CN103518408A - 用于提供信息的系统以及关联设备 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于将地点信息提供给用户的系统。所述系统包括至少一个磁场信标机。每个信标机包括：用于生成以与所述信标机相关联的信息编码的磁场的装置。提供一种通信设备，包括：用于检测所述信标机所发射的已编码磁场的装置以及用于提取在检测到的磁场中编码的信息的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提供信息的系统以及关联设备。具体地，本发明涉及一种用于增强封闭环境中(例如建筑物、地下、堆建或多木区域等)的通信设备的定位的系统，但不限于此。
背景技术
随着移动计算和通信设备以及特别是移动(蜂窝)电话的日渐流行，现在人们普遍多数时间将他们的移动设备随身携带。这些设备关于它们的使用各种短距离和／或宽范围无线和有线技术来与彼此和其它设备(PC、膝上型设备、电视等)的能力日益灵活。移动(蜂窝)电话的功能归因于对固态电子领域的进展的特定程度而在近年来已经急剧增加。这种状况已经带来了移动电话(被称为“智能电话”)的发展，包括很多增强特征，例如用于位置找寻的全球定位系统(GPS)跟踪、用于运动感测的加速计以及用于方向找寻的磁力计形式的罗盘。
智能电话和其它移动消费设备通常从GPS卫星检索定位数据。然而，GPS定位在某些情况下(具体地说，在例如室内、地下或在枝叶的覆盖下的环境中，其中，获得卫星定位可能是困难的或甚至不可能的)可能是不可靠的。这样可能导致如此情况：用户鲜有或没有对于他们可用的位置信息，这当用户处于不熟悉的环境中时是尤其不利的。
应理解，大量其它应用遭遇相似的问题，尤其是传统通信手段可能并不足够或期望的应用。
此外，为了使用GPS来检索位置定位，需要大量能量。这对于移动电话尤其成问题，在移动电话中，将能量使用状况保持得尽可能低从而维持电池寿命是重要的。因此，如果备选方法在消耗更少能量和／或提供更高定位精度的同时实现类似的作用，则甚至当良好GPS信号可用时，其也会是有利的。
发明内容
根据本发明一方面，提供一种通信系统，用于将信息提供给移动电话的用户，所述系统包括：信标机，包括：用于生成具有时变磁场矢量的磁场的装置，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码；移动设备，包括：用于检测具有所述信标机所生成的所述时变磁场矢量的磁场的装置；以及用于从检测到的磁场提取所述已编码信息的装置。
根据本发明另一方面，提供一种移动设备，用于将信息提供给所述移动设备的用户，所述移动设备包括：用于检测信标机所生成的磁场的装置，其中，所述磁场具有时变磁场矢量，并且所述时变磁场矢量已受调制，以对信息进行编码；以及用于从所述磁场提取已编码信息的装置。
所述移动设备可以包括与所述信标机所位于的地点相关联的地点信息。
所述用于检测磁场的装置可以包括磁力计。所述磁力计可以包括操作为方向找寻设备(例如罗盘)的磁力计。
所述提取装置可以基于所述磁场矢量的幅值、所述磁场矢量的方向和／或所述磁场矢量的偏振来提取信息。
所述检测装置可以检测并区分多个单独的已编码磁场。所述检测装置可以检测并区分各由不同的各个信标机所发射的多个单独的已编码磁场。所述检测装置可以检测多个单独的磁场之间的相位关系，由此在所述单独的场之间进行区分。所述检测装置可以使用多个单独信号之间的相位关系，以确定所述移动电话相对于每个所述单独信号的起源的位置。
所述信息可以包括所述信标机的标识符。
所述移动设备还可以包括：用于检索与所述标识符相关联的地点信息的装置。所述检索装置可以经由与电信网络的连接来检索所述地点信息。所述检索装置可以从所述移动电话的存储器检索所述地点信息。所述检索装置可以经由互联网连接来检索所述地点信息。
所述移动设备还可以包括：用于在信标机的所述检测之前与一组信标机中的每个信标机的相应标识符相关联地存储关于每个信标机的地点信息的装置，其中，所述检索装置操作用于：在检测由与特定存储的标识符相关联的信标机生成的磁场时，从所述本地存储的地点信息中检索与所述特定存储的标识符相关联的地点信息。
所述检索装置可以从远程源检索关于所述组中的每个信标机的所述地点信息，以用于由所述存储装置进行存储。
所述检索装置可以响应于检测到被配置为触发关于所述组中的每个信标机的所述地点信息的所述检索的信标机，从所述远程源检索关于所述组中的每个信标机的所述地点信息。
所述存储装置可以响应于所述用户进行的特定请求而存储关于所述组中的每个信标机的所述地点信息。
所述存储装置可以存储关于所述组中的每个信标机的所述地点信息作为用于将所述设备配置为在定位系统内操作的处理的一部分。
唯一标识码可以定义所述信标机的标识符。所述唯一标识码可以具有对于一组信标机的各标识符共用的部分。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定建筑物(或区域)内。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定地理地域内。所述唯一标识码可以是在特定建筑物或区域内唯一的。所述唯一标识码可以是在特定地域内唯一的。所述唯一标识码可以是全球唯一的。
所述移动电话还可以包括：用于获得测量结果并使用所述测量来增强所述移动设备的定位的装置。
所述测量可以包括以下项中的至少一个：加速计测量、地理定位测量以及网络信号测量。
所述测量结果可以用于通过卡尔曼滤波器和／或颗粒滤波器来增强所述地点信息。
根据本发明另一方面，提供一种在系统中使用的磁场信标机，用于将信息提供给移动设备的用户，所述信标机包括：用于生成具有时变磁场矢量的磁场的装置，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码。
所述磁场信标机还可以包括：用于对所述多个信标机中的另一个所生成的已编码磁场进行检测并解码的装置。
所述用于生成磁场的装置可以包括在控制器的控制之下的至少一个线圈。
所述用于生成磁场的装置可以包括相对于彼此基本上相互正交定向的多个线圈。所述用于生成磁场的装置可以生成旋转磁场。
在所述磁场中编码的信息可以包括相关码。在所述磁场中编码的信息可以包括所述信标机的标识符。
标识码(其可以是唯一的)可以定义所述标识符。所述标识码可以具有对于一组信标机的各标识符共用的部分。
所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定建筑物(或区域)内。
所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定地理地域内。
所述标识码可以是在特定建筑物或区域内唯一的。所述标识码可以是在特定地域内唯一的。所述标识码可以是全球唯一的。
所述信标机还可以包括：用于经由网络进行通信的装置。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状而被编码(例如超复数编码)。
所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状可以与所述信标机的标识符对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向改变速率可以与数据码元对应。
根据本发明另一方面，提供一种服务器，用于在定位系统中使用，所述服务器可以包括：用于存储信标机的标识符的装置；用于存储与所述标识符相关联的地点信息的装置；用于从移动设备接收地点信息请求的装置，其中，所述请求包括所述移动设备所检测到的信标机的标识符；用于基于所述请求中所接收到的标识符来检索所请求的地点信息的装置；用于将检索到的地点信息发送到所述移动设备的装置。所述服务器可以形成移动设备的一部分。
所述服务器可以位于移动设备外部并且在广域网(WAN)内。所述服务器可以位于移动设备外部并且在局域网(LAN)内。
所述地点信息可以包括定位信息、教育信息、描述信息和／或广告信息中的至少一个。所述地点信息可以包括媒体内容(例如文本、音频、视频等中的至少一个)。
根据本发明另一方面，提供一种在通信系统执行的将信息提供给移动电话的用户的方法，所述方法包括：信标机生成具有时变磁场矢量的磁场，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码；移动设备检测具有所述信标机所生成的所述时变磁场矢量的磁场；从检测到的磁场提取已编码信息。
根据本发明另一方面，提供一种移动设备所执行的方法，所述方法包括：检测信标机所生成的磁场，其中，所述磁场具有时变磁场矢量，并且所述时变磁场矢量已受调制，以对信息进行编码；从所述磁场提取所述已编码信息。
根据本发明另一方面，提供一种磁场信标机所执行的方法，所述方法包括：生成具有时变磁场矢量的磁场，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码。
根据本发明另一方面，提供一种服务器所执行的方法，所述方法包括：存储信标机的标识符；存储与所述标识符相关联的地点信息；从移动电话接收地点信息请求，其中，所述请求包括所述移动电话所检测到的信标机的标识符；基于所述请求中所接收到的标识符来检索所请求的地点信息；将检索到的地点信息发送到所述移动电话。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，用于将信息提供给移动设备的用户，所述系统包括：信标机，包括：用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源，所述通信装置包括：用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；用于检测受调制以对信息进行编码并由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场的装置；用于提取在检测到的由除所述信标机之外的所述源所生成的所述磁场中编码的信息的装置；移动设备，包括：用于检测所述信标机所生成的所述磁场的装置；用于提取在检测到的由所述信标机所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
根据本发明另一方面，提供一种移动设备，包括：用于检测所述信标机所生成的所述磁场的装置；用于提取在检测到的由所述信标机所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
所述移动设备还可以包括：用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述移动设备之外的磁场源，所述通信装置包括：用于生成受调制以对与所述移动设备相关联的信息进行编码的磁场的装置；用于检测受调制以对信息进行编码并由除所述移动设备之外的所述磁场源生成的磁场的装置；用于提取在检测到的由除所述移动设备之外的所述源所生成的所述磁场中所编码的信息的装置。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，用于将信息提供给移动设备的用户，所述系统包括：多个信标机，每个信标机包括：用于使用磁场与每个其他信标机进行通信的装置，所述通信装置包括：用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；用于检测受调制以对信息进行编码并由每个其他信标机生成的各个磁场的装置；用于提取在检测到的由每个其他信标机所生成的所述磁场中编码的各个信息的装置。
所述信标机可以包括：用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源，所述通信装置包括：用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；用于检测受调制以对信息进行编码并由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场的装置；用于提取在检测到的由除所述信标机之外的所述源所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
至少一个其他设备可以包括另一信标机。至少一个其他设备可以包括移动电话。
根据本发明另一方面，提供一种在通信系统执行的将信息提供给移动设备的用户的方法，所述方法包括：信标机使用磁场与至少一个其他设备进行通信，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源；所述信标机生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场；所述信标机检测受调制以对信息进行编码并由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场；移动设备检测所述信标机所生成的所述磁场；提取在检测到的由所述信标机所生成的所述磁场中编码的信息。
根据本发明另一方面，提供一种在通信系统执行的将信息提供给移动设备的用户的方法，所述方法包括：多个信标机使用磁场与每个其他信标机进行通信，所述通信包括：生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场；检测受调制以对信息进行编码并由每个其他信标机生成的各个磁场；并提取在检测到的由每个其他信标机所生成的所述磁场中编码的各个信息。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，用于从移动设备提供信息，所述系统包括：移动设备，包括：用于生成受调制以对与所述移动设备相关联的信息进行编码的磁场的装置；接收机，包括：用于检测所述移动设备所生成的所述磁场的装置；用于提取在检测到的由所述移动设备所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
根据本发明另一方面，提供一种移动设备，用于在系统中提供信息，所述移动设备包括：用于生成受调制以对与所述移动设备相关联的信息进行编码的磁场的装置。
根据本发明另一方面，提供一种接收机，用于在系统中提供信息，所述接收机包括：用于检测所述移动设备所生成的所述磁场的装置；以及用于提取在检测到的由所述移动设备所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
根据本发明另一方面，提供一种由通信系统执行的从移动设备提供信息的方法，所述方法包括：移动设备生成受调制以对与所述移动设备相关联的信息进行编码的磁场；接收机检测所述移动设备所生成的所述磁场；所述接收机提取在检测到的由所述移动设备所生成的所述磁场中编码的信息。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，用于相对于信标机来定位移动设备，所述系统包括：信标机，包括：用于生成具有预定义时间依赖形状的三维时间依赖磁场的装置；通信设备，包括：用于检测所述三维时间依赖磁场的装置、用于提取所述磁场的时间和／或空间特性的装置、用于对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置；用于基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置的装置。
根据本发明另一方面，提供一种信标机，用于在系统中使用，包括：用于生成具有预定义时间依赖形状的磁场的装置。
所述预定时间依赖形状可以被配置为：表示所述信标机的标识。所述预定时间依赖形状可以与在所述信标机处的可变强度的旋转磁偶极相对应。
根据本发明另一方面，提供一种用于在系统中使用的通信设备，包括：用于检测三维时间依赖磁场的装置；用于提取所述磁场的时间和／或空间特性的装置；用于对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置；用于基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置的装置。
所述用于确定所述通信设备的位置的装置操作用于：提取所述磁场强度，并且基于所述磁场强度而提取距离。
所述用于确定所述通信设备的位置的装置可以基于所提取的时间和／或空间特性来提取相对于所述源的角位置。
所述用于所述磁场的所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性的装置可以：执行所述预测的磁场与所提取的磁场之间的互相关；以及检测所述互相关的输出中的峰值。
所述用于所述磁场的所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性的装置可以：利用以下方法中的至少一种来检测所述互相关的输出中的所述峰值：最小均方、遗传算法或穷尽搜索。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统所执行的相对于信标机来定位移动设备的方法，所述方法包括：信标机生成具有预定义时间依赖形状的三维时间依赖磁场；通信设备检测所述三维时间依赖磁场，提取所述磁场的时间和／或空间特性；对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较；基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置。
根据本发明另一方面，提供一种在系统中由信标机所执行的方法，所述方法包括：生成具有预定义时间依赖形状的磁场。
根据本发明另一方面，提供一种在系统中由通信设备所执行的方法，所述方法包括：检测三维时间依赖磁场；提取所述磁场的时间和／或空间特性；对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较；基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，用于在紧急情况下从移动设备生成告警信号，所述系统包括：移动设备，包括：用于生成受调制以提供告警信号的磁场的装置；检测设备，包括：用于检测所述移动设备所提供的所述告警信号的装置；用于向用户通知接收所述告警信号的装置。
根据本发明另一方面，提供一种移动设备，用于在紧急情况下提供告警信号，所述移动设备包括：用于生成受调制以对告警信号进行编码的磁场的装置。
所述用于生成磁场的装置可以包括在控制器的控制之下的至少一个线圈。
所述用于生成磁场的装置包括相对于彼此基本上相互正交方位的多个线圈。所述用于生成磁场的装置可以生成旋转磁场。
所述用于生成磁场的装置可以将与所述移动设备有关的信息编码到所述磁场中。在所述磁场中编码的信息可以包括所述移动设备的相关码和／或标识符。
在所述磁场中所编码的信息可以包括以下项中的至少一个：用于辅助定位的信息、地点信息、当前地理位置(例如GPS)定位、最近地理位置(GPS)定位。
可以通过对所述时变磁场矢量的方向进行调制来对所述磁场进行编码。所述磁场矢量的方向可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变进行调制而被编码。所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状而被编码(例如超复数编码)。
所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状可以与所述移动设备的标识符对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制而被编码。所述磁场矢量的方向改变速率可以与数据码元对应。
所述移动设备还可以包括：用于检测另一设备所生成的磁场的装置。所述移动设备还可以包括：用于对检测设备所生成的磁场进行检测的装置。
所述移动设备可以在检测到所述检测设备所生成的所述磁场时生成磁场。所述移动设备可以在接收到检测设备所生成的所述检测到的磁场时将功率转换到所述用于生成磁场的装置，由此提供增强信号。所述用于检测磁场的装置可以检测磁场的强度。所述磁场生成装置可以生成具有依赖于检测到的磁场的强度的形式的磁场。所述用于检测磁场的装置还可以包括：用于提取在所述检测到的磁场中编码的信息的装置。所述检测到的磁场中所提取的信息可以包括地点信息。
所述移动设备还可以包括以下单元中的至少一个：加速计、麦克风、心率监视器和／或用于与这些设备进行通信的装置。来自所述至少一个单元的信息可以被编码到所述移动设备所生成的磁场中。来自至少一个单元的已编码信息可以表示生命体征。
所述移动设备可以是可连接到移动电话的。
所述用于生成磁场的装置可以通过无线方式链接到所述移动电话。
根据本发明另一方面，所述移动设备可以包括移动电话。
根据本发明另一方面，提供一种检测设备，用于在紧急状况的情况下向用户通知接收告警信号，所述检测设备包括：用于检测在移动设备所生成的已编码磁场中提供的告警信号的装置；以及用于向用户通知接收所述告警信号的装置。
所述检测设备还可以包括：用于从检测到的由移动设备所生成的所述磁场中提取与所述移动设备有关的信息的装置。从所述检测到的磁场中提取的信息可以包括地点信息和／或生命体征指示。
