通过媒体以信号运行时间来测量距离的电信产品的制作方法

专利名称：通过媒体以信号运行时间来测量距离的电信产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动式电信产品，即，用于信息传送的产品，其例如包含移动电话，WLAN卡或PDA，并且已经常常用在日常生活中。此种移动式并且也可为固定式的无线电信产品的停留位置，就原理而言是不为人所知的。但在很多情况下，辨认或决定该装置的位置是值得追求的。该电信产品例如在建筑物，球队和系统管理，设备管理，交互式游戏等等之中适用于一种与上下文相关的数据传送、定位/导航等。
背景技术：
目前为止上述以无线电为主的电信产品的位置不为人所知或只稍微为人所知。为了进行定位，则须使用其它可以在单元(cell)平面上分析位置的方法，这包括一种可以利用所接收的信号强度来决定距离的方法，以及一种可决定所接收的信号的方向的方法。此处可参考Vossiek et al.“Wireless Local Positioning-Concepts，Solutions，Applications”，RAWCON，Boston，2003.
由一种技术上完全不同的领域中已知的多种测量距离所用的方法，其与信号运行时间有关。该运行时间例如是在一种转发器(Transponder)和一基地台之间测得。然后对该运行时间的信息进行评估。这些方法和典型的配置已描述在WO 03/040753 A1中。

发明内容
本发明的目的是在电信产品中提供一种已改良的测量距离的可行方式。
该目的通过权利要求书独立权项中所述的本发明来实现。有利的其它形式描述在本发明的各项从属权利要求中。
因此，一种电信产品具有用于通信的媒体和用于测量距离的媒体。须设计该用于测量距离的媒体，使距离测量可通过信号运行时间的测量来实现。
较佳是产生测量信号以测量信号运行时间，该测量信号例如询问信号。
为了测量该电信产品和例如另一电信产品之间的距离，则原则上发出具有时间码的测量信号即已足够，使另一电信产品可接收该测量信号并且借助于该接收时间来评估该测量信号。当然该电信产品和另一电信产品的时钟须准确地在实际时间上实现同步。其时钟通常不是处于此种同步情况中。
因此，另一种方式是使该信号运行时间设计成由该电信产品至另一电信产品且又返回到该电信产品时的信号运行时间，其包括另一电信产品中可能发生的延迟时间(中断时间)。
通过上述射程往返时间(Round Trip Time of Flight)的距离测量，则电信产品中即可不需安装真实时间显示用的时钟。
该电信产品和另一电信产品对该距离的测量较佳是以相同方式来构成，使其可触发一种射程往返时间的询问并且也可回答此种询问。因此，通过该电信产品(其用于测量距离的媒体可产生该询问信号以测量该信号运行时间)也可以接收由外部所产生(例如，来自另一个电信产品)的询问信号，并且该距离测量用的媒体具有一种媒体，其用于对该外部所产生的询问信号产生并且发出一个回答信号。
在上述的射程往返时间的距离测量中会发生一种问题，即，在被询问的电信产品中该中断时间(或延迟时间)必须已知或等于零。该中断时间即所谓的延迟时间，其例如是由于在电信产品中的运行时间和处理时间所造成。
上述二种方式的后者(即，中断时间等于零)是以下述方式来实现，即，该询问信号实际上又反射回来而成为回答信号。因此，该用于距离测量的媒体较佳是具有一种主动式(即，设有一种特定的能源)振荡器，其可以通过外部所产生的询问信号来触发以产生一种相位，它是与该外来的询问信号形成准相干(quasi coherent)的回答信号。
另一方式是该询问信号也可通过被动式的反射而转换成一回答信号，此种反射例如可通过反射器、镜面、反向散射转发器及/或一种表面波组件来实现。但此种方式的缺点是其只可测量很小的距离。从而，根据该辐射能量随着半径的四次方而衰减。
