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Technisches Gebiet
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Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem Verfahren, einem Computerprogramm und einem Sende-Empfängermodul zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen.
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Hintergrund
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Bei der periodischen Lokalisierung einer mobilen Sende-/Empfangseinrichtung durch ein Fahrzeug mit mehreren verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen, beispielsweise durch das im Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, Institut für Elektrotechnik und Elektronik-Ingenieure) 802.15.4 Standard dargestellte Protokoll, ist der Energieverbrauch an den Sende-/Empfangseinrichtungen des Fahrzeug besonders hoch, solange die mobile Sende-/Empfangseinrichtung sich nicht innerhalb der Funkreichweite der Sende-/Empfangseinrichtungen des Fahrzeugs befindet.
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Zur Lokalisierung der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung kann das im IEEE 802.15.4 Standard spezifizierte Verfahren zur sicheren Abstandsmessung (beispielsweise durch Double Sided Two Way Ranging (DS-TWR), Doppelseitiges-Zwei-Wege-Ranging, in IEEE 802.15.4, wobei das „Ranging“ einer Distanzmessung entspricht) durch den Austausch von speziellen Funknachrichten mit großer spektraler Bandbreite verwendet werden. Für das in IEEE 802.15.4 spezifizierte Verfahren kann dafür zunächst eine von der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung verschickte Funknachricht von den im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen empfangen werden. Da die mobile Sende-/Empfangseinrichtung und die im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen im Allgemeinen keine gemeinsame Kenntnis der zum Sendezeitpunkt vorliegenden Uhrzeit besitzen, können die im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen jederzeit den Empfang von Funknachrichten erwarten und ermöglichen.
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Nach Eintritt der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung in den Funkbereich einer der im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen und dem Empfang einer Funknachricht der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung durch die im Fahrzeug verbaute Sende-/Empfangseinrichtung kann die betreffende Sende-/Empfangseinrichtung im Fahrzeug ihren Energieverbrauch senken, indem sich die betreffende Sende-/Empfangseinrichtung im Fahrzeug bis zur nächsten periodischen Lokalisierung deaktiviert und sich erst kurz vor dem Zeitpunkt der jeweils als nächstes anstehenden Lokalisierung wieder reaktiviert.
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Da die im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen räumlich verteilt sind führt der Eintritt der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung in den Funkbereich einer bestimmten im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtung nur zur Reduzierung des Stromverbrauchs an einer bestimmten im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtung. Für den speziellen Fall, dass mehrere der im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtung an einem gemeinsamen Bussystem verbunden sind, kann die Zeitsynchronisationsinformation unter den im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen verteilt werden, so dass diese ebenfalls eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch die zuvor beschrieben Anwendung der Information auf die periodischen Funkabläufe durchführen können. Ein dafür geeignetes Busprotokoll ist in IEEE 1588 standardisiert und als Precision Time Protocol (PTP, Präzises Zeitprotokoll) bekannt. Um eine geeignete Verteilung der Zeitsynchronisationsinformation gemäß IEEE 1588 durchführen zu können, sollte das zugrundeliegende Bussystem spezielle Eigenschaften erfüllen, die typischerweise nicht in einem Fahrzeugdatenbussystem wie z.B. LIN (Local Interconnect Network, Lokales Verbindungnetzwerk)-Bussystemen und CAN (Controller Area Network, Kontrollnetzwerk)-Bussystemen gegeben sind.
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Falls die im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen über keine solche Verbindung über das Fahrzeugbusnetz verfügen, ist demnach keine fahrzeugweite Senkung des Energieverbrauchs möglich.
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Zusammenfassung
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Es besteht ein Bedarf, einen verbesserten Ansatz zum Senken des Energieverbrauchs eines Verbunds von Sende-Empfängermodulen, beispielsweise in einem Fahrzeug, bereitzustellen.
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Diesem Bedarf wird durch die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Rechnung getragen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung basieren auf der Erkenntnis, dass die Technologie, die dafür verwendet wird, um die Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät (einer mobilen Sende-/Empfangseinrichtung) und einem Sende-Empfängermodul (etwa einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein Fahrzeug) adaptiert werden kann, um die Zeitsynchronisierung zwischen den Sende-Empfängermodulen weiterzureichen. So kann beispielsweise eines der Sende-Empfängermodule über eine hochgenaue Zeitsynchronisierung mit dem Mobilgerät verfügen und basierend darauf den anderen Sende-Empfängermodulen ein Zeitsynchronisierungssignal bereitstellen, das diese dann nutzen können, um ihre eigene Zeitsynchronisierung anzupassen und fortan über eine verbesserte Zeitsynchronisierung mit dem Mobilgerät zu verfügen. Dazu können Zeitabschnitte (auch engl. time slots) verwendet werden, die in der Kommunikation der entsprechenden Sende-Empfängermodule zusätzlich zu den Zeitabschnitten vorgesehen sind, die für das Ranging zwischen Mobilgerät und Sende-Empfängermodul vorgesehen sind. Beispielsweise kann sich die Zeitsynchronisierung über die Zeit durch einen Zeit-Drift zwischen den Quarz-basierten Oszillatoren, die in dem Mobilgerät und den Sende-Empfängermodulen verwendet werden, verschlechtern. Außerdem könnten Zeitsynchronisationsverfahren mit unterschiedlichen Eigenschaften und verschiedener Genauigkeit zeitlich nacheinander verwendet werden, wobei die Reihenfolge vom Situationsfall abhinge und im Vorhinein nicht bekannt ist. Daher können bei der Zeitsynchronisierung zwischen Mobilgerät und Sende-Empfängermodul und zwischen den Sende-Empfängermodulen die Zeitsynchronisierung angepasst werden, falls das empfangene Zeitsynchronisierungssignal genauer ist als die zuvor genutzte Zeitsynchronisierung. Basierend auf der verbesserten Zeit-Synchronisierung kann nun das Empfangsverhalten der Sende-Empfängermodule angepasst werden, so dass ein entsprechendes Sende-Empfängermodul für eine geringere Zeit empfangsbereit sein muss. Dies ermöglicht die Senkung des Energieverbrauchs aller im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen durch die Verteilung der dafür notwendigen Information durch eine Erweiterung des für die Lokalisierung der mobilen Sende-/Empfangseinrichtungen spezifizierten Funkprotokolls.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Das Verfahren wird durch das Sende-Empfängermodul ausgeführt. Das Verfahren umfasst ein Lauschen, in zumindest einigen einer Mehrzahl von Zeitabschnitten, für ein Zeitsynchronisierungssignal eines weiteren Sende-Empfängermoduls der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Jeder Zeitabschnitt der Mehrzahl von Zeitabschnitten ist einem Sende-Empfängermodul der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen zugewiesen. Das Verfahren umfasst ferner ein Anpassen der Zeitsynchronisierung, falls ein empfangenes Zeitsynchronisierungssignal eine höhere geschätzte Genauigkeit aufweist als die Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Das Verfahren umfasst ferner ein Übermitteln eines Zeitsynchronisierungssignals für die weiteren Sende-Empfängermodule basierend auf der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Durch das Empfangen und Übermitteln von Zeitsynchronisierungssignalen kann die Zeitsynchronisierung zumindest zwischen den Sende-Empfängermodulen ausgetauscht werden. Dabei kann die lokale Zeitsynchronisierung angepasst werden, sofern das empfangene Zeitsynchronisierungssignal genauer ist das die zuvor genutzte Zeitsynchronisierung. Dies ermöglicht, wie zuvor ausgeführt, die Senkung des Energieverbrauchs der Sende-Empfänger des Sende-Empfängermoduls.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das empfangene und das übermittelte Zeitsynchronisierungssignal eine Information über die geschätzte Genauigkeit des jeweiligen Zeitsynchronisierungssignals umfassen. Dadurch kann das jeweilige empfangende Sende-Empfängermodul abschätzen, ob das empfangene Zeitsynchronisierungssignal genauer ist als die aktuelle genutzte Zeitsynchronisierung des jeweiligen Sende-Empfängermoduls.
