CN101589558B - 基于磁感应的用户界面 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线数据通信领域、用户界面领域和基于磁场的距离、位置及定向测量领域。本发明尤其涉及用于无线数据网络的接收节点、用于无线数据网络的发射节点和基于磁感应的无线数据网络。依据本发明的用于无线数据网络的接收节点包括：天线接收模块，用于接收从无线数据网络的发射节点发出的一个或多个数据信号；以及计算模块，适于计算在接收节点和发射节点之间的一个或多个距离和/或适于计算相对于接收节点的位置的发射节点的位置和/或适于计算相对于接收节点的定向的发射节点的定向；其中所述数据信号的所述接收基于磁感应并且所述一个或多个距离、所述发射节点的所述位置和/或所述发射节点的所述定向的所述计算基于所述一个或多个数据信号。
Description
技术领域
本发明涉及无线数据通信领域、用户界面领域和基于磁感应的距离、位置(position)及定向(orientation)测量领域。本发明尤其涉及用于无线数据网络的接收节点、用于无线数据网络的发射节点和基于磁感应的无线数据网络。
背景技术
图形用户界面(GUI(graphical user interface))是一种普遍的用于信息处理系统的用户界面。GUI允许用户在不了解命令语言的情况下有效地使用系统。GUI提供像键盘、触摸屏或计算机鼠标那样的特定输入装置以便让用户与系统进行交互。
本发明的目的是提供用于在无线数据网络中的距离、定位和/或定向测量的经济的技术。
发明内容
依据分别在权利要求1和21中定义的本发明的用于无线数据网络的接收节点和基于磁感应的无线数据网络来实现该目的。
依据本发明的用于无线数据网络的接收节点包括：天线接收模块，用于接收从无线数据网络的发射节点发出的一个或多个数据信号；以及计算模块，适于计算在接收节点和发射节点之间的一个或多个距离和/或适于计算相对于接收节点的位置的发射节点的位置和/或适于计算相对于接收节点的定向的发射节点的定向；其中所述数据信号的所述接收基于磁感应并且所述一个或多个距离、所述发射节点的所述位置和/或所述发射节点的所述定向的所述计算基于所述一个或多个数据信号。
在依据本发明的用于无线数据网络的接收节点中，所接收的信号携带数据并且同时被用于距离、位置和/或定位确定，因此，大部分接收机电路服务于具有如下效果的双重目的：制造成本低、节点小和重量和功耗低。
有利地，所述一个或多个数据信号包括一个或多个前同步码部分并且所述一个或多个距离、所述发射节点的所述位置和/或所述发射节点的所述定向的所述计算基于所述一个或多个前同步码部分。
有利地，所述天线接收模块适于确定一个或多个RSSI值，由此RSSI值表示所述一个或多个所接收的数据信号之一的强度并且所述一个或多个距离、所述发射节点的所述位置和/或所述发射节点的所述定向的所述计算基于所述一个或多个RSSI值。
有利地，所述无线数据网络包括适于控制输出装置的节点并且所述接收节点包括与所述发射节点和所述输出装置协作适于提供用户界面功能性的用户界面模块，由此所述所提供的用户界面功能性基于所计算的一个或多个距离、所述发射节点的所计算的位置和/或所述发射节点的所计算的定向。
在该情况下有利的是，输出装置适于将信息显示在二维显示表面上并且所述用户界面模块适于基于所计算的一个或多个距离和/或所述发射节点的所计算的位置来计算在二维参考表面上的位置，由此在所述参考表面上的位置与在所述显示表面上的位置相对应。
在该情况下有利的是，所述用户界面模块适于基于所述发射节点的所计算的定向来计算在所述参考表面上的所述位置。
在所述发射节点具有相关联的指向(pointing direction)的情况下，是有利的，其中所述用户界面模块适于基于所述发射节点的所计算的定向来计算所述指向并且在所述参考表面上的所述位置基于所述指向。
在该情况下有利的是，在所述参考表面上的所述所计算的位置对应于所述参考表面与直线的相交(intersection)，该直线由所述发射节点的所述位置和所述发射节点的所述指向来定义。
有利地，被提供作为所述用户界面功能性的组件的指针图标的大小基于所述发射节点的所计算的位置与在所述参考表面上的所述位置之间的距离。
在所述天线接收模块适于确定一个或多个RSSI值的情况下，有利的是，所述天线接收模块包括适于接收所述一个或多个数据信号的两个天线装置，所述两个天线装置位于由X轴、Y轴和Z轴定义的正交坐标系的所述X轴上，所述发射节点的所计算的位置是所述发射节点的参考点的位置，由包括第一坐标值的一个或多个坐标值来描述所述发射节点的所计算的位置，由此定义平行于X-Y平面的参考平面，定义发射节点的正常定向(normal orientation)，其中由所述参考点和发射节点的位于所述参考平面和所述参考点之间的第二点定义的直线平行于Z轴，并且在使所述发射节点保持在所述正常定向上时将所述发射节点在正的X方向上移动和在使所述发射节点的位置保持恒定时通过在正的X方向上移动所述第二点而使所述发射节点倾斜出所述正常定向均增加所述第一坐标值。
在该情况下有利的是，所述天线接收模块的所述两个天线装置是共面的、平行的和/或正交于X-Y平面。
有利地，由所述参考点和所述第二点定义的所述直线对应于由所述发射节点发出的数据信号的强度具有局部或全局最大值的方向。
有利地，描述所述发射节点的所述所计算的位置的所述一个或多个坐标值包括第二坐标值，并且在使所述发射节点保持在所述正常定向上时将所述发射节点在正的Z方向上移动增加所述第二坐标值，并且在使所述发射节点的位置保持恒定时通过在Y方向上移动所述第二点而使所述发射节点倾斜出所述正常定向增加或减小所述第二坐标值。
在该情况下，接收节点有利地包括用户界面模块，其适于提供可操作来基于所述第二坐标值控制由显示装置描绘的指针图标的大小的用户界面逻辑。
有利地，所述用户界面逻辑适于基于所述第二坐标值控制由所述显示装置显示的对象的选择和取消选择。
替代于第二坐标的上述行为，在使所述发射节点保持在所述正常定向上时将所述发射节点在正的Y方向上移动和在使所述发射节点的位置保持恒定时通过在正的Y方向上移动所述第二点而使所述发射节点倾斜出所述正常定向均可以增加所述第二坐标值。
有利地，所述参考平面是X-Y平面。可可替代地，所述发射节点位于X-Y平面中。
依据本发明的基于磁感应的无线数据网络包括依据本发明的发射节点和接收节点。
在依据本发明的基于磁感应的无线数据网络中，除了数据信号外，不需要发出用于距离、位置和/或位置确定的单独的信号，因此减少了功耗并且节省了单独的信号所要求的带宽。
附图说明
图1示出了依据本发明的包括接收节点和发射节点的无线数据网络的实施例的示意图。
图2示出了发射节点的天线发送模块和接收节点的天线接收模块的示意图。
图3示出了基于距离的2D位置计算所基于的几何原理。
图4示出了显示表面、天线装置和发射节点的期望的定位空间的可能布置。
图5示出了‘Z光标’交互方法(interaction means)的各个阶段(phase)。
图6示出了‘Z点击’交互方法的各个阶段。
图7示出了‘粘贴(stick-and-glue)’交互方法的各个阶段。
图8示出了‘选择轮(selection wheel)’交互方法的各个阶段。
图9示出了‘X轴线程(X-axis threading)’的交互方法。
图10示出了移动装置和显示装置的设置(setup)的初始情形，该设置是无线数据网络的实施例的示例。
