DE102004011694A1 - Telekommunikationserzeugnis mit Mitteln zum Messen einer Entfernung über eine Signallaufzeit - Google Patents

Telekommunikationserzeugnis mit Mitteln zum Messen einer Entfernung über eine Signallaufzeit Download PDF

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Abstract

Ein Telekommunikationserzeugnis weist Mittel zur Telekommunikation und Mittel zur Entfernungsmessung auf, wobei die Entfernung über eine Signallaufzeit gemessen wird.

Description

  • Immer mehr setzen sich im Alltag mobile Telekommunikationserzeugnisse, also Erzeugnisse zur Nachrichtenübermittlung, wie beispielsweise Mobiltelefone, WLAN-Karten oder PDAs durch. Prinzipbedingt ist der Aufenthaltsort solcher mobilen und gelegentlich auch festen drahtlosen Telekommunikationserzeugnisse nicht bekannt. In vielen Fällen ist es aber wünschenswert, die Position der Geräte zu kennen bzw. zu bestimmen. Dies gilt beispielsweise für kontextbezogenen Datentransfer, Ortung/Navigation in Gebäuden, Team- und Systemmanagement, Installationswartung, interaktive Spiele etc.
  • Bisher ist die Position solcher funkbasierter Telekommunikationserzeugnisse entweder gar nicht oder nur rudimentär bekannt. Zum Zwecke einer Ortung kommen unter anderem Verfahren zum Einsatz, die die Position auf Zellebene auflösen, Verfahren, die die Entfernung über die empfangene Signalstärke bestimmen und Verfahren, die die Richtung des empfangenen Signals bestimmen. Vergleiche hierzu Vossiek et al.: "Wireless Local Positioning – Concepts, Solutions, Applications", RAWCON, Boston, 2003.
  • Aus einem völlig anderen Gebiet der Technik sind Verfahren zur Entfernungsmessung bekannt, die auf der Signallaufzeit beruhen. Dabei wird die Laufzeit beispielsweise zwischen einem Transponder und einer Basisstation gemessen. Anschließend erfolgt eine Auswertung der Laufzeitinformation. Typische Anordnung und Verfahren sind Gegenstand von WO 03/040753 A1.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit der Entfernungsmessung bei Telekommunikationserzeugnissen aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Dementsprechend weist ein Telekommunikationserzeugnis Mittel zur Telekommunikation und Mittel zur Entfernungsmessung auf. Die Mittel zur Entfernungsmessung sind so eingerichtet, dass die Entfernungsmessung über ein Messen der Laufzeit eines Signals erfolgt.
  • Vorzugsweise wird zum Messen der Signallaufzeit ein Messsignal erzeugt, das beispielsweise ein Abfragesignal ist.
  • Zum Messen der Entfernung zwischen dem Telekommunikationserzeugnis und zum Beispiel einem weiteren Telekommunikationserzeugnis würde es prinzipiell ausreichen, das Messsignal mit einem Zeitcode auszusenden, so dass das weitere Telekommunikationserzeugnis das Messsignal empfangen und mit Hilfe der Empfangszeit auswerten kann. Allerdings müssten dazu die Uhren des Telekommunikationserzeugnisses und des weiteren Telekommunikationserzeugnisses exakt auf Echtzeit synchronisiert sein. Dies ist in der Regel nicht der Fall.
  • Deshalb wird alternativ vorgeschlagen, dass die Signallaufzeit die Signallaufzeit vom Telekommunikationserzeugnis zum weiteren Telekommunikationserzeugnis und zurück zum Telekommunikationserzeugnis einschließlich einer eventuell anfallenden Verzögerungszeit (Totzeit) im weiteren Telekommunikationserzeugnis ist.
  • Durch diese Round-Trip-Time-of-Flight-Entfernungsmessung entfällt die Notwendigkeit von Echtzeituhren in den Telekommunikationserzeugnissen.
  • Vorzugsweise sind das Telekommunikationserzeugnis und auch das weitere Telekommunikationserzeugnis bezüglich der Entfernungsmessung gleichwertig ausgebildet, so dass sie sowohl ei ne Round-Trip-Time-of-Flight-Abfrage auslösen als auch eine solche beantworten können. Dementsprechend ist durch das Telekommunikationserzeugnis, dessen Mittel zur Entfernungsmessung zum Messen der Signallaufzeit das Abfragesignal erzeugen können, auch ein fremderzeugtes, beispielsweise vom weiteren Telekommunikationserzeugnis stammendes Abfragesignal empfangbar und die Mittel zur Entfernungsmessung weisen Mittel zum Erzeugen und Aussenden eines Antwortsignales auf das fremderzeugte Abfragesignal auf.
