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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-19
(45)【発行日】2024-11-27
(54)【発明の名称】メッシュネットワークにおける時間同期および位置特定の方法
(51)【国際特許分類】
G01S 11/02 20100101AFI20241120BHJP
H04W 56/00 20090101ALI20241120BHJP
H04L 7/00 20060101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
G01S11/02
H04W56/00 130
H04L7/00 990
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2023563957
(86)(22)【出願日】2022-04-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-16
(86)【国際出願番号】 US2022025828
(87)【国際公開番号】W WO2022226233
(87)【国際公開日】2022-10-27
【審査請求日】2023-10-18
(31)【優先権主張番号】63/177,805
(32)【優先日】2021-04-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518200503
【氏名又は名称】ザイナー， インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｚａｉｎａｒ， Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】クラッツ，フィリップ，エイ．
(72)【発明者】
【氏名】チョードリー，マイナック，エム．
(72)【発明者】
【氏名】ル，ジョナサン
(72)【発明者】
【氏名】ユーセフィ，シアマック
【審査官】山下 雅人
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０００６３８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２１７７５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２４８２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２８３４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ５／００－１７／９５
Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６
Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００
Ｈ０４Ｌ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のノードによる第１の同期スロット中の第１の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第１の同期信号は第１のセットの搬送周波数によって特徴付けられることと、第２のノードによる第２の同期スロット中の第２の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第２の同期信号は第２のセットの搬送周波数によって特徴付けられることと、
前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送後に、
前記第１のノードから、前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第２のノードから、前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号に基づく前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送後に、
前記第２のノードから、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第１のノードから、前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号に基づく前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照と、前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相に基づいて、第１のセットの位相／周波数点を生成することと、
前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照と、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相に基づいて、第２のセットの位相／周波数点を生成することと、
前記第１のセットの位相／周波数点と前記第２のセットの位相／周波数点とに基づいて、前記第１のノードと前記第２のノードの間の伝搬遅延を計算することと、
前記第１のセットの位相／周波数点を前記第２のセットの位相／周波数点から減算して、減算された位相／周波数点のセットを生成することと、
減算された位相／周波数点のセットの線形回帰を計算することと、
前記線形回帰に基づいて前記第１のノードと前記第２のノード間の時間バイアスを計算することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することが、
前記線形回帰の傾きを抽出することと、
前記線形回帰の前記傾きに基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照を受信することは、前記第１のノードから、前記第１の同期信号と関連付けられた第１の自己受信信号の前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することを含み、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照を受信することは、前記第２のノードから、前記第２の同期信号と関連付けられた第２の自己受信信号の前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のノードと前記第２のノードの間の伝搬遅延を計算することは、
前記第１のセットの位相／周波数点と前記第２のセットの位相／周波数点とを合計して合計位相／周波数点のセットを生成することと、
前記合計位相／周波数点のセットの第２の線形回帰を計算することと、
前記第２の線形回帰の第２の傾きに基づいて、前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
第１のノードによる第１の同期スロット中の第１の同期信号の伝送をスケジュールすることと、第２のノードによる第２の同期スロット中の第２の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第１の同期信号及び前記第２の同期信号は、第１の搬送周波数によって特徴付けられることと、
前記第１の同期スロット中の前記第１のノードによる前記第１の同期信号の伝送後に、
前記第１のノードから、前記第１の同期信号と関連付けられた第１の位相参照を受信することと、
前記第２のノードから、前記第２のノードにおける前記第１の同期信号の第１の到着位相を受信することと、
前記第２の同期スロット中の前記第２のノードによる前記第２の同期信号の伝送後に、
前記第２のノードから、前記第２の同期信号と関連付けられた第２の位相参照を受信することと、
前記第１のノードから、前記第１のノードにおける前記第２の同期信号の第２の到着位相を受信することと、
前記第１の同期信号と関連付けられた前記第１の位相参照、前記第２のノードにおける前記第１の同期信号の第１の到着位相、および前記第１の搬送周波数に基づいて、第１のセットの位相対周波数点の第１の位相対周波数点を生成することと、
前記第１のセットの位相対周波数点の第１の回帰に基づいて、第１のセットの同期信号の第１の位相遅延を計算することと、
前記第２の同期信号と関連付けられた前記第２の位相参照、前記第１のノードにおける前記第２の同期信号の第２の到着位相、および前記第１の搬送周波数に基づいて、第２のセットの位相対周波数点の第２の位相対周波数点を生成することと、
前記第２のセットの位相対周波数点の第２の回帰に基づいて、第２のセットの同期信号の第２の位相遅延を計算することと、
前記第１の位相遅延及び前記第２の位相遅延に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の伝搬遅延を計算することと、を含む、方法。
【請求項6】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の第１のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１のセットの同期信号は、第１のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の第２のセットの同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２のセットの同期信号は、第２のセットの搬送周波数によって特徴付けられ、
前記第１の位相参照を受信することは、前記第１のノードから、前記第１のセットの同期信号と関連付けられた第１のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第１の位相参照を受信することは、前記第１のノードから、前記第１のセットの同期信号と関連付けられた第１のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第２の位相参照を受信することは、前記第２のノードから、前記第２のセットの同期信号と関連付けられた第２のセットの位相参照を受信することを含み、
前記第１の到着位相を受信することは、前記第２のノードから、前記第２のノードにおける前記第１のセットの同期信号の第１のセットの到着位相を受信することを含み、
前記第２の到着位相を受信することは、前記第１のノードから、前記第１のノードにおける前記第２のセットの同期信号の第２のセットの到着位相を受信することを含み、
前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、前記第１のセットの位相参照、前記第２のセットの位相参照、前記第１のセットの到着位相、および前記第２のセットの到着位相に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の位相対周波数点を生成することは、前記第１のセットの同期信号のうちの各同期信号について、
その同期信号に関連付けられた前記第１のセットの位相参照のうちの位相参照、
前記第１のセットの到着位相のうちのその同期信号の到着位相、および
前記第１のセットの搬送周波数のうちのその同期信号の搬送周波数
に基づいて前記第１のセットの位相対周波数点のうちの位相対周波数点を生成することとを含み、
前記第２の位相対周波数点を生成することは、
前記第２のセットの同期信号のうちの各同期信号について、
その同期信号に関連付けられた前記第２のセットの位相参照のうちの位相参照、
前記第２のセットの到着位相のうちのその同期信号の到着位相、および
前記第２のセットの搬送周波数のうちのその同期信号の搬送周波数
に基づいて第２のセットの位相対周波数点のうちの位相対周波数点を生成すること
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１の同期信号は、第１の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスを含み、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号は、第２の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスを含み、
前記第２のノードにおいて前記第１の同期信号の前記第１の到着位相を受信することは、
前記第１の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスに基づいて前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号および第１のテンプレート信号の第１の相互相関を計算することと、
前記第１の相互相関に基づいて前記第１の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第１のノードにおいて前記第２の同期信号の前記第２の到着位相を受信することは、
前記第２の周波数シフトキーイング変調コードシーケンスに基づいて前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号および第２のテンプレート信号の第２の相互相関を計算することと、
前記第２の相互相関に基づいて前記第２の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１の同期信号は、第１の変調最大長シーケンスを含み、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号は、第２の変調最大長シーケンスを含み、
前記第２のノードにおいて前記第１の同期信号の前記第１の到着位相を受信することは、
前記第１の変調最大長シーケンスに基づいて前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号および第１のテンプレート信号の第１の相互相関を計算することと、
前記第１の相互相関に基づいて前記第１の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第１のノードにおいて前記第２の同期信号の前記第２の到着位相を受信することは、
前記第２の変調最大長シーケンスに基づいて前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号および第２のテンプレート信号の第２の相互相関を計算することと、
前記第２の相互相関に基づいて前記第２の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項10】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１の同期信号は、第１のＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスを含み、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号は、第２のＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスを含み、
前記第２のノードにおいて前記第１の同期信号の前記第１の到着位相を受信することは、
前記第１のＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスに基づいて前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号および第１のテンプレート信号の第１の相互相関を計算することと、
前記第１の相互相関に基づいて前記第１の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第１のノードにおいて前記第２の同期信号の前記第２の到着位相を受信することは、
前記第２のＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスに基づいて前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号および第２のテンプレート信号の第２の相互相関を計算することと、
前記第２の相互相関に基づいて前記第２の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項11】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１の同期信号は、第１の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号を含み、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号は、第２の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号を含み、
前記第２のノードにおいて前記第１の同期信号の前記第１の到着位相を受信することは、
前記第１の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号に基づいて前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号および第１のテンプレート信号の第１の相互相関を計算することと、
前記第１の相互相関に基づいて前記第１の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第１のノードにおいて前記第２の同期信号の前記第２の到着位相を受信することは、
前記第２の周波数ホッピングスペクトラム拡散信号に基づいて前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号および第２のテンプレート信号の第２の相互相関を計算することと、
前記第２の相互相関に基づいて前記第２の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のノードによる前記第１の同期スロット中の前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第１の同期信号は、第１の固定プリアンブルシーケンスを含み、
第１の可変シンクワードシーケンスを含み、
閾値自己相関ピーク比より大きい第１の自己相関ピーク比を生成するように構成され、
前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のノードによる前記第２の同期スロット中の前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号は、
第２の固定プリアンブルシーケンスを含み、
第２の可変シンクワードシーケンスを含み、
前記閾値自己相関ピーク比より大きい第２の自己相関ピーク比を生成するように構成され、
前記第２のノードにおいて前記第１の同期信号の前記第１の到着位相を受信することは、
前記第１の固定プリアンブルシーケンスおよび前記第１の可変シンクワードシーケンスに基づいて前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号および第１のテンプレート信号の第１の相互相関を計算することと、
前記第１の相互相関に基づいて前記第１の到着位相を抽出することと、を含み、
前記第１のノードにおいて前記第２の同期信号の前記第２の到着位相を受信することは、
前記第２の固定プリアンブルシーケンスおよび前記第２の可変シンクワードシーケンスに基づいて前記第１のノードで受信される前記第２の同期信号および第２のテンプレート信号の第２の相互相関を計算することと、
前記第２の相互相関に基づいて前記第２の到着位相を抽出することと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項13】
第１のノードによる第１の同期スロット中の第１の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第１の同期信号は、第１のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、第２のノードによる第２の同期スロット中の第２の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、前記第２の同期信号は、第２のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、
前記第１の同期スロット中の前記第１のノードによる前記第１の同期信号の伝送後に、
前記第１のノードから、前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第２のノードから、前記第２のノードで受信される前記第１の同期信号に基づく前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第２の同期スロット中の前記第２のノードによる前記第２の同期信号の伝送後に、
前記第２のノードから、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての位相参照を受信することと、
前記第１のノードから、前記第１のノードで受信した前記第２の同期信号に基づいて、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての到着位相を受信することと、
前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第１のセットの位相／周波数点を生成することと、
前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照および前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて第２のセットの位相／周波数点を生成することと、
前記第１のセットの位相／周波数点と前記第２のセットの位相／周波数点とを合計して合計位相／周波数点のセットを生成することと、
前記合計位相／周波数点のセットの線形回帰を計算することと、
前記線形回帰に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと、を含む、方法。
【請求項14】
前記線形回帰に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することは、
前記線形回帰の傾きを抽出することと、
前記線形回帰の前記傾きに基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記伝搬遅延を計算することと、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、前記第１のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相、前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記位相参照、および前記第２のセットの搬送周波数のうちの各搬送周波数についての前記到着位相に基づいて、前記第１のノードと前記第２のノードの間の時間バイアスを計算することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することは、
前記第１のセットの位相／周波数点および前記第２のセットの位相／周波数点に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記第１のセットの位相／周波数点および前記第２のセットの位相／周波数点に基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することは、前記第１のセットの位相／周波数点を前記第２のセットの位相／周波数点から減算して減算位相／周波数点のセットを生成することと、
前記減算位相／周波数点のセットの第２の線形回帰を計算することと、
前記第２の線形回帰の第２の傾きを抽出することと、
前記第２の線形回帰の前記第２の傾きに基づいて前記第１のノードと前記第２のノードの間の前記時間バイアスを計算することと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第１のセットの搬送周波数にわたる第１の周波数ホッピングスペクトラム拡散方式に基づいて第１の同期の伝送をスケジュールすることを含み、前記第２の同期信号の伝送をスケジュールすることは、前記第２のセットの搬送周波数にわたる第２の周波数ホッピングスペクトラム拡散方式に基づいて第２の同期の伝送をスケジュールすることを含む、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、参照により各々の全体が組み込まれる、２０２１年４月２１日出願の米国特許仮出願第６３／１７７，８０５号の利益を主張する２０２１年６月３日出願の米国特許出願第１７／３３８，５４３号の継続出願である。
本願は、参照により各々の全体が組み込まれる、２０２１年４月２１日出願の米国特許仮出願第６３／１７７，８０５号の利益を主張する２０２１年６月３日出願の米国特許出願第１７／３３８，５４３号の継続出願である。
【0002】
本発明は、一般に、ネットワーキングおよびデジタル通信の分野に関し、さらに詳細には、ネットワーキングおよびデジタル通信の分野における時間同期および位置特定の新規の有用な方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【発明を実施するための形態】
【0004】
以下の本発明の実施形態の説明は、本発明をこれらの実施形態に限定するためのものではなく、当業者が本発明を構成して使用することを可能にするためのものである。本明細書に記載される変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例は、任意選択であり、それらが説明する変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例に限られるわけではない。本明細書に記載される発明は、これらの変形形態、構成、実施態様、例示的な実施態様、および実施例のいかなる組合せも全て含むことができる。
【0005】
１．時間バイアスおよび／または伝搬遅延を特徴付ける方法
図１Ａに示すように、ノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を特徴付ける方法Ｓ１００は、ノード対のうちの第１のノードにおいて第１の同期スロット中に、ブロックＳ１１０Ａで第１のノードの第１のクロックに従って第１の時点に第１の同期信号を伝送することと、ブロックＳ１２０Ａで第１の同期信号を戻り結合して第１の自己受信信号を生成することと、ブロックＳ１３０Ａで第１の自己受信信号を受信することと、ブロックＳ１４０Ａで第１のクロックに従って第１の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１５０Ａで第２のノードから第２の同期信号を受信することと、ブロックＳ１６０Ａで第１のクロックに従って第２の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法Ｓ１００は、また、第２のノードにおいて第１の同期スロット中に、ブロックＳ１１０Ｂで第２のノードの第２のクロックに従って第２の時点に第２の同期信号を伝送することと、ブロックＳ１２０Ｂで第２の同期信号を戻り結合して第２の自己受信信号を生成することと、ブロックＳ１３０Ｂで第２の自己受信信号を受信することと、ブロックＳ１４０Ｂで第２のクロックに従って第２の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１５０Ｂで第１のノードから第１の同期信号を受信することと、ブロックＳ１６０Ｂで第２のクロックに従って第１の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法Ｓ１００は、ブロックＳ１７０で第２のノードにおいて、第１の自己受信信号の到着時間、第２の同期信号の到着時間、第２の自己受信信号の到着時間、および第１の同期信号の到着時間に基づいてノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することをさらに含む。
