使用される。典型的にはGPS受信機は専用装置であるため、内部処理及びクロック周波数は、衛星信号に変調される伝搬時間信号の周波数に合致するように選択される。
【０００３】
既存の無線装置（携帯電話及び無線データ処理装置等）におけるGPS技術に類似した伝搬時間関数の実装は、多数の利点を有し得ることが提案されている。固定位置を有する装置での伝搬時間測定を実行することにより、このような装置のユーザが地球での正確な位置を決定することができるだけでなく、２つの移動装置の間の相対距離も決定可能である。更に、無線装置が同様の装置のネットワークでノードを構成する場合、ネットワークは、装置間の相対距離に応じてネットワーク自体を更新することができる。しかし、既存の無線装置は、位置検出システムを考慮して開発されておらず、このため、同じ標準を使用しない。特に、無線装置のシステムクロックにより生成された信号の周波数は、位置検出システムで使用される伝搬時間信号の周波数に合致しないことがある。周波数が伝搬時間用途に理想的でない可能性があるとしても、無線装置で共通の周波数を有する汎用の水晶を使用することに価格上の利点が存在することがある。
【０００４】
無線の大規模の短距離ネットワークでは、正確な距離測定も重要になり得る。このようなネットワークの例は、ZigBee標準（www.zigbee.org）に従って動作するスマートホーム（smart  home）用のネットワークがある。このようなネットワークの装置の通信範囲は短いため、同じネットワーク内で動作する２つの装置が相互に通信範囲にないことがある。しかし、双方のノードの通信範囲内の更なるノードの支援で、メッセージは依然として２つの装置の間で送信され得る。データ転送のセキュリティ及び信頼性を高めるために、２つの装置の間での適切なルートが計算される必要があり、このため、ネットワークでのノード間の距離を知ることが有用になり得る。更に、これらの種類のネットワークにおける或る割合のノードは移動体になり得るため、距離測定は繰り返して更新される必要がある。周辺装置間の距離は数メートルになることがあるため、伝搬時間測定での数ナノ秒の誤差は、信頼のない距離測定を生じることがある。このことは、装置が短い通信範囲を有する場合に重要になり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
システムクロックの周波数と異なる周波数で周期信号を生成するために数値制御発振器（NCO：Numerically  Controlled  Oscillator）を使用することは、当該技術分野において既知である。US6,650,150は、無線周波数信号受信機で使用されるNCOを開示している。しかし、GPS技術で使用される伝搬時間信号を近似する信号が生成可能であるとしても、信号の仮定エッジはシステムクロックから得られた信号のサンプリング点と必ずしも一致するとは限らない。このことは、典型的には伝搬時間信号の直接スペクトルコードのチップの開始として設定されている伝搬時間信号の送信時間を決定するときに問題を引き起こす。システムクロックから得られたサンプリング信号の周波数が、送信される疑似ランダム雑音シーケンスの周波数と同じ場合、又はこの周波数の倍数である場合、送信された伝搬時間信号の各フレーム又はサブフレームの最初のチップが生じる仮定時間は、サンプリング信号のクロックエッジに一致するように構成され得る。次に、フレームの最初のチップの送信時間は、基準時間とチップに一致するクロックエッジとの間のサンプル数をカウントし、サンプリング信号の期間でカウントされたサンプル数を乗算することにより計算され得る。サンプリング信号の周波数が疑似ランダム雑音シーケンスの周波数の整数倍でない場合、最初のフレームの送信時間はサンプリング信号の２つのクロックエッジの間にある可能性があり、このため送信時間は近似的にしか決定できない。送信ノードと受信ノードとの間の距離が短い場合には、時間測定の不確実性は特に大きい比例的誤差を生じることがある。
【０００６】
更に、伝搬時間が最も近いサンプリング時点に近似されなければならない場合には、送信時間データの不確実性はサンプリング周波数の減少と共に増加する。この問題は、サンプリングレートを十分に増加することで克服されるが、適度に高いサンプリング周波数を提供することは、通常では実現可能ではなく、又はコスト効率が良くない。
【０００７】