  • Bei der Round-Trip-of-Flight-Entfernungsmessung ergibt sich das Problem, dass die Totzeit im abgefragten Telekommunikationserzeugnis entweder bekannt oder gleich Null sein muss. Die Totzeit ist die Verzögerungszeit, die sich beispielsweise aus einer Laufzeit im Telekommunikationserzeugnis und einer Verarbeitungszeit darin ergibt.
  • Letztere Alternative lässt sich dadurch verwirklichen, dass das Abfragesignal praktisch als Antwortsignal zurückgespiegelt wird. Dazu weisen die Mittel zur Entfernungsmessung vorzugsweise einen aktiven, also mit eigener Energiequelle versehenen Oszillator auf, der durch das fremderzeugte Abfragesignal zur Erzeugung des Antwortsignals quasiphasenkohärent zum fremderzeugten Abfragesignal anregbar ist.
  • Alternativ kann das Abfragesignal auch durch eine passive Spiegelung in ein Antwortsignal umgewandelt werden, etwa durch einen Reflektor, Spiegel, Backscatter-Transponder und/oder ein Oberflächenwellenbauelement. Hierbei ergibt sich aber der Nachteil, dass sich nur sehr geringe Entfernungen überbrücken lassen, da die Strahlungsenergie mit der vierten Potenz des Radius abnimmt.
  • Alternativ kann die Totzeit im abgefragten Telekommunikationserzeugnis bekannt sein. Dazu müssen die Zeitzähler in Form von Uhren im Telekommunikationserzeugnis und im weiteren Telekommunikationserzeugnis, die je nach aktueller Rollenver teilung jeweils die Rolle des abfragenden Telekommunikationserzeugnisses oder des abgefragten Telekommunikationserzeugnisses einnehmen, synchronisiert sein. Dafür sind durch das Telekommunikationserzeugnis, wenn es sich in der Rolle des abgefragten Telekommunikationserzeugnisses befindet, zwei fremderzeugte Abfragesignale mit einem Zeitversatz empfangbar und die Mittel zur Entfernungsmessung weisen Mittel zum Messen dieses Zeitversatzes sowie Mittel zum Senden eines Antwortsignals nach einer Totzeit auf, die das Telekommunikationserzeugnis unter Berücksichtigung des gemessenen Zeitversatzes bemisst. Ist dabei der Zeitversatz zwischen den beiden fremderzeugten Abfragesignalen definiert, so kann das Telekommunikationserzeugnis aus dem von ihm mit seiner eigenen Uhr gemessenen Zeitversatz berechnen, wie weit seine Uhr von der des abfragenden Telekommunikationserzeugnisses abweist. Das Telekommunikationserzeugnis kann also das Antwortsignal mit einer Totzeit zurücksenden, die es auf die Uhr des abfragenden Telekommunikationserzeugnisses angepasst hat. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass hier nur die relative Abweichung der Uhren der beiden Telekommunikationserzeugnisse korrigiert wird, das heißt, dass keine Synchronisation der absoluten Zeit erforderlich ist.
  • Das Antwortsignal wird vom abfragenden Telekommunikationserzeugnis wieder empfangen und daraus die Signallaufzeit beispielsweise durch FMCW- oder PN-Verfahren ausgewertet. Dazu wird das Antwortsignal in der Regel heruntergemischt.
  • Bei mobilen Telekommunikationserzeugnissen ist es aus Kosten- und Gewichtsgründen sinnvoll, möglichst wenig Hardware zu verwenden. Dazu können die Mittel zur Telekommunikation zumindest teilweise auch zur Entfernungsmessung verwendet werden. Bei der hier vorliegenden Kombination und Integration von Telekommunikation und Entfernungsmessung kann dies auf verschiedene Weise geschehen.
  • Es kann damit anfangen, dass die Mittel zur Telekommunikation einen Sende- und/oder Empfangspfad aufweisen und auch das Signal für die Entfernungsmessung über diesen Sende- und/oder Empfangspfad gesendet und/oder empfangen werden kann.
