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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebsetzung eines mobilen
Gerätes
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, und eine Anordnung zur Inbetriebsetzung eines
mobilen Gerätes
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 14.
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Für mobile
Geräte
werden zur Stromversorgung mobile Energiespeicher verwendet, zumeist Akkumulatoren
(kurz: Akkus) oder Primärbatterien. Die
Betriebszeit des mobilen Gerätes
mittels einer Akkuladung oder mittels eines Satzes Primärbatterien
hängt dabei
naturgemäß vom Energiebedarf
des mobilen Gerätes
und der entnehmbaren Ladungsmenge (häufig auch „Kapazität" genannt) des mobilen Energiespeichers
ab. Dabei konsumieren viele mobile Geräte, beispielsweise Mobiltelefone,
auch in einem inaktiven Zustand („Standby-Betrieb") Energie, hauptsächlich,
um eine permanente Erreichbarkeit zu bieten.
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Das
Problem des Energiekonsums während eines
nicht-aktiven Betriebszustandes („Standby-Betrieb") betrifft auch und
insbesondere solche funkbetriebenen mobilen Geräte, die über ein Kurzstrecken-Funksystem
mit anderen Geräten
verbunden sind. Ein Beispiel sind Geräte, die mit dem Bluetooth-Funkstandard
betrieben werden und je nach Bluetooth-Funkklasse in einem Umkreis
von wenigen Metern um ein entsprechendes Basisgerät herum
betrieben werden. Ein bekanntes Beispiel sind sog. Bluetooth-Headsets,
die den freihändigen
Betrieb eines Mobiltelefons – beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug – gestatten,
oder auch mobile Drucker, die zur Verwendung mit Laptop-Computern gedacht sind.
Gerade bei solchen Geräten
mit einem „in-aktiven” Betriebszustand
(„Standby"; „Bereitschaft") hat sich als nachteilig
erwiesen, dass deren Akkus auch dann regelmäßig aufgeladen werden müssen, wenn sie
wenig oder gar nicht benutzt werden. Um diesen Nachteil zu minimieren,
werden herstellerseitig immer bessere Akkumulatoren eingesetzt,
und es werden die elektronischen Schaltungen dieser mobilen Geräte immer
weiter optimiert hinsichtlich ihres Energiebedarfs. Dennoch müssen auch
moderne Geräte nach
heutigem Stand der Technik nach einigen Tagen des „Standby"-Betriebs nachgeladen
werden.
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Es
ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energiebedarf
eines funkbetriebenen mobilen Gerätes in einem inaktiven Betriebszustand zu
minimieren oder ganz zu unterbinden.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch
die Anordnung gemäß Patentanspruch
14 gelöst.
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Die
Lösung
des Problems sieht dabei ein Verfahren zur Inbetriebsetzung eines
mobilen Gerätes
vor, wobei das mobile Gerät
zum funkbasierten Informationsaustausch mit einem Basisgerät ausgerüstet ist.
Dabei wird in einem ersten Schritt von dem Basisgerät ein Funksignal
ausgesendet, in einem zweiten Schritt wird durch das Funksignal
ein passiver Empfänger
des mobilen Gerätes
aktiviert, und in einem dritten Schritt wird durch den aktivierten
passiven Empfänger
das mobile Gerät
in Betrieb gesetzt. Durch den Einsatz eines passiven Empfängers wird in
einem nicht-aktiven Betriebszustand des mobilen Gerätes der
Betrieb der aktiven Empfangseinrichtung des mobilen Gerätes eingespart,
so dass zum Einen dem Energiespeicher (Batterie, Akkumulator) des mobilen
Gerätes
keine Energie entnommen werden muss, und zum Anderen das mobile
Gerät dennoch eine
Betriebsbereitschaft („Standby-Funktion") aufweist, so dass
das mobile Gerät
durch das Basisgerät
jederzeit aktiviert werden kann. Zudem wird durch die Anwendung
des Verfahrens bzw. entsprechend ausgestalteter Geräte der sog. "Elektrosmog", also die Emission
elektromagnetischer Wellen und Felder, verringert, weil im "Standy-Betrieb" keine "Handshake"-Signale zwischen
dem mobilen Gerät
und dem Basisgerät
ausgetauscht werden.