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Beispielsweise kann das Verfahren ein Anpassen einer geschätzten Genauigkeit der Zeitsynchronisierung basierend auf einer Zeitspanne seit der letzten Anpassung der Zeitsynchronisierung, basierend auf einer geschätzten Genauigkeit des Zeitsynchronisierungssignals, auf dem die letzte Anpassung der Zeitsynchronisierung basiert und basierend auf einer Genauigkeit eines Zeitgebers des Sende-Empfängermoduls umfassen. So kann der Verschlechterung der Zeitsynchronisierung durch den Zeit-Drift zwischen den Quarz-Oszillatoren Rechnung getragen werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Lauschen, in einem vordefinierten Zeitabschnitt, auf ein Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts. Damit kann die Zeitsynchronisierung mit dem Mobilgerät direkt basierend auf dem Signal des Mobilgeräts angepasst werden und dann entsprechend den weiteren Sende-Empfängermodulen weitergegeben werden.
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Beispielsweise kann das Lauschen für das Zeitsynchronisierungssignal durchgeführt werden, falls die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung schlechter ist als ein Schwellenwert. In anderen Worten kann die Anpassung der Zeitsynchronisierung erst durchgeführt werden, wenn die Qualität der Zeitsynchronisierung nicht mehr ausreichend hoch ist, wodurch in der Zwischenzeit Energie gespart werden kann.
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Das Verfahren kann ferner ein Anpassen eines zum Empfangen von Signalen vorgesehenen Zeitraums eines Sende-Empfängers des Sende-Empfängermoduls basierend auf der angepassten Zeitsynchronisierung umfassen. Durch das Anpassen des zum Empfangen von Signalen vorgesehenen Zeitraums kann der Zeitraum beispielsweise verkleinert werden, wodurch Energie gespart werden kann.
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Beispielsweise kann der zum Empfangen von Signalen vorgesehene Zeitraum des Sende-Empfängers für den Empfang eines Ortungssignals von dem Mobilgerät basierend auf der angepassten Zeitsynchronisierung angepasst werden. Damit kann vermieden werden, dass der jeweilige Sende-Empfänger zum Ranging über einen längeren Zeitraum aktiviert bleiben muss.
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Beispielsweise kann das Zeitsynchronisierungssignal des weiteren Sende-Empfängermoduls auf einer Ultrabreitband-Übertragungstechnologie (auch engl. Ultra Wide Band, UWB) basieren. In anderen Worten kann die Zeitsynchronisierung zwischen den Sende-Empfängermodulen mittels UWB weitergegeben werden. Das Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts kann auf einer Ultrabreitband-Übertragungstechnologie oder einer Bluetooth-Übertragungstechnologie (wie etwa Niedrigenergie-Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE oder Bluetooth LE)) basieren. In anderen Worten kann die ursprüngliche Zeitsynchronisierung zwischen Mobilgerät und Sende-Empfängermodul auf UWB oder Bluetooth LE basieren.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen an unterschiedlichen Positionen eines Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise können die Sende-Empfängermodule verwendet werden, um die Position des Mobilgeräts relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen. Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein Fahrzeug mit dem Sende-Empfängermodul oder der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner ein Sende-Empfängermodul mit ein oder mehreren Prozessoren und ein oder mehreren Sende-Empfängern. Das Sende-Empfängermodul ist ausgebildet zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul durch Lauschen, in zumindest einigen einer Mehrzahl von Zeitabschnitten, für ein Zeitsynchronisierungssignal eines weiteren Sende-Empfängermoduls der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen über den Sende-Empfänger. Jeder Zeitabschnitt der Mehrzahl von Zeitabschnitten ist einem Sende-Empfängermodul einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen zugewiesen. Die Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen umfasst das Sende-Empfängermodul. Das Sende-Empfängermodul ist ferner ausgebildet zum Anpassen der Zeitsynchronisierung, falls ein empfangenes Zeitsynchronisierungssignal eine höhere geschätzte Genauigkeit aufweist als die Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Das Sende-Empfängermodul ist ferner ausgebildet zum Übermitteln eines Zeitsynchronisierungssignals für die weiteren Sende-Empfängermodule über den Sende-Empfänger basierend auf der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul.
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Figurenliste
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Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1a zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung;
- 1b zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sende-Empfängermoduls zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung;
- 2 zeigt ein Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul;
- 3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen;
- 4 zeigt ein beispielhaftes Paketformat;
- 5a zeigt ein beispielhaftes Netzwerk-Diagramm eines Netzwerkes mit einem Mobilgerät und einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen,
- 5b zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen, wobei die ursprüngliche Zeitsynchronisierung über Bluetooth Low Energy erfolgt;
- 6a zeigt ein beispielhaftes Netzwerk-Diagramm eines Netzwerkes mit einem Mobilgerät und einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen, und
- 6b zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen, wobei eine zusätzliche Zeitsynchronisierung über UWB erfolgt.
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Beschreibung
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Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht explizit oder implizit anders definiert. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt, mutatis mutandis, für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
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Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
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1a zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät 20 und einem Sende-Empfängermodul 10 einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Das Verfahren wird durch das Sende-Empfängermodul ausgeführt. Insbesondere kann das Verfahren von jedem der Sende-Empfängermodule ausgeführt werden. Beispielsweise zeigt 1b die Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen 10, die jeweils das Verfahren ausführen können. Das Verfahren umfasst Lauschen 120, in zumindest einigen einer Mehrzahl von Zeitabschnitten, für ein Zeitsynchronisierungssignal eines weiteren Sende-Empfängermoduls der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Jeder Zeitabschnitt der Mehrzahl von Zeitabschnitten ist einem Sende-Empfängermodul der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen zugewiesen. Das Verfahren umfasst ferner ein Anpassen 140 der Zeitsynchronisierung, falls ein empfangenes Zeitsynchronisierungssignal eine höhere geschätzte Genauigkeit aufweist als die Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Das Verfahren umfasst ferner ein Übermitteln 150 eines Zeitsynchronisierungssignals für die weiteren Sende-Empfängermodule basierend auf der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul.
