DE102008034567A1 - Method for locating wirelessly communicating radio subscriber in e.g. parking area, involves correcting averaged phase difference of channels around estimated error, and determining position of transmitter from corrected phase difference - Google Patents

Method for locating wirelessly communicating radio subscriber in e.g. parking area, involves correcting averaged phase difference of channels around estimated error, and determining position of transmitter from corrected phase difference Download PDF

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Abstract

The method involves estimating an error between an averaged phase difference and an actual phase difference of a set of channels by a combination of measured phases and/or averaged phase differences of the set of channels and/or another set of channels of a sequence. The averaged phase difference of the latter set of channels around the estimated error is corrected. A position of a transmitter (T1) is determined from the corrected phase difference of the latter set of channels, where the transmitter is used to transmit a sequence of signals to the former set of channels. An independent claim is also included for a system for locating a wirelessly communicating a radio subscriber, comprising a transmitter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ortung von drahtlos kommunizierenden Funkteilnehmern.The The invention relates to a method and a system for locating wireless communicating radio subscribers.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, in denen Funkteilnehmer unsynchronisiert Signale senden und empfangen, wobei basierend auf diesen Signalen die Position eines Funkteilnehmers geortet werden kann. Die Druckschrift WO 2008/025713 A1 beschreibt ein solches Verfahren, wobei mindestens zwei Sender und mindestens zwei Empfänger verwendet werden, um einen Positionsschätzwert für einen Sender zu liefern. Dabei müssen die Empfänger und mindestens ein Referenzsender einen bekannten Standort aufweisen, während die übrigen Sender zu orten sind. Die Zahl der Empfänger bestimmt, in wie vielen Dimensionen die Ortung durchgeführt werden kann. Aufgrund des Referenzsenders wird eine Synchronisation der Teilnehmer des Systems überflüssig.Methods are known from the prior art in which radio subscribers send and receive unsynchronized signals, wherein based on these signals, the position of a radio subscriber can be located. The publication WO 2008/025713 A1 describes such a method wherein at least two transmitters and at least two receivers are used to provide a position estimate for a transmitter. In this case, the receiver and at least one reference transmitter must have a known location, while the other stations are to locate. The number of recipients determines in how many dimensions the location can be performed. Due to the reference transmitter synchronization of the participants of the system is unnecessary.

In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 sowie in der diesbezüglichen Veröffentlichung S. Schwarzer, M. Vossiek, M. Pichler und A. Stelzer, „Precise Distance Measurement with IEEE 802.15.4 (ZigBee) Devices”, IEEE Radio and Wireless Symposium, Orlando, Florida, USA, Januar 2008, Seiten 779–782 , wird ein weiteres Verfahren zur Ortung von unsynchronisierten Funkteilnehmern beschrieben, wobei in diesem Verfahren eine hohe Ortungsgenauigkeit durch Verwendung von vorgegebenen Hoppingschemas erreicht wird. Dabei wird durch ein Hoppingschema vorgegeben, zu welchen Zeitpunkten in einer Sequenz aus Sendezeitpunkten in welchen Funkkanälen die Sender der Funkteilnehmer Signale aussenden. In diesem Verfahren wird basierend auf gemittelten Phasendifferenzen der jeweiligen verwendeten Kanäle ein Laufzeitunterschied des Signals eines jeweiligen Kanals zwischen zwei Sendern der Funkteilnehmer ermittelt und hieraus die Position eines der Sender bestimmt. Die gemittelte Phasendifferenz eines jeweiligen Kanals ergibt sich dabei aus dem arithmetischen Mittel der in den Empfängern gemessenen Phasen der Signale, welche in einer Sequenz des Hoppingschemas in dem jeweiligen Kanal ausgesendet werden.In the German patent application DE 10 2007 043 649.3 as well as in the relevant publication S. Schwarzer, M. Vossiek, M. Pichler and A. Stelzer, "Precise Distance Measurement with IEEE 802.15.4 (ZigBee) Devices", IEEE Radio and Wireless Symposium, Orlando, Florida, USA, January 2008, pages 779-782 , a further method for locating unsynchronized radio subscribers is described, in which method a high positioning accuracy is achieved by using predetermined hopping schemes. In this case, a hopping scheme specifies at which times in a sequence of transmission times in which radio channels the transmitters of the radio subscribers emit signals. In this method, a transit time difference of the signal of a respective channel between two transmitters of the radio subscribers is determined on the basis of averaged phase differences of the respective channels used, and from this the position of one of the transmitters is determined. The averaged phase difference of a respective channel results from the arithmetic mean of the phases of the signals measured in the receivers, which are transmitted in a sequence of the hopping scheme in the respective channel.

In dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 und der diesbezüglichen Veröffentlichung entsteht durch die Mittelung der Phasendifferenzen gegebenenfalls ein Fehler, der eine genaue Positionsbestimmung verfälscht bzw. unter bestimmten Bedingungen unmöglich macht.In the process of the German patent application DE 10 2007 043 649.3 and the related publication arises by the averaging of the phase differences, where appropriate, an error that falsifies a precise position determination or impossible under certain conditions.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Ortung von unsynchronisierten Funkteilnehmern zu schaffen, welches eine zuverlässige und genaue Positionsbestimmung eines zu ortenden Funkteilnehmers gewährleistet.task The invention is therefore a method for locating unsynchronized To create radio subscribers, which is a reliable and exact position determination of a radio subscriber to be located guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.These Task is by the independent claims solved. Further developments of the invention are in the dependent Claims defined.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Position mindestens eines Senders mit Hilfe eines weiteren Senders und mindestens zwei Empfängern ermittelt, wobei die Sender jeweils eine Sequenz von mehreren Signalen auf Kanälen aussenden. Ein Kanal ist dabei ein Funkkanal, der auf einer vorgegebenen Frequenz Daten überträgt. Die Sequenz ist durch ein Hoppingschema festgelegt, welches für vorgegebene Sendezeitpunkte den oder die Kanäle definiert, in denen einer oder mehrere der Sender ein Signal aussenden. Das Hoppingschema kann dabei beispielsweise eines der Schemata sein, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 definiert sind. Der gesamte Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.In the method according to the invention, the position of at least one transmitter is determined by means of a further transmitter and at least two receivers, wherein the transmitter each emit a sequence of a plurality of signals on channels. A channel is a radio channel that transmits data at a predetermined frequency. The sequence is defined by a hopping scheme, which defines the channel (s) in which one or more of the transmitters emit a signal for predefined transmission times. The hopping scheme can be, for example, one of the schemes described in the German patent application DE 10 2007 043 649.3 are defined. The entire disclosure content of this patent application is incorporated by reference into the content of the present application.

Die gemäß dem Hoppingschema ausgesendeten Signale werden von den Empfängern empfangen und deren Phasen bei den Empfängern werden gemessen. Dabei wird aus den gemessenen Phasen eines jeweiligen Kanals eine gemittelte Phasendifferenz des jeweiligen Kanals bestimmt, welche von der Position des mindestens einen Senders in Bezug auf den weiteren Sender abhängt.The according to the hopping scheme emitted signals are received by the receivers and their phases the recipients are measured. It is from the measured Phases of a respective channel an average phase difference of respective channel determined which of the position of at least a transmitter in relation to the other transmitter depends.

Erfindungsgemäß wird ein Fehler zwischen der gemittelten Phasendifferenz und der tatsächlichen Phasendifferenz des jeweiligen Kanals durch eine Kombination der gemessenen Phasen und/oder der gemittelten Phasendifferenzen des jeweiligen Kanals und/oder weiterer Kanäle der Sequenz des Hoppingschemas abgeschätzt. Schließlich wird die gemittelte Phasendifferenz jedes Kanals um den abgeschätzten Fehler korrigiert, und aus den korrigierten Phasendifferenzen der Kanäle der Sequenz wird schließlich die Position des mindestens einen Senders bestimmt.According to the invention an error between the averaged phase difference and the actual phase difference of the respective channel by a combination of the measured phases and / or the averaged phase differences of the respective channel and / or other channels of the sequence of the hopping scheme. Finally, the average phase difference of each channel corrected by the estimated error, and corrected from the Phase differences of the channels of the sequence eventually become determines the position of the at least one transmitter.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine geeignete Kombination der gemessenen Phasen bzw. der gemittelten Phasendifferenzen in den Kanälen der Sequenz der ursprünglich nicht bekannte Fehler, der durch die Mittelung der Phasendifferenzen des jeweiligen Kanals entsteht, abgeschätzt werden kann, so dass durch eine entsprechende Korrektur mit dem abgeschätzten Fehler eine zuverlässige und genaue Positionsbestimmung erreicht werden kann. Die gemittelte Phasendifferenz ist dabei insbesondere das arithmetische Mittel der Phasendifferenzen eines jeweiligen Kanals, wobei über die Anzahl der Kanalbenutzungen in der Sequenz des Hoppingschemas gemittelt wird.The method according to the invention is based on the knowledge that by a suitable Kom bination of the measured phases or the averaged phase differences in the channels of the sequence of the originally unknown error, which results from the averaging of the phase differences of the respective channel can be estimated, so that by a corresponding correction with the estimated error reliable and accurate position determination can be achieved. The averaged phase difference is in particular the arithmetic mean of the phase differences of a respective channel, wherein the number of channel uses in the sequence of the hopping scheme is averaged.

Wie bereits oben dargelegt, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere eines der Hoppingschemata verwendet werden, welche in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 beschrieben werden. Das Hoppingschema zeichnet sich dabei insbesondere durch ein spezielles Bildungsgesetz aus, das anhand der folgenden Definitionen aufgestellt werden kann:

  • – Sei I die Anzahl der Sender, wobei I ganzzahlig und größer oder gleich 2 ist.
  • – Sei N die Anzahl der Hops/Sendezeitpunkte (d. h. N bestimmt die Länge des Hoppingschemas), wobei N ganzzahlig, gerade und größer oder gleich 4 ist.
  • – Der in Hop n vom Sender Ti zu benutzende Kanal sei c Ti / n für alle i = 0, ... I – 1 und n = 0, ... N – 1.
  • – Der Sendezeitpunkt für Hop n des Senders Ti sei t Ti / n für alle i = 0, ... I – 1 und n = 0, ... N – 1.
  • – Die Differenz zwischen der Phase des Datenstroms und der Phase des Trägersignals in Kanal cn des Senders Ti sei φTi(cn) für alle i = 0, ... I – 1 und n = 0, ... N – 1.
As already stated above, one of the hopping schemes which are described in the German patent application can be used in the method according to the invention DE 10 2007 043 649.3 to be discribed. The hopping scheme is characterized in particular by a special education law, which can be established by the following definitions:
  • Let I be the number of transmitters where I is integer and greater than or equal to 2.
  • Let N be the number of hops / send times (ie N determines the length of the hopping scheme), where N is integer, even and greater than or equal to 4.
  • Let the channel to be used in Hop n from the transmitter Ti be c Ti / n for all i = 0,... I-1 and n = 0,... N-1.
  • - The transmission time for Hop n of the transmitter Ti is t Ti / n for all i = 0, ... I - 1 and n = 0, ... N - 1.
  • Let the difference between the phase of the data stream and the phase of the carrier signal in channel c n of the transmitter Ti be φ Ti (c n ) for all i = 0, ... I-1 and n = 0, ... N-1 ,

Basierend hierauf wird das Hoppingschema nach folgenden Regeln erstellt:

