CN111165005B - 用于无线电测量应用的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于无线电测量应用的方法，其中，至少两个无线电节点在发送模式中工作一次并且在接收模式中工作至少一次并且构成单元，至少一个无线电节点作为额外无线电节点仅在接收模式或发送模式中工作，每个无线电节点具有定时器和一个另外的数据接口，为了开启测量周期，具有第一载波频率的初始信号由无线电节点之一发送，并由单元的至少一个无线电节点接收，在测量周期期间，单元的至少一个无线电节点发送具有另一载波频率的响应信号并且该响应信号由单元的至少一个无线电节点接收，其中，该额外无线电节点发送或接收至少一个信号，该方法要么在第一模式中工作要么在第二模式中工作，其中，在第一模式中，每个响应信号由所接收的初始信号或响应信号形成，在第二模式中，每个响应信号独立于每个接收信号地形成。

Description

用于无线电测量应用的方法
技术领域
本发明涉及一种用于无线电测量应用的方法，该方法借助用于求取无线电节点之间的传递函数和/或时间偏移的至少三个无线电节点。
背景技术
存在多种用于基于频域中的参考信号的相位和相位差的测量来求取距离的方法。基本原理(例如由US 3 243 812)从超过50年前起是已知的。该方法从数十年前起已经应用在不同的应用中。除了大量出版物外，还存在一整个系列的专利。
由DE 10 2009 060 505 B4已知一种用于在两个无线电节点之间进行通信的方法，其中，无线电节点交替地发送和接收信号，并且针对每次重复改变信号的载波频率。接下来将从第二无线电节点提取的相位值传输回到第一无线电节点，然后借助第一无线电节点所接收的信号来进行分析处理，以便确定两个无线电节点之间的距离。
由DE 10 2009 060 593 A1已知另一种用于测量两个无线电节点之间的距离的方法，其中，无线电节点交换未经调制的载波信号，每个无线电节点对于两个频率求取两个相位值，然后由总共四个相位值确定无线电节点之间的距离。
由DE 10 2009 060 592 B4、WO 02/0127 A2、US 2009/0149198 A1和DE 10 2009060 591 A1已知用于测量两个无线电节点之间的距离的替代方法。
由WO 2005 119379 A1已知一种用于校正抖动的方法，其中，第一无线电节点关于所发送的初始信号从第二无线电节点获得响应信号，该响应信号不仅包含初始信号的由第二无线电节点求取的接收时刻，而且包含响应信号本身的发送时刻。
由Rick Roberts的《TDOA Localization Techniques》，IEEE 802.15-04a/572r0，2004年10月已知用于例如借助到达时间差求取位置的方法。
发明内容
在这些背景下，本发明的任务是说明一种进一步扩展现有技术的设备。
通过具有权利要求1的特征的一种用于无线电测量应用的方法来解决该任务。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
根据本发明的主题，提供一种用于借助至少三个无线电节点的无线电测量应用的方法，其中，在一个测量周期期间，至少两个无线电节点构成一个单元(Zelle)，至少一个另外的无线电节点是额外无线电节点，并且测量周期包括至少两个步骤。
在测量周期期间，单元的至少两个无线电节点在所述至少两个步骤之一中在发送模式中工作至少一次，并且在所述至少两个步骤之一中在接收模式中工作至少一次。在测量周期期间，所述至少一个额外无线电节点仅在接收模式中或仅在发送模式中工作。
无线电节点中的每个分别具有自己的定时器和用于数据传输的另一数据接口。
在定时器之间分别存在时间偏移。
在每个测量周期期间，至少单元的无线电节点的所有发送信号彼此相干。
为了开启测量周期，在第一步骤中由无线电节点之一在发送模式中以第一载波频率发送初始信号，并且其至少由单元的至少一个无线电节点在接收模式中接收。
在测量周期期间，在至少一个另外的步骤中，单元的至少一个无线电节点从接收模式变换到发送模式并以另一载波频率发送响应信号，其中，该响应信号由单元的至少一个无线电节点在接收模式中接收。
在测量周期期间，额外无线电节点中的至少一个接收至少一个信号或发送至少一个信号。
至少两个测量周期在不同载波频率上实施。
该方法要么在第一模式中工作要么在第二模式中工作，其中，在第一模式中，每个响应信号至少由所接收的初始信号的一部分或由所接收的响应信号的一部分形成，并且根据所接收的响应信号来求取至少一个传递函数和/或求取时间偏移中的至少一个。
在第二模式中，每个响应信号独立于每个接收信号地形成，借助所述另外的数据接口来传递至少两个所接收的初始信号，并且根据所接收的响应信号和至少两个所接收和传递的初始信号来求取至少一个传递函数和/或求取时间偏移中的至少一个。
应当理解，每个无线电节点都包括接收单元、发送单元、信号处理器、另一数据接口和至少一个天线。此外，应当理解，在一个步骤中分别仅有一个无线电节点进行发送。
如果无线电节点包括多个天线，则初始信号和/或响应信号由天线中的一个发送，或者初始信号和/或响应信号由多个天线发射。例如，天线在发送时间段期间按顺序依次发射。为此，发送时间段例如划分为多个时间窗，其中，天线中的一个分别在一个时间窗期间发送。应当理解，信号的接收也可以被相应地组织。
根据本发明，单元包括至少两个无线电节点，并且可以以另外的无线电节点进行扩展。此外，至少一个另外无线电节点可供用作额外无线电节点。还可以通过其他的无线电节点来扩展该布置。所述至少一个额外无线电节点或所有的额外无线电节点不是单元的一部分。
在替代的实施方式中，数据接口有线地或无线地构造，并且能够实现数据(例如所求取的信号矢量)的交换以及无线电节点的大致同步。应当注意，在本文中，数据接口的构造不是该方法的主题。
借助该方法可以确定各个定时器和/或传递函数之间的时间偏移。前提是信号至少在测量周期期间是相干的。
传递函数反映了频域中两个无线电节点之间的传输特性(即通过传播介质传输信号)并且在无线数据传输的领域中表示通用名称。传递函数经常也称为传输函数。
应当理解，可以借助傅立叶变换将所记录的值从频域变换到时域。在时域中，术语“信道脉冲响应”对于传播介质的传输特性也是常见的。
该方法包括第一和第二模式，其中，每个模式都是对于自己封闭的。对于模式1至关重要的是在信号交换内传输在测量信号内的附加信息，而模式2仅使用数据接口来传输这些信息。系统在一时间段内分别在模式之一下工作。模式之间的转换是可能的。
借助该方法可以确定对于传播介质从一个无线电节点到另一无线电节点的传播行为的传输函数(也称为lWR单路径传递函数(1WR-Einwegtransferfunktionen))或对于循环——即从一个无线电节点到另一无线电节点并返回的传输——的传输函数(也称为2WR循环传递函数(2WR-Umlauftransferfunktion))。
通过在频域中测量传递函数，可以确定所参与的无线电节点之间的距离差和/或距离。
在此，信号之间的相位特性曲线(Phasengang)特别重要。如果介质内的传播行为由直接路径主导，则可以由相位特性曲线通过导数求取电磁波的群时延(Gruppenlaufzeit)tg。