图11示出了该设置的以下情形，在该情形下移动装置已进入存在(presence)的区域。
图12示出了该设置的以下情形，在该情形下通过移动移动装置选择文件符号。
图13示出了该设置的以下情形，在该情形下通过移动移动装置移动所选择的文件符号。
图14示出了该设置的以下情形，在该情形下通过移动移动装置将文件符号放到置放目标(drop target)上。
图15示出了该设置的以下情形，在该情形下向用户表明文件符号的成功放下。
图16示出了包括两个天线装置的天线发送模块。
具体实施方式
现在参考图1来说明本发明的优选实施例，其示出了包括无线数据网络4，该无线数据网络4包括也称为参考装置1的接收节点1、也称为交互装置2的发射节点2、网络4的也称为其它装置3的其它节点3。在网络4的节点1、2、3之间的数据传输是基于磁感应的。接收节点1、发射节点2和其它节点3可以例如是移动装置、移动电话、个人数字助理、计算机硬件(比如外围装置、输入装置、输出装置、数据存储装置)。此外，接收节点可以例如是智能致冷器、个人计算机、特定的距离、位置和/或定向测量装置、显示装置、无线键盘。此外，发射节点可以例如是便携式存储装置(例如无线存储棒)、便携式音乐播放器、静物摄影机、摄像机、遥控器。参考装置角色(role)与参考装置1相关联并且交互装置角色与交互装置相关联，这将从以下说明中变得显而易见。交互装置2和参考装置1可以仅采取一个角色，即，可以分别仅充当交互装置或参考装置，或者可以随着时间推移而采取两个角色并且交替地充当交互装置和充当参考装置。为了便于说明，仅以作为参考装置的角色来描述参考装置1并且仅以其作为交互装置的角色来描述交互装置2。然而，应当理解，在参考装置1用作参考装置且用作交互装置的情况下，参考装置1还包括交互装置2的组件并且提供与交互装置2相同的功能性(functionality)，以及在交互装置2用作交互装置和用作参考装置的情况下，交互装置2还包括参考装置1的组件并且提供与参考装置1相同的功能性。在这种情况下，单个组件、例如天线装置或处理单元可服务于两个装置角色。这例如可通过使所述组件一次服务于一个角色来实现。
交互装置2包括交互装置应用逻辑模块(IDALM)10、传统(legacy)用户界面装置模块(LUIDM)12、数据发送模块(DSM)14和天线发送模块(ASM)16。
参考装置1包括天线接收模块(ARM)18、数据接收模块(DRM)22、距离计算模块(DCM)24、位置计算模块(PCM)26、可选定向计算模块28、参考装置应用逻辑模块(RDALM)30、磁用户界面模块(MUIM)32和可选显示模块(DM)34。
可以以硬件和软件单独地或相组合地实现所述模块的信息处理能力。仅描述了与本发明有直接联系的模块。为实现交互装置2和参考装置1所需要的其它模块(比如电源和外壳)对于技术人员来说是显然的并且其描述被省略。
现在将说明交互装置2的组件模块。
交互装置应用逻辑模块(IDALM)
IDALM 10是不同应用的交互装置部分。措词“应用”表示服务(例如数据传输服务)以及当执行时提供所述服务的相应逻辑(例如软件程序信息)。为了提供其服务，应用可依靠其它服务。每个应用均包括参考装置应用逻辑模块(RDALM)30和可选交互装置应用逻辑模块(IDALM)10。例如，如果给定的应用是在交互装置2和参考装置1之间的文件传输服务，则IDALM部分10包含在接收表示文件传输应当开始的事件时允许发送数据的逻辑。为此目的，IDALM 10可使用LUIDM 12以便与交互装置2的用户进行交互，以及数据发送模块14以便与参考装置1或网络4的其它成员通信。存在这部分为空的可能应用，例如，当处于作为交互装置的角色的交互装置2被用作指针装置(pointer device)时。
传统用户界面装置(LUIDM)
LUIDM 12为IDALM 10提供一个或多个传统装置以便与交互装置2的用户进行交互。这些传统装置可包括例如按钮、滑块、旋钮、显示器、扬声器和麦克风。
数据发送模块(DSM)
数据发送模块14允许IDALM 10将数据发送给参考装置1和/或无线网络4的其它节点3。为了实现这一点，数据发送模块14使用天线发送模块16。在此应当注意，为了确保距离测量能力，在针对IDALM10没有数据要传输的情况下，可能有必要不时地将空的、冗余的、随机的或无意义的数据传输发送给参考装置1。
天线发送模块(ASM)
天线发送模块16包含一个或多个天线装置36以便将电信号转换成磁信号。图2示出了包括一个天线装置36的天线发送模块16。例如，可以将具有或不具有铁氧体(ferrite)的环形天线用作天线装置36。在下文中，天线发送模块的(多个)天线装置36将被称为(多个)发射机天线装置36。在天线发送模块16提供许多天线装置36的情况下，当与参考装置2通信时，数据发送模块14选择天线装置并且确保关于哪个天线装置被使用的知识也被传送给参考装置1。这可以例如通过在数据传输中包括天线装置的识别值(identification value)来实现。图16示出了包括两个天线装置36-1、36-2和天线驱动器(driver)电路37的天线发送模块16。天线驱动器电路37适于将待发送的信号馈送给天线装置36-1、36-2。数据发送模块14控制天线驱动器电路37以便所选择的天线装置36-1、36-2被用于发出信号。结果，天线发送模块16使用网络4采用磁感应技术将数据从数据发送模块14发送到网络4的节点(例如参考装置1)。
现在将说明参考装置1的组件模块。
天线接收模块(ARM)
天线接收模块18在本发明的该实施例中包含至少两个天线装置38来将磁信号转换成电信号。图2示出了包括两个天线装置38的天线接收模块18。例如，可以将具有或不具有铁氧体的环形天线用作天线装置38。在下文中，天线接收模块的天线装置38将被称为接收机天线装置38。尽管在此实施例中，天线接收模块18包括至少两个天线装置38，但是也可以利用仅一个接收机天线装置38来实施本发明。天线接收模块18使用网络4采用磁感应技术从该网络4的节点(例如交互装置2)接收信号。天线接收模块18测量在接收机天线装置38中的每一个中感应的电压的电平(level)。这样所测量的电平提供被称为“接收信号强度指示(RSSI)”的所接收的信号强度的指示。将RSSI值给予距离计算模块24，并且必要时给予可选定向计算模块28。由于提供了许多接收机天线装置38，所以天线接收模块18选择最好的接收信号并且将所选择的信号提供给数据接收模块22。由此，可以例如由具有最高RSSI的信号来给出最好的接收信号。代替于选择一个信号，基于多个接收信号的组合式信号可以被提供给数据接收模块22。在提供可选定向计算模块28的情况下，可以向其提供接收的信号。
数据接收模块(DRM)
数据接收模块22使用天线接收模块18从交互装置2和该无线网络的其它节点3接收数据。接收的数据被传递给合适的RDALM 30。
距离计算模块(DCM)
距离计算模块24基于由天线接收模块18提供的接收信号强度指示符(indicator)来计算从天线接收模块18到天线发送模块16的空间距离。所计算的距离是发射机天线装置36和接收机天线装置38之间的距离。待计算的距离的数目取决于发射机天线装置36的数目、接收机天线装置38的数目和以下问题：有多少接收机天线装置38从一个发射机天线装置36接收了信号。由发射机天线装置至接收机天线装置信号传输的数目给出距离的数目。例如，如果在天线发送模块16中存在一个天线装置36且在天线接收模块18中存在两个天线装置38，则如果两个接收机天线装置38二者都接收了由发送器天线装置36发送的信号的话计算两个距离。在多个发射机天线装置36的情况下，由于数据发送模块14确保关于哪个天线装置36被使用的知识被传送给参考装置1，所以距离计算模块24知道所计算的距离属于哪个发射机天线装置36以及属于哪个接收机天线装置38。