  • a) Die Hoppingschemata sind für alle Sender Ti symmetrisch um ihren Mittelpunkt: cTin = cTiN-n-1 ∀ i = 0, ... I – 1 ∧ n = 0, ... N/2 – 1
  • b) Zwei oder mehr Sender dürfen nie zeitgleich denselben Kanal cn benutzen: cTin ≠ cTjn ∀ i, j = 0, ... I – 1 ∧ i ≠ j ∧ n = 0, ... N – 1 Für den Fall, dass zwei oder mehr Sender unterschiedliche, orthogonale Codes verwenden (z. B. DSSS, Spreizcode), um ihre Datenströme spektral zu spreizen (vgl. CDMA), kann Regel b) entfallen und mehrere Sender können auch zeitgleich einen Kanal belegen, um die spektrale Breite zu minimieren. Hierbei wäre jedoch mit Nachteilen zu rechnen (near-far-Problem, unzureichende Kreuzkorrelationseigenschaften der Codes).
  • c) Die Mengen aller im Hoppingschema benutzten Kanäle cn müssen für alle Sender Ti identisch sein, d. h. alle Sender müssen im Laufe des Hoppings dieselben Kanäle cn benutzen, kein Sender darf einen oder mehrere Kanäle cn gegenüber den anderen Sendern auslassen: {cTin |n = 0, ... N – 1} = {cTjn |n = 0, ... N – 1} ∀ i, j = 0, ... I – 1 Diese Forderung darf verletzt werden, falls einzelne Sender mit schlechterer Genauigkeit geortet werden sollen. Dann genügt auch eine Teilmenge der Kanäle cn, die der ortsfeste Sender verwendet. Die Anzahl der übereinstimmenden Kanäle cn darf jedoch nie kleiner als 2 sein.
  • d) Die Menge aller im Hoppingschema verwendeten Kanäle cn bildet eine lineare Frequenzrampe mit konstantem Frequenzabstand fd zwischen den Kanälen cn (evtl. nach einer Umsortierung und der Entfernung mehrfach angesprungener Kanäle): f(kn) = f0 + n·fd ∀ n = 0, ... N – 1f0 ist hierbei die niedrigste zu verwendende Frequenz, z. B. f0 = 2405 MHz bei IEEE 802.15.4. Diese Regel ist evtl. nicht zwingend. Es kann auch ein Kanal ausgelassen werden, ohne die Theorie zu verletzen. Jedoch erschwert dies die anschließende Auswertung in nicht unerheblichem Maße.
  • e) Die Sendezeitpunkte eines Senders Ti müssen über alle Hops eines Hoppingschemas einen konstanten Abstand aufweisen: tTin+1 – tTin = tTin – tTin-1 ∀ i = 0, ... I – 1 ∧ n = 1, ... N – 2 Dieser für einen Sender konstante Abstand kann von Sender zu Sender verschieden sein. Die Sendezeitpunkte müssen keine weiteren Anforderungen erfüllen, also auch nicht die nach einer Synchronisation zwischen den Sendern.
  • f) Die Beziehung zwischen der Phase des Datenstroms und der Phase des Trägersignals eines jeden Kanals (kn) muss konstant sein für einen Sender Ti: φTi(kTin ) = φTi(kTim ) ∀ i = 0, ... I – 1 ∧ n = 0, ... N – 1 ∧ {m|cTjn = cTjn } Diese Forderung kann in den Sendern mit geeigneten Vorrichtungen zur Signalerzeugung (z. B. Integer-PLL) erfüllt werden.
Based on this, the hopping scheme is created according to the following rules:
  • a) The hopping schemes are symmetrical about their center for all transmitters Ti: c Ti n = c Ti Nn-1 ∀ i = 0, ... I - 1 ∧ n = 0, ... N / 2 - 1
  • b) Two or more transmitters may never use the same channel c n at the same time: c Ti n C tj n ∀ i, j = 0, ... I - 1 ∧ i ≠ j ∧ n = 0, ... N - 1 In the event that two or more transmitters use different orthogonal codes (eg DSSS, spreading code) to spectrally spread their data streams (see CDMA), rule b) can be omitted and several transmitters can occupy a channel at the same time to minimize the spectral width. However, disadvantages would have to be expected (near-far problem, insufficient cross-correlation properties of the codes).
  • c) The quantities of all the channels c n used in the hopping scheme must be identical for all transmitters Ti, ie all transmitters must use the same channels c n during the hopping, and no transmitter may omit one or more channels c n from the other transmitters: {c Ti n | n = 0, ... N - 1} = {c tj n | n = 0, ... N - 1} ∀ i, j = 0, ... I - 1 This requirement may be violated if individual transmitters are to be located with less accuracy. Then also a subset of the channels c n , which uses the stationary transmitter is sufficient. However, the number of matching channels c n must never be less than 2.
  • d) The set of all channels c n used in the hopping scheme forms a linear frequency ramp with a constant frequency spacing f d between the channels c n (possibly after a resorting and the removal of multiply branched channels): f (k n ) = f 0 + n · f d ∀ n = 0, ... N - 1 f 0 is the lowest frequency to be used, z. B. f 0 = 2405 MHz in IEEE 802.15.4. This rule may not be mandatory. It is also possible to omit a channel without violating the theory. However, this complicates the subsequent evaluation to a considerable extent.
  • e) The transmission times of a transmitter Ti must have a constant distance over all hops of a hopping scheme: t Ti n + 1 - t Ti n = t Ti n - t Ti n-1 ∀ i = 0, ... I - 1 ∧ n = 1, ... N - 2 This constant distance for a transmitter may vary from transmitter to transmitter. The transmission times do not have to meet any further requirements, that is not even after a synchronization between the stations.
  • f) The relationship between the phase of the data stream and the phase of the carrier signal of each Ka nals (k n ) must be constant for a transmitter Ti: φ Ti (k Ti n ) = φ Ti (k Ti m ) ∀ i = 0, ... I - 1 ∧ n = 0, ... N - 1 ∧ {m | c tj n = c tj n } This requirement can be met in the transmitters with suitable signal generation devices (eg integer PLL).

Die Regeln a), e) und f) sind zwingend notwendig, die Regeln b), c) und d) können unter Umständen außer Acht gelassen werden.The Rules a), e) and f) are mandatory, rules b), c) and d) may be disregarded to be left.

Es ist denkbar, ein aus dem beschriebenen Bildungsgesetz hervorgehendes Hoppingschema durch das Anfügen zusätzlicher Kanäle vor, inmitten oder nach dem Hoppingschema zu erweitern, die jedoch nicht zur Messung herangezogen werden. Ein derartiges Hoppingschema ist ebenfalls dem Schutzumfang der Erfindung zuzuzählen. In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird ein spezielles Hoppingschema eingesetzt, welches weiter unten näher definiert wird und eine einfache Abschätzung des Fehlers zwischen der gemittelten und der tatsächlichen Phasendifferenz ermöglicht.It is conceivable, an emergent from the described education law Hopping scheme by adding additional channels to expand in the midst or after the hopping scheme, however not be used for the measurement. Such a hopping scheme is also to be added to the scope of the invention. In a preferred variant of the invention becomes a special Hopping scheme used, which defines further below and a simple estimate of the error between the averaged and the actual phase difference allows.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Position des mindestens einen Senders aus den korrigierten Phasendifferenzen in den Kanälen der Sequenz durch eine Transformation in die Zeitdomäne, insbesondere durch eine inverse Fourier-Transformation bestimmt. Dabei ergibt sich durch ein Maximum in der Zeitdomäne eine Laufzeitdifferenz, aus der die Position des mindestens einen Senders ermittelt wird.In a particularly preferred embodiment of the invention the position of the at least one transmitter is corrected from the Phase differences in the channels of the sequence by a Transformation into the time domain, in particular by a Inverse Fourier transform determined. This results from a Maximum in the time domain a runtime difference, from the the position of the at least one transmitter is determined.

In einer Variante der Erfindung wird der Fehler für jeden Kanal c mit Hilfe folgender Fehlerfunktion err[c] abgeschätzt bzw. bestimmt: err[c] = –(φ*TDOA [c] – 2φ*TDOA [c – 1] + φ*TDOA [c – 2]) – err[c – 2] ∀ c = 2, ..., C – 1wobei φ * / TDOA[c] die gemittelte Phasendifferenz im Kanal c ist und C die Gesamtanzahl an gemäß dem Hoppingschema benutzten Kanälen darstellt.In a variant of the invention, the error is estimated or determined for each channel c with the aid of the following error function err [c]: err [c] = - (φ * TDOA [c] - 2φ * TDOA [c - 1] + φ * TDOA [c - 2]) - err [c - 2] ∀ c = 2, ..., C - 1 where φ * / TDOA [c] is the average phase difference in channel c and C represents the total number of channels used according to the hopping scheme.

Diese Variante der Erfindung macht Annahmen über das Kanalmodell und eignet sich zur Verwendung für eine Ortung, bei der nur wenige Mehrwegpfade durch Reflexionen auftreten, insbesondere bei einer Ortung in freiem Gelände außerhalb von Gebäuden.These Variant of the invention makes assumptions about the channel model and is suitable for use in a location where Only a few multipath paths through reflections occur, in particular when locating in open terrain outside of Buildings.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden für die obige Fehlerfunktion err[c] die Werte von err[0] und/oder err[1] unter Berücksichtigung von Parametern bezüglich der Anordnung der Funkteilnehmer bestimmt, insbesondere von maximal und/oder minimal möglichen Abständen zwischen dem zumindest einen Sender und dem weiteren Sender. Auf diese Weise wird die Eindeutigkeit der Fehlerfunktion err[c] sichergestellt.In a further preferred embodiment are for the above error function err [c] the values of err [0] and / or err [1] taking into account parameters regarding determines the arrangement of the radio subscriber, in particular of maximum and / or minimal possible intervals between the at least one transmitter and the other transmitter. In this way the uniqueness of the error function err [c] is ensured.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fehler mit Hilfe folgender Funktion abgeschätzt: E[c] = A(c) – B(c) – C(c) – D(c)wobei
A(c) der Sendezeitpunkt eines Signals ist, das von dem zumindest einen Sender in der ersten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird;
B(c) der Sendezeitpunkt des Signals ist, das von dem weiteren Sender in der ersten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird;
C(c) der Sendezeitpunkt des Signals ist, das von dem zumindest einen Sender in der zweiten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird;
D(c) der Sendezeitpunkt des Signals ist, das von dem weiteren Sender in der zweiten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird.
In a further variant of the method according to the invention, the error is estimated using the following function: E [c] = A (c) -B (c) -C (c) -D (c) in which
A (c) is the transmission time of a signal transmitted by the at least one transmitter in the first half of the sequence of the hopping scheme in channel c;
B (c) is the transmission time of the signal transmitted by the further transmitter in the first half of the sequence of the hopping scheme in the channel c;
C (c) is the transmission time of the signal transmitted by the at least one transmitter in the second half of the sequence of the hopping scheme in channel c;
D (c) is the transmission time of the signal transmitted by the further transmitter in the second half of the sequence of the hopping scheme in the channel c.

Diese Variante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass keine Annahmen über das Kanalmodell getroffen werden und das Verfahren somit auch in Messumgebungen mit Mehrwegen eingesetzt werden kann. In dem Verfahren wird dabei ein detailliertes Fehlermodell des Messsystems ausgenutzt, wobei realistische Annahmen über das Messsystem getroffen werden.These Variant of the method is characterized by the fact that no assumptions about the channel model are taken and the method thus also in Measuring environments can be used with multipath. In the process a detailed error model of the measuring system is used, where realistic assumptions about the measuring system are taken become.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Fehler mit Hilfe einer Fehlerfunktion err[c] durch die Lösung der folgenden Gleichung bestimmt: 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) + err[c] = s·E[c]wobei s eine Konstante ist,
wobei

Figure 00080001
wobei i = 0, ..., C – 1 die Kanäle indiziert und C die Gesamtanzahl der Kanäle ist;
wobei
Figure 00090001
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c gesendetes Signal im Intervall [0, ..., I / 2 – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas bezeichnet, wobei I der Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist; wobei
Figure 00090002
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c gesendetes Signal im Intervall [ I / 2, ..., I – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas bezeichnet, wobei I der Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist.In a particularly preferred embodiment, the error is determined by means of an error function err [c] by the solution of the following equation: 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) + err [c] = s · E [c] where s is a constant,
in which
Figure 00080001
where i = 0, ..., C-1 indicates the channels and C is the total number of channels;
in which
Figure 00090001
denotes the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [0, ..., I / 2 - 1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is the total number of transmission times of a sequence ; in which
Figure 00090002
denotes the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [I / 2, ..., I-1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is the total number of transmission times of a sequence ,

In einer bevorzugten Variante werden wiederum Parameter der Anordnung der Funkteilnehmer berücksichtigt, um den Fehler eindeutig zu bestimmen. Dabei wird mit Hilfe der Parameter ein Wert für s bestimmt und basierend darauf der Fehler mit Hilfe folgender Fehlerfunktion err[c] ermittelt: err[c] = s·E[c] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) In a preferred variant, in turn, parameters of the arrangement of the radio subscribers are taken into account in order to unambiguously determine the error. With the help of the parameters a value for s is determined and based on that the error is determined with the help of the following error function err [c]: err [c] = s · E [c] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [C])

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Hoppingschema verwendet, welches zumindest teilweise und vorzugsweise in der gesamten Sequenz derart ausgestaltet ist, dass der Wert E[c] konstant ist. Wird ein derartiges Hoppingschema eingesetzt, kann die Fehlerfunktion err[c] auf einfache Weise für den Teil der Sequenz des Hoppingschemas mit konstantem E[c] wie folgt bestimmt werden: err[c] = err[c – 1] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c – 1] – Mφ,down[c] + Mφ,down[c – 1]) ∀ c = 1, ..., C – 1 In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a hopping scheme is used which is designed at least partially and preferably in the entire sequence in such a way that the value E [c] is constant. If such a hopping scheme is used, the error function err [c] can be easily determined for the part of the sequence of the hopping scheme with constant E [c] as follows: err [c] = err [c - 1] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c - 1] - M φ, down [c] + M φ, down [c - 1]) ∀ c = 1, ..., C - 1