Figure SMS_1
通过电磁波的传播速度c，相应于d＝c·tg产生与无线电节点之间的距离d的直接关系。
对于所有测量方法，特征的是交替地发送和接收参考信号(即初始信号或至少一个响应信号)，其中，每个无线电节点在复数平面中关于自身的内部时间参考来评估接收信号的状况。
由第一步骤和至少一个其他步骤构成的测量周期代表该方法的核心操作(也称为原子操作或乒乓(Ping-Pong))。
在第一步骤中，由单元的无线电节点或由额外无线电节点来发送初始信号。
如果在第一步骤中由额外无线电节点发送初始信号，则每个测量周期包括至少两个其他的步骤，其中，在所述其他的步骤中，第一单元的无线电节点分别发送响应信号。
至少在单元内，信号的相位相干性必须最少在一个测量周期内、即在一个核心操作内保持不变。
在有限的时间段上并且在无线电节点之间保持信号的相位相干性是该方法的重要特性，也是重构信号曲线的前提。
根据实施方案将相干性要求扩展到多个测量周期。
在许多情况下，传输信道的特征在于多个路径，因此，除了两个无线电节点之间的直接连接之外，其他路径还可以通过在对象上反射和/或通过折射和/或通过衍射来产生。
为了解析
Figure SMS_2
所接收的信号中的多个路径，将测量周期——即信号的交替的发送和接收——在带宽(预先确定的频率范围)上以频率步进(Frequenzschritt)多次重复。由此可以分别基于频率范围中的多个网格点(Stützstelle)来求取传递函数。
预先确定的频率范围的带宽决定该方法解析具有不同长度的信号路径的能力。由于涉及频率离散式的显示，因此频率步长确定了可以明确求取距离的范围，并且同时限制了可明确确定的时间偏移的大小。
除了距离或距离差外，也可以提取其他参数，例如无线电节点(两个或多个)之间的用于确定相对位置的入射角。为此，必须分析处理多个天线的接收信号或将发送信号确定性地分布到多个天线上。这可以通过使用多个发送和接收单元并行地/同时进行。替代地，天线分配也可以在步骤序列内的不同时间窗上在时间上彼此相继地且通过在时间窗之间切换天线来实现。在切换时要注意相应的瞬变过程(Einschwingvorgang)。
优选地，预先确定的频率范围例如相应于可用的频率范围——即针对由所使用的无线电节点所提供的带宽。替代地，技术上可行的频率范围由于法律规定和/或由于具体的应用而受到限制，使得预先确定的频率范围仅包括可用频率范围的部分范围。
每个无线电节点遵循固定的时间序列(zeitlicher Ablauf)，该时间序列与定时器和相应的周期控制固定地相关并且因此具有确定性。因此，所有功能块在所要求的时间段内具有固定的参考时间和参考相位，并满足对相位相干性的相应要求。由于无线电节点的时间特性对于节点是先验已知的(初始相位、时间偏移和频率偏移除外)，因此在无线电节点之间会产生相干关系。
然而，对于运行该方法的方法而言重要的是，相应的发送和接收时间段(必要时发送和接收时间窗)互相对应(gegenüberstehen)并完成相应的瞬变过程，即建立稳定状态。
时间偏移的通过粗同步来确保的可容忍波动遵循测量范围的大小，并且例如在300m的测量范围时可容忍波动应小于lμs，以便避免在时间和频率偏移校正中增加开销。在2.4GHz范围内可达到的测量准确度小于1m。
在特性方面，此方法与已设立的UWB TDOA(英语Time Difference of Arrival，到达时间差)方法有很大不同。在此，由于测量准确度由同步确定，因此同步质量在可比较的准确度的情况下必须优于3ns。
应注意到，每个无线电节点都有自己的时间参考。优选地，时间参考构造为石英振荡器(XTAL/XOSC)。应当理解，粗的时间调整并不代替在核心操作中对实际的时间偏移的求取，而是前提。
优点是方法的灵活性和可靠性增加。另一优点是可以更快且成本更有利地执行该方法。有利地，在求取无线电节点在传感器网络的区域中的位置时可以使用该方法。此外，该方法能够实现在大的作用范围内(即在0.5m至10km的范围内)进行高分辨率的距离测量。尤其通过使用窄带架构(即信道滤波带宽小于1MHz)实现高动态范围和高抗干扰性。
对参与通信的两个无线电节点的时间偏置或时间偏移的求取对于测量结果的进一步处理很重要。
数据交换的任何其他类型都被称为数据接口——例如用于无线交换的通信协议例如蓝牙、无线个域网(Zigbee)或IEEE 802.11，所述通信协议使得能够交换数据帧以进行粗同步。替代地，数据接口可以构造为数据线路或用于数据线路的连接端。
如果根据第一模式，每个响应信号至少由所接收的初始信号的一部分形成，则关于所接收的初始信号或所接收的响应信号的信息被相应地传输回或继续传输。因此，根据第一模式所形成的每个响应信号包含关于至少两个路径的信息。
如果根据第二模式，每个响应信号独立于初始信号地形成，则根据第一替代实施方式，所求取的至少一个接收信号矢量借助相应无线电节点的数据接口被传输到另一无线电节点或计算单元。
如果根据至少一个初始信号和至少一个响应信号来确定时间偏移，则可以确定1WR传递函数。这在第一模式和第二模式中都是可能的。
因此，根据本发明的方法的第一模式的优点是取消了测量结果的附加数据传输。由此可以减少技术和时间上的开销。
根据第一实施方式，在单元中提供至少三个无线电节点，其中，所述至少三个无线电节点中的每个在至少一个步骤中进行发送并且在所有其他步骤中进行接收，其中，在每个步骤中仅无线电节点中的唯一一个进行发送。
在另一实施方式中，单元的所有无线电节点设计为在接收模式中和在发送模式中工作，并且在至少一个测量周期期间，单元的无线电节点中的至少一个既不在发送模式中也不在接收模式中工作。
由此使得可以将更多的无线电节点设置为备份(Backup)，或者在其他测量周期期间动用其他的或另外的无线电节点。例如，在彼此相继的测量周期中，单元的两个不同的无线电节点总是激活的并且构成一个无线电节点对，其中，该无线电节点对分别交换初始信号和响应信号。
在一种扩展方案中，提供多个额外无线电节点。
在另一扩展方案中，借助多个测量周期来求取单元内的无线电节点中的一个的位置。
在一种实施方式中，借助多个测量周期来求取额外无线电节点中的一个的位置。仅在接收模式中工作的额外无线电节点根据所接收的信号来求取距离差。此外，在多个测量周期上也可以由多个距离差来确定额外无线电节点的绝对位置。
在一种扩展方案中，由测量周期的多次重复构成一个测量过程(Messdurchgang)，至少一个第一无线电节点在至少一个第一测量过程中是单元的一部分并且在至少一个另外的测量过程中作为额外无线电节点工作，和/或至少一个另外的无线电节点在至少一个第一测量过程中作为额外无线电节点工作并且在至少一个其他的测量过程中是单元的一部分。
无线电节点的从测量过程到测量过程的功能性的变换增加了该方法的灵活性和/或可靠性。还实现了校准过程。
根据另一实施方式，单元的无线电节点布置在预给定的位置。
单元的无线电节点用作锚节点(Ankerknoten)，而所述至少一个额外无线电节点移动地或可运动地布置并用作标签。根据由额外无线电节点接收或发送的信号，例如求取距离差或累积的路径。如果单元包括具有已知位置的至少三个无线电节点，则可以确定所述至少一个额外无线电节点的三维位置。