  • Um die Signallaufzeit messen zu können, wird das Abfragesignal und damit auch das Antwortsignal nach einem zumindest dem das Abfragesignal aussendenden Telekommunikationserzeugnis bekannten zeitlichen Zusammenhang in seiner Frequenz verändert. Im einfachsten Fall weist das Abfragesignal mindestens zwei Frequenzen und damit einen Frequenzsprung (Frequency-Hop) auf. Eine höhere Messgenauigkeit und eine leichtere Verarbeitung lassen sich aber durch Verändern der Frequenz des Messsignals in Form einer linearen Rampe oder in Form einer durch mehrere Frequenzsprünge nachgebildeten Rampe erreichen. Daraus ergibt sich insbesondere die Möglichkeit einer analogen Weiterverarbeitung.
  • Weisen die Mittel zur Telekommunikation Mittel zum Einstellen und damit Verändern der Telekommunikationsfrequenz, beispielsweise in Form eines Frequenzsynthesizers, auf, so kann darüber auch gleich die Frequenz des Abfragesignals geändert werden. Hierdurch lässt sich wiederum Hardware einsparen.
  • Sind die Mittel zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz ohnehin darauf ausgelegt, verschiedene Frequenzkanäle zu bedienen, so kann die dafür vorgesehene Frequenzumschaltung auch gleich zum Erzeugen der Frequenzveränderung für das Abfragesignal benutzt werden.
  • Alternativ oder ergänzend werden während einer Entfernungsmessphase in den Kommunikationszweig des Telekommunikationserzeugnisses, also in die Mittel zur Telekommunikation, statt Telekommunikationsdaten analoge oder digitale Eingaben eingespeist, die das Telekommunikationserzeugnis ein Signal erzeugen lassen, das seine Frequenz verändert.
  • Eine dritte Möglichkeit besteht darin, an einem Takteingang der Mittel zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz abweichende Takte vorzugeben, die von den Mitteln zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz hochgesetzt werden und so zu einem Abfragesignal mit unterschiedlichen Frequenzen führen.
  • Die für das Abfragesignal aufgezeigten Wege lassen sich analog natürlich auch für das Antwortsignal gehen. Alternativ oder Ergänzend kann das Antwortsignal wie bereits beschrieben auch zurückgespiegelt werden.
  • Grundsätzlich ist die Kombination und Integration von Telekommunikation und Entfernungsmessung auf zwei Weisen möglich. Entweder wird die Telekommunikation, für die die Telekommunikationsmittel primär vorgesehen sind, zum Durchführen der Entfernungsmessung unterbrochen. Das Telekommunikationserzeugnis muss dafür eine entsprechend eingerichtete Ablaufsteuerung aufweisen, die, beispielsweise bei Anfrage des weiteren Telekommunikationserzeugnisses, die Entfernungsmessung einzuleiten, die Telekommunikation unterbricht und in einen Status übergeht, in dem ein Abfragesignal empfangen werden kann oder ausgesandt wird.
  • Alternativ lässt sich für eine weitere Integration als Abfragesignal sogar ein Telekommunikationssignal nutzen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Telekommunikationsstandard, unter dem das Telekommunikationserzeugnis kommuniziert, bereits Frequenzsprünge (Frequency-Hops) aufweist, wie dies beispielsweise bei IEEE 802.11 der Fall ist.
  • Dass es sich bei dem Telekommunikationserzeugnis tatsächlich um ein Telekommunikationserzeugnis und nicht um einen Transponder oder ein sonstiges Erzeugnis zur Entfernungsmessung handelt, kann beispielsweise daran festgemacht werden, dass das Telekommunikationserzeugnis zur Telekommunikation eine Übertragungsrate von mehr als 4 KBit/s aufweist.
  • Das Telekommunikationserzeugnis ist insbesondere ein mobiles Endgerät, eine WLAN-Karte, ein Mobiltelefon und/oder ein PDA. Es arbeitet nach einem Übertragungsstandard zur Telekommunikation, wie beispielsweise GSM, UMTS und/oder einem WLAN-Standard IEEE 802.11x, wobei x für einen beliebigen Buchstaben oder eine Kombination von Buchstaben steht.
  • In einem Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen zwei Telekommunikationserzeugnissen, die jeweils Mittel zur Telekommunikation und Mittel zur Entfernungsmessung aufweisen, wird zur Entfernungsmessung eine Signallaufzeit gemessen. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich analog zu den bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung und umgekehrt. Dabei können beispielsweise für einzelne Mittel der Vorrichtung entsprechende Verfahrensschritte vorgesehen sein und umgekehrt.