Die Erfinder konnten zeigen, dass bei einem Hoppingschema mit konstantem E[c] der Fehler nicht mehr von der obigen Größe s abhängt und somit besonders einfach lediglich aus entsprechenden gemessenen Phasen des betrachteten und vorhergehenden Kanals bestimmt werden kann.The Inventors were able to show that in a hopping scheme with constant E [c] the error is no longer of the above size s depends and therefore particularly simple only from appropriate measured phases of the considered and previous channel can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit beliebigen, drahtlos ausgesendeten Signalen durchgeführt werden. In einer bevorzugten Variante werden jedoch Signale gemäß dem Standard IEEE 802.15.4 verwendet, der beispielsweise von den Standards Zig-Bee und WirelessHART als PHY-Layer genutzt wird.The inventive method can be used with any, wirelessly transmitted signals. In a preferred variant, however, signals according to the Standard IEEE 802.15.4 uses, for example, the standards Zig-Bee and WirelessHART is used as a PHY layer.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Erfindung ferner ein System zur Ortung von drahtlos kommunizierenden Funkteilnehmern, umfassend mindestens einen Sender und einen weiteren Sender sowie mindestens zwei Empfänger, wobei das System im Betrieb die Position des mindestens einen Senders mit Hilfe des weiteren Senders und der mindestens zwei Empfänger ermittelt. Das System ist dabei derart ausgestaltet, dass jede Variante des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in dem System durchführbar ist.Next In the method described above, the invention further comprises System for locating wirelessly communicating radio subscribers, comprising at least one transmitter and another transmitter and at least two receivers, with the system in operation the position of the at least one transmitter with the help of the other Sender and the at least two receivers determined. The System is designed such that each variant of the above in accordance with the invention the system is feasible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the attached Figures detailed.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in schematischer Darstellung eine Anordnung mehrerer Funkteilnehmer zur Ortung eines der dargestellten Teilnehmer; 1 a schematic representation of an arrangement of several radio subscribers for locating one of the participants shown;

2 eine tabellarische Übersicht von Beispielen für in der Erfindung verwendbare Hoppingschemata; 2 a tabular overview of examples of hopping schemes usable in the invention;

3 eine Darstellung von mehreren Diagrammen zur Verdeutlichung der in den gemittelten Phasendifferenzen enthaltenen Fehler; und 3 a representation of several diagrams to illustrate the errors contained in the averaged phase differences; and

4 und 5 Diagramme, welche bevorzugte Ausführungsformen von in der Erfindung verwendeten Hoppingschemata wiedergeben. 4 and 5 Charts showing preferred embodiments of hopping schemes used in the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Anordnung von Funkteilnehmern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anordnung enthält zwei Sender T1 und T2, welche Funksignale in vorgegebenen Kanälen gemäß dem Standard IEEE 802.15.4 (ZigBee) aussenden. Diese Signale werden von den Empfängern R1 und R2 empfangen. Es werden dabei vorzugsweise 16 Funkkanäle in dem ISM-Band (ISM = Industrial Scientific Medical) um 2,45 GHz verwendet, wobei in der hier beschriebenen Ausführungsform die Kanäle in aufsteigender Reihenfolge mit Nummern 0 bis 15 bezeichnet sind und sich die Mittenfrequenz von benachbarten Kanäle um 5 MHz unterscheidet. Der Kanal 0 hat insbesondere eine Mittenfrequenz von 2405 MHz, der Kanal 1 von 2410 MHz usw. Somit hat der Kanal mit der höchsten Kanalnummer 15 eine Mittenfrequenz von 2480 MHz. In dem Szenario der 1 wird die Position des Senders T1 als Abstand dT1,T2 zum Sender T2 geortet. Dabei sind die Positionen der Empfänger R1 und R2 sowie des Senders T2 bekannt. Zur Ortung senden die Sender T1 und T2 Signale gemäß einem vorbestimmten Hoppingschema unsynchronisiert aus, und im jeweiligen Empfänger Rj (j = 1, 2) wird für jeden Kanal c eine arithmetisch gemittelte Phase bzw. Phasenlage φ [Ti;Rj] / c des vom Sender Ti (i = 1, 2) eintreffenden Signals bestimmt. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an arrangement of radio subscribers for carrying out the method according to the invention. The arrangement contains two transmitters T1 and T2, which emit radio signals in predetermined channels according to the standard IEEE 802.15.4 (ZigBee). These signals are received by the receivers R1 and R2. In this case, preferably 16 radio channels in the ISM band (ISM = Industrial Scientific Medical) are used around 2.45 GHz, wherein in the embodiment described here the channels are designated in ascending order with numbers 0 to 15 and the center frequency of adjacent channels differs by 5 MHz. In particular, channel 0 has a center frequency of 2405 MHz, channel 1 of 2410 MHz, etc. Thus, the channel with the highest channel number 15 has a center frequency of 2480 MHz. In the scenario of 1 the position of the transmitter T1 is located as distance d T1, T2 to the transmitter T2. The positions of the receivers R1 and R2 and of the transmitter T2 are known. For location, the transmitters T1 and T2 send unsynchronized signals according to a predetermined hopping scheme, and in the respective receiver Rj (j = 1, 2), for each channel c, an arithmetically averaged phase φ [Ti; Rj] / c of the Transmitter Ti (i = 1, 2) determines the incoming signal.

2 zeigt Beispiele von möglichen verwendbaren Hoppingschemata für N Sendezeitpunkte, wobei die Hoppingschemata mit den Nummern 1 bis 9 eine Ausführungsform mit zwei Sendern T1 und T2 betreffen und das Hoppingschema mit der Nummer 10 eine Ausführungsform mit 16 Sendern T1 bis T16 wiedergibt. Mit c(Tx) wird dabei der Kanal bezeichnet, in dem ein entsprechender Sender Tx zu einem Sendezeitpunkt n (n = 0, ..., 31) sendet. Die in 2 wiedergegebenen Hoppingschemata entsprechen dabei den in der Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 verwendeten Hoppingschemata. Aufgrund der Eigenschaften der Hoppingschemata ist es möglich, auch für unsynchronisierte Funkteilnehmer eine Ortung eines der Teilnehmer durchzuführen. Gemäß der Erfindung können die in 2 gezeigten Hoppingschemata verwendet werden, jedoch wird in einer bevorzugten Variante ein anderes Hoppingschema mit besonderen Vorteilen eingesetzt, wie weiter unten noch detailliert beschrieben wird. Jedes der verwendeten Hoppingschemata zeichnet sich dadurch aus, dass die Sequenz des jeweiligen Hoppingschemas eine erste und eine zweite Hälfte aufweist, welche symmetrisch zueinander sind, d. h. die zu den jeweiligen Sendezeitpunkten verwendeten Kanäle in der ersten Hälfte der Sequenz werden in umgekehrter Reihenfolge in der zweiten Hälfte der Sequenz verwendet. Die entsprechenden Symmetrieachsen für jedes Hoppingschema sind in 2 durch gestrichelte Linien angedeutet. 2 shows examples of possible usable hopping schemes for N transmission times, wherein the hopping schemes numbered 1 to 9 relate to an embodiment with two transmitters T1 and T2 and the hopping scheme number 10 represents an embodiment with 16 transmitters T1 to T16. In this case, c (Tx) denotes the channel in which a corresponding transmitter Tx at a transmission time n (n = 0, ..., 31). In the 2 reproduced hopping schemes correspond to those in the patent application DE 10 2007 043 649.3 used hopping schemes. Due to the characteristics of the hopping schemes, it is possible to perform a location of one of the participants for unsynchronized radio subscribers. According to the invention, the in 2 hopping schemes used are shown, but in a preferred variant, another hopping scheme is used with particular advantages, as will be described in detail below. Each of the hopping schemes used is characterized in that the sequence of the respective hopping scheme has a first and a second half which are symmetrical to one another, ie the channels used in the first half of the sequence at the respective transmission times are in reverse order in the second half the sequence used. The corresponding symmetry axes for each hopping scheme are in 2 indicated by dashed lines.

In Analogie zu dem Verfahren der Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 werden in der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Phasenlagen φ [Ti;Rj] / c als arithmetisches Mittel aus den zweimal in einer Sequenz des Hoppingschemas gemessenen Phasen eines Kanals bestimmt. Diese Mittelung ist entscheidend für das Ergebnis und nutzt die vorteilhaften Symmetrieeigenschaften des Hoppingschemas aus. Zur Bestimmung der Laufzeit τ eines Signals des Kanals c zwischen den Sendern T1 und T2 wird folgende Phasendifferenz bestimmt: φTDOA[c] = φ[T1,R1]c – φ[T1,R2]c – φ[T2,R1]c + φ[T2,R2]c In analogy to the method of the patent application DE 10 2007 043 649.3 For example, in the embodiment of the invention described herein, the phase positions φ [Ti; Rj] / c are determined as an arithmetic mean of the phases of a channel measured twice in a sequence of the hopping scheme. This averaging is critical to the result and exploits the advantageous symmetry properties of the hopping scheme. To determine the transit time τ of a signal of the channel c between the transmitters T1 and T2, the following phase difference is determined: φ TDOA [c] = φ [T1, R1] c - φ [T1, R2] c - φ [T2, R1] c + φ [T2, R2] c

Mit Hilfe der Beziehung φTDOA[c] = 2π·fc·τ ∀ c ∈ C kann hierdurch die Laufzeitdifferenz τ berechnet werden. Dabei entspricht fC der Mittenfrequenz des entsprechenden Kanals c, wobei insgesamt C Kanäle existieren.With the help of the relationship φ TDOA [c] = 2π · f c · Τ ∀ c ∈ C can be calculated by the transit time difference τ. Here, f C corresponds to the center frequency of the corresponding channel c, where a total of C channels exist.

Die Nutzung eines symmetrischen Hoppingschemas und die arithmetische Mittelung der Signalphasen sind notwendig, um die Fehler, die sich durch die fehlende Synchronisation der Sender und Empfänger zwangsweise ergeben, größtenteils zu beseitigen. Es verbleibt ein kleiner und unvermeidlicher Restfehler in der Differenzschätzung, welcher in der Größenordnung der Frequenzfehler der Sendequarze der entsprechenden Sender liegt und üblicherweise kleiner als 100 ppm (= 1/10000) ist.The Use of a symmetric hopping scheme and the arithmetic Averaging the signal phases are necessary to correct the errors by the lack of synchronization of the transmitter and receiver forcibly resulted in largely eliminating. It remains a small and unavoidable residual error in the difference estimation, which is of the order of the frequency errors the transmission crystals of the corresponding transmitter is and usually less than 100 ppm (= 1/10000).

Die soeben beschriebene Bestimmung der Laufzeitdifferenz τ mit einem symmetrischen Hoppingschema entspricht im Wesentlichen der in der Patentanmeldung DE 10 2007 043 649.3 offenbarten Berechnung. Erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass sich durch die arithmetische Mittelung der Phasenlagen ein Fehler ergeben kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Fehler abgeschätzt und bei der Bestimmung der Laufzeitdifferenz und der daraus resultierenden Position des Senders einbezogen.The determination of the transit time difference τ with a symmetrical hopping scheme just described corresponds essentially to that in the patent application DE 10 2007 043 649.3 disclosed calculation. According to the invention, however, it has been recognized that an error can result from the arithmetic averaging of the phase positions. In the method according to the invention, this error is estimated and included in the determination of the transit time difference and the resulting position of the transmitter.

Allgemein entsteht bei der arithmetischen Mittelung zweier Phasen eine Mehrdeutigkeit. Diese Mehrdeutigkeit ist wiederum in der Mehrdeutigkeit der Phaseninformation begründet, welche sich wie folgt darstellen lässt: φ* = φ + n·2π ∀ n ∈ Z In general, the arithmetic averaging of two phases creates ambiguity. This ambiguity is again due to the ambiguity of the phase information, which can be represented as follows: φ * = φ + n · 2π ∀ n ∈ Z

Mittelt man zwei Phasen φ * / A und φ * / B in der reellen Ebene, ergibt sich folgendes arithmetische Mittel: 12 *A + φ*B ) = 12 [(φA + nA·2π) + (φB + nB·2π)] ∀ n ∈ Z = 12 A + φB) + (nA + nB)·π If you average two phases φ * / A and φ * / B in the real plane, you get the following arithmetic mean: 1 2 * A + φ * B ) = 1 2 [(Φ A + n A · 2π) + (φ B + n B · 2π)] ∀ n ∈ Z = 1 2 A + φ B ) + (n A + n B ) · Π

In der obigen Gleichung bezeichnen φ * / A und φ * / B die gemessenen Phasen und φA und φB stellen die tatsächlichen Phasen dar. Man erkennt aus obiger Gleichung, dass zu dem erwarteten arithmetischen Mittel der tatsächlichen Phasen φA und φB ein ganzzahliges Vielfaches von π addiert wird. Dies führt dazu, dass jede Kombination aus zwei gemessenen Phaseninformationen zwei um π verschiedene arithmetische Mittel besitzt.In the above equation, φ * / A and φ * / B denote the measured phases, and φ A and φ B represent the actual phases. It can be seen from the above equation that to the expected arithmetic mean of the actual phases φ A and φ B integer multiple of π is added. As a result, each combination of two measured phase information has two arithmetic mean different from π.