図１Ａに示すように、ノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を特徴付ける方法Ｓ１００は、ノード対のうちの第１のノードにおいて第１の同期スロット中に、ブロックＳ１１０Ａで第１のノードの第１のクロックに従って第１の時点に第１の同期信号を伝送することと、ブロックＳ１２０Ａで第１の同期信号を戻り結合して第１の自己受信信号を生成することと、ブロックＳ１３０Ａで第１の自己受信信号を受信することと、ブロックＳ１４０Ａで第１のクロックに従って第１の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１５０Ａで第２のノードから第２の同期信号を受信することと、ブロックＳ１６０Ａで第１のクロックに従って第２の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法Ｓ１００は、また、第２のノードにおいて第１の同期スロット中に、ブロックＳ１１０Ｂで第２のノードの第２のクロックに従って第２の時点に第２の同期信号を伝送することと、ブロックＳ１２０Ｂで第２の同期信号を戻り結合して第２の自己受信信号を生成することと、ブロックＳ１３０Ｂで第２の自己受信信号を受信することと、ブロックＳ１４０Ｂで第２のクロックに従って第２の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１５０Ｂで第１のノードから第１の同期信号を受信することと、ブロックＳ１６０Ｂで第２のクロックに従って第１の同期信号の到着時間を計算することとを含む。方法Ｓ１００は、ブロックＳ１７０で第２のノードにおいて、第１の自己受信信号の到着時間、第２の同期信号の到着時間、第２の自己受信信号の到着時間、および第１の同期信号の到着時間に基づいてノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することをさらに含む。
【0006】
図１Ｂに示すように、方法Ｓ１００の第１の変形形態は、ブロックＳ１０２でノード対のうちの第２のノードに協調信号を伝送することであって、この協調信号は第２の同期信号を伝送する第２の時点を示す、ことと、ブロックＳ１１０で第１のノードの第１のクロックに従って第１の時点で第１の同期信号を伝送することと、ブロックＳ１２０で第１の同期信号を戻り結合して第１の自己受信信号を生成することと、ブロックＳ１３０で第１の自己受信信号を受信することと、ブロックＳ１４０で第１のクロックに従って第１の自己受信信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１５０で第２の同期信号を受信することであって、この第２の同期信号は、第２のノードの第２のクロックに従って第２の時点で第２のノードによって伝送される、ことと、ブロックＳ１６０で第１のクロックに従って第２の同期信号の到着時間を計算することと、ブロックＳ１４２で第２のノードから第２の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第２の自己受信信号は第２の同期信号の伝送時に第２のノードによって戻り結合され、第２の自己受信信号の到着時間は第２のクロックに従って計算される、ことと、ブロックＳ１６２で第２のノードから第１の同期信号の到着時間を受信することであって、この第１の同期信号の到着時間は第２のクロックに従って第２のノードによって計算される、ことと、ブロックＳ１７０で第１の自己受信信号の到着時間、第１の同期信号の到着時間、第２の自己受信信号の到着時間、および第２の同期信号の到着時間に基づいて第１のクロックと第２のクロックの間の第１の時間バイアス、および第１のノードと第２のノードの間の第１の伝搬遅延を計算することとを含む。
【0007】
図１Ｃに示すように、方法Ｓ１００の第２の変形形態は、ブロックＳ１０４で第１のノードによる第１の時点の第１の同期信号の伝送をスケジュールすることと、ブロックＳ１０６で第２のノードによる第２の時点における第２の同期信号の伝送をスケジュールすることとを含む。方法Ｓ１００の第２の変形形態は、また、第１のノードの第１のクロックによる第１の時点における第１のノードによる第１の同期信号の伝送後に、ブロックＳ１４４で、第１のノードから、第１のクロックによる第１の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第１の自己受信信号は、第１の同期信号を戻り結合したものである、ことと、ブロックＳ１６４で、第２のノードの第２のクロックによる第１の同期の到着時間を受信することとを含む。方法Ｓ１００の第２の変形形態は、さらに、第２のクロックによる第２の時点における第２のノードによる第２の同期信号の伝送後に、ブロックＳ１４６で、第２のノードから、第２のクロックによる第２の自己受信信号の到着時間を受信することであって、この第２の自己受信信号は、第２の同期信号を戻り結合したものである、ことと、ブロックＳ１６６で、第１のクロックによる第２の同期信号の到着時間を受信することとを含む。方法Ｓ１００の第２の変形形態は、また、ブロックＳ１７０で、第１の自己受信信号の到着時間、第１の同期信号の到着時間、第２の自己受信信号の到着時間、および第２の同期信号の到着時間に基づいて第１のクロックと第２のクロックの間の第１の時間バイアスおよび第１のノードと第２のノードの間の第１の伝搬遅延を計算することを含む。
【0008】
方法Ｓ１００の第３の変形形態は、ブロックＳ１８０で予測ドリフトモデルに基づいて第１の同期スロットと第２の同期スロットの間の第１のノードと第２のノードの間の時間バイアスのドリフトの大きさを予測することと、ブロックＳ１９０で最大の時間バイアスの不確実性、第１の同期信号の持続時間にわたる最大の累積ドリフトの大きさ、伝搬遅延、および第１の同期信号の持続時間の和に等しい第２の同期スロットの持続時間を設定することとを含む。
【0009】
図１Ｄに示すように、方法Ｓ１００の第４の変形形態は、ブロックＳ１０４で第１のノードによる第１の同期スロット中の第１の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、この第１の同期信号は第１のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、ことと、ブロックＳ１０６で第２のノードによる第２の同期スロット中の第２の同期信号の伝送をスケジュールすることであって、この第２の同期信号は第２のセットの搬送周波数によって特徴付けられる、こととを含む。方法Ｓ１００のこの変形形態は、また、第１の同期スロット中の第１のノードによる第１の同期信号の伝送後に、ブロックＳ１４７で第１のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照を第１のノードから受信することと、ブロックＳ１６７で第２のノードで受信される第１の同期信号に基づく第１のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相を第２のノードから受信することとを含む。方法Ｓ１００のこの変形形態は、さらに、第２の時点における第２のノードによる第２の同期信号の伝送後に、ブロックＳ１４８で第２のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照を第２のノードから受信することと、ブロックＳ１６８で第２のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相を第１のノードから受信することと含む。方法Ｓ１００のこの変形形態は、さらに、ブロックＳ１７２で第１のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照、第１のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相、第２のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての位相参照、および第２のセットの搬送周波数の各搬送周波数についての到着位相に基づいて第１のノードと第２のノードの間の伝搬遅延を計算することを含む。
【0010】
１．１ 適用
一般に、方法Ｓ１００は、ネットワーク内のノードデバイス（以下「ノード」）の対、および／または遠隔サーバにより、そのノード対のクロックを例えば１ナノ秒以内などの高精度で同期させるために実行される。方法Ｓ１００は、いずれのノードのハードウェアの精密な較正も行わずに、また各ノードが水晶発振器クロックなどの標準的な電子クロック技術を用いているという条件で、２つのノード間の信号伝搬遅延または物理的距離に関する事前情報なしで（あるいはノードが静止しているという要件さえなしで）、例えば１ナノ秒以内またはナノ秒未満の精度でクロック間の相対時間バイアスを計算することができる。さらに、方法Ｓ１００は、５メガヘルツ未満の周波数帯域幅（例えば５００～１００ｋＨｚ）を利用することができる。方法Ｓ１００のこの小さい帯域幅により、大きな伝搬範囲および／または浸透でより低い周波数帯域での伝送が可能になる。このような帯域の例は、無許可使用、セルラ通信、および／または公衆安全用途用の周波数帯域を含む（例えば９０２～９２８ＭＨｚＩＳＭ帯、サブＧＨｚセルラ帯、または２６．９６５～２７．４０５ＭＨｚの市民ラジオサービス（ＣＢＲＳ））。したがって、方法Ｓ１００は、限定されるわけではないが、ＲＦ放出デバイスの精密な位置特定、公衆安全インフラストラクチャの遠隔感知、および時間に基づくデータ転送プロトコルの改良をさらに可能にすることができる、時間同期した分散型アンテナシステムのような適用を可能にする。
一般に、方法Ｓ１００は、ネットワーク内のノードデバイス（以下「ノード」）の対、および／または遠隔サーバにより、そのノード対のクロックを例えば１ナノ秒以内などの高精度で同期させるために実行される。方法Ｓ１００は、いずれのノードのハードウェアの精密な較正も行わずに、また各ノードが水晶発振器クロックなどの標準的な電子クロック技術を用いているという条件で、２つのノード間の信号伝搬遅延または物理的距離に関する事前情報なしで（あるいはノードが静止しているという要件さえなしで）、例えば１ナノ秒以内またはナノ秒未満の精度でクロック間の相対時間バイアスを計算することができる。さらに、方法Ｓ１００は、５メガヘルツ未満の周波数帯域幅（例えば５００～１００ｋＨｚ）を利用することができる。方法Ｓ１００のこの小さい帯域幅により、大きな伝搬範囲および／または浸透でより低い周波数帯域での伝送が可能になる。このような帯域の例は、無許可使用、セルラ通信、および／または公衆安全用途用の周波数帯域を含む（例えば９０２～９２８ＭＨｚＩＳＭ帯、サブＧＨｚセルラ帯、または２６．９６５～２７．４０５ＭＨｚの市民ラジオサービス（ＣＢＲＳ））。したがって、方法Ｓ１００は、限定されるわけではないが、ＲＦ放出デバイスの精密な位置特定、公衆安全インフラストラクチャの遠隔感知、および時間に基づくデータ転送プロトコルの改良をさらに可能にすることができる、時間同期した分散型アンテナシステムのような適用を可能にする。
【0011】
さらに詳細には、２つのノード間で時間を同期させる方法Ｓ１００は、双方向測距および同期プロトコルとして分類することができる。ただし、方法Ｓ１００は、対のうちのリーダノードから信号を受信したのに応答して伝送するのではなく、各ノードが絶対時間において（各ノードのクロックに従って）他のノードから独立して伝送するという点で、他の双方向測距プロトコルと区別される。さらに、各ノードは、（伝送される同期信号の戻り結合および／または反射を介して）各伝送される同期信号についての「出発時間」を提供する方式を実行するために、ノードのトランシーバハードウェア内で伝送される信号のローカル参照コピーを提供するように構成される。この伝送される同期信号の反射および／または戻り結合されたもの（以下「自己受信信号」）の到着時間は、別のノードによって伝送される信号によって生じる伝送および受信チェーン遅延を含み、それにより、これらの遅延の精密な特徴付けを行うことなく、また個々のノードの応答時間が決定的かつ対称的であると仮定しなくても、様々な信号の到着時間を直接比較することが可能になる。
【0012】
方法Ｓ１００のブロックは、メッシュネットワーク内のノードデバイス（すなわちノード）の対、メッシュネットワーク内のリーダノードおよびフォロワノード、ならびに／またはメッシュネットワーク内のノードの対と協調する遠隔サーバを含むことができるシステムによって実行することができる。メッシュネットワーク内の各ノードは、以下でさらに述べるアンテナ、トランシーバハードウェア、ＦＰＧＡ／ＤＳＰ、クロック、および自己受信ハードウェア（例えば指向性カプラ、ＲＦパワースプリッタ、コンバイナ、サーキュレータ）などの無線およびベースバンド処理ハードウェアを含むことができる。ただし、方法Ｓ１００は、有線ネットワーク内のノード間で実行することもできる。メッシュネットワーク内のノードは、相互にインターネットまたはローカルエリアネットワークに接続されて、メッシュネットワーク内の任意のノード対の間の初期時間バイアスが最初にネットワーク時間プロトコル（以下「ＮＴＰ」）または他の任意のネットワーク時間同期プロトコルによって制限されるようになっている。この時間バイアスは、多くの現況技術のネットワークでは、数十ミリ秒から数マイクロ秒の範囲とすることができる。
【0013】
メッシュネットワーク内のノードは、時分割多重アクセス（以下「ＴＤＭＡ」）および／または符号分割多重アクセス（以下「ＣＤＭＡ」）を用いてそれらのノード間で共有される共通の１つまたは複数の周波数帯域上で互いに通信することにより、周波数帯域幅の使用を最小限に抑える。したがって、これらのノードは、ＴＤＭＡフレーム構造内の１つまたは複数の同期スロット中に方法Ｓ１００のブロックを実行することができる。１つの実施態様では、同期スロット持続時間およびフレーム長は、動的に調整可能である。特に、方法Ｓ１００は、ノード対の間のより小さな初期時間バイアスを活用して、同期スロット持続時間を減少させ、時間バイアス計算における不確実性をさらに低減することができる。さらに、このフレーム構造は、方法Ｓ１００のブロックを実行するためにノードがインターネットプロトコルスイートを介して互いに、または遠隔サーバと通信することを可能にするデータ転送フレームを含むことができる。例えば、ノードは、方法Ｓ１００によるさらなる処理のために、到着時間のセットを遠隔サーバに転送することができる。
【0014】
ノード対の間の初期の粗いクロック同期（例えば１から１０ミリ秒）を仮定すると、ノード対の各ノードは、各ノードのクロックに従って同期スロットの開始時に他方のノードに同期信号を伝送する。ただし、一定ではないこともある、または一般にアプリオリに既知ではないこともある各ノード間の相対時間バイアスにより、これらの同期信号は、２つのノード間の時間バイアスだけずれた時点で送信される。同期信号は、周波数変調、振幅変調、または位相変調された擬似ランダムコード、あるいは（例えば複数の中心搬送周波数上の）複数のコードの組合せである。各ノードは、ノード対の他方のノードから同期信号を受信すると、１つまたは複数のコードに関連する自己相関ピークの大きさ、時間オフセット、および搬送波位相を用いるなどして、到着時間（以下「ＴＯＡ」）を計算する。
【0015】
各ノードは、同期信号を伝送すると、同期信号の一部分を戻り結合および／または内部反射する自己受信ハードウェア（図３Ｃに示す）を活用することにより、図３Ａに示すように自己受信信号を生成する。自己受信ハードウェアは、発信同期信号の減衰コピーを反射および／または戻り結合し、これがその後、その同期信号を伝送した同じノードによって受信される。次いで、各ノードは、自己受信信号がそのノードのアンテナで受信される入来同期信号と同じ受信チェーンを伝搬した後で、自己受信信号についてのＴＯＡを計算する。したがって、自己受信信号のＴＯＡは、伝送側ノードの受信機遅延時間だけずれた同期信号の出発時間として機能する。方法Ｓ１００は、自己受信信号を生成することを含むので、受信機遅延の精密な測定および／または較正を必要とせずに別のノードからの入来同期信号のＴＯＡを発信側ノードの出発時間と直接比較することができる。
【0016】
次いで、対の各ノードは、他方のノードから同期信号を受信し、同期信号についてのＴＯＡを計算する。したがって、同期スロットの終了までに、各ノードは、自己受信信号についてのＴＯＡおよび他方のノードの同期信号についてのＴＯＡを記録している。次いで、これらのＴＯＡが、それらのノードのうちの一方または遠隔サーバに伝送され、２つの未知数、すなわちノード対の間の相対時間バイアス（受信機遅延を含む）およびノード対の間の伝搬遅延についての２つの連立方程式が解かれる。この連立方程式は、電磁気の相反定理に基づいて解くことができる。その後、２つのノードのクロックの間の相対時間バイアスを、リーダノードまたはメッシュネットワークと協調している遠隔サーバが計算し、追跡することができる。あるいは、その後、ノード間の相対時間バイアスを両ノードに報告することもでき、これで、一方のノード（すなわちフォロワノード）は、他方（すなわちリーダノード）に一致するようにそのクロックを同期させることができる。
【0017】
方法Ｓ１００による２つのノードクロック間の第１の同期は非常に正確であり得るが、スロットの洗練により、さらに高い確度およびＴＤＭＡオーバヘッドの減少が実現され、この場合、同期スロット持続時間は、２つのクロックの間のさらに小さい時間バイアスに基づいて低減される。したがって、ノード対についての連続した各同期スロットにおいて、同期スロット持続時間が減少し、それにより、同期プロセス中に起こり得る累積ジッタおよび／または環境による周波数ドリフトなどの誤差源を減少させる。例えば、通常の水晶発振器は、１ミリ秒の持続時間の同期スロットの間に６ナノ秒のドリフトに対応する６ｐｐｍの周波数誤差を有すると予想されることがある。これが、同期スロット持続時間が１００マイクロ秒まで短縮された場合には、予想ドリフトは１ナノ秒未満に低減される。
【0018】
このシステムは、同期スロット洗練技術を実行することにより、データ伝送のためのフレーム内の期間を増大させることによってノードのデータ転送レートを改善することもできる。さらに、より短い同期スロット持続時間にすると、方法Ｓ１００をより高い反復率で実行することができ、これにより変化する環境条件における同期を改善することができる。
【0019】
メッシュネットワーク内の一対のノード対の間で同期が行われた後で、メッシュネットワークの他のノードを連続した同期スロットに入れて方法Ｓ１００を対ごとに実行することにより、共通の時間をメッシュネットワーク全体にわたって分布させることができる。
【0020】
いくつかの実施態様では、方法Ｓ１００は、２つのノード間の反復同期およびネットワーク内の複数のノード間の対ごとの同期を、各ノード内の内部測定ユニット（以下「ＩＭＵ」）または温度センサから記録される環境データと組み合わせて活用して、メッシュネットワーク内の各ノードについての予測ドリフトモデルを作成する。予測ドリフトモデルは、経時的な測定された環境入力データの関数としてノードの時間ドリフトを特徴付けることができる。方法Ｓ１００は、また、次のフレームの同期スロットをトリガすること、または予測ドリフトモデルの出力に基づいて同期スロットの長さを改変することを含むこともできる。あるいは、方法Ｓ１００は、同期スロット間でノードのクロックを調整することを含むこともできる。
【0021】
概して、本明細書では、方法Ｓ１００は、メッシュネットワーク内のノードにおける同期信号および自己受信信号のＴＯＡの検出を含むものとして記載されている。しかし、方法Ｓ１００は、メッシュネットワーク内のノード対の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算するために同期信号および自己受信信号の到着位相（以下「ＰＯＡ」）を検出することを含むこともできる。さらに、方法Ｓ１００は、同期信号としての周波数ホッピングスペクトラム拡散信号の伝送および受信を含むこともでき、それにより自己受信信号と比較してノード対間の伝送中の同期信号の相対時間遅延の精密な測定を可能にすることもできる。
【0022】
１．２ 実施例
２つのノードデバイスの間で時間を同期させる方法Ｓ１００は、ノードのメッシュネットワークに対ごとに適用して、それらのノードによって実行される位置特定プロトコルの精度および柔軟性を改善することができる。さらに、方法Ｓ１００は、（例えばプロトコルのスロット間のバッファ持続時間を減少させることによって）時間に基づく多重アクセスプロトコルのデータ転送レートを増大させることができる。
２つのノードデバイスの間で時間を同期させる方法Ｓ１００は、ノードのメッシュネットワークに対ごとに適用して、それらのノードによって実行される位置特定プロトコルの精度および柔軟性を改善することができる。さらに、方法Ｓ１００は、（例えばプロトコルのスロット間のバッファ持続時間を減少させることによって）時間に基づく多重アクセスプロトコルのデータ転送レートを増大させることができる。
【0023】
方法Ｓ１００の１つの適用例では、ノードのメッシュネットワークは、方法Ｓ１００を対ごとに実行して、それらのクロックをそのメッシュネットワーク全体で同期させることができる。メッシュネットワークの各ノードは、その後、メッシュネットワークに含まれないＲＦ発信源からの信号のＴＯＡを個別に計算することができる。メッシュネットワーク内のノード間でＴＯＡを比較し、マルチラテレーションを実行することにより、ノード間の時間的同期によって制限される精度でＲＦ発信源の位置を計算することができる。例えば、１ナノ秒以内の時間的同期では、ＲＦ発信源の位置は、メッシュネットワーク内のノードを基準として３０センチメートル以内で計算することができる（真空中の光速、毎秒２９９７９２４５８メートルに対応する位相速度を仮定する）。メッシュネットワーク内の１つのノードがアンカノードとして作用し、正確なグローバル位置情報で較正される場合には、ＲＦ発信源の絶対位置を検出することもできる。
【0024】
メッシュネットワークに基づく位置特定の１つの適用例では、ノードは、ある領域全体にわたって、建物内に、または都市部の道路を走る車の上に分散している。これらのノードは、方法Ｓ１００のブロックを実行して、定期的にそれらのクロックを同期させ、次いでメッシュ領域内の他のＲＦ発信源についてのＴＯＡデータを収集する。ノードと協調する遠隔サーバは、その後に、これらのＴＯＡデータをＲＦ発信源の３次元地理空間位置に変換することにより、位置特定サービス、アセットトラッキング、および物体検出を改善することができる。したがって、遠隔サーバまたはリーダノードは、ノード間の伝搬遅延に基づいてメッシュネットワーク内のノードの相対位置を計算し、伝送側デバイスからの信号の到着時間をメッシュネットワーク内のいくつかのノードから受信し、メッシュネットワーク内の各ノードの間の相対時間バイアスを見込んだ伝送側デバイスについての相対位置推定をマルチラテレーションを介して計算することができる。
【0025】
別の例では、ＴＤＭＡに基づくプロトコルは、数十ミリ秒のスロット持続時間に制限されることがある。したがって、方法Ｓ１００のブロックを実行して、有線またはワイヤレスネットワーク内のデバイスのクロックを同期させて、さらに正確に時間バイアスを計算して、多重アクセスプロトコルの非効率性を低減することによりビット誤り率（ＢＥＲ）および帯域幅利用率を改善しながら不動作時間およびスロット間の干渉の低減を可能にすることができる。
【0026】
１．３ 電気通信のデプロイメント
一般に、方法Ｓ１００は、第三世代パートナーシッププロジェクト（以下「３ＧＰＰ」）によって提唱されるＬＴＥ、４Ｇ、５Ｇ、および５Ｇ ＮＲ標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法Ｓ１００は、部分タイミングサポート（以下「ＡＰＴＳ」）または完全タイミングサポート（以下「ＦＴＳ」）時間分布および／または同期方法の代わりに、５Ｇ無線ノード（以下「ｇＮＢ」）および／またはエンハンスト４Ｇ ｅＮｏｄｅＢｓ（以下「ｎｇ－ｅＮＢ」）などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。例えば、電気通信ネットワーク内のノードは、方法Ｓ１００を実行して無線同期（以下「ＯＡＳ」）を可能にして、ネットワーキングオーバヘッドを低減し、ノード間時間同期の精度を高めることができる。
一般に、方法Ｓ１００は、第三世代パートナーシッププロジェクト（以下「３ＧＰＰ」）によって提唱されるＬＴＥ、４Ｇ、５Ｇ、および５Ｇ ＮＲ標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法Ｓ１００は、部分タイミングサポート（以下「ＡＰＴＳ」）または完全タイミングサポート（以下「ＦＴＳ」）時間分布および／または同期方法の代わりに、５Ｇ無線ノード（以下「ｇＮＢ」）および／またはエンハンスト４Ｇ ｅＮｏｄｅＢｓ（以下「ｎｇ－ｅＮＢ」）などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。例えば、電気通信ネットワーク内のノードは、方法Ｓ１００を実行して無線同期（以下「ＯＡＳ」）を可能にして、ネットワーキングオーバヘッドを低減し、ノード間時間同期の精度を高めることができる。
【0027】
１．４ ノードのハードウェア
上述のように、方法Ｓ１００は、ネットワーク内のノードによって、またはネットワーク内のノードとの協調を介して、実行される。ワイヤレスノードのハードウェアの例を、図３Ｂおよび図３Ｃに示す。一般に、ノードは、伝送構成要素および受信機構成要素と、信号を生成および処理するように構成されたＦＰＧＡおよび／またはＤＳＰと、クロックと、自己受信信号ハードウェアとを含む。
上述のように、方法Ｓ１００は、ネットワーク内のノードによって、またはネットワーク内のノードとの協調を介して、実行される。ワイヤレスノードのハードウェアの例を、図３Ｂおよび図３Ｃに示す。一般に、ノードは、伝送構成要素および受信機構成要素と、信号を生成および処理するように構成されたＦＰＧＡおよび／またはＤＳＰと、クロックと、自己受信信号ハードウェアとを含む。
【0028】
１つの実施態様では、ノードはワイヤレスで情報を伝送し、したがって、図３Ｂに示すスーパーヘテロダイン無線アーキテクチャおよびＲｘ／ＴｘアンテナなどのＲＦトランシーバハードウェアを含む。あるいは、ノードは、ゼロＩＦアーキテクチャ（すなわち直接変換受信機）を含むこともできる。各ノードは、「受信チェーン」および「伝送チェーン」を含む。受信チェーンは、Ｒｘポートから受信した信号を処理するハードウェア構成要素のパイプラインを含む。伝送チェーンは、ＦＰＧＡまたはＤＳＰによって生成された伝送信号を処理して、それらをＴｘポートに送るハードウェア構成要素のパイプラインを含む。受信チェーンおよび伝送チェーンは、それぞれ「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」を付与する。「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」とは、信号が受信チェーンまたは伝送チェーンをそれぞれトラバースするときに経過する時間の量を指す。
【0029】
代替の実施態様では、ノードは、有線ネットワークを介して通信することができる。この実施態様では、ノードは、アンテナの代わりに任意の有線媒体（例えばイーサネット／撚り対線、同軸、または光ファイバ）を介して通信するためのＩ／Ｏポートおよび／または適当なインタフェースコンバータを含むことができる。これらのインタフェースコンバータも、伝搬遅延を測定するために必要な自己受信信号を提供するために使用することができる。
【0030】