所述检测设备还可以包括：用于生成磁场的装置。所述用于生成磁场的装置可以包括在控制器的控制之下的至少一个线圈。所述用于生成磁场的装置可以包括相对于彼此基本上相互正交定向的多个线圈。所述用于生成磁场的装置可以适于：在所述磁场中对与所述检测设备相关联的信息进行编码。所述用于生成磁场的装置可以生成旋转磁场。
在所述磁场中所编码的信息可以包括相关码、所述检测设备的标识符。
所述检测设备可以包括：用于经由网络进行通信的装置。
可以通过对所述时变磁场矢量的方向进行调制来对所述磁场进行编码。所述磁场矢量的方向可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变进行调制而被编码。所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变可以与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状而被编码(例如超复数编码)。
所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状可以与所述信标机的标识符对应。所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向改变速率可以与数据码元对应。
可以在载具(例如遥控载具(ROV)或无人空中载具(UAV))上提供所述检测设备。
根据本发明另一方面，提供一种由通信系统执行的用于从移动设备生成告警信号的方法，所述方法包括：移动设备生成受调制以提供告警信号的磁场；检测设备检测所述移动设备所提供的告警信号；所述检测设备向用户通知接收所述告警信号。
根据本发明另一方面，提供一种提供告警信号的移动设备所执行的方法，所述方法包括：生成受调制以对告警信号进行编码的磁场。
根据本发明另一方面，提供一种检测设备所执行的向用户通知接收告警信号的方法，所述方法包括：检测在移动设备所生成的已编码磁场中所提供的告警信号；向用户通知接收所述告警信号。
根据本发明另一方面，提供一种用于地下环境的通信系统，所述系统包括：多个收发机设备，每个收发机设备包括：第一装置，用于使用第一通信介质来与所述多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信，所述第一通信介质包括磁场；第二装置，用于使用除磁场之外的第二通信介质来与所述多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信；其中，每个收发机设备操作用于：当使用所述第二通信介质的通信中断时，从使用所述第二通信介质的通信切换到使用所述第一通信介质的通信。
根据本发明另一方面，提供一种用于地下环境的收发机设备，所述收发机设备包括：第一装置，用于使用第一通信介质来与多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信，所述第一通信介质包括磁场；第二装置，用于使用除磁场之外的第二通信介质来与所述至少一个其他收发机设备进行通信；其中，所述收发机设备操作用于：当使用所述第二通信介质的通信中断时，从使用所述第二通信介质的通信切换到使用所述第一通信介质的通信。
所述用于通信的第一装置可以使用具有时变磁场矢量的磁场来进行通信，其中，所述时变磁场矢量受调制以对将要通信的信息进行编码。
所述收发机设备可以使用所述用于通信的第一装置和／或第二装置来对包括与所述收发机设备所位于的地点相关联的地点信息的信息进行通信。
所述收发机设备还可以包括：用于在所述收发机设备所位于的区域中获得测量结果的装置，其中，所述收发机设备操作用于：使用用于通信的所述第一装置和／或第二装置来对表示所述测量结果的信息进行通信。
所述测量可以包括所述收发机设备所位于的区域中占优的环境条件的测量。
所述获得装置可以包括：用于接收测量结果的装置，操作用于：从包括用于执行所述测量的传感器的设备接收所述结果。
所述传感器设备可以与所述收发机设备集成，或可以与所述收发机设备分离，所述测量结果可以是以无线方式获得的。
所述收发机设备可以使用用于通信的所述第一装置和／或第二装置来接收所述至少一个其他收发机设备所通信的信息，并且用于使用用于通信的所述第一装置和／或第二装置来将所述接收到的信息通信(例如转发)到至少一个又一收发机设备。
所述收发机设备可以使用所述第二通信介质来检测中断通信，其中，所述收发机设备操作用于：在检测到所述中断时，发起所述从使用所述第二通信介质的通信到使用所述第一通信介质的通信的切换。
当所述中断已经产生时，所述收发机设备可以在接收到经由所述第一通信介质或另一通信介质所通信的信号时发起所述从使用所述第二通信介质的通信到使用所述第一通信介质的通信的切换。
所述收发机设备可以检测并区分多个单独的已编码磁场。
所述收发机设备可以检测并区分以待通信的信息编码的多个单独的磁场，每个单独的磁场是由不同的各个收发机设备所发射的；和／或检测所述单独的磁场之间的相位、频率和／或时间关系，由此在所述单独的磁场之间进行区分。
所述收发机设备还可以包括：装置，用于生成所述第一通信介质的磁场，用于将信息通信到所述至少一个其他收发机设备，所述磁场生成装置包括至少一个线圈。
所述磁场生成装置可以包括相对于彼此基本上相互正交定向的多个线圈。所述磁场生成装置可以生成旋转磁场。
所述收发机设备可以通过调制所述时变磁场矢量的方向以对所述信息进行编码来将信息编码到所述磁场中。所述磁场矢量的方向可以与数据码元对应。
所述收发机设备可以通过调制所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变以对所述信息进行编码来将信息编码到所述磁场中。所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变可以与数据码元对应。
所述收发机设备可以通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状来将信息编码到所述磁场中(例如超复数编码)。所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状可以与所述收发机设备的标识符对应。
所述收发机设备可以通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制以对所述信息进行编码来将所述信息编码到所述磁场中。所述磁场矢量的方向改变速率可以与数据码元对应。
每个收发机设备可以：在公共通信时隙使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的每一个所通信的各个信息；在其他通信时隙中将所接收到的信息通信到至少一个其他收发机设备。
当中断使用所述第二通信介质的通信时，每个收发机设备可以确定适合于与所述至少一个其他收发机设备进行通信的通信配置，并且基于所述通信配置来配置所述第一通信装置，由此从使用所述第二通信介质的通信到使用所述第一通信介质的通信的所述切换包括到根据所述通信配置的通信的切换。所述通信配置可以包括优化为占优环境条件的通信配置。
每个收发机设备可以基于使用所述第一通信介质从所述至少一个其他收发机设备所通信的信息来确定适于与所述至少一个其他收发机设备进行通信的所述通信配置。
所述通信配置可以包括标识待通信到所述收发机设备的信息的至少一个源。所述通信配置可以包括标识待由所述收发机设备所通信的信息的至少一个目的地。所述通信配置可以包括标识待由所述收发机设备用于信息通信的至少一个功率电平。
所述收发机设备可以使用所述第一通信介质(或另一无线通信介质)从移动通信设备接收信息，并且将所述信息转发到所述至少一个其他收发机设备。
从所述移动通信设备接收到的信息可以包括与所述移动设备所位于的地点有关的信息和／或与所述移动设备所位于的地点中的环境／通信条件有关的信息。
所述收发机可以获得标识所述移动通信设备的位置的信息，并将具有标识所述移动设备的信息的所述标识所述移动通信设备的位置的信息转发到所述至少一个其他收发机设备。
所述收发机可以：使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的所述至少一个其他收发机设备所通信的信息或另一源所通信的信息，所述通信的信息具有除接收所述通信的信息的收发机设备之外的终止目的地；将所述接收到的信息通信到至少一个又一收发机设备，其中，所述又一收发机设备包括接收所述通信的信息的收发机设备与所述终止目的地之间的中间目的地、或所述终止目的地。
根据本发明另一方面，提供一种用于地下环境的通信系统所执行的方法，所述方法包括：多个收发机设备，每个收发机：使用第一通信介质来与所述多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信，所述第一通信介质包括磁场；使用除磁场之外的第二通信介质来与所述多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信；其中，每个收发机设备：当使用所述第二通信介质的通信中断时，从使用所述第二通信介质的通信切换到使用所述第一通信介质的通信。
根据本发明另一方面，提供一种用于地下环境的收发机设备所执行的方法，所述方法包括：所述收发机设备：使用第一通信介质来与多个收发机设备中的至少一个其他收发机设备进行通信，所述第一通信介质包括磁场；使用除磁场之外的第二通信介质来与所述至少一个其他收发机设备进行通信；其中，所述收发机设备：当使用所述第二通信介质的通信中断时，从使用所述第二通信介质的通信切换到使用所述第一通信介质的通信。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，包括：多个收发机设备，每个收发机设备包括：用于使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信的装置；其中，每个收发机设备可以：在公共通信时隙使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的每一个所通信的信息；在其他通信时隙中将所述接收到的信息通信到至少一个其他收发机设备。
根据本发明另一方面，提供一种收发机设备，包括：用于使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信的装置；其中，每个收发机设备可以：接收所述多个其他收发机中的每一个所通信的信息，以在公共通信时隙中使用所述磁场来接收所述多个其他收发机设备中的每一个所通信的信息；在其他通信时隙中将所述接收到的信息通信到至少一个其他收发机设备。所述收发机设备可以包括上述附加特征。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统所执行的方法，所述方法包括：多个收发机设备，每个收发机设备：使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信；其中，每个收发机设备：在公共通信时隙使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的每一个所通信的信息；以及在其他通信时隙中将所述接收到的信息通信到至少一个其他收发机设备。
根据本发明另一方面，提供一种收发机设备所执行的方法，所述方法包括：使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信；其中，每个收发机设备：接收所述多个其他收发机中的每一个所通信的信息，以在公共通信时隙中使用所述磁场来接收所述多个其他收发机设备中的每一个所通信的信息；以及在其他通信时隙中将所述接收到的信息通信到至少一个其他收发机设备。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，包括：多个收发机设备，每个收发机设备包括：用于使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信的装置；其中，每个收发机设备可以：使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的所述至少一个其他收发机设备所通信的信息或另一源所通信的信息，所通信的信息具有不同于接收所述通信的信息的收发机设备的终止目的地；将所述接收到的信息通信到至少一个又一收发机设备，其中，所述又一收发机设备包括接收所述通信的信息的收发机设备与所述终止目的地之间的中间目的地、或所述终止目的地。
根据本发明另一方面，提供一种收发机设备，包括：用于使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信的装置；其中，每个收发机设备可以：使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的所述至少一个其他收发机设备所通信的信息或另一源所通信的信息，所通信的信息具有不同于接收所述通信的信息的收发机设备的终止目的地；将所述接收到的信息通信到至少一个又一收发机设备，其中，所述又一收发机设备包括接收所述通信的信息的收发机设备与所述终止目的地之间的中间目的地、或所述终止目的地。所述收发机设备可以包括上述附加特征。
如上所述的通信系统，其中，可以在地下环境中提供所述通信系统。
所述通信系统可以包括所述收发机设备的自组织网络，其中，每个收发机设备适于在以下的至少一种情况下自配置和／或重新配置：占优环境／通信条件的改变(例如本地干扰的级别)；收发机设备到通信系统的添加和／或移除；接收控制信号；以及收发机设备在系统内的运动。
所述收发机设备适于自配置和／或重新配置，以通过减少消息很可能经由其而传输以到达目的地节点的收发机设备的数量来减少对于消息传输通过所述收发机设备的网络所花费的时间。
所述收发机设备可以适于：自配置和／或重新配置，以通过增加消息很可能经由其传输以到达目的地节点的收发机设备的数量(例如，减少收发机设备之间的有效通信距离)来增加消息传输通过所述收发机设备的网络的可靠性。
所述收发机设备可以适于：自配置和／或重新配置，以优化以下需求：减少对于消息传输通过所述收发机设备的网络所花费的时间；增加消息传输通过所述收发机设备的网络的可靠性。
每个收发机设备可以生成具有与所述多个收发机设备中的另一个所生成的磁场的通信带不重叠的通信带的磁场。每个通信带可以包括单独的频带。
每个收发机设备可以接收在磁场中编码的信息，所述磁场具有预定带宽内覆盖所述收发机设备中的每一个收发机设备的各个通信带的通信带。
可以使用不同的正交码编码每个通信带，由此所述通信带与所述多个收发机设备中的另一个所生成的磁场的通信带不重叠。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统所执行的方法，所述方法包括：多个收发机设备，每个收发机设备：使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信；其中，每个收发机设备：使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的所述至少一个其他收发机设备所通信的信息或另一源所通信的信息，所通信的信息具有不同于接收所述通信的信息的收发机设备的终止目的地；将所述接收到的信息通信到至少一个又一收发机设备，其中，所述又一收发机设备包括接收所述通信的信息的收发机设备与所述终止目的地之间的中间目的地、或所述终止目的地。
根据本发明另一方面，提供一种收发机设备所执行的方法，所述方法包括：使用各个磁场与多个其他收发机设备中的每一个进行通信；其中，每个收发机设备：使用所述磁场接收所述多个其他收发机设备中的所述至少一个其他收发机设备所通信的信息或另一源所通信的信息，所述通信的信息具有不同于接收所述通信的信息的收发机设备的终止目的地；将所述接收到的信息通信到至少一个又一收发机设备，其中，所述又一收发机设备包括接收所述通信的信息的收发机设备与所述终止目的地之间的中间目的地、或所述终止目的地。
根据本发明另一方面，提供一种用于使用磁场进行通信的通信系统，所述系统包括：网络，包括多个信标机，每个信标机包括：用于生成在通信中使用的已编码磁场的装置；其中，每个信标机可以响应于接收到所述网络中条件改变的指示而配置或重新配置所述磁场。
根据本发明另一方面，提供一种用于通信系统中的使用的磁场进行通信的信标机，所述通信系统具有包括多个所述信标机的网络，所述信标机包括：用于生成在通信中使用的已编码磁场的装置，其中，每个信标机可以响应于接收到所述网络的条件改变的指示而配置或重新配置所述磁场。
所述网络条件的改变可以包括以下项中的至少一个：占优环境／通信条件的改变(例如本地干扰的级别)；收发机设备到通信系统的添加和／或移除；所述生成的磁场的所需覆盖的改变或初始配置；收发机设备在系统内的运动。
所述信标机可以从操作用于检测所述生成的磁场的传感器设备接收所述网络条件的改变的指示。所述传感器设备可以形成所述信标机的一部分。所述传感器设备可以与所述信标机分离。
所述信标机可以从网络控制节点接收所述网络条件的改变的指示。和／或可以从所述网络的另一信标机接收所述网络条件的改变的指示。可以在所述另一信标机所生成的磁场中对从所述网络的所述另一信标机所接收到的所述网络条件的改变的指示进行编码。
所述信标机还可以包括：用于检测所述网络的另一信标机所生成的磁场并基于检测到的磁场来确定网络条件的改变的装置，其中，所述信标机操作用于：将所确定的所述网络中的条件的改变的指示提供给所述网络的另一信标机和／或网络控制节点。
可以在所述信标机所生成的磁场中对所确定的所述网络的改变的指示进行编码。
所述信标机可以响应于接收到所述网络中所述条件的指示而配置或重新配置所述磁场的覆盖。所述信标机可以响应于接收到所述网络中所述条件的指示而配置或重新配置所述磁场的覆盖范围(例如用于生成场的功率)。所述信标机可以响应于接收到所述网络中所述条件的指示而配置或重新配置所述磁场的覆盖的形状。所述信标机可以响应于接收到所述网络中所述条件的指示而配置或重新配置所述磁场的编码。
根据本发明另一方面，提供一种用于使用磁场进行通信的通信系统，所述系统包括：至少一个信标机，包括：用于生成与另一设备通信的已编码磁场的装置；至少一个检测设备，包括：用于检测所述生成的磁场并用于提供在配置或重配置所述磁场中使用的、与所述检测到的磁场相关联的信息的装置；其中，所述信标机操作用于：取决于所述检测设备所提供的所述信息来配置或重配置所述生成的磁场。
根据本发明另一方面，提供一种用于使用磁场进行通信的通信系统中的信标机，所述信标机包括：用于生成与另一设备通信的已编码磁场的装置；用于接收在配置或重配置所述磁场中使用的、与检测到的磁场相关联的信息的装置；用于取决于所述接收到的信息来配置或重配置所述已编码磁场的装置。
所述用于生成磁场的装置可以包括在控制器的控制之下的至少一个线圈。所述用于生成磁场的装置可以包括相对于彼此基本上相互正交定向的多个线圈。所述用于生成磁场的装置可以生成旋转磁场。
所述用于生成已编码磁场的装置可以对与所述磁场信标机有关的信息进行编码。在所述磁场中编码的信息可以包括相关码、和／或所述信标机的标识符，其中，所述标识码(其可以是唯一的)定义所述标识符。
所述标识码可以具有对于一组信标机的标识符共用的部分。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定建筑物(或区域)内。
所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定地理地域内。所述标识码可以在特定建筑物或区域内是唯一的，在特定地域内是唯一的，和／或全球唯一的。
所述信标机可以包括：用于经由网络进行通信的装置。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变与数据码元对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状而被编码(例如超复数编码)。所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状可以与所述信标机的标识符对应。
所述磁场可以通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制以对所述信息进行编码而被编码。所述磁场矢量的方向改变速率可以与数据码元对应。
所述信标机还可以包括：用于接收无线信号的装置。可以使用所述用于接收无线信号的装置来接收用于在配置或重配置所述磁场中使用的、与检测到的磁场相关联的信息。
所述信标机还可以包括：用于检测磁场的装置。可以使用所述用于检测磁场的装置来接收用于在配置或重配置所述磁场中使用的、与检测到的磁场相关联的信息。
所述与检测到的磁场相关联的信息可以包括与检测到的磁场的特性有关的信息。
所述与检测到的磁场相关联的信息包括以下项中的至少一个：信号强度、信号的误差级别、噪声级别、所检测到的信号。
所述与检测到的磁场相关联的信息包括与移除和／或插入到所述磁场通信系统中的其他磁场信标机有关的信息。