从接收信号强度计算距离的方法是公知的。对提供距离与接收信号强度指示(RSSI(received signal strength indication))之间的链接的特征函数(characteristic function)的表示不存在限制。一般而言，可以使用任何数字的、分析的、数学的或算法的描述。在当前实施例中，存储传感器响应信息的查找表和包括样条插值函数的逼近函数(approximating function)被用于将RSSI值转换成距离信息。由此，逼近函数将被用于RSSI的特定值范围，且查找表提供要被用于映射RSSI的特定值的逼近函数。
计算的记录被给予RDALM 30、磁用户界面模块32、位置计算模块26，和必要时给予可选定向计算模块28。
位置计算模块26(PCM)
在本实施例中，位置计算模块(PCM)26基于由距离计算模块24提供的距离来计算位置。从而，所计算的位置是一个或多个发射机天线装置36的位置。然而，一般而言，位置的计算不需要基于距离。所计算的位置是相对于锚定(anchor)在参考装置1处的坐标系的。位置可以是2D或3D位置，即分别提供在二维或三维空间中的定位信息。为了计算位置，使用基于距离的二维或三维定位算法。作为先决条件，接收机天线装置38之一被设置成位置(0，0)(或(0，0，0))。随后，接收机天线装置38中的另一个被设置成位置(d，0)(或(d，0，0))，其中d等于在这两个接收机天线装置38之间的距离。这持续进行直到所有的接收机天线装置38在它们定义的相对坐标系中都具有位置。n维(n＝2，3)定位算法是一种在给定多个节点j至(j-1)的位置和节点1至节点1至(j-1)的已知距离的情况下返回节点j的n维位置的计算方法。可以使用所有类型的二维或三维定位算法，例如包括双边定位(bilateration)、三边定位和多边定位(multilateration)，由此可以使用最大似然估计和质点弹簧优化(mass springoptimization)技术。一个示例是3D三边定位算法。该算法需要四个已知位置和从未知位置到这些已知位置的距离。原则上，该算法计算以所述已知位置为中心的四个球面(sphere)的交点(intersectionpoint)。这通过首先计算三个相交球面的两个可能的交点来实现。在2005年2月的IEEE Transactions on Robotics的第21卷第1期第93-101页中公开的Federico Thomas和Lluis Ros的论文“Revisiting RobotTrilateration for Robot Localization”给出了该算法的这部分的实施方式。于是，通过计算和将这些交点到第四已知位置的距离与到第四已知位置的给定距离相比较来选择这些交点之一。该算法的优点在于在计算上复杂度较低并且当距离精度是完美的时产生完美的结果。该算法的缺点在于得出的位置对距离精度误差非常敏感并且更多的已知位置及其距离并不导致更高的定位精度。另一示例是2D多边定位算法。该算法的优点在于更多的已知位置及其距离导致更高的定位精度。缺点在于其在计算上相当复杂。在2001年的ACM SIGMOBILE 7/01的公报第166-179页中公开的Andreas Savvides、Chih-Chieh Han和ManiStrivastava的论文“Dynamic Fine-Grained Localization in Ad-HocNetworks of Sensors”给出了该算法的实施方式，由此最小均方型最大似然估计被用于求解超定方程组(overdetermined systems ofequations)。更进一步的示例是质点弹簧型优化算法。在2003年4月的MIT计算机科学实验室的技术报告TR-892中的论文“Anchor-freedistributed localization in sensor networks”给出了该算法的实施方式。
在两个接收机天线装置38的情况下，距离计算模块可以计算到发射机天线装置36的两个距离并且位置计算模块26可以计算发射机天线装置36的2D位置。将参考图3来说明在这种情况下位置计算所基于的几何原理，图3示出天线接收模块18的两个天线装置38-1、38-2；平行于连接两个天线38的直线42的平面40；以天线装置之一38-1为中心的球面44，其具有与基于在天线装置38-1处的接收信号强度而被测量的距离相对应的半径；和以所述天线装置38-1、38-2中的另一天线装置38-2为中心的球面46，其具有与基于由天线装置38-2接收的信号强度而被测量的距离相对应的半径。两个球面44、46的相交产生具有与直线42重合的轴的圆48。在球面44、46不相交的情况下，距离可以按相同的比(ratio)被增长直到它们相交。圆48与平面40的相交产生发射机天线36的在平面40内的两个可能的位置50、52。如果可能位置之一(例如位置52)可以出于任何原因(包括通过定义排除)而被排除，发射机天线36的在平面40内的明确的二维位置(例如位置50)可以由位置计算模块26来计算。由X′值(其变化描述位置50沿着直线42的平移)和Y′值(其描述位置50到直线42的距离)来自然地描述二维位置50。直线42定义X′方向。在平面40内并且与直线42正交的直线(未示出)定义Y′方向。
平面40可选择为与直线42平行的任何平面。当然，平面40到直线42的距离必需等于或小于圆48的半径，否则得不到交点50、52。
在第一应用的情况下，平面40可选择为与显示表面(比如在图4中描述的显示区域54)重合，或者可选择为接近于显示表面的表面和/或可选择为平行于显示表面的表面。在这些情况下，由X′和Y′值描述的交互装置2的位置与显示表面上的位置相对应，所述显示表面上的位置可以例如由相应的X和Y坐标来描述。用户通常不被限制仅在如上定义的平面40内移动交互装置2，但用户可以被指示来这样做。导向(guiding)材料表面(例如透明屏幕)可以在这样做上给予用户帮助。不管用户是否遵循指示，位置计算模块26在假设交互装置2位于平面40内的情况下来计算位置。在平面40包括直线42的情况下，几何问题有效地为二维的，这减少了计算的复杂度。
在第二应用的情况下，平面40可选择为正交于显示表面(例如正交于在图4中描述的显示区域54)。在这种情况下，X′值与显示表面上的1D位置(例如，沿着平行于直线42的轴的位置)相对应，并且Y′值与交互装置2到显示表面的距离相对应。用户通常不被限制为在如上定义的平面40中移动交互装置2，但用户可以被指示来这样做。导向材料表面(例如桌面)可以在这样做上给予用户帮助。不管用户是否遵循指示，位置计算模块26都在假设交互装置2位于平面40内的情况下来计算位置。在平面40包括直线42的情况下，几何问题有效地为二维的，这减少了计算的复杂度。
在平面40被认为是包括交互装置2和天线装置38-1、38-2的平面的情况下，总是实现二维几何问题。
明显地，第一应用情况可以被概括为：平面40不被限制为与显示表面重合、不被限制为接近于显示表面的表面并且不被限制为平行于显示表面的表面。显然，即使没有这些限制，仍可以确定由X′值和Y′值描述的二维位置50。该二维位置可以被映射到另一二维值，例如由显示区域的X坐标和Y坐标描述的二维位置。