１つの実施態様では、ノードは、セルタワー、携帯電話、または方法Ｓ１００を実行するように適応されたその他の任意のＲＦトランシーバデバイスなどの既存のトランシーバインフラストラクチャを含む。セルタワーまたはその他の既存のトランシーバは、ソフトウェア更新のみで方法Ｓ１００を実行するように適応させることができる。代替の実施態様では、ノードは、方法Ｓ１００の実施を改善するように最適化されたハードウェアを含むことができ、これは、受動結合デバイス（例えば伝送チェーンおよび受信チェーンをアンテナに結合する）間のアンテナインタフェースのインピーダンス整合ネットワークを含み得る。
【0031】
ワイヤレスノードの実施態様では、各ノードのＦＰＧＡまたはＤＳＰは、複素デジタル信号を生成し、生成した信号をＤＡＣに出力するように構成される。デジタル信号の複素成分は、ＤＡＣによって生成されるアナログ信号の同相部分および直交部分（すなわちＩ／Ｑ）を表現する。さらに、ノードのＦＰＧＡまたはＤＳＰは、ノードのアンテナからＡＤＣを介してデジタル信号を受信し、次いで、それ自体のクロックの瞬間値および以下でさらに述べるＴＯＡ計算プロセスに従って受信した同期信号にタイムスタンプする。
【0032】
各ノードは、ノードにおける時間管理機能を実行し、サンプリング、デジタル合成、および処理にも使用される、水晶発振器クロックまたは原子時計などのクロックを含む。方法Ｓ１００を実行して、ネットワーク内の複数のノードのクロックを同期させることができる。特に、方法Ｓ１００は、基本周波数安定性、位相ノイズ、ならびにワイヤレス通信および／または有線通信の周波数要件を満たす水晶発振器クロックを効果的に同期させることができる。１つの例では、クロックは、ＡＴカットおよび１０メガヘルツ（ＭＨｚ）のクロック周波数を有する水晶発振器である。ただし、ノードは、上記の制約が満たされることを前提として、任意の周波数またはカットの水晶発振器を含むことができる。
【0033】
各ノードは、ブロックＳ１２０において自己受信信号を戻り結合および／または反射する特定の自己受信ハードウェアを含むことができる。一般に、ノードが同期信号を伝送すると、自己受信ハードウェアは、その同期信号の減衰反復をその伝送側ノードの受信ポートに反射および／または戻り結合する。伝送した同期信号を受信チェーンを介して処理し、自己受信信号についてのＴＯＡを計算することにより、各ノードは、受信チェーン遅延だけ遅延した伝送信号にタイムスタンプすることができる。そのノードが後に別のノードから同期信号を受信したときには、その同期信号のＴＯＡも、同じ受信チェーン遅延を受ける。自己受信信号のＴＯＡと同期信号のＴＯＡは両方とも受信チェーン遅延を含むので、受信チェーンハードウェアの精密な較正なしで両者を直接比較することができる。
【0034】
１つの実施態様では、自己受信ハードウェアは、図３Ｃに示すインピーダンス不整合指向性カプラを含む。自己受信ハードウェアは、自己受信信号を生成するためにＲｘポートへの反射Ｔｘ信号の利得を調整するために、ノードによって制御される可変インピーダンス回路を含むこともできる。ノードの具体的なハードウェアの実施態様によっては、以下でさらに述べるように、同様のインピーダンス整合をサーキュレータ、パワースプリッタ、またはその他の任意の伝送線路デバイスに適用することができる。１つの実施態様では、ノードは、意図せずに不整合なアンテナインピーダンス（例えば１超の電圧定在波比で特徴付けられる）を有する標準的なアンテナインタフェースハードウェアを含むことができ、これは、アンテナインタフェースにおいて同期信号を反射することによって自己受信ハードウェアとして機能することができる。したがって、各ノードは、方法Ｓ１００を実行するために専用の自己受信ハードウェアを含む必要はない。
【0035】
自己受信ハードウェアは、アンテナと受動結合デバイスの間にインピーダンス整合ネットワークを含むことにより、ノードの受動結合デバイスとアンテナの間のインタフェースに入射する信号の同調反射係数を定義する。インピーダンス整合ネットワークは、アンテナのインピーダンスを、受動結合デバイスとアンテナの間の精密な反射係数を実現するインピーダンスに変換する。反射係数は、自己反射信号の反射パワーがＡＤＣのノイズフロアより大きく、ＡＤＣの飽和電圧より小さくなるように選択される。
【0036】
別の実施態様では、整合ネットワークは、幅広い範囲の信号周波数についての反射係数を維持することができる。例えば、自己受信ハードウェアは、幅広い範囲の伝送周波数にわたる反射係数の整合性を改善するために、切替え可能な広帯域整合ネットワークを含むことができる。この例では、自己受信ハードウェアは、ノードによって伝送されている信号の周波数に応じて複数のインピーダンス整合ネットワークの間の能動的に切り替えることができる。
【0037】
さらに別の実施態様では、自己受信ハードウェアは、それぞれの別個のインピーダンス整合ネットワークが精密な反射係数を生じる周波数で信号と遭遇するように、複数のインピーダンス整合ネットワークに接続された周波数マルチプレクサを含むことができる。
【0038】
さらなる実施態様では、システム１００は、それ自体のインピーダンスを調整することができ、したがって受動結合デバイスとアンテナの間の反射係数を調整することができる適応型インピーダンス整合ネットワークを含むことができる。この場合、ノードは、適応型インピーダンス整合ネットワークを使用して反射係数を調整することができ、これにより、ＲＦ伝送チェーンおよび／または受信チェーンの増幅器における利得の変化、ならびに／あるいは関心のある１つまたは複数の周波数帯域における信号の干渉によってＡＤＣにおけるノイズレベルの変化があっても、自己反射信号の受信を保証することができる。
【0039】
１つの実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとして指向性カプラを含む。指向性カプラは、結合された伝送線路の各々について２つずつ、４つのポートを含む。この実施態様では、伝送ポートとアンテナポートとは指向性カプラ内の同じ伝送線路上に位置するが、受信ポートはアンテナとは反対側の結合されたポートに位置し、これにより、結合されたパワーはアンテナから受信し、反射されたパワーは指向性カプラとアンテナの間のインタフェースから受信する。あるいは、自己受信ハードウェアは、受信ポートとアンテナポートとが同じ伝送線路上に位置する指向性カプラを含むこともできる。その結果、受信ポートは、直接パワーをアンテナポートから受信し、反射パワーもアンテナポートから受信する。ただし、この代替の実施態様では、アンテナポートは、２つの伝送線路の間の結合により、伝送ポートからの信号を低いパワーで受信する。したがって、伝送ポートにおけるパワーを高くすれば、アンテナポートにおいて同じパワーが得られる。ただし、受信ポートとアンテナポートとが同じ伝送線路に結合される実施態様では、自己受信ハードウェアは、アンテナで受信される信号に対するトランシーバの感度を向上させることができる。
【0040】
代替の実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとしてパワーディバイダを含む。パワーディバイダは、入力ポートからのパワーを２つの出力ポートの間で分割する。この実施態様では、アンテナポートで入力されるパワーが、伝送ポートと受信ポートの間で分割されるので、アンテナとパワーディバイダの間のインタフェースで反射されるいかなるパワーも、伝送ポートと受信ポートの間で分割される。
【0041】
さらに別の実施態様では、自己受信ハードウェアは、受動結合デバイスとしてサーキュレータを含む。サーキュレータは、アンテナポートが受信ポートに直接結合されているときに、伝送ポートをアンテナポートに直接結合することができる。この場合、アンテナポートのインタフェースで生成される任意の反射は、受信ポートに戻り結合される。
【0042】
１つの実施態様では、各ノードは、上述の任意のハードウェア要素の機能を実行するソフトウェア定義無線アーキテクチャを含むことができる。
【0043】
ただし、自己受信ハードウェアは、Ｔｘ信号をノードのＲｘポートに送るためのいかなるソフトウェアまたはハードウェアシステムでも含むことができる。
【0044】
１．５ 全体の時間同期
方法Ｓ１００の実行前に、別の時間同期プロトコルを用いて各ノードのクロックを粗く同期させる。例えば、ノード対をインターネットに接続し、１つまたは複数のＮＴＰサーバと通信させてもよい。１つの例では、ノード対は、ＮＴＰにより、１から１０ミリ秒の間までそれらのクロックを同期させることができる。あるいは、別の例では、方法Ｓ１００の後続のブロックの実行前に、ノード対は、衛星測位システム（以下「ＧＮＳＳ」）時間同期サーバと通信し、１マイクロ秒以内まで同期することもできる。
方法Ｓ１００の実行前に、別の時間同期プロトコルを用いて各ノードのクロックを粗く同期させる。例えば、ノード対をインターネットに接続し、１つまたは複数のＮＴＰサーバと通信させてもよい。１つの例では、ノード対は、ＮＴＰにより、１から１０ミリ秒の間までそれらのクロックを同期させることができる。あるいは、別の例では、方法Ｓ１００の後続のブロックの実行前に、ノード対は、衛星測位システム（以下「ＧＮＳＳ」）時間同期サーバと通信し、１マイクロ秒以内まで同期することもできる。
【0045】
このように、方法Ｓ１００は、既存の時間同期プロトコルを活用して、ノードが以下で述べるＴＤＭＡにおいて同じ同期スロットを用いて通信することができるようにする。
【0046】
したがって、遠隔サーバは、第１のノードのクロックと第２のノードのクロックとを粗く同期させ、第１の同期信号の伝送を第１のフレームの第１の同期スロット持続時間で特徴付けられる第１の同期スロット内でスケジュールし、第２の同期信号の伝送を第１のフレームの第１の同期スロット持続時間で特徴付けられる第２の同期スロット内でスケジュールし、第２のノードを、第１のフレームの第１の同期スロット中に第１の同期信号を受信するように構成し、第１のノードを、第１のフレームの第２の同期スロット中に第２の同期信号を受信するように構成することができる。
【0047】
１．６ スロットおよびフレームの定義
一般に、方法Ｓ１００では、ノード対の間の通信は、スロットおよびフレームのＴＤＭＡ構造に従って行われ、その例を、図４Ａおよび図４Ｂに示す。ＴＤＭＡ構造は、方法Ｓ１００を介する時間同期およびデータ転送を介する時間同期の両方のための１つまたは複数のスロットを含むことができる。図４Ａに示す１つの実施態様では、各ＴＤＭＡフレームは、メッシュネットワーク内の一意的な各ノード対を同期させるための同期スロットを含む。例えば、３つのノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むメッシュネットワークであれば、ｎ１とｎ２の同期のための第１の同期スロット、ｎ１とｎ３のための第２の同期スロット、およびｎ２とｎ３のための第３の同期スロットを含む。あるいは、図４Ｂに示すように、ＴＤＭＡフレームは、メッシュネットワーク内の各ノードについて同期信号をメッシュネットワーク内の他の全てのノードに伝送するための同期スロットを含むこともできる。例えば、３つのノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むメッシュネットワークであれば、ｎ１が同期信号をｎ２およびｎ３に伝送するための第１の同期スロットと、ｎ２が同期信号をｎ１およびｎ３に伝送するための第２の同期スロットと、ｎ３が同期信号をｎ１およびｎ２に伝送するための第３の同期スロットとを含む。
一般に、方法Ｓ１００では、ノード対の間の通信は、スロットおよびフレームのＴＤＭＡ構造に従って行われ、その例を、図４Ａおよび図４Ｂに示す。ＴＤＭＡ構造は、方法Ｓ１００を介する時間同期およびデータ転送を介する時間同期の両方のための１つまたは複数のスロットを含むことができる。図４Ａに示す１つの実施態様では、各ＴＤＭＡフレームは、メッシュネットワーク内の一意的な各ノード対を同期させるための同期スロットを含む。例えば、３つのノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むメッシュネットワークであれば、ｎ１とｎ２の同期のための第１の同期スロット、ｎ１とｎ３のための第２の同期スロット、およびｎ２とｎ３のための第３の同期スロットを含む。あるいは、図４Ｂに示すように、ＴＤＭＡフレームは、メッシュネットワーク内の各ノードについて同期信号をメッシュネットワーク内の他の全てのノードに伝送するための同期スロットを含むこともできる。例えば、３つのノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むメッシュネットワークであれば、ｎ１が同期信号をｎ２およびｎ３に伝送するための第１の同期スロットと、ｎ２が同期信号をｎ１およびｎ３に伝送するための第２の同期スロットと、ｎ３が同期信号をｎ１およびｎ２に伝送するための第３の同期スロットとを含む。
【0048】
１つの実施態様では、（例えばＮＴＰによって行われる初期同期の確度が十分に低い場合に）各同期スロットを、２つの後続のサブスロットにさらに分割して、同期オーバヘッドを低減させる。例えば、ｎ１およびｎ２の同期において、ｎ１は第１のサブスロット中に伝送し、ｎ２はｎ１からその伝送を受信する。その後、第２のサブスロットで、ｎ２が伝送し、ｎ１が受信する。
【0049】
各ＴＤＭＡフレームは、メッシュネットワーク内の各ノードの同期スロットおよびデータ転送スロットの存在および順序を示すヘッダを含むこともできる。１つの実施態様では、各ＴＤＭＡフレームは、同期スロットのセットを含む。あるいは、各ＴＤＭＡフレームは、そのＴＤＭＡフレームのヘッダに応じて、同期スロットのセットを含むことも、含まないこともある。さらに別の実施態様では、ＴＤＭＡフレームは、複数の同期スロットのセットを含むことができる。１つの実施態様では、ヘッダは、同期信号の特定の伝送時間をメッシュネットワーク内のノードに通信するために、ＴＤＭＡプロトコルと協調する遠隔サーバまたはリーダノードによって伝送される協調信号を含むことができる。
【0050】
同期スロットの持続時間、および異なるノード対に対応する２つの同期スロットの間のバッファ時間は、実施態様と、ノード間の現在の既知の時間バイアスおよび関連する不確実性などの要因とに応じて変化する可能性がある。方法Ｓ１００は、以下でさらに述べる予測ドリフトモデルの出力に基づいて同期スロット持続時間を調整することを含むことができる。さらに、同期スロット持続時間は、ノード対間の時間バイアスの不確実性と、ノード対間の伝搬時間と、ノード対間の伝搬時間の不確実性と、同期信号の持続時間との和に等しい下限を有することができ、この中では、同期信号の持続時間が、通常は最も有意な要因である。１つの実施態様では、スロットおよび同期スロット間のバッファは、両方とも１ミリ秒に設定される。これに加えて、または代替として、方法Ｓ１００は、より低い信号対雑音比を有する信号のＴＯＡを決定するために追加の測定値取得時間を提供するために、以前に受信した同期信号の信号対雑音比の関数として同期スロット持続時間を調整することを含むこともできる。
【0051】
さらに、各ＴＤＭＡフレームの持続時間は、実際的な制約のセットに従う。ＴＤＭＡフレーム持続時間は、クロック同期プロセスの所望の確度と比較してノード対の最も安定しないノードクロックの予想ドリフトによって定義される上限を有することができる。例えば、１つのノードクロックが累積ジッタおよび周波数ドリフトによって通常最大で毎秒１ナノ秒ドリフトすることが分かっており、クロック同期プロセスの所望の確度が１ナノ秒である場合には、ノード間の時間バイアスが１ナノ秒を超える可能性がないように、ＴＤＭＡフレーム持続時間（または同期スロット間の時間）は１秒に制限される。
【0052】
さらに、ＴＤＭＡフレーム持続時間は、ノード間の予想初期クロックオフセットと、同期スロットの総持続時間と、データ転送スロットがあればその総持続時間と、スロット間の時間バッファがあればその総持続時間との和に基づく下限を有する。フレーム持続時間は、大きな初期時間バイアスを見込みながら、各ノードがネットワーク内の他の各ノードから初期同期信号を受信するのに十分に長くなければならない。したがって、ノードが最初にＮＴＰを用いて同期される場合には、ＮＴＰで同期されたクロック間によくみられる時間バイアスを見込むために、フレーム持続時間は少なくとも数十ミリ秒であるのがよい。
【0053】
１つの実施態様では、メッシュネットワーク内のノードセットの初期同期中に、そのノードセットが、各ノードのクロックに従って所定の時点で協調信号をブロードキャストするように（例えば遠隔サーバによって）構成される。ノード間で初期に粗い時間同期が行われる場合には、システムは、リーダノードを協調信号を他のノードに伝送する最初のノードとして指定することができる。次いで、メッシュネットワーク内の各ノードは、リーダノードの確認信号の受信を確認することにより、自分をリーダノードとして指定することができる。このように、ノード対の第１のノードは、ノード対の第２のノードから協調信号の受信の確認を受信することができ、第１のノードがメッシュネットワーク内の別のノードから第２の協調信号を受信する前に協調信号の受信の確認を受信したのに応答して、第１のノードをリーダノードとして指定することができる。
【0054】
代替の実施態様では、協調信号のＴＯＡは、各ノードで計算して遠隔サーバに送信することができ、その後、遠隔ノードは、ノード間の測定伝搬遅延および対応する距離、または受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）などのリンク品質メトリクスに基づいてメッシュネットワーク内のリーダノードを決定することができる。さらに別の代替の実施態様では、遠隔サーバが、リーダノードを指定する、またはメッシュネットワーク内のノードのセットについてＴＤＭＡスロットと方法Ｓ１００を協調させる。
【0055】
ＴＤＭＡ同期スロット内で通信するときには、方法Ｓ１００を実行するノード対の各ノードは、その同期スロット中に同期信号を伝送し、他のノードからの同期信号および自己受信信号を受信することができる。したがって、１つの実施態様では、ノードは、時分割二重（以下「ＴＤＤ」）または半二重方式を実行して、同期スロット内で通信する。この実施態様では、ノード対の各ノードによって伝送される同期信号は、所定の遅延時間（例えば同期スロット持続時間の約半分）だけ分離されて、ノード対の第１のノードが、同期スロットの第１の区分の間に第１の同期信号を伝送して、第１の同期信号に対応する自己受信信号を受信し、その後、同期スロットの第２の区分において第２の同期信号（ノード対の第２のノードから伝送される）を受信することができるようになっている。この実施態様では、方法Ｓ１００を実行するノードは、スロット区分の持続時間およびタイミングなどのタイミング情報を含む協調信号をメッシュネットワーク内の他のノードに伝送することにより、２つのノード間で半二重通信リンクを確立することができる。
【0056】
１つの実施態様では、このシステムは、ノード対の各ノードが同時に同期信号を伝送および受信することができる全二重（すなわち周波数分割二重、以下「ＦＤＤ」）通信方式を実施することができる（例えば各同期信号が複数の周波数を介して送信される）。さらに、ノード対の各ノードは、そのノードの受信機に戻り結合された自己受信信号とノード対の第２のノードからの同期信号とを同時に受信するように構成することができる。
【0057】
したがって、１つの実施態様では、ノード対のリーダノードは、第１の同期信号を伝送する第１の時点と等しい第２の同期信号を伝送する第２の時点を示す協調信号を第２のノードに伝送し、第２のノードとの全二重通信リンクを確立することができる。
【0058】
ただし、より大きな帯域幅が利用可能な適用業務では、ノードは、周波数分割多重アクセスまたはその他の任意のチャネルアクセス方法を用いて通信することもできる。
【0059】
さらに、協調信号、および／または同期信号のヘッダは、１つまたは複数の後続の同期信号について周波数ホッピングスペクトラム拡散（以下「ＦＨＳＳ」）方式によって通信することにより、各同期信号を特徴付ける搬送周波数のセット、およびメッシュネットワークのノード間で伝送される同期信号中の各周波数ホップのタイミング（ノード間の粗い時間同期に基づく）を指定することができる。
【0060】
１．７ 時間バイアスおよび伝搬遅延の特徴付け
図１Ａに示すように、ノード対の各ノードは、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、およびＳ１６０を実行して、各ノードのクロックに従って評価される所定の伝送時点で互いに対して同期信号を伝送し、そのノードの自己受信ハードウェアを介して同期信号を戻り結合して自己受信信号を形成し、自己受信信号およびノード対の相手ノードから受信する同期信号についてのＴＯＡおよび／またはＰＯＡを記録することができる。したがって、ノード対の各ノードは、そのノードのクロックに従って２つのＴＯＡを計算する、または同期信号の各搬送周波数に対応するＰＯＡのセットを計算する。各ノードは、次いで、ブロックＳ１７０で、そのノード対の間の時間バイアスおよびそのノード対の間の伝搬遅延を計算するために、自己受信信号のＴＯＡ（またはＰＯＡ）および同期信号のＴＯＡ（またはＰＯＡ）を（例えばそのフレーム内のデータ転送スロット中に）ノード対のノードのうちの一方、または遠隔サーバに送信することができる。
図１Ａに示すように、ノード対の各ノードは、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、およびＳ１６０を実行して、各ノードのクロックに従って評価される所定の伝送時点で互いに対して同期信号を伝送し、そのノードの自己受信ハードウェアを介して同期信号を戻り結合して自己受信信号を形成し、自己受信信号およびノード対の相手ノードから受信する同期信号についてのＴＯＡおよび／またはＰＯＡを記録することができる。したがって、ノード対の各ノードは、そのノードのクロックに従って２つのＴＯＡを計算する、または同期信号の各搬送周波数に対応するＰＯＡのセットを計算する。各ノードは、次いで、ブロックＳ１７０で、そのノード対の間の時間バイアスおよびそのノード対の間の伝搬遅延を計算するために、自己受信信号のＴＯＡ（またはＰＯＡ）および同期信号のＴＯＡ（またはＰＯＡ）を（例えばそのフレーム内のデータ転送スロット中に）ノード対のノードのうちの一方、または遠隔サーバに送信することができる。
【0061】
図１Ｂおよび図１Ｃに示す方法Ｓ１００の変形形態は、方法Ｓ１００を実行するノード対を協調させるための追加のブロックを含む。図１Ｂに示す第１の変形形態では、ノード対のうちのリーダノードは、伝送時間をフォロワノードに通信し、フォロワノードによって計算される自己受信信号のＴＯＡを受信し、フォロワノードによって計算される同期信号のＴＯＡを受信し、リーダノードとフォロワノードの間の時間バイアスおよび伝搬遅延をリーダノードにおいて計算するために、方法Ｓ１００の上述のブロックに加えてブロックＳ１０２、Ｓ１４２、Ｓ１６２、およびＳ１７０を実行する。したがって、リーダノードは、ＴＤＭＡ通信方式の同期スロット中にフォロワノードによって伝送される同期信号をリーダノードが受信することができるように、伝送時間をフォロワノードに通信することができる。
【0062】
図１Ｃに示す方法Ｓ１００の第２の変形形態では、ノード対と通信している遠隔サーバまたはその他の計算デバイスが、方法Ｓ１００のブロックＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１４４、Ｓ１４６、Ｓ１６４、Ｓ１６６、およびＳ１７０を実行して、ノード対の各ノードについての伝送時間をスケジュールし、ノード対の各ノードが受信する同期信号およびノード対の各ノードで受信する自己受信信号について各ノードからＴＯＡを受信し、ノード対間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算する。
【0063】
したがって、上記の変形形態のいずれにおいても、システム内に含まれる様々なエンティティが協働して、ノード対間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算するためにメッシュネットワーク内のノード対間の時間同期プロトコルを実行することができる。１つの実施態様では、時間バイアスは、遠隔サーバによって追跡され、ＴＤＭＡ通信プロトコルを管理するとき、伝送側ＲＦデバイスのマルチラテレーションを実行するとき、または時間同期メッシュネットワークを利用する他の任意のプロトコルを実行するときに見込まれる。あるいは、ノードのうちの１つがリーダノードとして機能して、メッシュネットワーク内のノード間の時間バイアスおよび伝搬時間を追跡することもできる。
【0064】
ノード対のクロックを互いに同期させるために、ノード対の各ノードは、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、およびＳ１６０を同時に、または連続的に実行することができる。例えば、ノード対のうちの第１のノードは、Ｓ１１０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａ、Ｓ１４０Ａ、Ｓ１５０Ａ、およびＳ１６０Ａで方法Ｓ１００のこれらのブロックの第１のインスタンスを実行することができ、ノード対のうちの第２のノードは、Ｓ１１０Ｂ、Ｓ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂ、Ｓ１４０Ｂ、Ｓ１５０Ｂ、およびＳ１６０Ｂでこれらのブロックの第２のインスタンスを実行することができる。分かりやすくするために、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、またはＳ１６０に関する記述は、それぞれ第１のノードが実行するブロックＳ１１０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａ、Ｓ１４０Ａ、Ｓ１５０Ａ、またはＳ１６０Ａに当てはまる、あるいはそれぞれ第２のノードが実行するブロックＳ１１０Ｂ、Ｓ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂ、Ｓ１４０Ｂ、Ｓ１５０Ｂ、またはＳ１６０Ｂに当てはまる。
【0065】
２つのノードの間の相対時間バイアスに応じて、第１のノードは、ブロックＳ１１０Ｂ、Ｓ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂ、およびＳ１４０Ｂを実行する第２のノードに関連する任意の時点でブロックＳ１１０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａ、およびＳ１４０Ａを実行することができる（両ノードが同期スロット中に実行していると仮定する）。ただし、第１のノードは、第２のノードがブロックＳ１１０Ｂ、Ｓ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂ、およびＳ１４０Ｂを実行した後で、ブロックＳ１５０ＡおよびＳ１６０Ａを実行して、第２のノードから送信される同期のためのＴＯＡを受信および計算する。同様に、第２のノードは、第１のノードがブロックＳ１１０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａ、およびＳ１４０Ａを実行した後でブロックＳ１５０ＢおよびＳ１６０Ｂを実行する。
【0066】
１．７．１ 伝送時間
ブロックＳ１１０ＡおよびＳ１１０Ｂで、ノード対の各ノードは、同期スロット内の所定の、または協調した伝送時点に同期信号を伝送する。ノードがＴＤＤを実行する実施態様では、ブロックＳ１１０Ａの第１の伝送時点は、ブロックＳ１１０Ｂの第２の伝送時点から伝送間隔だけずれている可能性がある。したがって、ノード対の各ノードは、各ノード自体のクロックに従って所定の伝送時点で同期信号を伝送する。例えば、第１のノードの第１の伝送時点が１：００：００に設定される場合には、第１のノードは、それ自体のクロックに従って１：００：００に同期を伝送する。したがって、第三者視点では、各ノードは、２つのノード間の時間バイアスだけずれ、また各ノードの伝送時点の間の伝送間隔だけずれた同期信号を伝送する。