根据本发明另一方面，提供一种用于在上述通信系统中使用的检测设备，所述设备形成上述磁场信标机的一部分，所述设备包括：用于检测磁场的装置；以及用于基于检测到的磁场来提供反馈的装置。
所述检测设备可以包括：用于生成无线信号的装置。所述用于生成无线信号的装置可以包括以下中的至少一个：WiFi模块、Zigbee模块、移动通信模块(例如GSM、GPRS、3G)、无线电发射机。
所述反馈可以包括与检测到的磁场的特性有关的信息。所述反馈信息可以包括以下项中的至少一个：信号强度、信号的误差级别、噪声级别、所检测到的信号。所述反馈可以包括与已经移除和／或插入到所述通信系统中的磁场信标机有关的信息。
根据本发明另一方面，提供一种使用磁场进行通信的通信系统所执行的方法，所述方法包括：网络，包括多个信标机，每个信标机：生成在通信中使用的已编码磁场；其中，每个信标机响应于接收到所述网络中条件改变的指示而配置或重新配置所述磁场。
根据本发明另一方面，提供一种使用磁场进行通信的通信系统中的信标机所执行的方法，具有包括多个所述信标机的网络，所述方法包括：生成用于在通信中使用的已编码磁场；其中，每个信标机响应于接收到所述网络中条件改变的指示而配置或重新配置所述磁场。
根据本发明另一方面，提供一种使用磁场进行通信的通信系统所执行的方法，所述方法包括：至少一个信标机，包括：生成用于与另一设备的通信的已编码磁场；至少一个检测设备检测所生成的磁场并且提供在配置或重配置所述磁场中使用的、与所述检测到的磁场相关联的信息；其中，所述信标机取决于所述检测设备所提供的所述信息来配置或重配置所述生成的磁场。
根据本发明另一方面，提供一种使用磁场进行通信的通信系统中的信标机所执行的方法，所述方法包括：生成用于与另一设备的通信的已编码磁场；接收用于在配置或重配置所述磁场中使用的、与检测到的磁场相关联的信息；取决于所述接收到的信息来配置或重配置所述已编码磁场。
根据本发明另一方面，提供一种在上述通信系统中由检测设备所执行的方法，所述设备形成上述磁场信标机的一部分，所述方法包括：检测磁场；基于检测到的磁场来提供反馈。
根据本发明一方面，提供一种用于将地点信息提供给用户的系统，所述系统包括：至少一个磁场信标机，每个信标机具有用于标识所述信标机的标识符，并且包括用于生成以所述信标机的标识符编码的磁场的装置；服务器，用于存储与地点信息相关联的所述标识符；通信设备，包括：用于检测所述至少一个信标机所发射的已编码磁场的装置；用于从检测到的磁场提取所述标识符的装置；用于检索由所述服务器存储的、与所提取的标识符相关联的所述地点信息的装置；用于将检索到的地点信息提供给所述用户的装置。
根据本发明另一方面，提供一种用于将地点信息提供给用户的通信设备，所述设备包括：用于检测信标机所发射的磁场的装置，所述磁场以与所述信标机相关联的标识符进行编码；用于从检测到的磁场提取所述标识符的装置；用于检索与所提取的标识符相关联的地点信息的装置；用于将所述检索到的地点信息提供给所述用户的装置。
所述通信设备可以包括移动电话。
所述用于检测磁场的装置可以包括磁力计。
所述提取装置可以提取所述磁场的幅值和／或所述场的偏振(polarization)。
所述磁力计可以包括操作为方向找寻设备(例如罗盘)的磁力计。
所述检索装置可以操作用于：经由互联网连接来检索所述地点信息。所述检索装置可以操作用于：经由与电信网络的连接来检索所述地点信息。所述检索装置可以操作用于：从所述移动设备的存储器检索所述地点信息。
所述检测装置可以操作用于：检测并区分多个单独已编码磁场。所述检测装置可以操作用于：检测并区分由不同的各个信标机所发射的多个单独的已编码磁场。所述检测装置可以操作用于：检测多个单独的磁场之间的相位关系，由此在所述单独的场之间进行区分。
所述检测装置可以操作用于：使用所述多个单独信号之间的相位关系来确定所述通信设备相对于每个所述单独信号的起源的位置。
所述通信设备还可以包括：用于在信标机的所述检测之前与一组信标机中的每个信标机的相应标识符相关联地存储关于每个信标机的地点信息的装置，其中，所述检索装置操作用于：在检测到所述信标机时，从所述本地存储的地点信息检索与所述特定存储的标识符相关联的地点信息。
所述检索装置可以操作用于：从远程源检索与所述组中的每个信标机有关的所述地点信息，以由所述存储装置进行存储。
所述检索装置可以操作用于：响应于检测到被配置为触发与所述组中的每个信标机有关的所述地点信息的所述检索的信标机，从所述远程源检索与所述组中的每个信标机有关的所述地点信息。
所述存储装置可以操作用于：响应于所述用户进行的特定请求而存储与所述组中的每个信标机有关的所述地点信息。
所述存储装置可以操作用于：存储与所述组中的每个信标机有关的所述地点信息，作为用于将所述设备配置为在定位系统内操作的处理的一部分。
唯一标识码可以定义所述信标机的标识符。所述唯一标识码可以具有对于一组信标机的各标识符共用的部分。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定建筑物(或区域)内。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定地理地域内。所述唯一标识码可以在特定建筑物或区域内是唯一的，在特定地域内是唯一的，和／或全球唯一的。
根据本发明另一方面，提供一种用于在定位系统中使用的磁场信标机，所述信标机具有用于标识所述信标机的标识符，并且包括用于生成以所述信标机的标识符编码的磁场的装置。
所述用于生成磁场的装置可以包括在控制器的控制之下的至少一个线圈。所述用于生成磁场的装置可以包括相对于彼此基本上相互正交定向的多个线圈。所述用于生成磁场的装置可以操作用于：生成具有空间和／或时间依赖特性的磁场。所述用于生成磁场的装置可以操作用于：生成旋转磁场。
唯一标识码可以定义所述信标机的标识符。所述唯一标识码可以具有对于一组信标机的各标识符共用的部分。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定建筑物(或区域)内。所述标识码的至少一部分可以将一组信标机标识为处于特定地理地域内。所述唯一标识码可以是在特定建筑物或区域内唯一的。所述唯一标识码可以是在特定地域内唯一的。所述唯一标识码可以是全球唯一的。
所述信标机可以包括：用于经由网络进行通信的装置。
所述信标机可以包括：用于检测另一信标机所发射的磁场的装置。
根据本发明另一方面，提供一种服务器，用于在定位系统中使用，所述服务器包括：用于存储信标机的标识符的装置；用于存储与所述标识符相关联的地点信息的装置；用于从通信设备接收地点信息请求的装置，其中，所述请求包括所述通信设备所检测到的信标机的标识符；用于基于所述请求中所接收到的标识符来检索所请求的地点信息的装置；用于将检索到的地点信息发送到所述通信设备的装置。所述服务器可以形成移动设备的一部分。所述服务器可以位于移动设备外部并且在广域网(WAN)内。所述服务器可以位于移动设备外部并且在局域网(LAN)内。
所述地点信息可以包括定位信息、教育信息、描述信息和／或广告信息中的至少一个。所述地点信息可以包括媒体内容(例如文本、音频、视频等中的至少一个)。
根据本发明另一方面，提供一种将地点信息提供给用户的由系统所执行的方法，所述方法包括：在服务器处存储磁场信标机的标识符，所述磁场信标机的标识符与和磁场信标机有关的地点信息相关联；使用至少一个磁场信标机来生成以所述信标机的标识符编码的磁场；使用通信设备来检测所述至少一个信标机所生成的已编码磁场；使用所述通信设备从所述检测到的磁场提取所述标识符；使用所述通信设备检索由所述服务器与所提取的标识符相关联存储的所述地点信息；将所述检索到的地点信息提供给所述用户。
根据本发明另一方面，提供一种由通信设备执行的将地点信息提供给用户的方法，所述方法包括：检测信标机所发射的磁场的装置，所述磁场以与所述又一设备的位置相关联的标识符进行编码；从所检测到的磁场中提取所述标识符；检索与所提取的标识符相关联的地点信息；将所述检索到的地点信息提供给用户。
所述方法还可以包括：获得用于在增强所述地点信息中使用的测量结果。所述测量可以包括以下项中的至少一个：加速计测量、陀螺仪测量、磁罗盘测量、地理定位测量、视觉测量和网络信号测量。
所述测量结果可以用于通过卡尔曼滤波器和／或颗粒滤波器和／或信息滤波器来增强所述地点信息。
根据本发明另一方面，提供一种在定位系统中由磁场信标机所执行的方法，所述信标机具有用于标识所述信标机的标识符，所述方法包括：生成以所述信标机的标识符进行编码的磁场。
所述已编码磁场可以使用以下项中的至少一个而被编码：时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)或频分多址(FDMA)。
可以使用三维时间依赖磁场形状来对所述磁场的编码进行编码(例如超复数编码)。
根据本发明另一方面，提供一种服务器所执行的方法，所述方法包括：存储多个标识符，每个标识符与各个信标机相关联；存储与所述标识符相关联的、关于每个信标机的位置的地点信息；从通信设备接收对地点信息的请求，其中，所述请求包括所述通信设备所检测到的信标机的标识符；基于所述请求中接收到的标识符来检索所请求的地点信息；将检索到的地点信息发送到所述通信设备。
根据本发明另一方面，提供一种信标机，包括：用于生成具有预定义时间依赖形状的磁场的装置。
所述磁场的预定时间依赖形状可以提供用于确定所述信标机的相对位置的装置。所述预定时间依赖形状可以被配置为：表示所述信标机的标识。所述预定时间依赖形状可以与在所述信标机处的可变强度的旋转磁偶极对应。
根据本发明另一方面，提供一种通信设备，包括：用于检测三维时间依赖磁场的装置；用于提取所述磁场的时间和／或空间特性的装置；用于对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置；用于基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置的装置。
根据本发明另一方面，提供一种信标机所执行的方法，所述方法包括：生成具有时间依赖形状的磁场。
根据本发明另一方面，提供一种通信设备所执行的方法，所述方法包括：检测三维时间依赖磁场；提取所述磁场的时间和／或空间特性；对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较；基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的源的位置。
确定所述通信设备的位置还可以包括：提取所述磁场强度，并且基于所述磁场强度来提取距离。
确定所述通信设备的位置可以包括：基于所提取的时间和／或空间特性来提取相对于所述源的角位置。
对所述磁场的预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较可以包括：执行所预测的磁场与所提取的磁场之间的互相关；检测所述互相关的输出中的峰值。
检测所述互相关的输出中的所述峰值可以利用以下方法中的至少一种：最小均方、遗传算法或穷尽搜索。
本发明还提供一种用于执行在此所描述的任何方法和／或用于实施在此所描述的任何装置的计算机程序以及计算机程序产品以及一种其上已经存储用于执行在此所描述的任何方法和／或用于实施在此所描述的任何装置特征的计算机可读介质。
本发明还提供一种实施用于执行在此所描述的任何方法和／或实施在此所描述的任何装置特征的计算机程序的信号、一种发送所述信号的方法以及一种具有支持用于执行在此所描述的任何方法和／或实施在此所描述的任何装置特征的计算机程序的操作系统的计算机产品。
在此所描述的任何装置特征也可以被提供为方法特征，反之亦然。如在此使用的那样，装置加功能特征可以关于它们的结构(例如合适地编程的处理单元以及相关联存储器)而被替换地表述。
通过任何适当的组合，本发明的一方面中的任何特征可以应用于本发明其它方面。具体地说，方法方面可以应用于装置方面，反之亦然。此外，一方面中的任何、一些和／或所有特征可以通过任何适当组合而应用于任何其它方面中的任何、一些和／或所有特征。
还应理解，可以独立地实现和／或提供和／或使用本发明任何方面中所描述和定义的各种特征的特定组合。
此外，以硬件所实现的特征通常可以通过软件来实现，反之亦然。相应地应理解在此对软件和硬件特征的任何引用。
预期在此所描述的系统、设备和／或方法的各方面可以通过在计算机(例如个人计算机)或接收机／解码器上运行的软件来实现，并且应理解，本发明各方面可以因此驻留在这些设备上运行的软件中。
该系统、设备和／或方法的其它方面可以通过各种互连的服务器上运行的软件来实现，并且应理解，本发明各方面可以因此驻留在这些服务器上运行的软件中。
本发明还扩展为运行适于实现在此所描述的系统或方法的软件的服务器或多个互连的服务器。
本发明扩展为在此所描述和／或示出的任何新颖方面或特征。
本发明实施例是有其有利的，因为可以使用很多移动电话的现有组件来实现它们，允许在适当架构到位的情况下推导精确定位信息和／或其它位置有关信息并且使用如在此所描述的相关联方法。因为恒定或缓慢变化磁场也通常比当前在移动／蜂窝通信系统中所使用的射频信号更普遍，所以将能够穿透固体物体，使得“建筑物宽”覆盖是可能的。例如，现有移动电话的磁力计可以适于检测已编码磁场的特性，以在不同的场之间进行区分，从而确定精确位置和／或获得其它位置有关信息。
附图说明
现将参照附图通过示例的方式来描述本发明，其中：
图1以简化概述示出定位系统；
图2示意性示出形成图1所示的系统的一部分的移动设备的主要组件；
图3示意性示出形成图1所示的系统的一部分的本地单元的主要组件；
图4示意性示出形成图1所示的系统的一部分的服务器的主要组件；
图5是移动设备采用以接收位置特定信息的步骤的简化流程图；
图6是移动设备采用以确定其位置的简化流程图；
图7示出检测来自一个、两个以及三个本地单元的场的移动设备；
图8是移动设备使用以确定其位置的备选方法的简化流程图；
图9示意性示出形成图1所示的系统的一部分的本地单元的另一实施例；
图10示出形成图1所示的系统的一部分的本地单元的又一实施例；
图11是在背景噪声出现的情况下对于50个随机生成的偏振序列沿着每个轴的所得磁场的示例测量；
图12示出移动设备所预测和测量的测量集合的示例归一化互相关；
图13示出当完美地校准源和传感器帧时移动设备所预测和测量的测量集合的示例归一化互相关；
图14示出形成图1所示的系统的一部分的示例本地单元的示意图；
图15示出图14所示的本地单元所生成的示例信号；
图16示出形成图1所示的系统的一部分的示例移动设备的示意图；
图17示出与图15所示的所生成的信号对应的图16的移动设备所接收到的示例信号；
图18示出说明码元如何映射到磁矢量的示例的示例“星座图”；
图19示出图18的定位“星座图”；
图20示出两个示例信号，一个利用磁矢量调制，一个不利用；
图21(a)示出从两个孩子发送到单个家长的针对各种传输和编码方法的变化长度的信号的延时；
图21(b)针对三个孩子的情况示出与图21(a)相同；
图22示出对于各种传输和编码方法100比特消息的延时如何取决于孩子的数量而变化；
图23(a)和图23(b)示出“多跳”网络的两个示例；
图24(a)和图24(b)示出在倒塌之前和之后在井中的示例通信网络；
图25示出图24的网络中所利用的示例收发机节点；
图26示出示例多跳网络的简化流程图；
图27示出用在此处所描述的多个系统中的示例反馈环路；以及
图28示出用于与所捕获的移动设备进行通信的示例方法的简化流程图。
具体实施方式
概述
图1示出用于增强定位的系统10的两个可能的实施方式。系统10示出为在环境106中，其中，精确的卫星定位是困难的或不可能的，因为GPS信号108受抑制。环境106可以包括例如这样的位置：在建筑物内部；地下；在水下或GPS信号108不传输、经受严重的多径或很弱的任何其它位置。虽然该系统在这些环境中尤其有利，但该系统也可以有益地用在精确GPS定位成为可能的位置中。
系统10包括多个移动设备100-1、100-2以及多个本地单元102-1、102-2、102-3、102-4。本地单元102在此又称为“磁信标机”或简称为“信标机”。
每个本地单元102操作用于发射磁场104-1、104-2、104-3、104-4，其以表示本地单元102的唯一标识(例如完全唯一标识或在预定地点(例如建筑物或其它地理区域)内唯一的标识)的地点信息编码。
通过以空间或时间方式或以这两种方式改变以下场104特性中的一个或多个来促进编码：功率、相位、频率。优选地通过数字方式控制编码，但可以是使用DIP开关或类似方式的手控(manual)。以下更详细地描述磁场的编码以及用于生成该磁场的方式。
每个移动设备操作用于：通过从场104提取码来解译所编码的场，并且相应地确定关联本地单元102的唯一标识。移动设备100然后使用该唯一标识来检索与安装对应本地单元102的位置有关的另一关联地点信息。地点信息可以包括例如：位置信息(例如地理坐标(例如GPS、OS栅格基准、经度、纬度、海拔等))、楼层号、房间号、停泊港标识符等；和／或与位置相关联的教育、指导或含信息量的信息，例如关于博物馆展览、特定旅行中的下一展览、最近的防火通道、从泊车处到购物广场的最近的出口等的信息。所述信息可以例如包括音频或文本描述、视频和／或图像。
如图1可见，在第一个所示实施方式10-1中，单个本地单元102-1发射已编码磁场104-1，其由移动设备100-1的磁力计(未示出)接收。移动设备100-1然后解译场104-1的编码，并且基于该解译来确定场104-1的起源(本地单元102-1)的标识。一旦标识起源设备，移动设备就能够检索与该设备相关联的位置特定信息。
在该实施例中，移动设备100-1经由另一通信链路110、112、116、118、124和信息网络(例如互联网120)从服务器122检索位置特定信息。通信链路110、112、116、118、124可以包括任何合适的通信链路，包括例如：经由通过连接124连接到互联网120的Wi-Fi发射机112的连接110；或经由与传统移动电信网络的基站118的连接116，其可以从互联网120检索数据并且将数据发送到互联网120。服务器122经由互联网124使用上述连接将与本地单元102标识相关联的位置信息提供给移动设备100-1。
该第一实施方式也可以用于甚至在本地单元102相对稀疏地分布的情况下跟踪应用。例如，如果存在(例如以移动设备100-1可以仅曾检测到从单个本地单元所发射的场的距离)多个相对散开的本地单元102，则每次移动设备100-1检测到本地单元102之一所发射的场，仍然可以确定移动设备100-1的大体位置。这将给出作为当移动设备100-1在磁场的范围之外时可以被外插和／或内插的时间函数的关于位置的信息，随着本地单元102的数量和频率增加，精度增加。
在也在图1所示的第二实施方式10-2中，系统包括多个相对靠近地间隔的本地单元102-2、3、4，其发射可以基本上同时由移动设备100-2的磁力计(未示出)检测到的已编码磁场104-2、3、4。
移动设备100-2检测磁场104-2、3、4的幅值、相对相位和／或频率，其可以用于确定相对于场102-2、3、4的精确位置。与关联于每个源的地点信息(例如地理坐标)耦合并且基于该源的已编码标识而检索(如上所述从每个磁场所提取)的该信息可以因此用于推导设备100-2的相对精确位置。如果设备100-2拾取三个或更多个场104，例如，则可以标定非常精确的位置(如以下更详细描述的那样)。
可见，因此，通过使用移动设备中所提供的磁力计，即使当传统卫星定位不可用时，也可以推导出包括相对精确位置的地点信息。此外，在此所公开的系统允许除位置之外(或作为对位置的备选)还检索增强的地点信息。例如，使用该技术，不仅可以推导出必要的二维位置(例如，如地理坐标所定义的那样)，而且还可以检索增强的地点信息(例如多层建筑物中的楼层号和／或房间标识符)。此外，在另一示例中，系统也可以用于提供地下大运量交通网络(例如巴黎地铁、伦敦地下或纽约地铁)中的极大增强的导航，允许用户获得并且跟随包含在地面之上和之下的主要交通路径的复杂路径信息。
应理解，虽然从包括非常大量信息或允许用户浏览他们感兴趣的特定信息的除本地单元之外的远程源(例如互联网)检索信息可能是有益的，但在此所描述的编码技术允许本地单元自身发送极大量的定位信息。因此，有利的是，在很多应用中，移动设备可以潜在地获得极大量的在本地单元自身所产生的磁场中所编码的有关信息，而一点也无需从另一源检索信息。这在移动设备具有很差的通信覆盖的情况下(例如地下或处于距最近的基站一段距离)是尤其有用的。
移动设备
在图2中，示意性示出移动设备100的主要组件。
如图2可见，移动设备100包括移动(蜂窝)电话(例如“智能电话”等)。移动设备100包括网络通信部分45和Wi-Fi通信部分50。部分45、50中的每一个包括各个收发机电路23、51和各个天线25、52。应理解，虽然已经为了清楚而分离地并且示出不同部分45、50，但它们可以使用包括例如单个天线的公共组件。
移动设备100还包括移动设备控制器30，其控制移动设备100的操作，并且连接到Wi-Fi通信部分50、网络通信部分45、多个输出设备27、多个用户输入设备32以及多个传感器设备49。