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1b zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Sende-Empfängermoduls 10, das ausgebildet ist zum Anpassen der Zeitsynchronisierung. Das Sende-Empfängermodul 10 umfasst ein oder mehreren Prozessoren 12 und ein oder mehreren Sende-Empfänger 14, die mit den ein oder mehreren Prozessoren gekoppelt sind. Dabei kann eine Verarbeitungsfunktionalität des Sende-Empfängermoduls beispielsweise von einem Prozessor bereitgestellt werden, während die Kommunikation über die ein oder mehreren Sende-Empfänger erfolgt. Das Sende-Empfängermodul ist ausgebildet zum Anpassen der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät 20 und dem Sende-Empfängermodul 10 durch Ausführen des Verfahrens von 1a. Insbesondere ist das Sende-Empfängermodul ausgebildet zum Lauschen, in zumindest einigen einer Mehrzahl von Zeitabschnitten, für ein Zeitsynchronisierungssignal eines weiteren Sende-Empfängermoduls der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen über den Sende-Empfänger. Dabei umfasst die Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen das Sende-Empfängermodul. Das Sende-Empfängermodul ist ausgebildet zum Anpassen der Zeitsynchronisierung, falls ein empfangenes Zeitsynchronisierungssignal eine höhere geschätzte Genauigkeit aufweist als die Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Das Sende-Empfängermodul ist ausgebildet zum Übermitteln eines Zeitsynchronisierungssignals für die weiteren Sende-Empfängermodule über den Sende-Empfänger basierend auf der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein Verfahren, ein Computerprogramm sowie auf ein Sende-Empfängermodul zum Anpassen einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. In dem vorliegend beschriebenen Szenario wird eine direkte oder indirekte Zeitsynchronisierung des Mobilgeräts mit den (etwa jedem der) Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen verfolgt. Eine solche Zeitsynchronisierung kann beispielsweise in einem Fahrzeug-Szenario wünschenswert sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeug die Mehrzahl von Sende-Empfängermodule umfassen. Die Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen können beispielsweise an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils ein Sende-Empfängermodul an den vier äußeren Ecken des Fahrzeugs angeordnet sein (etwa in den Stoßstangen) und ein oder mehrere Sende-Empfängermodule können im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein. Ein Beispiel dafür ist in den 5a bis 6b gegeben, wo die Mehrzahl von Sende-Empfängern jeweils sechs Sende-Empfänger umfasst. Im Allgemeinen sind die Sende-Empfängermodule dazu ausgebildet, um über eine drahtlose Übertragungstechnologie zu kommunizieren. Insbesondere sind die vorgestellten Zeitsynchronisierungssignale drahtlose Zeitsynchronisierungssignale. Die Sende-Empfängermodule können beispielsweise ausgebildet sein, um über eine erste (drahtlose) Übertragungstechnologie zu kommunizieren, beispielsweise über die Ultrabreitband-Übertragungstechnologie (auch engl. Ultrawideband, UWB). Zumindest eine Teilmenge der Sende-Empfänger können ferner ausgebildet sein, um über eine zweite (drahtlose) Übertragungstechnologie zu kommunizieren, beispielsweise über eine Bluetooth-basierte Übertragungstechnologie, wie etwa Niedrigenergie-Bluetooth (engl. Bluetooth Low Energy, BLE). Dabei können die jeweiligen Sende-Empfängermodule separate Sende-Empfänger für jede der Übertragungstechnologien umfassen, etwa separate Sende-Empfänger für UWB und BLE (oder nur UWB, falls nur UWB unterstützt wird). In Sende-Empfängermodule können ferner durch einen Sende-Empfänger zur drahtgebundenen Kommunikation mit einem Fahrzeugnetzwerk, wie etwa einen Kontroll-Netzwerk-Bus (auch engl. Controller Area Network Bus, CAN Bus) oder einem lokalen Verbindungsnetzwerk (auch engl. Local Interconnect Network, LIN) gekoppelt sein, etwa zur Kommunikation mit Steuergeräten des Fahrzeugs. Das Mobilgerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon sein, etwa ein programmierbares Mobiltelefon (auch Smartphone). Alternativ kann das Mobilgerät beispielsweise ein sogenanntes „Wearable“ (am Körper tragbares Mobilgerät) sein, oder ein Schlüsselgerät (auch engl. key fob) für das Fahrzeug. In Ausführungsbeispielen kann das Mobilgerät ausgebildet sein, um über UWB und/oder BLE mit den Sende-Empfängermodulen zu kommunizieren. Dabei kann die Kommunikation zwischen dem Mobilgerät und der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen (also auch dem Sende-Empfängermodul) dafür vorgesehen sein, eine Position des Mobilgeräts relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen.
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Grundsätzlich können zwei verschiedene Zeitsynchronisierungssignale zur Zeitsynchronisierung verwendet werden: Zeitsynchronisierungssignale eines weiteren Sende-Empfängermoduls (abgesehen von dem Mobilgerät), und Zeitsynchronisierungssignale des Mobilgeräts. Entsprechend kann das Verfahren optional ein Lauschen 110, in einem vordefinierten Zeitabschnitt, auf ein Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts umfassen. Der vordefinierte Zeitabschnitt wird in den 2 bis 6b im Allgemeinen als „UWB-Ranging-Zeitfenster“ dargestellt. Im Besonderen sind von diesem Zeitfenster zwei Zeitintervalle von Interesse, ein Zeitintervall, in dem ein Zeitsynchronisierungspaket (im Folgenden auch PREPOLL-Signal genannt) empfangen werden kann, und ein Zeitintervall, in dem ein Ranging-Startpaket (im Folgenden auch POLL-Signal genannt) empfangen werden kann. In den 5a und 6b sind dabei lediglich die Zeitintervalle der UWB-Kommunikation dargestellt. Entsprechend kann der vordefinierte Zeitabschnitt ein vordefinierter Zeitabschnitt zum Empfang von UWB-basierten Zeitsynchronisierungssignalen sein. Alternativ dazu kann das Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts auch ein BLE-basiertes Zeitsynchronisierungssignal sein. Entsprechend kann der vordefinierte Zeitabschnitt ein vordefinierter Zeitabschnitt zum Empfang von BLE-basierten Zeitsynchronisierungssignalen sein. Auch eine Kombination kann möglich sein. So kann das Sende-Empfängermodul in einem vordefinierten Zeitabschnitt zum Empfang von BLE-basierten Zeitsynchronisierungssignalen und in einem (weiteren) vordefinierten Zeitabschnitt zum Empfang von UWB-basierten Zeitsynchronisierungssignalen des Mobilgeräts auf das Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts zu lauschen. Diese Ausführungmöglichkeiten sind in den 2 bis 6b jedoch nicht gezeigt, dort wird zwar eine BLE-Zeitsynchronisierung verwendet, um den Zeitraum zum Empfang des UWB-Zeitsynchronisierungspakets grob einzugrenzen (sichtbar etwa in 2 an dem Rahmen um das PREPOLL-Paket), der zum Zwecke der BLE-Zeitsynchronisierung genutzte Zeitabschnitt ist jedoch nicht gezeigt. Folglich kann das Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts auf einer Ultrabreitband-Übertragungstechnologie oder einer Bluetooth-Übertragungstechnologie (etwa BLE) basieren. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung kann dabei von einem „Lauschen gesprochen werden, wenn eine Empfangskomponente eines Sende-Empfängers des Sende-Empfängermoduls aktiviert und bereit zum Empfangen von Signalen ist. In anderen Worten das „Lauschen“ einem Aktivieren einer Empfangskomponente eines Sende-Empfängers des Sende-Empfängermoduls entsprechen. Zudem kann ein jeweiliges Zeitsynchronisierungssignal einem Zeitsynchronisierungspaket entsprechen, das über die jeweilige Übertragungstechnologie übermittelt wird.
