CN108291956A - 用于位置检测的系统、控制设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于位置检测的系统，其实施基于RF的距离测量，所述系统包括：至少一个发送单元(12)，其被布置用于发送RF范围内的电磁波信号；至少一个接收单元(14)，其被布置用于接收所述RF范围内的电磁波信号，其中，所述发送单元(12)被布置为发送针对距离测量专门形成的电磁波信号，并且其中，所述接收单元(14)被布置为以直接或间接的方式接收由所述发送单元(12)发送的所述电磁波信号；至少一个控制设备(30)，其用于基于发送的信号信息和接收的信号信息进行距离测量，所述控制设备(30)还包括距离测量质量评估单元(32)，以及功耗优化单元(34)，其中，所述距离测量质量评估单元(32)被布置为基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，并且其中，所述功耗优化单元(34)被布置为基于所述质量指示来调整至少一个发送参数。
Description
技术领域
本公开涉及用于基于RF距离测量的位置检测的系统以及对应的位置检测方法。本公开还涉及用于位置检测系统的控制设备和患者监测布置。此外，本公开涉及位置检测方法和系统的有益使用，并且涉及与位置检测方法对应的计算机程序。
背景技术
基于RF(射频)的通信和基于RF的距离测量在本领域中是广泛已知的并且被描述。如本文所使用的，术语RF(射频)通常涉及电磁频谱的部分，所述部分通常对应于从约3kHz至约300GHz的范围。例如，无线通信和雷达应用使用通常布置在RF频带中的频率部分。
此外，在更具体的背景下，本公开涉及室内定位和导航。如本文所使用的，室内导航应该指其中对远程和远离定位的检测设备和单元的直接视线(line of sight)不被启用的应用。相反，室外导航例如涉及GPS(全球定位系统)导航、基于大规模网络的导航(例如使用移动网络的无线电塔)等。与当其进入室内导航时的典型感兴趣范围相比，这些所谓的室外导航方法一方面不是非常准确。另一方面，当接收设备位于室内时，室外导航系统的接收质量显著衰减。
然而，本公开不严格限于室内导航(建筑物内导航)。至少在一些实施例中，应用现场也可以在室外环境中，其中，短程到中程距离测量和位置检测是令人感兴趣的。通常，具有有限视线的位置检测(例如在建筑区域、城市区域、工业区域)能够形成应用领域。此外，现场应用可以见于由GPS信号或类似的长距离定位信号无法到达的环境中，例如在地下环境、水下环境等中。此外，还可以设想车载或车内位置检测，例如用于火车或大型可移动建筑/采矿机器。
因此，已经提出了基于RF信号的若干室内导航方法。存在基于RF信号的距离测量的两种一般方法，飞行时间方法和相移法。
例如在WO 2002/001247 A2中描述了相移方法的实施例，其公开了使用电磁波测量两个对象之间的距离的方法。基站的询问信号和便携式代码发射器的响应信号以不同的载波频率发送两次。这种情况下的载波频率是相关的；即它们彼此依赖。载波频率彼此近似，使得可以测量信号之间的相移。代码发射器到基站的距离是根据该相移计算的。询问信号和响应信号可以以不同的载波频率或相同的载波频率传输。为了更新的询问/响应对话框，更改载波频率。
飞行时间方法的实施例例如在WO2014/195161A1中被描述，其公开了测量第一设备和第二设备之间的距离的方法，所述方法包括执行基于飞行时间的距离测量以测量第一设备和第二设备之间的距离，其中，在基于飞行时间的距离测量期间获得的发送的信号的长度和/或飞行时间测量结果的数量是根据距离测量所要求的准确度水平来确定的。
ANA MORAGREGA等人：“Supermodular Game for Power Control in TOA-BasedPositioning”(IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING，IEEE SERVICE CENTER，NEWYORK，NY，US，第61卷，第12期，(2013-06-01)，第3246-3259页)涉及基于无线传感器网络的室内导航控制方法。更具体而言，在该参考文献中提出了基于博弈论将能量成本最小化。
US 2003/0194979 A1涉及一种用于超宽带脉冲无线电系统中的功率控制的方法，包括：从第一收发器发送脉冲无线电信号；在第二收发器处接收所述脉冲无线电信号；确定所述接收到的脉冲无线电信号的至少一个性能测量；并且根据所述至少一个性能测量来控制所述第一收发器和所述第二收发器中的至少一个的输出功率。
