DE102020200023A1 - Method and device for the highly precise determination of the position and / or orientation of an object to be located and a fixed station for a mobile radio communication system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist. Solche hochgenauen Eigenlokalisierungen werden insbesondere für das automatische Fahren und für die Navigation in Gebäuden benötigt. Dabei wird von dem Objekt (10) ein breitbandiger Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgesendet, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen (31 - 35) in einer unmittelbaren Rücksendung eines Antwortimpulses beantwortet werden. Damit findet in dem Objekt (10) eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) statt. Wenn die Aussendung des Impulses durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes (10) angebrachten Antennenelementen (176) erfolgt und die Zeit jeweils bis zum Eintreffen des Antwortimpulses bei den einzelnen Antennenelementen (176) gemessen wird, kann durch Schnittpunktberechnung mit den sich ergebenden Laufzeiten und den bekannten Positionen der Antennenelemente der Feststationen (31 - 35) die hochgenaue Eigenlokalisierung erfolgen.The invention relates to a method for the highly precise determination of the position and / or orientation of an object (10) to be located, which is designed for communication in a wireless communication network. Such highly precise self-localizations are required in particular for automatic driving and for navigation in buildings. A broadband pulse of short duration is sent from the object (10) to the surrounding fixed stations (31-35) which, when received, are answered by the surrounding fixed stations (31-35) with an immediate return of a response pulse. In this way, a measurement of the transit time of the emitted pulse takes place in the object (10) up to the arrival of the return pulse from one of the surrounding fixed stations (31-35). If the pulse is emitted by a number of antenna elements (176) attached to different positions on the object (10) and the time until the response pulse arrives at the individual antenna elements (176) is measured, the intersection point calculation with the resulting transit times and the known positions of the antenna elements of the fixed stations (31-35) are used for the highly precise self-localization.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes. Der Vorschlag betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes sowie eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem.The invention relates to a method for the highly precise determination of the position and / or orientation of an object to be located. The proposal also relates to a device for the highly precise determination of the position and / or orientation of an object to be located, as well as a fixed station for a mobile radio communication system.

Für das Szenario von mit Funkkommunikationsmodulen ausgestatteten Fahrzeugen, die im öffentlichen Straßenverkehr direkt miteinander kommunizieren, sei es für ein kooperatives oder autonomes Fahren, oder auch für die Teilnahme am Mobilfunk und die Anbindung an das Internet oder die Versorgung mit anderen Datendiensten ist eine hohe Verlässlichkeit bei sicherheitskritischen Anwendungen unablässig oder für den Kunden sehr wichtig.For the scenario of vehicles equipped with radio communication modules that communicate directly with each other in public road traffic, be it for cooperative or autonomous driving, or for participation in mobile communications and the connection to the Internet or the supply of other data services, there is a high level of reliability safety-critical applications incessantly or very important for the customer.

Navigationshilfen haben den Alltag vieler Menschen erobert. So helfen sie im ruralen wie im urbanen Bereich, gezielt Orte anzusteuern und die Zeit für den Anfahrtsweg zu minimieren. Dabei wird speziell bei Fahrzeug-Anwendungen in der Regel auf eine Satellitennavigation zurückgegriffen, in die Informationen aus Signalen anderer Fahrzeugsensoren zwecks Robustheitssteigerung mit einfließen. Die Satellitennavigation ist unter dem Begriff GNSS, entsprechend Global Navigation Satellite System, bekannt.Aids to navigation have conquered the everyday life of many people. In this way, they help in both rural and urban areas to go to specific locations and to minimize the time to get there. Especially in vehicle applications, satellite navigation is used as a rule, into which information from signals from other vehicle sensors is incorporated in order to increase robustness. Satellite navigation is known under the term GNSS, corresponding to Global Navigation Satellite System.

In dicht bebauten Gebieten stößt die Satellitennavigation jedoch an technische Grenzen, da die Satellitensignale in engen Häuserschluchten oft nicht direkt, sondern nur indirekt nach (Mehrfach-)Reflektionen an Häuserwänden empfangen werden können. Das satellitenbasierte Lokalisierungsergebnis wird dadurch teilweise so stark verfälscht, dass es zumindest vorübergehend für die Korrektur der Positionsschätzung aus den (ungenaueren) Fahrzeug-Sensorsignalen nicht geeignet ist.In densely built-up areas, however, satellite navigation reaches its technical limits, as the satellite signals in narrow urban canyons often cannot be received directly, but only indirectly after (multiple) reflections on the walls of houses. The satellite-based localization result is sometimes so falsified that it is at least temporarily unsuitable for correcting the position estimate from the (less precise) vehicle sensor signals.

Innerhalb von Gebäuden gestaltet sich die Lokalisierungsaufgabe noch schwieriger. Da die Satellitensignale Decken und Wände in der Regel nicht durchdringen, muss für Indoor-Navigations-Anwendungen ein Verfahren entwickelt werden, das komplett ohne Satellitensignale auskommt. Dabei ist es erforderlich, im Vergleich zu Outdoor-Navigationen wesentlich höhere Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Während dies beim autonomen Fahren eines Fahrzeugs im Parkhaus als wichtigste Fahrzeug-Anwendung erforderlich ist, um Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Parkhaus-Hindernissen zu vermeiden, besteht beim elektronischen Museumsführer als einer typischen Nichtfahrzeug-Anwendung bereits bei einer Ungenauigkeit von mehreren Metern die Gefahr, den Nutzer in einen falschen Raum zu navigieren.The localization task is even more difficult inside buildings. Since the satellite signals usually do not penetrate ceilings and walls, a process has to be developed for indoor navigation applications that works completely without satellite signals. It is necessary to meet significantly higher accuracy requirements compared to outdoor navigation. While this is the most important vehicle application required for autonomous driving of a vehicle in a parking garage in order to avoid collisions with other vehicles or parking garage obstacles, with an electronic museum guide, as a typical non-vehicle application, there is already the risk of an inaccuracy of several meters Navigating users to the wrong room.

Als nicht-satellitenbasierte Alternative für die Indoor-Lokalisierung kommt zum Beispiel die Feldstärke des oftmals bereits vorhandenen WLAN-Netzes in Frage. Dabei muss mit dem Endgerät, also z. B. einer Zusatzeinheit des Fahrzeugnavigationssystems oder des elektronischen Museumsführers, das Signal gemessen und mit Karten der charakteristischen Feldstärkeverteilung des WLAN-Netzes verglichen werden. Auf diesem Prinzip basiert auch die Standortbestimmung via Erdmagnetfeld, das durch Gebäudeeigenschaften markant verändert wird. Der Aufwand für die Erstellung und kontinuierliche Aktualisierung der Feldstärke-Karten ist allerdings speziell vor dem Hintergrund der ausgeprägten Genauigkeitsanforderungen hoch.As a non-satellite-based alternative for indoor localization, for example, the field strength of the WLAN network, which is often already in place, comes into question. It must be with the terminal, so z. B. an additional unit of the vehicle navigation system or the electronic museum guide, the signal can be measured and compared with maps of the characteristic field strength distribution of the WLAN network. Location determination via the earth's magnetic field, which is markedly changed by the properties of the building, is based on this principle. However, the effort involved in creating and continuously updating the field strength maps is high, especially against the background of the pronounced accuracy requirements.

Eine andere Möglichkeit beruht auf der Anbringung von kleinen Sendern innerhalb eines Gebäudes, die beispielsweise Bluetooth-Low-Energy-Signale (BLE-Signale) übertragen. Der Standort lässt sich dann etwa mittels Trilateration bestimmen: Aus den Signalen dreier Sender wird deren jeweilige Entfernung zum Endgerät bestimmt und mit Hilfe der bekannten Senderstandorte und der bestimmten Entfernungen die Position durch Schnittpunktberechnung ermittelt. Zur Entfernungsmessung können ähnlich wie bei der Radar-Technologie Laufzeitmessungen von ausgesendeten Signalen durchgeführt werden, die zurückreflektiert werden oder aber unmittelbar vom Sender neu ausgestrahlt werden, wenn ein Messsignal des Objektes eintrifft. Eine andere Möglichkeit besteht in einer Feldstärkemessung, wodurch sich mit Hilfe einer entsprechend genauen Karte über die Feldstärkeverteilung bei einer Normausstrahlung die Entfernung zum Sender ebenfalls bestimmen lässt.Another possibility is based on the installation of small transmitters within a building, which for example transmit Bluetooth low energy signals (BLE signals). The location can then be determined using trilateration, for example: the respective distance to the end device is determined from the signals from three transmitters and the position is determined by calculating the intersection point with the aid of the known transmitter locations and the determined distances. For distance measurement, similar to radar technology, transit time measurements of transmitted signals can be carried out, which are reflected back or are re-transmitted directly by the transmitter when a measurement signal from the object arrives. Another possibility is a field strength measurement, whereby the distance to the transmitter can also be determined with the help of a correspondingly precise map of the field strength distribution for a standard broadcast.

Ein Beispiel eines auf GPS Signalauswertung basierenden Positionsbestimmungssystem ist in US2004/0193372 A1 auch für den Anwendungsfall Platooning beschrieben. Dabei wird das GPS-System verbessert, indem es mit Bluetooth kombiniert wird. Über eine Bluetooth-Verbindung werden Lageinformationen ausgetauscht mit einem Fahrzeug des Platoons. Im Betrieb kommunizieren die Fahrzeuge Satelliten-Daten über die Bluetooth-Verbindungen. Dies ermöglicht es, die Bluetooth-Funkverbindungen zur Reduzierung der Anzahl der benötigten Satelliten für das GPS-System auszunutzen, ohne die Genauigkeit der Messungen zu verlieren. Auf die Möglichkeit der Verwendung von UWB-Kommunikation als Alternative zur Bluetooth-Kommunikation wird hingewiesen.An example of a position determination system based on GPS signal evaluation is shown in US2004 / 0193372 A1 also described for the platooning application. The GPS system is improved by combining it with Bluetooth. Location information is exchanged with a vehicle in the platoon via a Bluetooth connection. During operation, the vehicles communicate satellite data via the Bluetooth connections. This makes it possible to use the Bluetooth radio links to reduce the number of satellites required for the GPS system without losing the accuracy of the measurements. Attention is drawn to the possibility of using UWB communication as an alternative to Bluetooth communication.

Ein weiteres Beispiel für ein solches System ist in US 2015/0269845 A1 beschrieben. Hier wird insbesondere auf die Notwendigkeit der hochgenauen Synchronisierung der Uhren bei den Fahrzeugen hingewiesen, um über Laufzeitmessungen die genaue Position der Fahrzeuge zu messen. Als Lösung wird auf den Einsatz der hochgenauen Uhren bei den GNSS-Systemen hingewiesen.Another example of such a system is in US 2015/0269845 A1 described. The need for high-precision synchronization of the clocks in the vehicles is particularly pointed out here in order to measure the exact position of the vehicles using runtime measurements. As a solution Reference is made to the use of high-precision clocks in GNSS systems.