Dies lässt sich auch in der komplexen Darstellungsebene zeigen, in der das arithmetische Mittel wie folgt lautet:

Figure 00140001
This can also be seen in the complex representation plane in which the arithmetic mean is as follows:
Figure 00140001

Allgemein hat die n-te Wurzel aus einer komplexen Zahl genau n Lösungen, die gleichmäßig auf dem Einheitskreis verteilt sind. Die Quadratwurzel aus einer komplexen Zahl hat somit genau zwei Lösungen, deren Phasen sich um π unterscheiden.Generally has the nth root of a complex number of exactly n solutions, evenly distributed on the unit circle are. The square root of a complex number thus has exactly two solutions whose phases differ by π.

In dem erfindungsgemäßen Ortungsverfahren existieren somit für jede Kanalnummer c zwei mögliche Lösungen für das arithmetische Mittel aus den Phasenlagen der empfangenen Signale. Die entsprechende Phasensteigungskurve, welche den funktionalen Zusammenhang zwischen den Kanalnummern und den gemittelten Phasendifferenzen φ * / TDOA[c] wiedergibt, ist somit mit einer Fehlerfunktion behaftet, welche 2c mögliche Zustände besitzt, wenn C die Anzahl der genutzten Kanäle ist. Im Folgenden wird dieser Fehler als err[c] bezeichnet.In the location method according to the invention, two possible solutions for the arithmetic mean thus exist for each channel number c from the phase positions of the received signals. The corresponding phase slope curve, which represents the functional relationship between the channel numbers and the averaged phase differences φ * / TDOA [c], thus has an error function which has 2 c possible states when C is the number of channels used. In the following, this error is referred to as err [c].

In 3 wird das Auftreten dieses Fehlers durch die Diagramme D1, D2 und D3 verdeutlicht. Das Diagramm D1 zeigt dabei die tatsächliche Phasensteigungskurve, welche den Zusammenhang zwischen dem Kanal c und der tatsächlichen Phase φTDOA[c] wiedergibt. Wie oben erläutert, ist die gemittelte Phase φ * / TDOA[c], welche in dem Diagramm D3 wiedergegeben ist, mit einem entsprechenden Fehler err[c] behaftet, der im Diagramm D2 gezeigt ist. Der Fehler ergibt sich aus der Mehrdeu tigkeit der arithmetischen Mittelung und nimmt entweder den Wert 0 oder den Wert π an. Man erkennt aus 3, dass sich die gemittelte fehlerbehaftete Phasensteigungskurve gemäß Diagramm D3 deutlich von der tatsächlichen Phasensteigungskurve gemäß Diagramm D1 unterscheidet.In 3 the occurrence of this error is illustrated by the diagrams D1, D2 and D3. The diagram D1 shows the actual phase slope curve , which shows the relationship between the channel c and the actual phase φ TDOA [c]. As explained above, the averaged phase φ * / TDOA [c] represented in the diagram D3 has a corresponding error err [c] shown in the diagram D2. The error results from the multiple significance of the arithmetic averaging and assumes either the value 0 or the value π. One recognizes 3 in that the mean faulty phase slope curve according to diagram D3 differs significantly from the actual phase slope curve according to diagram D1.

In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Laufzeitdifferenz τ von Signalen zwischen zwei Sendern mit Hilfe einer inversen, diskreten Fourier-Transformation IDFT wie folgt ermittelt:

Figure 00150001
In the embodiment of the invention described here, the transit time difference τ of signals between two transmitters is determined by means of an inverse, discrete Fourier transform IDFT as follows:
Figure 00150001

Im Falle einer Ortung in Umgebungen ohne Mehrwege, d. h. ohne Reflektionen der ausgesendeten Signale an entsprechenden Gegenständen, ist das Maximum des Betragsspektrums |H[k]| proportional zur gesuchten Laufzeitdifferenz τ. Mehrwege, die länger sind als das Auflösungsvermögen dieser Transformation, werden als eigene lokale Maxima dargestellt. Kürzere Mehrwege verschmelzen mit dem globalen Maximum und verschieben dieses. Bedingt durch das endliche Auflösungsvermögen ist somit eine gewisse Resistenz gegen Mehrwege gegeben, welche proportional zur gesamten benutzten Bandbreite des Messsystems ist. Die Auswirkung der Fehlerfunktion err[c] auf das Spektrum H[k] stellt sich wie folgt dar: φ*TDOA [c] = φTDOA[c] + err[c] ⇒ exp{jφ*TDOA [c]} = exp{jφ*TDOA [c]}·exp{j·err[c]} ⇒ H*[k] = H[k]·ERR[k] In the case of location in environments without multipath, ie without reflections of the transmitted signals to corresponding objects, the maximum of the magnitude spectrum is | H [k] | proportional to the sought transit time difference τ. Multipaths that are longer than the resolution of this transformation are represented as their own local maxima. Shorter multipaths merge with the global maximum and move it. Due to the finite resolving power, there is thus a certain resistance to multipath, which is proportional to the total used bandwidth of the measuring system. The effect of the error function err [c] on the spectrum H [k] is as follows: φ * TDOA [c] = φ TDOA [c] + err [c] ⇒ exp {jφ * TDOA [c]} = exp {jφ * TDOA [c]} · exp {j · err [c]} ⇒ H * [k] = H [k] · ERR [k]

Das Spektrum H[k] wird mit der Fouriertransformierten ERR[k] des Fehlers err[c] gefaltet. Die Transformierte ERR[k] der binären Funktion err[c] ergibt sich aus einer Überlagerung zahlreicher Sinc-Funktionen, wodurch die Maximum-Information in H[k] unwiderruflich verfälscht wird. Die Größenordnung des Fehlers kann dem Eindeutigkeitsbereich des Messsystems ent sprechen, wodurch eine Lokalisierung unmöglich wird. Da exp{j·err[c]} reell und ERR[k] somit symmetrisch ist, ist auch eine verlustfreie Entfaltung unmöglich.The Spectrum H [k] is compared with the Fourier transformed ERR [k] of the error err [c] folded. The transformed ERR [k] of the binary Function err [c] results from a superposition of many Sinc functions, making the maximum information in H [k] irrevocable is falsified. The magnitude of the Error can correspond to the uniqueness range of the measuring system, making localization impossible. Since exp {j · err [c]} real and ERR [k] is thus symmetric, is also a lossless one Unfolding impossible.

In 3 sind die Auswirkungen des Fehlers err[c] nach der Durchführung der inversen Fourier-Transformation IDFT durch die Diagramme D4, D5 und D6 verdeutlicht. Entlang der Abszisse dieser Diagramme ist die Laufzeitdifferenz τ in Metern und entlang der Ordinate der normierte Betrag B der inversen Fouriertransformierten der entsprechenden darüber liegenden Phasenkurve wiedergegeben. Man erkennt aus dem Diagramm D4, dass sich für die tatsächliche, nicht fehlerbehaftete Phasensteigungskurve φTDOA[c] eine eindeutige Laufzeitdifferenz durch einen Maximalwert ergibt, wobei der Maximalwert im Beispiel der 3 bei ca. 5 m liegt. In dem Diagramm D5 ist die Fouriertransformierte ERR[k] des Fehlers err[c] wiedergegeben. Diese Fouriertranformierte wird mit H[k] gefaltet, so dass sich für die gemessene, fehlerbehaftete Phasensteigungskurve φ * / TDOA[c] ein Spektrum H*[k] gemäß dem Diagramm D6 ergibt. Man erkennt, dass aus dem Spektrum nicht nur ein eindeutiges Maximum ablesbar ist, welches der Laufzeitdifferenz entspricht. Aus 3 wird somit anschaulich deutlich, dass zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz eine Abschätzung des entsprechenden Fehlers err[c] erforderlich ist. Nachfolgend werden Ausführungsformen beschrieben, welche den Fehler err[c] geeignet abschätzen.In 3 are the effects of the error err [c] after performing the inverse Fourier transform IDFT illustrated by the diagrams D4, D5 and D6. Along the abscissa of these diagrams, the transit time difference τ in meters and along the ordinate the normalized amount B of the inverse Fourier transform of the corresponding overlying phase curve is reproduced. It can be seen from the diagram D4 that for the actual, non-faulty phase slope curve .PHI. TDOA [c] an unambiguous transit time difference results from a maximum value, the maximum value in the example of FIG 3 at about 5 m. Diagram D5 shows the Fourier transform ERR [k] of the error err [c]. This Fourier-transformed is folded with H [k], so that a spectrum H * [k] according to the diagram D6 results for the measured, error-prone phase slope curve φ * / TDOA [c]. It can be seen that not only a clear maximum is read from the spectrum, which corresponds to the transit time difference. Out 3 Thus, it becomes clear that an estimate of the corresponding error err [c] is required to determine the transit time difference. Hereinafter, embodiments will be described which suitably estimate the error err [c].

Im Folgenden werden zwei Varianten beschrieben, wie die Fehlerfunktion err[c] abgeschätzt werden kann. In der ersten Variante wird ein günstiges Kanalmodell angenommen und in der zweiten Variante wird ein detailliertes Fehlermodell des Messsystems ausgenutzt. Nach Abschätzung der Fehlerfunktion err[c] kann diese aus der fehlerbehafteten Phasensteigungskurve φTDOA[c] wie folgt entfernt werden: φTDOA[c] = φ*TDOA [c] – err[c] In the following two variants are described how the error function err [c] can be estimated. In the first variant, a favorable channel model is adopted and in the second variant is a exploited detailed error model of the measuring system. After estimating the error function err [c], it can be removed from the errored phase slope curve φ TDOA [c] as follows: φ TDOA [c] = φ * TDOA [c] - err [c]

Aufgrund der Eindeutigkeit der Phaseninformation von 0 bis 2π gilt ferner: φTDOA[c] = φ*TDOA [c] + err[c] Due to the uniqueness of the phase information from 0 to 2π, the following also applies: φ TDOA [c] = φ * TDOA [c] + err [c]

Vor der Abschätzung der Fehlerfunktion besitzt diese Gleichung c wertdiskrete Unbekannte aus {0, π} in err[c], da der Fehler aufgrund der arithmetischen Mittelung entweder 0 oder π beträgt.In front the estimation of the error function has this equation c value-discrete unknowns from {0, π} in err [c], since the Error due to arithmetic averaging is either 0 or π.

In der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird davon ausgegangen, dass die Messungen zur Ortung eines Funkteilnehmers in einer mehrwegearmen Umgebung durchgeführt werden. Basierend darauf können entsprechende Annahmen über das Kanalmodell getroffen werden und das Problem zur Bestimmung der Fehlerfunktion vereinfacht werden. Diese Variante des Verfahrens eignet sich insbesondere bei Ortung in Umgebungen außerhalb von Gebäuden, wie z. B. auf Parkplätzen, Grünflächen, Parks und dergleichen. Aufgrund der Annahme einer mehrwegearmen Umgebung wird davon ausgegangen, dass das Wahrscheinlichkeitsspektrum H[k] aus nur einem Peak an der unbekannten und gesuchten Position k0 des zu ortenden Funkteilnehmers besteht.In the first variant of the method according to the invention, it is assumed that the measurements for locating a radio subscriber are carried out in a reusable-poor environment. Based on this, appropriate assumptions can be made about the channel model and the problem of determining the error function can be simplified. This variant of the method is particularly suitable for locating in environments outside of buildings, such. B. on parking lots, green areas, parks and the like. Due to the assumption of a reusable-poor environment, it is assumed that the probability spectrum H [k] consists of only one peak at the unknown and searched position k 0 of the radio subscriber to be located.

Diese Annahme lässt sich mathematisch wie folgt ausdrücken: H*[k]·ERR[k] ! / = δ[k – k0] mit dem um k0 verschobenen Diracpuls δ[k].This assumption can be expressed mathematically as follows: H * [k] · ERR [k]! / = δ [k - k 0 ] with the diracpulse δ [k] shifted by k 0 .