在工业领域、医学领域、家庭护理领域和休闲领域中普遍需要室内导航。在工业领域中，部分、部件和机器的跟踪在自动化环境中变得越来越重要。在医学领域和护理领域中，对患者监督和患者、婴儿、老年人、梦游病者等的监测有一定的需求。在休闲领域中，存在对移动跟踪和记录的特定需求。此外，例如宠物跟踪和监测可以是室内定位系统的另一应用领域。不用说，基于RF的距离测量装置可以与另外的距离和/或位置测量技术组合。例如，在一些应用中，可以设想基于RF的室内导航和室外导航(例如，GPS导航和/或移动通信导航)的组合。
如本文所使用的，术语室内导航或室内位置检测通常涉及在几平方米(例如，单个房间)至几千平方米(例如，工厂建筑物)范围内的监测区域。因此，在本公开的背景下的室内定位不应被理解为小范围、近场定位方法，并且不应该被理解为大范围方法。
在基于RF的定位系统中，至少一些部件是可移动的并且可以附接到要监测的人或对象。这样的移动部件通常被布置为至少部分有源部件(即，布置为发射RF范围内的电磁波信号的部件)。因此，电源是一个主要问题。
尽管基于RF的室内距离测量和位置检测在本领域中被广泛描述，但是仍然有改进的空间，尤其是在解决便携式室内RF设备的特性时。
发明内容
鉴于以上，本发明的目的是提供一种用于基于RF的距离测量的系统和对应的方法，其使得能够在优化所涉及的设备的功耗的同时的位置检测的改进的准确度和可靠性。优选地，根据本公开的系统和方法实现所涉及的单元，尤其是可以附接到要跟踪的人或对象的便携式单元的相对长期操作。本公开的另一目的是提供尤其适用于基于RF的距离测量并且不会相当于至多是移动通信的副产物的系统和对应的方法。优选地，系统和对应的方法主要被配置用于距离测量和位置检测，而非用于数据交换和传输。
此外，应指示可以从系统和方法中获益的有利应用。此外，还应提供用于位置检测系统中的对应的控制设备。此外，应提供对应的计算机程序。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于位置检测的系统，所述系统实施基于RF的距离测量，所述系统包括：
-至少一个发送单元，其被布置用于发送RF范围内的电磁波信号，
-至少一个接收单元，其被布置用于接收RF范围内的电磁波信号，
其中，发送单元被布置为发送针对距离测量专门形成的电磁波信号，并且
其中，接收单元被布置为接收由发送单元具体地以直接或简介的方式发送的电磁波信号，
-至少一个控制设备，其用于基于发送的信号信息和接收的信号信息进行距离测量，所述控制设备还包括：
-距离测量质量评估单元，以及
-功耗优化单元，
其中，所述距离测量质量评估单元被布置为基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，
其中，所述功耗优化单元被布置为基于所述质量指示来调整至少一个发送参数，并且
其中，所述功耗优化单元被布置为根据质量指示来调整至少一个发送单元的发送功率。
这方面基于以下洞察：已知的位置检测系统，也就是说，经受来自通信和数据传输应用的一些约束。换言之，已经观察到，针对数据传输和信息交换被优化的系统不必被优化或者甚至非常适合于基于RF的距离测量。这尤其适用于功耗与距离测量质量/准确度之间的折中。
因此，根据所提出的系统提出了处理距离测量质量指示，并且优化(调节)系统的操作以便改进(或至少维持)实现的距离测量质量水平并且同时实现合理的(相当低的)功耗水平。
在这种情况下，参考RF通信领域中的已经知晓的指示，例如在本领域中广泛描述的接收信号强度指示(RSSI)和链路质量指示(LQI)。RSSI和LQI两者的目标都是在通信质量和功耗之间进行折中，其中，焦点在于实现特定最低质量水平。然而，已经观察到，根据RSSI方法、LQI方法和类似方法之一操作的基于RF的通信系统在距离测量方面没有示出最佳性能。针对这一点的一个原因是，在室内RF应用中，可能发生不希望的散射、反射、串扰和另外的干扰。根据常规数据传输和通信优化方法，一种选择可以是增加发送功率。然而，由于用于距离测量和位置检测的RF信号甚至能够进一步失真，因此该措施能够甚至对距离测量不利。
优选地，电磁波信号是非数据承载距离感测信号。不必说，至少一些(距离测量相关)数据或信息可以存在于信号中。然而，与标准的基于RF的通信系统的情况一样，该信号优选不包含额外的要传输的信息。相反，电磁波信号针对距离测量优选专门地，并且可以唯一地形成。
如本文所使用的，要跟踪的对象可以是人、动物，但也可以是机器或产品的部件。要跟踪的对象至少偶尔移动，优选地在室内环境中移动。在本公开的背景下的位置检测的目标可以是检测要跟踪的对象的确切位置(例如，当前坐标)。
此外，至少在一些实施例中，目标可以是检测要跟踪的对象是否在具体定义的区域内。例如，示范性应用是监测和跟踪患有阿尔茨海默病和类似疾病的老年患者。偶尔，迷失方向的人往往会离开他们目前的住所或病房，这可能会导致潜在的危险情况。因此，可以例如通过将相应的收发单元或至少反射器单元放置在适当的位置，选择定义允许的区和/或禁止的区。因此，监督区可以由多个相应的固定单元定义。