传感器设备49包括磁力计46、加速计47和GPS接收机48。输出设备27包括具有外放扬声器的音频输出设备29、包括屏幕的显示输出设备33以及其它输出设备28(例如振动设备或打印机)。输入设备32包括音频输入设备31(麦克风)、物理键盘、相机、触摸屏等。磁力计46具有用于测量所施加的磁场的所有三个方向分量的装置。
控制器30根据存储器37内所存储的软件指令而操作。如所示的那样，其中，这些软件指令包括操作系统39，其管理移动设备100的组件的操作并且提供用户接口。软件指令还包括定位模块40、磁力计管理模块41、加速计管理模块42以及GPS管理模块43。
定位模块40结合磁力计管理模块41操作以标识本地单元102所发射的已编码磁场的起源。定位模块40还管理从服务器122经由Wi-Fi通信部分45或网络通信部分50和互联网(或本地内联网)检索与所标识的本地单元102相关联的远程存储的地点信息。此外，定位模块40操作用于：存储检索到的地点信息作为本地地点信息44，以由定位模块40按需要进行检索，该检索到的地点信息与相关本地单元102的标识相关联。磁力计管理模块41、加速计管理模块42和GPS管理模块43分别管理分别磁力计46、加速计47和GPS接收机48的操作。
移动设备100可以可选地包括或(通过无线或有线方式)可连接到操作用于生成磁场的磁场发射机200。磁场发射机200包括发射机电路204和天线202，并且受控于控制器30。磁场发射机200可以在特定情况下作为本地单元102操作，如下所述。
本地单元
在图3中，示意性示出本地单元102的主要组件。
每个本地单元102包括在来自本地电源300的功率以下操作的信标机，并且包括控制单元302和线圈304。线圈304包括导电材料的线圈，用于当在控制单元302的控制下电流沿着其通过时产生已编码磁场。控制单元302操作用于：控制电流的特性以使得能够产生磁场，根据需要来对本地单元102的预定标识进行编码。
控制单元302包括处理单元306、存储器308、电流控制单元310以及输出单元314。存储器308存储与本地单元的102标识以及本地单元102所使用的编码有关的信息。标识码(例如序列号或其它这样的码)表示标识。标识码可以被任意地分配，或可以被结构化具有对于共同具有特定属性的一组本地单元共用的码的一部分。例如，位于特定地理区域或子区域(例如乡村、州或乡村、城镇等)中的本地单元102可以共用标识码的一个或多个部分中的每个部分，特定建筑物中或特定地址的本地单元可以共用码的另一部分。这种结构化的标识码可以有助于生成高效“查找”表或数据库，于是使得地点信息的检索(以及本地存储)更高效。编码信息包括标识所期望的磁场的特定时间依赖形式的信息。
处理单元106从存储器108检索设备标识数据和编码信息。处理单元106于是计算需要通过线圈304的电流的时间依赖形式，以生成期望的时间依赖场。可以实时地完成该操作，其中，处理单元106重复地访问存储器108，并且将相关联的实时指令发送到电流控制单元310，以形成已编码信号。电流控制单元110包括用于控制电压和电流输出和频率的电路组件。在所示实施例中，还提供反馈模块316，以用于测量所生成的场，对所测量的场与期望的场进行比较以标识任何偏离(例如电路组件随着时间的漂移)，并且将比较结果反馈到处理单元306，以允许自动采取校正动作。
最终信号经由输出单元314输出到线圈304。线圈304虽然是以类似弹簧的形状示出的，但可以是任何形状。磁场的空间特性依赖于线圈的形状和设计。例如，所示的沿着环形线圈的轴的幅值峰值生成恒定磁场幅值的椭圆表面。形成这种磁场可以用于来自单个本地单元的定位，如以下更详细地描述的那样。
电源300虽然优选地是干线电力，但可以是任何合适的电源，包括例如电池、太阳能电池等。本地单元102可以放置在现有电子设备(例如光开关)内，或适于利用先前存在的电源和电路以及提供附加功能，如以下描述的那样。
本地单元102所编码的标识符可以包括关于本地单元102的地点、本地单元102的位置、本地单元102的方位、本地单元102的输出功率和／或本地单元102的配置(例如发射机线圈304的数量)的信息。
在备选实施例中，本地单元102可以在不同的时间点对不同的标识符进行编码。也可以对这些标识符进行加密以防止对定位系统的未授权访问。通过使用不同的标识符，可以向用户提供不同级别的访问和地点粒度。例如，第一用户(用户A)可以具有对允许他们确定他们在建筑物内的哪个房间中的粗定位标识符的访问。另一用户(用户B)可以具有对允许他们实现精确3D定位的精细定位标识符的访问。实现该操作的一种可能方式是具有不同长度编码，使用用于精确地点的长编码和用于粗地点信息的短编码。可以使得标识符动态地改变，以防止用户获知静态标识符。此外，本地单元可以动态地改变功率电平、时序或编码(必要地使得信号抖动)，以防止未授权的用户在不知道抖动模式的情况下实现精确定位。
本地单元102无需是静止的，而是可以是移动的，例如附连到载具、人、动物或其它移动物体。借助附加定位单元318(例如任何GPS、IMU等，但不限于此)，可以推导本地单元102的时变或静止位置。可以经由附加通信信道(有线和／或无线)和／或通过响应于所测量的位置而动态地改动本地单元102的标识来中继关于设备的地点和／或位置的信息。或者，如果本地单元102沿着固定路径(例如铁路或公路)行进，则这可以用于推断移动设备100的地点。
如果移动设备100将其地点中继到移动本地单元102，则移动本地单元102可以通过使得在移动设备100处的信噪比最大化来移动。以此方式，可以使用稀少的移动本地单元在宽广区域上提供连续的地点。
当以远大于线圈304的尺寸的距离测量时，本地单元102的线圈304仿真磁偶极。场与距线圈的距离的立方的倒数成正比地衰减。例如，在这点上与根据倒数平方关系而衰减的电磁(EM)波存在区别。EM波是通过与线圈中的电流相反的加速电荷(例如在空中)而产生的。在该方法中，电流改变以改动所产生的磁场，这可以使用电流并不快速改变的静磁来近似。典型地，用于通信或定位的载波频率将具有明显比发射机与接收机之间的距离更长的波长。在此描述实施例的基本上恒定的或缓慢变化的磁场。磁场具有优于例如EM场的优点：不因实心物体而大程度地衰减，并且不经受多径反射。
静电场可以被看作类似于静磁场，但其中，与电流相反的电荷基本上是静止或缓慢移动的。相应地，静电场可以用于通过与磁场相似的方式来进行通信，如以下将更详细地描述的那样。
服务器
在图4中，示意性示出服务器122的主要组件。
如上所述，并且如图1所示，移动设备100连接到服务器122，以检索与其已经提取标识的一个或多个本地单元102有关的地点信息。通过将本地单元102的标识经由网络接口402发送到服务器122来实现该操作。服务器122包括输入处理器406、存储器408、查找模块410、处理器412、数据库414和输出设备416。数据库414可以本地存储在服务器122中或外部存储件413(例如压缩盘)上。数据库122包含用于每个本地单元102的标识码以及与每个本地单元102相关联的对应地点信息。
来自移动设备的本地单元标识在400处经由输入处理器406输入到服务器。本地单元标识传送到存储器408，用于存储。查找模块410对该标识与数据库414中所存储的标识进行比较。提供处理器412以进行数据库搜索。与本地单元400的标识对应的地点信息经由输出设备416从服务器输出，并且经由网络接口402发送到移动设备418。
根据第一实施方式的移动设备的操作
图5是示出如对于图1所示的第一实施方式所描述的用于检索用于单个本地单元102的地点信息的操作的简化流程图。这是可能的，因为移动设备100处于仅一个本地单元102的范围中，或因为移动设备100忽略远离一个(例如最强场)的所有检测到的磁场。
如图5可见，在移动设备100已经进入本地单元102所发射的编码的磁场104之后，检测到来自本地单元102的场104(在S1)。移动设备100然后从场104提取已编码标识数据(在S2)。移动设备然后基于所提取的标识，从本地存储器37(如果可用)、或从服务器122经由WiFi／网络连接和互联网来100检索与本地单元102有关的地点信息(S3)。用于本地单元102的地点信息可以包括本地单元102的位置信息(例如地理坐标)和／或教育／描述信息(例如关于特定商店的信息、关于博物馆展览或绘画的信息、标定的广告、路径规划信息等)。
一旦已经检索到地点信息，就经由适当的输出设备27将其提供给用户。例如，信息可以被提供为音频消息和／或视觉输出。在检索到的地点信息包括位置信息的情况下，其可以输出为地图(例如对于关于GPS接收机的使用而提供的地图或作为地点信息的部分而检索的地图／建筑平面图)上的指示。
因此，如上所述，通过使用移动设备中所提供的磁力计，即使当传统卫星定位不可用并且仅检测到单个本地单元102时，也可以推导包括近似位置的地点信息。此外，除该位置信息之外，还可以检索增强的地点信息，以增强用户的体验。
根据第二实施方式的移动设备的操作
图6是示出如对于图1所示的第二实施方式所描述的用于检索用于多个本地单元102的地点信息并且计算尤其精确的位置的移动设备100操作的简化流程图。
在图6中，移动设备100接收多个本地单元102中的每一个所发射的已编码磁场104，如上所述(S51)。移动设备100然后从场中的每一个提取标识(S52)，并且相应地检索与提取出的标识相关联的地点信息(S53)，如以上对于第一实施方式所描述的那样。
在该实施例中，检索到的地点信息包括与之有关的本地单元102的位置(例如地理坐标)。移动设备因此能够从每个本地单元102的检索到的地点信息提取该位置(S54a)。
移动设备100还通过分析每个检测到的场的幅值、频率和／或相位以给出(时间依赖)有关测量来确定移动设备100相对于所检测到的本地单元102的每一个的相对位置(S54b)。根据这些测量，移动设备100能够确定相对于所有检测到的本地单元102的具体位置。结合从检索到的地点信息提取出的本地单元102的位置来使用该相对位置信息，以确定移动设备100的更精确的位置(S55)。以下更详细地描述移动100设备使用以确定其位置的方法。
然后可以可能地结合其它地点信息(例如教育／描述信息)将所计算的位置提供给用户(S56)作为地图(例如提供用于GPS接收机的地图或作为地点信息的一部分而检索到的地图／建筑规划图)上的指示。
在所示示例中，为了简明而示出检测两个已编码磁场104。然而，应理解，可以存在很多更多个，优选地至少三个，并且更多数量的本地单元具有用于改进位置计算的精度的潜能，如图7(a)至图7(c)所示的那样。
在图7(a)中，例如，从一个本地单元102-2仅检测到一个已编码磁场，设备因此可以确定在以本地单元102-2周围为中心的虚拟椭圆(例如，具有与线圈同轴的主轴并且具有基本上副轴两倍高的场幅值)的表面上近似位置。在图7(b)中，这次还从本地单元102-3检测第二已编码磁场；设备因此可以确定虚拟椭圆上与椭圆相交的近似位置。这与其它地点信息(例如“地面”或“楼层”地方)结合可以足以将位置缩小到更精确的(尽管可能模糊的)位置。图7(c)示出这样的情况：其中设备已经从本地单元102-2、3和4检测到三个已编码磁场。三个椭圆相交更精确地以三维方式标定位置500。测量中的任何不精确性可以被看作容限，有效地说明设备可以被标定为所定义的体积，而非确切的点。注意，本地单元102-2、3和4可以相互并置并且相互正交，提供用于从本地单元的单个安装位置以3D方式来确定精确的位置和方位的能力。
因此，如上所述，通过使用移动设备中所提供的磁力计，即使当传统卫星定位不可用时，也可以推导包括尤其精确位置的地点信息。此外，除该位置信息之外，还可以检索增强的地点信息，以增强用户的体验。
以上已经描述了很多详细实施例。本领域技术人员应理解，在仍受益于在此所实施的本发明的同时，可以对以上实施例进行很多修改和改动。
例如，图8示出增强的定位方法，其中，可以结合磁力计来使用其它可用的高级特征(例如加速计(和／或陀螺仪))，以用于跟踪和位置近似。
在图8中，使用移动设备的内置加速计，设备通过将导向(heading)数据与加速度数据(例如两次时间积分)以及已知的开始位置(例如，当其最近检测到三个场时)结合来确定其位置。移动设备100初始具有所定义的位置500和速度502。其可以来自GPS信号或磁场，如上所述。移动设备100还具有(例如从磁力计数据导出)初始导向504。如果移动设备100在时间t丢失位置跟踪信号，则在该时间内，分别使用加速计47和磁力计46来收集加速度数据506和导向数据508。该数据然后在“惯性导航”技术中用于近似当前位置510、速度512。可以使用磁力计来测量当前导向514。时间t越短并且初始测量500、502的精度越大，最终位置510和速度512测量的精度就越大。
这种位置感测方法(被称为“航迹推算”)具有实用性，不仅因为其允许当移动设备100在本地单元102的范围之外时的定位，而且还因为其允许在更宽的情况范围下精确地使用长相关码。
例如，本地单元102发送相关码以传送定位信息。较长的相关码具有用于改进定位精度的可能，并且通常更不易受噪声影响。在缺少“航迹推算”信息时，如果当接收码时用户是移动的，则因为移动设备的相对方位在码的开始和结束可能是不同的，所以有可能无法相关。然而，在一个实施例中，可以通过使用包括加速计和／或陀螺仪和／或磁力计的移动设备中所提供的惯性测量单元(IMU)来校正这种相对方位的改变。通过使用惯性测量，移动设备可以创建稳定的本地基准帧，其补偿用户的相对方位和／或位置的改变。使用运动校正可能因此使得能够独立于移动设备100的本地运动来接收长相关码。如上所述，本地设备当其正接收相关码时加速越大，误差就越可能出现。在此情况下，误差可能导致不正确地运动校正相关码，因此确定不精确的定位信息，或根本不能确定定位信息。然而，在可能的情况下，可以潜在地使用来自移动设备的加速计的数据，以确定何时不正确的运动校正是可能的，并且要么补偿它以向用户警告潜在的不精确性，和／或将更大的权重施加到在移动设备并没有太快地加速的同时所接收到的长相关码的部分上。
该操作的后果是，当实际上用户固定时，IMU可能错误地检测运动；这被称为“漂移”。例如，如果加速计错误地检测到加速度，则设备将被认为在该方向上移动，直到检测到与此相反的加速度。然而，如果误差是随机的并且在大小和方向上是对称分布的，则它们将倾向于抵消，但所感知到的设备的位置在其实际位置周围“漂移”。因此，情况可能是这样的：当设备100实际上正在移动时，IMU是最精确的。因此，有利的是，当(例如IMU测量小于特定阈值而确定)设备固定时，可以使用长相关码，而无需运动校正。
当设备正在移动时，使用已经被运动校正过的较短码可能是更精确的。在被精确地运动校正过但不提供大量定位信息的短码与可能遭受运动校正误差的长码之间存在折中。为此，本地单元102可以发送出两个码集合，一长一短。移动设备100于是可以取决于其所处的运动状态来判断使用哪个集合。当然，本地设备102可以发送出不同长度的码，但这里存在折中，因为本地设备102具有其可以发送的特定最大比特率，并且复制信息可能浪费这种资源。
移动设备100可以取决于(提供短意义上的非常精确的轨道的)IMU测量和／或来自磁系统和／或任何其它可用的模态(modality)(例如WiFi或GPS)的测量的可用性而融合这些测量。使用已知的本地单元102的位置，移动设备100可以使用例如颗粒滤波器或信息滤波器来确定在空间中最可能的位置。即使部分信息是已知的(例如，如信号强度的增加所标示的那样，用户正朝向本地单元102移动)，也可以产生该操作。该技术也可以用于创建“指纹”地图，其表征区域中的特定位置。
图9示出增强的(尽管更复杂的)本地单元102的另一示例。图9的本地单元102包括两个正交定位的发射线圈304-1和304-2。两个线圈304的存在允许生成旋转磁场。每个线圈304产生具有其方位所定义的极性的场，并且通过随着时间而改变这两个场的相对强度，可以生成极性随着时间而改变的磁场。因此，添加第二线圈有效地引入可以置入编码的另一维度，因为偏振具有二维而非一维上的分量。因此，这增加了场的潜在信息内容。例如，磁场104可以是旋转磁场或更复杂的时变场的形式。应理解，线圈并非必须是绝对正交的，而是方位应理想地具有正交分量。在另一示例中，两个线圈同轴地定位但分离地受控，从而更容易具有电流的双相控制。
包括第二线圈304还使得来自单个本地单元102的定位成为可能。来自单个线圈304的磁场的空间依赖性取决于线圈304的方位和设计，如上所述。这说明，可以从单个本地单元102生成两个相交椭圆(例如)。给定特定测量集合，位置可以减少为特定的点集合，如上所述。通过使用第三线圈、另一本地单元102或其它附加信息，可以确定更精确的位置。应理解，虽然在以上实施例中磁场形状被描述为椭圆，但其可以采用本地单元102的设计可以有选择地产生的任何形状。
图9的本地单元102与先前图3所示的相似，但具有某些关键差异。本地单元102包括主控制单元700，包括存储器308和处理单元306。存储器308包含关于标识和场的编码的信息，如参照图3所描述的那样，但还包含偏振信息。处理单元306取得该信息并且确定每个线圈304-1和304-2需要产生什么电流以生成期望的场。这些分离的电流需求被发送到控制子单元1310-1和2310-2，其控制电子组件来产生生成期望的时变场所需的电流。这些电流然后经由各个输出单元314-1、2输出到线圈304-1、2。如图3的示例，提供反馈设备316，其检测所生成的场，对其与期望的场进行比较并且将其反馈给处理单元306，以进行改变，从而适当地使得所生成的场符合期望的场(例如作为组件特性随着时间漂移的结果)。应理解，可以通过省略反馈单元316来简化其以及图3的示例的设计。此外，如图3所示，本地单元102具有定位单元318。其可以是GPS接收机、WiFi模块或向本地单元提供关于其位置的信息的任何组件。该信息可以于是用于生成本地单元的标识和／或用于以其位置来对信号进行编码。这说明，每个本地单元102将无需分离地以它们的位置而被编程，因此创建“即插即用”本地单元102。应理解，可以通过省略定位单元318来简化其以及图3的示例的设计。
在另一示例中，包括与两个现有304-1和2正交的第三线圈，以再进一步增加场的潜在信息内容，因为然后在三维而非二维中定义偏振。在又一示例中，可以使用以120°角分离的以共面方式定向的三个线圈。在又一实施例中，可以存在四个或更多个线圈。可以实现提供空间上单独的线圈的任何布置，此外，线圈并不一定是相似的大小或形状。例如，两个线圈具有沿着x和y方向对准的其轴，其中，前两个周围缠绕的具有沿着z方向的轴的第三线圈提供紧凑的本地单元。用于三线圈本地单元102的另一可能的方位是：三个线圈绕立方体的三个轴卷绕。
应理解，虽然在以上实施例中本地设备102被描述为彼此独立，但它们可以是相连的。其可以经由WiFi、蓝牙
其它无线或连接。这将使得特定地域中的本地单元能够同步它们的信号，从而它们(在时间或频率上)不重叠或彼此干扰。此外，或其他，该链路可以提供待发送到本地单元的实时信息，从而它们的ID(例如)可以随着时间而改变。这在例如当火警故障时并且本地单元可以发送特殊和／或更强劲的信号的情况下将是有用的。该功能也可以实现为能量节约特征，仅在特定每天的时间期间或当移动设备下指令何时之时命令本地单元有效。同步可以受控于“主”本地单元，其产生所有其它本地单元可以检测的场，并且随后产生合适同步的场。或者，如下所述，其它同步手段也是可能的。
本地单元102可以配备有通信模块(有线和／或无线(3G／WiFi)，其允许远程控制、再编程和诊断)。这样的能力将使得本地单元能够以新的软件版本而被远程再编程(例如，改动所采用的特定编码方案)。
图10示出另一又更复杂的本地设备102的实施例，其适于执行上述附加功能。本地设备102再次与图3所描述的相似，但具有用于启用附加功能的附加组件。本地单元102包括控制器800、存储器802、输出线圈304、Wi-Fi通信单元804以及磁力计806。为了多个本地单元102彼此同步，它们必须能够与中央服务器通信或彼此通信。可以通过对LAN或WAN的Wi-Fi连接804、“Zigbee”或通过使用磁场与彼此进行通信来完成该操作。对于后一选项，本地单元102包括磁力计806。磁力计806可以使用与反馈模块824相似或相同的组件。磁力计806理想地以三维方式测量磁场，并且将该信号传递到控制器800。控制器800于是使用来自存储器802的磁力计模块820确定如何改动信号，以与范围内的其它本地单元102同步。在该阶段中使用同步模块818，以生成合适的信号，从而其彼此不干扰。存储器802还包括编码信息816。该信息816确定发送到输出线圈304的信号的特性，以生成合适编码的磁场。标识模块822包括关于本地单元的标识的信息。其可以是其位置，或任何其它单元特定信息(例如标识码)。该码可以不是永久的，并且可以经受改变。标识模块822可以被远程或本地访问，以改动本地单元的标识。定位单元826可以提供关于本地单元的位置和／或标识的信息。这在本地单元102不在固定位置处的情况下可以是尤其有用的。反馈模块824直接测量所产生的磁场，或从来自磁力计806的信息确定它。其然后对该磁场与期望的场进行比较，并且将任何差异反馈给控制器800。