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Die
Lösung
der Aufgabe sieht weiter eine Anordnung zur Inbetriebsetzung eines
mobilen Gerätes und
eine mobile Wiedergabestation vor, wobei ein Schaltelement zum Einschalten
des mobilen Gerätes vorgesehen
ist. Die Anordnung umfasst dabei eine Antenne zum Empfang eines
Funksignals, und eine passive Schaltung, die mit der Antenne und
mit dem Schaltelement verbunden ist, wobei die passive Schaltung
durch eine Signalenergie eines mittels der Antenne empfangbaren
Funksignals aktivierbar ist, und wobei durch die passive Schaltung
in einem dadurch aktivierten Zustand das Schaltelement betätigbar ist.
Somit ist es möglich,
in einem nicht-aktiven (inaktiven) Betriebszustand, bei dem keine
Ladung einem mobilen Energiespeicher entnommen werden muss, eine
Aktivierung (Inbetriebsetzung) des mobilen Gerätes über eine Funkschnittstelle
vorzunehmen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
abhängigen Patentansprüchen 2–13 angegeben.
Die dabei beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Anordnung. Entsprechendes
gilt für
die vorteilhaften Ausgestaltungen der Anordnung, die sinngemäß auf das
Verfahren angewendet werden können.
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Durch
die Verwendung einer funkbasierten Datenübertragung bzw. der Trägerwelle
(oft auch als „Trägerfrequenz" bezeichnet) einer
solchen funkbasierten Datenübertragung
des Basis gerätes
als das Funksignal braucht das Basisgerät keine weitere, separate Funkaussendung
zur Aktivierung (Inbetriebsetzung) des mobilen Gerätes aussenden.
Dadurch können
für das
Verfahren gebräuchliche,
dem Stand der Technik entsprechende Basisgeräte zur Durchführung des
Verfahrens eingesetzt werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft,
wenn als das Basisgerät
ein Mobiltelefon verwendet wird, und wenn als das Funksignal eine
im Rahmen eines Verbindungsaufbaus mit einer Mobilfunk-Basisstation
von dem Basisgerät ausgesendete
Signalisierungs-Übertragung
verwendet wird. Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass im Rahmen
eines Verbindungsaufbaus eines Mobilfunkendgerätes, beispielsweise in einem
GSM-Mobilfunknetz,
von dem Mobilfunkgerät
in Richtung des GSM-Mobilfunknetzes
ein Funksignal mit einer relativ hohen (meist der maximal möglichen)
Signalenergie ausgesendet wird. Damit lässt sich ein passiver Empfänger eines
mobilen Gerätes
sehr zuverlässig und
auch in größerer Entfernung
zu dem Basisgerät (Mobilfunkgerät) zuverlässig aktivieren.
Für die
eigentliche Nutzdatenübertragung
zwischen dem Basisgerät
(Mobilfunkgerät)
und dem mobilen Gerät (z.B.
Bluetooth-Headset) kann dann ein Funksignal mit einer niedrigeren
Signalenergie und in einem anderen Frequenzbereich verwendet werden.
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In
dem dritten Schritt wird vorteilhaft durch den passiven Empfänger vor
der Inbetriebsetzung eine Authentifizierung und/oder eine Identifizierung des
sendenden Basisgerätes
durchgeführt,
so dass eine unbeabsichtigte oder missbräuchliche Aktivierung (Inbetriebsetzung
des mobilen Gerätes)
vermieden werden kann. Dabei wird für die Identifizierung und/oder
Authentifizierung vorteilhaft ein mit dem Funksignal übertragenes
Datenmuster ausgewertet. Dabei kann entweder mittels des Funksignals
ein entsprechendes Bit-Muster oder eine andere Kennung gesendet
werden, oder das Funksignal selbst, also beispielsweise die Trägerwelle,
wird in einem entsprechenden Muster bzw. Rhythmus ein- und ausgeschaltet.