另一选择是放置至少一个固定单元，特别是收发单元，其中，围绕该单元的周边定义允许区。一旦要跟踪的对象离开允许区域，就可以生成警报。相应的单元可以被称为基站或单元。
在位置检测系统的实施例中，功耗优化单元被布置为根据质量指示来调整至少一个发送单元的发送功率。例如，所述至少一个发送单元可以附接到要检测的对象或人或者由其穿戴。因此，由于对象通常在移动，所以电源必须由电池等提供。因此，操作时间强烈取决于实际功耗。此外，由于要跟踪的对象通常会移动，所以至少偶尔测量和信号传输状况会经历变化。因此，功耗优化单元可以实施或可以耦合到控制回路，所述控制回路在考虑质量指示的当前值或水平的同时控制和调节至少一个发送单元的发送功率。
不用说，发送单元和接收单元中的至少一个可以形成组合的收发单元的部分，所述收发单元被布置为发送和接收电磁波信号。此外，可以提供至少一个所谓的反射器单元，其可以适于定义位置参考和/或定义允许区域和/或进一步改进测量准确度。反射器单元可以被布置成有源反射器或无源反射器。
通常，在至少一些实施例中优选的是，在位置检测系统中不处理距离测量相关数据或信息之外的信息传输或数据传输。因此，该系统甚至可以进一步优化用于距离测量，并因此用于位置检测。
通常，距离测量质量指示可以基于多个距离测量值，这些距离测量值可以在涉及的单元或路径、测量时间、测量频率和另外的信号模式特性方面不同。
在该系统的另一实施例中，质量评估单元被布置为基于平均距离指示值，特别是移动平均距离指示值来计算距离测量质量指示。例如，时间平均距离值可以随着时间被处理和观察。为此可以使用另外信息，例如关于要观察的对象的潜在和/或预期移动速度的信息。因此，当检测到发生意外的位置变化时，这可能是测量质量降低的强烈指示，并且因此可能反映在减小的质量指示(更具体地：降低的质量水平)中。
在该系统的另一实施例中，质量评估单元被布置为基于随着时间的多次测量来计算距离测量质量指示，其中，检测到的与预期信号水平的信号偏差指示质量水平减小。同样以这种方式，要跟踪的对象的意外的移动和重定位可以指示不期望的干扰。因此，这些干扰可以导致质量指示的减小，这能够触发或促使发送功率的调节。
在系统的另一实施例中，质量评估单元被布置为基于频率范围上的多次测量来计算距离测量质量指示，其中，检测到的与相应频率部分的预期信号水平的信号偏差指示质量指示减小或降低的质量水平。因此，可以利用多个频率来根据发送的信号导出质量指示。此外，也可以考虑带内偏差。
在系统的又一实施例中，质量评估单元被布置为基于根据多个距离测量样本导出的多个距离值来计算距离测量质量指示，其中，特定距离被用作参考距离，其中，来自邻近样本的这些距离值被计算，并且其中，检测到的与参考距离的距离偏差指示质量指示减小或降低的质量水平。邻近样本可以是空间邻近样本、时间邻近样本和/或频率邻近样本。
当使用空间邻近样本时，可以使用特定的距离作为参考，例如最短的检测距离。因此，基于用作参考的最短检测距离，可以处理质量指示。
在系统的另一实施例中，提供了多个节点，节点形成距离测量网格，其中，多个距离测量路径被建立，其中，质量评估单元被布置为基于多个路径测量来计算距离测量质量指示，并且其中，距离测量路径之间的检测到的偏差指示质量指示减小或降低的质量水平。
测量网格的节点可以包括发送和接收单元中的至少一个。优选地，至少一些节点被布置为包括收发单元的收发节点。由于感兴趣的对象至少偶尔会移动，所以多个路径中的至少一些能够仅临时建立。
节点中的每个可以包括被布置为发送和/或接收电磁波信号的至少一个相应的天线。此外，节点中的至少一些可以被布置用于天线分集操作。因此，可以在至少一个相应的节点处提供多个天线。以这种方式，可以使用进一步扩大数据库的其他距离测量路径，基于所述数据库来导出质量指示。
在系统的又一实施例中，至少一个发送单元和/或至少一个接收单元包括至少一个分集(diverse)天线，其中，质量评估单元被布置为基于多个不同测量来计算距离测量质量指示，并且其中，多样化的距离测量路径之间的检测到的信号偏差指示质量指示减小或降低的质量水平。
多样化的天线可以以空间分集、模式分集和/或极化分集的方式来布置。此外，可以使用所谓的发送/接收分集来倍增距离测量路径。在另一示范性实施例中，自适应天线阵列可以用于距离测量。可以以切换、选择、组合和/或动态控制的方式操作分集天线或多样化的天线。
然而，如上面指示的，操作方案不一定追求数据传输的优化。相反，根据本公开，应当实现距离测量准确度对功耗的优化。
在系统的又一实施例中，发送节点和接收节点被实施在单个移动收发器设备中，尤其是用户可穿戴位置检测设备中。不用说，其他设备可以形成由位置检测系统使用的测量网格的部分。此外，系统可以被布置为检测附接到要观察的对象或由其穿戴的多个移动位置检测设备。
应用领域可以包括但不限于患者监测、梦游者监测、制造监测、厂内物流、组装线监测、室内车辆监测、宠物监测等。通常，应用领域在工业领域和非工业环境中。此外，可以设想运动、休闲和家庭应用领域的应用。