明显地，第二应用情况可以被概括为：平面40不被限制为与显示表面正交。显然，即使没有这些限制，仍可以确定由X′值和Y′值描述的二维位置50。X′值可被映射到显示表面的1D位置，例如沿着平行于直线42的轴的位置。Y′值与交互装置2到平面40与显示表面的相交处的距离相对应。在平面40包括直线42的情况下，Y′值与交互装置2到直线42的距离相对应。从而，Y′值可被视为对交互装置2到显示表面的距离的度量，并且是广义距离(generalized distance)的示例，所述广义距离被下面所描述的用户界面利用以便提供新型的用户交互方法。
可以例如通过如下方式放置接收机天线装置38-1、38-2来实现对可能的位置50、52之一的排除：两个可能位置50、52之一(例如位置52)位于交互装置2被期望位于的区之外。图4示出了这样的布置。在此，接收机天线装置38-1、38-2位于长方形显示区域54的左上角和右上角处(可替代地位于左下角和右下角处)，并且交互装置2仅被期望处于在显示区域54前的长方体形的区域56内。这实现了所期望的效果。两个可能位置的问题还出现在基于三个距离确定三维位置的情况下。可以用类似的方式来实现对可能的位置之一的排除，即通过限制交互装置2可被期望位于的区，这可以通过对接收机天线装置38的定位进行合适的选择来实现。在交互装置2不能被期望在限定的区内漫游的情况下，在2D的情况下可以通过增加提供第三距离的第三接收机天线装置来实现排除，而在3D的情况下可以通过增加提供第四距离的第四接收机天线装置来实现排除。
显示区域54位于具有水平的X轴、垂直的Y轴和水平的Z轴的正交坐标系的X-Y平面内。连接接收机天线装置38-1、38-2并且定义X′方向的直线42平行于X轴。可以通过X值和Y值来描述显示区域54上的位置。给定这种定义，可以描述二维位置50的两个应用情况。在第一应用情况下，所计算的X′值确定显示区域54上的位置的X值并且所计算的Y′值确定显示区域54上的位置的Y值。这是将在下文中被称为(X，Y)情况的情况的示例。在(X，Y)情况下，所计算的位置和必要时由可选定向计算模块28计算的交互装置2的定向被用于确定二维显示表面上的二维位置。在第二应用情况下，所计算的X′值确定显示区域54上的位置的X值，并且所计算的Y′值对应于控制例如在显示区域54上描绘的指针图标的大小的广义距离。这是将在下文中被称为(X，Z)情况的情况的示例。在(X，Z)情况下，所计算的位置和必要时由可选定向计算模块28计算的交互装置2的定向被用于确定二维显示表面上的一维位置并且用于进一步确定广义距离。用户界面的多个交互方法可建立在广义距离上。例如，在显示表面上描绘的指针图标的大小可取决于广义距离。
在三个接收机天线的情况下，距离计算模块可以计算到发射机天线36的三个距离，并且位置计算模块26可计算发射机天线36的3D位置。这种情况将在下文中被称为(X，Y，Z)情况。由分别与交互装置2的在X方向、Y方向、Z方向上的位置相对应的X值、Y值和Z值来描述3D位置。Z值可被视为到显示表面的距离并且可以以与在二维(X，Z)情况的情况下Y′值相同的方式被使用，即可被用作广义距离。X值和Y值可以以与在二维(X，Y)情况的情况下X′值和Y′值相同的方式被使用，即可被用于确定在二维显示表面上的二维位置。
尽管在以上说明中，假定显示区域54和接收机天线装置38-1、38-2是共位的(co-located)，但情况并不必一定如此。一般而言，显示区域54可位于与接收机天线装置38不同的位置处。这显然是可能的，因为是否存在显示区域54无关于位置确定。也可以用虚表面(imaginary surface)而不是显示表面(例如显示区域54)来说明所有的上述内容。这种情形可以与在图形输入板上使用的笔的情况相比。不存在共位(co-location)要求应用于2D情况和3D情况。同样，显示表面不需要是平坦的。显示表面可以例如是球冠(spherical cap)或球面的长方形截面。显然，同样在非平坦显示表面的情况下将X′值和Y′值映射为二维显示坐标是可能的。显然，取决于由位置计算模块26确定的Y′值或Z值(例如在显示表面上描绘的指针图标的大小)的用户界面功能性在非平坦显示表面的情况下也是可能的。
可以指示用户仅在特定的平面中操作交互装置2。例如，在接近于显示区域54的平面中(这在(X，Y)情况下是有利的)，或者在正交于显示区域54并且包括连接天线装置38-1、38-2的直线42的平面中。在后一种情况下，Y′值对应于到显示区域54的距离，这在(X，Y)情况下是有利的。另一示例是以下设置，在该设置中，图3的实际显示区域54沿着Z轴平移到远处的点，由此天线装置38-1、38-2留在X-Y平面中的它们的位置中，由此显示区域54可以被放大或收缩。在此，指示用户在连接天线装置38-1、38-2的直线42下方的X-Y平面中(例如在由显示区域54的原始位置给出的区域中)移动交互装置2。该设置在(X，Y)情况下是有利的。
由于磁场线是闭合的，由发送机天线装置36产生的磁场必然不是各向同性的(isotropic)。由发送圆形环形天线产生的磁场和接收圆形环形天线对磁场的灵敏度是旋转对称的。对称性的轴被称为天线的轴并且是具有最高场强和最高灵敏度的方向。当围绕其轴旋转这样的环形天线时，由该天线在空间中的固定点产生的磁场不改变。当围绕不同于对称轴的轴旋转该天线时，在空间中的固定点的磁场改变。清楚的是，为了实现后者效果(即磁场的改变)，天线装置不需要具有对称性的轴，并且上述旋转对称的环形天线仅作为通用天线装置的示例而被给出。为了实现改变磁场的效果，由天线装置产生的场不必显示出旋转对称性。在下文中，发送天线装置或接收天线装置的轴被分别视为最强场强或场灵敏度的方向。天线装置的定向由其轴的定向给出。当天线装置的轴分别是共面的、平行的或正交的时，天线装置是共面的、平行的或正交的。当天线装置的轴正交于另一实体(例如平面)时，所述天线装置正交于该实体。
当交互装置2被旋转时在空间中的给定点感知的改变磁场的效果可被用于检测交互装置2的定向的改变。当用户改变交互装置2的定向时，由接收机天线装置38接收的信号的信号强度(RSSI)改变，这与X′和Y′值的改变相对应。因此，用户可选择旋转交互装置2而不是平移交互装置2。
在图4的设置中，接收机天线装置38是共面的，即，两个天线装置38的两个轴位于共同的平面中。这是有利的配置，其允许用户以直觉的方式旋转交互装置2而不是平移交互装置2。
在图4的设置中，在(X，Z)情况下，天线装置38沿着Z轴定向。一般而言，取决于区域56的大小和位置，期望相对于接收机天线装置38的位置来定位交互装置，接收机天线装置38可以偏离Z轴定向，然而通常不大于30°角。在(X，Z)情况下，位置确定的行为(behavior)如下：当交互装置2被保持在X-Y平面前的其所期望位于的区域56中和在发射天线装置36平行于Z轴的正常定向中时，用户可以向右移动交互装置2由此增加X′值，并且可以向左移动交互装置2由此减小X′值。交互装置2的正常定向是不依赖于交互装置2的位置的固定定向。正常定向可通过给出连接交互装置2的两个点(例如与发射天线装置36的位置相对应的位置参考点和第二点)的直线的定向来描述。代替于移动交互装置2，用户还可以顺时针方向地(如从上看)将交互装置2旋转出其正常定向以增加X′值并且逆时针方向地(如从上看)旋转交互装置2以减小X′值。从而，X′值表现为类似于由激光指针(laserpointer)在表面上产生的斑点。类似地，用户可以将交互装置2从X-Y平面移开以增加Y′值并且朝X-Y平面移动交互装置2以减小Y′值。代替于移动交互装置2，用户还可以顺时针方向地(从右看)旋转交互装置2以增加Y′值并且逆时针方向地(从右看)旋转交互装置2以减小Y′值。