另一方式是该无中断时间在被询问的电信产品中能够为人所知。因此，时钟形式的时间计数器在该电信产品中和另一电信产品中必须同步，这些电信产品依据实际的角色分布，而且分别扮演用于询问的电信产品或被询问的电信产品。通过该被询问的电信产品，则可接收两种外来的，具有时间偏移的询问信号，且该用于测量距离的媒体具有一种用于测量该时间偏移的媒体以及一种在该中断时间后发出一种回答信号用的媒体，其在考虑该已测得的时间偏移时，对该电信产品进行测量。若该时间偏移界定在两个外来的询问信号之间，则该电信产品可由其本身特定的时钟所测得的时间偏移而计算出「其时数相对于用于询问的电信产品的时数的偏差数」。该电信产品因此可以送回一种具备中断时间的回答信号，该中断时间已依据该用于询问的电信产品的时数来调整。特别有利的是，只有该两个电信产品的时数的相对的偏差可被修正，即，绝对时间不需同步。
该回答信号又由用于询问的电信产品所接收，并且因此例如可通过FMCW或PN方法来算出该信号的运行时间。该回答信号于是通常可以向下混合。
在移动式电信产品中，由于成本和重量的原因，则使用尽可能小的硬件是重要的。因此，该用于通信的媒体至少一部分也可以用来测量距离，其也可以以各种不同的方式而用在此处所述的通信和距离测量的组合和整合中。
因此，开始时该用于通信的媒体可具有一种发送及/或接收路径，并且可以利用该发送及/或接收路径来发送及/或接收该测量距离用的信号。
为了能够测量该信号的运行时间，则该询问信号以及该回答信号须将一种依据至少一个由发出该询问信号所用的电信产品所得知的时间上的关系来改变成其频率。在最简单的情况下，该询问信号具有至少两种频率并且因此具有一种频率跳跃(Hop)。但一种较高的测量准确性和一种较简单的处理方法可以通过该测量信号的频率改变成线性斜坡的形式来实现，或者改变成一种通过多个频率跳跃所形成的斜坡的形式来实现。因此，特别是能够以一种模拟方式来作进一步处理。
假如该用于通信的媒体具有一个用于调整的媒体且因此能够以频率合成器的形式来使通信频率改变，则同样也可以改变该询问信号的频率。于是又可以节省硬件。
假如该用于调整通信频率的媒体，其被设计成可操作在不同的频道，则此时所用的频率切换器也可以同时用来使该询问信号的频率改变。
另一方式是在距离测量时，使模拟或数字数据输入至电信产品的通信分路(即，用于通信的媒体)中，而不是输入电信数据，该模拟或数字数据可以使该电信产品产生一种用于使其频率改变的信号。
第三种可能方式是在该用于通信频率调整的媒体的频率输入端上预先施加不同的频率，这些频率由该用于通信频率调整的媒体设定成「高」状态并且因此可以形成多个频率不同的询问信号。
显示该询问信号所用的方式当然也可类似地用于该回答信号中。另一方式是该回答信号就像先前所述者一样也可以以反射而回的方式来形成。
原则上该通信和距离测量的组合和整合能够以两种方式来实现。其中一种方式是通信(电信媒体主要用来进行该通信)必须中断以进行距离的测量。电信产品必须具有一种相对应而设计的运行控制器，其例如在询问另一电信产品以导入距离测量过程时，必须使通信中断，并且转换至一种状态中，在该状态中可以接收或发出一种询问信号。
另一方式是就下一个整合过程而言，甚至可以使用电信信号来作为询问信号。这特别是在「该电信产品在通信中所用的通信标准已显示有频率跳跃」时适用，就像IEEE 802.11中所述的情况一样。
上述的电信产品实质上是一种电信产品而不是一种转发器或其它测量距离用的产品，则例如可确定该用于通信的电信产品具有一种较4KBit/s还大的传送速率。
该电信产品特别是移动式终端机、WLAN卡、移动电话及/或PDA，其是依据一种用于电信的传送标准，例如，GSM、UMTS及/或WLAN标准IEEE 802.11x(其中x是任意的字母或一些字母的组合)来操作。
在用于测量两个电信产品(其分别具有用于通信的媒体和用于测量距离的媒体)之间距离的方法中，必须测量信号运行时间来测量距离。本方法的较佳的实施形式类似于该装置的较佳的实施形式，并且反之亦然。例如，就该装置的个别的媒体而言，可以设有相对应的步骤，并且反之亦然。