ブロックＳ１１０ＡおよびＳ１１０Ｂで、ノード対の各ノードは、同期スロット内の所定の、または協調した伝送時点に同期信号を伝送する。ノードがＴＤＤを実行する実施態様では、ブロックＳ１１０Ａの第１の伝送時点は、ブロックＳ１１０Ｂの第２の伝送時点から伝送間隔だけずれている可能性がある。したがって、ノード対の各ノードは、各ノード自体のクロックに従って所定の伝送時点で同期信号を伝送する。例えば、第１のノードの第１の伝送時点が１：００：００に設定される場合には、第１のノードは、それ自体のクロックに従って１：００：００に同期を伝送する。したがって、第三者視点では、各ノードは、２つのノード間の時間バイアスだけずれ、また各ノードの伝送時点の間の伝送間隔だけずれた同期信号を伝送する。
【0067】
各ノードは、ポーリング応答方式を使用する対称両側双方向レンジングプロトコルの場合のように異なるノードハードウェアユニット間で一貫している決定的な遅延に依拠するのではなく、そのノードの自己受信遅延を直接測定するので、方法Ｓ１００を実行するシステムは、ノード対の間の時間バイアスおよび伝搬時間を正確に計算するために各ノードの受信チェーン遅延、伝送チェーン遅延、または介在処理遅延の精密な較正を必要としない。さらに、これらの遅延は、固定する必要はなく、測定間で変動する可能性があり、その場合、システムは、測定した自己受信遅延を使用して、可変の受信チェーン遅延、伝送チェーン遅延、または介在処理遅延による系統的な遅延オフセットがあればそれを除去することができる。
【0068】
１．７．２ 同期信号
一般に、メッシュネットワーク内のノードは、同期プロトコルの各同期スロットに対応する同期信号を確立するために（互いに、または中央サーバと）通信することができる。さらに詳細には、各同期スロットの同期信号は、同期プロトコルに従って予め決定されている。したがって、各ノードは、相手ノードから受信する同期信号と相互相関させる（すなわちビット整合フィルタまたはＩ／Ｑ整合フィルタを介して相互相関させる）テンプレート信号にアクセスする、かつ／またはそのテンプレート信号を生成することができる。
一般に、メッシュネットワーク内のノードは、同期プロトコルの各同期スロットに対応する同期信号を確立するために（互いに、または中央サーバと）通信することができる。さらに詳細には、各同期スロットの同期信号は、同期プロトコルに従って予め決定されている。したがって、各ノードは、相手ノードから受信する同期信号と相互相関させる（すなわちビット整合フィルタまたはＩ／Ｑ整合フィルタを介して相互相関させる）テンプレート信号にアクセスする、かつ／またはそのテンプレート信号を生成することができる。
【0069】
１つの実施態様では、このシステムは、所定のパターンに従って各同期スロットについて決定的かつ一意的な同期信号を生成する。さらに、同期信号は、（自己受信信号およびノード対間で伝送される同期信号の両方の受信のために）同期信号を交換するノード対を指定する情報を含むことができる。別の実施態様では、同意信号は、同期スロットにわたって静的である。
【0070】
一般に、同期信号は、信号がメッシュネットワーク内のノードによって受信されるときの信号の信号対雑音比を改善するために既知のコードシーケンスから生成される複素数値ベースバンド信号（例えば位相シフトキーイング信号、周波数シフトキーイング信号）によって（例えば直交変調によって）変調された搬送波信号を含むことができる。さらに詳細には、このシステムは、送信機チップ周期Ｔ’ｃのコードシーケンスを含むことができるベースバンド信号によって変調された搬送周波数ｆｃによって特徴付けられる搬送波信号を含む。ただし、このシステムは、コードシーケンスが同期プロトコルを実行するノード対の両方のノードに既知であれば、任意のコードシーケンスによって特徴付けられた同期信号を生成することができる。
【0071】
さらに、このシステムは、複数の同時の、または連続した搬送周波数（例えばマルチキャリアまたはＦＨＳＳ信号）を介して伝送される同期のＴＯＡおよび／またはＰＯＡを受信および計算することができる。さらに詳細には、メッシュネットワーク内のノードは、各搬送周波数についてのＰＯＡを抽出し、したがってノード対の間の正確な時間バイアスおよび伝搬時間を計算するために、複数の狭帯域周波数成分を含むＦＨＳＳ同期信号を受信することができる。
【0072】
１．７．２．１ ベースバンド信号
一般に、このシステムは、コードシーケンスをさらに含むベースバンド信号を含む同期信号を生成する。さらに詳細には、このシステムは、最大長コードシーケンス（以下「ＭＬＳ」）、ゴールドコードシーケンス、かさみコードシーケンス、バーカーコードシーケンス、またはその他の任意のバイナリコードシーケンスなどの擬似ランダムバイナリコードシーケンスを含む信号を受信することができる。１つの実施態様では、このシステムは、相互相関関数の振幅応答に生成されるピークの鮮鋭度を高めるために一定振幅、ゼロ自己相関波形を含むコードシーケンスを含む信号を受信し、タイムスタンプすることができる。例えば、このシステムは、変調ＭＬＳまたはＦＳＫ変調コードシーケンスを含む同期信号を生成することができる。
一般に、このシステムは、コードシーケンスをさらに含むベースバンド信号を含む同期信号を生成する。さらに詳細には、このシステムは、最大長コードシーケンス（以下「ＭＬＳ」）、ゴールドコードシーケンス、かさみコードシーケンス、バーカーコードシーケンス、またはその他の任意のバイナリコードシーケンスなどの擬似ランダムバイナリコードシーケンスを含む信号を受信することができる。１つの実施態様では、このシステムは、相互相関関数の振幅応答に生成されるピークの鮮鋭度を高めるために一定振幅、ゼロ自己相関波形を含むコードシーケンスを含む信号を受信し、タイムスタンプすることができる。例えば、このシステムは、変調ＭＬＳまたはＦＳＫ変調コードシーケンスを含む同期信号を生成することができる。
【0073】
このシステムは、目標の自己相関特性（例えばゼロ遅延における高い自己相関およびその他の箇所における低い自己相関）を有する信号について、より短い信号持続時間内の信号のＴＯＡおよびＰＯＡを計算することができる。このシステムは、次の形態：
【0074】
【0075】
【0076】
１つの実施態様では、このシステムは、固定プリアンブル（例えば同期信号間で変化しないビットシーケンス）、可変シンクワード、およびデータペイロードを含む同期信号を生成することができる。１つの例では、このシステムは、コードシーケンスｂｎを固定プリアンブルと可変シンクワードの組合せとして含む同期信号を生成することができる。別の例では、このシステムは、コードシーケンスｂｎを可変シンクワード内のみに含む同期信号を生成することもできる。さらに別の例では、このシステムは、コードシーケンスｂｎをデータペイロードの所定の部分内に含む同期信号を生成することもできる。
【0077】
別の実施態様では、このシステムは、信号の自己相関関数における２番目に大きいピークの大きさに対する最大ピークの大きさの比として定義される自己相関ピーク比を最大にするコードシーケンス（同期信号のより大きいデータ搬送部分内）を（例えば総当たりシミュレーションによって）計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、同期信号の自己相関が閾値自己相関ピーク比より大きい自己相関ピーク比によって特徴付けられるように同期信号を生成することができる。
【0078】
あるいは、このシステムは、バイナリコードシーケンスとは対照的に、連続値および／または複素数値のベースバンド信号に基づいて同期信号を生成する。例えば、このシステムは、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスを含む同期信号を生成することもできる。
【0079】
１．７．２．２ 搬送波信号
一般に、このシステムは、コードシーケンスによって変調された搬送波信号を含む同期信号を生成することができる。さらに詳細には、このシステムは、伝送側ノードのローカル発振器に基づいて生成された搬送周波数によって特徴付けられる搬送波信号を含む信号を受信することができる。したがって、各ノードは、所与の動作周波数を介してノード対の相手ノードに同期信号を伝送することができる。
一般に、このシステムは、コードシーケンスによって変調された搬送波信号を含む同期信号を生成することができる。さらに詳細には、このシステムは、伝送側ノードのローカル発振器に基づいて生成された搬送周波数によって特徴付けられる搬送波信号を含む信号を受信することができる。したがって、各ノードは、所与の動作周波数を介してノード対の相手ノードに同期信号を伝送することができる。
【0080】
１つの実施態様では、このシステムは、搬送波信号のセットによって特徴付けられる同期信号を生成することができる。１つの例では、このシステムは、複数の搬送周波数を介してＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号を定義する同期信号を生成することができる。代替の例では、このシステムは、複数の搬送周波数の間でホップするＦＨＳＳ信号を定義する同期信号を生成することができる。したがって、この実施態様では、このシステムは、同期信号の各搬送周波数について、伝送側ノードから受信する自己受信信号から計算される位相参照（例えば自己受信信号のＰＯＡ）を基準として、ノード対の受信側ノードから受信する同期信号のＰＯＡを識別する。
【0081】
これに加えて、または代替として、このシステムは、測定信号との同期波形の整合フィルタの相互参照ピークに対応する位相値に基づいて、信号のＴＯＡの計算を洗練することができる。したがってこのシステムは、振幅変調、周波数変調、または位相変調など任意のタイプの変調によって特徴付けられる同期信号を使用することができる。
【0082】
１つの実施態様では、メッシュネットワーク内のノードが標準的なＲＦトランシーバ技術によって同期信号を受信するために、ローカルノードは、ベースバンド信号を伝送搬送周波数でローカル発振器トーンと混合する（すなわちベースバンド信号をアップコンバートする）ことにより、上述のベースバンド信号から同期信号を生成することができる。遠隔ノードは、このアップコンバート信号を受信すると、受信通過帯域信号をフィルタリングし、受信搬送周波数（周波数分割多重の場合のように伝送搬送周波数と異なっていてもよい）でローカル発振器トーンと混合することにより、受信通過帯域を受信ベースバンド信号にダウンコンバートすることができる。
【0083】
１．７．３ ＴＯＡおよびＰＯＡの検出
一般に、このシステム（例えば受信側ノード、あるいは同期信号または自己受信信号のサンプルを受信するサーバ）は、同期信号のテンプレートに基づいてビット整合フィルタまたはＩ／Ｑ整合フィルタなどの整合フィルタを実行することにより、受信同期信号または自己受信信号に基づいてＴＯＡおよび／またはＰＯＡを抽出することができる。このように、このシステムは、同期信号のテンプレート信号と受信ベースバンドサンプルの間の相互相関を計算することができる。このシステムは、次いで、相互参照におけるピークを識別して、受信ノードにおける同期信号のＴＯＡを得ることができる。このシステムは、また、整合フィルタ出力の位相応答に基づいて受信側ノードにおける同期信号の位相（または受信側ノードにおける自己受信信号の位相）を抽出することもできる。
一般に、このシステム（例えば受信側ノード、あるいは同期信号または自己受信信号のサンプルを受信するサーバ）は、同期信号のテンプレートに基づいてビット整合フィルタまたはＩ／Ｑ整合フィルタなどの整合フィルタを実行することにより、受信同期信号または自己受信信号に基づいてＴＯＡおよび／またはＰＯＡを抽出することができる。このように、このシステムは、同期信号のテンプレート信号と受信ベースバンドサンプルの間の相互相関を計算することができる。このシステムは、次いで、相互参照におけるピークを識別して、受信ノードにおける同期信号のＴＯＡを得ることができる。このシステムは、また、整合フィルタ出力の位相応答に基づいて受信側ノードにおける同期信号の位相（または受信側ノードにおける自己受信信号の位相）を抽出することもできる。
【0084】
１．７．４ 同期プロトコル
一般に、各ノードは、（例えば同期スロットの既知の同期信号テンプレートに基づいて）同期信号を生成し、同期信号をノード対の他方のノードに同時に、または連続して伝送し、伝送した同期信号に基づいて自己受信信号を受信し、ノード対の他方のノードから同期信号を受信する。説明を容易にするために、ノード対のノードを、ｎ１およびｎ２と呼ぶ。ただし、ｎ１およびｎ２は、メッシュネットワーク内の任意の２ノード対を指すことができる。方法Ｓ１００は、（ｂ１－ｂ２）として表されるｎ１とｎ２の間の相対時間バイアスおよび伝搬遅延τを計算することを含む。電磁気の相反定理に基づいて、ｎ１からｎ２に伝送される信号の伝搬遅延は、ｎ２からｎ１に伝送される信号の伝搬遅延と等しい（τ１，２＝τ２，１≡τ）。
一般に、各ノードは、（例えば同期スロットの既知の同期信号テンプレートに基づいて）同期信号を生成し、同期信号をノード対の他方のノードに同時に、または連続して伝送し、伝送した同期信号に基づいて自己受信信号を受信し、ノード対の他方のノードから同期信号を受信する。説明を容易にするために、ノード対のノードを、ｎ１およびｎ２と呼ぶ。ただし、ｎ１およびｎ２は、メッシュネットワーク内の任意の２ノード対を指すことができる。方法Ｓ１００は、（ｂ１－ｂ２）として表されるｎ１とｎ２の間の相対時間バイアスおよび伝搬遅延τを計算することを含む。電磁気の相反定理に基づいて、ｎ１からｎ２に伝送される信号の伝搬遅延は、ｎ２からｎ１に伝送される信号の伝搬遅延と等しい（τ１，２＝τ２，１≡τ）。
【0085】
ブロックＳ１４０およびＳ１６０などにおいてＴＯＡを計算するときには、ノードは、受信同期信号または自己受信信号をテンプレート信号と相互相関させて、自己相関関数のピーク値に対応するタイムスタンプを決定することができる。１つの実施態様では、各ノードは、受信信号とテンプレート信号の間のデジタル自己相関を実行する。あるいは、各ノードは、デジタル同期信号のアナログ変換とテンプレート信号の間のアナログ自己相関を実行する。後者は、サンプル間の期間に加えて、サンプルの値も見込んでいる。さらに、ノードは、同期信号から抽出する位相情報に基づいて計算したＴＯＡを洗練することができる。１つの実施態様では、ノードは、以下でさらに述べるように、各同期信号を複数の周波数帯域を介して伝送して、受信ノードが得る搬送波位相測定値の数を増加させ、それによりＴＯＡ計算の確度を高めることができる。
【0086】
ブロックＳ１１０Ａでは、ローカルな時点Ｔ１（すなわち第１の伝送時点）において、ｎ１は、ＦＰＧＡまたはＤＳＰでベースバンド同期信号を生成する。１つの実施態様では、ｎ１は、アンテナを介して伝送するためにベースバンド同期信号を搬送周波数の同期信号にアップコンバートし、搬送同期信号をｎ１の伝送チェーンに沿って伝搬することにより、伝送チェーン遅延ｔ１を受ける。次いで、アナログ搬送波信号は、自己受信ハードウェアと相互作用し、自己受信ハードウェアは、ブロックＳ１２０Ａに示すように同期信号をｎ１のＲｘポートに反射する、またはその他のかたちで戻り結合する。自己受信信号（すなわち反射またはその他のかたちで戻り結合された同期信号）は、位相および群遅延を保存している同期信号のレプリカであるが、２つの信号のパワーは異なっていてもよい。１つの実施態様では、自己受信信号のパワーを戻り結合機構および／または減衰器を通して調整して、自己受信信号の電圧レベルがｎ１のＡＤＣを飽和させないようにする。
【0087】
ブロックＳ１３０Ａで、ｎ１は、同期信号を伝送する際に自己受信信号を受信する。自己受信信号がｎ１の受信チェーン内を伝搬する間に、自己受信信号は受信チェーン遅延ｒ１を受ける。ブロックＳ１４０Ａで、ｎ１は、そのノードの自己受信信号のローカルＴＯＡ、Ｓ１，１を計算し、これは、次の数式によって関心のある未知のパラメータと関係する。
Ｓ１，１＝Ｔ１＋ｔ１＋ｒ１
このように、Ｓ１，１は、ｎ１のクロックによるｎ１からの自己受信信号のＴＯＡを表す。
Ｓ１，１＝Ｔ１＋ｔ１＋ｒ１
このように、Ｓ１，１は、ｎ１のクロックによるｎ１からの自己受信信号のＴＯＡを表す。
【0088】
図５ＡならびにブロックＳ１１０Ｂ、Ｓ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂ、およびＳ１４０Ｂに示すように、ｎ２は、ブロックＳ１１０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａ、およびＳ１４０Ａでｎ１によって実行されるステップと等価なステップを実行することにより、第２の同期信号を伝送し、ｎ２によって生成される自己受信信号のＴＯＡを計算する。
Ｓ２，２＝Ｔ２＋ｔ２＋ｒ２
ここで、Ｔ２は、ｎ２におけるローカルな時点（すなわち第２の伝送時点）であり、ｔ２は、ｎ２の伝送チェーン遅延であり、ｒ２は、ｎ２の受信チェーン遅延である。各ノードの伝送時点が伝送間隔Δだけずれている実施態様では、Ｔ２＝Ｔ１＋Δである。このように、Ｓ２，２は、ｎ２のクロックによるｎ２からの自己受信信号の測定ＴＯＡを表す。
Ｓ２，２＝Ｔ２＋ｔ２＋ｒ２
ここで、Ｔ２は、ｎ２におけるローカルな時点（すなわち第２の伝送時点）であり、ｔ２は、ｎ２の伝送チェーン遅延であり、ｒ２は、ｎ２の受信チェーン遅延である。各ノードの伝送時点が伝送間隔Δだけずれている実施態様では、Ｔ２＝Ｔ１＋Δである。このように、Ｓ２，２は、ｎ２のクロックによるｎ２からの自己受信信号の測定ＴＯＡを表す。
【0089】
図５ＢおよびブロックＳ１５０Ａに示すように、ｎ１は、ｎ２から同期信号を受信し、この同期信号は、ｎ１の受信チェーン内を伝搬して、受信チェーン遅延ｒ１を受ける。次いで、ブロックＳ１６０Ａで、ｎ１は、以下の数式で表されるｎ２から受信した同期信号のローカルＴＯＡ、Ｓ１，２を計算する。
Ｓ１，２＝Ｔ２－ｂ２＋ｔ２＋τ＋ｒ１＋ｂ１
このように、Ｓ１，２は、ｎ１のクロックによるｎ２からの同期信号の測定ＴＯＡを表す。
Ｓ１，２＝Ｔ２－ｂ２＋ｔ２＋τ＋ｒ１＋ｂ１
このように、Ｓ１，２は、ｎ１のクロックによるｎ２からの同期信号の測定ＴＯＡを表す。
【0090】
ブロックＳ１５０ＢおよびＳ１６０Ｂで、ｎ２は、ブロックＳ１５０ＡおよびＳ１６０Ａでｎ１によって実行されるステップと等価なステップを実行することにより、ｎ１から同期信号を受信し、次のように表される同期信号の（ｎ２における）ローカルＴＯＡ、Ｓ２，１を計算する。
Ｓ２，１＝Ｔ１－ｂ１＋ｔ１＋τ＋ｒ２＋ｂ２
Ｓ２，１＝Ｔ１－ｂ１＋ｔ１＋τ＋ｒ２＋ｂ２
【0091】
このように、Ｓ２，１は、ｎ２のクロックによるｎ１からの同期信号の測定ＴＯＡを表す。
【0092】
ブロックＳ１７０で、ノードのうちの１つ（例えばノード対のリーダノード）ｎ１またはｎ２のいずれか、あるいは遠隔サーバまたは別個のリーダノードなどの別の計算デバイスは、上記のＴＯＡ、Ｓ１，１、Ｓ１，２、Ｓ２，２、およびＳ２，１を収集して、τおよびｂ１－ｂ２＋ｒ１－ｒ２、または相対時間バイアスに受信機チェーン遅延の差を加えた値を計算する。自己受信信号のＴＯＡ、および相手ノードが受信する対応する同期信号のＴＯＡを減算することにより、次の式が導出される。
Ｓ１，２－Ｓ２，２＝τ＋ｒ１＋ｂ１－ｒ２―ｂ２
Ｓ２，１－Ｓ１，１＝τ＋ｒ２＋ｂ２－ｒ１－ｂ１
したがって、このシステムは、τを
Ｓ１，２－Ｓ２，２＝τ＋ｒ１＋ｂ１－ｒ２―ｂ２
Ｓ２，１－Ｓ１，１＝τ＋ｒ２＋ｂ２－ｒ１－ｂ１
したがって、このシステムは、τを
【0093】
【0094】
【0095】
純粋な相対時間バイアスｂ１－ｂ２の値は、ｒ１－ｒ２の値がなくては計算することができないが、ノード対の一方のノードのクロックをｂ１－ｂ２＋ｒ１－ｒ２によって調整することにより、受信チェーン遅延の差が時間バイアスの後の不正確さを補償するので、各クロックにおける瞬間的な時点がｒ１－ｒ２だけ異なっている場合でも、両ノードが同時に受信する任意の信号が各ノードで同じタイムスタンプを受けることを保証する。あるいは、ｒ１－ｒ２≒０である場合には、
【0096】
【0097】
τおよびｂ１－ｂ２＋ｒ１－ｒ２を計算した後で、方法Ｓ１００は、ｂ１－ｂ２＋ｒ１－ｒ２をｎ１またはｎ２のクロックに加算して初期時間バイアスを補償することにより、ｎ１とｎ２の間で時間を同期させることを含むことができる。メッシュネットワーク内に複数のノードがある実施態様では、１つのノードが「リーダノード」として指定され、他のノードは「フォロワノード」として指定される。したがって、この実施態様では、方法Ｓ１００は、フォロワノードのクロックをリーダノードに一致するように調整することを含む。あるいは、システム内のリーダノードまたは遠隔サーバが、メッシュネットワーク内の各ノード対の相対時間バイアスを追跡して、時間に基づく通信プロトコルまたは他のＲＦデバイスのマルチラテレーションなどメッシュネットワーク内のノード間の精密な時間同期に依拠するプロセスを実行するときに、計算した時間バイアスを補償することもできる。
【0098】
１つの実施態様では、メッシュネットワーク内の各ノードは、ノードの様々な対の組合せの間の時間バイアス測定値が過剰定義されているときには、これらの変数を減算して時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することができる。例えば、ノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むネットワークにおいて、ｎ１とｎ２の間の時間バイアスは、次のように計算することもできる。
【0099】
【0100】
さらに、方法Ｓ１００は、（例えば２つのノード間の通信障害物などによって）直接の通信回線を有していないノード間の時間バイアスを間接的に計算することを含むこともできる。例えば、ノードｎ１、ｎ２、およびｎ３を含むネットワークにおいて、ｎ１とｎ３の間の時間バイアスは、次のように計算することもできる。
【0101】
【0102】
さらに、方法Ｓ１００は、ノード間の相対時間バイアスの瞬間不確実性δ（ｂ１－ｂ２）および伝搬遅延の瞬間不確実性δτを計算することを含むことができる。不確実性の源は、各ＴＯＡ計算の自己相関関数のピーク幅に基づく伝搬した不確実性に加え、同期スロット間で各ノードのクロックにおいて生じ得る任意の予想位相ノイズを含むことができる。
【0103】
１．７．４．１ 位相に基づく同期プロトコル
図１Ｄに示すように、このシステムは、各ノードがｎ１およびｎ２における同期信号ならびにｎ１およびｎ２における自己受信信号のＰＯＡ（同期信号と一致するテンプレート信号に基づく）をそれぞれブロックＳ１６７、Ｓ１６８、Ｓ１４７、およびＳ１４８で検出する、同期プロトコルの位相に基づく変形形態を（ノード対との通信を介して）実行することができる。したがって、このシステムは、ブロックＳ１７２において、ノード対の相手ノードで受信される同期信号のＰＯＡと自己受信信号のＰＯＡによって与えられるローカル位相参照との間の相対位相遅延を測定し、この位相情報を利用して、ｎ１とｎ２の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することができる。さらに、このシステムは、同期信号の各搬送周波数について同期プロトコルの位相に基づく変形形態を実行することにより、ｎ１で受信される第１の自己受信信号、ｎ２で受信される第１の同期信号、ｎ２受信される第２の自己受信信号、およびｎ１で受信される第２の同期信号を含む各同期信号および自己受信信号についてのＰＯＡのセットを検出することができる。ｎ１は、第１の自己受信信号を受信すると、次のように表される第１の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ１，１，ｍ＝（２πｆｃ，ｍＴ１＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
ここで、ｆｃ，ｍは、搬送周波数を表し、φ１，Ｔｘ，ｍは、ｎ１の伝送チェーンの周波数依存位相オフセットを表し、φ１，Ｒｘ，ｍは、ｎ１の受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ１で受信される自己受信信号について位相参照（ｆｃ，１，φ１，１，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ１，１，Ｍ）のセットを生成することができる。同様に、ｎ２は、次のように表される第２の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ２，２，ｍ＝（２πｆｃ，ｍＴ２＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
ここで、ｆｃ，ｍは、搬送周波数を表し、φ２，Ｔｘ，ｍは、ｎ２の伝送チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表し、φ２、Ｒｘ，ｍは、ｎ２の受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ２で受信される自己受信信号について位相参照（ｆｃ，１，φ２，２，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ２，２，Ｍ）のセットを生成することができる。
図１Ｄに示すように、このシステムは、各ノードがｎ１およびｎ２における同期信号ならびにｎ１およびｎ２における自己受信信号のＰＯＡ（同期信号と一致するテンプレート信号に基づく）をそれぞれブロックＳ１６７、Ｓ１６８、Ｓ１４７、およびＳ１４８で検出する、同期プロトコルの位相に基づく変形形態を（ノード対との通信を介して）実行することができる。したがって、このシステムは、ブロックＳ１７２において、ノード対の相手ノードで受信される同期信号のＰＯＡと自己受信信号のＰＯＡによって与えられるローカル位相参照との間の相対位相遅延を測定し、この位相情報を利用して、ｎ１とｎ２の間の時間バイアスおよび伝搬遅延を計算することができる。さらに、このシステムは、同期信号の各搬送周波数について同期プロトコルの位相に基づく変形形態を実行することにより、ｎ１で受信される第１の自己受信信号、ｎ２で受信される第１の同期信号、ｎ２受信される第２の自己受信信号、およびｎ１で受信される第２の同期信号を含む各同期信号および自己受信信号についてのＰＯＡのセットを検出することができる。ｎ１は、第１の自己受信信号を受信すると、次のように表される第１の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ１，１，ｍ＝（２πｆｃ，ｍＴ１＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
ここで、ｆｃ，ｍは、搬送周波数を表し、φ１，Ｔｘ，ｍは、ｎ１の伝送チェーンの周波数依存位相オフセットを表し、φ１，Ｒｘ，ｍは、ｎ１の受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ１で受信される自己受信信号について位相参照（ｆｃ，１，φ１，１，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ１，１，Ｍ）のセットを生成することができる。同様に、ｎ２は、次のように表される第２の自己受信信号の搬送波位相を検出する。
φ２，２，ｍ＝（２πｆｃ，ｍＴ２＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
ここで、ｆｃ，ｍは、搬送周波数を表し、φ２，Ｔｘ，ｍは、ｎ２の伝送チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表し、φ２、Ｒｘ，ｍは、ｎ２の受信チェーンによって誘起される周波数依存位相オフセットを表す。したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ２で受信される自己受信信号について位相参照（ｆｃ，１，φ２，２，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ２，２，Ｍ）のセットを生成することができる。
【0104】