Alternativ wird bei der Verwendung von Mobiltelefonen o.ä. als Basisgerät die IMEI-Nummer (IMEI
= International Mobile Equipment Identification) oder eine Benutzerkennung
(z.B. IMSI = International Mobile Subscriber Identity) im Funksignal
ausgewertet. Alternativ zum passiven Betrieb kann für die Zeitdauer
der Identifizierung/Authentifizierung auch ein aktiver Betriebszustand
des passiven Empfängers oder – falls
die Identifizierung/Authentifizierung durch die elektronische Schaltung
erfolgt – der
elektronischen Schaltung gewählt
werden.
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Für den passiven
Empfänger
können
gebräuchliche,
aus dem Stand der Technik bekannte Komponenten, die sich als zuverlässig und
kostengünstig
herstellbar erwiesen haben, verwendet werden, indem als der passive
Empfänger
eine RFID-Anordnung
(RFID = Radio Frequency Identification) oder eine mit Bestandteilen
der RFID-Technologie aufgebaute Schaltung verwendet wird. Diese
lässt sich
leicht mit einem geeigneten Schaltelement versehen.
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Für die "erste" Antenne wird im
Rahmen dieser Patentanmeldung die Bezeichnung "RFID"-Antenne
und für
die sich ergebende Anordnung entsprechend der Begriff "RFID-Anordnung" gewählt, weil diese
Geräte
viele Eigenschaften und baugleiche/ähnliche Komponenten der bekannten RFID-Technologie
aufweisen, insbesondere die passive Betriebsweise und der berührungslose
Zugriff über
elektromagnetische Wechselfelder. Andere Eigenschaften der bekannten
RFID-Technologie, insbesondere die von einem passiven Empfänger durchgeführte Generierung
von funkbasierten Antwortnachrichten bzw. die als "Backscattering" bekannte Modulation
des empfangenen Funksignals, findet hier jedoch regelmäßig nicht
statt.
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Eine
einfache Inbetriebsetzung des mobilen Gerätes ergibt sich, indem in dem
dritten Schritt zur Inbetriebsetzung durch den passiven Empfänger eine
Stromversorgung des mobilen Gerätes
eingeschaltet wird. Dazu wird in einem einfachen Fall mittels eines
durch den passiven Empfänger
gesteuerten elektronischen Schalters (Schaltelement) eine Verbindung
zwischen einem mobilen Energiespeicher des mobilen Gerätes und
einer elektronischen Schaltung des mobilen Gerätes hergestellt.
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Das
Verfahren eignet sich vorteilhaft insbesondere für mobile Geräte, die
vorwiegend in einem inaktiven Betriebszustand („Standby"-Betrieb) und vergleichsweise selten
in einem aktiven Betrieb betrieben werden, weil bei solchen mobilen
Geräten durch
das Verfahren eine besonders hohe Energieeinsparung realisiert werden
kann. Das ist insbesondere der Fall, wenn als das mobile Gerät ein Bluetooth-Gerät verwendet
wird, insbesondere eine schnurlose Wiedergabestation („Headset") auf Basis des Bluetooth-Funkstandards.
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Eine
besonders sichere Inbetriebsetzung (Aktivierung) des mobilen Gerätes wird
erreicht, wenn für
die Inbetriebsetzung durch das Basisgerät das Funksignal mit einer – gegenüber einem
zum Nutzdatenaustausch vorgesehenen Betriebszustand – erhöhten Feldstärke ausgesendet
wird.
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Die
für einen
nicht-aktiven Betriebszustand und für einen aktiven Betriebszustand
verwendeten Funkfrequenzen und Übertragungs-Standards
lassen sich unabhängig
voneinander optimieren, indem für
den passiven Empfänger
des mobilen Gerätes eine
erste Antenne und für
einen Nutzdaten-Austausch des mobilen Gerätes eine zweite Antenne verwendet
wird. Das hat außerdem
den Vorteil, dass bekannte mobile Geräte ohne strukturelle Änderungen zusätzlich mit
einer Antenne und einem passiven Empfänger zur Durchführung des
Verfahrens ausgerüstet werden
können,
ohne dass die bestehenden Sende-Empfangseinrichtungen und die bestehende Antenne
beeinträchtigt
werden. Dem gegenüber kann
jedoch das mobile Gerät
besonders kostengünstig
hergestellt werden, wenn in diesem mobilen Gerät für den passiven Empfänger und
für den
Austausch von Nutzdaten, also für
den aktiven Betriebszustand, eine gemeinsame Antenne verwendet wird.