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Das Verfahren umfasst ferner das Lauschen 120, in zumindest einigen einer Mehrzahl von Zeitabschnitten, für ein Zeitsynchronisierungssignal eines weiteren Sende-Empfängermoduls der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Dabei ist jeder Zeitabschnitt der Mehrzahl von Zeitabschnitten einem Sende-Empfängermodul der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen zugewiesen. Folglich kann sich das „Lauschen“ auf diejenigen Zeitabschnitte der Mehrzahl von Zeitabschnitten beziehen, die den weiteren Sende-Empfängermodulen der Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen zugewiesen sind. Eine entsprechende Mehrzahl von Zeit-Intervallen ist in den 3 bis 6b als Zeit-Intervalle (engl. time slots) der UWB-Zeitsynchronisierung dargestellt. Beispielsweise kann das Zeitsynchronisierungssignal des weiteren Sende-Empfängermoduls auf der UWB-Übertragungstechnologie basieren.
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Das Verfahren umfasst ferner das Anpassen 140 der Zeitsynchronisierung, falls ein empfangenes Zeitsynchronisierungssignal eine höhere geschätzte Genauigkeit aufweist als die Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Dabei kann die „geschätzte Genauigkeit der Zeitsynchronisierung“ angeben, wie hoch der Unterschied zwischen der Zeitsynchronisierung des Sende-Empfängermoduls oder des Zeitsynchronisierungssignals und der von dem Mobilgerät verwendeten Zeit maximal sein kann. Dabei kann die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem über die Zeit fortlaufend geringer werden, bis sie durch eine Zeitsynchronisierung mit dem Mobilgerät über ein Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts (oder durch die Weitergabe der Zeitsynchronisierung durch ein weiteres Sende-Empfängermodul) wieder erhöht wird.
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Um diese Entscheidung zu treffen kann einerseits ermittelt werden, wie hoch die geschätzte Genauigkeit der (aktuellen) Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul ist, und andererseits kann die geschätzte Genauigkeit des empfangenen Zeitsynchronisierungssignals ermittelt werden. Für letzteres kann das entsprechende Zeitsynchronisierungssignal beispielsweise eine Information darüber enthalten, wie hoch die geschätzte Genauigkeit des jeweiligen Zeitsynchronisierungssignals ist. In anderen Worten kann das empfangene und das übermittelte Zeitsynchronisierungssignal eine Information über die geschätzte Genauigkeit des jeweiligen Zeitsynchronisierungssignals umfassen.
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Für die aktuelle Zeitsynchronisierung kann die geschätzte Genauigkeit von dem Sende-Empfängermodul selbst bestimmt werden. Dabei kann die geschätzte Genauigkeit der Zeitsynchronisierung ursprünglich auf der geschätzten Genauigkeit des Zeitsynchronisierungssignals basieren, von dem die Zeitsynchronisierung abgeleitet wurde. Diese geschätzte Genauigkeit kann nun kontinuierlich abgewertet werden, abhängig von einem maximalen Auseinanderdriften der Zeitgeber des Mobilgeräts und des jeweiligen Sende-Empfängermoduls. Somit kann das Verfahren ein Anpassen 130 der geschätzten Genauigkeit der Zeitsynchronisierung basierend auf einer Zeitspanne seit der letzten Anpassung der Zeitsynchronisierung, basierend auf einer geschätzten Genauigkeit des Zeitsynchronisierungssignals, auf dem die letzte Anpassung der Zeitsynchronisierung basiert und basierend auf einer Genauigkeit eines Zeitgebers des Sende-Empfängermoduls (und/oder des Zeitgebers des Mobilgeräts) umfassen. Dabei kann die geschätzte Genauigkeit der Zeitsynchronisierung basierend auf der Zeitspanne seit der letzten Anpassung der Zeitsynchronisierung, basierend auf der geschätzten Genauigkeit des Zeitsynchronisierungssignals, auf dem die letzte Anpassung der Zeitsynchronisierung basiert und basierend auf der Genauigkeit eines Zeitgebers des Sende-Empfängermoduls (und/oder des Zeitgebers des Mobilgeräts) kontinuierlich abgewertet (also gesenkt) werden. Diese Genauigkeit kann auch als Auslöser für das Lauschen für die jeweiligen Zeitsynchronisierungssignale genutzt werden. Beispielsweise kann das Lauschen 110; 120 für das Zeitsynchronisierungssignal (des Mobilgeräts oder eines weiteren Sende-Empfängermoduls) durchgeführt werden, falls die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung schlechter ist als ein Schwellenwert.
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Sind diese Voraussetzungen erfüllt, dann wird die Zeitsynchronisierung angepasst 140. Dabei kann die Zeitsynchronisierung beispielsweise aus dem Zeitsynchronisierungssignal abgeleitet werden. Beispielsweise kann das Zeitsynchronisierungssignal in einem festgelegten Verhältnis zu der Zeitsynchronisierung stehen, etwa dadurch, dass das Zeitsynchronisierungssignal zu einem festgelegten Zeitpunkt (Zeitintervall) relativ zu der Zeitsynchronisierung übermittelt (und damit auch empfangen) wird. Das Verfahren kann somit ein Ableiten der Zeitsynchronisierung basierend auf einem vordefinierten zeitlichen Verhältnis zwischen dem Zeitsynchronisierungssignal und der Zeitsynchronisierung umfassen.
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Das Sende-Empfängermodul empfängt nicht nur Zeitsynchronisierungssignale von weiteren Sende-Empfängermodulen oder von dem Mobilgerät, es übermittelt auch selbst ein Zeitsynchronisierungssignal, das gegebenenfalls von den weiteren (oder zumindest manchen weiteren) Sende-Empfängermodulen empfangen werden kann. Das Verfahren umfasst somit das Übermitteln 150 eines Zeitsynchronisierungssignals für die weiteren Sende-Empfängermodule basierend auf der Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und dem Sende-Empfängermodul. Dazu kann das Sende-Empfängermodul dasjenige Zeitintervall nutzen, das dem Sende-Empfängermodul zugewiesen ist.