在另一实施例中，所述系统包括至少一个位置参考节点，尤其是无源反射器节点或有源反射器节点。相应地，有源节点，例如组合发送/接收单元，可以形成起始距离测量流程的有源节点。响应于起始距离测量信号，至少一个定位参考节点可以反射或发送相应的距离测量信号。
在另一实施例中，控制设备被布置为调整至少一个发送参数，从而优化功耗，同时保持距离测量质量指示在期望的范围内。
在另一实施例中，电磁波信号是针对距离测量专门形成的非数据承载距离感测信号，其唯一地包含距离测量相关数据。
在本公开的另一方面中，呈现了一种患者监测布置，尤其是无线患者监测布置，所述布置包括根据本文描述的至少一个实施例的位置检测系统和被布置为附接于患者的至少一个移动或便携式设备。如本文使用的，患者可以是需要护理的人，例如老年人或至少暂时迷失方向的人。
在本公开的另一方面中，提供了一种用于位置检测系统的控制设备，所述系统实施基于RF的距离测量，所述控制设备包括：
-距离测量质量评估单元，以及
-功耗优化单元，
其中，所述控制设备被布置用于基于RF范围内的发送的电磁波信号和对应的接收的电磁波信号进行距离测量，
其中，电磁波信号是针对距离测量专门形成的，
其中，接收的信号基于发送的信号，
其中，所述距离测量质量评估单元被布置为基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，
其中，所述功耗优化单元被布置为基于所述质量指示来调整至少一个发送参数，并且
其中，所述功耗优化单元被布置为根据所述质量指示来调整所述至少一个发送单元的发送功率。
在本公开的又一方面，提出了一种实施基于RF的距离测量的位置检测方法，所述方法包括以下步骤：
-发送RF范围内的电磁波信号，其中，所述电磁波信号是针对距离测量专门形成的，
-具体地以直接或间接的方式接收RF范围内的电磁波信号，其中，接收的信号基于发送的信号，
-基于发送的信号信息和接收的信号信息执行距离测量控制，所述距离测量控制包括：
-评估距离测量质量，包括基于距离测量结果导出距离测量质量指示，
-基于所述质量指示来调整至少一个功耗相关发送参数，涉及根据所述质量指示来调整发送功率。
在本发明的又一方面中，提供了一种计算机程序，其包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当在所述计算设备上执行所述计算机程序时，使得计算设备执行如本文讨论的方法的步骤。
程序代码可以被编码在一个或多个非暂态有形介质中以供诸如计算机的计算机器运行。在一些示范性实施例中，可以通过网络将程序代码通过计算机可读信号介质从另一个设备或数据处理系统下载到持久性存储器单元或存储设备以在系统内使用。例如，存储在服务器数据处理系统中的计算机可读存储器单元或存储介质中的程序代码可以通过网络从服务器下载到系统。提供程序代码的数据处理设备可以是服务器计算机、客户端计算机或能够存储和发送程序代码的一些其他设备。
如本文所使用的，术语“计算机”可以代表大量的处理设备。换言之，具有相当大的计算性能的移动设备也可以称为计算设备，即使其提供比标准“计算机”更少的处理能力资源。不用说，这样的“计算机”可以是医学设备和/或系统的部分。此外，术语“计算机”还可以指可以涉及或利用在云环境中提供的计算性能的分布式计算设备。术语“计算机”还可以涉及能够处理数据的医学技术设备、健康技术设备、个人护理设备、健身装备设备和一般的监测设备。同样在工业领域中，可以使用根据上述定义的计算设备。
本公开的优选实施例在从属权利要求中定义。应该理解，请求保护的方法和请求保护的计算机程序可以具有与请求保护的并且如从属系统权利要求中所定义的系统和请求保护的并且如从属设备权利要求中所定义的设备类似的优选实施例，并且反之亦然。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐述。在以下图中：
图1示出了根据本公开的示范性实施例或位置检测系统的简化示意性布局；
图2示出了经修改的位置检测系统的简化示意性布局；
图3示出了用于距离测量的一对收发节点的简化示意布置；
图4示出了描述图3的布置的功能的信号图；
图5示出了用于距离测量的控制设备的示范性实施例的简化示意图；
图6是图示根据本公开的距离测量的方法的若干步骤的简化框图；
图7是实施基于RF的距离测量的位置检测系统的另一实施例的简化示意性布局；
图8是图示RF发送信号特性的信号图；并且
图9是示出根据本公开的位置检测方法的实施例的若干步骤的简化框图。
具体实施方式