距离测量特别是可以用来分析一种传送通道的长度及/或质量。
特别是在查验电信网络的存取权限时须考虑该传送通道已测得的或已分析出的长度。因此，除了一些已保留的区域(例如，VIP休息室)之外，例如都可提供一种WLAN服务。另一方式是可抑制一种未授权而侵入至WLAN网络的行为，当此种侵入行为实际上存在于预设的区域之外部时。
本发明的其它特征和优点以下将依据图式，并且描述在各实施例中。


图1是具有定位功能的WLAN卡形式的电信产品。
图2是图1的电信产品的高频处理单元。
图3是距离测量方法的流程图。
图4是转发器模块。
图5是定位模块。
图6是集成式电信产品。
具体实施例方式
另外，在数字式电信产品中，描述用射程往返时间(Round TripTime of Flight)来距离测量的方法、产品、配置和算法，该数字式电信产品，例如依据WLAN标准IEEE 802.11而操作成一种通信产品。
现代的电信产品典型方式是包含一种用于通信的媒体，其形式是图1上方所示的三个功能方块发送和接收路径(TX/RX天线/切换/信号路径)，高频处理单元和基频处理单元。因此，该数字式通信信号通过一个或多个天线而被接收且存入至高频处理单元中。因此，各发送和接收路径通常互相隔开并且通过一开关来进行切换。实际的WLAN模块，例如同样描述在Heide，P.et al.“HighlyIntegrated LTCC Front and Modules for Bluetooth and Wireless LANApplications”，ECWT Proceedings，München，2003中。
图2是高频处理单元的典型的功能方块图，其形式是一种模拟式的射频IC，其包含一个发送频率向上转换单元(TXUp-Convert)，其通常将电信信号向上转换成5GHz。此外，如下所示，其也可用来产生用于测量距离的(询问)信号。此外，该高频处理单元含有接收频率向下转换单元(RXDown-Convert)以及接收中频处理单元(RXIF-Processing)。
最后，该高频处理单元也具有用于调整电信频率的媒体，其形式是一种频率合成器，其可支配频率输入端并且可以支配各个发送频率向上转换单元和接收频率向下转换单元的连接。
在利用该发送和接收路径进行接收之后，各信号向下混合至该高频处理单元中并且被放大从而继续传送至基频处理单元。基频处理单元的输出信号以类似方式相对应地被放大，向上转换至该发送频率，进行滤波并且发送至该发送和接收的路径天线。
在该基频处理单元中，各信号被数字化且数据被相对应地译码或被编码以便传送，并且转换成该高频处理单元用的模拟信号。
上述系统现在与距离测量功能单元相组合。该用于通信的媒体至少一部分也可以用来测量距离。此外，另外还有用于测量距离的媒体，其具有功能方块，各功能方块可以另外加入以测量距离及包含其它不能由用于通信的媒体所能实现的附加功能。用于距离测量的各功能方块实际上当然可依据布局的选择而集成化于，和用于通信媒体相同的IC上。测量距离用的媒体包含-定位模块(距离处理)，其通过距离测量来进行位置测量并且使已接收的数据数字化并进行评估；-转发器模块(反向散射振荡器)，其将已接收的询问信号送回以作为回答信号；情况需要时以同步器(时序/控制)作为流程控制。
电信产品的配置以下述方式来处理。连接装置(例如，计算机)触发距离的测量。短时间中通信会中断且该定位模块利用高频处理单元而发送其用于测量距离的询问信号。该询问信号可为频率斜波(Ramps)和非连续的频率序列。在距离测量之前的短暂时间中，该询问信号会被传送到至少另一个已加入的电信产品中，以启动该电信产品的转发器模块，若该转发器模块本来即未处于持续操作状态中时。该另一个电信模块的转发器模块对已进入的信号以其识别码(ID)来进行调变。这例如是通过频率编码或通过垂直正交的码序列(扩散频谱，CDMA方法)来进行。辐射回来的回答信号在该电信产品中被接收，以及在高频处理单元中向下混合，并且在定位模块中被数字化以及在情况需要时受到评估。特别是该用于通信的媒体或连接到该电信产品的计算机，能够以其主处理器和主处理器中所设定的处理智能(intelligence)来作为评估用的一部分。当行动电话和PDA连接成计算机或用来取代计算机时，则上述相对应的情况也适用于行动电话和PDA的可程序化的处理器。