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In zumindest einigen Ausführungsbeispielen wird die Zeitsynchronisierung angepasst, damit das Sende-Empfängermodul möglichst zeitsynchron ist zu dem Mobilgerät. Ist die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung hoch genug, so kann das Sende-Empfängermodul genauer abschätzen, zu welchen Zeitpunkten das Mobilgerät oder die weiteren Sende-Empfängermodule Signale übermitteln, die für das Sende-Empfängermodul von Relevanz sind. Entsprechend kann das Sende-Empfängermodul eine Empfängerkomponente eines Sende-Empfängers des Sende-Empfängermoduls entsprechend steuern. Beispielsweise kann das Verfahren ein Anpassen 160 eines zum Empfangen von Signalen vorgesehenen Zeitraums eines Sende-Empfängers des Sende-Empfängermoduls basierend auf der angepassten Zeitsynchronisierung umfassen. Beispielsweises kann eine Empfangskomponente des Sende-Empfängers im zum Empfangen von Signalen vorgesehenen Zeitraums aktiviert und ansonsten deaktiviert werden. Entsprechend kann das Verfahren ein selektives Aktivieren der Empfangskomponente des Sende-Empfängers basierend auf der Zeitsynchronisierung umfassen, etwa falls die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung ausreichend hoch ist. Dabei kann der zum Empfangen von Signalen vorgesehene Zeitraum des Sende-Empfängers für den Empfang eines Ortungssignals von dem Mobilgerät basierend auf der angepassten Zeitsynchronisierung angepasst werden. Beispielsweise kann der Sende-Empfänger ein UWB-Sendeempfänger sein, und der zum Empfangen von Signalen vorgesehene Zeitraum des Sende-Empfängers für den Empfang eines UWB-Ortungssignals angepasst werden. Beispielsweise kann der zum Empfangen von Signalen vorgesehene Zeitraum des Sende-Empfängers für den Empfang des UWB-Ortungssignals auf ein oder mehrere relevante Zeitabschnitte eingegrenzt werden. Außerhalb des Zeitraums kann die Empfangskomponente beispielsweise deaktiviert werden.
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In Ausführungsbeispielen können die ein oder mehreren Prozessoren 12 einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren 12 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern können die ein oder mehreren Prozessoren 12 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung der ein oder mehreren Prozessoren 12 denkbar.
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In Ausführungsbeispielen können die ein oder mehreren Sendeempfänger 14 (auch engl. Transceiver) typische Sender- bzw. Empfängerkomponenten enthalten. Darunter können beispielsweise ein oder mehrere Antennen, ein oder mehrere Filter, ein oder mehrere Mischer, ein oder mehrere Verstärker, ein oder mehrere Diplexer, ein oder mehrere Duplexer, usw. fallen.
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Mehr Details und Aspekte des Verfahrens und des Sende-Empfängermoduls werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (bspw. in den 2 bis 6b) beschrieben werden. Das Verfahren oder das Sende-Empfängermodul kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.
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In zumindest manchen Ausführungsbeispielen sind die Sende-Empfängermodule Sende-Empfängermodule eines Fahrzeugs. Dabei wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die Sende-Empfängermodule bzw. im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen dazu ausgebildet sind, über Ultrabreitbandkommunikation (UWB) nach IEEE 802.15.4 zu kommunizieren. Das gezeigte Prinzip lässt sich jedoch genauso auf andere drahtlose Übertragungstechnologien und -protokolle anwenden.
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Da die zur Lokalisierung verwendete Funkschnittstelle gemäß IEEE 802.15.4 durch alle im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen unterstützt wird, kann dieses zusätzlich zur Lokalisierung auch zur Verteilung der Zeitsynchronisationsinformation unter den im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen (Sende-Empfängermodulen) eingesetzt werden. Da das in IEEE 802.15.4 standardisierte Verfahren zur Abstandsmessung grundlegend auf der präzisen Messung von zeitlichen Abständen zwischen dem Senden und Empfangen von Funknachrichten aufbaut, werden -- im Gegensatz zu ausschließlich für Datenkommunikation konzipierten Fahrzeugbussystemen -- die für die zeitliche Synchronisation der im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen erforderlichen Eigenschaften geboten. Es existieren zwar Fahrzeugbussysteme, die für die Zeitsynchronisierung geeignet sind, die gebräuchlichen Systeme CAN und LIN sind jedoch im Allgemeinen nicht dazu geeignet.
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Das im Folgenden dargestellte Synchronisationsprotokoll basiert auf folgenden Funktionsprinzipien:
- Jede im Fahrzeug verbaute Sende-/Empfangseinrichtungen sendet die jeweils lokal vorhandene Zeitsynchronisationsinformation (als Zeitsynchronisierungssignal) bzgl. der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung periodisch an alle anderen (weiteren) im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen (als Broadcast (engl. für „Rundfunk“)).
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Jede im Fahrzeug verbaute Sende-/Empfangseinrichtungen empfängt die Zeitsynchronisationsinformation bzgl. der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung periodisch von allen anderen im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen und vergleicht diese mit der jeweils lokal vorhandenen Zeitsynchronisationsinformation. Ist die empfangene Zeitsynchronisationsinformation von höherer Güte (also hat eine höhere geschätzte Genauigkeit) als die j eweils lokal vorhandene Zeitsynchronisationsinformation, so ersetzt die empfangende Sende-/Empfangseinrichtungen die lokale Zeitsynchronisationsinformation (also die lokale Zeitsynchronisierung) mit der empfangenen Zeitsynchronisationsinformation von höherer Güte.
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Jede im Fahrzeug verbaute Sende-/Empfangseinrichtungen bewertet die Güte der jeweils lokal vorhandenen Zeitsynchronisationsinformation für jedes periodische Übertragungsereignis erneut, um eine Aussage über die Güte der lokale vorhandenen Zeitsynchronisationsinformation treffen zu können. Dafür wird beispielsweise die Aussage über Güte der Information zeitlich linear um X ppm (parts per millon, millionstel) verschlechtert, um die im IEEE 802.15.4 Standard garantierte maximale Abweichung des Drifts der Schwingquarze in der mobilen Sende-/Empfangseinrichtung im Vergleich zur im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtung Rechnung zu tragen.
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Für das im Folgenden dargestellte Synchronisationsprotokoll gelten folgende vorteilhafte Grundeigenschaften:
- Besteht keine direkte Verbindung zwischen zwei im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen, jedoch eine indirekte Verbindung über eine (oder mehrere) weitere Sende-/Empfangseinrichtungen, so wird die Zeitsynchronisationsinformation mit einer (oder mehreren) Perioden Verzögerung übertragen.
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Bestehen mehrere indirekte Verbindungen zwischen zwei im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen, so wird die Zeitsynchronisationsinformation auf dem kürzesten Wege (d.h., mit der indirekten Verbindung, die über die geringste Verzögerung verfügt) übertragen.
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Besteht zwischen 2 im Fahrzeug verbauten Sende-/Empfangseinrichtungen eine direkte, jedoch instabile Verbindung (d.h., die Datenkommunikation über den Funkkanal ist fehlerbehaftet oder fällt zeitweise aus), so verzögert sich die Übertragung der Zeitsynchronisation bis einmalig eine fehlerfreie Datenübertragung erstmalig wiederhergestellt wird.
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Implementierung gezeigt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung befassen sich im Allgemeinen mit der Verteilung von Zeitsynchronisierungs-Informationen über UWB. In Ausführungsbeispielen kann UWB genutzt werden, um eine Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul zu etablieren. Hernach kann die Zeitsynchronisierung mit den anderen Sende-Empfängermodulen geteilt werden.