  • Die Entfernungsmessung lässt sich insbesondere zur Analyse von Länge und/oder Qualität eines Übertragungskanals verwenden.
  • Insbesondere kann die gemessene bzw. analysierte Länge des Übertragungskanals bei der Prüfung einer Zugriffsberechtigung für ein Telekommunikationsnetz berücksichtigt werden. So lassen sich beispielsweise WLAN-Services exklusiv in dafür reservierten Bereichen wie etwa VIP-Lounges anbieten. Alternativ kann ein unautorisiertes Eindringen in ein WLAN-Netz unterbunden werden, wenn der Eindringling sich physisch außerhalb eines vorgegebenen Bereiches befindet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
  • 1 ein Telekommunikationserzeugnis in Form einer WLAN-Karte mit Ortung
  • 2 eine Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit des Telekommunikationserzeugnisses nach 1 im Detail;
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Entfernungsmessung;
  • 4 ein Transpondermodul;
  • 5 ein Positionsmodul;
  • 6 ein integriertes Telekommunikationserzeugnis.
  • Im Weiteren werden Verfahren, Erzeugnisse, Anordnungen und Algorithmen für Round-Trip-Time-of-Flight-Entfernungsmessungen bei digitalen Telekommunikationserzeugnisse beschrieben, die beispielsweise als Kommunikationsmodule nach dem WLAN-Standard IEEE 802.11 operieren.
  • Typischerweise enthalten moderne Telekommunikationserzeugnisse Mittel zur Telekommunikation in Form der drei in 1 oben eingezeichneten Funktionsblöcke Sende- und Empfangspfad (TX/RX antenna/switch/signal path), Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit (HF Processing) und Basisband-Verarbeitungseinheit (Baseband Processing). Dabei wird das digitale Kommunikationssignal mittels einer oder mehrerer Antennen empfangen und in die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit eingespeist. Dazu sind oft der Sende- und der Empfangspfad voneinander getrennt und über einen Schalter umschaltbar. Aktuelle WLAN-Module sind beispielsweise in Heide, P. et al.: "Highly Integrated LTCC Front and Modules for Bluetooth and Wireless LAN Applications", ECWT Proceedings, München, 2003, wiedergegeben.
  • 2 zeigt die typische Funktionalität der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit in Form eines analogen Radiofrequenz-ICs. Dieser enthält eine Sende-Frequenzhochsetzungseinheit (TX: Up-Convert), die üblicherweise Telekommunikationssignale auf 5 GHz heraufsetzt. Darüber hinaus kann sie, wie weiter unten gezeigt wird, auch für das Erzeugen eines (Abfrage-)Signals zur Entfernungsmessung genutzt werden. Weiterhin enthält die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit eine Empfangs-Frequenzheruntersetzungseinheit (RX: Down-Convert) und eine Empfangs-Weiterverarbeitungseinheit (RX: IF-Processing).
  • Schließlich weist die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit noch Mittel zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz in Form eines Frequenz-Synthesizers (Frequency Synthesizer) auf, der über einen Takteingang (Digital Control Clock In) und Verbindungen zur Sende-Frequenzheraufsetzungseinheit und zur Empfangs-Frequenzherabsetzungseinheit verfügt.
  • Nach Empfang über den Sende- und Empfangspfad werden Signale in der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit heruntergemischt, verstärkt und an die Basisband-Verarbeitungseinheit weitergeführt. Analog werden Ausgangssignale der Basisband-Verarbeitungseinheit entsprechend verstärkt, auf die Sendefrequenz hochgesetzt, gefiltert und auf eine Antenne des Sende- und Empfangspfades gegeben.
  • In der Basisband-Verarbeitungseinheit werden Signale digitalisiert und Daten entsprechend decodiert bzw. für die Übertragung codiert und in Analogsignale für die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit umgewandelt.
  • Dieses System wird nun mit einer Entfernungsmessfunktionalität kombiniert. Dazu werden die Mittel zur Telekommunikation zumindest teilweise auch zur Entfernungsmessung verwendet. Darüber hinaus gibt es Mittel zur Entfernungsmessung, die Funktionsblöcke aufweisen, die extra für die Entfernungsmessung hinzugefügt sind und zusätzliche Funktionalitäten beinhalten, die von den Mitteln zur Telekommunikation nicht ausgeführt werden können. In der Praxis können diese Funktionsblöcke für die Entfernungsmessung natürlich je nach Wahl des Layouts auf den gleichen ICs integriert sein, wie die Mittel zur Telekommunikation. Die Mittel zur Entfernungsmessung beinhalten:
    • – Ein Positionsmessmodul (Distance Processing), welches eine Positionsmessung über Entfernungsmessungen durchgeführt sowie die empfangenen Daten digitalisiert und auswertet;
    • – ein Transpondermodul (Backscatter-Oscillator), welches empfangene Abfragesignale als Antwortsignale zurücksendet;
    • – gegebenenfalls eine Synchronisation (Timing/Control) als Ablaufsteuerung.