图3是测量距离的流程图。步骤S1中产生一个用于测量距离的询问。步骤S2中，通信保持在WLAN卡形式的已受询问的电信产品中，并且触发该距离测量用的电信产品(其是以WLAN卡的形式)，使用该询问信号以作为距离测量信号。然后，该已受询问的WLAN卡的转发器模块则以该询问信号(其反射成回答信号)的各自的识别码(ID)来对该询问信号进行调变。这显示在步骤S3中。步骤S4中，该触发用的卡使已接收的回答信号的频率下降，在进行数字化并且情况需要时，对该回答信号进行评估。然后，该触发用的卡使已评估(情况需要时)的数据转送至询问器。最后，步骤S5中通信又重新开始。
转发器模块中较佳是使用一种已调变的反向散射器(如WO01/23906 A1中所述者)或使用一种如WO 02/03096 A1中所述的用于切换的振荡器。该转发器模块直接连接至天线，典型上是连接至一个发射天线。当每次通信中事先都预告一种距离测量时，则特别有利的是只驱动该转发器。因此，通常在利用蓄电池而被供给能量的移动式电信产品中可以节省能量。
图4显示一种转发器模块(反向散射/振荡器)、发送和接收路径(TX/RX天线/切换/信号路径)及其功能单元。该发送和接收路径例如包含一种LTCC FEM R005，其同时形成在发送和接收之间的切换器中。该转发器模块具有一种振荡器，其通常利用一种开关而又被接通，使其可通过一种利用该发送和接收路径而耦合至其上的询问信号以相位准相干的方式而被激发，因此产生一种回答信号，其对该回答信号也形成相位准相干的关系。其它方法和装置(其能够以上述方式而有利地与WLAN通信模块相组合)描述在DE 199 46 168 A1和WO 03/047137 A2中。
该用于测量距离的媒体的定位模块，直接设置在用于通信的媒体的内部结构(Infrastructure)上，特别是设置在高频处理单元的频率合成器上。典型的配置显示在图5中，其中该高频处理单元和定位模块的模拟/数字转换器利用高频处理单元的接收分路(RX)而互相连接。此外，高频处理单元和该定位模块也利用该高频处理单元的发送分支(TX)而互相连接。该定位单元因此可选择性地(optionally)具有一种码加法器(Addit.code)。此外，该定位模块可支配用于产生频率斜坡(Ramp)的媒体，但该媒体也可集成(integrated)成一种主计算机单元的形式而成为数字单元的一部分。该数字单元是与模拟/数字转换器相连接，并且与可选择的码加法器相连接。该数字单元可以在芯片内部中实现一种协调和同步的功能，并且可以在芯片内部中进行控制以及进行距离数据的转送。该数字单元可以支配一种至PC的连接。PC中也可以处理由模拟/数字转换器所数字化的回答信号或所属的距离资料。依据制作方式，上述功能也可以部分的，或者甚至完全的由PC来接管。
该数字单元或连接至其上的频率斜波产生器利用频率合成器的频率输入端与高频处理单元的频率合成器相连接。因此，可选择性地设置一个中频(IF)时钟。
在触发该距离测量过程之后，定位模块产生该距离测量信号的第一部分，其是由该询问信号所设定。依据所使用的形式而存在多种不同的可能性。一种可能的方式是产生线性的频率斜波。频率合成器必须与该频率斜波相配合，或外部的频率源必须以中频时钟的形式而互相配合。特别有利的是使用很短的斜波，从而，这样可以使通信的中断时间较短。另一实施形式是使用非连续的频率步级(step)以取代频率扫描。因此，可特别有利地依据典型的非连续分布的通信频道和相对应的构件的特性来调整。两种信号形式适合用于距离的测量。相对应的方法则描述在DE 199 46 168A1，WO 03/047137 A2，WO 01/23906 A1和WO 03/40753 A1中。