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2 zeigt ein Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul. Dabei wird eine doppelte Zeitsynchronisierung verwendet. Einerseits wird eine Zeitsynchronisierung über Bluetooth LE verwendet, um eine grobe Zeitsynchronisierung zu erreichen. Basierend auf dieser groben Zeitsynchronisierung kann das Sende-Empfängermodul ein grobes Zeitintervall bestimmen, in dem das Sende-Empfängermodul ein sogenanntes PREPOLL-Signal (ein Vor-Abfragesignal, Zeitsynchronisierungssignal/-paket) empfangen kann. Abhängig von diesem PREPOLL-Signal wird ein Zeitrahmen definiert, der für das UWB-Ranging verwendet wird. Innerhalb des Zeitrahmens für das UWB-Ranging sendet das Mobilgerät ein POLL-Signal (ein Abfrage-Signal, Ranging-Startsignal/-paket) aus, das von den Sende-Empfängermodulen empfangen werden soll. Innerhalb des Zeitrahmens ist ferner für jedes Sende-Empfängermodul ein Zeitabschnitt (hier markiert mit „Anker 1“ bis „Anker 6“, wobei das Beispiel auf sechs Sende-Empfängermodulen, die vorliegend auch als Anker bezeichnet werden, basiert) definiert. Am Ende des UWB Ranging-Zeitrahmens sendet das Mobilgerät ein „FINAL“-Signal, gefolgt von einem „FINAL_DATA“-Signal, das das Resultat der Distanzmessung umfasst. Dabei erfolgt eine Seitsynchronisierung zwischen dem PREPOLL-Signal und dem UWB-Ranging Zeitrahmen, und von dem UWB-Ranging-Zeitrahmen zu dem nächsten POLL-Signal.
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Jeder Anker sollte das PREPOLL-Signal über UWB erhalten, um sich an dem Ranging zu beteiligen, etwa durch Aufspannen eines RX-Zeitrahmens/Fensters (eines Zeitrahmens/Zeitfensters zum Empfangen von Signalen/Daten, etwa um Daten über den jeweiligen Sende-Empfänger zu empfangen) um das PREPOLL-Signal in jedem Ranging-Zyklus. Die Größe des RX-Zeitrahmens hängt von der BLE-Zeitsynchronisation ab (Genauigkeit: etwa 1ms). Jeder Anker, der einmal das PREPOLL über UWB erhalten hat, sollte in jedem Messzyklus ein RX-Zeitrahmen um das POLL-Signal aufspannen. Jeder Anker, der das POLL-Signal im aktuellen Messzyklus erhalten hat, sollte den POLL zur Synchronisierung mit dem UWB MAC (Medium Access Control, Medienzugriffskontrolle)-Zeitraster verwenden (Genauigkeit: ~1µs), auf die POLL-Signal in seinem dafür vorgesehenen Antwort-Slot antworten, und ein RX-Zeitfenster um die Zeitintervalle FINAL und FINAL_DATA im aktuellen Messzyklus aufspannen. Jeder Anker, der das POLL-Signal im aktuellen Messzyklus nicht erhalten hat, sollte die UWB RX-Fenstergröße um (125-200ppm, implementierungsabhängig) auf den nächsten Zyklus erhöhen.
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Das vorliegende Beispiel baut auf der erfolgten Zeitsynchronisierung zwischen Mobilgerät und Sende-Empfängermodul auf und verteilt diese an die weiteren Sende-Empfängermodule weiter.
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3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen. Dabei kann jeder Anker mit weniger als 100% Einschaltdauer (auch engl. duty cycle) ein Zeitsynchronisierungspaket (also etwa ein Zeitsynchronisierungssignal) an seinem dedizierten UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitintervall übertragen. Dabei kann in dem obigen Beispiel mit sechs Sende-Empfängermodulen (Ankern) das Zeitintervall des ersten Sende-Empfängermoduls das erste Zeitintervall nach FINAL DATA sein, das Zeitintervall des zweiten Sende-Empfängermoduls das zweite Zeitintervall nach FINAL_DATA etc. (mit der gleichen festen Reihenfolge wie bei dem Ranging). Die Sende-Empfängermodule empfangen, verarbeiten und leiten die Zeitsynchronisationsinformationen untereinander weiter. Dabei wird ein RX-Zeitfenster zum Empfangen der Zeitsynchronisierungspakete der anderen Sende-Empfängerpakete aufgespannt. Jeder Anker, der im gleichen Ranging-Zyklus über das PREPOLL-Signal oder das POLL-Signal kann in einer Weiterbildung davon absehen, die Zeitsynchronisationspakete der anderen Anker zu empfangen. In einer weiteren Weiterbildung kann ein Sende-Empfängermodul mit einem aktuellen RX-Zeitfenster, das kleiner als ein Schwellenwert ist (wobei das Zeitfenster auf der geschätzten Genauigkeit der Zeitsynchronisierung basiert) davon absehen, die Zeitsynchronisierungspakete der anderen Sende-Empfänger zu empfangen.
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Dabei können die Zeitsynchronisationsinformationen, etwa das Zeitsynchronisierungssignal, für alle von der Sende-Empfängermodul gesammelten Ranging-Sitzungen über UWB-Datenpakete versendet werden. Die Datenpakete können periodisch in den Zeitschlitzen eines Zeitgitters nach dem (oder jedem) Ranging-Zyklus gesendet werden. Dasjenige Sende-Empfängermodul, der als erster Responder (Beantworter) in der Ranging-Sitzung fungiert, sendet ein Zeitsynchronisationspaket im ersten Zeitintervall nach dem für das FINAL _DATA-Paket der Ranging-Sitzung zugewiesenen Zeitintervall. In ähnlicher Weise sendet der Sende-Empfängermodul, der als zweiter Responder in der Ranging-Sitzung fungiert, ein Zeitsynchronisationspaket im zweiten Zeitintervall nach dem für das FINAL_DATA-Paket der Ranging-Sitzung zugewiesenen Zeitintervall. In ähnlicher Weise sendet der n-te Sende-Empfängermodul, der als n-ter Responder in der Ranging-Sitzung fungiert, ein Zeitsynchronisationspaket im n-ten Zeitintervall nach dem für das FINAL_DATA-Paket der Ranging-Sitzung zugewiesenen Zeitintervall. Dabei gilt 1 ≤ n ≤ Anzahl-Responder, wobei Anzahl-Responder jedem Sende-Empfängermodul bei der Einrichtung jeder Ranging-Sitzung über den Fahrzeugbus übermittelt wird. Wenn an einem Sende-Empfängermodul keine Zeitsynchronisationsinformationen verfügbar sind, kann die Übertragung des Zeitsynchronisationspakets durch das jeweilige Sende-Empfängermodul unterbleiben, bis Zeitsynchronisationsinformationen an diesem jeweiligen Anker verfügbar werden. Die Zuordnung ist in 3 beispielhaft für Anzahl-Responder = 6 dargestellt.