Transformiert in dem Zeitbereich ergibt sich dann folgender Zusammenhang: exp{jφ*TDOA [c]}·exp{j·err[c]} = exp{j·k0·c} φ*TDOA [c] + err[c] = k0·c Transformed in the time domain then the following relationship arises: exp {jφ * TDOA [c]} · exp {j · err [c]} = exp {j · k 0 · C} φ * TDOA [c] + err [c] = k 0 · c

Man erkennt, dass für einen einzelnen Peak im Spektrum die um die Fehlerfunktion err[c] korrigierte Phasensteigungskurve linear mit der Kanalnummer anwächst. Die Steigung ist dabei proportional zur gesuchten, aber unbekannten Laufzeitdifferenz. Durch zweifache Ableitung ergibt sich folgender Zusammenhang:

Figure 00180001
It can be seen that for a single peak in the spectrum, the phase slope curve corrected by the error function err [c] increases linearly with the channel number. The slope is proportional to the sought, but unknown transit time difference. Two-fold derivation gives the following relationship:
Figure 00180001

Es gilt dabei 2err[c – 1] = 0, da exp{j2π} = 0. Dies führt zu folgender Fehlerfunktion: err[c] = –(φ*TDOA [c] – 2φ*TDOA [c – 1] + φ*TDOA [c – 2]) – err[c – 2] ∀ c = 2, ..., C – 1 2err [c - 1] = 0, since exp {j2π} = 0. This leads to the following error function: err [c] = - (φ * TDOA [c] - 2φ * TDOA [c - 1] + φ * TDOA [c - 2]) - err [c - 2] ∀ c = 2, ..., C - 1

Da err[c] nur die Werte 0 und π annehmen kann, muss der in der letzten Gleichung ermittelte Wert für err[c] stets auf ein Vielfaches von π gerundet und anschließend durch Addition von Vielfachen von 2π auf {0, π} phasenrichtig abgebildet werden. Gemäß der soeben beschriebenen Variante kann somit der Fehler err[c] in einem Kanal für mehrwegearme Umgebungen basierend auf den in dem entsprechenden Kanal und in den zwei vorhergehenden Kanälen gemessenen Phasendifferenzen sowie auf dem Fehler im vorvorhergehenden Kanal bestimmt werden.There err [c] can take only the values 0 and π, the in value determined for the last equation for err [c] always rounded to a multiple of π and then by adding multiples of 2π to {0, π} be displayed in the correct phase. According to the just Thus, the error described err [c] in a channel for reusable environments based on those in the corresponding Channel and measured in the two previous channels Phase differences as well as the error in the previous channel be determined.

err[c] lässt sich somit ohne Kenntnis von der tatsächlichen Position k0 durch eine einfache Abfolge von Additionen und Subtraktionen bestimmen, wobei lediglich sinnvolle Annahmen für err[0] und err[1] getroffen werden müssen. Es kann dabei err[0] = 0 angenommen werden, was das Ergebnis nicht verfälscht, da ein konstanter Phasenoffset auf der Phasensteigungskurve nur eine Drehung des komplexen IDFT-Spektrums bewirkt, die im Betragsspektrum folgenlos bleibt. Eine derart einfache Annahme kann nicht für err[1] getroffen werden. Dies liegt daran, dass eine Korrektur der Phasensteigungskurve mit dem obigen Fehler noch eine Restmehrdeutigkeit enthält. Insbesondere führt das Glätten der fehlerbehafteten Phasensteigungskurve gemäß obiger Fehlerfunktion immer zu zwei iden tisch guten Ergebnissen, deren Phasensteigungen sich exakt um π unterscheiden. Dies führt zu zwei gleichberechtigten Laufzeitdifferenzschätzungen, die sich genau um den halben Eindeutigkeitsbereich des Messsystems unterscheiden. Aus der anfänglichen Mehrdeutigkeit von C Variablen ist somit eine Mehrdeutigkeit von nur einer Variablen geworden. Um diese Mehrdeutigkeit zu eliminieren, werden in der hier beschriebenen Variante der Erfindung geeignete zusätzliche Annahmen für das Messsystem berücksichtigt, wie z. B. eine maximal mögliche Laufzeitdifferenz, die Häufung von Schnittpunkten bei zweidimensionalen Positionsbestimmungen und dergleichen. Insbesondere kann in einem ersten Schritt err[1] = 0 angenommen werden und später kann diese Annahme eventuell revidiert werden zu err[1] = π, sofern durch die weiteren Annahmen ein Widerspruch entsteht, beispielsweise dass sich bei der Fourier-Transformation eine Laufzeitdifferenz ergibt, welche größer als eine maximal mögliche Laufzeitdifferenz ist.err [c] can thus be determined without knowing the actual position k 0 by a simple sequence of additions and subtractions, where only meaningful assumptions have to be made for err [0] and err [1]. It can be assumed err [0] = 0, which does not distort the result, since a constant phase offset on the phase slope curve causes only one rotation of the complex IDFT spectrum, which remains without consequences in the magnitude spectrum. Such a simple assumption can not be made for err [1]. This is because a correction of the phase slope curve with the above error still contains a residual ambiguity. In particular, the smoothing of the faulty phase slope curve according to the above error function always leads to two identically good results, the phase slopes of which differ exactly by π. This leads to two equal term difference estimates, which differ exactly by half the uniqueness range of the measuring system. From the initial ambiguity of C variables has thus become an ambiguity of only one variable. To eliminate this ambiguity, suitable additional assumptions for the measuring system are considered in the variant of the invention described here, such. B. a maximum possible transit time difference, the accumulation of intersections in two-dimensional position determinations and the like. In particular, in a first step, err [1] = 0 can be assumed, and later this assumption can possibly be revised to err [1] = π, provided that a contradiction arises from the further assumptions, for example that a runtime difference results in the Fourier transformation which is greater than a maximum possible transit time difference.

Die oben bestimmte Variante zur Ermittlung der Fehlerfunktion hat den Nachteil, dass sie Annahmen über das Kanalmodell trifft und aufgrund dieser Annahmen nur für mehrwegefreie Messumgebungen geeignet ist. Im Unterschied hierzu ist die nachfolgend beschriebene zweite Variante der Erfindung universeller einsetzbar. Bei dieser zweiten Variante wird ein detailliertes Fehlermodell des Messsystems ausgenutzt, um hierdurch den Fehler abzuschätzen, wie sich aus den weiteren Erläuterungen ergibt.The above variant for determining the error function has the Disadvantage of making assumptions about the channel model and based on these assumptions only for multipath-free measurement environments suitable is. In contrast to this, the following is described second variant of the invention can be used universally. At this second variant is a detailed error model of the measuring system exploited to thereby estimate the error as from the further explanations.

Das erfindungsgemäß verwendete Messsystem geht von unsynchronisierten Sendern und Empfängern aus, deren Frequenznormale mit Fehlern behaftet sind. Um damit dennoch einen Sender mit unbekannter Position zu orten, wird eine Synchronisation der Empfänger mathematisch hergestellt, indem zusätzlich die Phasenlage der Signale eines stationären und ortsbekannten Senders gemessen wird und mit den Phasenlagen des zu ortenden Senders verknüpft wird. Ein Fehlermodell des Messsystems kann zeigen, dass dieses Vorgehen die aus den unsynchronisierten Frequenznormalen resultierenden Fehler in den Empfängern eli miniert. Anhand dieses Fehlermodells lässt sich darüber hinaus ein Verfahren zur Vermeidung der Mehrdeutigkeit der Phasensteigungskurve ableiten.The Measuring system used according to the invention starts from unsynchronized transmitters and receivers whose frequency standards are flawed. In order nevertheless nevertheless a transmitter with unknown position To locate a synchronization of the receiver is mathematical produced by additionally the phase position of the signals a stationary and local transmitter is measured and linked to the phasing of the station to be located becomes. An error model of the measuring system can show that this procedure the errors resulting from the unsynchronized frequency normal eli miniert in the receivers. Based on this error model In addition, a method of avoidance can be found derive the ambiguity of the phase slope curve.

Die Empfangsphase des i-ten Signals eines gegebenen Hoppingschemas, welches von einem Sender T ausgesendet und von einem Empfänger R empfangen wird, kann wie folgt geschrieben werden:

Figure 00200001
The reception phase of the ith signal of a given hopping scheme, which is transmitted by a transmitter T and received by a receiver R, can be written as follows:
Figure 00200001

Dabei sind die einzelnen Variablen obiger Gleichung wie folgt definiert:

τ[T,R]:
Laufzeit des Signals von Sender T zu Empfänger R.
i:
Position in der Hoppingsequenz, i = 0, 1, ..., I – 1 mit der Länge der Hoppingsequenz I.
c [T] / i:
Kanalnummer 0, ..., C – 1 des Signals an Hoppingsequenzposition i im Sender T. Die Menge der c [T] / i über alle Sender wird als „Hoppingschema” bezeichnet.
ωRI,c:
Ideale Kreisfrequenz des Hochfrequenz-Trägersignals in Kanal c. In der Regel gilt ωRI,c = ω0 + c·Δω mit der Trägerkreisfrequenz im ersten Kanal ω0 und dem Kreisfrequenzschritt zwischen zwei Kanälen Δω.
ωLI:
Ideale Kreisfrequenz des lokalen Oszillators (sog. LO-Frequenz) im Empfänger, der zum Heruntermischen genutzt wird.
ωSI:
Ideale Abtastkreisfrequenz des Empfängers.
ωCI:
Ideale Taktkreisfrequenz des Mikrocontrollers im Sender, der das Aussenden veranlasst.
φR0,c:
Phasendifferenz zwischen Taktkreisfrequenz des Mikrocontrollers und Phase des ausgesendeten Signals in Kanal c. Durch eine geeignete Vorrichtung zur Erzeugung der LO-Frequenz (z. B. Integer-PLL) und einer Ableitung der LO-Frequenz aus dem Mikrocontroller-Takt kann dieser Term vernachlässigt werden.
φ [R] / L0:
Phase des lokalen Oszillators im Empfänger R bei t = 0. Durch eine geeignete Vorrichtung zur Erzeugung der LO-Frequenz (z. B. Integer-PLL) kann dieser Term vernachlässigt werden.
φ [R] / S0:
Phasendifferenz zwischen lokalem Oszillator und Abtastvorgang im Empfänger R. In der Regel ist dieser Term durch eine Ableitung des Abtasttakts aus dem Mikrocontroller-Takt (oder umgekehrt) vernachlässigbar.
φ [T] / C0:
Anfangsphase der Taktkreisfrequenz des Mikrocontrollers im Sender T.
δω [T] / T:
Relativer Fehler der Sendefrequenz in Sender T (z. B. 100 ppm = 1/10000).
δω [R] / L:
Relativer Fehler der Frequenz des lokalen Oszillators in Empfänger R.
δω [R] / S:
Relativer Fehler der Abtastrate in Empfänger R.
N:
Ideale Anzahl von Abtastpunkten im Empfänger zwischen dem Aussenden zweier Signale im Sender.
k [T] / D0:
Anzahl der Taktzyklen im Sender von t = 0 bis zum Aussenden des ersten Signals i = 0.
ΔkR,c:
Anzahl der Taktzyklen im Sender, die den Phasenunterschied zwischen dem aufmodulierten Datenstrom und dem Trägersignal beschreiben.
The individual variables of the above equation are defined as follows:
τ [T, R] :
Duration of the signal from transmitter T to receiver R.
i:
Position in the hopping sequence, i = 0, 1,..., I-1 with the length of the hopping sequence I.
c [T] / i:
Channel number 0, ..., C-1 of the signal at hopping sequence position i in the transmitter T. The amount of c [T] / i across all transmitters is referred to as "hopping scheme".
ω RI, c :
Ideal angular frequency of the high frequency carrier signal in channel c. In general, ω RI, c = ω 0 + c · Δω with the carrier circuit frequency in the first channel ω 0 and the angular frequency step between two channels Δω.
ω LI :
Ideal angular frequency of the local oscillator (so-called LO frequency) in the receiver, which is used for downmixing.
ω SI :
Ideal sampling frequency of the receiver.
ω CI :
Ideal clock frequency of the microcontroller in the transmitter, which causes the emission.
φ R0, c :
Phase difference between clock frequency of the microcontroller and phase of the transmitted signal in channel c. By a suitable device for generating the LO frequency (eg integer PLL) and a derivation of the LO frequency from the microcontroller clock this term can be neglected.
φ [R] / L0:
Phase of the local oscillator in the receiver R at t = 0. By a suitable device for generating the LO frequency (eg integer PLL) this term can be neglected.
φ [R] / S0:
Phase difference between the local oscillator and the sampling process in the receiver R. As a rule, this term is negligible by a derivation of the sampling clock from the microcontroller clock (or vice versa).
φ [T] / C0:
Initial phase of the clock frequency of the microcontroller in the transmitter T.
δω [T] / T:
Relative error of the transmission frequency in transmitter T (eg 100 ppm = 1/10000).
δω [R] / L:
Relative error of the frequency of the local oscillator in receiver R.
δω [R] / S:
Relative error of the sampling rate in receiver R.
N:
Ideal number of sampling points in the receiver between the transmission of two signals in the transmitter.
k [T] / D0:
Number of clock cycles in the transmitter from t = 0 to the transmission of the first signal i = 0.
Δk R, c :
Number of clock cycles in the transmitter that describe the phase difference between the modulated data stream and the carrier signal.