由转发器模块所发出的，并且反射回到其它卡上的信号利用通信频道的接收路径而被接收且降频。然后，该信号在定位模块中被数字化，并且该信号在该定位模块中及/或在用于询问的PC形式的系统中被评估。该定位模块因此也可接管个别流程的同步功能。
在定位及通信相组合时，这两种过程的同步特别重要。因此，存在着一种实施可行性，即，距离测量和通信依序以分时多重存取(TDMA)法来进行。典型方式是，首先在正常的数据流中一起发出用于距离测量的询问，例如利用一种特殊的位序列或一种特殊的数据封包(Packet)来实现。然后，在短时间中进行距离的测量，接着又进行通信。由于转发器模块的地址空间有限，则特别有利的是，例如利用相邻的文字列而动态地分配地址至每一个参加该距离测量的系统中。此种分配可与数据流一起发出以触发该距离的测量。另一方式是全部的参加者可以依序被测量，于是该转发器模块的有限的地址空间问题即可解决。缺点是会耗费更多的时间。
除了TDMA法之外，也可使用分频多重存取(FMDA)法。此时必须通过部分动态式的、确定的频率分配来进行编码。因此，特别是与OFDM法相组合时是有利的，从而，在适当的制作过程中该通信不会中断。当然，在触发该距离测量之后，该转发器必须对应于已一致的编码特性，从而同样使各频带接通。缺点是会有更多的技术上的耗费。
在制作一种具有用于距离测量的媒体的电信产品时，典型方式是使各个以可定位的通信模块的形式而存在的芯片位置扩充成具备LPR功能。图1可作为一个例子，其中可在WLAN卡中进行扩充。因此，可形成一般的方决(收发器)和相隔开的方块(基频处理单元、定位模块、转发器模块)。当然，这些功能也可以整合在一个共同的芯片或芯片组中，其在技术上特别有利。也可以在芯片内部中使用共同的功能方块，例如，FFT处理器。特别有利的是定位模块与基频处理单元整合在一个模块中，以及转发器与模拟电路整合在一个模块中，其类似于Heide，P.et al.“HighlyIntegrated LTCC Front and Modules for Bluetooth and Wireless LANApplications”，ECWT Proceedings，München，2003中所建议的LTCC。就被动式的反向散射器的实施形式而言可更简化，此时该发送和接收路径的切换用的开关直接用作转发器模块。因此，频率编码可通过该切换频率来实现。
特别有利的是，距离测量不只用来纯粹作为定位用，而且也可用来测量通道长度，或测定该传送通道的正确的特性，因为例如各种不同的多路径方式就其长度和传送质量而言，可以通过所建议的用于距离测量的方法来实现。该传送通道的此种几乎是最佳化的在线(On line)分析可明显地用来组构该漫游和路径选择过程。
当本发明的WLAN模块是一种自我组构式的网络的节点时，可以特别有利地使用上述信息。于是，多个上述的电信产品一方面可以决定用于该网络通信的电信产品形式的各节点之间的相对距离，并且另一方面，所有的被执行的距离测量的方法，通常也可以依据其原理而提供该传送信道的详细信息，因为距离测量也利用该传送通道。上述的信息例如也会衰减、光谱会失真、通道会发生延迟扩展(Delay-Spread)或类似现象等。全部的信息(其在原理上存在于节点中但也可广域地(global)获得)几近理想化地、可使数据最佳化地、并且有效地由一个节点传送至另一节点。因此，利用这些信息可以容易地实现最短的传送路径或最佳的数据速率、最佳的信道或调变，该传送路径是以最大的信道容量或以最小的干扰机率来决定。
上述的电信产品形式的网络节点典型方式是由主计算机单元、集成式距离测量(定位)单元和通信单元所构成，其具有用于距离测量的媒体及用于通信的媒体，并且情况需要时也具有其它的接口设备。各接口设备可以是一种输入和输出装置，也可以是传感器(例如，湿气、温度、烟气、媒气等等传感器)或照相机、麦克风等等。