图1示出了基于RF信号的室内位置检测系统10的简化示意性布局。系统10包括形成RF网络或网格的至少一个发送单元12和至少一个接收单元14。不用说，涉及的单元12、14中的至少一个可以被布置为能够进行发送和接收两者的收发单元。发送单元12包括至少一个发送天线16。接收单元14分别包括至少一个接收天线18。在发送单元12和接收单元14之间，传输电磁波信号20。发送单元12被布置为发送可以由接收单元14接收的相应的信号20。在图1中还指示了，在发送单元12和至少一个接收单元14之间可以存在直接视线。然而，也可以存在障碍物24，例如墙壁、机器、家具等。通常，电磁波信号可以通过障碍物24。然而，在许多情况下，信号20被衰减、反射、散射并且以其他方式减弱。因此，单元12与接收单元14的任何之间的任何距离测量可以倾于对应的准确度降低。
通过范例，发送单元12可以形成可以附接到要监测的对象(例如，患者、人、宠物、运输商品、制造部分或者部件或机器)的可穿戴设备或移动设备的部分。因此，当测量距至少一个对应的另外的单元12、14的距离时，可以检测设备的位置。
此外，提供控制设备30，其被布置用于距离测量，并且用于距离测量优化。控制设备30包括距离测量质量评估单元32和功耗优化单元34，其将在下文中进一步描述和解释。
关于实施距离测量的位置检测系统的示范性结构布局，再次参考涉及基于相移的测量的WO 2002/001247 A2，以及涉及基于飞行时间的测量的WO 2014/195161 A1。
在该背景下，还参考在US2013/02868611A1(其公开了用于无线电网络的第一节点和第二节点之间的距离测量的方法)中描述的示范性距离测量方法和设备。所述方法包括：由第一节点发送具有第一频率的第一信号，所述第一信号通过缩混到第一中等频率来由第二节点接收；由第二节点确定针对第一频率的第一频率值的第一相位的第一值；由第二节点发送具有第二频率的第二信号，所述第二信号通过缩混到第二中等频率来由第一节点接收；由第一节点测量针对所述第二频率的第一频率值的第二相位的第一值；所述第一频率和所述第二频率被改变，其中，所述第一频率的第二频率值和所述第一频率的所述第一频率值具有频率差异，并且所述第二频率的第二频率值和所述第二频率的第一频率值具有频率差异；由第二节点针对第一频率的第二频率值确定第一相位的第二值；由第一节点针对第二频率的第二频率值确定第二相位的第二值；并且计算所述第一节点与所述第二节点之间的距离。
本公开涉及用于位置检测的距离测量方法和系统的改进，其原则上这样一来已经在本领域中被描述。
更具体地，本公开聚焦于相应的系统10的功耗。为了优化功耗和测量的准确度，或者至少对功耗与距离测量准确度进行折中，建议提供具有距离测量质量评估单元3的控制设备302，距离测量质量评估单元32被布置成对距离测量质量指示(DQI)进行处理。如本文前面所述，距离测量质量指示不必对应于现有技术设备中常用的数据传输或通信质量指示(例如RSSI和LQI)。基于由质量评估单元32导出的质量指示，可以操作功耗优化单元34从而调整例如发送单元12的发送功率。可以执行相应的控制，其中，目标图是如这样的距离测量准确度，而不是数据传输质量。
图1示出了用于基于RF的信号传输的单元12、14的大大简化的布置。图2涉及类似的系统40，其实现能够发送和接收电磁波信号的至少一个收发器单元42。为此，收发器单元42包括接收天线50和发送天线48。因此，图1中呈现的单元12、14中的至少一个可以由收发器单元42代替。
图2还图示了也可以称为无源反射器的反射器单元44。此外，提供了也可称为有源反射器的反射器单元46。反射器单元44被布置为无源地反射入射的电磁波信号。为此，可以提供RF反射器52。
(有源)反射器单元46主要地被布置为收发单元。反射器单元46包括接收天线46和发送天线56。响应于在接收天线54处接收到的入射电磁波信号，可以经由发送天线46发送信号。本文论述的单元12、14、42、44、46可以与相应的定时电路(例如锁相环(PLL))一起提供或耦合到相应的定时电路。因此，可以基于单元12、14、42、44、46之间的哪个距离测量可以被执行来计算相移、飞行时间以及类似的值。基于距离测量结果，可以执行针对单元12、14、42、44、46中的至少一个单元的位置检测。
单元12、14、42、44、46中的至少一个可以附接到要监测的感兴趣对象或由其穿戴。例如，患者可以配备有实施相应的单元的可穿戴设备。因此，可以跟踪和监测穿戴者的位置。基本上相同的单元适用于在工业领域中使用的并且相应的单元附接到的机器、货物、部件等。
此外参考图3，图3图示了一对单元12、14，其中每个单元可以被布置为收发单元。如图3所示，首先，单元12可以发送由单元14接收的电磁波信号60。作为响应，单元14可以发送(或反射)电磁波信号62，反之亦然电磁波信号62由单元12接收。信号交换需要特定量的时间。基于经过的时间，可以测量单元12、14之间的距离。