Die in den einzelnen obigen Termen (1) bis (4) enthaltenen Fehler lassen sich wie folgt deuten:

  • Term (1): Mit Sendefehler behafteter Laufzeitterm. Dieser Term enthält als einziger die Laufzeitdifferenz zwischen einem Sender und einem Empfänger und bein haltet somit als einziger eine gesuchte Nutzinformation.
  • Term (2): Differenzfehler zwischen den Fehlern der Sende- und Empfangsfrequenzen in den Hochfrequenzteilen der in den Sendern bzw. Empfängern verwendeten Schaltungen.
  • Term (3): Anfangsfehler durch einen verzögerten Beginn der Sequenz des Hoppingschemas und Phasenfehler zwischen dem aufmodulierten Datenstrom und dem Trägersignal im Sender.
  • Term (4): Aufintegrierter Differenzterm zwischen den Fehlern der Sende- und Empfangsfrequenzen in den Hochfrequenz-Teilen der in den Sendern bzw. Empfängern verwendeten Schaltungen, wobei der Differenzfehler durch die zeitliche Pause zwischen zwei benachbarten Positionen in der Hoppingsequenz entsteht.
The errors contained in each of the above terms (1) to (4) can be interpreted as follows:
  • Term (1): Transit term with send error. This term is the only one containing the transit time difference between a sender and a receiver, and thus, as the only one, holds a wanted payload.
  • Term (2): difference error between the errors of the transmission and reception frequencies in the high-frequency parts of the circuits used in the transmitters or receivers.
  • Term (3): Initial error due to a delayed start of the sequence of the hopping scheme and phase errors between the modulated data stream and the carrier signal in the transmitter.
  • Term (4): Integrated difference term between the errors of the transmission and reception frequencies in the high-frequency parts of the circuits used in the transmitters or receivers, the difference error arising from the time interval between two adjacent positions in the hopping sequence.

Für das Messsystem kann angenommen werden, dass die Anfangsphasen jedes Empfängers miteinander verknüpft sind. Dies resultiert darin, dass die Empfängerphasen alle als 0 angenommen werden können. Weiterhin sind die Frequenzen des lokalen Oszillators und des Abtastvorgangs im Empfänger miteinander verknüpft und somit mit dem gleichen Fehler behaftet. Es können demzufolge folgende Vereinfachungen angenommen werden: φR0,c = 0 φ[R]L0 = 0 φ[R]S0 = 0 φ[R]L = δω[R]S For the measuring system, it can be assumed that the initial phases of each receiver are linked together. This results in that the receiver phases can all be assumed to be 0. Furthermore, the frequencies of the local oscillator and the sampling process in the receiver are linked together and thus subject to the same error. Consequently, the following simplifications can be assumed: φ R0, c = 0 φ [R] L0 = 0 φ [R] S0 = 0 φ [R] L = δω [R] S

Die fehlerbehaftete Phasensteigungskurve ergibt sich bei der Verwendung von zwei Empfängern R1 und R2 und zwei Sendern T1 und T2 durch arithmetische Mittelung der jeweiligen Empfangsphasen

Figure 00230001
(x, y = 1, 2) wie folgt:
Figure 00230002
The error-prone phase slope curve results when using two receivers R1 and R2 and two transmitters T1 and T2 by arithmetic averaging of the respective reception phases
Figure 00230001
(x, y = 1, 2) as follows:
Figure 00230002

Dabei bezeichnet C [Tx] / i den vom Sender Tx zum Sendezeitpunkt i verwendeten Kanal und c bezeichnet die Kanalnummer einer der möglichen Kanäle zwischen 0 und C – 1. Dabei bezeichnet

Figure 00230003
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c ausgesendetes Signal im Intervall [0, ..., I – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas, wobei I wiederum die Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist.Here, C [Tx] / i denotes the channel used by the transmitter Tx at the time of transmission i, and c denotes the channel number of one of the possible channels between 0 and C-1
Figure 00230003
the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [0, ..., I-1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is again the total number of transmission times of a sequence.

Der Fehlerterm in der letzten Zeile der obigen Gleichung hat aufgrund der Symmetrie des Hoppingschemas eine sehr kleine Steigung und trägt nicht nennenswert zur Fehlerbetrachtung bei. Er resultiert aus den Pausen zwischen zwei Sendezeitpunkten und ist für realistische Systeme vernachlässigbar. Erst bei sehr langen Wartezeiten zwischen zwei Sendezeitpunkten wird dieser Fehler dominant.Of the Error term in the last line of the above equation has due the symmetry of the hopping scheme a very small slope and carries not significant for error consideration. He results from the Breaks between two transmission times and is realistic Systems negligible. Only with very long waiting times between two transmission times this error becomes dominant.

Die Laufzeitterme gemäß der ersten Zeile der letzten Gleichung sind noch mit den relativen Fehlern der jeweiligen Sendefrequenzen behaftet, welche jedoch nur zu minimalen Fehlern in der Größenordnung der Frequenzfehler führen. Werden die Signale gemäß dem Standard IEEE 802.15.4 ausgesendet, liegt ein relativer Fehler der Sendefrequenzen vor, der kleiner als 40 ppm ist, was zu einem Fehler in der Laufzeitdifferenzschätzung von bis zu 0,004 führen kann. Dieser Restfehler ist zwar unvermeidbar, aber vernachlässigbar klein. Lediglich die Mehrdeutigkeiten durch die arithmetische Mittelung sind noch störend.The Runtime terms according to the first line of the last one Equation are still with the relative errors of the respective transmission frequencies Afflict, which, however, only minimal errors on the order of magnitude cause the frequency error. Are the signals according to the Standard IEEE 802.15.4 sent out, is a relative error of Transmission frequencies that is less than 40 ppm, resulting in an error in the transit time difference estimate of up to 0.004 can. This residual error is unavoidable, but negligible small. Only the ambiguities through arithmetic averaging are still disturbing.

Teilt man die Sequenz eines Hoppingschemas in eine vordere Hälfte (sog. „Up Ramp”) und eine hintere Hälfte (sog. „Down Ramp”) und führt man die arithmetische Mittelung nicht auf Kanalebene, sondern für entsprechende Phasendifferenzen Mφ,up[c] und Mφ,down[c] des Up Ramps bzw. Down Ramps durch, erhält man folgendes Ergebnis:

Figure 00240001
φ*TDOA [c] = 12 (Mφ,up[c] + Mφ,down[c]) If one divides the sequence of a hopping scheme into a front half (so-called "Up Ramp") and a rear half (so-called "Down Ramp") and one leads the arithmetic averaging not on channel level, but for corresponding phase differences M φ, up [c ] and M φ, down [c] of the Up Ramps and Down Ramps, you get the following result:
Figure 00240001
φ * TDOA [c] = 1 2 (M φ, up [c] + M φ, down [C])

Dabei bezeichnet

Figure 00240002
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx in Kanal c ausgesen detes Signal im Intervall [i ∈ 0, ..., I / 2 – 1] der aufeinander folgende Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas, wobei I die Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist.This designates
Figure 00240002
the measured phase at the receiver Ry for a signal emitted by the transmitter Tx in channel c in the interval [i ∈ 0, ..., I / 2 - 1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is the total number of transmission times of a hopping scheme Sequence is.

Analog bezeichnet

Figure 00250001
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c ausgesendetes Signal im Intervall [ I / 2, ..., I – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas, wobei I wiederum die Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist.Analog called
Figure 00250001
the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [I / 2, ..., I-1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is again the total number of transmission times of a sequence ,

Die Funktion φ * / TDOA[c] enthält wiederum die Fehlerfunktion err[c]. Betrachtet man nunmehr jedoch die Fehlermodelle getrennt für Mφ,up[c] und Mφ,down[c], so stellt man fest, dass beide Terme dieselbe gesuchte Frequenzrampe enthalten wie φ * / TDOA[c], jedoch auch mit einem ähnlichen Fehlerterm behaftet sind, der nunmehr nicht mehr linear mit einer kleinen Steigung anwächst, sondern unstetig ist. Darüber hinaus können die beiden Terme aber keine Fehlerfunktion der Form err[c] enthalten, da bisher keine Mittelung stattgefunden hat.The function φ * / TDOA [c] again contains the error function err [c]. However, considering now the error models separately for M φ, up [c] and M φ, down [c], one finds that both terms contain the same searched frequency ramp as φ * / TDOA [c], but also with a similar one Error term are afflicted, which now no longer grows linearly with a small slope, but is unsteady. In addition, the two terms can not contain an error function of the form err [c], since no averaging has taken place so far.

Die Terme Mφ,up[c] und Mφ,down[c] können wie folgt umgeformt werden:

Figure 00250002
Figure 00260001
The terms M φ, up [c] and M φ, down [c] can be transformed as follows:
Figure 00250002
Figure 00260001

Dabei sind die Funktionen A(c), B(c), C(c) und D(c) von der verwendeten Hoppingsequenz abhängig. Sie beschreiben, in welchem Sendezeitpunkt i die Hoppingsequenz den Kanal c benutzt. Insbesondere entspricht A(c) dem Zusammenhang zwischen dem Kanal c und dem Sendezeitpunkt für den Sender T1 in der ersten Hälfe der Hoppingsequenz. B(c) entspricht dem Zusammenhang zwischen dem Kanal c und dem Sendezeitpunkt für den Sender T2 in der ersten Hälfte der Hoppingsequenz. C(c) entspricht dem Zusammenhang zwischen dem Kanal c und dem Sendezeitpunkt für den Sender T1 in der zweiten Hälfte der Hoppingsequenz. D(c) repräsentiert den Zusammenhang zwischen dem Kanal c und dem Sendezeitpunkt für den Sender T2 in der zweiten Hälfte der Hoppingsequenz.there are the functions A (c), B (c), C (c) and D (c) of the used Hopping sequence dependent. They describe in which transmission time the hopping sequence uses channel c. In particular, corresponds A (c) the relationship between the channel c and the transmission time for the transmitter T1 in the first half of the hopping sequence. B (c) corresponds to the relationship between the channel c and the transmission time for the transmitter T2 in the first half of the hopping sequence. C (c) corresponds to the relationship between the channel c and the transmission time for the transmitter T1 in the second half of the hopping sequence. D (c) represents the relationship between the channel c and the transmission time for the transmitter T2 in the second half the hopping sequence.

In den in 2 gezeigten Hoppingschemata sind diese Funktionen in der Regel nicht linear im Parameter c, sondern weisen eine oder mehrere Unstetigkeiten auf. Mφ,up[c] und Mφ,down[c] können also nicht direkt zur Schätzung der Laufzeitdifferenz herangezogen werden. Die Unstetigkeiten in den Fehlertermen werden durch die anschließende Mittelung zwar eliminiert, es verbleibt jedoch wieder die Fehlerfunktion err[c]. Ziel der hier beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nunmehr, unter Beachtung der speziellen Eigenschaften der Fehlerterme in Mφ,up[c] und Mφ,down[c] die Fehlerfunktion err[c] auf φ * / TDOA[c] zu schätzen und zu korrigieren.In the in 2 These hopping schemes are usually not linear in parameter c, but have one or more discontinuities. M φ, up [c] and M φ, down [c] can therefore not be used directly to estimate the transit time difference. The discontinuities in the error terms are eliminated by the subsequent averaging, but the error function err [c] remains. The aim of the variant of the method according to the invention described here is now, taking into account the special properties of the error terms in M φ, up [c] and M φ, down [c] the error function err [c] on φ * / TDOA [c] appreciate and correct.

Da die erfindungsgemäß verwendeten Hoppingsequenzen symmetrisch sind, besteht folgender Zusammenhang zwischen den obigen Funktionen A(c), B(c), C(c) und D(c): A(c) + C(c) = B(c) + D(c) = const. Since the hopping sequences used according to the invention are symmetrical, the following relationship exists between the above functions A (c), B (c), C (c) and D (c): A (c) + C (c) = B (c) + D (c) = const.