在(X，Y)情况下，位置确定的行为如下：当交互装置2被保持其所期望处于的区域56中并且被保持在给定的正常定向中时，用户可以向右移动交互装置2由此增加X′值，并且可以向左移动交互装置2由此减小X′值。交互装置2的正常定向是不依赖于交互装置2的位置的固定定向。正常定向可通过给出连接交互装置2的两个点(例如与发送天线装置36的位置相对应的位置参考点和第二点)的直线的定向来描述。代替于移动交互装置2，用户还可以顺时针方向地(如从上看)将交互装置2旋转出其正常定向以增加X′值并且逆时针方向地(如从上看)旋转交互装置2以减小X′值。类似地，用户可以向下移动交互装置2以增加Y′值并且向上移动交互装置2以减小Y′值。代替于移动交互装置2，用户还可以顺时针方向地(从右看)旋转交互装置2以增加Y′值并且逆时针方向地(从右看)旋转交互装置2以减小Y′值。从而，由X′和Y′值描述的位置表现为类似于由激光指针在表面上产生的斑点。
从而，具有一个发射机天线装置和两个共面天线装置的设置提供了激光指针效应的非常简单的实施方式。可以执行校准过程来确定测量系统的环境对测量过程的影响以便改善测量系统的准确度。
可替代地，可以基于如由可选定向计算模块28确定的交互装置2的定向来实现激光指针效应。
位置计算模块26将计算的位置给予RDALM 30、磁用户界面模块32并且必要时给予定向计算模块28。
定向计算模块(OCM)
可选定向计算模块28计算交互装置2相对于参考装置1的定向。这可以是一维、二维或三维定向。一维(1D)定向可由单个变量(variable)表示并且例如可以描述在二维平面内矢量的定向。二维(2D)定向可由两个变量表示并且例如可以描述在三维空间内矢量的定向。这样的矢量例如可以表示激光指针或棒(rod)的指向。三维(3D)定向可由三个变量表示并且例如可以描述在三维空间内现实世界对象的定向。3D定向可由描述交互装置2分别绕X、Y、Z轴的旋转(参见图4)的被称为滚动(roll)、俯仰(pitch)、偏转(yaw)的三个角来描述。
可以用不同的方式来计算定向。例如，定向计算可以基于由距离计算模块24计算的距离。在两个接收机天线装置38和两个发射机天线装置36的情况下，交互装置2的1D定向可以基于所计算的距离来计算。另一示例是使用相互正交的天线装置。在两个相互正交的发送机天线装置36和两个相互正交的接收机天线装置38的情况下，可以计算2D定向。在三个相互正交的发送机天线装置36和三个相互正交的接收机天线装置38的情况下，可以计算3D定向。通过利用调制的场来激励(excite)相互正交的发射机天线装置36中的至少一些以便产生旋转磁场，可以增加定向计算的精确性(precision)。在EugenePaperno、Ichiro Sasada和Eduard Leonovich的论文“A new method formagnetic position and orientation tracking”(IEEE transactions onmagnetics，vol.37 no.4，July 2001)给出了与旋转磁偶极子的场相对应的旋转场被产生的示例。
参考装置应用逻辑模块(RDALM)
RDALM 30是不同应用的参考装置部分(参见以上的IDALM 10的描述)。RDALM 30可访问由距离计算模块24计算的距离、由位置计算模块26计算的位置、由交互装置2或由网络4的其它节点3通过数据接收模块22传输至RDALM 30的数据、由磁用户界面模块32提供的用户交互方法和必要时由定向计算模块28计算的定向。RDALM可访问显示模块34以便将数据呈现给用户。
磁用户界面模块(MUIM)
磁用户界面模块32向RDALM 30提供软件界面，该软件界面使RDALM 30能够与用户交互。软件界面将包括光标功能性的多个交互方法提供给RDALM 30，以类似的方式，像Microsoft Windows那样的图形用户界面框架将交互方法提供给Windows程序。为此，磁用户界面模块32访问显示模块34，使用由距离计算模块24计算的距离、由位置计算模块26计算的位置和必要时由定向计算模块28计算的定向。在提供定向计算模块28的情况下，提供基于由位置计算模块26确定的交互装置2的位置和由定向计算模块28确定的交互装置2的定向的激光指针效应。在这种情况下，计算与由激光指针形成在显示或参考表面上的光斑相对应的光标位置，由此交互装置2采取激光指针的角色。然而如在以上被示出的那样，还可以在没有定向计算模块26的情况下实现激光指针效应。取决于参考装置1的距离、位置和定向确定能力，当与特定的交互装置2、特定任务的要求和用户的偏好(preference)相互配合时，磁用户界面模块32依据(X，Y)、(Y，Z)或(X，Y，Z)情况来提供用户界面方法。
在(X，Y)情况下，交互装置可被用作指针，像例如鼠标或跟踪球一样。在这种情况下，提供用于现有技术的2D图形用户界面的交互方法；交互装置2可被集成为指针的另一实例。指针的常用元件(例如用于点击的按钮和鼠标的滚动轮)被集成在交互装置2中。使用交互装置2的LUIDM 12的IDALM 10可以访问这些元件并且将像例如按钮点击和轮转动那样的相应事件通过数据发送模块14发送给参考装置1的RDALM 30。
同样在(X，Y，Z)情况下，交互装置2可被用作指针，然而，提供附加的用户交互方法。
在(X，Z)或(X，Y，Z)情况下，提供使用广义距离的交互方法。通过在(X，Z)情况下由位置计算模块26确定的Y′值或通过在(X，Y，Z)情况下由位置计算模块26确定的Z值可以给出广义距离。在基于由可选定向计算模块28提供的交互装置2的定向的激光指针效应被实现的情况下，可由从交互装置2的所计算的位置到在显示或参考表面上的所计算的光标位置的距离给出广义距离。基于所提供的广义距离的交互方法包括例如‘Z光标’、‘Z点击’、‘选择轮’、‘粘贴’和‘X轴线程’。在以下将描述这些交互方法。
在下文中，描述基于广义距离的交互方法。在参考装置2包括显示模块34的情况下，用户可以分别通过将交互装置从显示表面移开或者将交互装置朝显示表面移动来增加或减小广义距离。在参考装置2不包括显示模块34的情况下，用户可以通过将交互装置2从由参考装置1的天线装置38的布置定义的相应的虚表面移开或将交互装置2朝该相应的虚表面移动来增加或减小广义距离。
图5示出了‘Z光标’交互方法的各个阶段，其中光标图标58的大小取决于广义距离。光标58的大小随着广义距离的增加而增加。
图6示出了‘Z点击’交互方法的不同阶段。该交互方法与鼠标的‘点击’动作相对应。代替于为启动(fire)该动作而压下鼠标按钮，用户减小广义距离。如果广义距离对于给定的时间段小于给定的阈值，则动作被启动。为了使用户易于与‘Z点击’交互方法交互，指示是否达到阈值和需要多久来达到启动时间段。在按钮60的情况下，这可被可视化(例如通过改变按钮60的颜色和通过在不同的阶段示出用符号表示计时器元件62的时钟或钟针)。在阶段a)，光标还没有进入按钮60的区域。在阶段b)，光标刚进入按钮中。在阶段c)中，启动期的四分之一已过去。在阶段d)中，完全的启动期已过去并且“点击动作”被启动。