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Die
für die
Aktivierung und für
den Betrieb des passiven Empfängers
notwendige Energie wird vorteilhaft aus der Signalenergie des von
dem mobilen Gerät
empfangenen Funksignals gewonnen. Im Gegensatz zu „semi-passiven" Schaltungen, in
denen nur eine erste Initialisierung der passiven Schaltung durch
die Signalenergie des Funksignals erfolgt, wonach dann eine weitere
Versorgung aus einem Energiespeicher erfolgt, hat ein solches Verfahren
den Vorteil, dass keine Verbindung zwischen einem Energiespeicher
eines mobilen Gerätes
und dem passiven Empfänger
hergestellt sein muss. Dem gegenüber
weisen Anordnungen mit „semi-passive" Schaltungen eine
vorteilhaftere Reichweite auf.
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Wenn
als das mobile Gerät
eine mobile Wiedergabestation (z.B. ein sog. Funk-Headset), beispielsweise
für ein
Mobiltelefon, verwendet wird, ist diese nahezu dauerhaft betriebsbereit,
weil im Bereitschaftszustand für
die Empfangsbereitschaft keine Energie aus einem Energiespeicher
(z.B. Akku) entnommen werden muss. Daher kann für selten aktiv genutzte mobile
Geräte
oft auf vergleichsweise teure Akkus samt Ladevorrichtung verzichtet
werden und ein kostengünstiger
Aufbau mit Primärbatterien
gewählt
werden.
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Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Diese dienen gleichzeitig
der Erläuterung
einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Dabei
zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung eine Anordnung
aus einem mobilen Gerät
mit einem passiven Empfänger
und einem Basisgerät.
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In
der Figur ist eine Anordnung aus einem Basisgerät BG und einem mobilen Gerät MG gezeigt. Obwohl
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Basisgerät
BG als ein Mobiltelefon und das mobile Gerät MG als ein Bluetooth-Headset
ausgeführt
sind, können
für das
beschriebene Verfahren alle möglichen
Gerätepaare
(siehe dazu auch das bereits erwähnte
Beispiel eines Laptop-Computers mit einem per Funk angebundenen
Drucker) verwendet werden, so lange diese so nah beieinander betrieben werden,
dass durch eine Funkaussendung des Basisgerätes BG ein passiver Empfänger des
mobilen Gerätes
MG aktivierbar ist. Dies trifft insbesondere für nahezu alle Geräte in Kurzstrecken-Funkanordnungen
zu. Der Vorteil der beschriebenen Verfahren bzw. Anordnungen kommt
insbesondere bei batteriebetriebenen mobilen Geräten zur Geltung, bei denen die
erreichbare Energieeinsparung die Nutzungsdauer bzw. den Nutzungs-Komfort
direkt beeinflusst. Wesentlich ist, dass durch einen "Master" bzw. "Server" ein davon getrennter "Client" eingeschaltet werden kann.
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Das
in der Figur dargestellte mobile Gerät MG umfasst eine Betriebsantenne
BA (auch als „zweite
Antenne" bezeichnet)
und eine elektronische Schaltung ES. Diese beiden Komponenten bilden, zusammen
mit einem (nicht dargestellten) Gehäuse und der Stromversorgung
AC („Akku") das eigentliche
Bluetooth-Headset,
wie es auch aus dem Stand der Technik bekannt ist. In dem (nicht
dargestellten) Gehäuse
des Bluetooth-Headsets, also des mobilen Gerätes MG, ist weiterhin ein passiver
Emp fänger
PE mit einer "RFID"-Antenne RA (auch
als „erste
Antenne" bezeichnet)
und eine Schaltelement SE integriert, wobei das Schaltelement SE
in der figürlichen Darstellung
zum Ein- und Ausschalten
der Stromversorgung AC für
die elektronische Schaltung ES angeordnet ist. Von dieser schematischen
Darstellung kann in der Praxis jedoch abgewichen werden; insbesondere
ist es möglich,
dass die Stromversorgung AC permanent mit der elektronischen Schaltung
ES verbunden ist, das Schaltelement SE dabei jedoch in die elektronische
Schaltung ES integriert ist und dort in mehr oder minder komplexer
Weise die Aktivierung bzw. De-Aktivierung der elektronischen Schaltung ES
bewirkt. Durch eine derartige Schaltungsausführung kann beispielsweise gewährleistet
werden, dass die elektronische Schaltung ES und damit das Bluetooth-Headset
auch unabhängig
von dem passiven Empfänger
PE ein- und/oder ausgeschaltet werden kann. Aus Gründen der
Veranschaulichung wird jedoch im Folgenden angenommen, dass über das Schaltelement
SE die Stromversorgung AC direkt mit der elektronischen Schaltung
ES verbunden ist.