位相／周波数点の第１のセット（ｆｃ，１，φ１，１，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ１，１，Ｍ）および位相／周波数点の第２のセット（ｆｃ，１，φ２，２，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ２，２，Ｍ）は、同期信号がノードｎ１およびｎ２のハードウェアと相互作用するときに同期信号が受ける位相依存周波数オフセットの位相参照を表す。
【0105】
さらに、ｎ１は、次のように表されるｎ２から受信する同期信号の搬送波位相を検出することができる。
φ１，２，ｍ＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ２－ｂ２＋ｂ１＋τ）＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ１で受信される同期信号についてのＰＯＡの第１のセット（ｆｃ，１，φ１，２，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ１，２，Ｍ）を生成することができる。
φ１，２，ｍ＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ２－ｂ２＋ｂ１＋τ）＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ１で受信される同期信号についてのＰＯＡの第１のセット（ｆｃ，１，φ１，２，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ１，２，Ｍ）を生成することができる。
【0106】
同様に、ｎ２は、次のように表されるｎ１から受信する同期信号の搬送波位相を検出することができる。
φ２，１，ｍ＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ１－ｂ１＋ｂ２＋τ）＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ２で受信される同期信号についてのＰＯＡの第２のセット（ｆｃ，１，φ２，１，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ２，１，Ｍ）を生成することができる。
φ２，１，ｍ＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ１－ｂ１＋ｂ２＋τ）＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、搬送周波数ｆｃ，１からｆｃ，Ｍのセットについて、このシステムは、ｎ２で受信される同期信号についてのＰＯＡの第２のセット（ｆｃ，１，φ２，１，１）から（ｆｃ，Ｍ，φ２，１，Ｍ）を生成することができる。
【0107】
ノード対ｎ１およびｎ２についてのτを計算するために、このシステムは、第１の同期信号の各搬送周波数の位相参照と第１の同期信号の各搬送周波数のＰＯＡの間の位相差を計算することにより、位相／周波数点の第１のセット（ｆｃ，ｍ，φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）を計算することができる。同様に、このシステムは、第２の同期信号の各搬送周波数の位相参照と第２の同期信号の各搬送周波数のＰＯＡの間の位相差を計算することにより、位相／周波数点の第２のセット（ｆｃ，ｍ，φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）を計算することができる。位相／周波数点の第１のセットおよび第２のセットについての位相と周波数の間の関係は、次のように表すことができる。
φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ
＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ１－ｂ１＋ｂ２＋τ）＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ－２πｆｃ，ｍＴ１―φ１，Ｔｘ，ｍ－φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
＝（φ２，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ―ｂ１＋ｂ２）－φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ
＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ２－ｂ２＋ｂ１＋τ）＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ－２πｆｃ，ｍＴ２―φ２，Ｔｘ，ｍ－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
＝（φ１，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ―ｂ２＋ｂ１）－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、このシステムは、各搬送周波数ｆｃ，ｍについて（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）と（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）を合計して、合計位相／周波数点（（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）＋（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）、ｆｃ，ｍ）のセットを生成することができる。次いで、このシステムは、次の数式によってτの値を計算することができる。
φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ
＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ１－ｂ１＋ｂ２＋τ）＋φ１，Ｔｘ，ｍ＋φ２，Ｒｘ，ｍ－２πｆｃ，ｍＴ１―φ１，Ｔｘ，ｍ－φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
＝（φ２，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ―ｂ１＋ｂ２）－φ１，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ
＝（２πｆｃ，ｍ（Ｔ２－ｂ２＋ｂ１＋τ）＋φ２，Ｔｘ，ｍ＋φ１，Ｒｘ，ｍ－２πｆｃ，ｍＴ２―φ２，Ｔｘ，ｍ－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
＝（φ１，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ―ｂ２＋ｂ１）－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
したがって、このシステムは、各搬送周波数ｆｃ，ｍについて（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）と（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）を合計して、合計位相／周波数点（（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）＋（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）、ｆｃ，ｍ）のセットを生成することができる。次いで、このシステムは、次の数式によってτの値を計算することができる。
【0108】
【0109】
したがって、１つの実施態様では、方法Ｓ１００のブロックを実行する遠隔サーバまたはリーダノードは、ｎ１のクロックによるＴ１におけるｎ１による同期信号の伝送後に、ｎ１による第１の自己受信信号の位相をｎ１から受信し、ｎ２によるｎ１からの同期信号の位相をｎ２から受信し、ｎ２のクロックによるＴ２におけるｎ２による同期信号の伝送後に、ｎ２のクロックによる第２の自己受信信号の位相をｎ２から受信し、ｎ１のクロックによるｎ２からの同期信号の位相をｎ１から受信することができる。次いで、遠隔サーバまたはリーダノードは、第１の自己受信信号の位相、第１の同期信号の位相、第２の自己受信信号の位相、および第２の同期信号の位相に基づいて、第１の伝搬遅延を洗練することができる。
【0110】
あるいは、このシステムは、位相／周波数点の第１のセット（ｆｃ，ｍ，φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）および位相／周波数点の第２のセット（ｆｃ，ｍ，φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）に基づいて、減算された位相／周波数点のセットを生成することにより、ｎ１とｎ２の間の時間バイアスを計算することもできる。さらに詳細には、このシステムは、次の数式に基づいて時間バイアスを計算することができる。
（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）－（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）
＝（φ２，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ－ｂ１＋ｂ２）－φ１，Ｒｘ，ｍ）
－（φ１，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ－ｂ２＋ｂ１）－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）－（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）＝２φ２，Ｒｘ，ｍ－２φ１，Ｒｘ，ｍ＋４πｆｃ，ｍ（ｂ２－ｂ１）ｍｏｄ ２π
（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）－（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）
＝（φ２，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ－ｂ１＋ｂ２）－φ１，Ｒｘ，ｍ）
－（φ１，Ｒｘ，ｍ＋２πｆｃ，ｍ（τ－ｂ２＋ｂ１）－φ２，Ｒｘ，ｍ）ｍｏｄ ２π
（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）－（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ）＝２φ２，Ｒｘ，ｍ－２φ１，Ｒｘ，ｍ＋４πｆｃ，ｍ（ｂ２－ｂ１）ｍｏｄ ２π
【0111】
したがって、減算された位相／周波数点の線形回帰（ｆｃ，ｍ，（φ２，１，ｍ－φ１，１，ｍ）－（φ１，２，ｍ－φ２，２，ｍ））を計算し、線形回帰の傾きを抽出することにより、このシステムは、サブサンプル確度でｂ２－ｂ１を計算することができる。
【0112】
１．８ クロックの調整
システムがノード対について同期プロトコルおよび／または位相洗練を実行した後、このシステムは、各ノード対のクロックを同期させるために、そのノード対の一方のノードのクロックを計算した時間バイアスだけシフトさせることができる。あるいは、図２に示すように、このシステムは、リーダノードまたはその他の時間標準（例えば遠隔サーバのクロック）を基準とする各ノードの時間バイアスを維持し、そのノードの時間バイアスをそのノードが計算した任意のタイムスタンプから減算するなどすることによって、リーダノードまたは時間標準を基準とするそのノードの最新の計算した時間バイアスに基づいて各ノードに送信されるスケジューリング時間および／または各ノードで受信されるタイムスタンプを補正することができる。さらに、このシステムは、ノードについての最も最近計算した時間バイアスおよび予測ドリフトモデルに基づいて、各ノードについての現在の時間バイアスを予測することができる（以下でさらに述べる）。
システムがノード対について同期プロトコルおよび／または位相洗練を実行した後、このシステムは、各ノード対のクロックを同期させるために、そのノード対の一方のノードのクロックを計算した時間バイアスだけシフトさせることができる。あるいは、図２に示すように、このシステムは、リーダノードまたはその他の時間標準（例えば遠隔サーバのクロック）を基準とする各ノードの時間バイアスを維持し、そのノードの時間バイアスをそのノードが計算した任意のタイムスタンプから減算するなどすることによって、リーダノードまたは時間標準を基準とするそのノードの最新の計算した時間バイアスに基づいて各ノードに送信されるスケジューリング時間および／または各ノードで受信されるタイムスタンプを補正することができる。さらに、このシステムは、ノードについての最も最近計算した時間バイアスおよび予測ドリフトモデルに基づいて、各ノードについての現在の時間バイアスを予測することができる（以下でさらに述べる）。
【0113】
１．９ 同期スロットの洗練
ブロックＳ１８０で、方法Ｓ１００は、以前に同期させたノード間の後続の同期スロットの持続時間を計算することを含む。ノード対が方法Ｓ１００を実行すると、それらのクロックは１から１０ナノ秒以内に整列させることができる。したがって、２つのノードの間の同期が改善されるにつれて、同期スロットを順次より小さくすることができる。
ブロックＳ１８０で、方法Ｓ１００は、以前に同期させたノード間の後続の同期スロットの持続時間を計算することを含む。ノード対が方法Ｓ１００を実行すると、それらのクロックは１から１０ナノ秒以内に整列させることができる。したがって、２つのノードの間の同期が改善されるにつれて、同期スロットを順次より小さくすることができる。
【0114】
方法Ｓ１００は、時間バイアスの不確実性、同期スロット間の相対時間バイアスの予想ドリフト（以下でさらに述べる予測ドリフトモデルによって計算される）、伝搬遅延、伝搬遅延の不確実性、第１のノードの伝送チェーン遅延または第２のノードの伝送チェーン遅延のうちの大きい方、第１のノードの受信チェーン遅延または第２のノードの受信チェーン遅延のうちの大きい方、同期信号の持続時間、および／あるいはノード対の間の相対的な移動による伝搬遅延の予想される変化の組合せ（例えば不確実性伝搬和）に基づいて、後続の同期スロットの持続時間を計算することを含むこともできる。
【0115】
１つの実施態様では、同期スロットを時間バッファだけさらに延長して、各ノードが同期スロット内に完全な同期信号を受信することを保証する。同期スロット持続時間が上記の和と等しくなるように設定されるときには、同期スロット持続時間は、上述の数量のうちのいずれかで予想を超えるドリフトまたは誤差が生じる適用において一方のノードで生成された同期信号を第２のノードで完全に受信できるようにするのに十分な長さである。
【0116】
１つの例では、受信チェーン遅延および伝送チェーン遅延は、同期信号持続時間と比較して無視できることもある。したがって、方法Ｓ１００は、通常の受信チェーン遅延と通常の伝送チェーン遅延の最大和に近い持続時間の時間バッファを加算して同期スロット持続時間を計算することを含むことができる。
【0117】
１つの実施態様では、例えばノード間の時間バイアスの予想を超えるドリフトまたは伝搬遅延の大きな増加などによる同期の失敗の後で、方法Ｓ１００は、後続のＴＤＭＡフレームに同期スロットを挿入することと、同期スロット持続時間を増大させて同期信号を送信および受信するための追加の時間を提供することとを含むことができる。方法Ｓ１００は、同期プロセスが受信されるまで同期スロット持続時間を漸増的に（例えば１０マイクロ秒刻みで）増大させることもできるし、あるいは同期スロット持続時間を有意により長い持続時間に延長して信号を受信する可能性を高めることを含むこともできる。
【0118】
このように、方法Ｓ１００のブロックを実行する遠隔サーバまたはリーダノードは、更新された同期スロット持続時間が、初期同期スロット持続時間未満であるが、ノード対のクロック間の第１の時間バイアスの第１の不確実性と同期信号持続時間との和よりは大きくなるように、ノード対に対応する後続の同期スロットの同期スロット持続時間を減少させることができる。次いで、遠隔サーバまたはリーダノードは、更新された同期スロット持続時間内でノード対の各ノードについて伝送時点をスケジュールすることができる。
【0119】
さらに、このシステムは、ノード対間の最近計算した時間バイアスに基づいてノード対の同期信号の伝送時点をスケジュールすることができる。このように、このシステムは、ノード間の相対時間バイアスを見込んで、同期スロットの持続時間が減少していても次の同期スロット中に両ノードが伝送していることを保証することができる。
【0120】
１．１０ 予測ドリフトモデル
方法Ｓ１００の１つの変形形態では、ブロックＳ１７０を実行するリーダノードまたは遠隔サーバは、メッシュネットワーク内のノード間の連続的な時間バイアスおよび伝搬遅延の特徴付けに基づいて予測ドリフトモデルを実行することもできる。一般に、予測ドリフトモデルは、ノードのクロック（例えば水晶発振器クロック）のドリフトを、温度、湿度、移動、および振動などの環境要因の関数としてネットワーク内の他のノードのクロックまたは時間標準（例えばＵＴＣ）を基準として特徴付ける。さらに詳細には、方法Ｓ１００は、各ノードにおいて環境データを記録することと、複数の以前の同期スロットにわたって計算した相対ドリフトを観察してメッシュネットワーク内の特定のノードのドリフトの予測ドリフトモデルを訓練することとを含むことができる。予測ドリフトモデルは、リーダノードまたは遠隔サーバにおける時間を基準としたメッシュネットワーク内の１つのノードの予想ドリフトを、そのノードの最も最近の同期スロットから経過した時間およびそのノードで収集された最近の環境データに基づいて出力する。
方法Ｓ１００の１つの変形形態では、ブロックＳ１７０を実行するリーダノードまたは遠隔サーバは、メッシュネットワーク内のノード間の連続的な時間バイアスおよび伝搬遅延の特徴付けに基づいて予測ドリフトモデルを実行することもできる。一般に、予測ドリフトモデルは、ノードのクロック（例えば水晶発振器クロック）のドリフトを、温度、湿度、移動、および振動などの環境要因の関数としてネットワーク内の他のノードのクロックまたは時間標準（例えばＵＴＣ）を基準として特徴付ける。さらに詳細には、方法Ｓ１００は、各ノードにおいて環境データを記録することと、複数の以前の同期スロットにわたって計算した相対ドリフトを観察してメッシュネットワーク内の特定のノードのドリフトの予測ドリフトモデルを訓練することとを含むことができる。予測ドリフトモデルは、リーダノードまたは遠隔サーバにおける時間を基準としたメッシュネットワーク内の１つのノードの予想ドリフトを、そのノードの最も最近の同期スロットから経過した時間およびそのノードで収集された最近の環境データに基づいて出力する。
【0121】
このシステムは、互いを基準とするメッシュネットワーク内の各ノード対のドリフトを特徴付ける予測ドリフトモデルを維持することができる。あるいは、リーダノードおよび／または遠隔サーバが、対ごとの予測ドリフトモデルを圧縮し、代わりに、メッシュネットワーク内のリーダノードのクロックまたは遠隔サーバでアクセスされる時間標準を基準として、メッシュネットワーク内の各ノードごとに１つの予測ドリフトモデルを維持することもできる。
【0122】
１つの実施態様では、方法Ｓ１００は、予測ドリフトモデルの出力に従って同期サイクル間でノードのクロック時間を定期的に調整する（例えばノードの予測ドリフトに従って１ミリ秒ごとにノードのクロック値を更新する）ことを含む。あるいは、このシステムは、ノードの同期サイクル間の相対時間バイアスの推定値をそのノードの予測ドリフトモデルに基づいて計算することもできる。
【0123】
さらに、方法Ｓ１００は、予測ドリフトモデルの出力に従って後続の同期スロットの持続時間を調整することを含むことができる。さらに、方法Ｓ１００は、予測ドリフト値が既定のドリフト閾値より大きくなるのに応答してＴＤＭＡフレームに同期スロットを含めることをトリガする（例えば予測ドリフトモデルがフォロワノードのクロックとリーダノードのクロックの間の１ナノ秒を超えるドリフトを予測したときにＴＤＭＡフレームに同期スロットを含めることをトリガする）ことを含むことができる。
【0124】
予測ドリフトモデルは、関連する環境パラメータを表す物理モデルのセットの組合せとすることができる。１つの実施態様では、予測ドリフトモデルは、温度および結晶カットに応じたドリフトの温度モデルを含む。温度モデルは、各々が対応する結晶カットについてドリフト（百万分率単位）を温度と関係付ける適当なモデルのセットを含むことができる。１つの実施態様では、方法Ｓ１００は、各ノードの水晶発振器を複数の同期スロットにわたる観測温度ドリフトに従って分類して、時間の関数としての特定のノードに関連する温度ドリフトの多項式近似を選択することを含むことができる。
【0125】
予測ドリフトモデルは、温度ヒステリシス、周囲圧力、湿度、電界および／または磁界の強さ、水晶発振器の駆動レベル、ならびに／あるいは水晶発振器の参照電圧についての予測モデルを含むこともできる。
【0126】
１つの実施態様では、予測ドリフトモデルは、水晶発振器のランダムに分布した位相ノイズおよび系統的なドリフトに基づいて予想ドリフトの信頼区間を出力することができる。予測ドリフトモデルは、参照ソースノイズ、電源ノイズ、振動誘起ノイズ、および／または加速度誘起ノイズなどの要因に基づいて水晶発振器の位相ノイズの分布を計算することができる。
【0127】
このように、このシステムは、メッシュネットワーク内のノードについて方法Ｓ１００の連続反復を実行し、そのノードとリーダノードまたは遠隔サーバで維持される時間とすることができる参照時間との間の相対時間バイアスの時系列を記録することができる。同時に、このシステムは、そのノードからの環境データの時系列を記録することができる。このシステムは、次いで、環境データの時系列を時間バイアスの時系列と相関させて、環境データの変化に基づいてノードの時間バイアスのドリフトを予測することができる。このようにして、このシステムは、温度データの時系列およびノードの時間バイアスの時系列に基づいて、特定のノードにおける温度とそのノードが呈するドリフト率との間の温度相関を計算することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、ノードの移動データの時系列および時間バイアスの時系列に基づいて、ノードの移動（例えばノードにおいてＩＭＵによって測定される加速度）とそのノードが呈するドリフト率との間の移動相関を計算することもできる。
【0128】
さらに別の実施態様では、このシステムは、メッシュネットワーク内の１つのノードとメッシュネットワーク内の他のノードとの間の伝搬遅延の時系列を記録することによって、ノードの移動を検出することができる。このように、このシステムは、方法Ｓ１００の第１の反復中に計算される第１の伝搬遅延に基づいてノードの第１の相対位置を計算し、方法Ｓ１００の第２の反復中に計算される第２の伝搬遅延に基づいてノードの第２の相対位置を計算し、第１の相対位置、第２の相対位置、第１の時間バイアス、および第２の時間バイアスに基づいてノードのクロックのドリフトの移動相関を計算することができる。
【0129】
１つの実施態様では、このシステムは、第２のノードを基準とする第１のノードの最近計算した時間バイアスについての時間バイアス不確実性を計算し、予測ドリフトモデルに基づいてノードにおける時間バイアスのドリフトの大きさを予測し、第１のノードおよび第２のノードからの動きデータに基づいて第１のノードと第２のノードの間の伝搬遅延の変化を予測し、同期スロット持続時間を時間バイアス不確実性、ドリフトの大きさ、伝搬遅延、および伝搬遅延の変化の和に等しくなるように設定することができる。したがって、このシステムは、メッシュネットワーク内のノード対の間の相対ドリフトを見込むことによって、ノード対の間で伝送される後続の同期信号の受信を保証することができる。
【0130】
１．１１ 再同期のトリガ
方法Ｓ１００の１つの変形形態は、予測ドリフトモデルの出力または環境変化の検出に基づいて後続のＴＤＭＡフレーム内に１つまたは複数の同期スロットを含めることをトリガすることを含む。１つの実施態様では、方法Ｓ１００は、予測ドリフトモデルが閾値ドリフト値より大きい予測ドリフトの大きさ（例えば最後の同期スロットから１０ナノ秒を超えるドリフト）を出力したときに同期スロットを含めることをトリガすることを含む。あるいは、方法Ｓ１００は、観察した温度変化（例えばノードのデジタル温度計による）および／あるいは加速度または振動データ（例えばノードで収集されたＩＭＵデータによる）に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。さらに、方法Ｓ１００は、１つのノードの別のノードに対する移動に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。方法Ｓ１００は、ノードのＩＭＵ、ノードからの入来信号についてのドップラーシフトの測定値、またはノード間のマルチラテレーションを介して、移動を検出することを含むことができる。
方法Ｓ１００の１つの変形形態は、予測ドリフトモデルの出力または環境変化の検出に基づいて後続のＴＤＭＡフレーム内に１つまたは複数の同期スロットを含めることをトリガすることを含む。１つの実施態様では、方法Ｓ１００は、予測ドリフトモデルが閾値ドリフト値より大きい予測ドリフトの大きさ（例えば最後の同期スロットから１０ナノ秒を超えるドリフト）を出力したときに同期スロットを含めることをトリガすることを含む。あるいは、方法Ｓ１００は、観察した温度変化（例えばノードのデジタル温度計による）および／あるいは加速度または振動データ（例えばノードで収集されたＩＭＵデータによる）に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。さらに、方法Ｓ１００は、１つのノードの別のノードに対する移動に基づいて同期スロットを含めることをトリガすることを含むこともできる。方法Ｓ１００は、ノードのＩＭＵ、ノードからの入来信号についてのドップラーシフトの測定値、またはノード間のマルチラテレーションを介して、移動を検出することを含むことができる。
【0131】
１つの例では、このシステムは、方法Ｓ１００の初期反復の後で、ノード対のうちの第１のノードで温度を測定し、温度および温度ドリフトモデルに基づいて時間バイアスドリフトを計算し、時間バイアスドリフトに基づいて次のＴＤＭＡフレーム中の同期スロットをスケジュールすることができる。
【0132】
一般に、方法Ｓ１００が同期スロットを含めることをトリガしたときに、同期スロットは、後続のＴＤＭＡフレームに含まれ、ＴＤＭＡフレームのヘッダに示される。
【0133】
２．送信機の位置特定の方法