以此方式，因此，本地单元有利地能够与彼此进行通信。这是尤其有利的，因为其允许这样的实施例：本地单元可以被布置在包括适于(例如通过它们所生成的磁场)彼此通信的多个本地单元的自组织网络(SON)中，所述单元适于检测附加本地单元到SON的引入和／或现有单元从SON的移除并且相应地适用。可以适用SON的本地单元所生成的磁场，从而例如将每个本地单元所提供的覆盖优化为在确保每个本地单元的功耗保持在可接受的限制内的同时避免(或最小化)覆盖空洞的出现。以此方式，例如，覆盖特定区域的附加本地单元的引入可以允许(该区域先前覆盖的)另一本地单元适于使用所有其功率在先前没有(或糟糕)覆盖的区域(例如大型会议中心、超市等的角落)中提供覆盖。相似地，新加入的本地单元可以在通电时使用其用于与其它单元进行通信的能力来将自身适当地自身适于SON，而无需有经验的安装者(例如以“即插即用”类型方式)进行配置。
如上所述，在上述实施例中，位置信息可以经由通信链路被检索，或可以由移动设备100本地存储。应理解，这种本地存储的信息可以在更早的时间(例如当移动设备100首先进入系统10所覆盖的建筑物或区域时，在计划拜访特定位置的用户进行请求时，当移动设备首先被配置时等)预加载。这种情况在特定情况下是有益的，因为其有助于最小化对可能不可用的外部连接性的需要。(例如在用户进行请求时和／或在检测到本地单元具有用于触发更宽下载的“触发”标识时)一次下载用于特定区域或地域中的若干本地单元的有关信息也可以通过在避免对存储用于更宽地理地域中所有发射机设备的位置信息的需要的同时最小化对进行重复下载连接的需要来有助于平衡电池管理的潜在冲突要求和保持设备存储容量。
在上述实施例中，本地单元进行的场的编码可以标识本地单元102，然后移动设备100查找位置特定信息。应理解，磁场可以潜在地对本地单元的地理坐标进行编码，或相似地，最小化移动设备100确定其位置所需的过程。该操作在这样的情况下是优选的：移动设备100具有预加载到存储器上的地图、建筑平面图等，并且因此可以在没有其它数据通信的情况下将移动设备相对于本地单元102的位置的指示放置在地图上。
本地单元102以上已经描述为通过计算生成其所需的电信号来生成所需的场。可以通过使用本地单元的存储器中的预加载算法来实现该处理。或者，本地单元可以使用查找表来实现该处理。该电信号可能需要在通过线圈之前被放大，从而可以生成足够幅度并且因此范围的场。可以通过经过模拟放大器来传递信号而实现该处理。信号可以是数字形式的，因此通过数模转换器(DAC)、滤波脉宽调制(PWM)或相似手段而首先改变为模拟形式。
应理解，虽然在上述实施例中本地设备102已经描述为具有设备唯一标识码，但其可以不是全球唯一标识码。在备选实施例中，用于本地单元102的标识码可以潜在地恰对其与附近的其它本地单元102进行区分。移动设备100可以使用其它手段(例如GPS、移动网络或预加载的信息)来确定正确的邻近性。这将使更简单的标识场成为可能，当使用可能有时用于移动电话等中的方向找寻的低带宽或不灵敏的磁力计时，这是尤其有利的。此外，更简单的标识码降低了不正确标识的可能性。
应理解，虽然移动设备100描述为移动电话(例如智能电话)，但其可以是任何合适的设备(例如GPS设备、个人数字助理(PDA)、掌上设备或笔记本计算机)。例如，GPS设备可以适于从本地单元102检测磁场，并且具有与它们有关的预加载位置信息。这将提供这样的优点：当移动进入或离开GPS或磁场的区域时，具有改进的位置覆盖和无缝位置信息。一个可能的实施方式将是：地下停车场具有在各个位置中所安装的多个本地单元102。车辆配备有所适用的GPS单元，并且随着其进入停车场而从本地单元102拾取场。于是可以从互联网下载或从存储器检索停车场的地图以及本地单元102的位置，从而当足够的GPS信号丢失时，位置跟踪可以继续进行。用户于是可以被引导至空置空间，或被引导回到她的车辆(如果停泊就绪)。
应理解，虽然以上描述主要指代定位信息发送到移动设备的实施例，但预期完全存在／缺少信号可以用于指示位置。在移动设备紧密靠近本地单元102的实施例中，经由感应耦合来对移动设备进行充电也是可能的。虽然技术进展将扩展这种情况，但当本地单元102与移动设备之间的距离小于1-2m时，这在当下是可能的。
系统的另一可能特征是：提供给本地单元102的功率在紧急情况下可以增加(例如上升)以提供改进的性能，即更快／更精确的定位和／或改进的范围。此外，可以在紧急情况(例如修改的码(例如更长／更短的相关码)或例如用于撤离的指令)下实现特殊特征。功率和传输特性的这种修改无需受限于紧急情况，而是可以用在需要改进的或不同的性能的任何时间。
在上述实施例中，本地单元102已经被看作生成已编码磁场的设备(发送器或发射机)，移动单元100被看作感测已编码磁场的设备(传感器或接收机)。系统的另一可能实施例是：集成本地单元和移动设备以形成单个设备(下文中称为收发机)。收发机能够关于一个或多个其它收发机双向通信以及定位。收发机也可以用于定位移动设备或由本地单元定位自身。
在此所描述的该系统的潜在应用是在紧急情况和救援服务中。在此情况下，收发机(“控制”或“主”收发机)可以安装在载具(例如消防车或其它紧急响应载具)上。在该应用中，紧急服务工作人员的成员均配备有收发机和／或本地单元和／或移动设备。
例如，工作人员可以全都配备有收发机，并且能够建立相对于彼此的位置，还能够使用磁信道或其它其它无线技术通过收发机的网络来通信这些相对位置。可以使用分布式(多跳网络)定位算法来确定他们的位置，如下所述。
移动收发机可以有利地连接到(或集成有)工作人员的成员所携带的其它安全装置(例如剩余空气水平指示器和／或有毒气体检测器)。这有利地允许使用在此所描述的方法之一来跟踪紧急服务工作人员的成员，并且还允许其它信息(例如剩余空气水平)通信回到载具和／或允许将控制信息(例如用于触发听觉和／或视觉告警的消息或来自人工控制器的命令消息)从紧急服务载具上的收发机通信到移动收发机。工作人员所携带的移动收发机也可以能够发送高功率遇险信号，其可以在接收机处其他地方(例如在主收发机处或在另一检测器处)被拾取。注意，在一些情况下，仅配备有移动设备(仅接收机)或本地单元(仅发射机)对于工作人员可能是有利的。这将允许上述功能的子集。
以上说明书中未提到的系统10的附加实施方式将是使用系统10作为能量使用监视器。本地单元102可以放置在现有电路内，从而通过激活现有电路(即打开灯)，本地单元102被激活以使得能够定位附近的移动设备100，并且该信息可以集成有(电流／电压探针或其它传感器所测量的)现有电路的能量使用情况。此外，本地单元可以用于例如通过将监控功能与上述定位集成和／或通过将本地单元102集成到智能仪表、智能插座等中来监控建筑物中(例如不同办公室中)不同位置处的相对能量使用情况。备选将是：使用系统10作为上述跟踪系统，从而可以在建筑物周围跟踪单独用户，从而可以随着用户来回移动而激活／禁用设备。通过跟踪单独用户，获取他们的单独能量使用情况的足迹以激励能量使用情况的行为改变也是可能的。此外，用户也可以针对他们的能量使用情况而被单独地收费。此外，可以收集关于空间使用情况的数据，从而可以定位加热、光照和其它设备的使用，以最小化能量使用情况。用户可以配备有移动设备100，其允许他们的位置受监控和／或存储和／或中继到智能仪表和／或中央服务器。
应理解，虽然服务器122描述为与移动设备100分离，但其可以集成到移动设备100中。其可以作为存储器以及集成有现有移动设备组件的相关联软件或作为附加组件。服务器可以可能地在广域网(WAN)内或局域网(LAN)内经由网络接口402受访问，或以分布式数据库或相似的形式贯穿移动设备100而分布。
移动设备的输入设备可以包括这些设备上共同可用的任何合适的设备，例如鼠标、物理键盘／键区、相机、麦克风、运动／接近性传感器、定位设备等。输入模块可以包括用于处理对输入设备的输入和／或用于显示关于如何配置它们以用于用户进行使用的信息的任何合适的模块。例如，输入模块可以包括用于处理图像(静止或运动)经由相机的输入的模块、用于识别对麦克风的语音输入的模块、用于解译运动的速度和／或特性的模块等。
在上述实施例中，移动设备包括收发机电路。典型地，该电路将由专用硬件电路形成。然而，在一些实施例中，收发机电路的一部分可以实现为对应控制器所运行的软件。
在上述实施例中，描述了多个软件模块。本领域技术人员应理解，软件可以通过编译或未编译的形式而被提供，并且可以提供给移动设备作为计算机网络上或记录介质上的信号。此外，可以使用一个或多个专用硬件电路来执行一部分或所有该软件所执行的功能。然而，使用软件模块是优选的，因为其促进了移动设备的更新，以更新它们的功能。例如，具有磁力计的现有移动电话(例如智能电话)可以适于在移动设备的用户进行请求时通过下载应用(例如所谓的“app”)来用于定位系统。
模块中的一个或多个的功能可以组合为单个模块，并且在一些实施例中，可以内置于操作系统中。
编码技术
在上述描述中，本地单元102发射由移动设备100检测的已编码磁场。以下描述提供本地单元102和移动设备100可以使用以实现上述功能的多种技术。这些技术可以单独地使用，或彼此组合。
存在可以用于对本地单元102ID进行编码并且允许移动设备100确定其相对位置和方位的多种方法。此外，优选的是，彼此靠近的本地单元102并不干扰彼此的传输，因为这可能使得定位困难或甚至不可能。以下讨论该系统10中所采用的技术。
基于竞争的介质存取技术包括对介质的随机存取，其可以尤其可应用于收发机，因为它们可以侦听信道以确定来自其它设备的任何传输是否在进行中。基于竞争的技术(例如ALOHA、CSMA(载波侦测多接入))的优点是无需预先同步／分配。
时分多址(TDMA)指代这样的技术：本地单元在单独时隙内发送它们的ID码，并且具有对于接收机检测码非常简单的优点。在基于TDMA的系统中，本地单元102可能需要通信链路来保持同步，并且如果在彼此附近存在大量本地单元102，则在来自特定本地单元102的各传输之间可能存在延迟。如果干扰／冲突是可接受的，则对于严格同步的要求可以是放松的，在此情况下，本地单元102在随机时间点发送它们的ID码。
频分多址(FDMA)为每个本地单元102分配唯一频带。邻近本地单元102可以同时发送，而不产生对彼此的干扰，也无需同步。然而，在带限介质(例如移动设备100可以检测的带宽)中，可以选取的单独频带的数量受限。
码分多址(CDMA)是一种用于允许对介质的同时访问的技术。存在两种主要类型的CDMA，即离散序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)。这些技术背后的思想是将唯一码分配给本地单元102。这些码典型地被选取为具有这样的特性：码具有用于零时间滞后的高自相关峰值、用于非零时间滞后的低自相关值(理想地，零)，并且不同码之间的互相关对于所有滞后为零。它们广泛地被归类为伪随机(PN)码，并且存在大量同族，例如Gold码、Kasami码和Walsh-Hadamard码。在带限介质中，用于发送PN码的时间可能十分长(例如，以100码片／秒，对于1024个码片码10秒)。
所有编码技术可以利用简单编码方法(例如幅度调制)或更复杂的方法(例如“Manchester编码”)。也可以利用频移键控(FSK)、相移键控(PSK)及其组合。
磁矢量调制
与一些上述技术相关联的潜在缺点是：它们引入延迟或限制最大数据速率(例如CDMA所需的长伪噪声码)或需要时间同步来防止干扰(TDMA)或受限带宽不允许多个本地单元102(FDMA)。为此，优选的技术是磁矢量调制，其利用磁场的矢量特性对比现有扩频方法的更多的每单位时间信息进行编码。
在一个示例中，使用磁矢量调制对本地单元102所生成的磁场进行编码。通过磁矢量的方向将信息编码到信号上。本地单元102和移动设备100的相对位置和姿势被校正，以便使用预数据传输。这在发射机与接收机之间提供旋转的不变性，随后数据可以在多个轴上以更高的比特率而被发送。
在优选示例中，本地单元102和移动设备100都具有至少两个正交放置的线圈。在此情况下，存在用于使用“磁矢量调制”的更多改进的通信速率的余地。通过控制每个发送线圈304中的电流的相位和幅度，可以在接收机806处(当使用三个或更多个线圈时)以任何方向生成磁矢量场。以下在设备100、102具有三个线圈并且相移键控(PSK)受利用的示例中描述该情况。
本地单元102包括分别沿着“x”、“y”和“z”轴正交地定向的三个线圈304。当发起通信时，本地单元102发送对所有三个线圈进行供能的前导消息(多信道前导)。这允许接收移动设备100学习信道传递函数(当忽略其它外部效应时，有效地接收机和发射机线圈的相对方位)。接下来，到来二进制消息映射到6码元表示上。存在很多可能的方式来将二进制相移键控(BPSK)转换为基于矢量的表示。表1示出一种这样的方式：
表1：线圈供能
| 码元 | ix | iy | iz |
| 0 | +1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | +1 | 0 |
| 2 | 0 | 0 | +1 |
| 3 | -1 | 0 | 0 |
| 4 | 0 | -1 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | -1 |
表1所示的码元映射指定在特定时间对哪些线圈304供能以及它们的各个相位关系。图14示出对于本地设备102所采取的映射处理所使用的装置的系统框图。码元映射模块1400将数据映射到码元中。以较高频率载波调制基带信号，通过放大器1402放大，然后施加到发射机线圈304。为了减少整个带宽，信号可以通过根升余弦脉冲成形滤波器1404。
图15示出本地设备102的示例发送波形。发送载波频调1500以提供所发送的信号与所接收到的信号之间的相位同步。然后轮流在每个轴上发送前导消息1502，接收机将其用于“训练”信道。然后发送数据1504，其中，根据码元映射在特定轴上发送每个码元。
图17示出图15的所发送的波形的对应接收波形。完全在x轴上所发送的载波频调1500现在是在所有三个轴上的接收波形的线性组合。一旦重构该载波频调，就可以确定前导1502。检测前导的不同部分的轴用于确定信道传递函数H。这是3×3满秩矩阵，其描述发射机线圈轴与接收机线圈轴之间的耦合，在一个示例中，H是两个线圈轴集合之间的旋转矩阵。一旦其已经被校正，就可以使用具有旋转不变性的完全码元映射来发送信号。该矩阵可以(取决于发射机和接收机天线的数量)具有不同的形状以及它们的相对方位和空间位移。信道传递函数也将取决于所生成的场的形状，例如，基本上矩形天线所生成的场将对于以上适用的椭圆偶极近似产生不同传递函数。
由于需要对于每个发射机轴发送附加前导字符，因此信道训练的这种过程可能花费比BPSK情况更多的时间。然而，归因于从2到6个可能码元值(有效地提供基本基于6的编码系统)的增加所提供的比特率的增加，有用长度的消息具有更低的延时，如下所示。
来自从2(二进制)到6(六进制)增加可能码元值的比特率的增加是log2(6)／log2(2)=2.58。归因于采用三轴发射机和接收机所提供的位置和旋转不变性，设备在特定范围所接收到的整个能量是恒定的。
在典型地采用单轴发射机和接收机的磁感应通信系统中，通常展现出所接收到的信号关于相对位置和方位的强烈变化。与单轴情况相比(与可实现的误比特率直接有关的)所接收到的能量的增益取决于单轴发射机-接收机的相对校准。如果在单轴的情况下的发射机和接收机是同轴的(即沿着椭圆的主轴摆放)，则使用三轴发射机和接收机的能量的增加是1.76dB。如果在单轴情况下的发射机和接收机是共面的(即沿着椭圆的副轴摆放)，则使用三轴发射机和接收机所提供的能量的增加是7.78dB。如果单轴中的发射机和接收机相互正交(即叉积为零)，则接收机将不切割通量线，并且检测不到磁场，因此通信将是不可能的。然而，在三轴发射机和接收机的情况下，通信速率将与其它情形相同。
假设每个字符采用时间ts来发送，并且存在P个前导码元以及D(标量)个数据码元。
tscalar=ts(P+D)
tvector=ts(3P+D／2.58)
对于8比特的前导字符长度P，当数据D比32比特(4字节)更长时，矢量方法是更高效的(更低的延时)。以下参照图22更详细地讨论当使用不同编码方法和发射机类型时的信号的延时。
在备选方法中，并非沿着x、y和z轴来定向发送轴，可以选取任何三个轴。示例码元将是ix=0.1A、iy=-0.5A、iz=0.2A。当设计系统以避免沿着特定轴导引的噪声或干扰时，这可能是优选的。此外，该方法不限于具有6个码元的星座，而是取决于信道中的信噪比而可以采取任意数量的码元。例如，在低噪声信道中，可以采用32个码元。注意，前导不一定需要通信所有32个码元，而是可以发送减少的子集，这将允许接收机估计磁矢量空间中其余码元的位置。如果接收机对于所接收到的信号中的功率是灵敏的，则码元也可以受幅度调制，从而两个或更多个码元可以沿着同一矢量摆放，但具有与起源不同的长度。以下更详细地描述这种情况。
图16示出接收机链的系统框图。低噪声放大器1600放大输入信号，之后经过自动增益控制，以保持可接受的动态范围。然后修改后的信号与合成载波1602下混频。这优选地是复载波，从而下变换形成同相(实部)和正交(虚部)分量。锁相环(PLL)模块1604通过调整振荡器的所生成的频率来执行相位校正，以保持相位同步。例如，通过Costas锁相环来执行该操作，其合成单个载波，而不是三个分离的载波。这是因为，三个信道之间不存在频率或相位偏移。从所有三个输入信道推导出施加到反馈环路的误差信号，对具有更好信噪比的信道给出更大的权重。这样减少了误判率，其中，从星座图上的误差点选取不正确的码元(图18和图19)。
下一阶段是时序恢复模块1606所执行的时序恢复。这与正常接收机中所使用的方法相似，但矢量幅度(即三个信道的根均方(RMS)幅度)用于控制数据采样器，其确定应在哪个码元点进行采样以最大化能量。
在信号的前导阶段期间，模块1608估计信道传递函数H。虽然存在六个码元，但仅仅需存储三个矢量系数，因为其余三个仅在符号上相反并且位于星座内的相反位置中(图18和图19)。发射机按序列在三个信道中的每一个上发送已知的前导信号字符，如图15所示。接收机在每个前导字符的持续时间上对其接收的3D磁矢量取平均。这些矢量中的每一个用于填充H的列。每个矢量是纯实数，因为没有由于多径而导致的相位偏移产生。一旦发送数据，该矩阵H就用于对码元进行解码。为了对输入数据进行解码，接收机选取从已知H推导出的、使得所接收到的3D矢量与所预测的星座点的位置之间的欧几里德距离最小化的码元。码元恢复模块1610然后对六进制码元进行解映射，以恢复串行数据流。参照图18所示的示例星座来解译该情况。在该示例中，SNR高，从而簇是单独的并且分离的。使用在初始信道估计阶段期间所确定的H来建立星座图。对前导码元取平均以形成簇，其中，簇的质心是H中的各个列矢量。为了对码元进行解码，在图中以“x”标记的、从所有三个信道测量的接收到的矢量信号之间的3D欧几里德距离被确定为码元星座中的每一点。基于码元最接近星座的哪个点(在此情况下返回码元0)来进行硬判决。注意，软判决技术(例如Viterbi或Turbo编码)可以用于提供前向纠错信道编码并且减少误比特率。
图19示出当SNR很低时的另一示例星座图。例如，这可以归因于存在噪声或干扰。还注意，星座的形状已经改变；这归因于发射机与接收机之间的相对位置／方位的改变。码元点的簇(所接收到的矢量)是更扩展的，这可能导致码元对于所接收到的矢量的不正确的归属。扩展的确切特性可以用于确定何种噪声出现，以及潜在地随后被校正。例如，高斯噪声示出为模糊星座点，非相干单频干扰示出为环形星座点，相位噪声示出为旋转扩展星座点，衰减使得各点朝向中心移动。
例如它们的方法所提供的增加的比特率在例如快速和安全近场通信(NFC)支付的应用中可能是非常有用的。高比特率提供更好的安全性以及更快的通信(其自身增加了安全性)。此外，可以包括定位特征，以防止“中间人”攻击。这是这样的情况：第三方拦截通信并且重传它，因此使得他们能够绕过安全检查但仍然控制通信。第三方将处于对于真实用户的不同的物理位置中，因此可以通过检查信号的物理起源而容易地被发现。
应注意，虽然已经使用了相移键控的示例，但上述通信方法独立于调制方案(即BPSK、PSK、FSK、CDMA、OFDM可以全都用在该系统内)。此外，其可以使用两个、三个或更多个轴来工作发送。
该系统提供这样的优点：通过改变所生成的磁场的方向来增加通信速率，而无需额外功率花销。与单线圈系统相比，使用该系统的信号一般更短，从而功率输出可以更低。
使用具有正交分量的三个线圈并且校正它们的相对方位的优点表明，具有发射机与接收机之间的旋转的不变性的通信可以出现。在关于相对方位的该校正之后，可以通过多个轴来发送数据，因此提供以更高比特率的数据传输的可能性。如上所述，也可以通过使用来自IMU的附加传感器输入来实现用于移动设备的旋转的不变性。这允许接收机即使经受相对方位的改变也跟踪星座。
磁相位调制
对于磁矢量调制的替代但类似的方法是磁相位调制。在该方法中，并非在接收到的磁矢量的方向上对信息进行编码，而是使用磁矢量的方向的改变来对信息进行编码。这可以与使用和BPSK相反的差分二进制相移键控(DBPSK)相比。