图7示出了‘粘贴’交互方法的不同阶段。该交互方法与常规的2D GUI框架的‘拖放’交互元件相对应。目的是选择在显示器上可见的对象64并且将该对象64移动到目标对象66以便启动动作。为此，‘粘贴’交互的用户将光标58移动到对象64上(阶段b)并且减小广义距离直到第一阈值被达到。在达到该阈值时，对象64被选择，这例如通过改变所选择的对象的颜色(阶段c)来表示。当对象64被选择时，其跟随光标58的移动。随后，用户将对象64移动到目标对象66(阶段d和e)并且再次减小广义距离直到第二阈值被达到。当第二阈值被达到时，对象64被贴到目标对象66并且动作被启动(阶段f)。可替代地，可以在用户增加广义距离时启动动作以便再次超过第一阈值，这次在相反的方向上。
图8示出了‘选择轮’交互方法的不同阶段，其中广义距离控制列表元件的列表(在图8中由E0至E5来表示)的循环排列(cyclicpermutation)。‘选择轮’交互方法允许从一列元件中选择一个元件而不需要向上或向下移动光标58。元件的列表在逻辑上定位于“轮”上，由此最后的和第一列表元件(E0和E1)被贴在一起。通过相对于使轮保持静止的广义距离的特定值(阶段d)来减小广义距离(阶段b)来向上移动轮并且通过相对于使轮保持静止的广义距离的特定值(阶段d)来增加广义距离(阶段c)来向下移动轮。列表的一个元件在选择域(field)68中总是可见的。当光标58离开选择域68时(阶段e)，所选择的列表元件是处于选择域68中的那个。不处于选择字段68中的元件可以是可见或不可见的。可替代地，可以通过相对于使轮保持静止的广义距离的值减小广义距离来向下移动轮并且可以通过相对于使轮保持静止的广义距离的值增加广义距离来向上移动轮。在(X，Z)情况下，这种交互方法是有用的。当然，水平轴和垂直轴的角色可以被交换。
图9示出了‘X轴线程’交互方法的示例。该交互方法在于在X方向定向的线程轴(thread axis)74上对齐例如按钮70和选择轮72的其它交互方法。在(X，Z)情况下，这种交互方法是有用的。优选地，由光标58的Y位置来给出线程轴74所位于的Y位置。
对RSSI测量机制的描述
既然已说明了交互装置2和参考装置1的模块化结构，那么将参考图2更详细地描述接收信号强度的测量，图2示出了在天线发送模块16中的一个天线装置36和在天线接收模块18中的两个天线装置38的示例情况。
为了计算距离，距离计算模块24依靠由天线接收模块18提供的信息。在天线装置38之一中测量的信号电平提供数值(RSSI)，该数值与在接收机天线装置38的所述之一中由通过发射机天线装置36产生的磁场感应的电压直接相关。为所有接收机天线装置38单独地测量信号电平并且为接收机天线装置38中的每一个提供RSSI值。
物理层用来测量在接收机天线装置38中感应的信号电平的机制将本发明与传统的基于磁耦合的距离和定位系统相区分。例如，代替于如由US 4 945 305、US 6 369 564和EP 1 601 929所提出的在发射机侧产生恒定的连续波(CW)以创建可在接收机侧测量的磁场，就通信而言，本发明利用携带在交互装置2和参考装置1之间正在进行的通信的数据的磁场并且将用于距离确定的相同的磁耦合原理。
基于磁感应的无线数据通信有利地通过利用待发射的数据对信号的调制来进行。像在RF无线通信系统那样，一旦被滤波和上转换，所调制的信号就被施加到交互装置2的传输天线装置。天线发送模块16包括用于执行这样的处理的发射机76。发射机76包括用于对包括待发送的信息的调制器信号进行滤波的发射机滤波单元78、用于利用调制器信号调制载波信号的上转换器80、用于将上转换的信号转换成模拟信号的数字模拟转换器82、用于对模拟信号进行低通滤波的低通滤波器84、用于在低通滤波的信号被施加到发射机天线装置36之前放大该低通滤波的信号的放大器86。将载波信号的频率范围选择在范围3MHz至50MHz内。通过磁波传播(近场)的属性来建立频率范围的上限，这是由于在50MHz以下磁场效应显然占优势于(dominate over)电场效应(远场)。然而，还可以以更高的频率来操作本发明。已建立下限以便具有为满足数据通信部分的数据速率要求可用的足够带宽。如果可以降低数据速率，则本发明也可以工作在更低的频率。还考虑了关于所允许的最大功率传输的管制议题(regulatory issue)。
在发射机侧由天线发送模块16产生的经调制的磁场在接收机侧在接收机天线装置38中感应电压，这允许恢复所发射的信号并解调所发送的数据。而且，像在RF无线通信系统中一样，在接收信号可以被解调之前完成了若干预处理阶段，即放大、下转换、滤波、同步、自动增益控制(AGC)、信道均衡、信道补偿和其它，并非所有的都用图4中的相应元件示出。除了用于接收所发射的信号的两个接收机天线38之外，天线接收模块18还包括用于执行这种处理的接收机88。接收机88包括：两个放大器90，用于放大在接收机天线装置38中的每一个中感应的电压；AGC单元92，用于为信号中的每一个测量RSSI值并且基于相应的RSSI值改变放大器90中的每一个的增益以便补偿由通信信道引起的发射信号衰减；两个模拟数字转换器94，用于将两个放大的信号中的每一个数字化；两个下转换器96，用于对两个数字化的信号中的每一个进行下转换；以及两个接收机滤波单元98，用于对两个下转换的信号中的每一个滤波。如果通过了接收机滤波单元98，两个信号被提供给包括在接收机88中的同步单元100。所接收的信号中的最好的一个，例如具有最高RSSI的那个，被提供给数据接收模块22。
如上所述，AGC单元92改变放大器90中的每一个的增益以便补偿由通信信道引起的发射信号衰减。不幸地，传输信道的衰减特性允许通过测量信号衰减了多少来确定在发射机侧天线装置36和接收机侧天线装置38之间的距离：信号电平越高(越低)，距离越短(越长)。因此，使用AGC来恢复数据信号电平阻止了使用信号电平来测量距离和/或位置。然而，存在不受自动增益控制影响的信号的一部分并且因此可以被用于测量距离和/或位置：前同步码(preamble)102。在无线数据传输的领域中的普通用法是将待传输的数据划分成称为帧104的部并且使称为前同步码102的已知图样(pattern)102位于通过空中要传输的每一个帧104之前。交互装置2适于给这种信号提供前面有前同步码102的数据部分104。在参考装置1中，前同步码102被AGC单元92用于计算要由放大器90之一应用以便放大通过接收机天线装置38之一接收的输入帧104的增益，被用于使接收机88为帧数据104的到来作准备，并且更一般而言，被用于对接收机88进行同步。同步单元100识别前同步码102的开始和结束以及帧数据104的开始和结束。基于该信息，同步单元100同步AGC单元92以便可以将正确的放大应用于信号的数据部分104。同步单元100还触发距离、位置和必要时定向计算模块24、26、28以在前同步码时间期间操作。在前同步码时间102期间在两个接收机天线装置38二者中所测量的RSSI值被提供给距离计算模块24并且必要时提供给定向计算模块28。
在数据通信正在进行时将前同步码102用于进行距离或位置测量使得该解决方案非常有吸引力地被用在用户的动作(修改移动装置相对于接收机的位置或距离)触发数据通信动作的用户界面情景(scenario)中。
显示模块(DM)
可选显示模块34允许磁用户界面模块32和RDALM 30与用户在视觉上通信。尽管显示模块34可以是参考装置网络节点1的一部分，但显示模块还可以位于网络4的任何其它节点3上或者可以仅被连接到参考装置1或者可以否则可由参考装置1访问。
对示例图形用户界面的描述