  • Die Anordnung des Telekommunikationserzeugnisses arbeitet dabei wie folgt. Ein angeschlossenes Gerät (Device), beispielsweise in Form eines Rechners, löst eine Entfernungsmessung aus. Dafür wird kurzzeitig die Telekommunikation unterbrochen und das Positionsmessmodul sendet über die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit sein Abfragesignal zur Entfernungsmessung. Dabei kann es sich sowohl um Frequenzrampen als auch um diskrete Frequenzabfolgen handeln. Kurz vor der Entfernungsmessung ist zumindest einem weiteren beteiligten Telekommunikationserzeugnis übermittelt worden, sein Transpondermodul anzuschalten, falls dies nicht ohnehin im Dauerbetrieb ist. Das Transpondermodul des weiteren Telekommunikationserzeugnisses moduliert das einfallende Signal mit seiner Identifikationskennung. Dies geschieht beispielsweise über Frequenzcodierung oder auch mittels orthognonaler Codierungsfolgen (Spread Spectrum, CDMA-Verfahren). Das zurückgestrahlte Antwortsignal wird im Telekommunikationserzeugnis empfangen, in der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit heruntergemischt und im Positionsmodul digitalisiert und gegebenenfalls ausgewertet. Besonders ist dabei, dass auch die Mittel zur Telekommunikation bzw. der an das Telekommunikationserzeugnis angeschlossene Rechner mit seinem Hauptprozessor und der darin gegebenen Verarbeitungsintelligenz für Teile der Auswertung herangezogen werden kann. Entsprechendes gilt für die programmier baren Prozessoren von Mobiltelefonen und PDAs, wenn diese als Rechner oder anstatt des Rechners angeschlossen sind.
  • 3 fasst den Ablaufplan einer Entfernungsmessung zusammen. In einem Schritt S1 wird eine Anfrage für eine Entfernungsmessung gestartet. In einem Schritt S2 wird die Kommunikation auf den angefragten Telekommunikationserzeugnissen in Form von WLAN-Karten angehalten und das die Entfernungsmessung auslösende Telekommunikationserzeugnis in Form einer WLAN-Karte verwendet als Entfernungsmesssignal ein Abfragesignal. Danach modulieren die Transpondermodule der angefragten WLAN-Karten das als Antwortsignal reflektierte Abfragesignal mit ihrer jeweiligen ID. Dies ist in Schritt S3 dargestellt. Im Schritt S4 nimmt die auslösende Karte ein Heruntersetzen des empfangenen Antwortsignals, eine Digitalisierung und gegebenenfalls eine Auswertung vor. Danach übergibt sie die gegebenenfalls ausgewerteten Daten an einen Anfrager. In einem Schritt S5 wird schließlich die Kommunikation wieder aufgenommen.
  • Im Transpondermodul wird vorzugsweise ein modulierter Backscatter, wie er in WO 01/23906 A1 beschrieben ist, bzw. ein schaltender Oszillator nach WO 02/03096 A1 verwendet. Das Transpondermodul ist direkt an die Antenne angeschlossen, typischerweise an die Sendeantenne. Besonders vorteilhaft ist dabei, den Transponder nur zu aktivieren, wenn vorher per Kommunikation eine Entfernungsmessung angekündigt wurde. Dadurch lässt sich im mobilen, in der Regel über Akkus mit Energie versorgten Telekommunikationserzeugnis Energie sparen.