磁矢量具有两个角维度(方位角和高度)以及一个径向维度(幅度)。如果幅度保持恒定，则改变角特性允许对两条不同的信息同时进行编码。例如，方位角的+90°改变可以表示“0”，高度的-90°改变可以表示“1”，两个旋转可以同时出现，从而可以同时发送两条信息。通过与调频(FM)相似的方式进行操作，使用该方法减少了对幅度变化的灵敏度。这减少了由于如上所述的衰减而导致的潜在误差。使用该方法的另一优点是：发射机以恒定功率输出来操作，说明SNR总是得以最大化。
相似地，可以通过在磁矢量空间中采取时间变化轨迹来表示码元。为了简明，使用球坐标中的两个角(
，θ)来表示磁矢量的方向。两个角参数连同潜在时间变化幅度一起从球坐标转换到笛卡尔坐标(x，y，z)，并且用于控制流过发射机线圈的电流。示例码元表如下所示：
| 码元0 | 码元1 | 码元2 | 码元3 | |
| T=0 | (0，0) | (0，0) | (0，0) | (0，0) |
| T=1 | (π／2,π／2) | (π／2,-π／2) | (π／4，π) | (-π／4,π／2) |
| T=2 | (π／2，0) | (π／2,π／2) | (3π／4，0) | (π／4,-π／2) |
| T=3 | (0，0) | (0，0) | (0，0) | (0，0) |
在每个时间点(T=0，T=1等)，磁矢量旋转到新的方向。在接收机的基准帧中，其在椭圆表面上绘制出轨迹。由于轨迹是不同的，因此即使强噪声表征椭圆表面的特定区域，接收机也可以对码元进行解码。
该方法可以与例如Manchester编码的编码方法组合，并且组合多种编码方法的优点。该技术可以凭借通过磁矢量的改变速率对信息进行编码而得以进一步增强。该技术将对于用户的方位的改变是不敏感的。
超复数编码
还利用磁场的矢量特性的另一备选方法是“超复数编码”。这是这样的情况：本地单元102仿拟旋转磁矢量，可以使用其来确定本地单元的标识及其相对位置。
首先假设本地单元102装配有至少三个相互正交的发射机线圈304，并且可以例如通过使用功率晶体管或其它装置来控制流过每个线圈304的电流的幅值和方向。为了简明，假设通过每个线圈的电流可以设置为+1、-1或0安培。因此，在每个时间点处，每个线圈304中的电流可以采用三个可能值之一。给定三个线圈304，因此存在33=27个唯一的线圈电流组合。注意，理论上，这允许在每个时间点发送log2(27)=4.75比特，与用于二进制调制的单个比特相反。显见，理论上，可以选取线圈电流的无限多变化，但为了简明，在该示例中，我们将其限制为27个唯一组合。
这些电流可以方便地表示为三元组，例如[+1，0，-1]，其表示关于本地单元的基准帧通过沿着x轴对准的线圈的+1的电流、通过沿着y轴对准的线圈的无电流以及用于沿着z轴对准的线圈的+1的电流。
通过叠加原理，在空间点处体验到的所得磁场是本地单元102中的三个正交线圈304在该空间点处所施加的场之和。显见，对于发射机线圈电流的每个组合，将建立不同的所得场。实际上，通过控制磁场的组合，等效于相对于三个独立的轴(即俯仰、偏航和翻滚)机械地旋转以本地单元为中心的磁偶极。这可以被看作磁偶极相对于本地单元内的起源的球面偏振。通过在各个时间点改变本地单元102的球面偏振(通过对线圈304供能不同的三个电流)，在特定空间点处所施加的磁场也将变化。这是这样的关系：允许移动设备100建立其姿势(方位)和位置。
总之，本地单元102通过控制通过单独发射机线圈304的电流来生成偏振序列。移动设备100感测偏振序列。通过对所接收到的序列与已知的所发送的序列(预先获得的，或如上所述查找的)进行比较，可以确定移动设备100的姿势和方位。通过合适选取偏振序列，多个本地单元102可以同时发送，无需各本地单元102之间的同步。这允许移动设备100标识本地单元102并且确定它们的相对位置和方位。
虽然存在可以实现该操作的很多可能方法，但这是借助于四元组理论而被最佳解译的。四元组是具有以下形式的四维超复数，
q=q0+qii+qjj+qkk
其中，系数q0、qi、qj和qk是全实数值的，[1，i，j，k]形成四元组矢量空间的基础。数q0被称为实部，
被称为矢量部分。如果实部设置为零，则这被称为纯四元组。通过设置qi＝Bx，qj＝Byand qk＝Bz，其中，Bx、By和Bz是在特定空间点处所测量的矢量场的分量，矢量场可以表示为四元组。
为了将所发送的序列匹配于所接收到的序列，我们使用超复数互相关，其返回超复数结果。超复数互相关基本上与正常实数或复数形式相似，其计算数据集内的模版模式的各个滞后的内积。
其中，f(t)是传感器数据集，g(t)是模版并且
表示超复数共轭。采用归一化互相关是有帮助的，以使得其对于每个信号中的功率是不变的：
其中，||f||是超复数矢量的L2范数，定义为：
在用于数据集的每个时间点，四元组rn(n)反映模版有多良好地匹配数据集。注意，可以极性标注表示四元组q：
其中：
以及
其中，q0是实部，
是复数部分，|q|是幅值，
是本征轴，θ是本征角。对于归一化互相关，幅值|rn|→1用于完美对准序列，并且角θ→0。θ可以解译为模版超复数矢量与数据集超复数矢量之间的角，其中，
是发生旋转所围绕的轴。这将用于推导迭代算法以确定移动设备的相对位置和方位的关系。
位置和姿势(方位)的迭代确定
为了确定移动设备的位置和姿势(例如六个自由度)，给定测量集合m(t)，采取多个步骤。图11示出示例测量集合。
第一步骤是：搜索测量集合中的超复数序列，以确定传输是否以及何时已经出现：
1)构建将在以本地单元102为中心的单位圆上的任意点处所接收到的所预测的测量集合p(t)。注意，该测量集合包括与Bx、By和Bz对应的用于每个时间点的三个分量。该点可以在球坐标中表示为(r，θ，Φ)，其中，r是球半径，θ是方位角，Φ是高度。由于半径是恒定的，仅需指定(θ，Φ)。例如，可以选取点(π，0)。
2)将测量集合和所预测的序列转换为纯四元组表示。
3)形成p(t)与m(t)之间的绝对超复数归一化互相关|rn(n)|。
4)如果检测到峰值，则指示在时间时刻np发生传输。图12中示出该情况。
5)注意，如果仅需要接近性信息，则无需其它处理。
下一步骤是：通过最大化归一化互相关值rn(np)来继续对所估计的移动设备的位置和姿势求精。可以通过多种方式(例如通过使用颗粒或卡尔曼滤波器)来确定它，但存在简单的梯度上升方法。
1)通过搜索(θ，Φ)的组合并且预测将在球面上该点处所接收到的磁场测量来最大化归一化的超复数互相关。对于可以由四元组qr表示的传感器基准帧的特定排列采取该操作。对于初始步骤，qr=[1，0，0，0](零旋转)表示源和传感器帧完美地对准。可以使用任何合适的搜索算法，例如最小均方、遗传算法或甚至是穷尽搜索。
2)一旦算法已经收敛，或已经采取合适数量的迭代，就检查表示归一化互相关的四元组。如上所述，当所预测并且测量的序列在方位和位置中都完美地相关时，四元组rn(np)将是纯实数。如果该情况出现，则算法已经收敛并且可以终止。图13中示出该示例。
3)如果存在非零虚部，则这指示源和传感器帧并未对准。需要旋转传感器帧，以将其与源帧对准。互相关四元组指示发生旋转应围绕的轴以及角。角和轴计算为：
其中，rn(np)=[r0，rx，ry，rz]。四元组qt被归一化以使得其为旋转四元组，表示传感器帧的方位的新四元组计算为：qr(new)=qtqr(old)。重复步骤1-3，直到四元组仅具有实数分量(即本征角为零)。
一旦算法已经收敛，多个参数就是已知的。旋转四元组qr精确地定义移动设备100的方位。最大化归一化互相关的单位圆上的点也是已知的。该点沿着从本地单元102的中心延伸到移动设备100的直线伸展。为了确定移动设备100的位置，所需的是(基本上通过计算非归一化互相关)计算所测量的信号中的功率。通过该条最终信息，可以通过特定方位在球坐标中表示移动设备100相对于本地单元102的位置。
在另一实施例中，自多个本地单元102的方位(即(θ，Φ))可以用于确定移动设备100的位置。这在这样的情况下可能是有用的：信号的功率因环境特性(例如含铁物体或噪声)而失真或受影响。
所描述的超复数编码已经关注于使用用于确定位置和方位的三维编码的价值。然而，除本地单元的标识之外，还可以使用相同方法来传送受调制的数据。通过根据待发送的数据来旋转所发送的超复数模版而进行该操作。
例如，可以通过交换所发送的模版的x和y轴来作用于简单旋转。旋转并不受限于90度的倍数，并且可以通过使用用于在发送模版信号之前对其进行旋转的旋转矩阵或四元组而被任意地创建。码元映射可以用于将二进制数据译码为任意三维旋转。此外，缩放(幅度的改变)也可以用于传递附加信息维度。
与上述处理相似，可以在可以服务于训练信道的数据传输的开始时发送已知的前导序列。随后模板将根据待发送的数据而旋转。接收机将使用已知的前导序列来训练其码元映射并且然后对随后码元进行解码。如上所述，如果移动设备正移动，则可以使用运动相关，从而无论方位的改变如何都保持正确的码元解码。
该方法的一个实施例是：所有设备可以使用相同的模版并且通过根据所定义的码元映射来旋转模版而发送它们的唯一标识符。这将减少系统复杂度，因为将需要获知仅一个模版序列。
超复数编码的备选实施例是：以不同的超复数模板来表示不同的码元。例如，模版A可以表示“0”，模版B(其与模版A不同)可以表示“1”。
数据盲定位：
通常，上述技术依赖于码元映射或编码的知识。然而，可以在不知道所使用的精确调制的情况下确定用户到本地单元102的相对位置。这是因为，本地单元所生成的磁场将在移动设备的本地基准帧中创建椭圆形状。椭圆的主轴(其为副轴的两倍大)沿着将发射机结合到接收机的矢量伸展。因此，通过标识基准帧中的椭圆的方位(例如通过使用球谐或模式匹配)，可以确定移动设备100相对于本地单元102的相对角位置。椭圆的标度(幅度)是本地单元102与移动设备100之间的距离的函数，近似为逆立方规律。随着移动设备100移动或改动方位，椭圆将总是旋转到发射机的方向上的点。通过建立多个本地单元102与移动设备100之间的相对角，可以确定精确3D位置。这是将定位的处理与通信解耦合的一种简单方式。
或者，如果仅来自本地单元102的一个信号可用，则如果移动设备100配备有附加传感器(例如IMU)，那么可以推断移动设备100的位置。给定时间变化角测量集合，例如通过使用颗粒或信息滤波器，随着移动设备100移动，IMU所生成的时间变化轨迹可以用作用于估计用户的位置的约束。
混沌扩频
另一编码示例是“混沌扩频”编码。这是如下情况：接收机同步到淹没在噪声中的信号。对此利用更高的维度子空间、因而是磁场的不同矢量测量。这提供更好地捕获磁淹没在噪声中的弱信号的优点。
混沌动态系统是展现对初始条件的高敏感度的系统，通常也由相对简单的公式来指定，其典型地包含非线性项。可以通过多个状态空间公式的形式来表示混沌系统：
xk+1＝f(xk)k0，1，2...
其中，xk∈Rn是n维系统的状态，f(.)将当前状态xk映射到下一状态xk+1。
如果两个混沌系统具有相同的初始条件，则它们将通过状态空间以相同的方式演进。然而，即使它们的初始条件稍微不同，它们也将快速地分离，并且符合通过状态空间的不同轨迹。混沌动态系统中所使用的一些典型的非线性映射是逻辑映射、Henon映射、Lorenz和Rossler系统。Lyapunov指数A定义各混沌系统之间的分离程度。
可以通过两种不同方式在本发明中使用混沌公式。
在第一应用中，它们可以用作对超复数编码中以上所讨论的PN码(例如Gold或Kasami)的备选。Gold／Kasami／PN／Walsh码的缺点在于：它们典型地设计用于在一个维度上操作的二进制系统，而在磁矢量调制中，磁矢量可以在任意方向上任意地定向。因此，生成能够控制磁矢量的方位角、高度和幅度的码(即多维扩频码)是有益的。可以创建具有任意长度和期望特性的混沌码，例如接近完美脉冲的互相关函数(dirac delta函数)。为了生成用于超复数编码的基于混沌的码，以特定状态来初始化混沌状态空间系统。该初始状态定义状态空间系统的唯一演进，并且可以被看作相关码或模版。然后状态空间系统被执行达到特定数量的步骤——这定义了码的长度。所生成的状态输出用于控制流过本地单元102中的线圈304的电流的幅值和相位。通过在某时间点的特定状态的值来控制每个轴。注意，在状态空间中可以存在用于控制的比线圈更多的状态，它们被称为隐藏状态。移动单元100能够通过状态空间公式、初始条件和长度的知识来重建混沌扩频码。如上所述执行超复数相关处理。通过指定不同的初始条件、不同的长度或备选状态空间公式集合，本地单元可以生成唯一混沌码。注意，码并不需要每次生成，并且可以被预先计算。
在第二应用中，利用两个混沌动态系统用于自同步的能力来提供通信的方式。发射机和接收机都执行相同的状态空间公式。发射机在潜在地噪声损伤信道上传送“驱动”信号。该驱动信号用作对接收机的状态空间公式的输入。
随着时间，如果噪声并非过多，则发射机和接收机的状态空间相位轨迹将同步。为了传送信息，存在可以利用的多种技术，例如混沌偏移键控(其中，状态空间变量响应于待发送的信息而受调制或键控)、混沌掩蔽(其中，通过改动信道输出并且将其反馈回到发射机状态公式中来将消息调制到信道上)。状态空间系统还拥有具有“吸引子”的特性。它们是充当稳定轨迹的相位空间的区域，一般展现出周期性。吸引子是否已经捕获状态空间系统可以用作确定混沌码的存在或缺少的方式。使用混沌自同步的优点是能够检测噪声内所埋藏的非常弱的信号。
广收(broadcatching)
本地单元102磁发射机可以具有小的带宽，这可以被看作潜在缺点，因为这可能限制单个发射机可以发送的比特率。这是用于使用矢量磁调制和／或上述超复数编码来增加比特率的一个动机。然而，在多个发射机的情况下，窄的发射机带宽可能带来明显的优点。
通常，接收机的带宽远比发射机的更宽，从而接收机可以同时从不同的发射机接收很多不同的信号。通过调谐接收机环路从而它们没有任何频率依赖响应来实现该情况。由于环路的集总电阻和杂散电容，其将具有自谐振频率。可以通过使用并联电容器对天线进行电加长以调谐到操作频率来调整该情况。由于环路的主要阻抗是其自感L，因此可以确定流过环路的电流：
V=μ0NAωBcosθ
V=iZ(欧姆定律)
Z=jωL(当已经校正电容并且忽略电阻时)
∴
其中，ω是信号的角频率，B是磁场矢量的量值，θ是发射机与接收机环路之间的角，并且
因此，不存在来自接收机的频率依赖响应，说明其适合用于在宽带宽上使用。
当操作频率很低时，同时对多个频率分离的数据流进行解码是在计算上简单并且可行的。因此，接收机可以同时“侦听”很多发射机。这种构思被称为“广收”，因为它是广播的逆转，是与一对多相反的多对一。
无竞争：利用广收的一个优点是，通过分频，可以完全消除或极大地减少竞争(随机信道分配)。由于如果节点必须竞争对介质的访问，则磁信道的高延迟将恶化，因此这是重要的。还将消除干扰，因为必须重传故障分组并且因此浪费能量和带宽，所以这关于延时和能量消耗再次都是重要的。在接收机带宽是2kHz的示例系统中，如果信道每隔50Hz就间隔开，则40个单独频率信道可以塞进带宽中。给定低碰撞概率，对于每个传输，节点可以随机地跳到新信道。虽然这引入了竞争，但干扰的概率非常低。还注意，接收机无需知道信道跳转序列，并且其可以是完全随机的。关于实现，信道解码器的数量无需等于输入信道的数量，仅等于“孩子”(相关发射机)的数量。仅当接收到有效信号时需要执行信道解码器。因此，信道解码器可以动态地映射到特定频带。可以避免具有低SNR的信道(例如具有紧密类似于干线电力频率的谐波的信道)。
网络算法：第二个主要差异是在于标准网络算法的运算，例如树收集和询问传播。在下述矿井救援情形下，汇聚询问(例如和、最大、平均等)可以用于确定地下人数、最大甲烷浓度、最小氧气浓度等。一个示例将针对256比特消息，其中，一个比特与每个矿工对应。如果已经接收到来自对应矿工的消息，则本地单元将比特改变为1，然后将其转发到下一本地单元102。可以快速地收集该信息对于救援是重要的。为了执行汇聚询问，数据起源于询问树的叶子处，并且向上扩散。一旦每个家长已经从其孩子获得所有数据，则其将其自身的传感器值与询问函数进行组合，准备发送到其家长。在传统无线传感器网络中，这意味着每个孩子必须以时隙方式将其数据发送到其家长，以防止在接收机处的碰撞。因此，每个节点收集数据以执行询问所花费的时间与其具有的孩子的数量有关。通常，如果每个家长具有B个孩子，并且树的深度是D，则使用传统时隙执行汇聚询问所花费的总时间与DB成正比。这说明，最小化执行询问所花费的时间，树的宽度B和深度D应当是等同的。此外，树应该是平衡的，从而每个节点具有近似相等数量的孩子，以最小化最大宽度。
在广收树中，孩子可以均在相同时隙期间发送它们的数据。因此，节点具有的孩子的数量不改变数据收集时间。因此，从该树收集信息所花费的总时间与D单位时间成正比，其中，D是树的深度。这是重要的结果，因为执行时间独立于网络中的节点的数量，并且仅与树深度有关。还示出当宽而不深时树执行得更好，并且平衡每节点的孩子的数量并不重要(受信道可用性影响)。由于节点无需保持唤醒以在多个时间段上收集数据，因此使用广收树也是更能量高效的。广收也可以用在需要从所有它们的一跳邻居收集状态信息的去中心化算法中。如果节点划分为两组，从而在相同组中不存在共享链路的节点，则节点可以建立两个阶段周期，在发送与接收之间交替。在周期的结束，所有节点将具有来自它们所有邻居的完全状态信息。
对使用频分的广收的替换是使用码分。每个孩子发送它们的唯一正交码上所编码的消息。这具有与频分广收相同的效果，但需要稍微更复杂的电路来对它们进行接收并且解码。应注意，仅相同接收机的孩子必须具有唯一码或频带，它们可以在竞争将不是问题的“树”中的其它地方重复。
所组合的广收和磁矢量调制
图20示出广收和磁矢量调制的优点。图20示出从两个不同的发射机同时接收的两个分离的信号2000、2002的光谱图。接收已经穿过近似10m的土壤和岩石的这些信号。每个信号具有50Hz的带宽；其中，载波频率分别基于2,025Hz(2002)和2,075Hz(2000)周围。信号在接收机端彼此区分，示出可以有用地接收来自两个发射机的两个信号。这两个信号携带相同(重复的)消息；在单轴上发送信号2000，而利用上述磁矢量调制发送较低频率信号2002。使用磁矢量调制发送消息所花费的时间明显更短。
图21(a)示出对于待使用不同的编码方法和发射机类型发送的(在字节上)变化长度的消息所花费的时间(延时)。在该示例中，对通信到接收机C的两个“孩子”A和B的情况进行建模。每个孩子发送相同长度消息，该消息长度绘制于x轴上。实线2100指示对于当在单信道上发送(即不广收)时传递并且使用单轴的两条消息所花费的时间。当在单信道上发送时，每个孩子必须轮流发送，一般导致如上所述的高延时。如图21(a)所示，当消息长度很大时，其恶化。虚线2102示出当使用广收但仍在单轴上发送时的针对该情况的改进。在两个孩子示例中，这导致直线的梯度和y截距减半。
虚线2104示出当在单信道上发送但使用三个轴(即磁矢量调制)时信号的延时。对于特定低长度上的消息，与单轴、单信道情形相比，这里的消息长度减少，如上所述。有趣的是，单轴广收信号(直线2102)具有约45字节以下的信号的更低延时。这说明，在特定情况下，对其自身利用磁矢量调制可能是较不高效的。此外，当存在三个或更多个“孩子”时，广收单轴信号总是具有比单信道三轴信号更低的延时；独立于消息长度。图21(b)示出该情况，图21(b)是用于三个“孩子”的图21(a)的对应图线。
广收和磁矢量调制的组合实现最大性能增益，如虚线2106所示。这具有使得三轴单信道直线(直线2104)的梯度和y截距减半的效果。在所示的两个孩子示例中，用于100字节消息的通信时间从当在单信道和轴上发送时的53秒减少到用于广收和磁矢量调制的11秒以及大于4.5倍的改进。
图22示出均从1至10个孩子发送的100比特消息的延时。图示出使用广收所发送的信号的延时2102、2106独立于孩子的数量，而对于单信道信号2100、2100展现出线性关系。
广收因此在这样的情况下十分有用：由于接收所有信息中的滞后极大地减少，因此多个设备需要对中央接收机进行通信。此外，单独频分和／或码分可以充当起源的指示，因此减少待发送的数据量，因此加速传输时间。这将尤其有用的应用是在矿井中，其中，多个矿工与中央接收机进行通信，中央接收机然后将该信息中继到表面。以下详细描述该示例，但本领域技术人员应理解，很多类似情况存在。
采矿具体细节
图23示出地下情形，其中，在被称为“多跳”网络中来自地下发射机的信号向上中继到表面。在矿井倒塌中可以预期该情况，其中，有线通信会是不可能的。图23(a)示出传统树中所使用的中继方法，图23(b)当使用广收时。在图23(a)的传统树中，接收机可以仅一次接收单个信号，因此必须等待，直到所有其“孩子”已经轮流发送，然后其可以重新发送消息。在每个发射机／接收机处的数字表示在何时它们可以在树上发送它们的消息。在所示的情况下，在可以将消息发送到表面之前，花费9个时间段。
在利用图23(b)所示的广收的树中，“孩子”可以同时发送它们的消息。这说明，用于待发送到表面的消息的时间仅受限于从上到下的最长“链”。这总是至少与传统树同样高效的，并且一般远更高效。在所示示例中，在5个时间段之后，消息发送到表面。这是速度上180％的增加。在比特率很低的情况下(其可以是当利用磁信道的情况)，这种提速可以导致信号花费更少的秒数来传输到表面。