此外参考图示对应的信号图的图4。图4通过范例可以表示图3的单元12的信号状况。在图4中，横坐标轴指代时间t，参考附图标记66。PLL基信号由附图标记68指示。在发送阶段处的发送的信号由附图标记70指示。在接收阶段处的接收的信号由附图标记72指示。发送的信号70与PLL信号68同步(相位同步)。在PLL信号68与接收的信号72之间，存在相移74。基于相移74，可以计算单元12、14之间的距离。
图5示范性地图示了控制设备30的实施例。更具体地，图5例示了可以至少部分地在控制设备30中，尤其是在功耗优化单元34中实施的控制回路(参考图1)。控制回路可以通过硬件和/或软件来实施。
附图标记80指代输入距离质量指示目标信号，其可以是定义/设置的距离质量指示值或水平。例如，信号80可以表示不应超过的特定质量范围。
附图标记80指示输入信号，即定义的距离质量指示信号。此外，可以表示当前距离测量准确度水平的反馈信号82被提供。基于信号80、82的比较(例如，相减)，可以计算控制误差(附图标记84)。控制误差信号84被馈送到控制器86。控制器86可以基本上对应于或形成图1的功耗优化单元34的部分。因此，控制器86被布置为输出功率设置信号88。因此，执行控制动作从而使反馈信号82与距离质量指示80一致。
基于功率设置信号88，操作受控部分90。当其被操作用于距离测量时，受控部分90基本上表示单元12、14、42、44、46。然而，距离测量质量评估单元32可以比如形成受控部分90的部分。受控部分90也被布置用于计算实际测量值，并且基于控制设备30的当前性能，计算距离(测量)质量指示，参考附图标记94。
由附图标记92指定的箭头表示能够影响距离测量准确度的干扰。基本上，干扰92存在于受控部分90的水平处。
此外参考图6，其图示了根据本公开的方法的若干步骤。所述方法涉及用于基于RF的距离测量的改进质量和改进功耗的方法。
所述方法涉及步骤S10，步骤S10涉及起始新的距离测量。步骤S10可以涉及收集复数个或多个差值。基于步骤S10中的距离测量结果过程，可以进行步骤S12。步骤S12包括处理多个距离测量值并根据其导出距离质量指示。距离质量指示可以例如涉及实际距离测量值和平均距离值的比较。以这种方式，可以检测到异常值和意外值。因此，距离质量指示可以指示实际的距离测量准确度。
一个或多个所导出的距离质量指示值可以在随后的步骤S14中被进一步处理。可以在步骤S14中评估实际质量水平是否在定义的允许范围内或高于定义的(最小)阈值。当评估质量水平足够时，可以进行步骤S16。在图6图示的实施例中，步骤S16涉及新的功率设置的计算，尤其是针对较低的功耗的。因此，该方法聚焦于降低功耗，同时将距离测量准确度和质量保持在期望的范围内或高于期望的最小水平。
当在步骤S14中评估距离测量结果的实际质量低于最小阈值或不在期望范围内时，可以进行步骤S18，其可以涉及计算针对涉及的发送单元、接收单元和收发单元的新的功率设置。
基于在步骤S16和S18中处理的功率设置，可以执行另外的测量循环，参考步骤S10。在备选实施例中，步骤S16涉及将实际功率设置保持恒定，只要距离测量质量处于期望的范围内或高于期望的最小阈值。
此外参考图7，图7图示了位置检测系统10的另一示意性简化布局。系统10包括两个收发单元42，所述两个收发单元被布置为交换RF范围内的电磁波信号。
单元42之间的信号链路在图7中由附图标记104、106指示。附图标记104指定收发机42之间的数据和信息交换。如本文前面已经解释的，系统10的主要目的不是如标准RF通信设备一样系统10传输信息。相反，数据信息104优选地是距离测量相关的。
此外，在收发器42之间，可以建立多个范围或距离测量链路106。因此，所涉及的收发器42之间的多个路径可以用于距离测量。不必说，在系统10中可以存在多于两个的收发器42。收发器42中的至少一个可以是可以附接到要监测的对象的移动或可穿戴收发器42。不用说，系统10也可以被布置用于跟踪多于一个潜在移动的要监测的对象。
多个链路106可以形成在分集天线之间，或者可以覆盖不同的频带。通常优选的是在所涉及的收发单元42之间建立多个链路。因此，针对距离测量结果和针对距离质量指示的导出的数据库可以被扩大。
如图7所示的系统10还涉及功率设置部分100和供电或激励部分102。部分102可以涉及电池。线112指示所涉及的收发器42与功率设置单元100之间的距离测量结果的传输。线114指定可以表示距离测量质量指示的对应的质量相关的信号。因此，功率设置单元100可以基于信号112、114设置新的功率设置并且可以相应地耦合功率单元102和收发器42，参考供电部分102和功率设置单元100之间的功率线118以及单元100和收发器42之间的线116，其中，线116涉及向收发器42传输新的功率设置和基于的新设置对于距离测量的新请求。此外，供电部分102和收发器42之间的这样的供电可以发生。