依靠基于磁场的本发明定位技术的图形用户界面为用户提供了在多维的球面内直观地将对象与服务相关联的能力。基于处在彼此的定位跟踪范围中的装置的类型和能力，合适的与上下文相关的服务被自动显示给用户。通过以多维来旋转和移动交互装置2，将用户的动作和与上下文相关的服务的其可能关联的直观表示提供给该用户。
在下文中，将关于磁网络4的示例设置来说明示例(X，Z)情况用户界面的属性，该磁网络4包括具有单个天线装置的移动装置106(例如移动电话)、和具有两个天线装置110、112的显示装置108。移动装置106是发射节点2或交互装置2的上述实施例的示例。移动装置106提供包括播放音频和拍照的各种服务。为此，移动装置106提供合适的IDALM 10。显示装置108是接收节点2或参考装置2的上述实施例的示例。显示装置108提供各种服务，包括显示图片和存储数据(例如将各种媒体存储在数据存储单元(未示出)上)。为此，显示装置108提供合适的RDALM 30。数据存储单元不需要位于显示装置108上并且可以例如位于家庭服务器上。
图10描述了移动装置106和显示装置108的初始设置。显示装置108的显示表面114位于X-Y平面内，由此Y轴指向上而X轴指向右。Z轴正交于X-Y平面并且指向在显示装置108前面的用户。显示装置108的一个天线装置110位于显示装置108的左边缘处。另一天线装置112以与左侧天线装置110相同的高度位于显示装置的右边缘处。从而，连接两个天线装置110、112的连接线116为水平定向。在(X，Y)用户界面的情况下，连接线116优选地位于显示装置108的实际显示区域114之上(或之下)。在此所讨论的(X，Z)情况示例中，连接线116可以位于显示区域114的上边缘和下边缘之间而没有不利影响。
在初始设置中，移动装置106和显示装置108都在通信范围之外。因此，显示装置108不显示移动装置106的指示。在显示装置108周围的其中移动装置106和显示装置108处于通信范围内的区域是存在区域。
用户界面提供检测存在和识别进入通信范围内的对象的能力。一旦移动装置10进入显示装置108的通信范围，移动装置106的作为指针图标的图形表示118被显示。图形表示118跟随移动装置10在X方向上的移动。除了被用于定位跟踪和装置检测之外，移动装置106和显示装置108的无线数据通信能力还被用于传送上下文数据，该上下文数据用于移动装置108的图形表示118并且用于与像图片传送或音乐下载那样的与上下文相关的服务的其可能关联。
图11示出了移动装置108刚进入通信范围的情形。在下图中没有示出天线装置110、112。为了向用户表示两个装置二者都已经检测到彼此，显示装置108描绘移动装置108及其服务的图形表示118。在该示例中，由表示图片文件的文件符号120来表示在移动装置106上的图片文件的可用性。文件符号120被置于图形表表118上。图形表示118的X位置与位于显示装置108的垂直中心面的右边的移动装置106的X位置一致。此外，由显示装置108以服务图标122的形式显示显示装置108的上下文相关的服务。在该示例中，服务图标122是表示显示装置108的文件存储能力的文件夹符号122。在与图形表示118相同的Y位置处显示服务图标122，即在与图形表示118公共的水平线程轴(未示出)上显示服务图标122。当用户在物理上移动移动装置106时，图形表示118改变大小并且在显示装置108的显示区域内移动。当例如通过沿Z方向朝显示装置108移动移动装置106来减小广义距离时，图形表示118变小。当例如通过沿Z方向远离显示装置108移动移动装置106来增加广义距离时，图形表示118变大。当移动装置106沿X方向向右移动时，其图形表示118沿X方向向右移动。当移动装置106沿X方向向左移动时，其图形表示118沿X方向向左移动。移动装置106在Y方向上的移动可对其图形表示118的Y位置具有影响，但不影响其图形表示118的X位置。为便于说明，在下文中假定用户通过沿Z方向远离或朝显示表面114移动移动装置106来增加和减小广义距离。
用户界面提供选择对象的能力。参考图12来描述该能力。通过将接近于显示表面114的移动装置106移入对象的图形表示(在此为文件符号120)的区域内并且使其保持在那儿一定量的时间来选择对象。这种方法提供了避免按任何类型的按钮来确认选择请求的可能性。一旦移动装置106处于特定的距离阈值以下，初始化倒计数以便对选择流程的起动进行可视化。可以例如通过改变所选对象的颜色、形状或纹理来执行可视化，并且可以如在‘Z点击’的情况中那样通过计时器元件来实现可视化。一旦成功完成倒计数，所选对象120实质上变成粘着的(sticky)。可以通过使距离增加得超过阈值或通过离开移动装置106的图形表示的区域来中止倒计数操作及其相关联的选择流程。在此应注意的是，一般可通过离开存在区域来中断或终止每个动作。例如，可以通过对象颜色的改变来对文件符号的成功选择进行可视化。图12示出了用户已经成功选择了文件符号120的情形。注意，图形表示118与文件符号120重叠。由于根据移动装置106向显示表面114的接近而减小图形表示的大小，如果显示重叠图形表示118，则文件符号120将会覆盖图形表示118。还可以通过半透明的对象图标来解决位于相同位置的对象的可见性问题。
用户界面提供了响应于用户移动而移动对象的能力。参考图13来描述该能力。如上所述，所选对象120改变成粘着模式并且将从而跟随移动装置106的移动。粘着模式持续直到移动装置106增加到显示表面114的距离直到达到了广义距离的特定阈值或者直到另一上下文相关的对象被选择。在(X，Y，Z)用户界面的情况下，所选对象120跟随移动装置在X和Y方向上的移动。在此说明的(X，Z)情况下，所选对象120仅跟随X方向的移动。图13示出了文件符号120被拖动到文件夹符号122上的情形。
用户界面提供了识别上下文相关的置放目标并且响应于用户输入将对象放到上下文相关的置放目标上的能力。参考图14来描述该能力。显示装置108的文件服务器服务被识别为潜在的上下文相关的置放目标。一旦释放事件(release event)被处理，则对置放目标的选择被接受。通过使移动装置106远离显示表面114移动同时保持X位置124稳定在表示置放目标的图标122的区域内来将广义距离增加到特定水平之上来检测释放事件。
用户界面提供了给用户呈现该用户的交换作用的取决于目标服务特性的结果的能力。图15示出了在将由文件符号120表示的文件对象放到由文件夹符号122表示的文件服务器对象上之后成功的文件传送服务交互。为了对用户交互进行可视化，所传送的文件被表示为文件夹符号122的一部分。
图16示出了具有两个天线装置36-1、36-2和天线驱动电路126的天线发送模块16。数据发送模块14选择哪个天线装置被用于发送信号并且相应地指示天线驱动电路126对天线进行馈送。
尽管在此公开并详述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员显然的是，可以在不脱离在所附权利要求书中定义的本发明的范围的情况下对本发明的配置、操作和形式进行各种修改。尤其，应当注意的是本发明的各自的特点、甚至仅与本发明的其它特点结合所公开的那些特点，可以以除对本领域技术人员来说显而易见为没意义的那些组合之外的任何组合方式来组合。
Claims (19)
1.一种用于无线数据网络的接收节点(1)，包括：
天线接收模块(18)，用于接收从无线数据网络(4)的发射节点(2)发出的一个或多个数据信号；以及