当广收与磁矢量调制的组合应用于具有30字节消息长度的图23所示的情形时，汇聚时间(即用于消息到达表面的时间)从163秒减少到25秒，提速6.5倍。在采矿灾难情况下，如果没有救生，则25秒与163秒之间的差异可能是非常重要的。
图24示出在倒塌之前(a)和之后(b)矿井中的通信网络。在正常使用中，通信节点2402使用具有短距离、高比特率无线通信2408的有线通信2400，因为这是到目前为止最快并且最可靠的通信形式。传感器2404和用户2406使用无线通信2408(例如
)来与这些通信节点2402进行通信。优选地利用以上参照图23(b)所概述的广收方法，消息(例如位置、氧气水平等)由通信节点2402收集并且中继到表面。
图24(b)示出在倒塌之后的网络。可能不再有有线通信2400，因为有线可能已经被切断。先前，在此情况下的通信已经十分有限。一般采用例如以大锤来打击岩石或金属条的解决方案，但具有明显缺点，例如不可靠、缓慢并且需要体力。其它解决方案包括使用低频磁场的“穿透地球”通信。这包括使用以大于1.5KW功率所驱动的在表面处所放置的十分大的环路天线。这仅允许单向通信，而不允许受困矿工对表面进行通信。本发明解决方案至少解决这些问题中的一些。
在倒塌之后，网络重新组织自身以使用磁感应链路2410来在倒塌周围重新选路，或通过它进行通信。这些链路2410具有比有线链路2400更低的比特率，但可以发送穿过大距离的岩石和土壤，而没有明显衰减。当利用多跳网络时，来自矿井深深内部的信号可以将网络渗透到表面，而不损失功率。由于各设备之间的距离小于待覆盖的总距离，因此信号的总能量使用情况更低。这允许使用更小更能量高效的设备。该方法减少了系统成本并且增加了冗余度。
网络重新组织自身的方式可以取决于网络自身以及倒塌的特性。例如，网络设计可以必须选取特定收发机节点直接还是经由可能更慢但更可靠的多跳系统来与表面进行通信。网络重新组织可以通过迭代方式而发生，网络改变，直到发现优化网络。这可以优化例如传输速度、可靠性的因素或与特定位置有关的任何这些因素(例如受困矿工)。当在系统中引入新磁收发机节点(通信节点)2402时，相似的重新组织可以出现。这将确保最高效地使用磁收发机2402。
图25示出有效地组合的移动设备100和本地单元102的收发机节点的框图设计。图25示出磁收发机节点的框图。数字信号处理器(DSP)2500本质上充当软件定义无线电(SDR)。通过数模转换器(DAC)2502和功率放大器2510，在生成之前调制信号。模数转换器(ADC)2504和低噪声放大器2512使得能够从磁信道接收数据。三轴天线2506生成并且检测磁场(例如，如前述实施例所描述的那样)。节点还配备有Zigbee(802.15.4)收发机2508(如上所述)，以允许短距离高数据速率通信。收发机节点在一个示例中由电池2514供电。节点也可以配备有任何其它可用的有线(例如profibus、光纤、以太网)或无线(WiFi)通信模块。
磁收发机节点配备有备用电池，以使得即使功率故障操作也能够继续。磁收发机节点还可以配备有传感器自身，以直接测量参数(例如一氧化碳浓度或温度)。它们也可以询问无线传感器设备，因此充当表面与地下的网关。因此，系统目的是通过提供强健备用路径来增强现有无线技术。
低比特率磁信道具有用于网络操作的显著暗示，具体地说，询问响应的延时。为了克服该问题，可以如以上详细描述的那样利用例如广收和磁矢量调制的方法。
可以使用手动勘察技术来确定收发机的位置。然而，给定收发机能够确定它们关于彼此的相对位置以及方位，它们可以执行分布式定位算法(例如梯度下降)以确定它们在相对坐标空间中的位置。如果三个或更多个收发机(例如通过手动勘察、GPS或其它方式)被定位到绝对坐标框中，则可以确定网络中所有设备的位置。矿井内所放置的固定收发机可以通过发送十分长(若干秒或若干分钟长)相关码来细化它们的位置。由于磁信道未经受时间变化或多径，因此不存在相干损失，并且位置可以细化到十分高的程度。备选将是使用具有连续平均化的标准长度相关码。
为了优化系统寿命，收发机可以如下所述在自组织网络中进行动作，改动它们的发送功率以及星座图，以沿着具有最低延迟的路由来发送数据。对于具有高信噪比的链路，本地单元102的输出功率可以减少，以节省收发机的电池功率。
本领域技术人员应理解，收发机天线可以是任何大小或形状，在矿井内不同位置处的收发机可以具有不同的大小或功率输出，形成异构网络。
除其它通信(例如Zigbee)和感测形态(例如加速计)之外，矿工所携带或采矿载具上所配备的设备还可以包括本地单元102、移动设备100或二者的组合。使用该系统，矿工／采矿载具可以与多跳网络进行通信并且推断它们的位置并且由表面操作者跟踪。
此外，该系统将允许在无人伴随或劳动贫弱采矿操作中远程操作载具，因为它们将能够在3D中精确地定位，传送它们的位置，并且从表面接收命令。由于该系统将减少对于人在地下工作的需要(这潜在地是危险的)，因此其将是有利的。
除了图24(b)所示的磁感应链路之外或作为图24(b)所示的磁感应链路的替代，“电流注入”可以用于当有线链路不可能时进行通信。这是如下的情况：并非使用如上所述的环路天线，而是直接将电流注入到传导介质(例如岩石或土壤)中。使用具有电流控制的多个注入点(馈送点)允许将对于利用上述编码方法之一是必须的时变可旋转磁场。例如，在地下隧道中，地板、屋顶和墙壁上的四个馈送点分别将能够生成并且旋转二维磁场。沿着隧道的长度的其他两个馈送点将使得系统能够生成三维场。这可以潜在地复制具有三个线圈的本地设备102。
可以使用任意数量的天线，这可以使得磁层析成像网络在矿井结构内。通过正确的校准，其将以与例如以上参照图23和图24所描述的本地单元的分布式网络相同的方式服务于通信网络。
电流注入系统的优点在于，由于传导介质(例如岩石或土壤)有效地延伸天线，因此对于相同功率可以实现长距离的通信。这还允许使用物理上更小的天线，它们仅需要耦合到传导介质并且阻抗匹配。
这种磁感应和／或电流注入通信的备选实施方式是基础架构监控。本地单元102可以嵌入在连接到传感器(例如压力／应力计)的结构内。它们可以(潜在地使用上述相似的多跳网络)无线地通信到基站，以从建筑物内报告基础架构数据，无需任何人工干预或侵入式方法。通信可以利用电流注入，潜在地利用高传导钢上部结构(如果其存在)。
这种磁感应和／或电流注入通信的备选实施方式是在建筑产业中，其中，期望获知工人、载具和材料的位置。这将与上述嵌入式基础架构传感器组合，以监控建筑过程。
或者，大发射机线圈可以嵌入在建筑物的墙壁或地板内，允许建筑物的构造充当用于定位的装置。
所提出的系统的很多优点中的一些包括：
1)由于收发机设备对于相对方位和对准并不敏感，因此部署是简单的。
2)可以使用多跳网络来执行设备的定位。网络也可以定位其构成节点，这有助于减少部署时间和代价。
3)上述技术(磁矢量调制和广收)提供更高的数据速率。这减少了收集信息并且发送到网络所需的时间。
4)通过使用多个低功率链路，可以整体上使用更少的功率来跨越长距离。
5)分布式网络提供冗余路径。
6)由于可以组合来自节点的多个信号，因此分布式节点可以用于增强位置精度。
图26示出如上所述在矿井(或其它网络)中所使用的方法的流程图。第一步骤S1是：收发机的“孩子”发送它们的信号。它们可以是传感器读数、人员计数和／或从另一收发机2402所发送的信号。可以通过不同的信道(例如上述磁感应、WiFi等)来发送它们。在步骤S2中，收发机2402接收它们。如果采用广收，则可以同时执行该操作。
在步骤S3中，收发机2402然后组合这些信号。这可以包括关于所接收到的信号的求和、计数、确定最大／最小值、编译或任何其它操作。在步骤S4中，这种新信息然后转译为新信号。最后的步骤是：在步骤S5，发送信号。该操作可以通过上述任何有线或无线链路。
自组织网络／噪声控制
如上所述图18和图19所示的星座图表示映射到特定码元的三维磁场(B场)空间中的点。通常，优选的是，将这些点均匀地间隔在B场矢量空间内，以避免不正确的码元映射。然而，如果存在方向性噪声(干扰)，则调整点的位置可能是有益的。方向性噪声将导致特定“簇”比其它方向失真得更多，或沿着特定方向比其它方向失真得更多。在此情况下，星座点(码元)可以沿着这些方向进一步间隔开，以抵抗方向性噪声。
在通信示例中，在发射机和接收机相对于彼此是固定的情况下，改动星座点的位置可以有效地避免噪声。在定位示例中，其必须被克服，而不是避免噪声，以获得信号强度和／或方向性的良好测量。在此情况下，可以调整星座，从而沿着噪声存在的轴放置更多能量。
可以使用反馈在迭代的基础上进行在这些示例之一中改变星座的处理，从而产生优化的星座映射。这可以在映射阶段期间(在部署系统之前或期间)或在部署之后一次执行为仿真。当优化星座时，反馈可以经由无线(
蓝牙
、磁感应等)。可以利用使用设备IMU的完全闭合环路反馈来优化系统。在采矿情况下，采矿载具和人员受限于在隧道内运动。它们的重复路径可以用于确定矿井的结构，其进而可以用于调整星座以关注于频繁使用的区域。这种用于改动星座的统计方法可以等同地用在其它情况下(例如在购物中心、博物馆或跟踪地下动物，例如)。
在建筑物内，发射机将一般安装在角落或墙壁中。因此，这些发射机将优选的是，改动它们的星座以关注待定位的地域内的主要能量(即，形成凸形外壳)。使用反馈，可以进一步改进它以确定低信号强度的区域或需要精确定位的区域，并且星座可以按需要而受调整。可以采用迭代定位，其中，移动设备100命令本地单元102动态地改动其信号模式，以增加精度。这些措施对于本地单元102产生潜在地改进的定位精度以及改进的功率效率。
噪声源一般是方向性的，在此情况下，可以通过使用“差分天线”来利用该情况，其中，多个天线实质上用于波束形成(不使用相位延迟，而使用矢量的相交)。这样改进了信号的SNR，并且因此提供更长距离通信和噪声消除。实质上，空间分离的天线可以提供不仅关于磁场的幅值／方向而且还关于其随着距离的改变的梯度或速率的信息，其中，距离是各天线之间的空间分离。差分天线可以用于在经受来自附近干扰源(例如总输电线、电机或变压器)的同时从远距发射机接收信号。附近噪声源将展现出磁场穿过多个接收天线的高改变速率。远距信息源将穿过多个接收天线在磁场中具有非常小的变化。因此，信息源对于多个接收天线是通用的，并且可以在忽略附近噪声的同时被提取。
图27示出反馈处理，上述系统可以例如在插入或移除本地单元102之后利用该处理来控制噪声和／或生成更高效的网络。
处理开始于步骤S1，其中，生成反馈。(例如在部署期间)其可以来自其它本地单元102(例如使用反馈设备316-图3)、移动设备100或专用反馈单元。在步骤S2中，该信息发送到处理器。该处理器可以形成本地单元102之一的一部分，或可以是在网络中连接到所有本地单元102的中央处理器，或所选择的本地单元102子集。可以使用无线连接(例如磁感应链路、WiFi、Zigbee等)或有线链路来发送反馈。反馈信息可以包括例如：SNR、(当与没有误码的信号相比时)传输的精度、或所接收到的波形的简单重传。
在步骤S3中，处理器然后生成信号／噪声映射。其使用反馈来产生受噪声不利影响的一个和／或多个区域或方向的信号覆盖的映射。
在步骤S4中，处理器然后确定信号中的任何改变是否将产生更高效的网络。可以通过计算机仿真对来自各个本地单元102的信号的改变，产生新信号映射并且将其与初始信号映射进行比较来执行该操作。在步骤S5中，如果信号的改变是必须的，则处理器确定必须的信号修改。这可以包括例如将提升对特定本地单元102的功率和／或改变星座图案的改变。
在步骤S6中，详述新信号的这些指令发送到实现它们的本地单元，并且反馈处理从步骤S1再次开始。该循环继续，直到在步骤S7终止时，处理器发现已经生成优化或满意的网络。该反馈处理可以按规则间隔在部署期间或每当进行对网络的改变时，例如当安装新本地单元102时进行一次。
协助救援
在此所描述的很多装置和方法的另一应用是协助救援／定位。在一个示例中，本地单元102是人周围所携带的移动设备。在紧急情况下，例如当人被土壤、碎石、雪等覆盖时，在地震、海啸和／或雪崩之后，受困磁场发射机200(图2)可以发送信号；协助救援工作者定位受困人员。
与(实质上形成收发机152的)磁场发射机200组合的移动设备可以用于检测救援工作者何时在附近(其携带相似的收发机设备150——图28，其将周期性地发射触发信号)，并且判断何时发送信号，因此节省电池功率。移动收发机152所生成的信号的格式也可以根据从救援团队所携带的收发机所接收到的信号的距离或信噪比而变化。例如，如果接收到弱触发信号，则设备可以发送简单用于指示存在受困用户的长相关码。如果移动设备接收到强触发信号，则其可以使用较高带宽编码策略来发送附加信息。设备152可以在一个示例中是具有安装以使得能够传输适当磁场的硬件和／或软件(例如上述一个或多个线圈)的移动(蜂窝)电话。软件可以将功率转移到移动电话的磁发射机或连接到移动电话的附加发射机。或者，移动电话可以经由蓝牙
或其它无线／有线通信还关于人与分离的本地单元102进行通信。移动电话将监控救援者的存在，并且当已经检测到救援者时命令本地单元102发送。或者或此外，收发机150可以由无人空中载具(UAV)或自动载具／机器人／遥控载具(ROV)而不是人类救援者携带，其接收并且重传来自潜在地使用上述多跳网络的大区域的紧急信号。UAV或载具可以沿着预定义路由移动，向移动设备通知其轨迹。它们可以然后等待，直到UAV处于其最接近的点，此时，它们将发送信标机信号，允许定位受困用户。UAV／自动载具可以于是偏离开其路由以精细化位置估计或从移动设备获得更多信息。还可以投下标记(例如旗帜或喷漆)以将潜在受害者的位置指示给救援团队。此外，在同时发送多个救助信号的情况下，UAV、ROV、机器人或相似物可以利用上述广收来避免或消除潜在竞争。在该示例中，救援者收发机(检测设备)可以通过救助信号中的设备标识符在各移动收发机之间进行区分。在一个示例中，在移动收发机是移动电话的情况下，其可以是设备的国际移动订户标识(IMSI)。对于用于有效工作的广收，设备理想地在单独带(例如码或频带)上发送。在缺少任何预定义结构的情况下，可以采用随机信道分配和／或信道跳转来减少竞争概率。
移动收发机152上的附加传感器(例如麦克风和加速计)可以用于向救援工作者发送生命体征，或甚至与受困人员进行通信。此外，例如地理位置的信息(例如GPS定位(如果可用)或最近获知的GPS定位)可以编码到信号中，并且用于协助救援者定位受困人员。可以触发预先记录的消息，以在检测到来自救援者收发机150的信号时安慰用户救助正在进行中。优选地，移动收发机152包括可以具有很多这些特征并且受困人员比专用紧急信标机设备更可能具有的移动电话。这样提供了优于一般依赖于无线电传输的现有救援技术(其当穿行通过碎石／雪等时重度衰减)的优点。
本发明可以利用上述任何调制方案和编码方法(例如磁矢量调制、磁相位调制、超复数编码、静电定位、BPSK、OSK、频移键控(FSK)、CDMA、正交频分复用(OFDM)、Manchester编码)，并且在一个、两个、三个或更多个轴上发送和／或接收。
图28示出移动收发机152和救援者收发机150所采取的处理的流程图。处理在步骤S1开始，其中，救援者收发机150周期性地发送磁信号。仅周期性地发送信号，从而信号不淹没任何所尝试的救助信号。
在步骤S2，移动收发机152监控磁信号，并且检测来自救援者收发机150的信号。在步骤S3，移动收发机152然后确定信号是强还是弱。这是救助信号将被衰减多少的指示。如果信号很弱，则很可能的是，救助信号可能丢失。在此情况下，短的高功率突发信号将是最有用的，以向救援者报告存在受困人员。步骤S4a示出该情况。如果信号强，则很可能的是，将容易地接收到救助信号。在此情况下，可以在步骤S4b中发送以另一信息(例如定位信息)增强的信号。
在步骤S5中，救援者收发机150检测该救助信号。在步骤S6中，救援者收发机150然后发送确认信号。其可以在步骤S7服务于安慰接收到它的受困人员，但还同步两个收发机150、152，以允许更高效的随后通信。在步骤S8中，救援者将于是能够移动得更靠近受困人员以继续通信，并且完成受困人员的恢复。
静电
虽然以上描述指代低频率磁场用于通信和定位，但在很多情况下可以使用低频率静电场。在传输介质是可偏振的情况下，这将是可能的。例如，海水是可偏振的，因此可以通过与上述磁场相似的方式生成三维E场。此外，在这些情况下，可以可能的是，利用磁场和静电场(即3个H场分量和3个E场分量)，因此使得最大潜在数据速率加倍。
静电场可能是优选的一个应用是在“人落水”情形期间。水中的人／物体具有带有它们的静电本地单元，其将信号发送到优选地位于水线之下(例如船身上)的船／岸上的接收机。海水的高可偏振性说明，使用静电方法的通信可能是更快的、更可靠的，并且具有比其它通信方法更长的距离。
可以受益于利用静电通信的另一应用将是适于引导视线和／或照明并非总是可能的夜晚／洞穴潜水员或自动水下载具，以协助定位和通信。
可以受益于利用静电通信的另一应用将是深海钻探链监控或监控井／钻孔中的混凝土完整性。这尤其与能够测量E场分量和H场分量的收发机有关，因为其可以潜在地在多跳网络中沿着最优化路径通过混凝土、泥浆和海水来通信。
可以受益于利用静电通信的另一应用将是在用于测量海洋参数(例如温度、盐度、速度和生物指示剂(例如浮游植物密度))的水下多跳传感器网络。其可以自由地漂浮，其中，节点使用静电或静磁信道来测量彼此之间的相对距离，如上所述。
可以受益于利用静电通信的另一应用将是水下远程或自动操作的载具的控制和定位。
其它应用
预期上述方法和装置的通信和定位特征在宽范围的应用中提供其它优点。以下描述的是具有具体应用所需的任何附加特征、方法和／或硬件的这些应用的非穷举列表。
上述收发机可以装配到车辆，从而可以向驾驶员报告各车辆之间的距离并且提供在各车辆之间进行通信的方式。例如，如果车辆刹车，则向驾驶员报警的随后车辆可以发送并且接收信号。有关的应用是在空间站中，以控制航天器之间的对接。目前，这受控于视觉方式，需要人造光和视线来将飞船引导到正确的相对位置中。这可能使用显著量的功率并且在对视频进行数字处理中可能倾向于错误。潜在解决方案将是：将磁收发机放置在彼此通信的每个飞船中，将它们的相对位置中继到可以相应地校正的飞船推进系统。
定位特征可以应用于在物流领域跟踪集装箱以及其它物品。可以在仓库中单独地定位集装箱或物品，允许更快的标识以及库存控制。此外或其他，上述“接近性”特征可以用于跟踪进入或退出仓库、卡车等的物品，因此使得能够自动记载物品的轨迹。沿着相似的脉络，可以在旅行期间跟踪行李。例如，如果将要退出行李传送带，则所记载的信息可以向旅行者报告它们的行李所处的位置。
可以利用定位和／或接近性特征的另一应用是在精确农业中。监控土壤状况等的设备埋藏在土壤中，并且包括本地单元102或收发机。具有移动设备100或收发机的用户可以在上面通过，并且无线地接收土壤状况测量。或者或此外，所埋藏的设备可以形成如上所述的多跳网络，允许用户从单个位置收集来自大量设备的数据。
消费者产品(例如真空吸尘器和除草机)的定位是该系统的另一应用。目前，例如，通过试验和误差(移动直到达到障碍物)或通过标出具有有线或波束的特定区域来促进这种控制。使用磁感应通信可以精确地控制设备并且规划出所讨论的确切区域。
在此所讨论的方法和装置也可以应用于包括管线映射和／或监控的应用。可以沿着测量特性(例如流体流动速率、压力)并且检测泄漏的存在性的管线的长度放置设备。它们可以然后将该信息发送到附近具有移动设备100的用户，或以多跳方式将信息发送到中央接收机。或者，移动传感器设备(pigs)可以引入到流中，并且将信息发送到位于附近的用户。有关的应用是监控溪流和河流。河床中的传感器或下游漂浮的移动浮标可以无线地监控例如流动速率和污染级别的特性。
可以利用该系统的另一应用是增强现实。图像、视频、广告等可以取决于用户的确切位置和姿势而覆盖在真实图像上(例如，如通过数码相机或头戴显示器看见的)。因为使用该方法来确定位置和姿势的难以置信的精确属性，所以与现有系统相比可以提供非常改进的体验。这可以扩展到多播放器增强现实游戏接口。用户全都具有精确定位的头戴眼镜。其它用户可以于是在真实风景(或室内)周围移动的同时在游戏接口中彼此进行交互。有关的应用是虚拟会议，其中，参与者可以在具有精确地再现的位置和姿势的虚拟设置中彼此进行交互。
可以取决于位置而将广告推送到用户设备。这在购物中心中可以是尤其可应用的，其中，当用户通过特定商店时，针对所讨论的商店的广告可以出现。
例如，可以在超市中将移动条码扫描器提供给消费者。其可以被定位，从而工作人员可以通过收集当购物者选择他们的物品时所收集到的数据来跟踪库存。购物者可以将他们的智能电话(例如经由蓝牙
)与这些设备进行配对，从而可以基于购买历史和位置来向消费者提供个性化推荐。
市场研究／产品开发是该系统可以实现的另一应用。公司一般想要未来消费者参与产品设计，从而他们可以在他们实现新产品版本之前利用他们的客户的想法。通过允许公司(通过位置和方位的精确定位)监控实际上产品在实践中如何被使用而在产品中安装传感器，他们可以于是使用该数据来使得他们的设计更好。
该系统可以用于在家庭情况下标识并且定位单独物体。这可以用于协助盲人或视力缺陷的人定位物体。小的廉价接收机附连到每天处理的物体。收发机固定在房屋周围。当接收机定位自身时，其使用无线通信(例如无线电、蓝牙