具有至少一个仅在发送模式中工作的额外节点的运行模式也称为闪烁模式(Blink-Modus)。具有至少一个仅在接收模式中工作的额外节点的运行模式也称为GPS模式。应当理解，也可以为这两个运行模式提供或使用多个相应的额外节点。
通过提供同样仅在接收模式中工作的其他额外无线电节点，可以扩展在一个测量周期或一个测量过程内能够测量的距离的数量。每个额外无线电节点产生另一距离值。这种实施变型方案的一大优点是，不必扩展在测量周期内的步骤的数量。因此，可以通过添加额外无线电节点来显著提高测量速度。
在一种扩展方案中，至少一个第一额外无线电节点仅在发送模式中工作，而至少一个第二额外无线电节点仅在接收模式中工作，其中，第二无线电节点布置在预给定的位置。
该实施方式通过至少一个仅在接收模式中工作的第二额外无线电节点来扩展闪烁模式(至少一个进行发送的额外节点作为移动标签，单元中的至少两个节点作为锚节点)。由于第二额外无线电节点的已知的位置，该第二额外无线电节点用作被动的(passiv)锚节点。
在另一实施方式中，所有无线电节点布置在预给定的位置。
该实施方式使得能够求取所有时间偏移——即在所有参与的无线电节点之间的时间偏移。这例如可以用于校准。
根据一种替代的实施方式，所述至少一个额外无线电节点和单元的至少一个第一无线电节点布置在预给定的位置，并且至少一个额外无线电节点仅在接收模式中工作。
该运行模式也被称为混合模式(Hybrid-Modus)，并且尤其能够确定无线电节点之间的距离。至少一个额外无线电节点和单元的至少一个第一无线电节点用作锚节点，而单元的至少一个第二无线电节点是移动的并且用作标签节点。有利地提供多个额外节点。求取到额外节点的所有路径差、累积的路径和/或距离，由此可以得出单元的移动无线电节点的相对或绝对位置。
根据另一实施方式，由测量周期的多次重复形成一个测量过程，其中，初始信号和每个响应信号分别至少在一个测量过程期间或至少在多个测量过程期间是相干的。
在另一实施方式中，在第一模式中，由所接收的初始信号或所接收的响应信号中的一个来求取复数信号矢量，并且由复数信号矢量或复数信号矢量的互反数(reziprok)来形成待发送的响应信号。
根据一种替代方案，在第一模式中，由所接收的初始信号或由所接收的响应信号中的一个来求取复数信号矢量，并且使用信号矢量的共轭复数来形成待发送的响应信号。
根据另一替代方案，在第一模式中，由所接收的初始信号或由所接收的响应信号中的一个来求取相位，并且使用该相位或反相位来形成待发送的响应信号。
在另一实施方式中，由测量周期的多次重复形成一个测量过程，第一发送信号的第一载波频率在测量过程期间的每次重复中分别采用在频率范围内的预先确定的值。
例如执行扫频(Frequenz-Sweep)，其中，在测量周期期间的每次重复下，第一载波频率在预给定的频率范围内分别增加或减少一恒定值。只需低的实施开销就可以实现扫频。通常，在多个较小的频率步进上保持相位关系较为容易。然而，由于法律规定，该实施方案对于许多应用都限制在允许的发送功率。
频率的不规则改变也称为跳频(Frequenz-Hopping)。载波频率对于每个单个重复的不同的频率或值例如被存储在查找表中或取决于预给定的数学函数。例如可以根据伪噪声式的序列来执行跳频，由此实现针对干扰源的高稳健性。同时，该方法的这种实施方案能够实现在遵守不同法律规定和法规要求的情况下使用更大的发送功率。因此使得可以将该方法的使用扩展到更大的作用范围。
在另一实施方式中，每个另外的载波频率相应于第一载波频率，或者每个另外的载波频率不同于第一载波频率。
应当理解，载波频率的时间变化过程或频率变化对于所参与的无线电节点是预先已知的。例如，总是相应于第一载波频率地改变第二载波频率。替代地，第二载波频率的改变独立于第一载波频率的改变地进行或根本不进行。改变(即在重复中所进行的频率步进)在每次重复中是相同的或在每次重复中改变——例如根据所有无线电节点已知的预给定的列表或数学函数，该数学函数还包括时间特性，并且因此包含必需的相位相干性。
在另一实施方式中，对至少一个所求取的传递函数执行多路径分析。
在另一实施方式中，将滤波器应用于所接收的初始信号和/或至少一个所接收的响应信号。
根据另一实施方式，在测量周期的每次重复下，除了响应信号的载波频率之外，响应信号的振幅和/或相位也改变。
附图说明
接下来参照附图进一步阐述本发明。在此，以相同的名称标记相同类型的部分。所示的实施方式是极其示意性的，即间距以及横向和竖直的延伸都不成比例，并且除非另有说明，否则彼此之间没有任何可推导的几何关系。附图示出：
图1示出根据第一实施方式的用于无线电测量应用的三个无线电节点的布置；
图2以功能单位示出构成一个单元的两个无线电节点及其主要特性；
图3示出根据第一实施方式的三个无线电节点的功能单元；
图4示出根据本发明的第一实施方式的时间流程图；
图5示出变换到时域的信号矢量；
图6示出第一实施例的扩展；
图7示出根据第二实施方式的用于无线电测量应用的三个无线电节点的布置；
图8示出根据第二实施方式的时间流程图；
图9示出变换到时域的信号矢量；
图10示出第二实施方式的扩展；
图11示出第二实施方式的替代的扩展；
图12示出另一替代的实施方式。
具体实施方式
图1示出三个无线电节点F1、F2和FE的布置，其用于执行根据本发明的用于无线电测量应用的方法的第一实施方式，其中，该布置设计为实施根据本发明的方法的第一模式。
无线电节点中的每个都有其自己的定时器Z(T1)或Z(T2)或Z(T3)，其中，这些定时器分别预给定相应的无线电节点F1、F2或FE的时基T1、T2或T3，并且定时器Z(T1)、Z(T2)和Z(T3)分别彼此独立。定时器分别构造为石英振荡器。假定不同的定时器Z(T1)或Z(T2)或Z(T3)以相同的单位继续运行(例如由内部的节拍发生器的频率确定)，则时基T1、T2和T3中的差异可以分别减少到时间偏移。(定时器之间可能存在的频率偏置不在考虑范围之内。在频率偏置的情况下，将采取相应的纠正措施来校正频率偏移。)
无线电节点之间的时间偏移是相应定时器之间的偏移，并且该时间偏移与方向有关，其中，在进一步考虑中，应始终将进行发送的无线电节点用作参考节点：如果第一无线电节点F1是发送节点，第二无线电节点F2是接收节点，则相应的时间偏移是Toff,21＝T2-T1。在相反方向上的时间偏移是Toff,12＝T1-T2，其中适用Toff,21＝-Toff,12。在包含额外节点FE的情况下得出另一时间偏移Toff,31＝T3-T1，其中，在此也适用Toff,31＝-Toff,13。同时，在第二节点F2和额外无线电节点FE之间出现第三时间偏移Toff,23＝T2-T3。第三时间偏移也可以通过额外无线电节点FE经由第一节点F1到第二无线电节点F2的累积时间偏移来确定，其中，Toff,23＝Toff,21+Toff,13。类似地适用：Toff,32＝Toff,12+Toff,31。
无线电节点F1、F2和FE位于位置P1、P2和P3，所述位置例如由它们在笛卡尔坐标系中的x、y和z坐标确定为Pl(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)和P3(x3，y3，z3)。各个无线电节点的位置根据实施方式至少部分地或对于所有无线电节点是已知的。其位置已知的无线电节点在下文中也称为参考无线电节点。在下文中，其位置未知的无线电节点也称为标签节点。