  • 4 zeigt das Transpondermodul (Backscatter/Oscillator) und den Sende- und Empfangspfad (TX/RX antenna/switch/signal path) und deren Funktionalitäten im Detail. Der Sende- und Empfangspfad enthält beispielsweise ein LTCC FEM R005, das gleichzeitig einen Umschalter zwischen Senden und Empfangen realisiert. Das Transpondermodul weist einen Oszillator (Os cillator) auf, der über einen Schalter (Switch) immer wieder so geschaltet wird, dass er durch ein über den Sende- und Empfangspfad auf ihn eingekoppeltes Abfragesignal quasiphasenkohärent angeregt wird und dadurch ein Antwortsignal erzeugt, das quasiphasenkohärent zum Abfragesignal ist. Weitere Verfahren und Vorrichtungen, die sich auf solche Art und Weise vorteilhaft mit WLAN-Kommunikationsmodulen kombinieren lassen, sind in DE 199 46 168 A1 und WO 03/047137 A2 beschrieben.
  • Das Positionsmodul der Mittel zur Entfernungsmessung greift direkt auf die Infrastruktur der Mittel zur Telekommunikation zu, insbesondere den Frequenzsynthesizer der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit. Eine typische Anordnung wird in 5 gezeigt. Darin sind die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit (HF Processing) und ein Analog/Digital-Wandler (A/D Converter) des Positionsmoduls (Distant Processing) über den Empfangszweig (RX) der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit miteinander verbunden. Weiterhin sind die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit und das Positionsmodul auch über den Sendezweig (TX) der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit miteinander verbunden. Das Positionsmodul weist hierzu optional einen Codehinzufüger (Addit. code) auf. Weiterhin verfügt das Positionsmodul über Mittel zum Erzeugen einer Frequenzrampe (Ramp Generator), die aber auch als Teil einer digitalen Einheit (Digital Unit) in Form einer Hauptrecheneinheit integriert sein können. Die digitale Einheit ist mit dem Analog/Digital-Wandler und dem optionalen Codehinzufüger verbunden. Sie erledigt die Koordination und Synchronisation innerhalb des Chips, die Kontrolle innerhalb des Chips und den Transfer von Entfernungsdaten. Die Digitaleinheit verfügt über einen Anschluss zum PC. In ihr können auch das vom Analog/Digital-Wandler digitalisierte Antwortsignal bzw. zugehörige Entfernungsdaten prozessiert werden. Je nach Implementierung kann diese Aufgabe aber auch teilweise oder sogar vollständig vom PC übernommen werden.
  • Die digitale Einheit bzw. ihr oder der an sie angeschlossene Frequenzrampengenerator sind mit dem Frequenzsynthesizer (Frequency Synthesizer) der Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit über den Takteingang (Clock in) des Frequenzsynthesizers verbunden. Dabei kann optional eine IF-Uhr (IF-Clock Source) vorgesehen sein.
  • Nach Auslösen der Entfernungsmessung generiert das Positionsmodul den ersten Teil des Entfernungsmesssignals, der durch das Abfragesignal gegeben ist. Je nach verwendeter Form stehen dafür verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Eine mögliche Realisierung besteht in der Erzeugung linearer Frequenzrampen. Dafür wird entweder der Frequenzsynthesizer durchgestimmt oder die externe Frequenzquelle in Form der IF-Uhr entsprechend verstimmt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung sehr kurzer Rampen, da dadurch die Unterbrechung der Kommunikation kürzer ist. Eine andere Ausführungsform verwendet diskrete Frequenzschritte an Stelle von Frequenzsweeps. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Anpassung an die Charakteristik typischer, diskret aufgeteilter Kommunikationsfrequenzkanäle und der entsprechenden Bauteile erzielt. Beide Signalformen eignen sich für die Entfernungsmessung. Entsprechende Verfahren sind in DE 199 46 168 A1 , WO 03/047137 A2, WO 01/23906 A1 und WO 03/40753 A1 wiedergegeben.
  • Das gesendete und von den Transpondermodulen auf den anderen Karten zurückreflektierte Signal wird dann über den Empfangspfad des Kommunikationskanals empfangen und herunterkonvertiert. Anschließend wird es im Positionsmodul digitalisiert und entweder im Positionsmodul und/oder im anfragenden System in Form des PCs ausgewertet. Das Positionsmodul kann dabei auch die Synchronisation der einzelnen Abläufe übernehmen.