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4 zeigt ein beispielhaftes Paketformat für ein beispielhaftes UWB-Zeitsynchronisierungspaket/-signal. Das von jedem Sende-Empfängermodul für eine bestimmte Ranging-Sitzung im Zeitintervall zu sendende Zeitsynchronisationspaket kann die gleiche PHY- (Physical Layer, physikalische Schicht) und MAC-Konfiguration aufweisen wie das PREPOLL-Paket der Ranging-Sitzung. Insbesondere können dieselbe SYNC-Präambel (Synchronisations-Präambel) und dieselbe SFD-Konfiguration (Start Frame Delimiter, Startrahmen-Abgrenzer) verwendet werden.
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Die folgende unverschlüsselte PSDU (Physical Layer Service Data Unit, Dienstdateneinheit der physikalischen Schicht) kann für das Zeitsynchronisationspaket genutzt werden:
- Die PSDU kann einen IEEE MAC Header (MHR, MAC-Kopfdaten) mit einer Länge von 10 Bytes umfassen. Die IEEE-MAC Nutzdaten können Zeitsynchronisierungsinformationen und die geschätzte und/oder instantane Genauigkeit der Zeitsynchronisierungsinformationen zum Zeitpunkt des RMARKER-Übertragung der Zeitsynchronisierungsübertragung umfassen.
- Zudem kann ein IEEE MAC-Footer (MFR, MAC-Fußdaten) von zwei Byte länge verwendet werden.
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Die MHR-Felder können wie in 4 dargestellt ist gesetzt werden, wobei „«“ und „»“ sich auf bitweise Verschiebeoperationen nach links und rechts beziehen und „&“ und „|“ sich auf bitweise logische UND- bzw. ODER-Operationen beziehen. Dabei kann der MHR ein Rahmen-Kontroll-Feld (engl. Frame Control) von 2 Byte, optional eine Sequenznummer (engl. Sequence Number), einen Ziel-Pan-Identifikator (engl. Destination Pan ID) von 2 Byte (beispielsweise der UWB-Sitzungs-Identifikator um 16 Stellen bitweise nach rechts verschoben), eine Ziel-Adresse (engl. Destination Address) von 2 Byte (beispielsweise die Anker-Adresse um 4 Stellen bitweise nach links verschoben | 0x0f), einen Quellen Pan-Identifikator (engl. Source Pan ID) von 2 Byte (beispielsweise den UWB-Sitzungs-Identifikator & Oxffff), und eine Quell-Adresse (engl. Source Address) von 2 Byte (beispielsweise Anker-Adresse um 4 Stellen bitweise nach links verschoben | Anker-Identifikator) umfassen. Dabei kann ferner ein Zusätzlicher-Sicherheitsheader und IEs (Information Elements, Informationselemente) verwendet werden. Information Elements sind spezielle standardisierte Datenfelder die für Standardanwendungen im MAC Header übertragen werden können, und bei denen jeder Empfänger weiß, was die standardisierte Bedeutung der Daten ist. Das steht im Gegensatz zum Nutzdatenteil, wo beliebige Daten transportiert werden können und der Empfänger zum dekodieren jedoch eine Format- und Bedeutungsbeschreibung benötigt. Im Übrigen kann ein ähnliches Format wie für eine Bluetooth-LE-Zeitsynchronisierung verwendet werden.
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Dabei kann der Anker-Identifikator gemäß dem Zeitintervall des Sende-Empfängermoduls gesetzt werden, also 1 für den ersten Responder, 2 für den zweiten etc.
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In den Nutzdaten sind die Zeitsynchronisierungsinformation und die Information über die Genauigkeit der Zeitsynchronisierungsinformation enthalten. Dabei wird beispielsweise RMARKER aus dem IEEE 802.15.4-Standard als Zeitreferenz verwendet. Dabei basiert die Zeitsynchronisierungsinformation auf dem Zeitgeber des übermittelnden Sende-Empfängermoduls. Die Genauigkeit kann bei jeder Übermittlung angepasst werden und legt die Größe des RX-Zeitfensters auf Seite des empfangenden Sende-Empfängermoduls fest.
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Jedes Sende-Empfängermodul kann die UWB-Zeitsynchronisationspakete der anderen Sende-Empfängermodule empfangen und verarbeiten gemäß den folgenden Verfahren.
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Jeder Anker lauscht beispielsweise auf eingehende UWB-Pakete von anderen Ankern auf die gleiche Weise, wie er auf das UWB-Paket des Smartphones (Mobilgeräts) lauscht. Ein dynamisches Aufspannen des UWB-RX-Fensters kann auf den Empfang aller anderen Sende-Empfängermodul-Zeitsynchronisierungs-Pakete angewendet werden.
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Das Sende-Empfängermodul beispielsweise (nur) Zeitsynchronisierungs-Pakete verarbeiten, die eine übereinstimmende Sitzungs-ID und übereinstimmende Sende-Empfänger-Adressen, wie in 4 in den MAC-Header-PAN-ID-Feldern gezeigt, zu einer konfigurierten Ranging-Sitzung im Sende-Empfängermodul haben.
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Nach erfolgreichem Empfang des UWB-Zeitsynchronisationspakets eines anderen Sende-Empfängermoduls führt das empfangende Sende-Empfängermodul die folgenden Operationen durch:
- 1. Der Empfang des RMARKER wird über die lokale Uhr mit einem Zeitstempel versehen, der zum Zeitstempel tRMARKER mit der der Genauigkeit accRMARKER führt.
- 2. Die PSDU-Zeitstempel- und Genauigkeitsfelder können dekodiert und als tANDERER_AN KER und accANDERER_ANKER gespeichert werden.
- 3. Wenn accRMARKER + accANDERER_ANKER weniger (besser) als die geschätzte Genauigkeit der Zeitsynchronisierung des empfangenden Sende-Empfängermoduls, dann sollte das empfangende Sende-Empfängermodul tANDERER_ANKER anstelle der vorherigen Zeitsynchronisierung verwenden.
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Im Folgenden wird ein Beispiel einer Anpassung der Zeitsynchronisierung basierend auf einer BLE-Verbindung zum Telefon/Mobilgerät gezeigt. 5a zeigt ein beispielhaftes Netzwerk-Diagramm eines Netzwerkes mit einem Mobilgerät und einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen (vorliegend als Anker 1 bis 6 bezeichnet). Dabei zeigen die Pfeile zwischen den Ankern an, welcher Anker miteinander erfolgreich kommunizieren, wobei nicht alle Verbindungen genutzt werden, sofern es Verbindungen mit weniger Verzögerung gibt (hier vorliegend etwa zwischen Anker 1 und 4). Die Zahlen zwischen den Ankern zeigt die Verzögerung an, die sich aus der Reihenfolge der Zeitintervalle ergibt. 5a zeigt ein Beispiel eines Netzwerkdiagramms, mit Beispielnummerierung der Anker, Beispiel UWB-Links (zwischen den Sende-Empfängermodulen), im Moment, in dem Sende-Empfängermodul 5 eine BLE-Zeitsynchronisation (Pfeil zwischen Mobilgerät und Anker 5) mit einem Mobilgerät durchführt. Die UWB-Link-Gewichtungen zeigen die Anzahl der Ranging-Zyklen, bis die Zeitsynchronisationsinformationen von jedem einzelnen Anker nach dem Empfang eines UWB-Zeitsynchronisationspakets übertragen werden. Ein gestrichelter UWB-Link zwischen zwei Sende-Empfängern ist verfügbar, wird aber nicht verwendet.