Aus der DE 10 2015 122 145 A1 ist ein Verfahren zur verbesserten Positionsbestimmung einer Mobilstation beziehungsweise eines Handgeräts innerhalb eines Mobilfunknetzes bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Übertragen von mindestens drei Funksignalen zwischen der Mobilstation und einer entsprechenden Anzahl von mindestens drei Basisstationen, wobei zumindest jedes von den drei Funksignalen eine zeitliche Information umfasst, die eine Absendezeit des entsprechenden Funksignals anzeigt; Berechnen einer Zeitverzögerung für jedes der mindestens drei Funksignale auf der Basis einer Differenz zwischen einer Ankunftszeit und der Absendezeit des entsprechenden Funksignals; Abrufen der Information für jedes der mindestens drei Funksignale über die Übertragungspfadverluste des entsprechenden Funksignals aus einem Datenspeicher; Berechnen eines Abstands der Mobilstation von der entsprechenden Basisstation für jedes der mindestens drei Funksignale basierend auf der Zeitverzögerung und der Information über die Übertragungspfadverluste; und Bestimmen eines Orts der Mobilstation basierend auf der Trilateration der mindestens drei Abstände.From the DE 10 2015 122 145 A1 a method for improved position determination of a mobile station or a hand-held device within a cellular network is known. The method comprises the steps of: transmitting at least three radio signals between the mobile station and a corresponding number of at least three base stations, at least each of the three radio signals including time information indicating a transmission time of the corresponding radio signal; Calculating a time delay for each of the at least three radio signals based on a difference between an arrival time and the transmission time of the corresponding radio signal; Retrieving the information for each of the at least three radio signals about the transmission path losses of the corresponding radio signal from a data memory; Calculating a distance of the mobile station from the corresponding base station for each of the at least three radio signals based on the time delay and the information about the transmission path losses; and determining a location of the mobile station based on the trilateration of the at least three distances.

Aus der US 2019 066 504 A1 ist ein bodengestütztes Funksystem mit der Bezeichnung Autonomous Transceivers Positioning System („ATPS“) bekannt, das eine vollständige autonome Verfolgung mehrerer sich bewegender Objekte durchführt und die Positions- und Geschwindigkeitskomponenten (Geschwindigkeit und Richtung) eines sich bewegenden Objekts oder die stationäre Position eines Objekts bestimmt. Für ein sich bewegendes Objekt bietet das System eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von mehreren Zentimetern und eine Geschwindigkeitsbestimmung mit einer Genauigkeit von Zentimetern pro Sekunde. Das ATPS-System verfolgt die Position mehrerer Objekte gleichzeitig und kontinuierlich, solange sich die Objekte im Arbeitsbereich des drahtlosen ATPS-Systems befinden. Das ATPS enthält RFID-inspirierte Komponenten, einschließlich fortschrittlicher autonomer drahtloser Abfragegeräte mit mehreren festen Standorten innerhalb des definierten Arbeitsbereichs des Systems und mehrerer autonomer drahtloser Responder, die an sich bewegenden und / oder stationären Objekten befestigt sind.From the US 2019 066 504 A1 A ground-based radio system known as the Autonomous Transceivers Positioning System ("ATPS") is known that performs complete autonomous tracking of multiple moving objects and determines the position and speed components (speed and direction) of a moving object or the stationary position of an object . For a moving object, the system offers position determination with an accuracy of several centimeters and speed determination with an accuracy of centimeters per second. The ATPS system tracks the position of several objects simultaneously and continuously as long as the objects are in the working area of the wireless ATPS system. The ATPS contains RFID-inspired components, including advanced autonomous wireless interrogators with multiple fixed locations within the defined work area of the system and multiple autonomous wireless responders attached to moving and / or stationary objects.

In der WO 2019 143 437 A1 werden Techniken zur Positionsbestimmung beschrieben, die in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk eine Lokalisierung eines Zielbenutzergeräts (UE) ermöglichen , das von einem (oder einer Anzahl) verschiedener Funkzugangstechnologien (RATs) bedient wird. Zu den Techniken zählen Feldstärkemessungen, Laufzeitmessungen und Winkelmessungen.In the WO 2019 143 437 A1 describes positioning techniques that enable a target user equipment (UE) to be located in a wireless communication network that is served by one (or a number of) different radio access technologies (RATs). The techniques include field strength measurements, time of flight measurements, and angle measurements.

Auf Grund der Wellenlänge der WLAN- und BLE-Signale von ca. 12,5 cm entsprechend einer Frequenz von 2,5 GHz ist eine Lokalisierung mit genügend hoher Genauigkeit prinzipiell möglich. Da die erlaubte WLAN- und BLE-Sendeleistung hoch genug ist, um eine störungsfreie bzw. störminimale Informationsübertragung auch bei größeren Antennenabständen und damit akzeptablen Systemkosten zu realisieren, muss bei Indoor-Navigations-Anwendungen davon ausgegangen werden, dass die WLAN- und BLE-Signale nicht von jedem Punkt aus direkt, sondern nur indirekt nach (Mehrfach-) Reflektionen an Wänden und Hindernissen empfangen werden können. Die mit einer Wellenlänge von 12,5 cm theoretisch mögliche Lokalisierungsgenauigkeit kann unter diesen Bedingungen nur dann annähernd erreicht werden, wenn eine Kompensation der (Mehrfach-)Reflektionen mit dedizierten Rechenmodellen erfolgt. Diese Rechenmodelle sind einerseits sehr komplex und damit zeitintensiv in ihrer Entwicklung, andererseits müssen sie kontinuierlich aktuell gehalten werden, um eventuellen baulichen Gebäudeveränderungen während des Systembetriebs über mehrere Jahre Rechnung tragen zu können.Due to the wavelength of the WLAN and BLE signals of approx. 12.5 cm, corresponding to a frequency of 2.5 GHz, localization with sufficiently high accuracy is in principle possible. Since the permitted WLAN and BLE transmission power is high enough to achieve interference-free or interference-free information transmission even with larger antenna distances and thus acceptable system costs, it must be assumed for indoor navigation applications that the WLAN and BLE signals cannot be received directly from every point, but only indirectly after (multiple) reflections on walls and obstacles. The localization accuracy theoretically possible with a wavelength of 12.5 cm can only be approximated under these conditions if the (multiple) reflections are compensated with dedicated computer models. On the one hand, these calculation models are very complex and therefore time-consuming to develop; on the other hand, they have to be kept continuously up-to-date in order to be able to take into account any structural changes to the building during system operation over several years.

Die dafür erforderlichen Arbeiten entfallen bei Erhöhung der Antennendichte, sodass die WLAN- und BLE-Signale größtenteils direkt empfangen werden können und damit der Anteil der (Mehrfach-)Reflektionen abnimmt. Für ihre Kompensation bei der Indoor-Lokalisierung sind damit generische Modelle ausreichend, die sich einerseits einfacher gestalten und andererseits nicht mehr kontinuierlich aktualisiert werden müssen.The work required for this is no longer necessary if the antenna density is increased, so that most of the WLAN and BLE signals can be received directly, thus reducing the proportion of (multiple) reflections. To compensate for indoor localization, generic models are sufficient, which on the one hand are simpler and on the other hand no longer have to be continuously updated.

Für Indoor-Navigations-Anwendungen mit besonders hohen Genauigkeitsanforderungen kann es erforderlich werden, das oben beschriebene Trilaterationsverfahren um einen Ultra-Wide-Band-Ansatz (UWB-Ansatz) zu erweitern. Dessen Prinzip besteht darin, von einem Sender eines autonom fahrenden Fahrzeugs oder eines elektronischen Museumsführers beispielsweise einen zeitlich stark begrenzten Impuls mit einer Dauer <1ns und stark ausgeprägter Flankensteilheit entsprechend einer Bandbreite von mehreren Hundert MHz auszusenden. Prinzip bedingt verteilt sich die Strahlungsleistung eines UWB-Impulses auf die sehr große Bandbreite. Pro Bandbreitenintervall ergibt sich somit nur eine wenig erhöhte Strahlungsleistung, sodass der Grenzwert der spezifischen Strahlungsleistung einer von derselben Station ausgestrahlten anderen Kommunikationsart durch die zusätzliche UWB-Ausstrahlung in dem jeweiligen Intervall praktisch nicht überschritten wird.For indoor navigation applications with particularly high accuracy requirements, it may be necessary to expand the trilateration method described above to include an ultra-wide-band approach (UWB approach). Its principle consists in sending out from a transmitter of an autonomously driving vehicle or an electronic museum guide, for example, a time-limited impulse with a duration <1ns and a pronounced edge steepness corresponding to a bandwidth of several hundred MHz. Due to the principle, the radiation power of a UWB pulse is distributed over the very large bandwidth. Thus, there is only a slightly increased radiated power per bandwidth interval, so that the limit value of the specific radiated power of another type of communication broadcast by the same station is practically not exceeded by the additional UWB broadcast in the respective interval.

Trotz der geringen Leistung des UWB-Pulses müssen im Indoor-Bereich verteilt angebrachte Empfänger in der Lage sein, eine einwandfreie Detektion des UWB-Pulses durchzuführen und eine Rückantwort in Richtung des aussendenden Endgeräts zurückzusenden. Der Abstand der im Indoor-Bereich verteilt angebrachten Empfänger darf daher einen von den gegebenen Randbedingungen abhängigen max. Wert nicht überschreiten und sollte im Idealfall so gewählt werden, dass von jedem Punkt des Indoor-Bereichs aus Sichtkontakt zu mindestens drei Empfängern besteht. Die Begründung für diese Forderung ist die Notwendigkeit, Reflektionen erkennen und ignorieren zu können. Bei fehlendem direkten Sichtkontakt würden ausschließlich reflektierte Signale oder sogar mehrfach reflektierte Signale vorliegen. Um daraus die Entfernung zwischen Sender und Empfänger ermitteln zu können, wären aufwändige Rechen-Modelle erforderlich. Diese Modelle müssten immer aktuell gehalten werden, um eventuelle bauliche Veränderungen wiedergeben zu können. Bei Vorliegen einer direkten Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger ist es möglich, Reflektionen und Mehrfach-Reflektionen zu erkennen und zu ignorieren. Die Entfernungs-Berechnung kann dann auf Basis der direkten Pulslaufzeit mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.Despite the low power of the UWB pulse, receivers installed in the indoor area must be able to correctly detect the UWB pulse and respond in the direction of the sending one To send back the device. The distance between the receivers distributed in the indoor area must therefore not exceed a maximum value that depends on the given boundary conditions and should ideally be selected so that there is visual contact with at least three receivers from every point in the indoor area. The rationale for this requirement is the need to be able to recognize and ignore reflections. In the absence of direct visual contact, only reflected signals or even multiple reflected signals would be present. In order to be able to determine the distance between transmitter and receiver from this, complex calculation models would be required. These models must always be kept up-to-date in order to be able to reflect any structural changes. If there is a direct line of sight between the transmitter and receiver, it is possible to recognize and ignore reflections and multiple reflections. The distance calculation can then be determined with high accuracy on the basis of the direct pulse transit time.