  • Besondere Bedeutung hat bei der Kombination aus Ortung und Kommunikation die Synchronisierung der beiden Vorgänge. Dabei besteht eine Ausführungsmöglichkeit darin, dass Entfernungs messung und Kommunikation nacheinander im Time Division Multiple Access (TDMA)-Modus erfolgen. Typischerweise wird dafür zuerst im normalen Datenstrom eine Anfrage zur Entfernungsmessung mitgeschickt, beispielsweise über eine spezielle Bitfolge oder ein besonderes Datenpaket. Danach erfolgt für kurze Zeit die Entfernungsmessung, anschließend wird die Kommunikation wieder aufgenommen. Da der Adressraum für die Transpondermodule begrenzt ist, kann zudem besonders vorteilhaft beispielsweise über Nachbarschriftslisten jedem an der Entfernungsmessung beteiligten System dynamisch eine Adresse zugewiesen werden. Diese Zuweisung kann bereits zusammen mit dem Datenstrom zum Auslösen der Entfernungsmessung versendet werden. Alternativ können auch alle Beteiligten sequentiell vermessen werden, wodurch das Problem des begrenzten Adressierraumes der Transpondermodule gelöst wird. Nachteilig ist dabei der erhöhte Zeitaufwand.
  • Alternativ zum TDMA-Verfahren können auch Frequency Division Multiple Access (FMDA)-Verfahren verwendet werden. Hier erfolgt die Codierung über bestimmte, teilweise dynamische Frequenzzuweisungen. Dabei ist insbesondere eine Kombination mit OFDM-Methoden vorteilhaft, da hier bei geeigneter Implementierung das Unterbrechen der Kommunikation entfällt. Allerdings muss hierfür nach Auslösen der Entfernungsmessung der Transponder entsprechend dem vereinbarten Codierungsverhalten ebenfalls die Bänder durchschalten. Nachteilig ist der erhöhte technische Aufwand.
  • Typischerweise werden bei der Realisierung eines Telekommunikationserzeugnisses mit Mitteln zur Entfernungsmessung in Form eines ortbaren Kommunikationsmoduls bereits vorhandene Chipplätze um LPR-Funktionalität ergänzt. 1 kann als Beispiel genommen werden, wo bei einer WLAN-Karte Ergänzungen vorgenommen werden können. Dabei können gemeinsame Blöcke (Transceiver) und getrennte Blöcke (Basisband-Verarbeitungseinheit, Positionsmodul, Transpondermodul) gebildet werden. Natürlich lassen sich diese Funktionalitäten auch in einem gemeinsamen Chip oder Chipsatz integrieren, was technisch besonders vorteilhaft ist. Es können dann auch innerhalb des Chips gemeinsame Funktionsblöcke, wie beispielsweise der FFT-Prozessor, genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Integration der Positionsbestimmung mit der Basisband-Verarbeitungseinheit und die Integration des Transponders mit der Analog-Elektronik in einem Modul ähnlich dem in Heide, P. et al.: "Highly Integrated LTCC Front and Modules for Bluetooth and Wireless LAN Applications", ECWT Proceedings, München, 2003, vorgestellten LTCC. Für die Ausführungsform als passiver Backscatter ergibt sich eine weitere Vereinfachung, indem der Schalter zum Umschalten des Sende- und Empfangspfades direkt als Transpondermodul verwendet wird. Dabei kann die Frequenzcodierung über die Umschaltfrequenz erfolgen.
  • Von besonderem Vorteil ist die Abstandsbestimmung nicht nur zur reinen Positionsbestimmung, sondern auch zur Kanallängenmessung bzw. zur exakten Charakterisierung des Übertragungskanals, da beispielsweise verschiedene Multipath-Wege bezüglich deren Länge und Übertragungsqualität durch die vorgeschlagenen Verfahren zur Entfernungsmessung aufgelöst werden können. Eine derartige nahezu optimale Online-Analyse des Übertragungskanals kann dann hervorragend zur Organisation der Roaming- und Routing-Prozesse genutzt werden.
  • Derartige Informationen können insbesondere dann vorteilhaft genutzt werden, wenn das erfindungsgemäße WLAN-Modul ein Knoten eines selbst organisierenden Netzwerkes ist. Dann ermöglichen mehrere solche Telekommunikationserzeugnisse es zum einen, die relative Entfernung zwischen den kommunizierenden Knoten des Netzwerkes in Form der Telekommunikationserzeugnisse zu bestimmen. Zum anderen können alle ausgeführten Entfernungsmessverfahren prinzipbedingt immer auch detaillierte Informationen über den Übertragungskanal liefern, da über diesen auch die Entfernungsmessung läuft. Derartige Informationen können beispielsweise die Dämpfung, die spektrale Ver zerrung, der Delay-Spread des Kanals oder ähnliches sein. Alle Informationen zusammen, die prinzipbedingt im Knoten aber auch global gewonnen bzw. vorliegen können, bieten nahezu ideale Möglichkeiten, den optimalen und effektivsten Datentransfer von Knoten zu Knoten zu planen. So können mit derartigen Informationen leicht der kürzeste Übertragungsweg oder die optimale Datenrate, die optimalen Kanäle bzw. Modulationen, der Übertragungsweg mit der maximalen Kanalkapazität oder derjenige mit der geringsten Störwahrscheinlichkeit bestimmt werden.