不同实施方式中的方法能够实现确定传递函数和时间偏移。通过对传递函数的分析可以确定距离。
结合针对两个无线电节点的测量方法，可以使用单路径传递函数(1WR)和/或双路径传递函数(也称为循环传递函数或2WR)来求取距离。
无线电节点之间的距离由坐标得出——例如无线电节点F1和F2之间的距离适用：
Figure SMS_3
应当理解，基于所提取的信号传输时间来计算所考虑的距离。发送和接收单元内的可能的延迟都会延长信号传播时间，并反映在所提取的距离中。这必须通过相应的校准来校正。
在多个无线电节点的相互作用中，附加地可能求取路径差传递函数和关于累积路径的传递函数，从第三节点的角度来看其直接包含两个路径的长度差或总和。因此，例如D3 12(-)是额外无线电节点FE至第一无线电节点F1之间的路径长度相对于额外无线电节点FE至第二无线电节点F2之间的路径长度的路径长度差：D3 12(-)＝D31-D32。
从第一无线电节点F1通过第二无线电节点F2到额外无线电节点FE的累积路径是：D2 31(+)＝D32+D21。在超过3个无线电节点的情况下，可能性相应地扩大。
两个无线电节点F1和F2形成单元E1，其中，不仅第一无线电节点F1而且第二无线电节点F2在测量周期期间在发送模式中工作至少一次并且在接收模式中工作至少一次，而额外无线电节点根据所示实施例在测量周期期间仅在接收模式中工作。在此，测量周期包括初始信号的发送和至少一个响应信号的发送。
在图2中分别示出单元E1的无线电节点的结构或各个主要的信号处理运算和相应的功能块。
无线电节点F1和F2分别具有接收单元RX、发送单元TX和数据接口DS1、DS2，其中，每个数据接口DS1和DS2支持用于无线数据交换的通信协议。
如图2所示，在示出的实施例中，单元E1的无线电节点F1和F2还具有频率发生器、上混频器、下混频器、功能块H1或H2以及包括定时器Z(T1)或Z(T2)的时间和频率控制装置ZFS1或ZFS2。
借助频率发生器，上混频器将复数信号矢量V1或V2由基带位置转换到HF位置中。下混频器将信号矢量R1或R2中的高频信号转换到基带位置中。
功能块H1或H2借助也称为H1或H2的函数由接收矢量R1或R2和/或通过相应的数据接口DS1或DS2所提供的参数来产生复数发送矢量V1或V2，以进一步产生相应的发送信号T1(m,n)和T2(m,n)。
通过传播介质PM来传输发送信号TI和TA。用于相应传播方向的传递函数G12和G21表征了传播介质PM对发送信号TI或TA的影响。对于典型的无线电信道，适用G12＝G21。
时间和频率控制装置ZFS1或ZFS2在固定的时间制度(Zeitregime)中控制所有的系统状态变换。时间控制装置以时间单位TMU为基础进行工作，并确保所有相关的状态变化(信号矢量V1和V2的采样和二次采样(Subsampling)、从发送模式到接收模式的转换以及从接收模式到发送模式的转换、频率变化)都与相应的时基是固定相关的并可以涉及所述时基。
时间和频率控制装置ZFS1或ZFS2还负责确保在所需的长度上保留信号之间的相干性——即考虑瞬变过程并且所有功能块(此外频率发生器，PLL)也位于线性控制区域的过渡区域中。在测量周期期间，无线电节点F1和F2受时间和频率控制装置ZFS1和ZFS2控制。在所示的实施例中，测量周期包括两个步骤S1和S2。这也包括过渡区域(步长延迟
Figure SMS_4
)，该过渡区域作为参量Tsv的延迟项示出。时间和频率控制装置ZFS1或ZFS2还接管在可用频率范围上的频率ωp的控制。
由此，时间和频率控制装置ZFS1和ZFS2分别产生相位相干域PD，在该相位相干域中，高频合成、相应的发送矢量的产生和接收矢量的提取在相位方面彼此存在固定的关系。
应当理解，以上内容并不排除如下情况：在最终通过转换将信号转换为实际的目标频率ωp之前，在另一混频器中耦合输出前通过与辅助载波器(通常称为本地振荡器)相乘而先将信号引入到中间频率IF上。对于接收过程同样适用。也可以首先将所接收的高频信号转换到中频级，然后再转换到所谓的基带。
还应理解，该方法包括在接收单元以低的中频工作期间，以直接转换架构构造发送信号。结果，相应的发送信号彼此偏移中频fp＝f′p±f′IF。
结合图3和图4阐述根据第一替代实施方式的用于无线电测量应用的方法的相应流程。
与例如在图2中所示的单元E1的无线电节点F1和F2不同，额外无线电节点FE不需要包括发送单元TX和用于产生发送信号的上混频器，因为根据所示的实施例，额外无线电节点FE仅在接收模式中工作。
因此，发送单元TX是可选的，并在图中以虚线示出。在其他方面在所示的实施例中，额外无线电节点FE与单元E1的两个无线电节点F1和F2完全相同地构造。
图3和图4示出单元El的无线电节点F1、F2与仅在接收模式中工作的额外无线电节点FE相关联的运算。图3着重于无线电节点与传播介质PM的交互作用(Interaktion)，而图4示出时间流程。
在图4的上部中示出各个无线电节点F1、F2和FE的运算。箭头分别表示接收矢量的采样和采样时刻。粗杠表示从接收模式到发送模式的转换，反之亦然。没有箭头的线条表示在无线电节点处于发送模式期间相应的定时器的同步运行或相应时基的维持。中间曲线图中示出相应的发送时间段，在该发送时间段中分别产生和发射时间上连续的发送信号。在所示的实施例中，仅单元E1的无线电节点F1和F2进行发送。
在图4的下部中示出载波频率ωp的变化过程。所有无线电节点F1、F2和FE都在其自己的分别由定时器Z(T1)、Z(T2)或Z(T3)预给定的时基T1、T2或T3下工作，每个定时器都有自己的时间单位TMU、T'MU或T”MU，在时间单位的基础上进行所有动作。时间单位TMU、T'MU或T”MU或分别定义的步长度量在一个测量过程上被连续地保持直到多个测量过程，该测量过程包括测量周期的多次重复。
第二无线电节点F2的时间轴T2或额外无线电节点FE的时间轴T3相对于无线电节点F1的时间轴T2移位时间偏移Toffs,12或Toffs,13。
在图4中，n表示测量周期内的索引(Index)，该测量周期具有持续时间TSF＝nmax·TMU。该索引具有取值范围n＝0,l,...,(nmax-1)，其中，nmax由测量周期的实际设计确定，在所示示例中选择nmax＝6。如图4中所示，n结合测量单位时间TMU基于t＝n·TMU+m·TSF构成时间离散系统的基础。在此，m表示测量过程的测量周期的索引，其中，在这种情况下频率发生器的频率(即相应的载波频率)在每次测量周期开始时被改变。索引m具有值范围m＝0,l,...,(mmax-1)。mmax由实际实施确定并还取决于应求取传递函数的频率的数量。为了区分各个无线电节点F1、F2或FE的相应参量，所有参量都通过不同的撇(Anstriche)来表示(例如对于频率：F1:fp，F2:f'p，FE:f”p)。
每个无线电节点自身形成一个时间离散系统，其中，T1＝n·TMU+m·TSF，T2＝n·T'MU+m·T'SF或T3＝n·T”MU+m·T”SF。