Unter Verwendung der realistischen Annahme δω [x] / x·δω [y] / y << δω [z] / z können die Fehlerterme in Mφ,up[c] und Mφ,down[c] Jeweils wie folgt zusammengefasst werden:

Figure 00270001
Using the realistic assumption δω [x] / x * δω [y] / y << δω [z] / z, the error terms in M φ, up [c] and M φ, down [c] can each be summarized as follows :
Figure 00270001

Subtrahiert man die obigen Funktionen voneinander und teilt sie durch 2, ergibt sich folgender Zusammenhang: 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) = s[c]·E[c] – err[c]mit einem Fehler err[c] und der Steigungsfunktion

Figure 00270002
sowie der für eine Hoppingsequenz charakteristischen Funktion E[c], welche wie folgt lautet: E[c] = A(c) – B(c) – C(c) + D(c) = 2[A(c) – B(c)] = 2[D(c) – C(c)] If one subtracts the above functions from one another and divides them by 2, the following relationship arises: 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) = s [c] · E [c] - err [c] with an error err [c] and the slope function
Figure 00270002
and the characteristic E [c] characteristic of a hopping sequence, which reads as follows: E [c] = A (c) -B (c) -C (c) + D (c) = 2 [A (c) -B (c)] = 2 [D (c) -C (c)]

Unter der realistischen Annahme, dass Δω << ω0 gilt, vereinfacht sich s[c] zu einer konstanten Funktion, welche wie folgt lautet:

Figure 00280001
Under the realistic assumption that Δω << ω 0 , s [c] simplifies to a constant function, which reads as follows:
Figure 00280001

Die Funktion 1 / 2(Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) ist somit eine um den Faktor s skalierte Version der Funktion E[c]. Sie ist auch mit einer Fehlerfunktion err[c] behaftet, welche unbekannt ist. Da E[c] aus dem Hoppingschema bekannt ist, kann diese Fehlerfunktion sehr einfach bestimmt werden. Eine erfindungswesentliche Erkenntnis ist nunmehr, dass diese Fehlerfunktion identisch ist mit der Fehlerfunktion auf φ * / TDOA[c] – 1 / 2(Mφ,up[c] + Mφ,down[c]). Es gilt nämlich:

Figure 00280002
The function 1/2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) is thus a version of the function E [c] scaled by the factor s. It is also subject to an error function err [c], which is unknown. Since E [c] is known from the hopping scheme, this error function can be determined very easily. An essential feature of the invention is that this error function is identical to the error function on φ * / TDOA [c] - 1/2 (M φ, up [c] + M φ, down [c]). It is true that:
Figure 00280002

Dabei bezeichnet nφ,up[c]π die Phasenverschiebung zwischen gemessener Phasendifferenz und tatsächlicher Phasendifferenz für die erste Hälfe der Hoppingsequenz und nφ,down[c]π die Phasenverschiebung zwischen der gemessenen Phasendifferenz und der tatsächlichen Phasendifferenz für die zweite Hälfte der Hoppingsequenz. Dabei wurden M φ,up[c] und M φ,down[c] aus der tatsächlichen und nicht aus der gemessenen Empfangsphase ermittelt.Where n φ, up [c] π denotes the phase shift between the measured phase difference and the actual phase difference for the first half of the hopping sequence and n φ, down [c] π the phase shift between the measured phase difference and the actual phase difference for the second half of the hopping sequence. Were M φ, up [C] and M φ, down [C] determined from the actual and not from the measured reception phase.

Da nφ,down[c]π ganzzahlig ist, gilt in komplexer Schreibweise exp{jnφ,down[c]π} = exp{–jnφ,down[c]π} = {0, –1}. Somit ergibt sich sowohl durch Addieren der Phase nφ,down[c]π als auch Subtrahieren der Phase nφ,down[c]π die gleiche Fehlerfunktion. Die Fehlerfunktion err[c] für φ * / TDOA[c] kann somit einfach durch Bestimmung der Fehlerfunktion auf der halbierten Subtraktion 1 / 2(Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) erfolgen.Since n φ, down [c] π is an integer, in complex notation exp {jn φ, down [c] π} = exp {-jn φ, down [c] π} = {0, -1}. Thus, adding the phase n φ, down [c] π as well as subtracting the phase n φ, down [c] π results in the same error function. The error function err [c] for φ * / TDOA [c] can thus be determined simply by determining the error lerfunktion on the halved subtraction 1/2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) take place.

Unter Berücksichtigung der Fehlerfunktion err[c] ergibt sich somit folgender Zusammenhang: 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) + err[c] = s·E[c] ⇒ err[c] = s·E[c] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) Taking into account the error function err [c], the following relationship thus results: 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) + err [c] = s · E [c] ⇒ err [c] = s · E [c] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [C])

Da err[c] nur die Werte 0 und π annehmen kann, muss der in der letzten Gleichung ermittelte Wert für err[c] wiederum stets auf ein Vielfaches von π gerundet und anschließend durch Addition von Vielfachen von 2π auf {0, π} phasenrichtig abgebildet werden.There err [c] can take only the values 0 and π, the in value determined for the last equation for err [c] again always rounded to a multiple of π and then by adding multiples of 2π to {0, π} be displayed in the correct phase.

Die einzig verbleibende Unbekannte ist der konstante Wert von s, wobei dieser wiederum z. B. durch Berücksichtigung von Einschränkungen des Messsystems, wie z. B. einem maximal möglichen Abstand zwischen den Sendern oder anderen Parametern bestimmt werden kann.The only remaining unknown is the constant value of s, where this in turn z. B. by considering restrictions of the measuring system, such. B. a maximum possible distance between the transmitters or other parameters can be determined.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, auf die Bestimmung von s zu verzichten. Dies wird durch die Verwendung eines speziellen Hoppingschemas gewährleistet, welches derart gewählt ist, dass E[c] konstant ist. Für ein solches Hoppingschema ergibt sich somit folgende Bedingung: E[c] = 2[A(c) – B(c)] = 2[D(c) – C(c)] != const. ⇒ A(c) – B(c) = D(c) – C(c) = const. = Δi In a particularly preferred embodiment, however, it is also possible to dispense with the determination of s. This is ensured by the use of a special hopping scheme chosen such that E [c] is constant. For such a hopping scheme, the following condition results: E [c] = 2 [A (c) -B (c)] = 2 [D (c) -C (c)] ! = const. ⇒ A (c) - B (c) = D (c) - C (c) = const. = Δi

Leitet man nunmehr die Fehlerfunktion err[c] nach der Kanalnummer c ab, ergibt sich folgender Zusammenhang: 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) + err[c] != s·E[c] ddc12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) + ddc err[c] = s·ddc E[c] 12 (Mφ,up[c] – Mφ,up[c – 1] – Mφ,down[c] + Mφ,down[c – 1]) + err[c] – err[c – 1] = 0 ⇒ err[c] = err[c – 1] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,up[c – 1] – Mφ,down[c] + Mφ,down[c – 1]) ∀ c = 1, ..., C – 1 If we now derive the error function err [c] after the channel number c, the following relationship arises: 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) + err [c] ! = s · E [c] d dc 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) + d dc err [c] = s · d dc E [c] 1 2 (M φ, up [c] - M φ, up [c - 1] - M φ, down [c] + M φ, down [c - 1]) + err [c] - err [c - 1] = 0 ⇒ err [c] = err [c - 1] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, up [c - 1] - M φ, down [c] + M φ, down [c - 1]) ∀ c = 1, ..., C - 1

Auch hier muss err[c] wieder auf ein Vielfaches von π gerundet und anschließend durch Addition von Vielfachen von 2π auf {0, π} phasenrichtig abgebildet werden. Gemäß der letzten Zeile der Gleichung kann somit die Fehlerfunktion err[c] auch basierend auf den gemessenen Phasen des jeweiligen Kanals und des vorhergehenden Kanals sowie basierend auf dem Fehler des vorhergehenden Kanals bestimmt werden. Dabei ist die Annahme err[c] = 0 zulässig und beschneidet nicht die Eindeutigkeit der Lösung. Man erkennt, dass diese Fehlerfunktion err[c] nicht mehr von s abhängt, was dadurch erreicht wird, dass der Term, der s enthält, durch die erste Ableitung wegfällt, da E[c] als konstant vorausgesetzt wird.Also Here, err [c] must be rounded to a multiple of π and then by adding multiples of 2π {0, π} are displayed in the correct phase. According to the the last line of the equation can thus be the error function err [c] also based on the measured phases of the respective channel and of the previous channel and based on the error of the previous one Channels are determined. The assumption err [c] = 0 is allowed and does not curtail the uniqueness of the solution. you recognizes that this error function err [c] no longer depends on s, which is achieved by the term containing s through the first derivative is omitted, since E [c] is assumed to be constant becomes.

4 zeigt ein Diagramm, welches die Sequenz eines Hoppingschemas wiedergibt, bei dem E[c] konstant ist. Entlang der Abszisse der 4 ist dabei die Hoppingsequenzposition i, d. h. der entsprechende i-te Sendezeitpunkt, wiedergegeben und entlang der Ordinate der Kanal c, in dem zu dem jeweiligen Zeitpunkt i gesendet wird. Die einzelnen Kreise in dem Diagramm entsprechen dem Aussenden eines Signals zu dem entsprechenden Sendezeitpunkt mit der entsprechenden Kanalnummer. Der funktionale Zusammenhang basierend auf der linkeren oberen Geraden bzw. der rechten oberen Geraden entspricht dabei der oben definierten Funktion A(c) bzw. C(c). Auf diesen Geraden liegen somit Sendezeitpunkte für den Sender T1. Analog entspricht die linke untere Gerade bzw. die rechte untere Gerade der obigen Funktion B(c) bzw. D(c). Auf diesen Geraden liegen somit die Sendezeitpunkte für den Sender T2. In dem Diagramm der 4 ist ferner die entsprechende Symmetrieachse S des Hoppingschemas wiedergegeben. Man erkennt, dass in einem derartigen Hoppingschema die obige Bedingung A(c) – B(c) = D(c) – C(c) = const. = Δierfüllt ist. Die Hoppingsequenzlänge eines derartigen Hoppingschemas ist nunmehr nicht mehr I = 2C, sondern sie wächst auf I = 2(C + Δi) an. Insbesondere werden in dem Hoppingschema der 4 n = 16 Kanäle und i = 38 Sendezeitpunkte verwendet und der konstante Kanalabstand Δi beträgt 3. Die gemeinsam belegte Bandbreite bleibt maximal. Es gibt jedoch nun Zeiten, zu denen nur einer der Sender T1 und T2 sendet. In dem Diagramm der 4 sind dies die Sendezeitpunkte I = 0, 1, 2, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 35, 36, 37. Alle Hoppingschemata, bei denen die Differenzen zwischen den Geraden A(c) und B(c) bzw. den Geraden D(c) und C(c) gleich groß und konstant sind, ermöglichen eine vereinfachte Abschätzung des Fehlers err[c], bei der nicht die Bestimmung des konstanten Parameters s erforderlich ist. Ein weiteres Beispiel eines Hoppingschemas, welches die obige Bedingung erfüllt, ist schematisiert in 5 wiedergegeben, wobei in dieser Figur lediglich die entsprechenden Geraden A(c), B(c), C(c) und D(c) ohne Spezifikation der einzelnen Sendezeitpunkte wiedergegeben sind. 4 shows a diagram representing the sequence of a hopping scheme in which E [c] is constant. Along the abscissa of 4 is the hopping sequence position i, ie the corresponding i-th transmission time, reproduced and along the ordinate the channel c, in which is sent to the respective time i. The individual circles in the diagram correspond to the transmission of a signal at the corresponding transmission time with the corresponding channel number. The functional relationship based on the left upper straight line and the right upper straight line corresponds to the function A (c) or C (c) defined above. On these lines are thus transmission times for the transmitter T1. Analogously, the left lower straight line and the right lower straight line respectively correspond to the above function B (c) or D (c). The transmission times for the transmitter T2 thus lie on these straight lines. In the diagram of 4 Furthermore, the corresponding symmetry axis S of the hopping scheme is reproduced. It can be seen that in such a hopping scheme the above condition A (c) -B (c) = D (c) -C (c) = const. = Δi is satisfied. The hopping sequence length of such a hopping scheme is no longer I = 2C, but increases to I = 2 (C + Δi). In particular, in the hopping scheme of 4 n = 16 channels and i = 38 transmission times used and the constant channel spacing Δi is 3. The shared bandwidth remains maximum. However, there are times when only one of the transmitters T1 and T2 transmits. In the diagram of 4 these are the transmission times I = 0, 1, 2, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 35, 36, 37. All hopping Schematics in which the differences between the straight lines A (c) and B (c) and the straight lines D (c) and C (c) are equal and constant, allow a simplified estimation of the error err [c], in which it is not necessary to determine the constant parameter s. Another example of a hopping scheme satisfying the above condition is schematized in FIG 5 reproduced, wherein in this figure, only the corresponding lines A (c), B (c), C (c) and D (c) are reproduced without specification of the individual transmission times.