Unter diesen Bedingungen wird es durch eine präzise Messung der Zeit zwischen Aussenden des Original-Impulses und Wiedereintreffen der reflektierten Impulses von mindestens drei Empfängern möglich, die Entfernungen zwischen Endgerät und Sendern zu bestimmen und mithilfe der Senderstandorte und der Distanzen die Endgeräteposition zu ermitteln.Under these conditions, by precisely measuring the time between the transmission of the original pulse and the re-arrival of the reflected pulse from at least three receivers, it is possible to determine the distances between the terminal device and the transmitter and to determine the terminal device position using the transmitter locations and the distances.

Der ausgeprägte Gleichlauf aktuell verfügbarer elektronischer Uhren ermöglicht dabei, den Fehler der ermittelten Position < 1cm zu halten. Dem Vorteil dieser hohen Genauigkeit steht dabei der Nachteil der hohen Kosten durch die Vielzahl der erforderlichen Empfänger zur Reflektion der gesendeten Impulse gegenüber.The pronounced synchronization of currently available electronic clocks enables the error of the determined position to be kept <1 cm. The advantage of this high accuracy is offset by the disadvantage of the high costs due to the large number of receivers required to reflect the transmitted pulses.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Methode zur hochgenauen Eigenlokalisierung für Objekte, insbesondere Fahrzeuge, zu finden, die sich innerhalb von Gebäuden bewegen.The object of the invention is to find a method for highly precise self-localization for objects, in particular vehicles, which move within buildings.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes gemäß Anspruch 10, sowie eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem gemäß Anspruch 14 gelöst.This object is achieved by a method for determining the position and / or orientation of an object to be located according to claim 1, a device for determining the position and / or orientation of an object to be located according to claim 10, and a base station for a mobile radio communication system according to claim 14 .

Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.The dependent claims contain advantageous developments and improvements of the invention according to the following description of these measures.

Die Lösung für das Problem besteht in einem Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Objektes, das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist. Dieses kann in Form eines Mobilfunkkommunikationsnetzwerkes ausgeführt sein. Zur hochgenauen Positions- und/oder Orientierungsbestimmung werden von dem Objekt breitbandige Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen ausgesendet, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen in einer unmittelbaren Rücksendung beantwortet werden. Für die genaue Positions- und/oder Orientierungsbestimmung wird in dem Objekt eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen durchgeführt. Dabei wird der Impuls nacheinander wiederholt durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes angebrachten Antennenelementen abgestrahlt und es wird jeweils die Laufzeit von und zu den einzelnen Antennenelementen gemessen. Aus der Laufzeit wird die Bestimmung der Position des Antennenelementes des Objektes jeweils basierend auf den gemessenen Laufzeiten und den bekannten Positionen der Feststationen durchgeführt. Dabei wird eine Schnittpunktberechnung durchgeführt. Liegen Messergebnisse für drei verschiedene Feststationen vor, entspricht die Schnittpunktberechnung einer Trilaterationsrechnung. Bei mehr vorliegenden Messergebnissen kann die Schnittpunktberechnung in Form einer Multilaterationsrechnung erfolgen. Ausgehend von der Lage der Schnittpunkte wird die Position der Antennenelemente berechnet. Theoretisch ist es möglich, dass zwei Rücksendungen von verschiedenen Feststationen zum gleichen Zeitpunkt beim Objekt eintreffen. Wenn sich hier eine Störung ergibt, muss die Messung wiederholt werden. Bei einem sich bewegenden Objekt werden sich dann schnell andere Verhältnisse ergeben, sodass die Störung wegfällt.The solution to the problem consists in a method for the highly precise determination of the position and / or orientation of an object which is designed for communication in a wireless communication network. This can be implemented in the form of a cellular radio communication network. For highly precise position and / or orientation determination, broadband pulses of short duration are sent from the object to the surrounding fixed stations, which are answered by the surrounding fixed stations in an immediate return when they are received. To determine the exact position and / or orientation, a measurement of the transit time of the emitted pulse is carried out in the object up to the arrival of the return pulse from one of the surrounding fixed stations. In this case, the pulse is repeatedly emitted one after the other by a number of antenna elements attached to different positions on the object and the transit time from and to the individual antenna elements is measured in each case. From the transit time, the position of the antenna element of the object is determined based on the measured transit times and the known positions of the fixed stations. An intersection point calculation is carried out. If measurement results are available for three different base stations, the intersection calculation corresponds to a trilateration calculation. If there are more measurement results, the intersection point calculation can be done in the form of a multilateration calculation. The position of the antenna elements is calculated based on the position of the intersection points. Theoretically, it is possible that two returns from different base stations arrive at the object at the same time. If there is a fault here, the measurement must be repeated. In the case of a moving object, other conditions will quickly arise so that the disturbance is eliminated.

Die breitbandigen Impulse kurzer Dauer können in einer bevorzugten Variante Ultra-Wide-Band-Impulsen (UWB) entsprechen. Das sind Impulse, die im UHF- oder SHF-Frequenzband abgestrahlt werden. Sie eignen sich besonders gut für die Abstandsmessung. Die UWB-Impulse haben eine hohe Bandbreite von ca. 500 MHz oder mehr, was eine kurze Dauer im Zeitbereich von wenigen oder Bruchteilen von Nanosekunden bedingt. Deshalb werden UWB-Impulse auch zur Abstandsmessung eingesetzt, allerdings nur für kurze Entfernungen, da sie mit nur geringer Strahlungsenergie abgestrahlt werden, und die Reichweite dementsprechend begrenzt ist.In a preferred variant, the broadband pulses of short duration can correspond to ultra-wide-band pulses (UWB). These are pulses that are emitted in the UHF or SHF frequency band. They are particularly suitable for measuring distances. The UWB pulses have a high bandwidth of approx. 500 MHz or more, which results in a short duration in the time range of a few or fractions of nanoseconds. This is why UWB pulses are also used to measure distances, but only for short distances, as they are emitted with only a small amount of radiant energy and the range is accordingly limited.

Für das Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Antennen der Feststationen in Form von Antennen-Arrays ausgelegt werden, die aus einer Anzahl von Antennenelementen bestehen, wobei für die Laufzeitmessung eine Anzahl von Antennenelementen den Messimpuls parallel abstrahlen oder ein einzelnes Antennenelement eingesetzt wird, um den Messimpuls abzustrahlen. Insbesondere eignen sich die 5G-Antennen für das sogenannte 26 GHz-Frequenzband für den Einsatz bei dem Messverfahren. Mit ihrer flächendeckenden Implementierung ist zu rechnen, sobald das aktuell laufende Ausrollen der 5G-Telekommunikationstechnologie für das 3,5GHz-Frequenzband abgeschlossen ist. In dem 26 GHz-Band sind die Ausbreitungsbedingungen schlechter als in den Frequenzbereichen bis 10,6 GHz, da die Funksignale in diesem Frequenzbereich einer ausgeprägt hohen Dämpfung unterliegen. Deshalb ist eine Verringerung des Abstandes zwischen den Feststationen erforderlich, wodurch sich aber häufiger Sichtverbindungen herstellen lassen und sich das Problem mit den Mehrfachreflektionen verringert.
Eine sehr vorteilhafte Variante ergibt sich, wenn drei verschiedene Laufzeitmessungen mit drei verschiedenen einzelnen Antennenelementen des Antennen-Arrays in den Feststationen nacheinander durchgeführt werden, wobei die einzelnen Antennenelemente so ausgewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Diese drei Einzelmessungen liefern Ergebnisse für drei verschiedene Positionen von drei verschiedenen Antennenelementen. Die Durchführung der Laufzeitmessungen nacheinander ist vorteilhaft, da in diesem Fall nur ein Antennenelement in der Gegenstelle (hier das Objekt) vorhanden sein muss. Damit ergeben sich Kostenvorteile. Soll jedoch nicht nur die Position des Objekts, sondern auch seine Orientierung etwa in Form des Gierwinkels ermittelt werden, sind mehrere Antennenelemente, z. B. in Form von weiter auseinanderliegenden Einzelantennenelementen in der Gegenstelle (hier dem Objekt) erforderlich.
For the method, it is advantageous if the antennas of the fixed stations are designed in the form of antenna arrays which consist of a number of antenna elements, a number of antenna elements emitting the measurement pulse in parallel for the transit time measurement or a single antenna element being used to measure the To emit measuring pulse. In particular, the 5G antennas for the so-called 26 GHz frequency band are suitable for use in the measurement process. It can be expected to be implemented across the board as soon as the current roll-out of 5G telecommunications technology for the 3.5 GHz frequency band has been completed. In the 26 GHz band, the propagation conditions are worse than in the frequency ranges up to 10.6 GHz, since the radio signals in this frequency range are subject to a markedly high level of attenuation. Therefore, a reduction in the distance between the base stations is necessary, but this allows more frequent line of sight connections and reduces the problem with multiple reflections.
A very advantageous variant results when three different transit time measurements with three different individual antenna elements of the antenna array are carried out in succession in the fixed stations, the individual antenna elements being selected so that they are as far apart as possible. These three individual measurements provide results for three different positions of three different antenna elements. It is advantageous to carry out the transit time measurements one after the other, since in this case only one antenna element needs to be present in the remote station (here the object). This results in cost advantages. However, if not only the position of the object, but also its orientation, for example in the form of the yaw angle, are to be determined, several antenna elements, e.g. B. in the form of further apart individual antenna elements in the counterpart (here the object) is required.

In beiden Fällen kann dann die Position des fahrzeugseitigen Antennenelementes bzw. der fahrzeugseitigen Antennenelemente durch Trilaterationsrechnung basierend auf den Laufzeitmessungen zu den drei Antennenelementen des Antennen-Arrays der Feststation errechnet werden. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt dabei aber auch von dem Abstand zwischen den Antennenelementen des bzw. der Antennen-Arrays ab.In both cases, the position of the vehicle-side antenna element or the vehicle-side antenna elements can then be calculated by trilateration calculation based on the transit time measurements to the three antenna elements of the antenna array of the base station. However, the accuracy of the position determination also depends on the distance between the antenna elements of the antenna array or arrays.