此外参考图8，图8图示了描述基于RF的系统的功耗与质量水平之间的关系的示范性说明曲线图。横坐标轴指示RF传输功率，附图标记130。纵坐标轴指示质量水平，附图标记132。曲线图136涉及基于RF的通信环境。曲线图138涉及根据本公开的基于RF的距离测量环境。
曲线图136表示包括数据交换的基于RF的通信，其中，图示了基于RSSI方法的质量优化的典型结果。曲线图136包括呈现在所应用的发送功率与所得到的信号传输质量之间的或多或少的线性关系的斜坡140。在特定功率水平(附图标记144)处，实现最大质量水平。进一步增加发送功率不会进一步改善信号发送质量。相反，曲线图136涉及饱和部分142。曲线图136表示用于通信RF环境中的功率和质量优化的标准方法。
相比之下，曲线图138图示了在本公开的背景下，针对示范性的基于RF的距离测量/位置检测系统的所利用的发送功率与所得到的距离测量准确度或质量之间的示范性关系。质量最大值由附图标记146指示。如同曲线图136，曲线图138还包括在发送功率与所得到的质量水平(指代质量最大值的功率值146左侧的部分)的增加之间呈现正相关的部分。然而，超过顶部或最高质量，发送功率的进一步增加甚至会降低所达到的准确度或质量水平(值146右侧的部分)。
此外，即使在可比较的环境中并且具有可比较的设置，数据传输最佳值144也不匹配距离测量质量最佳值146。
曲线136、138的不同特性的主要原因在于，出于通信目的，可以在特定的发送功率水平处达到定义的质量水平(100％)，其中，质量水平包括相应的数据段/信息段(比特和字节)可以成功发送。因此，超出该最佳点，不需要实现进一步的改进。
相比之下，根据实际测量状况，距离测量更容易受到信号失真和对应的质量下降的影响。距离测量最终旨在比如“模拟值”，即RF系统的两个或更多单元之间的距离的量度。因此，在大多数情况下，很可能有进一步改进准确度的空间。反过来说，总存在准确度下降的可能性。在实际使用中，基本无法达到完美(距离测量)结果。因此，相应的距离测量和位置检测系统和方法可能试图接近完美质量水平(100％)，但经受上述限制。因此，距离测量过程的优化的目标与简单数据传输过程的优化的目标不同。
利用基于RSSI或LQI的功率调节的距离测量系统在不存在视线或仅存在有限视线的情况/环境中具有限制的性能。这特别适用于室内应用。在这种情况下，例如，发送功率的简单增加将基本上引起不期望的信号反射的增加，其结果导致进一步的发送误差并降低距离测量准确度。如上面指示的，非室内应用也可以从本文描述的方法获益。
此外参考图9，图9示出了描绘根据本文公开的至少一个实施例的示范性位置检测方法的简化框图。基本上，方法实施基于RF的距离测量。在第一步骤S50中，发送电磁波信号。优选地，所述信号是RF信号。电磁波信号是针对距离测量专门形成的。电磁波信号优选不包含或携带超出距离测量相关数据的信息/数据。
此外可以进行S52，S52涉及接收基于发送的信号的电磁波信号。电磁波信号可以以直接或间接方式接收。直接接收的信号是反射信号。间接接收的信号是由有源反射器响应于原始发送的信号而发送的信号。
另外的步骤S54解决了距离测量控制。步骤S54主要涉及距离测量。距离测量例如可以基于相移或飞行时间。
可以提供另外的步骤S56、S58，其针对距离测量结果的细化和功耗的优化。步骤S56涉及对距离测量质量的评估，其能够涉及导出基于多个距离测量结果的距离测量质量指示。基于距离测量质量指示，可以在步骤S58中调整或调节至少一个功耗相关的发送参数。
因此，为了实现测量质量和功耗之间的有益折中，可以控制距离测量。
尽管已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统分布。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (15)
1.一种用于位置检测的系统，其实施基于RF的距离测量，所述系统包括：
-至少一个发送单元(12)，其被布置用于发送RF范围内的电磁波信号，
-至少一个接收单元(14)，其被布置用于接收所述RF范围内的电磁波信号，
其中，所述发送单元(12)被布置为发送针对距离测量专门形成的电磁波信号，并且
其中，所述接收单元(14)被布置为接收由所述发送单元(12)发送的所述电磁波信号，
-至少一个控制设备(30)，其用于基于发送的信号信息和接收的信号信息进行距离测量，所述控制设备(30)还包括：
-距离测量质量评估单元(32)，以及
-功耗优化单元(34)，
其中，所述距离测量质量评估单元(32)被布置为基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，
其中，所述功耗优化单元(34)被布置为基于所述质量指示来调整至少一个发送参数，并且