図６Ａに示すように、ネットワークを介してデバイスの位置を検出する方法Ｓ２００は、ネットワーク内の一意的な各ノード対の各ノードにおいて、ブロックＳ２１０でアウトバウンド同期信号を伝送することと、ブロックＳ２２０でアウトバウンド同期信号に基づいて自己受信信号を生成することと、ブロックＳ２２２で自己受信到着時間（以下「ＴＯＡ」）の対のうちの１つの自己受信ＴＯＡにおいて自己受信信号を検出することと、ブロックＳ２１２で同期ＴＯＡの対のうちの１つの同期ＴＯＡにおいて一意的なノード対のうちの相手ノードから伝送されるインバウンド同期信号を検出することとを含む。方法Ｓ２００は、また、自己受信ＴＯＡの対および同期ＴＯＡの対に基づいて、ネットワーク内の一意的な各ノード対について、ブロックＳ２３０で、対ごとの時間オフセットのセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの時間オフセットを計算することと、ブロックＳ２３２で、対ごとの距離のセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの距離を計算することとを含む。方法Ｓ２００は、ネットワーク内の各ノードについて、ブロックＳ２４０で、対ごとの距離のセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の１つのノードを基準とする相対位置を計算することと、ブロックＳ２４２で、対ごとの時間オフセットのセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の１つのノードを基準とする時間バイアスを計算することとをさらに含む。方法Ｓ２００は、また、ネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックＳ２５０で、位置特定ＴＯＡにおいてデバイスから伝送される位置特定信号を検出することと、ブロックＳ２６０において、ネットワーク内の各ノードについての、そのノードで検出された位置特定信号、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいてネットワークに対するそのデバイスの位置を計算することとを含む。
図６Ａに示すように、ネットワークを介してデバイスの位置を検出する方法Ｓ２００は、ネットワーク内の一意的な各ノード対の各ノードにおいて、ブロックＳ２１０でアウトバウンド同期信号を伝送することと、ブロックＳ２２０でアウトバウンド同期信号に基づいて自己受信信号を生成することと、ブロックＳ２２２で自己受信到着時間（以下「ＴＯＡ」）の対のうちの１つの自己受信ＴＯＡにおいて自己受信信号を検出することと、ブロックＳ２１２で同期ＴＯＡの対のうちの１つの同期ＴＯＡにおいて一意的なノード対のうちの相手ノードから伝送されるインバウンド同期信号を検出することとを含む。方法Ｓ２００は、また、自己受信ＴＯＡの対および同期ＴＯＡの対に基づいて、ネットワーク内の一意的な各ノード対について、ブロックＳ２３０で、対ごとの時間オフセットのセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの時間オフセットを計算することと、ブロックＳ２３２で、対ごとの距離のセットのうち、その一意的なノード対の間の対ごとの距離を計算することとを含む。方法Ｓ２００は、ネットワーク内の各ノードについて、ブロックＳ２４０で、対ごとの距離のセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の１つのノードを基準とする相対位置を計算することと、ブロックＳ２４２で、対ごとの時間オフセットのセットに基づいて、ネットワーク内のそのノードのネットワーク内の１つのノードを基準とする時間バイアスを計算することとをさらに含む。方法Ｓ２００は、また、ネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックＳ２５０で、位置特定ＴＯＡにおいてデバイスから伝送される位置特定信号を検出することと、ブロックＳ２６０において、ネットワーク内の各ノードについての、そのノードで検出された位置特定信号、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいてネットワークに対するそのデバイスの位置を計算することとを含む。
【0134】
図６Ｂに示すように、方法Ｓ２００の第１の変形形態は、ネットワークを基準とする位置およびネットワークのクロックを基準として同期されたクロックで特徴付けられるネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックＳ２５２において、多重化されたチャネル上で搬送波を受信することと、ブロックＳ２５４において、搬送波を復調してデバイスから伝送される識別信号を検出することと、ブロックＳ２５６において、搬送波のマルチパス伝搬により生じる位置特定信号のセットを搬送波中で検出することと、ブロックＳ２５８において、位置特定信号のセットのうちの各位置特定信号について、位置特定ＴＯＡのセットのうち、その位置特定信号の位置特定ＴＯＡを計算することとを含む。この第１の変形形態はまた、ブロックＳ２６２において、ネットワーク内の各ノードについて、ノードの位置特定ＴＯＡから見通し線（以下「ＬＯＳ」）ＴＯＡを選択することと、ブロックＳ２６４において、各ノードについてのＬＯＳ ＴＯＡに基づいて到着時間差（以下「ＴＤＯＡ」）のセットを計算することと、ブロックＳ２６６において、ＴＤＯＡのセットに基づいてデバイスの位置を計算することとを含む。
【0135】
図６Ｃに示すように、方法Ｓ２００の第２の変形形態は、ネットワーク内の各ノードにおいて、ブロックＳ２１０でアウトバウンド同期信号を伝送することと、ブロックＳ２２０でアウトバウンド同期信号に基づいて自己受信信号を生成することと、ブロックＳ２２２で自己受信ＴＯＡにおいて自己受信信号を検出することと、ブロックＳ２１２でネットワーク内の他のノードから受信するインバウンド同期信号のセットのうちの各インバウンド同期信号について、同期ＴＯＡのセットのうち、そのインバウンド同期信号の同期ＴＯＡを検出することとを含む。この第２の変形形態は、また、ネットワーク内の各ノードについて、自己受信ＴＯＡおよび同期ＴＯＡのセットに基づいて、ブロックＳ２４２で、ネットワーク内の１つのノードを基準としてそのノードの時間バイアスを計算することと、ブロックＳ２３２で、対ごとの距離のセットのうち、そのノードとネットワーク内のその他の各ノードとの間の対ごとの距離を計算することとを含む。この第２の変形形態は、対ごとの距離のセットに基づいて、ブロックＳ２４０で、ネットワーク内のノードの相対位置を計算することと、ブロックＳ２５０で、ネットワーク内の各ノードにおいて、デバイスから伝送される位置特定信号を検出することと、ブロックＳ２６８で、ネットワーク内の各ノードについて、各ノードで検出される位置特定信号に基づいてそのノードについてのＴＤＯＡを計算することと、ブロックＳ２７０で、ネットワーク内のノードの相対位置、ネットワーク内の各ノードのＴＤＯＡ、およびネットワーク内の各ノードの時間バイアスに基づいてネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することとをさらに含む。
【0136】
２．１ 適用
一般に、方法Ｓ２００は、ノードおよび／または遠隔サーバのネットワーク（例えばメッシュネットワーク）を含むシステムにより、そのノードネットワークを基準とする無線周波数（以下「ＲＦ」）伝送デバイスの位置を３０センチメートル以内などで推定するために実行される。このシステムは、ノードの位置に関する事前情報がなくても、ネットワーク内のノードが静止していることを必要とせずに、ノードの精密な較正（例えば時間的較正、利得較正、および／または周波数較正）を行わずに、各ノードが標準的な電子クロック（例えば水晶発振器クロック）を含む状態で、ノードネットワークのＲＦ範囲内でＲＦ伝送デバイスの位置を推定する（または「位置特定する」）ことができる。ネットワーク内の各ノードは、以下でさらに述べるアンテナ、トランシーバハードウェア、ＦＰＧＡ／ＤＰＳ、クロック、および自己受信信号生成器（例えばインピーダンス不整合指向性カプラ、ＲＦパワースプリッタ、コンバイナ、サーキュレータなど）などのネットワーキングハードウェアを含むことができる。
一般に、方法Ｓ２００は、ノードおよび／または遠隔サーバのネットワーク（例えばメッシュネットワーク）を含むシステムにより、そのノードネットワークを基準とする無線周波数（以下「ＲＦ」）伝送デバイスの位置を３０センチメートル以内などで推定するために実行される。このシステムは、ノードの位置に関する事前情報がなくても、ネットワーク内のノードが静止していることを必要とせずに、ノードの精密な較正（例えば時間的較正、利得較正、および／または周波数較正）を行わずに、各ノードが標準的な電子クロック（例えば水晶発振器クロック）を含む状態で、ノードネットワークのＲＦ範囲内でＲＦ伝送デバイスの位置を推定する（または「位置特定する」）ことができる。ネットワーク内の各ノードは、以下でさらに述べるアンテナ、トランシーバハードウェア、ＦＰＧＡ／ＤＰＳ、クロック、および自己受信信号生成器（例えばインピーダンス不整合指向性カプラ、ＲＦパワースプリッタ、コンバイナ、サーキュレータなど）などのネットワーキングハードウェアを含むことができる。
【0137】
このシステムは、方法Ｓ２００のブロックを実行して、ネットワーク内のノード（例えば２次元位置特定では少なくとも３つのノード、３次元位置特定では少なくとも４つのノード）によって検出可能なＲＦ伝送デバイスを位置特定することができる。さらに詳細には、このシステムは、デバイスが実行する伝送プロトコルの変更を必要とすることなく、ＲＦＩＤ対応デバイス、ＺＩＧＢＥＥ対応デバイス、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ対応デバイス、ＷＩＦＩ対応デバイス、および／またはＬＴＥ対応デバイスなどの第三者デバイスを識別して位置特定することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、特定の位置特定信号をネットワーク内のノードに伝送するように構成された特別設計デバイス（例えばアクティブタグ）を位置特定することができる。
【0138】
サブメートルの位置特定確度を得るために、このシステムは、較正および同期プロセスを実行して、ネットワーク内の一意的な各ノード対の間の時間オフセットを識別することによってネットワーク内のノード間のナノ秒レベルのクロック同期を得る。このシステムは、次いで、ネットワーク内のノードの相対時間バイアスを計算し、計算した時間バイアスを補償することができる。較正および同期プロセスを実行することにより、このシステムは、伝搬遅延を計算することもでき、したがってネットワーク内の一意的な各ノード対の間の距離を計算することもできる。このシステムは、ノード間の距離を計算すると、全部で十分なノードがあれば（例えば３次元相対位置を得るには少なくとも５つのノード）、ネットワーク内の各ノードの相対位置を確立することができる。このように、ノードのうちの１つの大域的位置が既知である場合には、このシステムは、ネットワーク内の他の全てのノードについて大域的位置を決定することができる。
【0139】
このシステムは、次いで、ネットワーク内の各ノードの計算した位置情報および時間同期を活用して、ネットワークのＲＦ範囲内の任意のＲＦ伝送デバイスを精密に位置特定することができる。このシステムは、デバイスからのＲＦ伝送（例えば搬送波の形態のＲＦ伝送）がネットワーク内の各ノードで受信されるときに、そのＲＦ伝送を一意的に識別することができる。１つの実施態様では、各ノードは、ＲＦ伝送が各ノードに伝搬するときにそのＲＦ伝送のＴＯＡを精密に計算することができる。このシステムは、次いで、ネットワーク内の各ノードからのＴＯＡを比較して、各ノード間の受信信号のＴＤＯＡを計算することができる。あるいは、ノードは、受信信号の一部分を遠隔サーバ、および／またはネットワーク内のノードのうちの１つ（例えばリーダノード）に伝送し、受信信号の相互相関によって受信信号のＴＤＯＡを決定することもできる。このシステムは、次いで、マルチラテレーション計算を実行して、デバイスの位置を推定することができる。
【0140】
このシステムは、また、デバイスからのＲＦ伝送のマルチパス伝搬によって生じるＲＦ伝送の重畳反復を解くことができる。個々のマルチパス信号を解いた後で、このシステムは、各マルチパス信号のＴＯＡまたはＴＤＯＡを個別に決定することができ、次いでそのデバイスと各ノードの間のＬＯＳ ＲＦ伝送を表すＬＯＳ ＴＯＡまたはＴＤＯＡを選択することができる。ＲＦ伝送におけるマルチパスアーチファクトを解消することにより、このシステムは、複雑な伝搬環境でより良好にデバイスを位置特定することができる。このシステムは、（例えばカスタムプロトコルによってデバイスのＲＦ伝送を指定することによって）伝送端で、（例えば各ノードにおける特殊な受信および処理によって）受信端で、ならびに／あるいは（例えばリーダノードおよび／または遠隔サーバにおける後処理で）バックエンドで適用することができる周波数ダイバーシチ、時間ダイバーシチ、位相ダイバーシチ、空間ダイバーシチ、および／または向きダイバーシチを利用することにより、上述のマルチパス検出および除外を実行することができる。
【0141】
方法Ｓ２００のブロックを実行するシステムは、幅広い適用業務のためにデプロイすることができる。１つの例では、このシステムは、倉庫、店舗、医療施設、および／またはその他の任意の建物内にローカルにデプロイされる。システムのノードネットワークは、アセットトラッキングＲＦタグ（アクティブタグ）、携帯電話、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩデバイスなどを建物内で位置特定して追跡することができるように、建物の周りにローカルにデプロイすることができる。別の例では、このシステムは、電気通信ネットワークとしてデプロイすることができ、この場合、ネットワーク内の各ノードは、位置特定し、送信し、セルラデバイスから信号を受信することができるセルラサイトである。さらに別の例では、このシステムは、地表の、または地表の上方の大体積の空間からのＲＦ伝送を位置特定することができる周回低軌道（以下「ＬＥＯ」）衛星のネットワークとしてデプロイすることができる。
【0142】
２．２ 電気通信のデプロイメント
一般に、方法Ｓ２００は、第三世代パートナーシッププロジェクト（以下「３ＧＰＰ」）によって提唱されるＬＴＥ、４Ｇ、５Ｇ、および５Ｇ ＮＲ標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法Ｓ２００は、サーバ側位置管理機能（以下「ＬＭＦ」）ならびに／またはアクセスおよびモビリティ管理機能（以下「ＡＭＦ」）の構成要素として、５Ｇ無線ノード（以下「ｇＮＢ」）および／またはエンハンスト４Ｇ ｅＮｏｄｅＢｓ（以下「ｎｇ－ｅＮＢ」）などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。
一般に、方法Ｓ２００は、第三世代パートナーシッププロジェクト（以下「３ＧＰＰ」）によって提唱されるＬＴＥ、４Ｇ、５Ｇ、および５Ｇ ＮＲ標準を実行するセルラネットワークなどの電気通信ネットワークが実行することができる。例えば、方法Ｓ２００は、サーバ側位置管理機能（以下「ＬＭＦ」）ならびに／またはアクセスおよびモビリティ管理機能（以下「ＡＭＦ」）の構成要素として、５Ｇ無線ノード（以下「ｇＮＢ」）および／またはエンハンスト４Ｇ ｅＮｏｄｅＢｓ（以下「ｎｇ－ｅＮＢ」）などのセルラネットワーク内のノードによって実行することができる。
【0143】
２．３ システム
方法Ｓ２００を実行するシステムは、ノード、遠隔サーバ、および／あるいはアクティブタグまたは制御可能デバイス（すなわち非第三者デバイス）のネットワーク（例えばメッシュネットワーク）を含むことができる。ネットワーク内のノードは、ノード間の信号またはデバイスからの信号を伝送または受信することを伴う方法Ｓ２００のブロックを実行するＲＦトランシーバである。一般に、信号の受信または伝送を伴わない方法Ｓ２００のブロックは、ノードの処理負荷を低減するために、ノードとのインターネット接続を介して（すなわち「クラウドで」）方法Ｓ２００のブロックを実行することができるノードおよび／または遠隔サーバで実行することができる。さらに、このシステムは、信号によって位置特定されるためにノードと相互作用するように構成された様々なデバイスを含むことができる。これらの「制御可能デバイス」は、そのデバイスをシステムがより容易に検出して位置特定することができるように特別な位置特定信号を伝送するように構成されたスマートフォンまたはその他の送信機を含むことができる。
方法Ｓ２００を実行するシステムは、ノード、遠隔サーバ、および／あるいはアクティブタグまたは制御可能デバイス（すなわち非第三者デバイス）のネットワーク（例えばメッシュネットワーク）を含むことができる。ネットワーク内のノードは、ノード間の信号またはデバイスからの信号を伝送または受信することを伴う方法Ｓ２００のブロックを実行するＲＦトランシーバである。一般に、信号の受信または伝送を伴わない方法Ｓ２００のブロックは、ノードの処理負荷を低減するために、ノードとのインターネット接続を介して（すなわち「クラウドで」）方法Ｓ２００のブロックを実行することができるノードおよび／または遠隔サーバで実行することができる。さらに、このシステムは、信号によって位置特定されるためにノードと相互作用するように構成された様々なデバイスを含むことができる。これらの「制御可能デバイス」は、そのデバイスをシステムがより容易に検出して位置特定することができるように特別な位置特定信号を伝送するように構成されたスマートフォンまたはその他の送信機を含むことができる。
【0144】
２．４ ノード
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、このシステムは、ノードのネットワークを含む。このネットワークは、２つ以上のノードを含むことができるが、ネットワークに含まれるノードが増えるほど、ノードネットワークのＲＦ範囲内のノードおよびデバイスの両方の位置特定の確度は高くなる。１つの実施態様では、ネットワークは、３つのノードを含み、２次元空間内でデバイスを位置特定することができる。あるいは、ネットワークは、４つのノードを含み、３次元空間内でデバイスを位置特定することができる。さらに別の実施態様では、ネットワークは、５つのノードを含み、各ノードを、ネットワーク内の他の４つのノードの各々から測定される伝搬時間に基づいて位置特定することができる。このように、このシステムの機能性は、より多くノードをシステムに含むほど向上していく。
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、このシステムは、ノードのネットワークを含む。このネットワークは、２つ以上のノードを含むことができるが、ネットワークに含まれるノードが増えるほど、ノードネットワークのＲＦ範囲内のノードおよびデバイスの両方の位置特定の確度は高くなる。１つの実施態様では、ネットワークは、３つのノードを含み、２次元空間内でデバイスを位置特定することができる。あるいは、ネットワークは、４つのノードを含み、３次元空間内でデバイスを位置特定することができる。さらに別の実施態様では、ネットワークは、５つのノードを含み、各ノードを、ネットワーク内の他の４つのノードの各々から測定される伝搬時間に基づいて位置特定することができる。このように、このシステムの機能性は、より多くノードをシステムに含むほど向上していく。
【0145】
一般に、ノードは、伝送構成要素および受信機構成要素と、信号を生成および処理するように構成されたＦＰＧＡまたはＤＳＰと、クロックと、自己受信信号生成器とを含む。ノードは、ワイヤレスで情報を伝送および受信し、したがって、図３Ａに示すスーパーヘテロダイン無線アーキテクチャおよびＲｘ／ＴｘアンテナなどのＲＦトランシーバハードウェアを含む。この実施態様では、各ノードは、「受信チェーン」および「伝送チェーン」を含む。受信チェーンは、Ｒｘポートから受信した信号を処理するハードウェア構成要素のパイプラインを含む。伝送チェーンは、ＦＰＧＡまたはＤＳＰによって生成された伝送信号を処理して、それらをＴｘポートに送るハードウェア構成要素のパイプラインを含む。受信チェーンおよび伝送チェーンは、それぞれ「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」を付与する。「受信チェーン遅延」および「伝送チェーン遅延」とは、信号が受信チェーンまたは伝送チェーンをそれぞれトラバースするときに経過する時間の量を指す。
【0146】
１つの実施態様では、ノードは、有線ネットワークを介して遠隔サーバと通信することもできる。この実施態様では、ノードは、任意の有線媒体（例えばイーサネット／撚り対線、同軸、または光ファイバ）を介して通信するためのＩ／Ｏポートおよび／または適当なインタフェースコンバータを含むことができる。
【0147】
１つの実施態様では、ノードは、方法Ｓ２００を実行するように適応されているセルラサイトなどの既存のトランシーバインフラストラクチャ内に一体化される。セルラサイト／タワーまたはその他の既存のトランシーバは、セルラサイトのソフトウェアを更新することによって方法Ｓ２００を実行するように適応させることができる。代替の実施態様では、ノードは、方法Ｓ２００の態様を改善するように最適化されたハードウェアを含むことができる。
【0148】
１つの実施態様では、各ノードのＦＰＧＡまたはＤＳＰは、複素デジタル信号を生成し、生成した信号をＤＡＣに出力するように構成される。デジタル信号の複素成分は、ＤＡＣによって生成されるアナログ信号の同相部分および直交部分（すなわちＩ／Ｑ）を表現する。さらに、ノードのＦＰＧＡまたはＤＳＰは、ノードのアンテナからＡＤＣを介してデジタル信号を受信し、次いで、クロックの瞬間値および以下で述べるＴＯＡ計算プロセスに従って受信した同期信号にタイムスタンプする。
【0149】
各ノードは、ノードにおける時間管理機能およびタイムスタンプ機能を担当することがある水晶発振器クロックまたは原子時計などのクロックも含む。このシステムは、方法Ｓ２００を実行して、デバイスを位置特定するためにネットワーク内の複数のノードのクロックを同期させることができる。特に、このシステムは、基本周波数安定性、位相ノイズ、およびワイヤレス通信の周波数要件を満たす水晶発振器クロックを効果的に同期させることができる。１つの例では、クロックは、ＡＴカットおよび１０メガヘルツ（ＭＨｚ）のクロック周波数を有する水晶発振器である。ただし、ノードは、上記の制約が満たされることを前提として、任意の周波数またはカットの水晶発振器を含むことができる。
【0150】
各ノードは、ブロックＳ２２０において自己受信信号を生成する自己受信信号生成器１１０を含む。一般に、自己受信信号生成器は、別のノードに伝送されている同期信号の減衰コピーを、送信側ノードの受信ポートに送る。伝送した同期信号を受信チェーンを介して処理し、自己受信信号についてのＴＯＡおよび／または位相参照を決定することにより、各ノードは、受信チェーン遅延（すなわち信号が受信チェーンによって処理されるときにその信号が受ける時間遅延）だけ遅延した伝送信号にタイムスタンプすることができる。そのノードが後に別のノードから同期信号を受信したときには、その同期信号のＴＯＡまたはＰＯＡも、同じ受信チェーン遅延を有することになる。自己受信信号のＴＯＡおよび／またはＰＯＡと同期信号のＴＯＡまたはＰＯＡは両方とも受信チェーン遅延を含むので、受信チェーンハードウェアの精密な較正なしで両者を直接比較することができる。
【0151】
１つの実施態様では、自己受信信号生成器は、図３Ｂに示す指向性カプラである。自己受信信号生成器は、可変インピーダンス回路を含むこともでき、これは、Ｒｘポートへの反射Ｔｘ信号の利得を変化させるように制御されたソフトウェアであってもよい。ノードの具体的なハードウェアの実施態様によっては、同様のインピーダンス整合をサーキュレータ、パワースプリッタ、またはその他の任意の伝送線路デバイスに適用することができる。ただし、自己受信信号生成器は、Ｔｘ信号をＲｘポートに送る任意のソフトウェアまたはハードウェアシステムを含むことができる。
【0152】
１つの実施態様では、各ノードは、上述の任意のハードウェア要素の機能を実行するソフトウェア定義無線アーキテクチャを含むことができる。
【0153】
２．５ デバイス
このシステムは、デバイスを位置特定するために方法Ｓ２００を実行する。一般に、デバイスは、制御可能デバイスおよび／または第三者デバイスを含むことができる。このシステムはいずれのカテゴリの制御可能デバイス１０６も位置特定することができるが、このシステムは、制御可能デバイスの位置特定を改善することができる特定の最適化を含むことができる。さらに詳細には、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードが検出することができる特定のＲＦ信号（すなわち位置特定信号）を伝送するように（例えばファームウェアまたはソフトウェアを介して）製造および／または構成される任意のデバイスを含むことができる。１つの実施態様では、制御可能デバイスは、アセットトラッキングの適用用に構成された低パワーＲＦトランシーバとすることができる「アクティブタグ」を含む。別の実施態様では、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードによって検出される位置特定信号を伝送するソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションを実行するスマートフォンまたはその他の任意のデバイスを含むことができる。さらに別の実施態様では、制御可能デバイスは、システムから信号を受信することができず、既定のカスタム伝送プロトコルに従って動作することができない低パワー送信機も含む。
このシステムは、デバイスを位置特定するために方法Ｓ２００を実行する。一般に、デバイスは、制御可能デバイスおよび／または第三者デバイスを含むことができる。このシステムはいずれのカテゴリの制御可能デバイス１０６も位置特定することができるが、このシステムは、制御可能デバイスの位置特定を改善することができる特定の最適化を含むことができる。さらに詳細には、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードが検出することができる特定のＲＦ信号（すなわち位置特定信号）を伝送するように（例えばファームウェアまたはソフトウェアを介して）製造および／または構成される任意のデバイスを含むことができる。１つの実施態様では、制御可能デバイスは、アセットトラッキングの適用用に構成された低パワーＲＦトランシーバとすることができる「アクティブタグ」を含む。別の実施態様では、制御可能デバイスは、ネットワーク内のノードによって検出される位置特定信号を伝送するソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションを実行するスマートフォンまたはその他の任意のデバイスを含むことができる。さらに別の実施態様では、制御可能デバイスは、システムから信号を受信することができず、既定のカスタム伝送プロトコルに従って動作することができない低パワー送信機も含む。
【0154】
第三者デバイスは、ネットワーク内のノードによって受信される十分に高いパワーのＲＦ伝送を生成する任意のデバイスを含むことができる。一般に、第三者デバイスは、ノードが実行するパケット解析技術によって検出することができるＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩ、ＬＴＥ、５Ｇ、および／またはその他の任意のワイヤレスプロトコルなどの標準化されたワイヤレスプロトコルを実行することによってワイヤレス通信する。第三者デバイスはこのシステムが定義する位置特定信号を伝送しないこともあるが、任意の識別可能なＲＦ伝送を、第三者デバイスの位置特定信号とみなすことができる。例えば、このシステムは、特定のデバイスから受信される周期ＬＴＥおよび／または５Ｇ同期シーケンスを、そのデバイスの位置特定信号として検出することができる。
【0155】
ただし、このシステムは、ネットワーク内の十分な数のノードで検出することができる任意のＲＦ放出デバイスを位置特定することができる。
【0156】
２．６ ネットワーク内のノードの相対位置特定