Hier ist es dann auch von Vorteil, wenn bei Eintreffen der Antwortimpulse von zwei oder mehr verschiedenen umliegenden Feststationen an einem Antennenelement des Objektes eine Mittelung der Positionsbestimmungen des Antennenelementes des zu ortenden Objektes durchgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung nochmals gesteigert werden.Here it is also advantageous if, when the response pulses from two or more different surrounding fixed stations arrive at an antenna element of the object, the position determinations of the antenna element of the object to be located are averaged. As a result, the accuracy of the position determination can be increased again.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Laufzeitmessungen seitens der verschiedenen Antennenelemente des Objektes für den von einer Feststation zurückgesendeten Impuls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, wobei eine Laufzeit, die bei der Plausibilitätsprüfung als fehlerhaft verworfen wurde, für die Schnittpunktberechnung nicht verwendet wird. So wird es verhindert, dass eine mit größerem Fehler behaftete Laufzeitmessung die Genauigkeit der Positionsbestimmung verschlechtert. Unter Umständen ist es nämlich möglich, dass ein Messimpuls an Hindernissen reflektiert wird und nicht auf direktem Wege zu einer Antenne zurückgelangt. Dann entspricht die Laufzeitmessung nicht mehr der direkten Abstandsmessung zwischen Objekt und Feststation und ist dadurch verfälscht.It is also advantageous if the transit time measurements by the various antenna elements of the object are subjected to a plausibility check for the pulse sent back from a base station, a transit time that was rejected as faulty in the plausibility check is not used for the intersection calculation. This prevents a transit time measurement that is subject to major errors from impairing the accuracy of the position determination. Under certain circumstances it is possible that a measuring pulse is reflected off of obstacles and does not return directly to an antenna. The runtime measurement then no longer corresponds to the direct distance measurement between the object and the base station and is thus falsified.

In einer Variante beruht die Plausibilitätsprüfung auf einem Vergleich der gemessenen Laufzeiten unter Berücksichtigung der örtlichen Nähe der an dem Objekt angebrachten Antennenelemente und es werden diejenigen Laufzeiten als fehlerhaft verworfen, deren Laufzeit nicht mit der örtlichen Nähe der Antennen korreliert. Mit anderen Worten wird bei der Plausibilitätsprüfung ausgenutzt, dass es eine Laufzeitmessung beruhend auf Direktempfang geben wird. Wenn andere Laufzeitmessungen über den bekannten Abstand von den Antennen des Objektes hinaus davon sehr stark abweichen, wird davon ausgegangen, dass sie auf Reflexionsempfang beruhen. Diese werden dann als fehlerhaft verworfen.In one variant, the plausibility check is based on a comparison of the measured transit times taking into account the local proximity of the antenna elements attached to the object, and those transit times are rejected as faulty whose transit times do not correlate with the local proximity of the antennas. In other words, the plausibility check makes use of the fact that there will be a transit time measurement based on direct reception. If other time-of-flight measurements differ greatly from the known distance from the object's antennas, it is assumed that they are based on reflection reception. These are then discarded as faulty.

Durch die Maßnahme der Durchführung einer Gewichtung der Laufzeitmessungen in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Plausibilitätsprüfung kann ebenfalls eine Steigerung der Genauigkeit der Positionsbestimmung erzielt werden.The measure of carrying out a weighting of the transit time measurements as a function of the results of the plausibility check can also increase the accuracy of the position determination.

Schließlich wird gemäß des Verfahrens die Position und Orientierung des Objektes aus den ermittelten Antennenelementpositionen an dem Objekt bestimmt. Handelt es sich bei dem Objekt um ein Fahrzeug, so wird die Fahrzeugposition und/oder -orientierung für vielfältige Zwecke benötigt. Unter anderem zu Navigationszwecken. Aber auch, wenn das Fahrzeug mit automatischer Fahrfunktion ausgestattet ist, ist die Positions- und/oder Orientierungsangabe unabdinglich, damit es zu keiner Kollision mit einem Hindernis oder einem anderen Verkehrsteilnehmer kommt. Aber auch, wenn das Objekt kein Fahrzeug ist, sondern z.B. ein Fußgänger, kommt es genauso auf die Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung an, damit die Navigation insbesondere innerhalb von Gebäuden funktioniert.Finally, according to the method, the position and orientation of the object is determined from the determined antenna element positions on the object. If the object is a vehicle, the vehicle position and / or orientation is required for a variety of purposes. Among other things for navigation purposes. But even if the vehicle is equipped with an automatic driving function, the position and / or orientation information is essential so that there is no collision with an obstacle or another road user. But even if the object is not a vehicle but, for example, a pedestrian, the accuracy of the position and / or orientation determination is just as important, so that the navigation works especially within buildings.

Eine besonders vorteilhafte Variante der Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Objektes wird mit Anwendung einer Trilaterationsrechnung bzw. Multilaterationsrechnung auf Basis der Laufzeitmessungen eines an dem Objekt angebrachten Antennenelementes für die von drei oder mehr verschiedenen Feststationen zurückgesendeten Impulse erreicht. Damit kann die Position auf wenige Zentimeter und die Orientierung auf weniger als 10° genau bestimmt werden. Hier sind die Abstände zwischen den Feststationen groß genug, um die Trilateration mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Je kleiner die Abstände zwischen den Feststationen sind, umso mehr wirken sich Fehler bei der Laufzeitmessung auf die Positions- und/oder Orientierungsbestimmung aus.A particularly advantageous variant of determining the position and / or orientation of the object is achieved by using a trilateration calculation or multilateration calculation based on the transit time measurements of an antenna element attached to the object for the pulses sent back from three or more different base stations. This means that the position can be determined to within a few centimeters and the orientation to less than 10 °. Here the distances between the base stations are large enough to accommodate the Perform trilateration with high accuracy. The smaller the distances between the fixed stations, the more errors in the transit time measurement affect the position and / or orientation determination.

Die Erfindung betrifft in einer anderen Ausprägung auch eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes. Dabei ist die Vorrichtung mit einem Kommunikationsmodul zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgestattet. Die Vorrichtung ist auch zur Kommunikation mit den umliegenden Feststationen des Kommunikationsnetzwerkes ausgestattet. Die Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine Anzahl von an dem Objekt an verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelementen, wobei jeweils ein Transceiver pro angebrachtem Antennenelement vorgesehen ist, das in der Nähe zu der Position des Antennenelementes lokalisiert ist. Der Vorteil der Positionierung in der Nähe des Antennenelementes besteht darin, dass so nur kurze Verbindungsleitungen zwischen Antennenelement und Transceiver benötigt werden. Dies ist erforderlich, um möglichst nicht die Laufzeitmessungen zu verfälschen. Der Transceiver dient dabei zur Erzeugung eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer, der von dem Antennenelement an die umliegenden Feststationen abgestrahlt wird und zum Empfang eines von den umliegenden Feststationen durch unmittelbare Rücksendung ausgesendeten Antwortimpulses. Es dient ebenfalls zur Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses von einer der umliegenden Feststationen. Dabei erfolgt die Aussendung des Impulses durch die verschiedenen Antennenelemente, die an unterschiedlichen Positionen des Objektes angebracht sind, und die Laufzeitmessung erfolgt durch die jeweils den einzelnen Antennenelementen zugeordneten Transceiver. Mit dieser Anordnung kann die Position und/oder Orientierung des Objektes durch gängige Methoden zur Schnittpunktberechnung, insbesondere Trilateration oder Multilateration, sehr genau bestimmt werden.In another embodiment, the invention also relates to a corresponding device for determining the position and / or orientation of an object to be located. The device is equipped with a communication module for communication in a wireless communication network. The device is also equipped for communication with the surrounding fixed stations of the communication network. The device is characterized by a number of antenna elements attached to the object at different positions, one transceiver being provided for each attached antenna element, which is located in the vicinity of the position of the antenna element. The advantage of positioning in the vicinity of the antenna element is that only short connecting lines are required between the antenna element and the transceiver. This is necessary in order not to falsify the runtime measurements as far as possible. The transceiver is used to generate a broadband pulse of short duration, which is emitted by the antenna element to the surrounding base stations, and to receive a response pulse sent by the surrounding base stations by direct return. It is also used to measure the transit time of the emitted pulse until the response pulse arrives from one of the surrounding fixed stations. The impulse is transmitted by the various antenna elements that are attached to different positions on the object, and the transit time is measured by the transceivers assigned to the individual antenna elements. With this arrangement, the position and / or orientation of the object can be determined very precisely using common methods for calculating intersection points, in particular trilateration or multilateration.

In einer Variante ist das Kommunikationsmodul mit den Transceivern der an den verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelemente verbunden, und das Kommunikationsmodul ist dafür ausgelegt, die verschiedenen Transceiver nacheinander zum Aussenden des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer aufzufordern oder ihnen jeweilige geplante Zeiten zuzuweisen für die nacheinander erfolgende Aussendung der breitbandigen Impulse. Das ist nötig, damit es nicht zu Interferenzen zwischen den Impulsen kommt. Die Gefahr besteht nämlich, wenn die Impulse von unterschiedlichen Antennen gleichzeitig abgestrahlt werden.In one variant, the communication module is connected to the transceivers of the antenna elements attached to the various positions, and the communication module is designed to prompt the various transceivers one after the other to transmit the broadband pulse of short duration or to assign them the respective planned times for the successive transmission of the broadband pulses. This is necessary so that there is no interference between the pulses. There is a risk if the impulses are emitted by different antennas at the same time.

Dabei ist es dann auch von Vorteil, wenn das Kommunikationsmodul ebenfalls für die Kommunikation in einem Mobilfunknetz ausgelegt ist und eingerichtet ist, eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase an die umliegenden Feststationen zu senden, mit der das Eintreffen eines breitbandigen Impulses angekündigt wird und die Feststationen aufgefordert werden, den eintreffenden Impuls durch sofortige Rücksendung des Antwortimpulses zu beantworten. Nur wenn der Antwortimpuls unmittelbar ausgesendet wird, kann die Laufzeitmessung direkt durch Bilden der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Aussendung des Messimpulses und dem Zeitpunkt des Eintreffens des Antwortimpulses berechnet werden.It is then also advantageous if the communication module is also designed for communication in a cellular network and is set up to send an announcement message for the position and / or orientation measurement phase to the surrounding fixed stations, which announces the arrival of a broadband pulse and the base stations are requested to respond to the incoming pulse by sending back the response pulse immediately. The transit time measurement can only be calculated directly by calculating the difference between the point in time at which the measurement pulse was transmitted and the point in time when the response pulse arrived if the response pulse is transmitted immediately.

Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn die Feststationen mit der Ankündigungsnachricht aufgefordert werden, im Anschluss an die Aussendung des Antwortimpulses ihre Kennung an die Kommunikationseinheit in einem weiteren Impuls oder einer weiteren Impulsfolge oder in einer Nachricht über einen logischen Kanal des Drahtloskommunikationssystems zu senden.In addition, it is advantageous if the base stations are requested with the announcement message to send their identification to the communication unit in a further pulse or a further pulse train or in a message via a logical channel of the wireless communication system following the transmission of the response pulse.

In einer weiteren Ausprägung betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wobei in dem Fahrzeug eine Vorrichtung gemäß der Erfindung verbaut ist.In a further embodiment, the invention also relates to a vehicle, a device according to the invention being installed in the vehicle.

Schließlich betrifft die Erfindung in einer weiteren Ausprägung auch noch eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem mit einer Antennen-Anordnung und mit einer Sende- und Empfangseinheit. Dabei ist die Sende- und Empfangseinheit ausgelegt, eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase eines zu lokalisierenden Objektes zu empfangen und in Reaktion auf den Empfang der Ankündigungsnachricht in einen Betriebsmodus zu wechseln, in dem auf das Eintreffen des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer gewartet wird und bei Empfang des Impulses den Antwortimpuls unmittelbar zurückzusenden.Finally, in a further embodiment, the invention also relates to a base station for a mobile radio communication system with an antenna arrangement and with a transmitting and receiving unit. The transmitting and receiving unit is designed to receive an announcement message for the position and / or orientation determination measurement phase of an object to be localized and, in response to the receipt of the announcement message, to switch to an operating mode in which the broadband pulse of a short duration is received is waited and to send back the response pulse immediately upon receipt of the pulse.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sende- und Empfangseinheit ausgelegt ist, eine andere Ankündigungsnachricht zu empfangen, mit der die Feststation in einen anderen Betriebsmodus versetzt wird, in dem sie drei Antennenelemente des Antennen-Arrays bestimmt, die für separate Laufzeitmessungen jeweils einen Antwortimpuls bei Eintreffen des breitbandigen Impulses an das Objekt zurücksenden. Die Laufzeitmessungen finden nacheinander statt.Furthermore, it is advantageous if the transmitting and receiving unit is designed to receive another announcement message with which the base station is put into a different operating mode in which it determines three antenna elements of the antenna array that each have a response pulse for separate transit time measurements Send the arrival of the broadband pulse back to the object. The runtime measurements take place one after the other.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen:

  • 1 das Prinzip der Fahrzeugkommunikation über Mobilfunk;
  • 2 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 50 - 100 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem ruralen Bereich;
  • 3 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 50 - 100 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem urbanen Bereich;
  • 4 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 30 - 50 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem Parkhaus;
  • 5 ein Beispiel einer Antennenanordnung in Form eines Antennen-Arrays wie sie in einer Feststation eines 5G-Mobilfunksystems eingesetzt werden;
  • 6 ein Beispiel einer Antennenanordnung und der zugehörigen Transceiver bei einem Fahrzeug;
  • 7 ein Blockdiagramm für die Fahrzeugelektronik eines Kraftfahrzeuges;
  • 8 ein erstes Beispiel der Sichtlinienverhältnisse von einem Fahrzeug zu mehreren umliegenden Feststationen in einem Parkhaus; und
  • 9 ein zweites Beispiel der Sichtlinienverhältnisse von einem Fahrzeug zu mehreren umliegenden Feststationen in dem Parkhaus.
Show it:
  • 1 the principle of vehicle communication via cellular radio;
  • 2 the line-of-sight relationships between fixed stations of a cellular radio communication system at intervals of 50-100 m in a rural area;
  • 3 the line-of-sight relationships between fixed stations of a cellular radio communication system in an urban area at intervals of 50-100 m;
  • 4th the line-of-sight relationships between fixed stations of a cellular radio communication system in a car park at intervals of 30-50 m;
  • 5 an example of an antenna arrangement in the form of an antenna array as used in a fixed station of a 5G mobile radio system;
  • 6th an example of an antenna arrangement and the associated transceivers in a vehicle;
  • 7th a block diagram for the vehicle electronics of a motor vehicle;
  • 8th a first example of the line-of-sight relationships from a vehicle to several surrounding fixed stations in a parking garage; and
  • 9 a second example of the line-of-sight relationships from a vehicle to several surrounding fixed stations in the parking garage.

Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.The present description illustrates the principles of the disclosure of the invention. It is therefore understood that those skilled in the art will be able to design various arrangements which, although not explicitly described here, embody the principles of the disclosure according to the invention and are also intended to be protected in their scope.

1 zeigt das Prinzip der Fahrzeugkommunikation mittels Mobilfunk. Die Fahrzeuge sind mit Bezugszahl 10 versehen. 1 shows the principle of vehicle communication using cellular radio. The vehicles are with reference number 10 Mistake.

Der Begriff Fahrzeug versteht sich als Sammelbegriff, sei es für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschine oder Elektromotor, sei es für Fahrräder mit und ohne Elektromotor oder andere mit Muskelkraft betriebene Fahrzeuge, z.B. Rollstühle, sei es für Fahrzeuge mit einem, zwei, vier oder mehr Rädern, sei es für Motorräder, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Landwirtschaftsfahrzeuge oder Baumaschinen. Die Aufzählung ist nicht abschließend und umfasst auch weitere Fahrzeugkategorien. Dazu zählen auch noch Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Schienenfahrzeuge. Darüber hinaus können auch andere Objekte als Fahrzeuge geortet werden. Es können in der Produktion z. B. auch Werkzeuge oder zu produzierende Waren geortet werden. Es ist z. B. wichtig, wo sich Werkzeuge befinden, die an verschiedenen Orten eingesetzt werden. Auch ist es wichtig zu wissen, wo sich ein herzustellendes Produkt beispielsweise bei Fließbandproduktion befindet. Anwendungen ergeben sich auch bei der Lagerhaltung in Logistikzentren, um die Waren zu orten. Aber selbst auch Personen können so geortet werden, wenn sie mit entsprechenden Geräten ausgestattet sind. Es wird z.B. an den Einsatz der Technik in Museen gedacht, um eine automatische Führung durch das Museum zu realisieren. Auch die Ortung von Patientenbetten in Krankenhäusern wäre ein denkbarer Anwendungsbereich.The term vehicle is understood as a collective term, be it for vehicles with internal combustion engines or electric motors, for bicycles with or without electric motors or other vehicles powered by muscle power, e.g. wheelchairs, for vehicles with one, two, four or more wheels it for motorcycles, passenger cars, trucks, buses, agricultural vehicles or construction machinery. The list is not exhaustive and also includes other vehicle categories. This also includes aircraft, watercraft or rail vehicles. In addition, objects other than vehicles can also be located. It can be used in production such. B. tools or goods to be produced can also be located. It is Z. B. important where are tools that are used in different places. It is also important to know where a product to be manufactured is located, for example during assembly line production. There are also applications for warehousing in logistics centers in order to locate the goods. But even people can be located in this way if they are equipped with the appropriate devices. For example, the use of technology in museums is being considered in order to implement an automatic guided tour through the museum. The location of patient beds in hospitals would also be a conceivable area of application.

Die Fahrzeuge in 1 sind jeweils mit einer sogenannten On-Board Unit 110 ausgestattet, die als Kommunikationsmodul für ein Mobilfunkkommunikationssystem dient. Diese On-Board Unit 110 entspricht einer Mobilfunknetz-Teilnehmerstation im Sinne der Offenbarung der Erfindung. Beispiele von öffentlichen Mobilfunknetzen sind die bereits erwähnten Mobilfunkkommunikationssysteme LTE und 5G. Bei diesen Mobilfunkkommunikationssystemen werden die typischen Mobilfunknetz-Teilnehmerstationen als UE, entsprechend User Equipment bezeichnet. Im dargestellten Fall handelt es sich bei der On-Board Unit 110 ebenfalls um eine vollwertige Mobilfunknetz-Teilnehmerstation in einem Personenkraftwagen. Alle Nachrichten von den Fahrzeugen (Uplink) und zu den Fahrzeugen (Downlink) werden entweder über eine Mobilfunk-Basisstation 30 geleitet, die eine Mobilfunkzelle bedient, oder im Fall von Fahrzeugdirektkommunikation (Sidelink) unmittelbar zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht. Befinden sich die Fahrzeuge 10 innerhalb dieser Mobilfunkzelle, sind sie bei der Basisstation 30 angemeldet bzw. eingebucht. Verlassen sie die Mobilfunkzelle, werden sie an die benachbarte Zelle übergeben (Handover) und dementsprechend an der Basisstation 30 abgemeldet bzw. ausgebucht. Die Basisstation 30 stellt auch einen Zugang zum Internet zur Verfügung, sodass die Fahrzeuge 10 bzw. alle anderen Mobilfunk-Teilnehmer in der Mobilfunkzelle mit Internetdaten versorgt sind. Dazu steht die Basisstation 30 über die sogenannte S1-Schnittstelle mit dem EPC 40 (Evolved Packet Core) in Verbindung. Über das Internet 300 oder ein anderes Weitverkehrsnetz WAN erreichbar sind noch Zentralrechner 50 oder allgemein die Server eines Dienstanbieters.The vehicles in 1 are each with a so-called on-board unit 110 equipped, which serves as a communication module for a cellular communication system. This on-board unit 110 corresponds to a mobile radio network subscriber station within the meaning of the disclosure of the invention. Examples of public mobile radio networks are the already mentioned mobile radio communication systems LTE and 5G. In these mobile radio communication systems, the typical mobile radio network subscriber stations are referred to as UE, corresponding to user equipment. In the case shown, it is the on-board unit 110 also a fully-fledged mobile network subscriber station in a passenger car. All messages from the vehicles (uplink) and to the vehicles (downlink) are either sent via a cellular base station 30th that serves a cell phone or, in the case of direct vehicle communication (sidelink), is exchanged directly between the vehicles. Are the vehicles 10 within this cell, they are at the base station 30th logged in or booked. If they leave the cell, they are transferred to the neighboring cell (handover) and accordingly to the base station 30th logged off or fully booked. The base station 30th also provides access to the Internet so that the vehicles 10 or all other mobile radio subscribers in the mobile radio cell are supplied with Internet data. The base station is also available 30th via the so-called S1 interface with the EPC 40 (Evolved Packet Core) in connection. Central computers can still be reached via the Internet 300 or another wide area network WAN 50 or generally the servers of a service provider.