如在图3和图4中所示，无线电节点F1开始，在第一步骤S1(m＝0，n＝0、1、2)期间借助发送单元TX通过传播介质PM(例如空气)发送初始信号TI。传播介质对发送信号的影响由相应的传递函数G21(jωp；S1)或G31(jωp；S1)表示。
第二无线电节点F2(作为第一单元的一部分)和额外无线电节点FE设计用于在第一步骤S1期间将由第一无线电节点F1所发送的初始信号TI在传输通过传播介质PM之后接收为接收矢量R2(S1；m,n)或R3(S1；m,n)。
所有无线电节点设计用于通过相应的数据接口DS1、DS2或DS3交换所接收的信息的至少一部分，并用于接收关于产生相应的发送矢量V1或V2的附加信息。
根据本发明的方法的第一模式，基于接收矢量R2(S1；m,n)形成第二无线电节点F2的功能单元H2的发送矢量V2(S2；m,n)。
在第二步骤S2期间，第二无线电节点F2借助传输单元TX发送基于发送矢量V2(S2；m,n)的响应信号TA(S2；m,n)。在第二步骤S2期间，单元E1的第一无线电节点F1以及额外无线电节点FE借助接收单元RX将由第二无线电节点F2所发送的响应信号TA在传输通过传播介质PM之后接收为接收矢量R1(S2；m,n)和R3(S2；m,n)。通过传播介质PM的传输由函数G12(jωp；S1)和G32(jωp；S1)表示。
如图2、3和4所示，单元E1的无线电节点F1和F2以及额外无线电节点FE的相应频率发生器首先以ωp＝2π·fp(ω'p、ω”p类似)产生fp、f'p、f”p的信号(其中p＝l)，其中，无线电节点F2和FE的频率发生器的信号被延迟时间偏移Toffs,21和Toffs,31。在无线电节点F1和F2之间或在第一无线电节点F1和额外无线电节点FE之间还存在静态相位偏移
Figure SMS_5
或
Figure SMS_6
所述静态相位偏移对于进一步考虑并不重要，仅出于完整性考虑而提及。在进一步考虑的意义中，将频率fp、f'p、f”p视为相同大小。假设(如必要时)执行相应的频率偏移校正。
在第一步骤S1(m＝0，n＝0、1、2)中，第一无线电节点F1借助上混频器和频率为fp的频率发生器的信号将信号矢量V1(S1；m,n)转换到高频位置中。借助信号矢量V1(S1；m,n)产生具有第一载波频率ωp(p＝l)的时间连续的初始信号TI，其被耦合输出到传播介质PM中。初始信号TI在时刻Tl＝(n-1)·TMU+(m-l)·TSF可以采用值TI(S1；m,n)。为了说明，信号矢量是V1(S1；m,n)＝1，即第一无线电节点F1以载波频率ωp(其中p＝l)发送参考信号作为初始信号TI。
单元E1的第二无线电节点F2和额外节点FE在第一步骤S1(其中m＝0，n＝0、1、2)中在第一接收时间段期间，通过将所接收的HF信号与频率f'p或f”p的频率发生器的信号混合来分别确定接收矢量R2(S1；m,n)或R3(S1；m,n)，所述信号相对于第一无线电节点F1的发生器信号在时间上偏移Toffs,21或Toff,31。
接收矢量R2(m,n)或R3(m,n)在复平面中的位置最初由内部时间参考或相应的定时器Z(T2)或Z(T3)确定，其中，T2＝n·T'MU+m·T'SF或T3＝n·T”MU+m·T”SF。
相应的接收矢量R2和R3反映相对于单元E1的第一无线电节点F1的初始信号TI的传输特性，并且包含在频率ω＝2π·fp上的传播介质PM的传递函数G12(jω)和G13(jω)以及时间和相位偏移Toffs,12和Toffs,13或
Figure SMS_7
和/>
Figure SMS_8
根据接收矢量R2(m,n)，考虑到可能通过数据接口DS2进行参数化，借助功能单元H2相应于V2(m,n+3)＝H2(R2(m,n),...)形成基带信号矢量V2，并且将该基带信号矢量作为信号矢量V2传输到第二无线电节点F2的发送单元TX。
在第二步骤S2(m＝0，n＝3、4、5)中，单元E1的第二无线电节点F2借助混频器和频率发生器由基带矢量V2(S2；m,n)产生具有频率f'p的发送信号TA(S2；m,n)，并且该发送信号被作为响应信号TA耦合输出到传播介质PM中。
在此，针对m＝0，n＝3、4、5的信号矢量V2(S2；m,n)由接收矢量R2(S1；m,n)(其中m＝0，n＝0、1、2)借助函数H2(R2(m,n),...)并且因此至少由接收矢量R2的一部分形成。用于形成响应信号V2＝H2(R2)的可能函数H为H2(R2)＝R2、H2(R2)＝exp(j·phase(R2))或H2(R2)＝1/R2、H2(R2)＝conj(R2)以及H2(R2)＝exp(-j·phase(R2))。
在步骤S2中，单元E1的第一无线电节点F1以及额外无线电节点FE分别在第二接收时间段期间(其中m＝0，n＝3、4、5)确定接收矢量R1(S2；m,n)或R3(S2；m,n)(其中m＝0，n＝3、4、5)，其中，关于相应的定时器Z(T1)、Z(T2)或Z(T3)的内部时间参考来分别对接收矢量R1的位置进行评估。为此，借助混频器和频率fp或f”p的相应频率发生器的相应信号来将频率f'p的所接收的HF信号转换到基带位置。
相应的接收矢量R1和R3反映相对于单元E1的第二无线电节点F2的响应信号TA的传输特性，并且包含在频率ω＝2π·fp上的传播介质PM的传递函数G12(jω)或G32(jω)以及时间和相位偏移Toffs,12和Toffs,32或
Figure SMS_9
和/>
Figure SMS_10
相应于在单元E1的第二无线电节点F2中为了形成矢量V2而对函数H2作的选择，可以实现测量结果的特殊特性。例如，对于H2(R2)＝R2、H2(R2)＝exp(j·angle(R2))产生的接收矢量R1(jωp)与时间偏移无关，并形成在单元E1的两个无线电节点F1和F2之间的循环信道传递函数(2WR)G2WR(jω)＝G21(jω)·G12(jω)的主要特性。无线电信道通常是互反的，因此适用G21(jω)＝G12(jω)。
如果函数H2是函数H2(R2)＝1/R2、H2(R2)＝conj(R2)以及H2(R2)＝exp(-j·angle(R2))中的一个，则可以由计算结果求取时间偏移Toffs,12。通过路径差的和累积路径的已经引入的传递函数或通过时间偏移的差或累积的时间偏移的差及其组合来主导接收矢量R3(m,n)。
多次重复一个测量周期，该测量周期在实施例中包括第一步骤S1和第二步骤S2，其中，在每次重复时根据相应的要求在预先确定的频率范围内选择载波频率ωp、ω'p或ω”p。在所示的实施例中，第二无线电节点F2的载波频率ω'p和第三无线电节点的载波频率ω”p相应于第一无线电节点F1的第一载波频率ωp。随着每个测量周期，使m增加，并相应于要求来选择ωp。在扫频的情况下，使ωp随着每个测量周期而增加ωstep。
在第一发送活动和第一接收活动之间或者反之总是存在步长延迟TSV、T'SV或T”SV。由此避免由无线电节点的瞬变过程引起的影响或干扰。步长延迟TSV相应地大于瞬变时间。同时应注意，所示出的关系以瞬变的稳定状态为前提。因此，测量周期的稳定区域受相应的防护区域(Guard-Bereiche)或步长延迟的限制。在过渡区域TSV中求取的信号矢量只能在本方法的意义上受限制地使用。在所示的情况下，这与矢量R1(m,n)、R2(m,n)、R3(m,n)(其中对于所有m而n＝0、3)都相关。