本発明は前記の問題を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、第１の周波数でサンプリング信号を提供するように構成された発振器を有する装置で発生する信号の基準点を特定する方法が提供され、
第２の周波数を有する規則的な信号を近似するNCO出力信号を出力で提供するようにNCOを制御するためにサンプリング信号を使用し、
基準点の後にサンプリング信号から得られた時間にレジスタの値をNCOに記録することを有する。
【０００９】
以下に詳細に説明する実施例では、読み取るステップは、基準点の直後のサンプリング点でNCOのレジスタの値を読み取ることを有する。しかし、或る実装では、読み取るステップは基準点の少数のサンプル後のサンプリング点でNCOのレジスタの値を読み取ることを有してもよいことがわかる。
【００１０】
装置は送信機でもよく、この場合に、信号は送信機により生成され、この方法は、NCO出力信号から得られた信号を送信することを更に有する。
【００１１】
装置は必ずしも送信機である必要はない。実際に、当業者にわかるように、本発明は、受信機及び他の装置で生じる信号にも適用可能である。
【００１２】
この方法は、基準点で装置のクロック時間を得るために、記録されたレジスタの値を使用することを更に有してもよい。
【００１３】
代替として、この方法は、メッセージを受信機に送信することを更に有してもよく、メッセージは、信号の基準点の送信時間が受信機で計算されることを可能にする情報を有する。この場合、この情報は、サンプリング点に対する基準点のタイミングを示すサンプル期間の端数の識別情報を有してもよく、代替としてサンプリング点でのレジスタの値とサンプリングのインクリメントとを有してもよい。
【００１４】
典型的には、クロック時間は、基準時間からのサンプリングインスタンス数又はチップ数のカウントを用いて、及びサンプリング間隔の端数が決定され得るデータを用いて、ある基準時間とみなされる。基準時間への参照を示す正確な方法は、本発明には重要ではない。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法が提供され、
送信機で、前記の信号の基準点を特定し、
受信機で、送信信号を受信し、
信号の基準点のローカル受信時間を決定し、
基準点での送信機のクロック時間の指示を送信機から受信し、
又はサンプリング点に対する基準点のタイミングを示す送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくはレジスタの値の指示を有するメッセージを送信機から受信し、
基準点で送信機のクロック時間を得るためにメッセージを使用し、
送信機と受信機との間の距離の指標を計算するために、送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用することを有する。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、送信機と受信機との間の距離の指標を計算する方法が提供され、受信機で、
送信機により送信された信号を受信し、
信号の基準点のローカル受信時間を決定し、
サンプリング点に対する基準点のタイミングを示す送信機のサンプル期間の端数の指示、又は基準点の後のサンプリング点での送信機のNCOのレジスタの値及びNCOのサンプリングのインクリメントの指示を有するメッセージを送信機から受信し、
基準点での送信機のクロック時間を得るためにメッセージを使用し、
送信機と受信機との間の距離の指標を計算するために、得られた送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用することを有する。
【００１７】
この実施例でのサンプリングのインクリメントは追加ワード（add-word）である。
【００１８】
本発明の第２及び第３の態様により、送信機がサンプリングインスタンス以外の基準点を特定することができない場合に可能であるものと比較して、送信機と受信機との間の距離が優れた分解能で計算することが可能になる。
【００１９】
有利には、前記の方法のいずれかにおいて、信号は第２の周波数に関するチップ期間を有するPRNコードを有する。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、