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Bei
dem dargestellten Basisgerät
BG handelt es sich, wie bereits bemerkt, um ein GSM-Mobiltelefon,
welches zusätzlich
mit einer Bluetooth-Sende-Empfangseinrichtung zur Kommunikation
mit dem mobilen Gerät
MG („Wiedergabestation") ausgerüstet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
kommuniziert das Basisgerät
BG mittels des Bluetooth-Funkstandards über die Betriebsantenne BA mit
der elektronischen Schaltung ES, während die Aktivierung des passiven
Empfängers
PE mittels einer Trägerwelle,
die das Basisgerät
BG in einem GSM-Mobilfunknetz aussendet, unter Zuhilfenahme der
RFID-Antenne RA erfolgt. Daher ist die Betriebsantenne BA auf den
Bluetooth-Funkstandard
ausgerichtet, während
die RFID-Antenne auf die in GSM-Mobilfunknetzen verwendeten Frequenzbereiche
abgestimmt ist. Es sind jedoch auch Anordnungen verwendbar, bei denen
das mobile Gerät
für beide
Funktionen nur eine gemeinsame Antenne verwendet, wobei dann auch
für die
elektronische Schaltung ES und den passiven Empfänger PE dieselben Frequenzbereiche
und damit vorteilhaft der gleiche Funkstandard benutzt werden sollten.
Der Vorteil der dargestellten Lösung
liegt darin, dass durch das Basisgerät BG keine separate Funkaussendung
zur Aktivierung des passiven Empfängers PE ausgesendet werden
muss, so dass als das Basisgerät
BG ein standardkonformes Mobilfunkgerät verwendet werden kann. Dennoch
kann alternativ auch für
das Basisgerät
BG ein separater Sender mit einer ggf. separaten Antenne für den Zweck
der Inbetriebsetzung zugeordneter mobiler Geräte MG vorgesehen werden. Damit
kann für
die Aktivierung des passiven Empfängers ein besonders geeigneter
Frequenzbereich genutzt werden, beispielsweise das für RFID-Anwendungen
im „long-range-coupling" bewährte UHF-Band
sowie die Frequenzbereiche 850–950
MHz; 2,4–2,5
GHz und 5,8 GHz, welche nach derzeitigem Stand der Technik bei passiven Empfängern Reichweiten
von etwa 10 Metern gewährleisten.
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Im
Folgenden wird eine Ausgangssituation betrachtet, bei der bereits
ein „Pairing" zwischen der elektronischen
Schaltung ES und dem Basisgerät BG
stattgefunden hat, so dass nach Aktivierung (Inbetriebsetzung) der
elektronischen Schaltung ES sogleich ein bestimmungsgemäßer Betrieb
aufgenommen werden kann. In der Ausgangssituation ist die elektronische
Schaltung ES inaktiv, d.h., dass das Schaltelement SE „offen" ist und somit die
elektronische Schaltung ES von der Stromversorgung AC getrennt ist.
Weiter wird vorausgesetzt, dass sich das Basisgerät BG in
einem Ruhezustand befindet, also in einen Nicht-Gesprächszustand.