图6显示该电信产品，其具备距离测量和通信单元(WLAN+Dist.)，接口设备(Per.)，主计算机单元(HRE)，蓄电池/电压供应器(Batt.)形式的能源，天线终端(ant.)和电压供应(V)用的终端或以太网络(Net)。
符号说明Per. 接口设备WLAN+Dist. 通信单元HRE主计算机单元Batt. 蓄电池/电压供应器Ant. 天线Net以太网络
权利要求
1.一种电信产品，其包含用于通信的媒体，用于距离测量的媒体，其特征在于距离测量是通过测量信号运行时间来实现。
2.根据权利要求1所述的电信产品，其中可由所述电信产品产生询问信号以测量该信号运行时间。
3.根据权利要求1或2所述的电信产品，其中，所述信号运行时间是由一个电信产品至另一个电信产品，并且又回到所述电信产品时的信号运行时间。
4.根据权利要求3所述的电信产品，其中，可接收由外部产生的询问信号来测量该信号运行时间，并且所述电信产品具有用于由所述询问信号而产生用于回答信号的媒体。
5.根据权利要求4所述的电信产品，其中，所述电信产品具有振荡器，其可由外部所产生的询问信号来激发而产生，对所述外部所产生的询问信号而言是相位准相干的回答信号。
6.根据权利要求4所述的电信产品，其中，可由所述电信产品接收两个具有时间偏移，并且由外部所产生的询问信号，而且所述电信产品具有用于测量时间偏移的媒体和用于在中断时间后发送回答信号的媒体，该中断时间可以考虑在该已测得的时间偏移时产生。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电信产品，其中，该用于通信的媒体至少一部分也可作为用于距离测量的媒体。
8.根据权利要求2或4所述的电信产品，其中，所述用于通信的媒体具有天线，利用天线可以发送所述询问信号及/或该回答信号。
9.根据权利要求2所述的电信产品，其中，可以产生所述询问信号，使其频率改变。
10.根据权利要求9所述的电信产品，其中，所述用于通信的媒体具有用于调整通信频率的媒体，并且所述询问信号的频率可以利用用于调整所述通信频率的媒体来改变。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电信产品，其中，该电信产品具有媒体，其用来使该通信中断以进行距离测量。
12.根据权利要求2所述的电信产品，其中，所述询问信号是通信信号。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电信产品，其中，所述用于通信的电信产品具有比4KBit/s还大的传送速率。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电信产品，其中，所述电信产品是移动式终端机、WLAN模块、移动电话及/或PDA。
15.一种用于测量两个电信产品间的距离的方法，其中，各电信产品分别包含用于通信的媒体和用于距离测量的媒体，其特征为距离测量是通过信号运行时间的测量来进行。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述距离测量是用来分析传送通道的长度及/或质量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，对于电信网络的存取权限须考虑所述传送通道的长度。
全文摘要
一种电信产品具有用于通信的媒体和用于距离测量的媒体，其中距离测量是通过信号运行时间的测量来实现。
文档编号G01S13/82GK1961219SQ200580014268
公开日2007年5月9日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年3月10日
发明者马丁·福西克, 帕特里克·海德, 莱夫·维贝金, 彼得·古尔登, 迪尔克·贝克尔 申请人:西门子股份有限公司