为了实现根据所示的实施例的方法，单元E1的每个无线电节点每个测量周期需要至少一个有效的接收矢量，并且每个所包含的、在接收模式中工作的额外节点FE需要至少一个另外的接收矢量。
在测量周期的结果中，对于每个发送-接收方向产生至少一个复数信号矢量。在所使用的频率上的信号矢量的总体相应于频域中的离散采样。如图1所示，矢量Lij(jω)＝[Lij(jω1),...,Lij(jωp)]]T(T代表转置)进一步总结了这一点，其中，i是接收信号矢量的无线电节点的索引，而j是单元的发送所属的发送信号的无线电节点的索引。如果每个频率以及接收过程和链路仅有一个接收矢量可供使用，则在最简单的情况下是Lij(jωp)＝Ri(m,n)，其中，m由待使用的频率ωp＝2π·fp确定，n指示相应的矢量，在该矢量下单元E1的无线电节点Fj同时发送了相应的发送信号。
借助通过iFFT(逆傅立叶变换)到时域的转换，产生相应的脉冲响应。
如果TMU是iFFT时间窗的整数倍，则步长控制的偏移不会直接影响iFFT的结果。然后，所求取的接收矢量Lij(jωp)仅取决于传播介质的传输特性和在所参与的节点之间的时间偏移。
如果传播特性受信号路径主导，则脉冲响应仅具有一个峰值。分配给该峰值的时间Tij,meas仅取决于相应路径的组传播时间和在相应无线电节点之间的时间偏移。为了显示这些关联，使传播特性成为进一步考虑的重点。应当理解，传播特性通常受多个路径影响。相应地，必须借助多路径分析方法来从矢量Lij(jω)中提取所述多个路径。
图5示出关于根据本发明的用于无线电测量布置的方法的第一实施方式的无线电节点F1、F2和FE的测量结果。示出时域中的脉冲响应，所述脉冲响应已借助逆傅立叶变换F-1{}由接收矢量F-1{L12(jω)}、F-1{L21 *(jω)}、F-1{L32(jω)}、F-1{L31(jω)}获得。相应的峰值T12,meas、T* 21,meas、T32,meas、T31,meas的时间上的位置也已被标记。
对于分配给所提取的峰值的时间Tij,meas，适用Tij,meas＝Ti-Tj+Dij/c，其中，c表示光速。伴随着时间偏移Toff,ij，则Tij,meas＝Toffs,ij+Dij/c或Tij,meas＝-Toffs,ij+Dij/c。如果选择共轭复数表示形式Lij *(jω)替代Lij(jω)进行变换并将其变换到时域，那么所产生的脉冲响应相对于两个无线电节点之间的时间偏移对称。
由以上关联可以看出，T12,meas和T* 21,meas相对于时间偏移Toffs,12＝(T12,meas+T* 21,meas/2对称，其中，差T12,meas-Toffs,12与Toffs,12-T* 21,meas相应于对于距离D12所需的传播时间tg＝D21/c。距离T12,meas-T* 21,meas相应于从第一无线电节点F1到第二无线电节点F2的路径的往返的循环时间(也称为2WR循环时间)，并且等于2·D12/C。因此，测量经过能够实现求取单元E1的无线电节点F1和F2之间的距离和时间偏移。
测量结果T32,meas或T31,meas位于所属的时间偏移Toffs,32或Toffs,31的右侧。
现在应当阐述使用测量结果T32,meas或T31,meas来求取其他的时间偏移和位置。在此考虑不同的情况。
情况A1：其特征在于，已知无线电节点F1、F2和FE之间的所有距离D13、D23、D12。然后，得出所有时间偏移Toffs,12＝T12,meas-D21/c、Toffs,31＝T31,meas-D13/c和Toffs,32＝T32,meas-D32/c。由于也可以直接从测量结果中提取D12，因此无需知道该值。D12的提取值与实际值的比较能够实现推导出例如用于质量控制的附加参数。
这种配置能够实现求取额外无线电节点FE的时间偏移，该额外无线电节点仅在接收模式中工作(即不是单元E1的一部分)并且位于已知位置。
情况B1：如果单元E1由作为参考无线电节点工作的具有已知位置P1的第一无线电节点F1和作为标签工作的移动的且位置未知的第二无线电节点F2组成，只要额外无线电节点FE布置在已知位置，则该额外节点FE可以用作另一参考无线电节点。
在这种情况下，D13是已知的，则可以如情况A1一样直接由测量T* 21,meas和T12,meas确定距离D12和时间偏移Toffs,12。在已知D13＝D31时可以借助T31,meas确定时间偏移Toffs,31＝T31,meas-D31/c。时间偏移Toffs,32通过循环条件Toffs,32＝Toffs,31+Toffs,12得出Toffs,32＝(T31,meas-D13/c)+(T12,meas+T* 21,meas)/2。距离D23借助T32,meas得出D23＝c·(T32,meas-Toffs,32)，并且因此得出D23＝c·(T32,meas-(T31,meas-D13/c)-(T12,meas+T* 21,meas)/2)。因此，可以在测量过程内确定距标签无线电节点(在此即单元E1的第二无线电节点F2)的距离，并且可以求取该布置的所有节点之间的时间偏移。
通过提供同样仅在接收模式中工作的另外的额外无线电节点FE，可以扩展在测量周期或测量过程内可以测量的距离的数量。每个额外无线电节点FE产生一个另外的距离值。具有如下大的优点：不必扩展测量周期内的步骤数。因此，通过添加额外无线电节点FE可以显著提高测量速度。
为了确定移动的无线电节点的位置，需要到不同的位置固定的参考节点的至少3个距离。在实际的传播环境中，为了可靠的位置求取，需要进行5到6次距离测量，例如可以借助作为单元El的一部分的位置固定的无线电节点F1和具有已知位置的五个额外节点FE1、FE2、FE3、FE4和FE5来获得所述测量过程。
情况C1：在这种情况下，单元E1的两个无线电节点F1和F2都布置在已知位置P1或P2并因此用作参考无线电节点。因此，距离D12是已知的。由测量值T* 21,meas和T12,meas也可以确定D12用于质量评估。Toffs,12的求取对于其他的流程是必需的。该求取如先前示例中所述地进行。
不能够直接地求取其他距离。但是测量结果T12,meas、T* 21,meas、T32,meas和T13,meas可以用于求取距离差D3 12(-)＝D31-D32。可以看出，可以由测量值计算出距离差D3 12(-)＝D32-D31。这例如由D3 21(-)＝c·(T32,meas-T31,meas-Toffs,12)得出。类似地，也能够推导出累积路径。
通过求取距离差，可以推断出时间差测量方法的曲线。
在图6中示出单元E1以其他的参考无线电节点(即第三无线电节点F3和第四无线电节点F4)的扩展。单元E1的其他无线电节点F3和F4也布置在已知位置。根据所示的实施例，在测量周期期间单元E1的四个无线电节点中的仅三个是激活的，其中，该测量周期包括三个步骤S1、S2和S3。单元E1的第四无线电节点F4至少在所示的测量周期期间不是激活的。