第１の周波数でサンプリング信号を提供するように構成された発振源と、
第２の周波数を有する規則的な信号を近似するNCO出力信号を出力で提供するためにサンプリング信号を使用するように構成されたNCOと、
基準点の後にサンプリング信号から得られた時間にレジスタの値をNCOに記録するように構成され、これにより信号の基準点が特定されることを可能にするレコーダと
を有する装置が提供される。
【００２１】
本発明の第５の態様によれば、送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するシステムが提供され、
送信機は前記の装置であり、
受信機は、
送信信号を受信する受信手段と、
信号の基準点のローカル受信時間を決定するように構成されたプロセッサとを有し、
受信機は、基準点での送信機のクロック信号の指示を送信機から受信し、
又はサンプリング点に対する基準点のタイミングを示す送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくはレジスタの値の指示を有するメッセージを送信機から受信するように構成され、
受信機は、基準点で送信機のクロック時間を得るためにメッセージを使用するように構成され、
プロセッサは、送信機と受信機との間の距離の指標を計算するために、送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用するように構成される。
【００２２】
本発明の第６の態様によれば、送信機により送信された受信信号から送信機と受信装置との間の距離の指標を計算するように動作可能な受信装置が提供され、
信号の基準点のローカル受信時間を決定するように構成されたプロセッサと、
サンプリング点に対する基準点のタイミングを示す送信機のサンプル期間の端数の指示、若しくは基準点の後のサンプリング点での送信機のNCOのレジスタの値及びNCOのサンプリングのインクリメントの指示を有するメッセージを送信機から受信するように構成された受信機とを有し、
プロセッサは、基準点での送信機のクロック時間を得るためにメッセージを使用し、送信機と受信機との間の距離の指標を計算するために、得られた送信機のクロック時間とローカルの基準点の受信時間とを使用するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施例について、添付図面を参照して一例として説明する。
【００２４】
図１は、本発明が実装され得る無線装置を示している。この装置は、直接シーケンス拡散スペクトル（DSSS：Direct  Sequence  Spread  Spectrum）技術を使用してメッセージを送受信する。装置1は、中央処理装置（CPU）2と、読み取り専用メモリ（ROM）3と、ランダムアクセスメモリ（RAM）4と、電源5と、ユーザと相互作用するための入出力装置6とを有する。電源5はバッテリの形式でもよい。装置1は、内部処理を計時し、他の装置と内部処理を同期させるクロック7を更に有する。DSSSトランシーバユニット8は、クロック7と中央処理装置2とに接続される。アンテナ9は、DSSSトランシーバ8により提供される無線信号を送信する。簡単には、DSSSトランシーバユニット8は、周波数帯域で信号を送信するように動作し、これによって信号が雑音、干渉及び盗聴に対する耐性を有するようにする。DSSトランシーバユニットは、疑似ランダム雑音（PRN：pseudorandom  noise）シーケンスと呼ばれる1及び0の疑似ランダムコードを生成し、搬送波周波数信号を変調するためにこのシーケンスを使用する。PRNシーケンスは、搬送波信号の周波数を中心とした1MHzの帯域を有してもよい。受信側で、受信機は、レプリカと受信PRNコードとの間に相関が存在するまで、PRNコードのレプリカを時間でシフトする。相関器がピーク出力を有するときに、PRNコードの最適な合致が存在するとみなされる。DSSSトランシーバは、他のZigBee装置と短距離無線リンクでデータを通信することができるZigBee（TM）でもよい。
【００２５】
装置がセルラ電話に実装されている場合、装置は、セルラネットワークで信号を送受信するトランシーバ10及びアンテナ11を更に有する。代替実施例では、セルラトランシーバはDSSSトランシーバ8と統合され、単一のアンテナが２つのトランシーバの間で共有される。
