苹果专利介绍用于手机平板、AR/VR等移动设备的多对多测距技术

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多对多测距技术

映维网 2021年11月19日)诸如智能手机这样的移动设备可用于增强现实应用。增强现实应用程序可以支持一个或多个移动设备,从而实现多人用例。所述应用程序通常利用一个或多个移动设备之间的范围信息来交换信息。

移动设备可包括用于确定时间的时钟。然而,每个移动设备的时钟都可能随着时间的推移而彼此漂移,导致计算设备之间的范围时出错。使用在相同带宽中通信的多个移动设备的测距技术可能导致数据包之间的冲突,并造成测距测量丢失或不准确。

在名为“Many to many ranging techniques”的专利申请中,苹果就针对这个问题提出了自己的解决方案。具体来说,所述发明主要介绍了多对多测距技术。

在一个实施例中,移动设备可包括测距电路,其可确定移动设备与另一移动设备之间的相对距离。例如,可以使用在移动设备之间传输的超宽带(UWB)脉冲来执行飞行时间测量。测距可提供距离信息,而所述距离信息可用于确定一个移动设备到另一个移动设备的相对位置。例如,相对位置可以包括距离值、两个设备之间的角度(方向)信息,或者两者。

与移动设备测距技术相关的挑战之一是设备之间的时钟同步。如果所有设备的时钟都精确同步,则设备只需在发送消息时发送包含时间信息的消息。接收所述消息的其他移动设备可以使用发送时间信息和接收时间信息来计算接收设备和发送设备之间的距离。

然而,移动设备在从发送设备发送时的时钟不一定同步,同时可能不代表每个设备的相同时间。另外,缺乏同步可能导致设备在相同的时间段内进行测距操作。由于测距操作通常发生在同一无线信道,测距和确认消息之间可能会发生冲突。丢失的信息可能导致测距信息不准确。

苹果指出,发明描述的技术可以在移动设备之间的测距事件中最小化相关冲突。

通过基于来自协调器移动设备的定时为测距会话指定时隙,可以实现技术以减少测距消息之间的冲突数量。每个设备都可以传输其唯一标识符,以指示参与测距会话。多个设备可以从其他设备接收唯一标识符。

可以使用唯一标识符在移动设备执行算法,以将多个设备中的一个指定为测距会话的协调器设备。协调器设备可以生成和广播活动参与者列表。活动参与者列表提供分配给移动设备的唯一标识符和索引位置的列表。

在接收到开始消息时,协调器设备和其他移动设备可以根据预先编码的顺序进行测距。在开始消息之后,每个设备都可以利用监听窗口,并从其他设备接收测距消息。每个监听窗口都可以解释由于系统中的不精确性而产生的不确定性。一旦确定了设备之间的测距顺序,就可以以预定延迟的顺序进行设备之间的测距。根据应用程序的要求,可以使用测距信息多次重复测距会话。测距技术可用于在具有预定义距离的设备之间共享信息,从而用于增强现实等应用。

测距功能可与建立初始通信会话的另一无线协议结合使用。另外,可以使用附加的无线协议,例如,用于将内容从一个设备传输到另一个设备。例如,在执行测距之后,可以将视频或音频文件从一个设备传输到另一个设备。

图1是用于在两个移动设备之间执行测距测量的序列图。这两个移动设备可能属于两个不同的用户。两个用户可能相互认识,所以拥有彼此的电话号码或其他标识符。这样的标识符可用于认证目的。

移动设备110可以通过向移动设备120发送测距请求101来启动测距测量。测距请求101可以包括一个或多个脉冲的第一组。可使用测距无线协议执行测距测量。测距测量可以以各种方式触发,例如,基于用户输入和/或使用另一无线协议的认证。

在T1,移动设备110发送测距请求101。在T2,移动设备120接收测距请求101。T2可以是当多个脉冲在第一组中时的平均接收时间。移动设备120可以基于先前的通信(例如,使用另一无线协议)在时间窗口内期望测距请求101。测距无线协议和另一无线协议可以同步,以便移动设备120可以在指定的时间窗口内打开测距天线和相关电路,而不是在整个测距会话中保持它们打开。

[0050]响应于接收测距请求101,移动设备120可以发送测距响应102。如图所示,测距响应102在时刻T3发送,例如,脉冲的发送时间或一组脉冲的平均发送时间。T2和T3同时可以是各自脉冲的一组时间。测距响应102可以包括时间T2和T3,以便移动设备110可以计算距离信息。作为替代方案,可以发送两次之间的增量(例如,T3-T2)。

在T4,移动设备110可以接收测距响应102。与其他时间一样,T4可以是单个时间值或一组时间值。

在103,移动设备110计算距离信息130,而后者可以具有各种单位,例如距离单位(例如米)或时间单位(例如毫秒)。时间可以相当于距离,其比例因子与光速相对应。在一个实施例中,可从总往返时间计算距离,其可等于T2-T1+T4-T3。

在一个实施例中,移动设备可以具有多个天线,并用于执行三角测量。来自不同天线的单独测量可用于确定二维位置,而不是可能从移动设备周围的圆/球体上的任何位置产生的单个距离值。二维位置可以在各种坐标中指定,例如笛卡尔坐标或极坐标,其中极坐标可以包括角度值和径向值。

图2是具有三个天线211-213的移动设备210的测距操作序列图。天线211-213可以布置成具有不同的方向。图2示出了单边双向测距协议的消息序列。

在图2的示例中,天线211-213中的每一个发射由移动设备220接收的分组。所述分组可以是测距请求201的一部分。尽管在其他实现中可以在不同的时间发送分组,但每个分组都可以在时间T1发送。

测距请求201的三个分组分别在时刻T2、T3和T4接收。因此,移动设备220的天线可以基本上同时监听并独立响应。移动设备220提供测距响应202,其分别在时刻T5、T6和T7发送。移动设备210分别在时刻T8、T9和T10接收测距响应。

在203,移动设备210的处理器214计算距离信息230。

图3示是三个移动设备(设备302、设备304和设备306)的多对多通信组。尽管图3中描绘了三个移动设备,但所述技术可以在一系列移动设备中发生。移动设备302、304和306中的任何一个可以指定为测距会话的协调器。

相关专利Apple Patent | Many to many ranging techniques

名为“Many to many ranging techniques”的苹果专利申请最初在2021年7月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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