在每个步骤中，单元E1的三个激活无线电节点中的一个在发送模式中工作，用以发送初始信号或第一响应信号或第二响应信号。单元E1的无线电节点分别求取其时间偏移，并将所述时间偏移通过数据接口传递至移动的额外无线电节点(标签无线电节点)，使得额外无线电节点求取单元E1的不同对的无线电节点的多个距离差，并且由此通过已知算法来分别确定位置。
该应用情况的特殊特性在于，在有限组的共同构成单元E1的参考无线电节点的情况下，任意数量的额外节点FE都可以通过距离差来确定其位置。这些额外节点FE仅需要接收和分析处理相应的发送信号，并且通过相应的数据接口DS来获得单元E1的无线电节点的所求取的时间偏移。数据接口也可以分别无线地构造。该处理方式让人想起GPS系统。在提出的方法中，不需要使单元的节点开销高地同步，并且也不需要高度稳定的时间参考(如GPS卫星那样)，以便能够通过距离差来确定其相应的位置。
根据第二实施方式，额外节点FE仅在发送模式中工作，因此得出一些共同点和区别。功能块的布置的相应结构在图7中示出。图8以时间流程图示出一种实现形式。图9根据测量结果示出所求取的脉冲响应之间的关联。在下文中阐述所述区别并明确各个方法的优点。
在所示的实施例中，额外无线电节点具有发送单元TX，接收单元是可选的或不是必需的，因为额外无线电节点在测量周期期间仅在发送模式中工作。由于不仅单元E1的无线电节点F1、F2而且额外无线电节点FE交替地发送信号，因此测量周期扩展到三个步骤S1、S2和S3。各个无线电节点F1、F2和FE的发送顺序对于该方法而言不太重要。如图7和图8中所示，单元E1的第一无线电节点F1在步骤S1中进行发送，单元E1的第二无线电节点F2在步骤S2中进行发送，而额外无线电节点F3在步骤S3中进行发送。因此，在图8中，测量周期扩展到nmax＝9。
因此，每个步骤在进行接收的无线电节点中总共产生两个接收矢量(在步骤S1中对于n＝1、2，在步骤S2中对于n＝4、5，在步骤S3中对于n＝7、8)。索引/时间窗n＝0、3、6保留用于系统过渡和瞬变过程。因此，步骤S1和S2与在图3、4和5中所示方法的步骤S1和S2相似，区别在于：额外节点FE在该步骤期间未接收到信号，并且因此将其活动限制在保持预给定的时间特性。在步骤S3中，额外节点FE借助频率发生器、上混频器发送矢量V3(S3；m,n)作为在相应的频率ωp上的发送信号TA2(S3；m,n)。
根据一种替代的实施方式，额外节点FE根据额外无线电节点FE通过数据接口DS3获得的参数来修改矢量V3。只要参数对于所有参与的无线电节点是已知的，则所有无线电节点可以相应地匹配其特性。
关于接收矢量的处理已经做出的所有陈述也可以应用于具有额外无线电节点的布置，所述额外无线电节点仅在发送模式中工作。结合仅进行发送的额外节点得出其他的应用特性。但是基本关系保持不变。
图9示出用于无线电测量布置的根据本发明的方法的第二实施方式的无线电节点F1、F2和FE的测量结果。示出时域中的脉冲响应，所述脉冲响应已通过逆傅立叶变换F-1{}由接收矢量F-1{L12(jω)}、F-1{L21 *(jω)}、F-1{L23(jω)}、F-1{L13(jω)}获得。相应的峰值T12,meas、T* 21,meas、T23,meas和T13,meas的时间上的位置也已被标记。
现在应当阐述使用测量结果来支持对时间偏移和位置的求取。在此考虑不同的情况。
情况A2：如果已知所有距离D13、D23、D12，则可以以与情况A1相同的处理方式直接确定所有时间偏移Toffs,12、Toffs,13和Toffs,23。由于也可以直接从测量结果中提取D12，因此无需知道该值。D12的提取值与实际值的比较能够实现推导出附加的参数。
这种配置能够实现求取仅在发送模式中工作的额外无线电节点FE的时间偏移。
情况B2：如果单元E1由具有已知位置的第一无线电节点F1和具有未知位置的第二无线电节点F2组成，则布置在已知位置的额外节点FE可以用作参考无线电节点。在这种情况下，D13是已知的，则可以直接由测量T* 21,meas和T12,meas确定D12和时间偏移Toffs,12。在已知D13的情况下，可以借助T13,meas确定时间偏移Toffs,13。时间偏移Toffs,23通过循环条件Toffs,23＝Toffs,13-Toffs,12得出。距离D23借助T23,meas得出D23＝c·(T23,meas-Toffs,23)，相应地，D23＝c·(T23,meas-(T13,meas-D13/c)+(T12,meas+T* 21,meas)/2)。因此，可以在测量过程内确定第二无线电节点F2距其他无线电节点的两个距离，并且可以求取该布置的所有节点之间的时间偏移。
通过提供另外的额外无线电节点FE，可以扩展在测量过程内可测量的距离的数量，所述额外无线电节点同样分别在发送模式中工作且分别布置在已知位置上。每个额外无线电节点FE产生一个另外的距离值。然而，由于必须为每个另外的额外节点FE在测量周期内引入其他步骤，因此与情况B1相比，位置求取的速度增益仅是适当的。
在图10中示出对于第二额外无线电节点FE2的实施变型方案，其中，第二额外无线电节点FE2如第一额外无线电节点FE1那样地布置在已知位置，但是与额外无线电节点FE1不同的是，该第二额外无线电节点仅在接收模式中工作。为了说明，位置已知的无线电节点由黑色实心圆圈表示。
情况C2：在这种情况下，单元E1的两个无线电节点F1和F2分别布置在已知位置并且因此用作参考无线电节点。距离D12是已知的并且例如可以由测量结果来求取以进行质量评估。由测量值T* 21,meas和T12,meas首先求取时间偏移Toffs,12。不能够直接求取其他距离。也可以将测量结果T12,meas、T* 21,meas、T23,meas和T13,meas用于求取距离差D3 12(-)＝D13-D23。可以示出，可以由测量值计算出距离差D3 12(-)＝D13-D23。例如，相应于在C1下所示的处理方式，这作为如下形式得出：
D3 12(-)＝c·(T13,meas-T23,meas–(T12,meas+T* 21,meas)/2)
类似地，也可以推导累积的路径。可以借助对距离差的求取来推断出对于时间差测量方法的曲线。
如果现在将单元E1以分别布置在已知位置的其他无线电节点(参考无线电节点)扩展，则可以增加每单位时间的测量距离的数量，所述其他无线电节点在运行中彼此相继地执行一系列的测量周期，并且还对额外无线电节点FE的发送信号进行分析处理。所有在发送模式中工作的无线电节点最终都需要一个发送时间窗。因此，在单元E1的扩展下，待期望的速度增益是适合的。
情况D2：这是在以附加的额外无线电节点来扩展布置的意义中情况C2的扩展，如图11所示的那样，其中，附加的额外无线电节点分别仅在接收模式中工作并且分别布置在已知位置，并且因此用作参考节点。为了说明，位置已知的无线电节点由黑色实心圆圈表示。
附加的额外无线电节点将所求取的接收信号通过相应的数据接口传输到其他无线电节点和/或计算单元。根据情况A1和A2中的关联，可以在参考无线电节点已知距离的情况下确定所有时间偏移。这意味着，如果其他的额外节点FE通过数据接口与所有其他无线电节点交换其结果，则具有标签节点(仅在发送模式中工作的第一额外无线电节点FE)和单元E1的两个无线电节点F1和F2的布置可以以自由数量的、其他仅在接收模式中工作的额外节点FE扩展。能够同时求取的距离差的数量急剧增加，因为随着每个添加的额外无线电节点FE，可用的附加链路的数量由现有的无线电节点的数量确定。理论上，借助一个测量过程可以求取任意数量的距离差。实际上，5到6个距离差对于位置求取是重要的。