一般に、ブロックＳ２４０で、このシステムは、ネットワーク内の一意的な各ノード対の間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対位置を計算することができる。さらに、このシステムは、ネットワーク内の参照ノードの大域的位置および参照ノードを基準とするネットワーク内のその他のノードの位置があれば、ネットワーク内の各ノードの大域的位置を計算することができる。さらに詳細には、少なくとも４つのノードを含むシステムは、ネットワーク内の各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対３次元位置を計算することができる。同様に、４つのノードを含むシステムは、各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対２次元位置を計算することができる。１つの実施態様では、このシステムは、５つを超えるノードを含み、測定冗長性／重複決定によって相対位置の計算の確度を向上させる。
一般に、ブロックＳ２４０で、このシステムは、ネットワーク内の一意的な各ノード対の間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対位置を計算することができる。さらに、このシステムは、ネットワーク内の参照ノードの大域的位置および参照ノードを基準とするネットワーク内のその他のノードの位置があれば、ネットワーク内の各ノードの大域的位置を計算することができる。さらに詳細には、少なくとも４つのノードを含むシステムは、ネットワーク内の各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対３次元位置を計算することができる。同様に、４つのノードを含むシステムは、各ノード間の対ごとの距離に基づいてネットワーク内の各ノードの相対２次元位置を計算することができる。１つの実施態様では、このシステムは、５つを超えるノードを含み、測定冗長性／重複決定によって相対位置の計算の確度を向上させる。
【0157】
このシステムは、ネットワーク内で座標系の原点を第１の参照ノードに定義し、第２の参照ノードを通る座標系の軸を定義することによって、ネットワーク内の各ノードの相対位置を決定することができる。あるいは、このシステムは、２次元平面を形成する３つの参照ノードに基づいて座標系を定義することができる。これで、このシステムは、ネットワーク内の対ごとの距離についての一組の自己一貫性方程式を解くことができる。これらの自己一貫性方程式は、ノードネットワーク内の一意的な各ノード対ｎｉおよびｎｊについて、
（ｘｉ－ｘｊ）２＋（ｙｉ－ｙｊ）２＋（ｚｉ－ｚｊ）２＝ｄｉ，ｊ ２
という形態である。ノード間の対ごとの距離の計算および／または状況によっては自己一貫性方程式の系の重複決定に誤りがあると、この自己一貫性方程式の系は決定的に解くことができないので、このシステムは、反復的または確率的な方法によってこれらの自己一貫性方程式を解くことができる。さらに、このシステムは、任意の追加の位置情報を組み込んで、自己一貫性方程式の系をさらに制約し、ネットワーク内の各ノードの位置の計算を改善することができる。
（ｘｉ－ｘｊ）２＋（ｙｉ－ｙｊ）２＋（ｚｉ－ｚｊ）２＝ｄｉ，ｊ ２
という形態である。ノード間の対ごとの距離の計算および／または状況によっては自己一貫性方程式の系の重複決定に誤りがあると、この自己一貫性方程式の系は決定的に解くことができないので、このシステムは、反復的または確率的な方法によってこれらの自己一貫性方程式を解くことができる。さらに、このシステムは、任意の追加の位置情報を組み込んで、自己一貫性方程式の系をさらに制約し、ネットワーク内の各ノードの位置の計算を改善することができる。
【0158】
ただし、このシステムは、任意の数学的技法を実施して、ネットワーク内のノード間の対ごとの距離のセットをネットワーク内の各ノードの相対位置に変換することができる。
【0159】
２．７ デバイスの位置特定
一般に、このシステムは、ブロックＳ２５０、Ｓ２５２、Ｓ２５４、Ｓ２５６、Ｓ２５８、Ｓ２６０、Ｓ２６２、Ｓ２６４、Ｓ２６８、および／またはＳ２７０の組合せを実行して、ネットワーク内の十分な数のノードのＲＦ受信範囲内でデバイスを位置特定する。さらに詳細には、このシステムは、ブロックＳ２５２で搬送波の形態の信号を受信し、混みあったワイヤレス環境内の複数のデバイスからの信号を曖昧性除去し、ブロックＳ２５４で曖昧性除去した信号に基づいてデバイスを一意的に識別し、ネットワーク内のノード間でデバイスからの信号のＴＤＯＡのセットを計算し、ブロックＳ２５８でＴＤＯＡマルチラテレーションを実行してデバイスを位置特定することができる。さらに、このシステムは、デバイスからの信号のマルチパスアーチファクトを検出し、マルチパス信号のセットからＬＯＳ信号を選択することもできる。さらに、このシステムは、統計的ノイズ除去およびＴＤＯＡバウンディングを実行して、位置特定の確度を向上させることができる。
一般に、このシステムは、ブロックＳ２５０、Ｓ２５２、Ｓ２５４、Ｓ２５６、Ｓ２５８、Ｓ２６０、Ｓ２６２、Ｓ２６４、Ｓ２６８、および／またはＳ２７０の組合せを実行して、ネットワーク内の十分な数のノードのＲＦ受信範囲内でデバイスを位置特定する。さらに詳細には、このシステムは、ブロックＳ２５２で搬送波の形態の信号を受信し、混みあったワイヤレス環境内の複数のデバイスからの信号を曖昧性除去し、ブロックＳ２５４で曖昧性除去した信号に基づいてデバイスを一意的に識別し、ネットワーク内のノード間でデバイスからの信号のＴＤＯＡのセットを計算し、ブロックＳ２５８でＴＤＯＡマルチラテレーションを実行してデバイスを位置特定することができる。さらに、このシステムは、デバイスからの信号のマルチパスアーチファクトを検出し、マルチパス信号のセットからＬＯＳ信号を選択することもできる。さらに、このシステムは、統計的ノイズ除去およびＴＤＯＡバウンディングを実行して、位置特定の確度を向上させることができる。
【0160】
２．７．１ 信号の曖昧性除去
一般的なＲＦノイズおよび／またはその他の干渉信号から特定の信号を曖昧性除去するために、ノードは、１つまたは複数のワイヤレスプロトコルを実行して、やはりそれらのプロトコルによって通信しているデバイスを検出する。このシステムは、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＬＴＥ、および／または５Ｇプロトコル、あるいはその他の任意の標準ワイヤレス通信プロトコルの様々なバージョンなど、標準化されたワイヤレスプロトコルのバリエーションを実行することができる。さらに、このシステムは、ノードネットワークを介したデバイスの位置特定のために特別に設計されたカスタムワイヤレスプロトコルを実行することができる。標準化されたワイヤレスプロトコルおよびカスタムワイヤレスプロトコルは両方とも、ＴＤＭＡ、周波数分割多重アクセス（以下「ＦＤＭＡ」）、符号分割多重アクセス（以下「ＣＤＭＡ」）、あるいはそれらの何らかのハイブリッドまたは変形など、１つまたは複数の形態の多重アクセス構造を実施することができる。このように、このシステムは、これらの多重アクセス技術を実施して、異なるデバイスからの伝送を曖昧性除去することもできる。ネットワーク内のノードが多重化されたチャネルにアクセスすると、そのノードは、そのノードの受信チェーンおよびＲｘポートを介してデバイスから伝送される搬送波のサンプルを記録する。したがって、次いでブロックＳ２５４で、このノードは、搬送波を復調して、デバイスから伝送される信号を識別することができる。
一般的なＲＦノイズおよび／またはその他の干渉信号から特定の信号を曖昧性除去するために、ノードは、１つまたは複数のワイヤレスプロトコルを実行して、やはりそれらのプロトコルによって通信しているデバイスを検出する。このシステムは、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＬＴＥ、および／または５Ｇプロトコル、あるいはその他の任意の標準ワイヤレス通信プロトコルの様々なバージョンなど、標準化されたワイヤレスプロトコルのバリエーションを実行することができる。さらに、このシステムは、ノードネットワークを介したデバイスの位置特定のために特別に設計されたカスタムワイヤレスプロトコルを実行することができる。標準化されたワイヤレスプロトコルおよびカスタムワイヤレスプロトコルは両方とも、ＴＤＭＡ、周波数分割多重アクセス（以下「ＦＤＭＡ」）、符号分割多重アクセス（以下「ＣＤＭＡ」）、あるいはそれらの何らかのハイブリッドまたは変形など、１つまたは複数の形態の多重アクセス構造を実施することができる。このように、このシステムは、これらの多重アクセス技術を実施して、異なるデバイスからの伝送を曖昧性除去することもできる。ネットワーク内のノードが多重化されたチャネルにアクセスすると、そのノードは、そのノードの受信チェーンおよびＲｘポートを介してデバイスから伝送される搬送波のサンプルを記録する。したがって、次いでブロックＳ２５４で、このノードは、搬送波を復調して、デバイスから伝送される信号を識別することができる。
【0161】
このシステムは、第三者デバイス、およびアクティブタグなどの制御可能デバイスを位置特定することができる。したがって、復調信号は、システムによるＴＯＡ、ＴＤＯＡ、ＰＯＡ、または到着位相差（以下「ＰＤＯＡ」）の計算のために特別に構成された特定の位置特定信号（例えば制御可能デバイスからの信号）を含むことができる。さらに、制御可能デバイスは、システムがより容易にデバイスを識別し、デバイスの計算した位置をそのデバイスの以前に計算した位置と関連付けることができるように、位置特定信号に加えて識別信号を伝送するように構成することもできる。ただし、復調信号が標準化されたワイヤレスプロトコルを運用する第三者デバイスから受信される場合には、復調信号は、信号のＴＯＡ、ＴＤＯＡ、ＰＯＡ、またはＰＤＯＡを計算するための特定の位置特定信号を含まないこともある。代わりに、システムは、その標準化されたワイヤレスプロトコルによって指定される特に識別可能かつ位置特定可能な伝送に基づいてデバイスを識別して位置特定することができる。
【0162】
２．７．２ カスタムプロトコル
１つの実施態様では、このシステムは、カスタムワイヤレス通信プロトコルを介して制御可能デバイスを位置特定する。カスタムワイヤレス通信プロトコルは、異なる制御可能デバイスからの信号を曖昧性除去するために利用される多重アクセス方法を指定し、制御可能デバイスの一意識別を確立するために使用される識別信号の構造を指定し、システムがネットワーク内の各ノードにおいて位置特定信号のＴＯＡまたはＴＤＯＡを計算することができるように制御可能デバイスから送信される位置特定信号の構造を指定することができる。１つの実施態様では、カスタムワイヤレスプロトコルは、システムが制御可能デバイスに（多重アクセス方法における）チャネルおよび／あるいはデバイスの位置特定または識別信号のタイミング、持続時間、フォーマット、または構造を変更するように命令することができるように、調整可能なワイヤレスプロトコルを指定する。
１つの実施態様では、このシステムは、カスタムワイヤレス通信プロトコルを介して制御可能デバイスを位置特定する。カスタムワイヤレス通信プロトコルは、異なる制御可能デバイスからの信号を曖昧性除去するために利用される多重アクセス方法を指定し、制御可能デバイスの一意識別を確立するために使用される識別信号の構造を指定し、システムがネットワーク内の各ノードにおいて位置特定信号のＴＯＡまたはＴＤＯＡを計算することができるように制御可能デバイスから送信される位置特定信号の構造を指定することができる。１つの実施態様では、カスタムワイヤレスプロトコルは、システムが制御可能デバイスに（多重アクセス方法における）チャネルおよび／あるいはデバイスの位置特定または識別信号のタイミング、持続時間、フォーマット、または構造を変更するように命令することができるように、調整可能なワイヤレスプロトコルを指定する。
【0163】
２．７．２．１ 位置特定信号の構造
一般に、制御可能デバイスの位置特定信号は、整列していないときと比較して整列したときに高いピーク自己相関を呈する擬似ランダムシーケンスを含む。１つの実施態様では、位置特定信号は、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスである。
一般に、制御可能デバイスの位置特定信号は、整列していないときと比較して整列したときに高いピーク自己相関を呈する擬似ランダムシーケンスを含む。１つの実施態様では、位置特定信号は、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスである。
【0164】
制御可能デバイスが一方向送信機であり、システムからの信号を受信することができない実施態様（例えばアクティブタグの特定の実施態様）では、位置特定信号は、各制御可能デバイスに事前割当てされた１つの静的擬似ランダムシーケンスを含むことができる。これで、制御可能デバイスは、事前割当てされたシーケンスを定期的に伝送して、ノードがその制御可能デバイスを位置特定できるようにすることができる。
【0165】
制御可能デバイスがシステムからの信号を受信するように構成されている代替の実施態様では、システムは、制御可能デバイスに命令を伝送して、制御可能デバイスが伝送する位置特定信号を指定することができる。さらに、システムは、同期、タイミング、またはチャネル情報を制御可能デバイスに通信して、制御可能デバイスがシステムによって指定された時点でシステムによって指定されたチャネル上で伝送することにより、様々なワイヤレス伝搬環境においてネットワーク内のノードがデバイスからの位置特定信号を一貫して受信できるようにすることができる。
【0166】
別の実施態様では、制御可能デバイスは、マルチパスフェージングの影響を緩和し、ネットワーク内の各ノードのＬＯＳ信号のＴＯＡまたはＴＤＯＡを検出および計算する可能性を改善するために、複数の帯域を介して位置特定信号を伝送するように構成される。例えば、制御可能デバイスは、周波数分割多重化（以下「ＦＤＭ」）によって複数の搬送周波数を介して位置特定信号を伝送するように構成することができる。これに加えて、または代替として、制御可能デバイスは、複数の時分割多重化（以下「ＴＤＭ」）スロットで位置特定信号を伝送することにより、位置特定信号の時間ダイバーシチを改善することができる。
【0167】
さらに別の実施態様では、制御可能デバイスは、方法Ｓ１００のブロックを参照して上述した同期信号と同様の構造の位置特定信号を伝送するように構成される。この実施態様では、各制御可能デバイスは、上述の同期信号の任意の変形形態に従って実装される位置特定信号を伝送することができる。
【0168】
２．７．３ 標準化されたプロトコル
１つの実施態様では、このシステムは、ＺＩＧＢＥＥ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、および／またはＬＴＥなどの標準化されたワイヤレス通信プロトコルによって第三者デバイスを位置特定する。標準化されたワイヤレスプロトコルは、通信しているデバイス間の伝送において位置特定信号または識別信号を明示的に指定しないこともあるが、標準化されたワイヤレスプロトコルは、そのプロトコルを利用するデバイスに対して、伝送側デバイスの初期通信を識別し、特定の多重化チャネル上で通信するように頻繁に要求して、デバイスが一貫して正しいデバイスに信号を伝送することができるようにする。さらに、多くの標準化されたワイヤレスプロトコルは、位置特定以外にも様々な目的で擬似ランダムシーケンスをプロトコルで活用する。
１つの実施態様では、このシステムは、ＺＩＧＢＥＥ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ、ＷＩＦＩ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、および／またはＬＴＥなどの標準化されたワイヤレス通信プロトコルによって第三者デバイスを位置特定する。標準化されたワイヤレスプロトコルは、通信しているデバイス間の伝送において位置特定信号または識別信号を明示的に指定しないこともあるが、標準化されたワイヤレスプロトコルは、そのプロトコルを利用するデバイスに対して、伝送側デバイスの初期通信を識別し、特定の多重化チャネル上で通信するように頻繁に要求して、デバイスが一貫して正しいデバイスに信号を伝送することができるようにする。さらに、多くの標準化されたワイヤレスプロトコルは、位置特定以外にも様々な目的で擬似ランダムシーケンスをプロトコルで活用する。
【0169】
したがって、このシステムは、これらの位置特定可能シーケンスを検出するＴＤＭＡプロトコルを実行することができ、そのデバイスが正常動作時に行うはずの伝送を傍受することによって、標準化されたワイヤレスプロトコルを介して伝送を行っているデバイスを位置特定することができる。例えば、ＬＴＥおよび５Ｇプロトコルは、物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）の擬似ランダム（Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ）シーケンスを指定する。ネットワーク内のノードは、このシーケンスを検出し、それを特定のＬＴＥまたは５Ｇデバイスの位置特定信号として使用するように構成することができる。同様の方法を、他の標準化されたワイヤレスプロトコルにおいて他の定期的にブロードキャストされる同期および制御シーケンスに適用することができる。したがって、位置特定信号は、標準化されたワイヤレスプロトコル通信を含むことができる。
【0170】
２．７．４ 複数プロトコルスタック
このシステムは、複数の標準化されたワイヤレスプロトコルのいずれかに従って伝送しているデバイスを位置特定することができる。１つの実施態様では、システムは、複数プロトコルスタックに含まれる各標準化プロトコルの完全なプロトコルスタックを実装するわけではない。この実施態様では、システムは、それぞれの標準化されたプロトコルのうち、物理波形をシンボルまたはビットストリームに復調するための部分を実装することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、標準化されたプロトコルスタックのうち、複数のデバイスからの伝送の逆多重化に関連する部分を実装することもできる。例えば、このシステムは、制御／ヘッダフレームを使用することによって、または伝送の時間分離を活用することによって、標準化されたワイヤレスプロトコルに従って伝送しているデバイスによって送信される信号を逆多重化することができる。受信信号を逆多重化した後で、システムは、デバイスを識別および／または位置特定するために、プロトコル記述および伝送パラメータなどのメタデータを抽出することができる。
このシステムは、複数の標準化されたワイヤレスプロトコルのいずれかに従って伝送しているデバイスを位置特定することができる。１つの実施態様では、システムは、複数プロトコルスタックに含まれる各標準化プロトコルの完全なプロトコルスタックを実装するわけではない。この実施態様では、システムは、それぞれの標準化されたプロトコルのうち、物理波形をシンボルまたはビットストリームに復調するための部分を実装することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、標準化されたプロトコルスタックのうち、複数のデバイスからの伝送の逆多重化に関連する部分を実装することもできる。例えば、このシステムは、制御／ヘッダフレームを使用することによって、または伝送の時間分離を活用することによって、標準化されたワイヤレスプロトコルに従って伝送しているデバイスによって送信される信号を逆多重化することができる。受信信号を逆多重化した後で、システムは、デバイスを識別および／または位置特定するために、プロトコル記述および伝送パラメータなどのメタデータを抽出することができる。
【0171】
２．７．５ デバイスの識別および追跡
このシステムは、様々な位置特定されたデバイスがネットワークに対して移動するときに、それらのデバイスを識別して追跡することもできる。１つの実施態様では、このシステムは、デバイスによって伝送される識別信号に基づいてデバイスを識別子と関連付け、デバイスからその後に受信する信号をその識別子と関連付けることができる。デバイスがカスタムワイヤレスプロトコルを実行している場合には、そのプロトコルが、一意的な識別可能な位置特定信号または識別信号を指定して、そのデバイスによって行われる任意の伝送を、そのデバイスから伝送されたものとして識別することができるようにすることができる。あるいは、デバイスが標準化されたワイヤレスプロトコルを実行している場合には、このシステムは、各デバイスがその標準化されたワイヤレスプロトコルを実行するプロセスにおいて識別情報を伝送することに基づいて、多重アクセス方式を実施することができる。
このシステムは、様々な位置特定されたデバイスがネットワークに対して移動するときに、それらのデバイスを識別して追跡することもできる。１つの実施態様では、このシステムは、デバイスによって伝送される識別信号に基づいてデバイスを識別子と関連付け、デバイスからその後に受信する信号をその識別子と関連付けることができる。デバイスがカスタムワイヤレスプロトコルを実行している場合には、そのプロトコルが、一意的な識別可能な位置特定信号または識別信号を指定して、そのデバイスによって行われる任意の伝送を、そのデバイスから伝送されたものとして識別することができるようにすることができる。あるいは、デバイスが標準化されたワイヤレスプロトコルを実行している場合には、このシステムは、各デバイスがその標準化されたワイヤレスプロトコルを実行するプロセスにおいて識別情報を伝送することに基づいて、多重アクセス方式を実施することができる。
【0172】
代替の実施態様では、このシステムは、様々なデバイスが伝送している多重化されたチャネルを識別するために標準化されたワイヤレスプロトコルと協調しているハブまたは計算デバイス（例えばＢＬＵＥＴＯＯＴＨピコネット中のリーダノードあるいはＬＴＥまたは５ＧのｅＮｏｄｅ－Ｂセルラサイト）とインタフェースをとることができる。次いで、このシステムは、予想した時点で多重化されたチャネル上で受信した任意の伝送を、ワイヤレスハブまたはリーダノードによって指定されたデバイスから発出されたものとして識別することができる。
【0173】
さらに別の実施態様では、ネットワーク内のノード自体が、標準化されたワイヤレスプロトコルを実行し、ノードと通信しているデバイスを位置特定することもできる。例えば、ノード自体が、ｅＮｏｄｅ－Ｂセルラサイトとして動作することができ、ＬＴＥまたは５Ｇプロトコルを実行することができる。したがって、各ノードは、ＬＴＥまたは５Ｇプロトコルを運用するプロセスにおいて、そのノードと通信している各デバイスについての識別およびチャネル情報を詳述する情報を有することになる。このシステムは、デバイスを位置特定するために、この情報を他のノードで利用することができる。
【0174】
システムがデバイスを識別したら、システムは、そのデバイスに内部識別子を割り当て、そのデバイスについての任意の計算または推定した位置情報をその識別子と関連付けて、そのデバイスの位置および経路をネットワーク内のノードを基準として追跡できるようにすることができる。
【0175】
２．７．５．１ 適応プロトコルおよび衝突検出
１つの実施態様では、このシステムは、デバイス識別子を有するデバイスからの伝送を識別することにより、システムが位置特定しているデバイスのクロックドリフトを、ノードの同期したクロックを基準として追跡および／または予測することもできる。一般に、このシステムは、ワイヤレスプロトコルによって定義される伝送スロットの境界を基準とするデバイスからその後に受信する信号の位置特定ＴＯＡ間の時間差に基づいてデバイスのクロックドリフトを特徴付け、デバイスのクロックドリフトに基づいて第１の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することができる。さらに、このシステムは、その後に受信する信号のうちの複数にわたるデバイスの位置に基づいてデバイスの予測クロックドリフトを推定し、デバイスの予測クロックドリフトに基づいて第１の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することもできる。
１つの実施態様では、このシステムは、デバイス識別子を有するデバイスからの伝送を識別することにより、システムが位置特定しているデバイスのクロックドリフトを、ノードの同期したクロックを基準として追跡および／または予測することもできる。一般に、このシステムは、ワイヤレスプロトコルによって定義される伝送スロットの境界を基準とするデバイスからその後に受信する信号の位置特定ＴＯＡ間の時間差に基づいてデバイスのクロックドリフトを特徴付け、デバイスのクロックドリフトに基づいて第１の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することができる。さらに、このシステムは、その後に受信する信号のうちの複数にわたるデバイスの位置に基づいてデバイスの予測クロックドリフトを推定し、デバイスの予測クロックドリフトに基づいて第１の標準化されたワイヤレスプロトコルを修正することもできる。
【0176】
このように、このシステムは、デバイスのクロックのドリフト率に基づいて、そのデバイスがワイヤレスプロトコルによって指定されるＴＤＭＡスロット内で伝送しなくなる時点を予想することができる。１つの実施態様では、このシステムは、ＴＤＭＡフレームの境界を調整して、デバイスのクロックのドリフトを吸収することができる。あるいは、デバイスが制御可能デバイスである場合には、このシステムは、同期信号を送信して、デバイスのクロックをノードのクロックと再整列することができる。さらに別の実施態様では、このシステムは、異なる搬送周波数を介して伝送するようにデバイスに命令して、複数のデバイスからの信号を同じＴＤＭＡスロット内で解釈することができるようにすることができる。
【0177】
ただし、このシステムは、衝突を吸収し、１つのＴＤＭＡスロット内で衝突信号を曖昧性除去する任意の方法で、ＴＤＭＡフレーム構造を修正することができる。
【0178】
２．８ ＴＤＯＡの計算
一般に、ブロックＳ２６６およびＳ２６８で、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、各ノードで検出される位置特定信号に基づいてそのノードのＴＤＯＡを計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、（各ノードについて以前に計算された時間バイアスを補償することによって）位置特定信号自体から直接、または各ノードにおける正確なＴＯＡを最初に計算し、信号を受信する最初のノードにおける最初のＴＯＡを他のノードについてのＴＯＡの各々から減算することによって、位置特定信号のＴＤＯＡを計算することができる。このように、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、位置特定ＴＯＡのセットのうち、そのノードにおける位置特定ＴＯＡ（すなわち位置特定信号のＴＯＡ）をそのノードの時間バイアスだけ調整することができる。
一般に、ブロックＳ２６６およびＳ２６８で、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、各ノードで検出される位置特定信号に基づいてそのノードのＴＤＯＡを計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、（各ノードについて以前に計算された時間バイアスを補償することによって）位置特定信号自体から直接、または各ノードにおける正確なＴＯＡを最初に計算し、信号を受信する最初のノードにおける最初のＴＯＡを他のノードについてのＴＯＡの各々から減算することによって、位置特定信号のＴＤＯＡを計算することができる。このように、このシステムは、ネットワーク内の各ノードについて、位置特定ＴＯＡのセットのうち、そのノードにおける位置特定ＴＯＡ（すなわち位置特定信号のＴＯＡ）をそのノードの時間バイアスだけ調整することができる。
【0179】
システムが受信した位置特定信号に基づいて直接ノードについてのＴＤＯＡを計算する実施態様では、各ノードは、そのノードで受信したタイムスタンプ済みの位置特定信号をリーダノードまたは遠隔サーバに伝送することができる。次いで、このシステムは、位置特定信号を対ごとに相互相関させて、システム内の各ノードにおける位置特定信号のＴＤＯＡのセットを生成することができる。これらの実施態様では、このシステムは、各ノードで受信される位置特定信号間の相互相関を計算するときに、各ノード対の間の系統的オフセット（例えば時間バイアスおよび周波数オフセット）を補償する。