【００２６】
図２は、３つの基地局12、13及び14と通信する装置1を有する移動局を示している。移動局と装置12、13及び14との間で送信された信号により、移動局の正確な位置が伝搬時間計算を通じて決定されることが可能になる。これらの信号は、伝搬時間信号と呼ばれ得る。基地局12が移動局から伝搬時間信号を受信すると、PRNコードのローカルのレプリカが、伝搬時間信号に変調されたPRNコードと相関され、伝搬時間信号の到達時間が、受信コードとローカルコードとの間で完全な相関が生じたときのレプリカの時間の開始点として決定される。到達時間の得られた値と送信時間の受信値とが、基地局12と移動局1との間の距離を検出するために使用される。伝搬時間値を得る際に関与する受信機の下位要素について、以下に詳細に説明する。移動局の絶対位置を見つけるために、伝搬時間測定も移動局と各基地局13及び14との間で決定されてもよい。全ての３つの距離がわかり、基地局12-14の位置がわかると、移動局の絶対位置が三辺測量により検出され得る。
【００２７】
図２のシステムは、代わりにZigBeeネットワークで複数のノードを有してもよい。この場合、全くノードの位置を決定する必要がないことがある。実際に、全てのノードは移動体でもよい。その代わりに、何らかの２つのノードの間の距離が計算される必要があり、これにより、通信がこれらの２つのノードの間で直接に又は１つ以上の中間ノードを介して行われるべきか否かが決定され得る。距離測定は、他の目的にも有用なことがある。例えば、セキュリティノードから予め設定された距離を超過してユーザにより運ばれるノードの検出は、セキュリティシステムの設定を起動する。
【００２８】
図３は、本発明の一実施例によるクロック7及びDSSSトランシーバユニット8の下位要素を示している。クロック7は、水晶発振器15（例えば13MHz水晶発振器）と、カウンタ16と、入力及び出力線A-Dを有する数値制御発振器（NCO）17と、制御ユニット18とを有する。カウンタ16は、基準時間の後の各クロックエッジをカウントする。水晶発振器15及びカウンタ16は、システムクロックを構成する。サンプリング信号は、水晶発振器15により生成された信号から得られる。NCO17は、トランシーバ8を使用した送信のために規則的な周期信号を近似する信号を生成するように動作する。NCO17の出力信号は、入力信号の周波数と異なる周波数を有する可能性がある。従って、システムクロックが適切でない周波数を有しているとしても、NCO17は伝搬時間測定に適した周波数を有する信号を生成することができる。出力信号は、適切なチップレートでPRNチップシーケンスを生成するために使用される。２つの信号の周波数の間の差のため、NCO17の出力により近似される理想的なDSSS信号の基準点は、クロック信号のエッジと一致しないことがある。２つのサンプリング時点の間にあるDSSS信号の基準点の時間をマークする方法は、NCO17を使用して生成されるPRNコードの周期信号に依存する。
【００２９】
NCO17により生成された規則的な周期信号は、PRN生成器19と、変調器20と、ゲート21と、復調器22とを有するDSSSトランシーバユニット8に渡される。PRN生成器は、PRNシーケンスを生成するために、拡散シーケンスのチップ毎に1又は0を生成する。チップは、PRN拡散シーケンスの最小の要素成分である。理想的には、NCOの出力信号での各チップの長さは一定であり、理想的な伝搬時間信号のチップに対応する持続時間を有する。しかし、発振器15により提供されるサンプリング信号の周波数のため、或るチップは理想的なDSSS信号により規定される仮定チップ長より長くなることがあり、或るチップは短くなることがある。しかし、エッジがいつ生じるかに関して何らかの差が存在するとしても、平均周波数は同じである。更に、出力信号がNCOで生成される技術のため、出力信号でのチップの実質的な開始点（理想的なDSSS信号での対応するチップの開始点に対応する）は特定又は計算可能であり、これにより送信信号の対応する点が正確に決定可能である。
【００３０】
PRNシーケンスは、サブフレーム毎に繰り返される。以下では、新しいPRNシーケンスの最初のチップの開始に一致する時間は、基準点と呼ばれる。この基準点は、そのチップが次のサンプリングインスタンスまで実際に送信されなくても、送信時間（t-o-t：time-of-transmission）を構成する。制御ユニットは変調器にt-o-tを更に転送し、これにより、送信時間を受信機に通知するメッセージが送信され得る。代替として、t-o-tをCPUに転送してもよく、CPUが送信用に変調器にt-o-tを有するメッセージを転送する。