其中，所述功耗优化单元(34)被布置为根据所述质量指示来调整所述至少一个发送单元(12)的发送功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于平均距离指示值来计算所述距离测量质量指示，具体地基于移动平均距离指示值来计算所述距离测量质量指示。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于随着时间的多次测量来计算所述距离测量质量指示，其中，检测到的与预期信号水平的信号偏差指示质量指示减小。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于在频率范围上的多次测量来计算所述距离测量质量指示，其中，检测到的与针对相应的频率部分的预期信号水平的信号偏差指示质量指示减小。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于根据多个距离测量样本导出的多个距离值来计算所述距离测量质量指示，其中，特定距离被用作参考距离，其中，来自邻近样本的距离值被计算，并且其中，检测到的与所述参考距离的距离偏差指示质量指示减小。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，多个节点被提供，所述节点形成距离测量网格，其中，多条距离测量路径被建立，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于多条路径测量来计算所述距离测量质量指示，并且其中，距离测量路径之间的检测到的信号偏差指示质量指示减小。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，至少一个发送单元(12)和至少一个接收单元(14)形成发送对，其中，所述发送单元(12)和所述接收单元(14)中的每个包括至少一个分集天线，其中，所述质量评估单元(32)被布置为基于多个不同测量来计算所述距离测量质量指示，并且其中，多样化的距离测量路径之间的检测到的信号偏差指示质量指示减小。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，发送节点和接收节点被实施在单个移动收发器设备(42)中，具体地被实施在用户可穿戴位置检测设备中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括至少一个定位参考节点(44、46)，具体地无源反射器节点或有源反射器节点。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述控制设备(30)被布置为调整至少一个发送参数，从而优化功耗，同时将所述距离测量质量指示保持在期望的范围内。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述电磁波信号是针对距离测量专门形成的非数据承载距离感测信号，所述非数据承载距离感测信号唯一地包含距离测量相关数据。
12.一种患者监测设备，具体地无线患者测距设备，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，被布置为发送单元(12)和接收单元(14)中的至少一个的至少一个可穿戴单元被提供。
13.一种用于位置检测系统的控制设备(30)，所述系统实施基于RF的距离测量，所述控制设备(30)包括：
-距离测量质量评估单元(32)，以及
-功耗优化单元(34)，
其中，所述控制设备(30)被布置用于基于RF范围内的发送的电磁波信号以及对应的接收的电磁波信号进行距离测量，
其中，所述电磁波信号是针对距离测量专门形成的，
其中，所接收的信号基于所发送的信号，
其中，所述距离测量质量评估单元(32)被布置为基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，
其中，所述功耗优化单元(34)被布置为基于所述质量指示来调整至少一个发送参数，并且
其中，所述功耗优化单元(34)被布置为根据所述质量指示来调整所述至少一个发送单元(12)的发送功率。
14.一种位置检测方法，其实施基于RF的距离测量，所述方法包括以下步骤：
-发送RF范围内的电磁波信号，其中，所述电磁波信号是针对距离测量专门形成的，
-接收所述RF范围内的电磁波信号，其中，所接收的信号基于所发送的信号，
-基于发送的信号信息和接收的信号信息来执行距离测量控制，所述距离测量控制包括：
-评估距离测量质量，包括基于距离测量结果来导出距离测量质量指示，
-基于所述质量指示来调整至少一个功耗相关发送参数，涉及根据所述质量指示来调整发送功率。
15.一种包括程序代码模块的计算机程序，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
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