)来将信息发送到用户。或者，小的收发机可以附连到处于常规使用中的物体。该系统可以用在辅助生活中，以监控物体和空间的利用情况，并且如果患者的行为偏离规范，则提供诊断／警示／报警。这也可以集成有智能仪表等，以提供附加的情景信息(例如电气或设施的利用情况(例如气、电或水))。患者也可以穿戴移动设备100以监控他们的位置以及行为／活动。该设备(以及其它患者穿戴／置入设备)也可以监控例如心率、血压、活动等的参数。从智能家庭所捕获的这些数据和其它信息可以中继到医疗提供商，以在紧急时提供状况的早期警示或触发报警。系统的另一应用可以是辅助生活或医疗，其中，机器人助手可以与标贴有收发机的日常物体进行交互，以协助有障碍的或老年的患者。也可以使用该系统来定位机器人自身。有关应用是在视觉无助的情况下引导机器人。它们包括例如具有烟雾的环境或一个物体隐藏在另一物体之后的情况。
如果本地设备102放置在动物上，则即使在地下或在厚的植被中，也将可以跟踪它们的位置和姿势。这在以其它方式很难的确定动物的行为中可能是有用的。例如，宠物主人也可以使用在此所描述的系统来在他们的屋子或狗窝内跟踪宠物。狗窝主人可以安装该系统来跟踪宠物，因此潜在地降低了他们的保险保费。
应注意，本领域技术人员将能够识别将很少需要或不需要对在此所识别的硬件或软件的修改的其它应用。
本领域技术人员应理解，上述本地单元102、移动设备100和／或收发机可以集成到其它技术中，以协助部署／适用。例如，本地单元102可以集成到毫微微小区或一般部署在有利的位置中以用于定位和／或通信的路由器。
各种其它修改由本领域技术人员将是明显的，并且将在此不进一步详细描述。
应理解，已经仅通过示例的方式描述了本发明，可以在本发明的范围内进行细节的修改。
可以独立地或以任何适当的组合来提供说明书以及(在适当的情况下)权利要求和附图中所公开的每个特征。
权利要求书中出现的标号仅是说明的方式，而不应具有对权利要求的范围的限制效果。
Claims (88)
1.一种通信系统，用于将信息提供给移动电话的用户，所述系统包括：
信标机，包括：
用于生成具有时变磁场矢量的磁场的装置，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码；以及移动电话，包括：
用于检测所述信标机所生成的具有所述时变磁场矢量的磁场的装置；以及
用于从检测到的磁场提取已编码信息的装置。
2.一种移动电话，用于将信息提供给所述移动电话的用户，所述移动电话包括：
用于检测信标机所生成的磁场的装置，其中，所述磁场具有时变磁场矢量，并且其中，所述时变磁场矢量已受调制，以对信息进行编码；以及
用于从所述磁场提取所述已编码信息的装置。
3.如权利要求2所述的移动电话，其中，所述信息包括与所述信标机所位于的地点相关联的地点信息。
4.如权利要求2或3中的任一项所述的移动电话，其中，用于检测磁场的所述装置包括：磁力计。
5.如权利要求4所述的移动电话，其中，所述磁力计包括操作为方向找寻设备的磁力计，例如罗盘。
6.如权利要求2至5中的任一项所述的移动电话，其中，提取装置操作用于：基于所述磁场矢量的量值、所述磁场矢量的方向和／或所述磁场矢量的偏振来提取所述信息。
7.如权利要求2至6中的任一项所述的移动电话，其中，检测装置操作用于：检测并区分多个单独的已编码磁场。
8.如权利要求7所述的移动电话，其中，所述检测装置操作用于：检测并区分不同的各个信标机各自所发射的多个单独的已编码磁场。
9.如权利要求8所述的移动电话，其中，所述检测装置操作用于：检测多个单独的磁场之间的相位关系，由此在所述单独的场之间进行区分。
10.如权利要求9所述的移动电话，其中，所述检测装置操作用于：使用所述多个单独信号之间的相位关系来确定所述移动电话相对于每个所述单独信号的起源的位置。
11.如权利要求2至10中的任一项所述的移动电话，其中，所述信息包括所述信标机的标识符。
12.如权利要求11所述的移动电话，还包括：用于检索与所述标识符相关联的地点信息的装置。
13.如权利要求12所述的移动电话，其中，所述检索装置操作用于：经由与电信网络的连接来检索所述地点信息。
14.如权利要求12或13所述的移动电话，其中，所述检索装置操作用于：从所述移动电话的存储器检索所述地点信息。
15.如权利要求12、13或14中的任一项所述的移动电话，其中，所述检索装置操作用于：经由互联网连接来检索所述地点信息。
16.如权利要求12至14中的任一项所述的移动电话，还包括：用于在信标机的所述检测之前与一组信标机中的每个信标机的各个标识符相关联地存储关于每个信标机的地点信息的装置，其中，所述检索装置操作用于：在检测到由与特定存储的标识符相关联的信标机所生成的磁场时，从所述本地存储的地点信息检索与所述特定存储的标识符相关联的地点信息。
17.如权利要求16所述的移动电话，其中，所述检索装置操作用于：从远程源检索关于所述组中的每个信标机的所述地点信息，以由所述存储装置进行存储。
18.如权利要求17所述的移动电话，其中，所述检索装置操作用于：响应于检测到被配置为触发对关于所述组中的每个信标机的所述地点信息的所述检索的信标机，从所述远程源检索关于所述组中的每个信标机的所述地点信息。
19.如权利要求16、17或18所述的移动电话，其中，所述存储装置操作用于：响应于所述用户进行的特定请求，存储关于所述组中的每个信标机的所述地点信息。
20.如权利要求16至19中的任一项所述的移动电话，其中，所述存储装置操作用于：存储关于所述组中的每个信标机的所述地点信息，作为用于将所述设备配置为在定位系统内操作的处理的一部分。
21.如权利要求11至20中的任一项所述的移动电话，其中，唯一标识码定义所述信标机的标识符。
22.如权利要求21所述的移动电话，其中，所述唯一标识码具有对于一组信标机的标识符共用的部分。
23.如权利要求22所述的移动电话，其中，所述标识码的至少一部分将一组信标机标识为处于特定建筑物或区域内。
24.如权利要求权利要求22或23所述的移动电话，其中，所述标识码的至少一部分将一组信标机标识为处于特定地理地域内。
25.如权利要求21至24中的任一项所述的移动电话，其中，所述唯一标识码在特定建筑物或区域内是唯一的。
26.如权利要求21至25中的任一项所述的移动电话，其中，所述唯一标识码在特定地域内是唯一的。
27.如权利要求21至26中的任一项所述的移动电话，其中，所述唯一标识码是全球唯一的。
28.如权利要求2至26中的任一项所述的移动电话，还包括：用于获得测量结果并使用所述测量来增强所述移动电话的定位的装置。
29.如权利要求28所述的移动电话，其中，所述测量包括以下测量中的至少一个：加速计测量、地理定位测量以及网络信号测量。
30.如权利要求28或29所述的移动电话，其中，所述测量结果用于通过卡尔曼滤波器和／或颗粒滤波器来增强所述地点信息。
31.一种在用于将信息提供给移动电话的用户的系统中使用的磁场信标机，所述信标机包括：用于生成具有时变磁场矢量的磁场的装置，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码。
32.如权利要求31所述的磁场信标机，还包括：用于对所述多个信标机中的另一个所生成的已编码磁场进行检测并且解码的装置。
33.如权利要求31或32所述的磁场信标机，其中，用于生成磁场的装置包括：在控制器的控制之下的至少一个线圈。
34.如权利要求33所述的信标机，其中，用于生成磁场的装置包括：相对于彼此基本上相互正交地定向的多个线圈。
35.如权利要求31或34所述的信标机，其中，用于生成磁场的装置操作用于：生成旋转磁场。
36.如权利要求31至35中的任一项所述的信标机，其中，在所述磁场中编码的信息包括相关码。
37.如权利要求31至36中的任一项所述的信标机，其中，在所述磁场中编码的信息包括所述信标机的标识符。
38.如权利要求37所述的信标机，其中，标识码(其可以是唯一的)定义所述标识符。
39.如权利要求38所述的信标机，其中，所述标识码具有对于一组信标机的标识符共用的部分。
40.如权利要求39所述的信标机，其中，所述标识码的至少一部分将一组信标机标识为处于特定建筑物或区域内。
41.如权利要求权利要求39或40所述的信标机，其中，所述标识码的至少一部分将一组信标机标识为处于特定地理地域内。
42.如权利要求31至41中的任一项所述的信标机，其中，所述标识码在特定建筑物或区域内是唯一的。
43.如权利要求31至42中的任一项所述的信标机，其中，所述标识码在特定地域内是唯一的。
44.如权利要求31至43中的任一项所述的信标机，其中，所述标识码是全球唯一的。
45.如权利要求31至44中的任一项所述的信标机，包括：用于经由网络进行通信的装置。
46.如权利要求31至45中的任一项所述的信标机，其中，通过对所述时变磁场矢量的方向进行调制以对所述信息进行编码来对所述磁场进行编码。
47.如权利要求46所述的信标机，其中，所述磁场矢量的方向与数据码元对应。
48.如权利要求31至45中的任一项所述的信标机，其中，通过对所述时变磁场矢量的方向(例如相位)的改变进行调制以对所述信息进行编码来对所述磁场进行编码。
49.如权利要求48所述的信标机，其中，所述磁场矢量的方向(例如相位)的改变与数据码元对应。
50.如权利要求31至45中的任一项所述的信标机，其中，通过对所述时变磁场矢量进行调制以产生三维时间依赖磁场形状来对所述磁场进行编码(例如超复数编码)。
51.如权利要求50所述的信标机，所述磁场矢量的三维时间依赖磁场形状与所述信标机的标识符对应。
52.如权利要求31至45中的任一项所述的信标机，其中，通过对所述时变磁场矢量的方向改变速率进行调制以对所述信息进行编码来对所述磁场进行编码。
53.如权利要求52所述的信标机，其中，所述磁场矢量的方向改变速率与数据码元对应。
54.一种在定位系统中使用的服务器，所述服务器包括：
用于存储信标机的标识符的装置；
用于存储与所述标识符相关联的地点信息的装置；
用于从移动电话接收地点信息请求的装置，其中，所述请求包括所述移动电话检测到的信标机的标识符；
用于基于所述请求中接收到的所述标识符来检索所请求的地点信息的装置；以及
用于将检索到的地点信息发送到所述移动电话的装置。
55.如权利要求54所述的服务器，其中，所述服务器形成移动设备的一部分。
56.如权利要求54所述的服务器，其中，所述服务器位于移动设备外部，并且在广域网WAN内。
57.如权利要求54所述的服务器，其中，所述服务器位于移动设备外部，并且在局域网LAN内。
58.如权利要求54至56中的任一项所述的服务器，其中，所述地点信息包括以下项中的至少一个：定位信息、教育信息、描述信息和／或广告信息。
59.如权利要求54至57中的任一项所述的服务器，其中，所述地点信息包括媒体内容，例如文本、音频、视频等中的至少一个。
60.一种在通信系统执行的将信息提供给移动电话的用户的方法，所述方法包括：
信标机生成具有时变磁场矢量的磁场，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码；
移动电话检测具有所述信标机所生成的所述时变磁场矢量的磁场；以及
从所检测到的磁场中提取已编码信息。
61.一种在通信系统中由移动电话执行的用于将信息提供给用户的方法，所述方法包括：
检测信标机所生成的磁场，其中，所述磁场具有时变磁场矢量，并且所述时变磁场矢量已受调制，以对信息进行编码；以及
从所述磁场提取已编码信息。
62.一种在通信系统中由磁场信标机执行的用于将信息提供给用户的方法，所述方法包括：
生成具有时变磁场矢量的磁场，其中，所述时变磁场矢量受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码。
63.一种在通信系统中由服务器所执行的用于将信息提供给用户的方法，所述方法包括：
存储信标机的标识符；
存储与所述标识符相关联的地点信息；
从移动电话接收地点信息请求，其中，所述请求包括所述移动电话检测到的信标机的标识符；
基于所述请求中接收到的标识符来检索所请求的地点信息；以及
将检索到的地点信息发送到所述移动电话。
64.一种用于将信息提供给移动电话的用户的通信系统，所述系统包括：
信标机，包括：
用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源，所述通信装置包括：
用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；
用于检测受调制以对信息进行编码且由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由除所述信标机之外的所述源所生成的磁场中编码的信息的装置；以及
移动电话，包括：
用于检测所述信标机所生成的所述磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由所述信标机所生成的磁场中编码的信息的装置。
65.一种移动电话，用于在如权利要求64所述的系统中将信息提供给所述移动电话的用户，所述移动电话包括：
用于检测所述信标机所生成的所述磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由所述信标机所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
66.如权利要求65所述的移动电话，还包括：
用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述移动电话之外的磁场源，所述通信装置包括：
用于生成受调制以对与所述移动电话相关联的信息进行编码的磁场的装置；
用于检测受调制以对信息进行编码且由除所述移动电话之外的所述磁场源生成的磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由除所述移动电话之外的所述源所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
67.一种用于将信息提供给移动电话的用户的通信系统，所述系统包括：
多个信标机，每个信标机包括：
用于使用磁场与每个其他信标机进行通信的装置，所述通信装置包括：
用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；
用于检测受调制以对信息进行编码且由每个其他信标机生成的各个磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由每个其他信标机所生成的所述磁场中编码的各个信息的装置。
68.一种用于在如权利要求64或65所述的用于将信息提供给移动电话的用户的系统中使用的磁场信标机，所述信标机包括：
用于使用磁场与至少一个其他设备进行通信的装置，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源，所述通信装置包括：
用于生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场的装置；
用于检测受调制以对信息进行编码且由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场的装置；
用于提取在检测到的由除所述信标机之外的所述源所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
69.如权利要求68所述的信标机，其中，所述至少一个其他设备包括另一如权利要求68所述的信标机。
70.如权利要求68或69所述的信标机，其中，所述至少一个其他设备包括移动电话。
71.一种在通信系统执行的将信息提供给移动电话的用户的方法，所述方法包括：
信标机使用磁场与至少一个其他设备进行通信，所述至少一个其他设备包括除所述信标机之外的磁场源；
所述信标机生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场；
所述信标机检测受调制以对信息进行编码且由除所述信标机之外的所述磁场源生成的磁场；以及
移动电话检测所述信标机所生成的所述磁场；并且
提取在检测到的由所述信标机所生成的所述磁场中编码的信息。
72.一种在通信系统中执行的将信息提供给移动电话的用户的方法，所述方法包括：多个信标机使用磁场与每个其他信标机进行通信，
所述通信包括：
生成受调制以对与所述信标机相关联的信息进行编码的磁场；
检测受调制以对信息进行编码并且由每个其他信标机所生成的各个磁场；以及
提取在检测到的由每个其他信标机所生成的所述磁场中编码的各个信息。
73.一种用于从移动电话提供信息的通信系统，所述系统包括：
移动电话，包括：
用于生成受调制以对与所述移动电话相关联的信息进行编码的磁场的装置；以及
接收机，包括：
用于检测所述移动电话所生成的所述磁场的装置；以及
用于提取在检测到的由所述移动电话所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
74.一种用于在如权利要求73所述的系统中提供信息的移动电话，所述移动电话包括：用于生成受调制以对与所述移动电话相关联的信息进行编码的磁场的装置。
75.一种用于在如权利要求73所述的系统中提供信息的接收机，所述接收机包括：用于检测所述移动电话所生成的所述磁场的装置；以及用于提取在检测到的由所述移动电话所生成的所述磁场中编码的信息的装置。
76.一种在通信系统执行的从移动电话提供信息的方法，所述方法包括：
移动电话生成受调制以对与所述移动电话相关联的信息进行编码的磁场；以及
接收机检测所述移动电话所生成的所述磁场；以及
所述接收机提取在检测到的由所述移动电话所生成的所述磁场中编码的信息。
77.一种用于相对于信标机来定位通信设备的通信系统，所述系统包括：
信标机，包括：用于生成具有预定义时间依赖形状的三维时间依赖磁场的装置；以及
通信设备，包括：用于检测所述三维时间依赖磁场的装置；用于提取所述磁场的时间和／或空间特性的装置；用于对预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置；以及用于基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的源的位置的装置。
78.一种用于在如权利要求77所述的系统中使用的信标机，包括：用于生成具有预定义时间依赖形状的磁场的装置。
79.如权利要求78所述的信标机，其中，所述预定时间依赖形状被配置为表示所述信标机的标识。
80.如权利要求78或79所述的信标机，其中，所述预定时间依赖形状与所述信标机处的可变强度的旋转磁偶极相对应。
81.一种用于在如权利要求77所述的系统中使用的通信设备，包括：
用于检测三维时间依赖磁场的装置；
用于提取所述磁场的时间和／或空间特性的装置；
用于对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置；以及
用于基于所述比较而确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置的装置。
82.如权利要求81所述的通信设备，其中，用于确定所述通信设备的位置的装置操作用于：提取所述磁场强度，并基于所述磁场强度来提取距离。
83.如权利要求81或82所述的通信设备，其中，用于确定所述通信设备的位置的装置操作用于：基于所提取的时间和／或空间特性来提取相对于所述源的角位置。
84.如权利要求81或82所述的通信设备，其中，用于对所述磁场的预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置操作用于：
执行预测的磁场与所提取的磁场之间的互相关；以及
检测所述互相关的输出中的峰值。
85.如权利要求81或82所述的通信设备，其中，用于对所述磁场的预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较的装置操作用于：利用以下方法中的至少一种来检测所述互相关的输出中的所述峰值：最小均方、遗传算法或穷尽搜索。
86.一种在通信系统中执行的相对于信标机来定位移动电话的方法，所述方法包括：
信标机生成具有预定义时间依赖形状的三维时间依赖磁场；以及通信设备检测所述三维时间依赖磁场，
提取所述磁场的时间和／或空间特性；
对所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较；以及
基于所述比较来确定所述移动电话相对于所述磁场的所述源的位置。
87.一种由在如权利要求77所述的系统中的信标机所执行的方法，所述方法包括：生成具有预定义时间依赖形状的磁场。
88.一种由在如权利要求77所述的系统中的通信设备所执行的方法，所述方法包括：
检测三维时间依赖磁场；
提取所述磁场的时间和／或空间特性；
将所预测的时间和／或空间特性与所提取的时间和／或空间特性进行比较；以及
基于所述比较来确定所述通信设备相对于所述磁场的所述源的位置。
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Application publication date: 20140115 |