计算模块(24，26，28)，适于计算相对于接收节点(1)的定向的发射节点(2)的定向；
其中，
所述一个或多个数据信号的所述接收基于磁感应，
所述发射节点(2)的所述定向的所述计算基于所述一个或多个数据信号，并且
所述一个或多个数据信号包括一个或多个前同步码部分(102)并且所述发射节点(2)的所述定向的所述计算在所述一个或多个前同步码部分(102)期间进行，
由此所述无线数据网络(4)包括适于控制输出装置的节点，并且
所述接收节点(1)包括与所述发射节点(2)和所述输出装置协作地适于提供用户界面功能性的用户界面模块(32)，由此所述所提供的用户界面功能性基于所述发射节点(2)的所计算的定向，以及
由此输出装置适于将信息显示在二维显示表面(54)上，并且其中
所述用户界面模块(32)适于基于所述发射节点(2)的所计算的定向来计算在二维参考表面上的位置，由此在所述参考表面上的位置与在所述显示表面(54)上的位置相对应。
2.如权利要求1所述的接收节点(1)，其中所述天线接收模块(18)适于确定一个或多个RSSI值，由此RSSI值表示所述一个或多个所接收的数据信号之一的强度并且所述接收节点和所述发射节点之间的一个或多个距离、所述发射节点(2)的所述位置和/或所述发射节点(2)的所述定向的所述计算基于所述一个或多个RSSI值。
3.一种用于无线数据网络的接收节点(1)，所述无线数据网络包括适于控制输出装置的节点，所述输出装置适于将信息显示在二维显示表面(54)上，所述接收节点包括：
天线接收模块(18)，用于接收从无线数据网络(4)的发射节点(2)发出的一个或多个数据信号；以及
计算模块(24，26，28)，适于计算在接收节点(1)和发射节点(2)之间的一个或多个距离和/或适于计算相对于接收节点(1)的位置的发射节点(2)的位置和/或适于计算相对于接收节点(1)的定向的发射节点(2)的定向；
其中，
所述数据信号的所述接收基于磁感应，
所述一个或多个距离、所述发射节点(2)的所述位置和/或所述发射节点(2)的所述定向的所述计算基于所述一个或多个数据信号，
所述接收节点(1)包括与所述发射节点(2)和所述输出装置协作地适于提供用户界面功能性的用户界面模块(32)，由此所述所提供的用户界面功能性基于所计算的一个或多个距离、所述发射节点(2)的所计算的位置和/或所述发射节点(2)的所计算的定向，并且
所述用户界面模块(32)适于基于所计算的一个或多个距离和/或所述发射节点(2)的所计算的位置来计算在二维参考表面上的位置，由此在所述参考表面上的位置与在所述显示表面(54)上的位置相对应。
4.如权利要求1或3所述的接收节点(1)，其中所述用户界面模块(32)适于基于所述发射节点(2)的所计算的定向来计算在所述参考表面上的所述位置。
5.如权利要求1或3所述的接收节点(1)，由此所述发射节点(2)具有相关联的指向，并且其中
所述用户界面模块(32)适于基于所述发射节点(2)的所计算的定向来计算所述指向，并且
在所述参考表面上的所述位置基于所述指向。
6.如权利要求5所述的接收节点(1)，其中
在所述参考表面上的所述所计算的位置对应于所述参考表面与直线的相交，该直线由所述发射节点(2)的所述位置和所述发射节点(2)的所述指向来定义。
7.如权利要求1或3所述的接收节点(1)，其中
被提供作为所述用户界面功能性的组件的指针图标(58)的大小基于在所述发射节点(2)的所计算的位置与在所述参考表面上的所述位置之间的距离。
8.一种用于无线数据网络的接收节点(1)，包括：
天线接收模块(18)，用于接收从无线数据网络(4)的发射节点(2)发出的一个或多个数据信号；以及
计算模块(24，26，28)，适于计算在接收节点(1)和发射节点(2)之间的一个或多个距离和/或适于计算相对于接收节点(1)的位置的发射节点(2)的位置和/或适于计算相对于接收节点(1)的定向的发射节点(2)的定向；
其中，
所述数据信号的所述接收基于磁感应，
所述一个或多个距离、所述发射节点(2)的所述位置和/或所述发射节点(2)的所述定向的所述计算基于所述一个或多个数据信号，
所述天线接收模块(18)适于确定一个或多个RSSI值，由此RSSI值表示所述一个或多个所接收的数据信号之一的强度，并且所述一个或多个距离、所述发射节点(2)的所述位置和/或所述发射节点(2)的所述定向的所述计算基于所述一个或多个RSSI值，
所述天线接收模块(18)包括适于接收所述一个或多个数据信号的两个天线装置(38)，
所述两个天线装置(38)位于由X轴、Y轴和Z轴定义的正交坐标系的所述X轴上，
所述发射节点(2)的所计算的位置是所述发射节点(2)的参考点的位置，
由包括第一坐标值的一个或多个坐标值来描述所述发射节点(2)的所计算的位置，
由此，
定义平行于X-Y平面的参考平面，
定义发射节点(2)的正常定向，其中，由所述参考点和发射节点(2)的位于所述参考平面和所述参考点之间的第二点定义的直线平行于Z轴，并且
在使所述发射节点(2)保持在所述正常定向上时将所述发射节点(2)在正的X方向上移动和在使所述发射节点(2)的位置保持恒定时通过在正的X方向上移动所述第二点而使所述发射节点(2)倾斜出所述正常定向均增加所述第一坐标值。
9.如权利要求8所述的接收节点(1)，其中
所述天线接收模块(18)的所述两个天线装置(38)是共面的。
10.如权利要求8所述的接收节点(1)，其中
所述天线接收模块(18)的所述两个天线装置(38)是平行的。
11.如权利要求8所述的接收节点(1)，其中
所述两个天线装置(38)中的每一个均正交于X-Y平面。
12.如权利要求8所述的接收节点(1)，由此
由所述参考点和所述第二点定义的所述直线与由所述发射节点(2)发出的数据信号的强度具有局部或全局最大值的方向相对应。
13.如权利要求8所述的接收节点(1)，其中
描述所述发射节点(2)的所述所计算的位置的所述一个或多个坐标值包括第二坐标值，并且
在使所述发射节点(2)保持在所述正常定向上时将所述发射节点(2)在正的Z方向上移动增加所述第二坐标值，并且在使所述发射节点(2)的位置保持恒定时通过在Y方向上移动所述第二点而使所述发射节点(2)倾斜出所述正常定向增加或减小所述第二坐标值。
14.如权利要求13所述的接收节点(1)，包括：
用户界面模块(32)，适于提供可操作来基于所述第二坐标值控制由显示装置(34)描绘的指针图标(58)的大小的用户界面逻辑。
15.如权利要求14所述的接收节点(1)，其中：
所述用户界面逻辑适于基于所述第二坐标值控制对由所述显示装置(34)显示的对象(64)的选择和取消选择。
16.如权利要求8所述的接收节点(1)，其中
描述所述发射节点(2)的所述所计算的位置的所述一个或多个坐标值包括第二坐标值，并且
在使所述发射节点(2)保持在所述正常定向上时将所述发射节点(2)在正的Y方向上移动和在使所述发射节点(2)的位置保持恒定时通过在正的Y方向上移动所述第二点而使所述发射节点(2)倾斜出所述正常定向二者均增加所述第二坐标值。
17.如权利要求8至16中任何一项所述的接收节点(1)，其中
所述参考平面是X-Y平面。
18.如权利要求16所述的接收节点(1)，由此
所述发射节点(2)位于X-Y平面中。
19.一种基于磁感应的无线数据网络(4)，包括
依据权利要求1至18中任何一项所述的用于无线数据网络的接收节点(1)。
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