Derartige Mobilfunk-Technologien sind standardisiert und es wird diesbezüglich auf die entsprechenden Spezifikationen von Mobilfunkstandards hingewiesen.Such mobile radio technologies are standardized and in this regard reference is made to the corresponding specifications of mobile radio standards.

LTE steht vor allem für hohe Übertragungsraten und kurze Reaktionszeiten. Zur Zeit wird massiv an dem neueren 5G-Mobilfunk-Standard gearbeitet. Dieser soll noch wesentlich flexibler für die verschiedenen Anwendungszwecke einsetzbar sein. Einige Stichworte für die neueren Einsatzzwecke sind Internet of Things loT, Industrie 4.0, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation für autonomes oder kooperatives Fahren. Für all diese Anwendungsfälle soll das 5G-Mobilfunksystem die Datenanbindung liefern. Das geht nur, wenn ein massiver Netzausbau erfolgt. Dabei wird insbesondere auch die Kommunikation innerhalb von Gebäuden verbessert.Above all, LTE stands for high transmission rates and short response times. At the moment, the newer 5G cellular standard is being massively modified worked. This should be able to be used much more flexibly for the various purposes of application. Some keywords for the newer purposes are Internet of Things loT, Industry 4.0, vehicle-to-vehicle communication for autonomous or cooperative driving. The 5G mobile radio system should provide the data connection for all of these applications. That only works if there is a massive network expansion. In particular, communication within buildings is also improved.

Wie bei LTE wird auch die Übertragungsgeschwindigkeit von 5G im Wesentlichen vom Frequenzbereich, der Kanalbreite, dem Abstand zur Basisstation 30 und der Teilnehmeranzahl innerhalb der Mobilfunkzelle abhängig. Je mehr Nutzer die Bandbreite gleichzeitig nutzen, desto geringer fällt die Übertragungsrate pro Teilnehmer aus. Es kann aber eine Priorisierung für Bezahldienste erfolgen und es wird stärker mit Quality of Service QoS gearbeitet bei der Bandbreite für bestimmte Anwendungen reserviert werden kann. Auch für das Mobilfunksystem 5G wird auf die verschiedenen Spezifikationen für die genauen Einzelheiten zu dem 5G-Standard hingewiesen. Diese sind abrufbar unter der Internet Domäne www.3gpp.org.As with LTE, the transmission speed of 5G essentially depends on the frequency range, the channel width and the distance to the base station 30th and the number of participants within the cellular network. The more users use the bandwidth at the same time, the lower the transmission rate per participant. However, there can be a prioritization for payment services and more work is done with Quality of Service QoS in which bandwidth can be reserved for certain applications. For the 5G mobile radio system, too, reference is made to the various specifications for the exact details of the 5G standard. These are available from the Internet domain www.3gpp.org.

Für den Downlink wird wie bei LTE und 5G die OFDMA-Technik (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) verwendet. Dort wird die bekannte Vielträgerübertragungstechnik OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) verwendet, bei der Datensymbole auf die einzelnen Träger mittels QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) oder QAM (Quadrature Amplitude Modulation) moduliert werden. Bei OFDMA wird das zur Verfügung stehende Frequenzband in viele schmale Bänder (Kanäle) aufgeteilt. Die Bandbreite wird flexibel genutzt, um das Äußerste an Übertragungsleistung aus den Frequenzen herauszuholen.As with LTE and 5G, OFDMA technology (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) is used for the downlink. There, the well-known multi-carrier transmission technology OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is used, in which data symbols are modulated onto the individual carriers using QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation). With OFDMA, the available frequency band is divided into many narrow bands (channels). The bandwidth is used flexibly in order to get the most out of the frequencies in terms of transmission power.

Spezielle Algorithmen wählen die geeigneten Kanäle aus und berücksichtigen dabei die Einflüsse aus der Umgebung. Dabei werden vorzugsweise nur die Träger zur Übertragung genutzt, die für den Nutzer an seinem jeweiligen Ort am günstigsten sind.Special algorithms select the suitable channels and take into account the influences from the environment. In this case, only those carriers are preferably used for the transmission that are most favorable for the user at his respective location.

Für den Uplink wird die SC-FDMA Technik verwendet (Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Das ist ein Einträgerzugriffsverfahren was ansonsten OFDMA sehr ähnlich ist. SC-FDMA weist geringere Leistungsschwankungen auf und macht einfachere Leistungsverstärker möglich. Das schont vor allem den Akku mobiler Geräte.The SC-FDMA technology (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) is used for the uplink. This is a single carrier access method which is otherwise very similar to OFDMA. SC-FDMA has less power fluctuations and makes simpler power amplifiers possible. This primarily saves the battery of mobile devices.

Für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation werden ebenfalls Ressourcen der Uplink-Kommunikation benutzt.Uplink communication resources are also used for vehicle-to-vehicle communication.

Ein neues Frequenzband wird bei 5G im 26 GHz-Bereich zur Verfügung gestellt. Auf Grund der ausgeprägten Dämpfung von Funkwellen im 26 GHz-Frequenzband durch die Atmosphäre, ist es erforderlich, die entsprechenden 5G-Antennen mit einem Abstand < 50-100m zu implementieren. Nur so kann im ruralen Bereich mit weitest gehendem direktem Sichtkontakt zu den 5G-Antennen eine genügend kleine Dämpfung der Telekommunikations-Signale bei der Übertragung zwischen 5G-Endgerät und 5G-Antennen sichergestellt werden. Die 2 zeigt den Abstand zwischen den 5G Feststationen im ruralen Bereich und die 3 den Abstand zwischen 5G-Feststationen im urbanen Bereich.A new frequency band is made available for 5G in the 26 GHz range. Due to the pronounced attenuation of radio waves in the 26 GHz frequency band by the atmosphere, it is necessary to implement the corresponding 5G antennas at a distance of <50-100m. This is the only way to ensure a sufficiently small attenuation of the telecommunication signals during transmission between 5G end devices and 5G antennas in rural areas with as much direct visual contact as possible to the 5G antennas. The 2 shows the distance between the 5G base stations in the rural area and the 3 the distance between 5G fixed stations in urban areas.

Im urbanen Bereich kommt noch hinzu, dass nur bei einem Abstand der 5G-Antennen < 50-100 m von den meisten Punkten aus direkter Sichtkontakt zwischen 5G-Antennen und - Telekommunikations-Endgerät besteht.In urban areas, there is also the fact that there is only direct visual contact between the 5G antennas and telecommunication devices if the distance between the 5G antennas is <50-100 m from most points.

Innerhalb von Gebäuden hingegen ist für die Realisierung eines direkten Sichtkontakts zwischen 5G-Antennen und Teilnehmer-Endgeräten UE eine noch höhere Dichte der 5G-Antennen und damit ein Abstand von 30 - 50 m erforderlich, s. 4.Inside buildings, on the other hand, an even higher density of 5G antennas and thus a distance of is required for realizing direct visual contact between 5G antennas and subscriber terminals UE 30th - 50 m required, s. 4th .

Dieser für die Telekommunikation ohnehin vorhandene geringe Abstand der 5G-Antennen für den 26 GHz-Bereich, kann für eine hochgenaue Eigenlokalisierung der Teilnehmerstationen genutzt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei auch, dass es sich bei den 5G-Antennen für die Telekommunikation in Wirklichkeit um Antennen-Arrays mit einer Vielzahl von Elementen handelt. Ein solches Antennen-Array 310 ist in der 5 dargestellt. Bei einer Element-Abmessung von z.B. 2cm x 2cm ergibt sich für ein Antennen-Array 310 entsprechend 5 eine Grundfläche von 12cm x 12cm. Der Grund für den Einsatz solcher Antennen-Arrays bei 5G besteht darin, dass in 5G auch der Einsatz der Beamsteering-Technik unterstützt werden soll.This small distance between the 5G antennas for the 26 GHz range, which is already available for telecommunications, can be used for highly precise self-localization of the subscriber stations. It is also particularly advantageous that the 5G antennas for telecommunications are actually antenna arrays with a large number of elements. Such an antenna array 310 is shown in FIG 5 shown. With an element dimension of, for example, 2 cm × 2 cm, this results in a corresponding manner for an antenna array 310 5 a base of 12cm x 12cm. The reason for using such antenna arrays in 5G is that the use of beam steering technology should also be supported in 5G.

Antennen-Arrays mit derartigen Abmessungen können problemlos im ruralen Bereich z. B. entlang von Straßen, Schienen- und Wasserwegen angebracht werden, aber auch in urbanen Gebieten sowie innerhalb von Gebäuden und Parkhäusern entsprechend der 2, 3 und 4 installiert werden. Im Fahrzeug 10 oder allgemeiner an mobilen Objekten ist es schwieriger solche Antennen-Arrays einzusetzen. Dafür stehen aber schon sogenannte 5G-Single-Element-Antennen zur Verfügung, wie sie z.B. vom Konsortium der Firmen NTT DOCOMO, AGC und Ericsson mit den Abmessungen 1 cm x 1,5cm angeboten werden. Ein solches Element ist in der 5 auch dargestellt.Antenna arrays with such dimensions can easily be used in the rural area z. B. along roads, railways and waterways, but also in urban areas and inside buildings and parking garages according to the 2 , 3 and 4th to be installed. In the vehicle 10 or more generally on mobile objects, it is more difficult to use such antenna arrays. So-called 5G single-element antennas are already available for this, such as those offered by the consortium of NTT DOCOMO, AGC and Ericsson with dimensions of 1 cm x 1.5 cm. One such element is in the 5 also shown.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung werden solche Antennen-Einzelelemente an mehreren Stellen im Fahrzeug 10 installiert um eine hochgenaue Eigenlokalisierung zu ermöglichen. Diese ist erforderlich für autonom fahrende Fahrzeuge, assistiert fahrende Fahrzeuge oder kooperativ fahrende Fahrzeuge. Auch für die Navigation innerhalb von Gebäuden, wie Parkhäusern ist die hochgenaue Eigenlokalisierung erforderlich.According to one aspect of the invention, such individual antenna elements are attached to several Places in the vehicle 10 installed to enable highly accurate self-localization. This is required for autonomously driving vehicles, assisted driving vehicles or cooperatively driving vehicles. High-precision self-localization is also required for navigation within buildings, such as parking garages.