【００３１】
伝搬時間信号の送信時間を示す情報を有するメッセージは、DSSSトランシーバ8により送信される伝搬時間信号に変調され得る。メッセージは、参照するDSSS信号に変調されてもよく（この場合、“この拡散コードシーケンスは時間XXXXで始まった”ことをメッセージが示す）、何らかの時間の後に送信されてもよい（この場合、“前の拡散シーケンスは時間XXXXで始まった”ことをメッセージが示す）。代替として、メッセージは他の手段（例えば、DSSS技術を使用していない第２の送信機）を使用して送信されてもよい。相当数のDSSS信号がシステムで送信される場合、メッセージは、メッセージが参照するDSSS信号を特定する情報を有してもよい。
【００３２】
DSSSトランシーバ8はまた、DSSS信号を受信してもよい。このことにより、DSSS信号の受信機と送信機との間での双方向通信が可能になる。入来する信号は、システムクロックのサンプリング周波数でサンプリングされ、復調器22で復調される。DSSS信号を復調する処理は、DSSS信号が受信されたときに受信機で実行される処理に関して、以下に詳細に説明が行われる。
【００３３】
再び図２を参照すると、受信装置12の下位要素が示されている。受信装置は、送信信号を受信するアンテナ121及びDSSS受信機122を有する。DSSS受信機では、入来する信号は、受信機のシステムクロックのレートでサンプリングされる。典型的には、サンプリングレートはPRNコードのチップレートより大きい。従って、信号はオーバーサンプリングされる。しかし、受信機のローカルクロックは必ずしも送信機のローカルクロックと同じ周波数を有しているとは限らず、２つのクロックは送信される可能性が低い。従って、受信信号の各チップの開始はわからず、サンプル値を推定してPRNコードの予想周波数を考慮することにより推定されなければならない。従って、信号の到達時間は基準点の到達時間として決定される。到達時間を検出するために、受信機122は、信号のサンプル値を相関器122に転送する。相関器は、PRN生成器124により生成されたPRNコードのレプリカとサンプル値とを比較する。コントローラ125は、PRN生成器124及び相関器123の動作を制御する。まず、PRNレプリカとサンプリング時点との間の相関が、近似の到達時間にあるPRNレプリカの基準点と比較される。PRNレプリカは、信号間で完全な相関が生じるまで、小さいインクリメントだけ時間でシフトされる。近似の到達時間に追加されるレプリカの時間シフトは、基準点の正確な到達時間を構成する。
【００３４】
受信機122はまた、送信時間についての情報を有するメッセージを送信装置から受信する。この情報は、計算された送信時間の指示でもよく、受信機が送信時間を計算することを可能にするタイムスタンプでもよい。この情報は、受信情報から送信時間を得る距離計算機126に転送される。距離計算機はまた、相関器から到達時間情報を受信し、正確な到達時間を決定することを可能にする。送信時間及び到達時間を使用して、距離計算機126は、信号の伝搬時間を決定し、これにより受信機と送信機との間の距離を決定する。
【００３５】
簡単には、図４に示すNCO17の下位要素は、位相レジスタ23と、位相累積レジスタ24とを有する。追加ワード（add-word）として知られる所定のバイナリワードは、位相レジスタ23に設置される。異なるNCO出力周波数を得るために、追加ワードの値は変更されてもよい。この例では、制御ユニット18は入力Aに接続され、位相レジスタ24の追加ワードの値を変更し得る。各サンプリング時点に、位相レジスタ23の追加ワードは、位相累積レジスタ24の値に追加される。各サンプリング時点に出力線の並列の複数の出力ビットが位相レジスタ23からの入力ビットに追加されるように、位相累積レジスタ24はまた、この位相累積レジスタ24の入力に接続された出力線を有する。従って、サンプリングインスタンス毎に、位相累積レジスタ24の値は、１つの追加ワードだけインクリメントされる。位相累積レジスタ24の値が閾値に到達する毎に（すなわち、レジスタでのインクリメントされた値が位相累積レジスタ24でビット数により表現可能な最高数を超過する毎に）、位相累積レジスタ24はオーバーフローする。位相累積レジスタ24がオーバーフローするサンプリング時点で、NCOの出力信号でエッジが生成される。この時点で、残留位相値（すなわち、閾値が減算されたときのインクリメントされた値の残り）が位相累積レジスタ24に残される。