应当理解，从频域到时域的转换是开销高的。
所提出的使用T12,meas、T* 21,meas、T23,meas和T* 13,meas来求取距离、距离差和时间偏移的运算基本上包括矢量加法、矢量减法和矢量的标量乘法。这些运算应首先根据目的在频域中执行，因为从频域到时域的转换需要高的计算开销，并且通常会产生更多的网格点。(iFFT也有助于内插。)然后，必须相应地处理增加的点数。
在图12中示出用于无线电测量应用的方法的另一根据本发明的实施方式。
提供四个位置固定的无线电节点F1、F2、F3和F4，其中，每个无线电节点具有发送单元TX、接收单元RX和定时器。
四个无线电节点F1、F2、F3和F4中的两个一直彼此相继地形成单元E1，并在测量周期的范围内交换初始信号T1和响应信号TA，其中，其余两个无线电节点在该测量周期期间仅用作额外无线电节点FE，该额外无线电节点仅在接收模式中工作并且接收初始信号T1和响应信号TA。
该实施方式例如可以用于自校准。
借助所示的实施方式，还可以监控位置固定的无线电节点之间的空间。例如可以通过对所接收的信号进行多路径分析来确定空间的状态(空的、已占用的)。此外，多路径分析使得对进行运动的对象的定位或对无线电节点之间的空间中的运动的辨识成为可能。
也可以通过其他仅在接收模式中工作的额外节点作为其他参考节点来扩展该实施方式。

Claims (12)

1.一种用于借助至少三个无线电节点来无线电测量应用的方法，其中，
-在一个测量周期期间，至少两个无线电节点构成一个单元，并且至少一个另外的无线电节点是额外无线电节点，
-其中，所述测量周期包括至少两个步骤，
-在所述测量周期期间，所述单元的至少两个无线电节点在所述至少两个步骤中的一个中在发送模式中工作至少一次，并且在所述至少两个步骤中的一个中在接收模式中工作至少一次，
-在所述测量周期期间，所述至少一个额外无线电节点仅在接收模式中工作或仅在发送模式中工作，
-每个无线电节点分别具有自己的定时器、信号处理器、至少一个天线和用于数据传输的一个另外的数据接口，
-在所述定时器之间分别存在时间偏移，
-在每个测量周期期间，至少所述单元的无线电节点的所有发送信号是彼此相干的，
-为了开启所述测量周期，在第一步骤中，由所述无线电节点中的一个在所述发送模式中以第一载波频率发送初始信号，并至少由所述单元的至少一个无线电节点在所述接收模式中接收所述初始信号，
-在所述测量周期期间，在至少一个另外的步骤中，所述单元的至少一个无线电节点从所述接收模式变换到所述发送模式并以另一载波频率发送响应信号，并且所述响应信号由所述单元的至少一个无线电节点在所述接收模式中接收，
-在所述测量周期期间，所述额外无线电节点中的至少一个发送至少一个信号或接收至少一个信号，
-在不同的载波频率上实施至少两个测量周期，
其特征在于，
-所述方法要么在第一模式中工作要么在第二模式中工作，其中，
-在所述第一模式中，所述单元的变换到所述发送模式的无线电节点至少由所接收的初始信号的一部分或由所接收的响应信号的一部分形成每个响应信号，并且根据所接收的响应信号来求取至少一个传递函数和/或求取所述时间偏移中的至少一个，
-在所述第一模式中，要么变换到所述发送模式的无线电节点分别由所接收的初始信号或由所接收的响应信号中的一个来求取复数信号矢量，并且由所述复数信号矢量或由所述复数信号矢量的互反数来形成待发送的响应信号，要么变换到所述发送模式的无线电节点由所接收的初始信号或由所接收的响应信号中的一个来求取相位，
并且使用所述相位或反相位来形成所述待发送的响应信号，
-在所述第二模式中，独立于每个接收信号地形成每个响应信号，对于至少两个所接收的初始信号分别求取接收信号矢量，并且借助所述另外的数据接口来传递所接收的至少两个初始信号，并且根据所接收的响应信号和至少两个所传递的接收信号矢量来求取至少一个传递函数和/或求取所述时间偏移中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述单元中提供至少三个无线电节点，其中，所述至少三个无线电节点中的每个在至少一个步骤中进行发送并且在所有其他步骤中进行接收，其中，在每个步骤中仅所述无线电节点中的唯一一个进行发送。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述单元的所有无线电节点设计成在接收模式中和在发送模式中工作，并且在至少一个测量周期期间，所述单元的无线电节点中的至少一个既不在发送模式中也不在接收模式中工作。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供多个额外无线电节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助多个测量周期来求取所述单元内的无线电节点中的一个的位置。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助多个测量周期来求取所述额外无线电节点中的一个的位置。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述测量周期的多次重复形成一个测量过程，并且至少一个第一无线电节点在至少一个第一测量过程中是所述单元的一部分，而在至少一个另外的测量过程中作为额外无线电节点工作，和/或至少一个另外的无线电节点在至少一个第一测量过程中作为额外无线电节点工作，而在至少一个另外的测量过程中是所述单元的一部分。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所有无线电节点布置在预给定的位置，并且由所述传递函数求取在所述无线电节点之间的时间偏移。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述测量周期的多次重复形成一个测量过程，并且至少所述单元的无线电节点的发送信号分别至少在一个测量过程期间或至少在多个测量过程期间是相干的。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述测量周期的多次重复形成一个测量过程，并且所述第一载波频率对于所述测量过程期间的每次重复分别采用在频率范围内预先确定的值。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个另外的载波频率相应于所述第一载波频率或者不同于所述第一载波频率。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述测量周期的每次重复下，除了所述响应信号的载波频率之外，改变所述响应信号的振幅和/或所述响应信号的相位。
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