Dafür werden die Fahrzeuge 10 jeweils an Front-, Heck- und Seitenscheiben des Fahrzeugs jeweils mit mindestens einer 5G-Einzel-Element-Antenne 176 ausgestattet. Jede Einzel-Element-Antenne ist mit einer Sende- und Empfangseinheit 170 in Antennennähe verbunden. Die Sende- und Empfangseinheit wird im Folgenden als Transceiver bezeichnet. Die verschiedenen Transceiver sind untereinander vernetzt. Zusätzlich sind sie mit der On-Board Unit 110 vernetzt. Die Komponenten sowie deren Vernetzung sind in der 6 dargestellt. Dabei ist der Verbau der Transceiver 170 in Antennennähe erforderlich, um den zeitlich auf <1ns begrenzten Messimpuls mit der geforderten extremen Flankensteilheit abstrahlen zu können. Die 6 zeigt dabei die besondere Form der Vernetzung in Form eines linearen Kommunikationsbusses. Als Beispiel kann eine Variante des CAN-Busses, entsprechend Controller Area Network eingesetzt werden. Der CAN-Bus erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Datenrate und kurzer Latenzzeit durch Einsatz des Buszugriffsverfahren CSMA-CA, entsprechend Carrier Sense Multiple Access - Collision A voidance.That’s what the vehicles are for 10 each equipped with at least one 5G single element antenna 176 on the front, rear and side windows of the vehicle. Each single-element antenna is equipped with a transmitter and receiver unit 170 connected near the antenna. The transmitting and receiving unit is referred to below as the transceiver. The various transceivers are networked with one another. In addition, they come with the on-board unit 110 networked. The components and their networking are in the 6th shown. The shoring is the transceiver 170 required near the antenna in order to be able to emit the measuring pulse, which is limited in time to <1ns, with the required extreme edge steepness. The 6th shows the special form of networking in the form of a linear communication bus. A variant of the CAN bus, corresponding to the Controller Area Network, can be used as an example. The CAN bus meets the requirements in terms of data rate and short latency by using the CSMA-CA bus access procedure, corresponding to Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance.

Die Einbettung der Antennenanordnung in das Gesamtsystem der Bordelektronik ist in dem Blockdiagramm der 7 dargestellt.The embedding of the antenna arrangement in the overall system of the on-board electronics is shown in the block diagram of FIG 7th shown.

7 zeigt einen typischen Aufbau einer Bord-Elektronik 100 eines modernen Kraftfahrzeuges 10, bei dem auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hochgenauen Eigenlokalisierung vorhanden ist. Mit der Bezugszahl 151 ist ein Motorsteuergerät bezeichnet. Die Bezugszahl 152 entspricht einem ESP-Steuergerät und die Bezugszahl 153 bezeichnet ein Getriebesteuergerät. Weitere Steuergeräte wie Airbag-Steuergerät, usw. können im Kraftfahrzeug vorhanden sein. Die Vernetzung solcher Steuergeräte geschieht typischerweise mit dem CAN-Bussystem (Controller Area Network) 104 welches als ISO Norm standardisiert ist, ISO 11898 . Da verschiedene Sensoren im Kraftfahrzeug installiert werden und diese nicht mehr nur an einzelne Steuergeräte angeschlossen werden, werden solche Sensordaten ebenfalls über das Bussystem 104 zu den einzelnen Steuergeräten übertragen. Beispiele von Sensoren im Kraftfahrzeug sind Raddrehzahlsensoren, Lenkwinkelsensoren, Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Reifendrucksensoren, Abstandssensoren usw. Die verschiedenen Sensoren mit dem das Fahrzeug ausgestattet ist, sind in der 7 mit der Bezugszahl 161, 162, 163 bezeichnet. 7th shows a typical structure of on-board electronics 100 of a modern motor vehicle 10 , in which there is also a device according to the invention for high-precision self-localization. With the reference number 151 is called an engine control unit. The reference number 152 corresponds to an ESP control unit and the reference number 153 refers to a transmission control unit. Further control devices such as airbag control devices, etc. can be present in the motor vehicle. Such control devices are typically networked with the CAN bus system (Controller Area Network) 104, which is standardized as an ISO standard, ISO 11898 . Since various sensors are installed in the motor vehicle and these are no longer only connected to individual control units, such sensor data are also transmitted via the bus system 104 transferred to the individual control units. Examples of sensors in the motor vehicle are wheel speed sensors, steering angle sensors, acceleration sensors, yaw rate sensors, tire pressure sensors, distance sensors, etc. The various sensors with which the vehicle is equipped are in the 7th with the reference number 161 , 162 , 163 designated.

Das moderne Kraftfahrzeug kann aber noch weitere Komponenten aufweisen wie Videokameras, z.B. als Rückfahrkamera oder als Fahrerüberwachungskamera oder auch als Frontkamera um das Verkehrsgeschehen zu beobachten.The modern motor vehicle can, however, also have other components such as video cameras, e.g. as a reversing camera or as a driver monitoring camera or also as a front camera to observe the traffic situation.

Seit einigen Jahren werden Fahrerassistenzsysteme angeboten, welche mit Radar-, Lidar- oder Videosensorik die Fahrumgebung erfassen, sich durch Interpretation dieser Sensordaten eine interne Repräsentation der Fahrsituation bilden und aufbauend auf diesem Wissen zunehmend anspruchsvolle Funktionen durch Information und Warnung des Fahrers bis hin zu gezielten Eingriffen in die Fahrzeugführung ausführen. So kann beispielsweise die Längsführung auf gut strukturierten Straßen, wie Autobahnen, durch ein mit Lidarsensorik und/oder Radarsensorik ausgestattetes ACC System (Adaptive Cruise Control) zu einem hohen Zeitanteil automatisch ausgeführt werden. Damit und mit weiteren Vorkehrungen können sogar vollautomatisch fahrende Fahrzeuge realisiert werden.For a number of years, driver assistance systems have been offered which record the driving environment with radar, lidar or video sensors, form an internal representation of the driving situation through the interpretation of this sensor data and, based on this knowledge, increasingly sophisticated functions through information and warning of the driver up to targeted interventions run in the vehicle guidance. For example, the longitudinal guidance on well-structured roads, such as motorways, can be carried out automatically for a large part of the time by an ACC system (Adaptive Cruise Control) equipped with lidar sensors and / or radar sensors. With this and with other precautions, even fully automatic vehicles can be implemented.

Im Kraftfahrzeug befinden sich dann auch noch weitere elektronische Vorrichtungen. Diese sind mehr im Bereich der Fahrgastzelle angeordnet und werden oft auch von dem Fahrer bedient. Beispiele sind eine Benutzerschnittstellenvorrichtung (nicht dargestellt) mit dem der Fahrer Fahrmodi anwählen kann, aber auch klassische Komponenten bedienen kann. Darunter fallen Gangwahl sowie auch Blinker-Steuerung, Scheibenwischersteuerung, Lichtsteuerung, usw.Further electronic devices are then also located in the motor vehicle. These are arranged more in the area of the passenger compartment and are often also operated by the driver. Examples are a user interface device (not shown) with which the driver can select driving modes, but can also operate classic components. This includes gear selection as well as indicator control, windshield wiper control, light control, etc.

Davon unterschieden wird oft ein Navigationssystem 120, welches ebenfalls im Bereich des Cockpits verbaut wird. Die Route, welche auf einer Karte angezeigt wird, kann auf einem Display im Cockpit dargestellt werden. Die Bezugszahl 110 bezeichnet noch eine On-Board Unit. Diese On-Bord Unit 110 entspricht einem Kommunikationsmodul über das das Fahrzeug 10 mobile Daten empfangen und senden kann. Wie beschrieben kann es sich hier um ein Mobilfunk-Kommunikationsmodul, z. B. nach dem 5G-Standard handeln.A navigation system is often distinguished from this 120 , which is also installed in the cockpit area. The route, which is shown on a map, can be shown on a display in the cockpit. The reference number 110 still refers to an on-board unit. This on-board unit 110 corresponds to a communication module via which the vehicle 10 can receive and send mobile data. As described, this can be a cellular communication module, e.g. B. act according to the 5G standard.

Die Geräte des Fahrgastraumes sind ebenfalls untereinander vernetzt über ein Bussystem, das mit der Bezugszahl 102 bezeichnet wird. Es kann sich z. B. um das Highspeed CAN-Bussystem nach ISO 11898-2 Standard handeln, hier allerdings in der Variante für Datenübertragung mit höherer Datenrate zwischen Infotainment-Geräten. Alternativ wird auch Ethernet für die Vernetzung von Komponenten im Fahrzeug eingesetzt. Zu dem Zweck, das fahrzeugrelevante Sensordaten über das Kommunikationsmodul 110 zu einem anderen Fahrzeug oder zu einem anderen Zentralrechner übertragen werden sollen, ist das Gateway 140 vorgesehen. Dieses ist mit den verschiedenen Bussystemen 102, 104 verbunden. Das Gateway 140 ist dazu ausgelegt die Daten, die es über den CAN-Bus 104 empfängt, so umzusetzen, dass sie in das Übertragungsformat des Highspeed-CAN-Busses 102 umgesetzt werden, so dass sie in den dort spezifizierten Datenpaketen verteilt werden können. Für die Weiterleitung dieser Daten nach extern, ist das Kommunikationsmodul 110 mit dazu ausgerüstet, diese Datenpakete zu empfangen und wiederum in das Übertragungsformat des entsprechend eingesetzten Kommunikationsstandards umzusetzen. Für die Realisierung der hochgenauen Eigenlokalisierung sind in der Bordelektronik an den in 6 gezeigten Stellen die Transceiver 170 vorgesehen woran wiederum die Antennenelemente 176 mit kurzer Antennenleitung angeschlossen sind. Es sind im gezeigten Beispiel vier 5G-Antennenelemente 176 mit den zugehörigen Transceivern 170 vorgesehen. Die Transceiver 170 sind an den High-Speed CAN-Bus 102 angeschlossen.The devices in the passenger compartment are also networked with one another via a bus system with the reference number 102 referred to as. It can e.g. This is, for example, the high-speed CAN bus system according to ISO 11898-2 standard, but here in the variant for data transmission with a higher data rate between infotainment devices. Alternatively, Ethernet is also used to network components in the vehicle. For the purpose, the vehicle-relevant sensor data via the communication module 110 to be transmitted to another vehicle or to another central computer is the gateway 140 intended. This is with the various bus systems 102 , 104 connected. The Gateway 140 is designed for the data that it receives via the CAN bus 104 received in such a way that they are in the transmission format of the high-speed CAN bus 102 implemented so that they can be distributed in the data packets specified there. The communication module is responsible for forwarding this data externally 110 equipped to receive these data packets and convert them into the transmission format of the corresponding communication standard. In order to implement the highly precise self-localization, the on-board electronics at the in 6th the transceiver 170 provided on which in turn the antenna elements 176 are connected with a short antenna cable. In the example shown, there are four 5G antenna elements 176 with the associated transceivers 170 intended. The transceiver 170 are on the high-speed CAN bus 102 connected.