Wie sich aus den vorangegangenen Ausführungen ergibt, können erfindungsgemäß durch die Verwendung eines günstigen Kanalmodells bzw. der Ausnutzung eines detaillierten Fehlermodells des Messsystems der sich durch die arithmetische Mittelung der Phasendifferenzen ergebende Fehler abgeschätzt werden. Auf diese Weise kann eine eindeutig korrigierte Phasensteigungskurve bestimmt werden, aus der eine Laufzeitdifferenz und hierdurch die Position eines zu ortenden Senders genauer bestimmt werden kann.As can be seen from the foregoing, can according to the invention by the use of a favorable Channel model or the exploitation of a detailed error model of the measuring system distinguished by the arithmetic mean of the phase differences resulting errors are estimated. This way you can a clearly corrected phase slope curve is determined out of a term difference and thereby the position of a to local transmitter can be determined more accurately.

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Claims (14)

Verfahren zur Ortung von drahtlos kommunizierenden Funkteilnehmern, bei dem die Position mindestens eines Senders (T1) mit Hilfe eines weiteren Senders (T2) und mindestens zwei Empfängern (R1, R2) ermittelt wird, wobei: – die Sender (T1, T2) jeweils eine Sequenz von mehreren Signalen auf Kanälen (c) aussenden, wobei die Sequenz durch ein Hoppingschema festgelegt ist, welches für vorgegebene Sendezeitpunkte (i) den oder die Kanäle (c) definiert, in denen einer oder mehrere der Sender (T1, T2) ein Signal aussenden; – die Signale von den Empfängern (R1, R2) empfangen werden und Phasen der empfangene Signale gemessen werden, wobei aus den gemessenen Phasen eines jeweiligen Kanals (c) eine gemittelte Phasendifferenz (φ * / TDOA[c]) des jeweiligen Kanals (c) bestimmt wird, welche von der Position des mindestens einen Senders (T1) in Bezug auf den weiteren Sender (T2) abhängt; – ein Fehler (err[c]) zwischen der gemittelten Phasendifferenz (φ * / TDOA[c]) und der tatsächlichen Phasendifferenz des jeweiligen Kanals (c) durch eine Kombination der gemessenen Phasen und/oder der gemittelten Phasendifferenzen (φ * / TDOA[c]) des jeweiligen Kanals (c) und/oder weiterer Kanäle der Sequenz abgeschätzt wird; – die gemittelte Phasendifferenz (φ * / TDOA[c]) jedes Kanals (c) der Sequenz um den abgeschätzten Fehler (err[c]) korrigiert wird; – aus den korrigierten Phasendifferenzen (φTDOA[c]) der Kanäle (c) der Sequenz die Position des mindestens einen Senders (T1) bestimmt wird.Method for locating wirelessly communicating radio subscribers, in which the position of at least one transmitter (T1) is determined with the aid of a further transmitter (T2) and at least two receivers (R1, R2), wherein: - the transmitters (T1, T2) each have one Sending a sequence of a plurality of signals on channels (c), the sequence being determined by a hopping scheme which defines for predetermined transmission times (i) the channel or channels (c) in which one or more of the transmitters (T1, T2) is a signal send; The signals from the receivers (R1, R2) are received and phases of the received signals are measured, wherein from the measured phases of a respective channel (c) an averaged phase difference (φ * / TDOA [c]) of the respective channel (c) it is determined which depends on the position of the at least one transmitter (T1) with respect to the further transmitter (T2); An error (err [c]) between the averaged phase difference (φ * / TDOA [c]) and the actual phase difference of the respective channel (c) by a combination of the measured phases and / or the averaged phase differences (φ * / TDOA) c]) of the respective channel (c) and / or further channels of the sequence is estimated; - the averaged phase difference (φ * / TDOA [c]) of each channel (c) of the sequence is corrected by the estimated error (err [c]); - From the corrected phase differences (φ TDOA [c]) of the channels (c) of the sequence, the position of the at least one transmitter (T1) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden einzelnen Sender (T1, T2) ein eigenes Hoppingsschema vorgesehen ist, welches N Einträge umfasst, wobei – die Hoppingschemata symmetrisch um ihren Mittelpunkt sind; – die Sendezeitpunkte (i) innerhalb eines Hoppingschemas einen konstanten zeitlichen Abstand voneinander aufweisen; und – die Signale aus einem Trägersignal, dessen Frequenz durch den Kanal (c) vorgegeben wird, und einem hierauf aufmodulierten Datenstrom bestehen, wobei für einen Sender (T1, T2) die Differenz zwischen der Phase des Datenstroms und der Phase des Trägersignals eines jeden Kanals (c) konstant ist.Method according to claim 1, characterized in that that for each individual transmitter (T1, T2) its own Hoppingsschema is provided, which comprises N entries, where - the Hopping schemes are symmetrical about their center; - the Send times (i) within a hopping scheme a constant temporally spaced from each other; and - the Signals from a carrier signal, whose frequency through the Channel (c) is given, and a data stream modulated thereon exist, for a transmitter (T1, T2) the difference between the phase of the data stream and the phase of the carrier signal of each channel (c) is constant. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem nie zwei oder mehr Sender (T1, T2) zum selben Zeitpunkt denselben Kanal (c) benutzen.The method of claim 2, wherein never two or more transmitters (T1, T2) use the same channel (c) at the same time. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Hoppingschemata aller Sender (Ti) dieselben Kanäle (c) enthalten.Method according to claim 2 or 3, wherein the hopping schemes all transmitters (Ti) contain the same channels (c). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Position des mindestens einen Senders (T1) aus den korrigierten Phasendifferenzen (φTDOA[c]) der Kanäle (c) der Sequenz durch eine Transformation in die Zeitdomäne, insbesondere durch eine inverse Fourier-Transformation, bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the position of the at least one transmitter (T1) from the corrected phase differences (φ TDOA [c]) of the channels (c) of the sequence by a transformation into the time domain, in particular by an inverse Fourier transform , is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fehler für jeden Kanal c mit Hilfe folgender Fehlerfunktion err[c] bestimmt wird: err[c] – (φ*TDOA [c] – 2φ*TDOA [c – 1] + φ*TDOA [c – 2]) – err[c – 2] ∀ c = 2, ..., C – 1wobei φ * / TDOA[c] die gemittelte Phasendifferenz des Kanals c ist und C die Gesamtanzahl an gemäß dem Hoppingschema benutzten Kanälen darstellt.Method according to one of the preceding claims, in which the error for each channel c is determined by means of the following error function err [c]: err [c] - (φ * TDOA [c] - 2φ * TDOA [c - 1] + φ * TDOA [c - 2]) - err [c - 2] ∀ c = 2, ..., C - 1 where φ * / TDOA [c] is the average phase difference of the channel c and C represents the total number of channels used according to the hopping scheme. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Werte von err[0] und/oder err[1] unter Berücksichtigung von Parametern bezüglich der Anordnung der Funkteilnehmer, insbesondere von maximal und/oder minimal möglichen Abständen zwischen dem zumin dest einem Sender (T1) und dem weiteren Sender (T2), bestimmt werden.Method according to claim 6, wherein the values of err [0] and / or err [1] taking into account parameters with regard to the arrangement of the radio subscribers, in particular of maximum and / or minimum possible distances between at least one transmitter (T1) and the other transmitter (T2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fehler err[c] mit Hilfe folgender Funktion abgeschätzt wird: E[c] = A(c) – B(c) – C(c) – D(c)wobei A(c) der Sendezeitpunkt (i) eines Signals ist, das von dem zumindest einen Sender (T1) in der ersten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird; B(c) der Sendezeitpunkt (i) eines Signals ist, das von dem weiteren Sender (T2) in der ersten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird; C(c) der Sendezeitpunkt (i) eines Signals ist, das von dem zumindest einen Sender (T1) in der zweiten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird; D(c) der Sendezeitpunkt (i) eines Signals ist, das von dem weiteren Sender (T2) in der zweiten Hälfte der Sequenz des Hoppingschemas im Kanal c ausgesendet wird.Method according to one of the preceding claims, in which the error err [c] is estimated using the following function: E [c] = A (c) -B (c) -C (c) -D (c) wherein A (c) is the transmission time (i) of a signal transmitted by the at least one transmitter (T1) in the first half of the sequence of the hopping scheme in the channel c; B (c) is the transmission time (i) of a signal transmitted by the further transmitter (T2) in the first half of the sequence of the hopping scheme in channel c; C (c) is the transmission time (i) of a signal transmitted by the at least one transmitter (T1) in the second half of the sequence of the hopping scheme in the channel c; D (c) is the transmission time (i) of a signal transmitted by the further transmitter (T2) in the second half of the sequence of the hopping scheme in the channel c. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Fehler mit Hilfe einer Fehlerfunktion err[c] durch die Lösung der folgenden Gleichung bestimmt wird: 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) + err[c] = s·E[c]wobei s eine Konstante ist, wobei
Figure 00360001
wobei i = 0, ..., C – 1 die Kanäle indiziert und C die Gesamtanzahl der Kanäle ist; wobei
Figure 00360002
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c gesendetes Signal im Intervall [0, ..., I / 2 – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte (i) der Sequenz des Hoppingschemas bezeichnet, wobei I der Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist; wobei
Figure 00360003
die gemessene Phase beim Empfänger Ry für ein vom Sender Tx im Kanal c gesendetes Signal im Intervall [ I / 2, ..., I – 1] der aufeinander folgenden Sendezeitpunkte der Sequenz des Hoppingschemas bezeichnet, wobei I der Gesamtanzahl an Sendezeitpunkten einer Sequenz ist.
Method according to Claim 8, in which the error is determined by means of an error function err [c] by the solution of the following equation: 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [c]) + err [c] = s · E [c] where s is a constant, where
Figure 00360001
where i = 0, ..., C-1 indicates the channels and C is the total number of channels; in which
Figure 00360002
the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [0, ..., I / 2 - 1] of the successive transmission times (i) of the sequence of the hopping scheme, where I the total number of transmission times a sequence is; in which
Figure 00360003
denotes the measured phase at the receiver Ry for a signal transmitted by the transmitter Tx in the channel c in the interval [I / 2, ..., I-1] of the successive transmission times of the sequence of the hopping scheme, where I is the total number of transmission times of a sequence ,
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem unter Berücksichtigung von Parametern der Anordnung der Funkteilnehmer, insbesondere von maximal und/oder minimal möglichen Abständen zwischen dem zumindest einen Sender (T1) und dem weiteren Sender (T2), ein Wert für s bestimmt wird und basierend darauf der Fehler mit Hilfe folgender Fehlerfunktion err[c] ermittelt wird: err[c] = s·E[c] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,down[c]) Method according to claim 8 or 9, wherein, taking into account parameters of the arrangement of the radio subscribers, in particular of maximum and / or minimum possible distances between the at least one transmitter (T1) and the further transmitter (T2), a value for s is determined, and based on the error is determined using the following error function err [c]: err [c] = s · E [c] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, down [C]) Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem E[c] in zumindest einem Teil der Sequenz des Hoppingschemas, insbesondere in der gesamten Sequenz, konstant ist.Method according to one of claims 8 to 10, in which E [c] in at least part of the sequence of the hopping scheme, especially in the entire sequence, is constant. Verfahren nach Anspruch 11 in Kombination mit Anspruch 9, bei dem für den zumindest einen Teil der Sequenz des Hoppingschemas mit konstantem E[c] die Fehlerfunktion err[c] wie folgt bestimmt wird: err[c] = err[c – I] – 12 (Mφ,up[c] – Mφ,up[c – 1] – Mφ,down[c] + Mφ,down[c – 1]) ∀ c = 1, ..., C – 1 Method according to claim 11 in combination with claim 9, wherein for the at least part of the sequence of the hopping scheme with constant E [c] the error function err [c] is determined as follows: err [c] = err [c - I] - 1 2 (M φ, up [c] - M φ, up [c - 1] - M φ, down [c] + M φ, down [c - 1]) ∀ c = 1, ..., C - 1 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Signale gemäß dem Standard IEEE 802.15.4 ausgesendet werden.Method according to one of the preceding claims, in the signals according to the standard IEEE 802.15.4 to be sent out. System zur Ortung von drahtlos kommunizierenden Funkteilnehmern, umfassend mindestens einen Sender (T1) und einen weiteren Sender (T2) sowie mindestens zwei Empfänger (R1, R2), wobei das System im Betrieb die Position des mindestens einen Senders (T1) mit Hilfe des weiteren Senders (T2) und der mindestens zwei Empfänger (R1, R2) ermittelt, wobei das System derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem System durchführbar ist.System for locating wirelessly communicating Radio subscribers, comprising at least one transmitter (T1) and one further transmitter (T2) and at least two receivers (R1, R2), wherein the system is in operation, the position of at least one Transmitter (T1) with the help of the other transmitter (T2) and the at least two receivers (R1, R2) determined, the system such is designed that a method according to one of the preceding Claims with the system is feasible.
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