  • Typischerweise besteht ein solcher Netzknoten in Form eines Telekommunikationserzeugnisses aus einer Hauptrecheneinheit, einer integrierten Entfernungsmess-(Ortungs-) und Kommunikationseinheit mit den Mitteln zur Entfernungsmessung und den Mitteln zur Telekommunikation sowie gegebenenfalls weiterer Peripherie. Peripherie können dabei Eingabe- und Ausgabegeräte, aber auch Sensoren, beispielsweise für Feuchte, Temperatur, Rauch, Gas etc., oder auch Kameras, Mikrofone usw. sein.
  • 6 zeigt ein solches Telekommunikationserzeugnis mit Entfernungsmess- und Kommunikationseinheit (WLAN + Dist.), Peripherie (Per.), Hauptrecheneinheit (HRE), Energiequelle in Form von Akku/Spannungsversorgung (Batt.), Antennenanschlüssen (ant.) und Anschlüssen für eine Spannungsversorgung (V) oder Ethernet (Net).

Claims (17)

  1. Telekommunikationserzeugnis mit – Mitteln zur Telekommunikation, – Mitteln zur Entfernungsmessung, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessung über Messen einer Signallaufzeit erfolgt.
  2. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom Telekommunikationserzeugnis zum Messen der Signallaufzeit ein Abfragesignal erzeugbar ist.
  3. Telekommunikationserzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signallaufzeit die Signallaufzeit vom Telekommunikationserzeugnis zu einem weiteren Telekommunikationserzeugnis und zurück zum Telekommunikationserzeugnis ist.
  4. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen der Signallaufzeit ein fremderzeugtes Abfragesignal empfangbar ist und das Telekommunikationserzeugnis Mittel zum Erzeugen eines Antwortsignals auf das Abfragesignal aufweist.
  5. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationserzeugnis einen Oszillator aufweist, der durch das fremderzeugte Abfragesignal zur Erzeugung des Antwortsignals quasiphasenkohärent zum fremderzeugten Abfragesignal anregbar ist.
  6. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Telekommunikationserzeugnis zwei fremderzeugte Abfragesignale mit einem Zeitversatz empfangbar sind und dass das Telekommunikationserzeugnis Mittel zum Messen des Zeitversatzes und Mittel zum Senden eines Antwortsignals nach einer Totzeit aufweist, die unter Berücksichtigung des gemessenen Zeitversatzes generierbar ist.
  7. Telekommunikationserzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Telekommunikation zumindest teilweise auch als Mittel zur Entfernungsmessung verwendbar sind.
  8. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Telekommunikation eine Antenne aufweisen, über die das Abfragesignal und/oder das Antwortsignal sendbar ist.
  9. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abfragesignal so erzeugbar ist, dass sich seine Frequenz ändert.
  10. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Telekommunikation Mittel zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz aufweisen und dass die Frequenz des Abfragesignals über die Mittel zum Einstellen einer Telekommunikationsfrequenz änderbar ist.
  11. Telekommunikationserzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationserzeugnis Mittel aufweist, um die Telekommunikation zum Durchführen der Entfernungsmessung zu unterbrechen.
  12. Telekommunikationserzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abfragesignal ein Telekommunikationssignal ist.
  13. Telekommunikationserzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Telekommunikationserzeugnis zur Telekommunikation eine Übertragungsrate von mehr als 4 KBit/s aufweist.
  14. Telekommunikationserzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Telekommunikationserzeugnis ein mobiles Endgerät, ein WLAN-Modul, ein Mobiltelefon und/oder ein PDA ist.
  15. Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen zwei Telekommunikationserzeugnissen, die jeweils Mittel zur Telekommunikation und Mittel zur Entfernungsmessung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessung über ein Messen einer Signallaufzeit durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessung zur Analyse von Länge und/oder Qualität eines Übertragungskanals verwendet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Übertragungskanals bei einer Zugriffsberechtigung für ein Telekommunikationsnetz berücksichtigt wird.
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