【００３６】
NCOにより生成されるクロック信号は、位相累積レジスタの最上位ビットの値から得られる。各オーバーフローの後に最上位ビット（MSB：Most-Significant  Bit）が0にリセットし、チップの約半分過ぎで1に変化し、次のオーバーフローで再び0にリセットする。PRN生成器19により生成されたPRNシーケンスの新しいチップは、MSBの各立ち下がりで起動される。MSBの立ち下がりが生じるサンプリング時点を通信する信号は、NCO17の出力Cを介して、PRN生成器19のシフトレジスタ（図示せず）に送信される。レジスタの複数の最下位ビット（Least-Significant  Bit）の値は、出力Dを介して制御ユニット18に送信される信号により通信される。これにより、累積レジスタ24の残留値がオーバーフローの直後のサンプリング時点で決定され得る。
【００３７】
典型的なNCOは、32ビットのレジスタを有するため、閾値は232に等しい。位相レジスタ23に格納されて各サンプリング時点で累積レジスタに追加される追加ワードの値は、NCO17の出力信号の周波数を決定する。この値が小さい場合、累積レジスタを充填するのに長くかかり、出力周波数が小さくなる。この値が大きい場合、累積器は複数のクロック周期で充填され、出力周波数は比較的高くなる。追加ワードは次により得られる。
追加ワード=(fc*232)/fs        式１
ただし、fsは入力信号のサンプリングレート（すなわちクロック周波数）であり、fcは出力信号の所望のレート（すなわちチップ周波数）である。位相累積レジスタ24は整数値でのみ動作するため、追加ワードは最も近い整数値に丸められる。
【００３８】
図５は、水晶発振器13からのサンプリング信号26を示している。サンプリング信号26は、周波数fsを有する。これはまた、位相累積レジスタ24の残留コード位相27及び28と、PRN生成器の拡散コード29とを示している。残留コード位相28は、位相累積レジスタ24の値が各サンプリング点でどのようにインクリメントされるかを明らかに示している。線27は、サンプリングレートが劇的に増加した場合に、累積レジスタの値がどのように増加するかを実際に示している。オーバーフローの直後のサンプリング時点での位相累積レジスタ24の残留コード位相は、無限のサンプリング周波数が存在するときに、いつオーバーフローが生じたかを示す。以下では、レジスタの実質的なオーバーフローの時間は、実質オーバーフロー時間と呼ばれる。各実質オーバーフロー時間は、全てのチップが同じ長さを有する理想的なDSSS信号のチップのエッジに対応する。PRN生成器により生成された理想的なDSSS信号が、線29により示されている。ここでは、信号29の振幅は、各実質オーバーフロー時間に変化する。実際のDSSS信号では、次のサンプリング時点までエッジは生じない。しかし、オーバーフロー時に直ちにレジスタ24の残留値を測定することにより、実質オーバーフロー時間が決定され得る。
【００３９】
図６は、拡大された領域33を示している。実質オーバーフロー時間30は、２つのサンプリング時点31及び32の間に生じる。サンプリング時点32でのレジスタの値は、参照符号34で示されている。追加ワードから残留コード位相値34を減算した値は、サンプリング時点31と実質オーバーフロー30との間の時間に比例する。換言すると、閾値に比較したときの追加ワードから残留コード位相値34を減算した値は、サンプリング時点と実質オーバーフロー時間30との間に経過したチップ期間の端数を特定する。従って、残留コード位相値34は、実質オーバーフロー時間30のタイムスタンプを構成する。従って、送信時間は、サンプリング時点31での残留位相累積値に対応する時間にサンプリング時点31と実質オーバーフロー30との間に経過した時間を追加したものとして計算され得る。
t-o-t=(カウンタ値)/fs+(追加ワード-タイムスタンプ)/(fc*232)      式２
従って、対応するチップの先端の仮定送信時間は、最も近いサンプリング時点に近似されている場合より高い精度で決定され得る。