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5b zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen, wobei die ursprüngliche Zeitsynchronisierung über Bluetooth Low Energy erfolgt. Dabei basiert 5b auf dem Netzwerk-Diagramm von 5a, und entsprechend basiert 6b auf dem Netzwerk-Diagramm von 6a. Unter der Annahme, dass alle Sende-Empfängermodul versuchen, die Ranging-Sitzungen PREPOLL über ein zu 100 % offenes UWB-RX-Fenster zu empfangen, bevor Zeitsynchronisationsinformationen über BLE oder UWB empfangen werden, zeigt 5b die sequentielle Anwendung der empfangenen Zeitsynchronisationsinformationen, um die Dauer des UWB-RX-Fensters für das obige Beispielnetzwerkdiagramm zu reduzieren.
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In 5b und 6b werden die Zeitrahmen, in denen die jeweiligen Sende-Empfänger auf Signale lauschen schraffiert dargestellt, während die Zeitintervalle, in denen Daten gesendet oder empfangen werden in einer anderen Schraffur dargestellt werden. In dem Beispiel von 5b erfolgt eine BLE-Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und Anker (Sende-Empfängermodul) 5 (über ein BLE-Zeitsynchronisierungssignal des Mobilgeräts). Dadurch ist es für Anker 5 nicht notwendig, über den kompletten UWB-Ranging-Zeitrahmen zu lauschen, sondern das Lauschen kann sich auf das PREPOLL-Signal, das POLL-Signal, das FINAL-Signal und das FINAL_DATA-Signal beschränken, wodurch die Empfängerkomponente zwischenzeitlich abgeschaltet werden kann. Anker 5 ist das fünfte Zeitintervall in dem UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitrahmen zugewiesen, so dass der Anker ein Zeitsynchronisierungssignal in diesem Zeitrahmen übermittelt, das, wie in 5a zu sehen ist, von Anker 6 empfangen und verarbeitet wird. Dieser wiederum übermittelt ein weiteres Zeitsynchronisierungssignal, welches von Anker 6 empfangen und verarbeitet wird. Somit können im nächsten (n+1-ten) UWB Ranging-Zeitfenster die Anker 2, 5 und 6 zielgerichtet die Empfangskomponente steuern, so dass die Empfangskomponente des jeweiligen (UWB)-Sendeempfängers lediglich während der Zeit-Intervalle für PREPOLL, POLL, FINAL und FINAL_DATA aktiv ist. Im UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitfenster, das dem n+1-ten UWB Ranging-Zeitintervall folgt, übermittelt Anker 2 ein Zeitsynchronisierungssignal, das von den anderen Sende-Empfängermodulen 1 und 3 empfangen und verarbeitet wird. Im gleichen UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitfenster übermittelt Anker 3 die empfangene Information sofort weiter an das Sende-Empfängermodul 4. Somit können alle Anker zielgerichtet die Empfangskomponente steuern, so dass die Empfangskomponente des jeweiligen (UWB)-Sendeempfängers lediglich während der Zeit-Intervalle für PREPOLL, POLL, FINAL und FINAL DATA aktiv ist.
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In einem weiteren Beispiel wird eine aufeinanderfolgende BLE- und UWB-Verbindung zum Telefon/Mobilgerät illustriert. 6a zeigt ein beispielhaftes Netzwerk-Diagramm eines Netzwerkes mit einem Mobilgerät und einer Mehrzahl von Sende-Empfängermodulen. Zusätzlich zu dem Netzwerk-Diagramm von 5a erfolgt hier eine UWB-Zeitsynchronisierung zwischen dem Mobilgerät und Anker 2. 6a zeigt ein Beispiel eines Netzwerkdiagramms mit einer Beispielnummerierung der Anker, beispielhaften UWB-Links (zwischen den Ankern und zwischen dem Mobilgerät und Anker 2), in dem Moment, in dem Anker 2 die ersten UWB-Zeitsynchronisationsinformationen empfängt, während alle anderen Anker in dem Zustand sind, mit den BLE-Zeitsynchronisationsinformationen über den vorherigen Austausch von UWB-Zeitsynchronisationspaketen synchronisiert zu werden, die aus dem BLE-Zeitsynchronisationsverfahren von Anker 5 resultieren. Die UWB-Link-Gewichtungen (zwischen den Ankern) zeigen die Anzahl der Rangingzyklen, bis die Zeitsynchronisationsinformationen von jedem einzelnen Anker nach dem Empfang eines UWB-Zeitsynchronisationspakets übertragen werden. Der UWB-Link zwischen Anker 1 und 4 ist verfügbar, wird aber nicht verwendet.
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Unter der Annahme, dass alle Sende-Empfängermodul die BLE-Zeitsynchronisationsinformationen von Anker 5 über die früheren UWB-Zeitsynchronisationspaketaustausche empfangen haben und versuchen, die Ranging-Sitzungen PREPOLL über ein reduziertes UWB-RX-Fenster zu empfangen, zeigt 6b die sequentielle Anwendung der verbesserten Zeitsynchronisationsinformationen von Anker 2 als Ergebnis des PREPOLL-Empfangs. 6b zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm einer Zeitsynchronisierung zwischen einem Mobilgerät und einem Sende-Empfängermodul und zwischen verschiedenen Sende-Empfängermodulen, wobei verglichen mit 5b, eine zusätzliche Zeitsynchronisierung über UWB erfolgt. In dem Beispiel von 6b empfängt Anker 2 das PREPOLL-Signal und das POLL-Signal von dem Mobilgerät, sendet eine Antwort in dem ihm zugewiesenen Zeitintervall des UWB-Ranging-Zeitfensters, und empfängt die FINAL- und FINAL_DATA-Signale von dem Mobilgerät. Daraufhin sendet Anker 2 ein Zeitsynchronisierungssignal in dem ihm zugewiesenen Zeitintervall des UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitfensters, das von den Ankern 1, 3 und 6 empfangen und verarbeitet wird (und, im Falle von Anker 1, erst in dem nächsten Zeitfenster Anwendung findet). Basierend darauf übermittelt Anker 3 ein Zeitsynchronisierungssignal, das von Anker 4 empfangen und verarbeitet wird, und Anker 6 übermittelt ein Zeitsynchronisierungssignal, das von Anker 5 empfangen wird und dort im nachfolgenden UWB-Zeitsynchronisierungs-Zeitfenster Anwendung findet. In dem nächsten UWB-Ranging-Zeitfenster können nun alle Anker zielgerichtet auf das PREPOLL- oder das POLL-Signal lauschen (im Falle von Anker 2), und, da die Zeitsynchronisierung nun genau genug ist, davon absehen, nach Zeitsynchronisierungssignalen der anderen Anker/Sende-Empfängermodulen zu lauschen.
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Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
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Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
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Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur illustrativen Zwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen.
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Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
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Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
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Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
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Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.