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Nun
wird eine Kommunikation zwischen dem Basisgerät BG und einer (nicht dargestellten)
Mobilfunk-Basisstation eines GSM- Mobilfunknetzes
aufgebaut. Dabei ist gleichgültig,
ob der Ruf von dem Basisgerät
BG ausgeht, oder ob das Basisgerät
BG gerufen wird, weil in beiden Fällen ein sog. „Handshake" zwischen dem Basisgerät BG und
dem Mobilfunknetz stattfindet, wobei während des „Handshakes" (Signalisierungs-Übertragung)
das Basisgerät BG
mehrere aufeinander folgende Aussendungen auf einer GSM-Frequenz,
also einem Betriebsfrequenzbereich des Basisgerätes BG, und mit maximaler Sendeleistung
vornimmt. Diese Aussendungen werden nicht nur durch die GSM-Mobilfunk-Basisstation,
sondern auch durch die RFID-Antenne RA des mobilen Gerätes empfangen.
Das durch die RFID-Antenne RA empfangene Signal wird durch den passiven
Empfänger
PE gleichgerichtet und damit die mit dem elektromagnetischen Wechselfeld übermittelte
Signalenergie zur Stromversorgung des passiven Empfängers PE
verwendet, der dadurch aktiviert wird.
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Optional
kann nun in dem passiven Empfänger
PE eine Auswertung des empfangenen Signals hinsichtlich der Identität (Authentifizierung
oder Identifizierung) des Basisgerätes BG bzw. dessen Benutzers
erfolgen, beispielsweise durch Auswertung des Handshake-Signals
hinsichtlich eines Bit-Musters. Dieses Bit-Muster kann beispielsweise
die IMEI-Nummer (IMEI = International Mobile Equipment Identification)
des Basisgerätes
BG sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird jedoch aus Gründen
der konstruktiven Einfachheit des passiven Empfängers auf eine Identifizierung
bzw. Authentifizierung verzichtet, so dass durch jedes gerufene, bzw.
rufende Basisgerät
BG in der Nähe
des passiven Empfängers
PE das Headset aktiviert wird. Eine unnötige Aktivierung des Headsets
führt zwar
zu einer unnötigen
Energieentnahme aus dem Energiespeicher AC, der jedoch nur so lange
andauert, bis die elektronische Schaltung ES festgestellt hat, dass keine
auf das vorherige Pairing passende Kommunikation ansteht.
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Der
passive Empfänger
PE erkennt an dem Rhythmus der empfangenen Trägerwelle des Handshake-Funksignals,
die auch als Signalisierungs-Übertragung
bezeichnet wird, dass es sich um einen Rufaufbau handelt, der potentiell
zu einer Nutzdatenverbindung für
das mobile Gerät
MG führen kann.
Als Kriterium dafür
werden beispielsweise die zeitliche Dauer der Aussendung und das
Vorhandensein mehrerer Sendepausen verwendet. Beide Kriterien sind
durch eine einfache elektronische Schaltung des passiven Empfängers PE
leicht auswertbar. Nun betätigt
der passive Empfänger
das Schaltelement SE, wodurch die elektronische Schaltung ES in
Betrieb genommen wird. Die elektronische Schaltung ES baut nun mittels
einer Funkübertragung über die
Betriebsantenne BA eine Bluetooth-Funkverbindung mit dem Basisgerät BG auf,
so dass im Falle eines für
das Basisgerät
BG eingehenden Rufes dieser Ruf auch an dem Bluetooth-Headset signalisiert
werden kann, bzw. im Fall eines gehenden Rufes des Basisgeräte BG ein
Mikrofon bzw. ein Lautsprecher des mobilen Gerätes MG sofort verwendet werden
kann. Während
das Einschalten des mobilen Gerätes
MG durch das Schaltelement SE erfolgt, kann ein Ausschalten des
mobilen Gerätes
MG durch die in Betrieb gesetzte elektronische Schaltung ES selbst
erfolgen. Weiter kann der passive Empfänger PE über eine (nicht dargestellte)
Schnittstelle zu der elektronischen Schaltung ES von dem Basisgerät BG aus
konfiguriert werden, so dass die Bedingungen für ein Einschalten des Schaltelementes
SE benutzerindividuell geändert
werden können.