【００４０】
数10MHzのサンプリングレートを使用するときに、送信時間はこの機構を使用してナノ秒の精度で測定可能であることを実験が示している。無線信号がナノ秒毎に約30cm進むことを考慮すると、本発明により提供される伝搬時間測定の精度により、数10センチメートルの精度の装置間での距離測定が得られることが可能になる。これは、標準的な13MHzの水晶発振器が使用される場合である。
【００４１】
２つの装置間でDSSS信号の送信時間を見つける方法が図７に示されている。双方の装置のPRN生成器19は、継続してPRNシーケンスを生成する。DSSS信号が送信されると、制御ユニット18は、次のシーケンスの開始が推測され得る１つのPRNシーケンスの終了を特定する。ステップS1において、現在のPRNシーケンスの最後のチップを生成した位相累積レジスタ14のオーバーフローの前の最後のサンプリング時点が特定される。このサンプリング時点は、図４及び５のサンプリング時点31に対応する。ステップS2に示すように、カウンタ16の値はこの時点で検出される。DSSS送信機8は、レジスタの次のオーバーフローで信号を送信し始める（S3）。しかし、この時点が理想的なDSSS信号の新しいPRNシーケンスの最初のチップの開始に対応するため、DSSS信号の送信時間はレジスタ24の実質オーバーフロー時間に設定される。ステップS4において、送信時間の直後のサンプリング時点が特定され、位相累積レジスタ24の残留コード位相が読み取られる。これとカウンタの値とが、送信時間のタイムスタンプを構成する。次にステップS5において、送信時間は、式２による追加ワードの値とタイムスタンプの値とを比較することにより検出される。最後にステップS6において、計算された送信時間が送信され、第２の装置により受信される。第２の装置は、そのローカルクロックに従って到達時間を決定し、信号の伝搬時間を計算する。
【００４２】
代替実施例では、トランシーバは、送信時間を示すデジタルワードを送信しない。その代わりに、２つのデジタルワードを送信し、一方はサンプリング時点26での基準時間からのサンプル数のカウントを表し、一方は送信時間の端数部分を時間単位で表す。第３の代替実施例では、これらのデジタルワードが送信され、一方は基準時間からのサンプル数のカウントを表し、一方はタイムスタンプ及び追加ワードを有し、受信機が送信時間を計算することを可能にする。この場合には、式２の計算は受信機で実行される。
【００４３】
記載した本発明の実施例では本発明がDSSSトランシーバに実装されるが、本発明は、NCOを使用して送信波形が生成される如何なるデジタルトランシーバに適用され得る。従って、例えば本発明はBluetooth装置により構成されるノードのネットワークで使用されてもよい。この場合、何らかの固定Bluetoothノードが自分と１つ以上の移動ノードとの間の距離に関心を有することがあるため、範囲測定は有用になり得る。これにより、位置特有のコンテンツを所定の移動装置に配信するか否かを決定することができる。この出願では特定の特徴の組み合わせで請求項が構成されているが、本発明の開示の範囲はまた、いずれかの請求項に記載されている同じ発明に関係しようとしないと、本発明と同じ技術的課題の一部又は全部を軽減しようとしまいと、明示的に若しくは暗示的に又はこの何らかの一般化でここに開示された特徴の何らかの新規な特徴又は何らかの新規な特徴の組み合わせを有することがわかる。ここで、出願人は、この出願又はこれから生じた更なる出願の継続中に、このような特徴及び／又はこのような特徴の組み合わせに対して新しい請求項が作られてもよいことを予告する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の態様が実装され得る装置の構成要素の概略図
【図２】本発明の様々な態様が使用され得る装置のネットワーク
【図３】図１の装置の下位要素の概略図
【図４】数値制御発振器の下位要素の概略図
【図５】送信時間が本発明の実施例に従って決定され得る方法
【図６】図５の領域の拡大図
【図７】本発明の一実施例による方法のステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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