【0180】
代替の実施態様では、このシステムは、各ノードで位置特定信号のＴＯＡを個別に計算し、次いで、計算したＴＯＡ値を減算してＴＤＯＡ値のセットを決定する。位置特定信号のＴＯＡを計算する際には、受信側ノードは、受信した位置特定信号をテンプレート位置特定信号と自己相関して、自己相関関数のピーク値に対応するタイムスタンプを決定することができる。位置特定信号は、シーケンスが整列されているときには高い自己相関値を有し、そうでないときには低い自己相関値を有する、特別に選ばれたシーケンスを含むことができる。１つの実施態様では、各ノードは、受信信号とテンプレート信号の間でデジタル自己相関を実行する。あるいは、各ノードは、デジタル同期信号のアナログ変換とテンプレート信号の間のアナログ自己相関を実行する。後者は、サンプルの値に加えて、サンプル間の期間も見込んでいる。
【0181】
このシステムが一意的な各ノード対の間の位置特定信号のＴＤＯＡを計算する場合には、このシステムは、平均などの統計的技法を実行して、冗長なＴＤＯＡを利用してＴＤＯＡ推定を改善することができる。例えば、３つのノードｎ１、ｎ２、およびｎ３がある場合には、システムは、ノードｎ１とｎ３で受信される位置特定信号の相互相関によって直接、またはノードｎ１およびｎ３で計算されたＴＯＡを減算することによって、ｎ１とｎ３の間のＴＤＯＡを計算することもできるし、あるいは、システムは、ｎ１とｎ２の間およびｎ２とｎ３の間のＴＤＯＡを計算し、それらを合計してｎ１とｎ３の間のＴＤＯＡの別の値を求めることもできる。このシステムは、重複決定したＴＤＯＡに統計的技術を適用して、ＴＤＯＡ計算の確度を向上させることができる。
【0182】
２．８．１ 位相に基づく位置特定
デバイスが複数の搬送周波数を介して位置特定信号を伝送する実施態様では、システムは、ＦＨＳＳ位置特定信号における各伝送搬送周波数についての受信した位置特定信号の搬送波位相オフセットを記録することによって、位置特定信号のＰＯＡに基づいて伝送しているデバイスを位置特定することもできる。一般に、このシステムは、ネットワーク内の各ノードにおいて、そのノードで検出された位置特定信号の各搬送周波数の搬送波位相オフセットのセットを計算して、そのノードで検出された位置特定信号の搬送波位相オフセットのセットを生成し、ネットワーク内の各ノードについてのそのノードで検出される位置特定信号の搬送波位相オフセットのセット、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、複数周波数のＰＤＯＡを測定して、デバイスの位置特定を改善することができる。
デバイスが複数の搬送周波数を介して位置特定信号を伝送する実施態様では、システムは、ＦＨＳＳ位置特定信号における各伝送搬送周波数についての受信した位置特定信号の搬送波位相オフセットを記録することによって、位置特定信号のＰＯＡに基づいて伝送しているデバイスを位置特定することもできる。一般に、このシステムは、ネットワーク内の各ノードにおいて、そのノードで検出された位置特定信号の各搬送周波数の搬送波位相オフセットのセットを計算して、そのノードで検出された位置特定信号の搬送波位相オフセットのセットを生成し、ネットワーク内の各ノードについてのそのノードで検出される位置特定信号の搬送波位相オフセットのセット、そのノードの時間バイアス、およびそのノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。さらに詳細には、このシステムは、複数周波数のＰＤＯＡを測定して、デバイスの位置特定を改善することができる。
【0183】
２．９ マルチパス検出
ブロックＳ２５２、Ｓ２５６、Ｓ２５８、Ｓ２６２、Ｓ２６４、およびＳ２６６で、このシステムは、搬送波中で、その搬送波のマルチパス伝搬により生じる位置特定信号のセットを検出し、位置特定信号のセット中の各位置特定信号について、その位置特定信号の位置特定ＴＯＡのセットのうちの位置特定ＴＯＡを計算し、ネットワーク内の各ノードについて、そのノードの位置特定ＴＯＡのセットからＬＯＳ ＴＯＡを選択し、各ノードについてのＬＯＳ ＴＯＡに基づいてＴＤＯＡのセットを計算し、ＴＤＯＡのセットに基づいてデバイスの位置を計算することができる。
ブロックＳ２５２、Ｓ２５６、Ｓ２５８、Ｓ２６２、Ｓ２６４、およびＳ２６６で、このシステムは、搬送波中で、その搬送波のマルチパス伝搬により生じる位置特定信号のセットを検出し、位置特定信号のセット中の各位置特定信号について、その位置特定信号の位置特定ＴＯＡのセットのうちの位置特定ＴＯＡを計算し、ネットワーク内の各ノードについて、そのノードの位置特定ＴＯＡのセットからＬＯＳ ＴＯＡを選択し、各ノードについてのＬＯＳ ＴＯＡに基づいてＴＤＯＡのセットを計算し、ＴＤＯＡのセットに基づいてデバイスの位置を計算することができる。
【0184】
このシステムは、１つの位置特定信号についてのＴＯＡの計算と同様の方法で、重畳位置特定信号についてのＴＯＡを計算する。ただし、復調信号に対してデジタル自己相関を実行する代わりに、システムは、変調位置特定信号に対応するアナログ信号およびノードで受信されるアナログ信号についてのテンプレートの相互相関関数を適用することができる。マルチパス環境では自己相関関数は、複数のピークを出力することができ、これらはそれぞれ位置特定信号のマルチパス成分のＴＯＡに対応する。マルチパスＴＯＡのセットからＬＯＳ ＴＯＡを決定する一般的な方法は、単純に、ノードで検出されるＴＯＡのセットから最初のＴＯＡをＬＯＳ ＴＯＡとして選択するというものである。ただし、この方法は、ワイヤレス信号伝搬によって生じるアーチファクトの影響を受けやすい。それにより、ＬＯＳ ＴＯＡの推定が不正確になることがある。そこで、このシステムは、マルチパス信号を除外し、ＴＯＡのセットからＬＯＳ ＴＯＡを推定するために、複数の周波数帯域にわたる位置特定信号を活用する様々な技法を利用して、位置特定信号の周波数ダイバーシチ、時間ダイバーシチ、および／または空間ダイバーシチを活用することができる。
【0185】
２．９．１ 周波数に基づくマルチパス検出
１つの実施態様では、このシステムは、複数の周波数帯域を介して伝送される位置特定信号を受信する。したがって、位置特定信号は、これは同じ擬似ランダムシーケンスの周波数変調バージョンとすることができる異なる周波数の搬送波の重畳を含む。異なる周波数のＲＦ波は物理環境中の伝搬が異なるので、各ノードで受信されるマルチパス信号のセットから生じる位置特定ＴＯＡのセットのタイミングは、位置特定信号が伝送した周波数帯域によって変化し得る。ただし、ＬＯＳ ＴＯＡは、周波数帯域にわたって（閾値内で）同じである。したがって、このシステムは、位置特定ＴＯＡのセットのうち、閾値数の周波数帯域にわたって反復されない位置特定ＴＯＡを除外することができる。このシステムは、周波数帯域間の２つの位置特定ＴＯＡは、それらが所定の閾値期間内に生じる場合には、「反復された」とみなすのに十分に同時であると決定することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、周波数帯域にわたる全ての位置特定ＴＯＡのセットの間で最初の位置特定ＴＯＡを選ぶことによって、ＬＯＳ ＴＯＡを決定することもできる。
１つの実施態様では、このシステムは、複数の周波数帯域を介して伝送される位置特定信号を受信する。したがって、位置特定信号は、これは同じ擬似ランダムシーケンスの周波数変調バージョンとすることができる異なる周波数の搬送波の重畳を含む。異なる周波数のＲＦ波は物理環境中の伝搬が異なるので、各ノードで受信されるマルチパス信号のセットから生じる位置特定ＴＯＡのセットのタイミングは、位置特定信号が伝送した周波数帯域によって変化し得る。ただし、ＬＯＳ ＴＯＡは、周波数帯域にわたって（閾値内で）同じである。したがって、このシステムは、位置特定ＴＯＡのセットのうち、閾値数の周波数帯域にわたって反復されない位置特定ＴＯＡを除外することができる。このシステムは、周波数帯域間の２つの位置特定ＴＯＡは、それらが所定の閾値期間内に生じる場合には、「反復された」とみなすのに十分に同時であると決定することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、周波数帯域にわたる全ての位置特定ＴＯＡのセットの間で最初の位置特定ＴＯＡを選ぶことによって、ＬＯＳ ＴＯＡを決定することもできる。
【0186】
したがって、このシステムは、各々が異なる搬送周波数で特徴付けられる搬送波のセットを含む周波数分割多重チャネルにアクセスし、各搬送波について位置特定ＴＯＡのセットを検出し、各搬送波についての位置特定ＴＯＡのセットを比較し、所定のＴＯＡ閾値内で非反復性の位置特定ＴＯＡを除去して残りのＴＯＡのセットを生成し、各ノードのＬＯＳ ＴＯＡを、そのノードからの残りのＴＯＡのセットから選択することができる。
【0187】
２．９．２ ＭＩＭＯマルチパス検出
１つの実施態様では、このシステムは、複数入力／複数出力（以下「ＭＩＭＯ」）マルチパス検出を利用することによって、空間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、ネットワーク内のノードは、ＭＩＭＯであり、ノード上の異なる物理的位置に複数のアンテナを含む。これらのアンテナの互いに対する変位は、位置特定信号のＴＯＡがアンテナ間で十分に類似するように適当に小さくすることができるが、各アンテナで受信されるマルチパス信号は有意に異なる。この実施態様では、各ノードは、そのノードの各アンテナで変調位置特定信号を含む入来搬送波を記録する。このシステムは、次いで、デバイスと各アンテナの間のマルチパス環境により生じる位置特定ＴＯＡのセットを計算する。このシステムは、次いで、周波数に基づくマルチパス検出についての上述のプロセスと同様の方法でアンテナ間で反復されていない位置特定ＴＯＡを除外することができる。代替として、またはこれに加えて、このシステムは、全てのアンテナからの位置特定ＴＯＡのセットにわたって、最初の位置特定ＴＯＡをＬＯＳ ＴＯＡとして選択することができる。
１つの実施態様では、このシステムは、複数入力／複数出力（以下「ＭＩＭＯ」）マルチパス検出を利用することによって、空間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、ネットワーク内のノードは、ＭＩＭＯであり、ノード上の異なる物理的位置に複数のアンテナを含む。これらのアンテナの互いに対する変位は、位置特定信号のＴＯＡがアンテナ間で十分に類似するように適当に小さくすることができるが、各アンテナで受信されるマルチパス信号は有意に異なる。この実施態様では、各ノードは、そのノードの各アンテナで変調位置特定信号を含む入来搬送波を記録する。このシステムは、次いで、デバイスと各アンテナの間のマルチパス環境により生じる位置特定ＴＯＡのセットを計算する。このシステムは、次いで、周波数に基づくマルチパス検出についての上述のプロセスと同様の方法でアンテナ間で反復されていない位置特定ＴＯＡを除外することができる。代替として、またはこれに加えて、このシステムは、全てのアンテナからの位置特定ＴＯＡのセットにわたって、最初の位置特定ＴＯＡをＬＯＳ ＴＯＡとして選択することができる。
【0188】
２．９．３ 時間領域マルチパス検出
１つの実施態様では、このシステムは、時間領域のマルチパス除外を利用することによって、時間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、デバイスは、短い期間内に所定の時間オフセットで定期的に位置特定信号を伝送することができる。その結果として、一連の位置特定信号の各位置特定信号は、マルチパスワイヤレス環境で様々なレベルの干渉を受ける可能性がある。システムは、次いで、各位置特定信号の間で上記の所定の時間オフセットを減算して位置特定信号を整列させ、各位置特定信号についての位置特定ＴＯＡのセットを計算することができる。システムは、次いで、時間分離した位置特定信号から、最初に検出された位置特定ＴＯＡをＬＯＳ ＴＯＡとして選択することができる。
１つの実施態様では、このシステムは、時間領域のマルチパス除外を利用することによって、時間ダイバーシチを実現することができる。この実施態様では、デバイスは、短い期間内に所定の時間オフセットで定期的に位置特定信号を伝送することができる。その結果として、一連の位置特定信号の各位置特定信号は、マルチパスワイヤレス環境で様々なレベルの干渉を受ける可能性がある。システムは、次いで、各位置特定信号の間で上記の所定の時間オフセットを減算して位置特定信号を整列させ、各位置特定信号についての位置特定ＴＯＡのセットを計算することができる。システムは、次いで、時間分離した位置特定信号から、最初に検出された位置特定ＴＯＡをＬＯＳ ＴＯＡとして選択することができる。
【0189】
２．１０ ＴＤＯＡバウンディング
このシステムは、各ノードにおけるＴＤＯＡのセットを計算した後で、ＴＤＯＡバウンディング技術を適用して、ネットワーク内の各ノード対の間の正確なＴＤＯＡを計算する可能性を向上させることもできる。このシステムは、バウンディングモデルを実装して、ノードの位置またはノードが分布している領域のスケールに関する以前の情報と矛盾するＴＤＯＡを除外することができる。実施態様に応じて、システムは、ＬＯＳ ＴＯＡを計算する前にＴＤＯＡバウンディングを実行することもできるし、ＬＯＳ ＴＯＡを計算した後でＴＤＯＡバウンディングを実行することもできる。例えば、システムは、２つのノードの間の全ての可能性のあるＴＤＯＡを計算し（例えば第１のノードで計算した各ＴＯＡと第２のノードで計算した各ＴＯＡの間の差を計算することによって計算し）、次いでバウンディング関数の外側のＴＤＯＡを除外することができる。あるいは、システムは、最初に各ノードについてのＬＯＳ ＴＯＡを選択し、次いでそれらのＬＯＳ ＴＯＡに基づいて計算したＴＤＯＡを除外することもできる。複数帯域の位置特定信号を含む実施態様では、システムは、複数の帯域にわたって計算したＴＯＡまたはＴＤＯＡのいずれかにＴＤＯＡバウンディングを適用することができる。１つの実施態様では、システムは、ＴＤＯＡを計算した２つのノードの間の対ごとの距離より大きい距離に対応するＴＤＯＡを除外することができる。これに加えて、または代替として、システムが既知の領域内のデバイスを位置特定している場合には、ＴＤＯＡ境界を減少させて、その既知の領域から発出する伝送の最大ＴＤＯＡを反映することができる。
このシステムは、各ノードにおけるＴＤＯＡのセットを計算した後で、ＴＤＯＡバウンディング技術を適用して、ネットワーク内の各ノード対の間の正確なＴＤＯＡを計算する可能性を向上させることもできる。このシステムは、バウンディングモデルを実装して、ノードの位置またはノードが分布している領域のスケールに関する以前の情報と矛盾するＴＤＯＡを除外することができる。実施態様に応じて、システムは、ＬＯＳ ＴＯＡを計算する前にＴＤＯＡバウンディングを実行することもできるし、ＬＯＳ ＴＯＡを計算した後でＴＤＯＡバウンディングを実行することもできる。例えば、システムは、２つのノードの間の全ての可能性のあるＴＤＯＡを計算し（例えば第１のノードで計算した各ＴＯＡと第２のノードで計算した各ＴＯＡの間の差を計算することによって計算し）、次いでバウンディング関数の外側のＴＤＯＡを除外することができる。あるいは、システムは、最初に各ノードについてのＬＯＳ ＴＯＡを選択し、次いでそれらのＬＯＳ ＴＯＡに基づいて計算したＴＤＯＡを除外することもできる。複数帯域の位置特定信号を含む実施態様では、システムは、複数の帯域にわたって計算したＴＯＡまたはＴＤＯＡのいずれかにＴＤＯＡバウンディングを適用することができる。１つの実施態様では、システムは、ＴＤＯＡを計算した２つのノードの間の対ごとの距離より大きい距離に対応するＴＤＯＡを除外することができる。これに加えて、または代替として、システムが既知の領域内のデバイスを位置特定している場合には、ＴＤＯＡ境界を減少させて、その既知の領域から発出する伝送の最大ＴＤＯＡを反映することができる。
【0190】
２．１１ マルチラテレーション
このシステムは、ネットワーク内の各ノード対についてのＴＤＯＡを計算した後で、マルチラテレーションを実行して、ブロックＳ２６０、Ｓ２６８、およびＳ２７０と同様に、ネットワーク内の各ノードについての、ノードで検出された位置特定信号、ノードの時間バイアス、およびノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。１つの実施態様では、このシステムは、デバイスについていくつかの位置を計算し、そのデバイスが位置している可能性がある領域を定義することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、所定の信頼度レベル内で可能性があるデバイスの位置を示す、各次元に不確実性を有するデバイスの位置を計算することができる。このシステムは、ネットワーク内の各ノードの相対位置が既知である同じ座標系内でデバイスの位置を計算して、デバイスについて計算した位置がノードとも関係があるようにする。一般に、このシステムは、ネットワーク内の（既知の位置の）３つのノードを用いてデバイスの２次元相対位置を計算することができ、ネットワーク内の（既知の位置の）４つのノードを用いてデバイスの３次元位置を計算することができる。より多く（すなわち４超）のノードからのＴＤＯＡがあると、システムは、最小二乗法および／あるいは線形または非線形最適化を実行して、デバイスの位置を洗練させることができる。これに加えて、または代替として、カルマンフィルタまたはその他のフィルタリング関数を、経時的な特定のデバイスの位置推定に適用することができる。
このシステムは、ネットワーク内の各ノード対についてのＴＤＯＡを計算した後で、マルチラテレーションを実行して、ブロックＳ２６０、Ｓ２６８、およびＳ２７０と同様に、ネットワーク内の各ノードについての、ノードで検出された位置特定信号、ノードの時間バイアス、およびノードの相対位置に基づいて、ネットワークを基準とするデバイスの位置を計算することができる。１つの実施態様では、このシステムは、デバイスについていくつかの位置を計算し、そのデバイスが位置している可能性がある領域を定義することができる。これに加えて、または代替として、このシステムは、所定の信頼度レベル内で可能性があるデバイスの位置を示す、各次元に不確実性を有するデバイスの位置を計算することができる。このシステムは、ネットワーク内の各ノードの相対位置が既知である同じ座標系内でデバイスの位置を計算して、デバイスについて計算した位置がノードとも関係があるようにする。一般に、このシステムは、ネットワーク内の（既知の位置の）３つのノードを用いてデバイスの２次元相対位置を計算することができ、ネットワーク内の（既知の位置の）４つのノードを用いてデバイスの３次元位置を計算することができる。より多く（すなわち４超）のノードからのＴＤＯＡがあると、システムは、最小二乗法および／あるいは線形または非線形最適化を実行して、デバイスの位置を洗練させることができる。これに加えて、または代替として、カルマンフィルタまたはその他のフィルタリング関数を、経時的な特定のデバイスの位置推定に適用することができる。
【0191】
このシステムは、次の形態の連立方程式を解くことによってマルチラテレーションを実行する。
【0192】
【0193】
２．１２ デプロイメント
このシステムは、いくつかのワイヤレスネットワーキングシナリオだけでなく、複数のノード間の一貫した速度の波伝搬を伴う任意のシナリオでデプロイすることができる。システムのデプロイメントのいくつかの例としては、ローカルなアセットトラッキングのデプロイメント、電気通信のデプロイメント、およびグローバル衛星のデプロイメントがある。
このシステムは、いくつかのワイヤレスネットワーキングシナリオだけでなく、複数のノード間の一貫した速度の波伝搬を伴う任意のシナリオでデプロイすることができる。システムのデプロイメントのいくつかの例としては、ローカルなアセットトラッキングのデプロイメント、電気通信のデプロイメント、およびグローバル衛星のデプロイメントがある。
【0194】
２．１２．１ ローカルなアセットトラッキングのデプロイメント
このシステムは、アセットトラッキングシステムとしてデプロイすることができる。この実施態様では、システムは、倉庫、組立てライン／工場、病院、学校、オフィスビルディング、またはその他の任意の施設の周りに配置されたノードのネットワークを含むことができる。ノードは、妨害を避け、（３次元位置トラッキングが望ましい場合には）少なくとも４つのノードが施設全体に分布したデバイスから位置特定信号を受信できることを保証して、施設の周りに分布させることができる。システムは、追跡対象のアセットに取り付けることができ、ノードによって受信される位置特定信号を伝送することができるアクティブタグのセットを含むこともできる。さらに、ローカルなデプロイメントでは、施設内の、または施設の周囲のその他の伝送側デバイスも追跡することができる。
このシステムは、アセットトラッキングシステムとしてデプロイすることができる。この実施態様では、システムは、倉庫、組立てライン／工場、病院、学校、オフィスビルディング、またはその他の任意の施設の周りに配置されたノードのネットワークを含むことができる。ノードは、妨害を避け、（３次元位置トラッキングが望ましい場合には）少なくとも４つのノードが施設全体に分布したデバイスから位置特定信号を受信できることを保証して、施設の周りに分布させることができる。システムは、追跡対象のアセットに取り付けることができ、ノードによって受信される位置特定信号を伝送することができるアクティブタグのセットを含むこともできる。さらに、ローカルなデプロイメントでは、施設内の、または施設の周囲のその他の伝送側デバイスも追跡することができる。
【0195】
２．１２．２ 電気通信のデプロイメント
このシステムは、各ノードがセルラサイトを含み、ネットワークがセルラネットワークを含む、電気通信の状況にデプロイすることができる。方法Ｓ２００は、既存の、または追加設置されたセルラサイトで実施することができる。セルラサイトの電気通信インフラストラクチャを活用することにより、システムの範囲を増大させることができるので、システムは、セルラネットワークの範囲内のセルラデバイスまたはその他の送信機を位置特定することができる。セルラデバイスの位置情報を計算した後で、システムは、セルラデバイスの位置情報をセルラネットワークを介してそのセルラデバイスに伝送することができる。このように、このシステムは、セルラネットワーク内のセルラデバイスの正確な位置サービスを可能にすることができる。
このシステムは、各ノードがセルラサイトを含み、ネットワークがセルラネットワークを含む、電気通信の状況にデプロイすることができる。方法Ｓ２００は、既存の、または追加設置されたセルラサイトで実施することができる。セルラサイトの電気通信インフラストラクチャを活用することにより、システムの範囲を増大させることができるので、システムは、セルラネットワークの範囲内のセルラデバイスまたはその他の送信機を位置特定することができる。セルラデバイスの位置情報を計算した後で、システムは、セルラデバイスの位置情報をセルラネットワークを介してそのセルラデバイスに伝送することができる。このように、このシステムは、セルラネットワーク内のセルラデバイスの正確な位置サービスを可能にすることができる。
【0196】
２．１２．３ グローバル衛星のデプロイメント
このシステムは、各ノードがＬＥＯ衛星を含み、ネットワークがジオロケーションシステムを含む、グローバル衛星ネットワークとしてデプロイすることができる。方法Ｓ２００は、位置特定信号および同期信号への相対論的影響および大気の影響を補償することによって、グローバル位置追跡の適用分野に適応させることができる。他のグローバルナビゲーションシステムと比較したときのシステムのグローバル衛星のデプロイメントの１つの利点は、方法Ｓ２００を実行する衛星が暦を介した連続的な追跡および更新を必要としないことである。この場合、ノードとして作用する各衛星は、地表の、または地球の周りの送信機を位置特定する前に繰り返し自己位置特定および時間同期を行うことができる。したがって、システムは連続的な追跡または軌道位置／速度の事前知識を必要としないので、既存のグローバルナビゲーションシステムと比較して保守コストが削減される。このシステムのグローバル衛星のデプロイメントでは、ＧＰＳまたはその他のグローバルナビゲーションシステムと同様に地球上の任意の場所で送信機を位置特定することができる。
このシステムは、各ノードがＬＥＯ衛星を含み、ネットワークがジオロケーションシステムを含む、グローバル衛星ネットワークとしてデプロイすることができる。方法Ｓ２００は、位置特定信号および同期信号への相対論的影響および大気の影響を補償することによって、グローバル位置追跡の適用分野に適応させることができる。他のグローバルナビゲーションシステムと比較したときのシステムのグローバル衛星のデプロイメントの１つの利点は、方法Ｓ２００を実行する衛星が暦を介した連続的な追跡および更新を必要としないことである。この場合、ノードとして作用する各衛星は、地表の、または地球の周りの送信機を位置特定する前に繰り返し自己位置特定および時間同期を行うことができる。したがって、システムは連続的な追跡または軌道位置／速度の事前知識を必要としないので、既存のグローバルナビゲーションシステムと比較して保守コストが削減される。このシステムのグローバル衛星のデプロイメントでは、ＧＰＳまたはその他のグローバルナビゲーションシステムと同様に地球上の任意の場所で送信機を位置特定することができる。
【0197】
本明細書に記載するシステムおよび方法は、少なくとも部分的には、コンピュータ可読命令を記憶したコンピュータ可読媒体を受けるように構成された機械として実施および／または実装することができる。命令は、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウェブサイト、通信サービス、通信インタフェース、ユーザのコンピュータまたはモバイルデバイスのハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア要素、リストバンド、スマートフォン、あるいはそれらの任意の適当な組合せと一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって実行することができる。実施形態の他のシステムおよび方法は、少なくとも部分的には、コンピュータ可読命令を記憶したコンピュータ可読媒体を受けるように構成された機械として実施および／または実装することができる。命令は、上述のタイプの装置およびネットワークと一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって一体化されたコンピュータ実行可能構成要素によって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光学デバイス（ＣＤまたはＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピードライブ、あるいはその他の任意のデバイスなど、任意の適当なコンピュータ可読媒体に記憶することができる。コンピュータ実行可能構成要素は、プロセッサとすることもできるが、（代替として、またはこれに加えて）任意の適当な専用ハードウェアデバイスが命令を実行することもできる。
【0198】
上記の詳細な説明ならびに図面および特許請求の範囲から、当業者なら、以下の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を逸脱することなく本発明の実施形態に修正および変更を加えることができることを理解するであろう。
【図1-1】
【図1-2】
【図1-3】
【図1-4】
【図2】
【図3-1】
【図3-2】
【図3-3】
【図4】
【図5】
【図6-1】
【図6-2】
【図6-3】