Während der Fahrt können die einzelnen Transceiver 170 über den CAN-Bus 102 Nachrichten mit dem Navigationssystem 120 und der On-Bord Unit 110 austauschen. Der Anwendungsfall, der als eines von vielen Ausführungsbeispielen hier betrachtet wird, entspricht der Realisierung eines hochgenauen Navigationssystems 120, das auch für die Navigation innerhalb von Gebäuden eingesetzt werden kann. In den Parkhäusern besteht oft das Problem, dass diese überfüllt sind und es für die Fahrer schwierig wird eine freien Parkplatz zu finden. Parkhäuser sind oft sehr verwinkelt und über mehrere Ebenen verteilt. Das kann dazu führen, dass einfahrende Fahrzeuge auf der Suche nach einem freien Parkplatz lange Strecken zurücklegen für die Parkplatzsuche. Dies ist eine Vergeudung von Ressourcen, führt zu mehr Abgasen in der Stadt und führt auch zum Unmut des Parkplatzsuchenden. Hier soll ein intelligentes Navigationssystem Abhilfe schaffen. Dieses kann die Information über die Orte freier Parkplätze im Parkhaus über die Internetanbindung von dem Server 50 des Parkhauses erhalten. Es kann auch die detaillierte Karte für die Routenführung im Parkhaus von dem Server 50 laden. Das Navigationssystem 120 kann dann das Fahrzeug 10 zum freien Parkplatz führen. Dafür ist aber die hochgenaue Eigenlokalisierung erforderlich.The individual transceivers can 170 via the CAN bus 102 Messages with the navigation system 120 and the on-board unit 110 change. The application, which is considered here as one of many exemplary embodiments, corresponds to the implementation of a high-precision navigation system 120 that can also be used for navigation inside buildings. The problem in parking garages is often that they are overcrowded and that it is difficult for drivers to find a free parking space. Parking garages are often very angled and spread over several levels. This can lead to vehicles arriving in search of a free parking space having to travel long distances to find a parking space. This is a waste of resources, leads to more exhaust fumes in the city and also leads to displeasure among those looking for a parking space. An intelligent navigation system should help here. This can receive the information about the locations of free parking spaces in the parking garage via the Internet connection from the server 50 of the parking garage. It can also get the detailed map for route guidance in the parking garage from the server 50 load. The navigation system 120 can then the vehicle 10 lead to the free parking space. For this, however, the highly precise self-localization is required.

Der Prozess der hochgenauen Eigenlokalisierung wird jetzt mit Hilfe der 8 und 9 erläutert. Dafür werden die Transceiver 170 von einer in der On-Bord Unit 110 integrierten Koordinierungseinheit 172 über den CAN-Bus 102 nacheinander zum Aussenden des zeitlich begrenzten Messimpulses mit ausgeprägter Flankensteilheit aufgefordert. Dieser Messimpuls wird mit der für den Nahbereichsfunk entwickelten Ultra-Wide Band Funktechnologie in dem jeweiligen Transceiver 170 generiert. Zur Zeit hat die Bundesnetzagentur einige Frequenzbereiche in dem hier interessierenden SHF-Bereich freigegeben. Das sind Bereiche zwischen 3,1 und 10,6 GHz. Interessant wäre auch der für 5G-Kommunikation neu zugelassene 26 GHz Bereich, der voraussichtlich zukünftig ebenfalls für UWB-Kommunikation freigegeben wird. Die Sendeleistung ist mit 0,5 mW / -41,3 dBm/MHz sehr gering. Da sich diese Sendeleistung auf eine Bandbreite von 500 MHz verteilt, kommt es praktisch nicht zu Störungen anderer Funksysteme. Die Reichweite beträgt bei diesen Eckdaten 10 - 50 m. Bei einem Abstand von 30 - 50 m zwischen den im Parkhaus verteilten 5G-Feststationen wäre es nötig die UWB-Kommunikation für 50 m Reichweite auszulegen, was durch Anpassung der Sendeleistung möglich ist.The process of high-precision self-localization is now carried out with the help of the 8th and 9 explained. This is what the transceivers are for 170 from one in the on-board unit 110 integrated coordination unit 172 via the CAN bus 102 requested one after the other to transmit the time-limited measuring pulse with a pronounced edge steepness. This measurement pulse is generated in the respective transceiver using the ultra-wide band radio technology developed for short-range radio 170 generated. The Federal Network Agency has currently released some frequency ranges in the SHF range that is of interest here. These are ranges between 3.1 and 10.6 GHz. The newly approved 26 GHz range for 5G communication, which is also expected to be approved for UWB communication in the future, would also be interesting. The transmission power is very low at 0.5 mW / -41.3 dBm / MHz. Since this transmission power is distributed over a bandwidth of 500 MHz, there is practically no interference with other radio systems. With these key data, the range is 10 - 50 m at a distance of 30th - 50 m between the 5G base stations distributed in the car park, it would be necessary to design the UWB communication for a range of 50 m, which is possible by adjusting the transmission power.

Bevor die Aussendung der UWB-Messimpulse erfolgen kann, wird zunächst eine definierte, Ankündigungsnachricht über die 5G-Kommunikation an die Steuereinheiten der 5G-Feststationen mit Sichtkontakt zu den fahrzeugseitigen Antennenelementen 176 ausgesendet, mit der die jeweilige Feststation in einen Sonder-Betriebsmodus geschaltet wird, in dem sie auf das Eintreffen von UWB-Messimpulsen von einer Anzahl möglichst weit auseinanderliegender Antennenelemente wartet, um diese dann unmittelbar zu dem jeweiligen Antennenelement zurückzusenden. Im Anschluss daran wird dann zusätzlich noch die Kennung der jeweiligen Feststation über eine direkt im Anschluss gesendete UWB-Impulsfolge an das Fahrzeug gesendet, von dem Antennenelement 176 im Fahrzeug 10 aufgenommen, bei dem die Ausstrahlung des Messimpulses erfolgte, von dem zugehörigen Transceiver 170 ausgewertet und an die On-Bord Unit 110 zusammen mit dem Messwert für die gemessene Laufzeit weitergeleitet. Die einzelnen Bits der Kennung können mit der Impulsfolge im einfachsten Fall durch Senden eines Impulses oder Auslassen eines Impulses als Codierung für die Bitzustände übertragen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit die Kennung im Anschluss zu der UWB-Messung über einen logischen Kanal des Mobilfunksystems zu übertragen. Hier bietet das Mobilfunksystem 5G wie auch LTE verschiedene logische Kanäle an. Als Beispiel wird der logische Kanal PH ICH (Physical Hybrid Indicator Channel) des 5G-Mobilfunksystems genannt, auf dem Bestätigungen, die zuvor an die Basisstation gesendet wurden übertragen werden.Before the UWB measurement pulses can be transmitted, a defined announcement message is first sent via 5G communication to the control units of the 5G fixed stations with visual contact to the antenna elements on the vehicle 176 sent out, with which the respective base station is switched to a special operating mode in which it waits for the arrival of UWB measurement pulses from a number of antenna elements that are as far apart as possible, in order to then send them back directly to the respective antenna element. Following this, the identifier of the respective base station is then additionally sent to the vehicle by the antenna element via a UWB pulse sequence sent directly afterwards 176 in the vehicle 10 recorded, in which the transmission of the measurement pulse took place, from the associated transceiver 170 evaluated and sent to the on-board unit 110 forwarded together with the measured value for the measured transit time. The individual bits of the identifier can be transmitted with the pulse train in the simplest case by sending a pulse or omitting a pulse as coding for the bit states. Alternatively, it is possible to transmit the identifier after the UWB measurement via a logical channel of the mobile radio system. The 5G and LTE mobile radio systems offer various logical channels here. The logical channel PH ICH (Physical Hybrid Indicator Channel) of the 5G mobile radio system is mentioned as an example, on which confirmations that were previously sent to the base station are transmitted.

Der Transceiver 170 funktioniert dabei so, dass nachdem der Transceiver 170 über die angeschlossene fahrzeugseitige Antenne 176 den Messimpuls ausgesendet hat, der Transceiver 170 über einen vorgegebenen, begrenzten Zeitraum überprüft, inwieweit unmittelbar zurückgesendete Impulse eintreffen. Wenn ja, bestimmt es die Impuls-Laufzeit. Nach der Zuordnung zu den bei der Ausstrahlung des Antwortimpulses mitgesendeten Kennungen des ortsfesten Antennen-Arrays der Feststation 31 - 35 und der jeweiligen Verarbeitungszeit für das Senden des Antwortimpulses nach Empfang des Eingangsimpulses wird von der Differenz zwischen den Zeiten zur Aussendung des Messimpulses und dem Empfang des Antwortimpulses zunächst die Verarbeitungszeit subtrahiert und das Ergebnis durch zwei geteilt um die Laufzeit für die einfache Entfernung zu bestimmen. Danach erfolgt die Weiterleitung der Laufzeit-Messwerte und der zugehörigen Feststations-Kennungen an die On-Bord Unit 110 über den CAN-Bus 102. Im Fall eines fehlenden Sichtkontakts zwischen fahrzeugseitiger Antenne 176 und des Antennen-Arrays 310 einer Feststation 31 - 35, wird der On-Bord Unit 110 alternativ mitgeteilt, dass innerhalb des vorgegebenen, begrenzten Zeitraums keine Antwortimpulse eingetroffen sind. Der Fall eines innerhalb eines begrenzten Zeitraums nicht eingetroffenen Antwortimpulses tritt auf, wenn die fahrzeugseitige Antenne 176 außerhalb des Empfangsbereichs des Antennen-Arrays der Feststation 31 - 35 liegt und/oder das Antennen-Array 310 der Feststation 31 - 35 außerhalb des Empfangsbereichs der fahrzeugseitigen Antennenelementes 176 liegt.The transceiver 170 works so that after the transceiver 170 via the connected vehicle antenna 176 has sent the measuring pulse, the transceiver 170 checked over a specified, limited period of time to what extent immediately returned pulses arrive. If so, it determines the impulse transit time. After the assignment to the identifiers of the stationary antenna array of the base station which were also sent when the response pulse was emitted 31-35 and the respective processing time for the Sending the response pulse after receiving the input pulse, the processing time is subtracted from the difference between the times for the transmission of the measuring pulse and the reception of the response pulse and the result is divided by two to determine the transit time for the one-way distance. The measured runtime values and the associated base station IDs are then forwarded to the on-board unit 110 via the CAN bus 102 . In the event of a lack of visual contact between the vehicle's antenna 176 and the antenna array 310 of a base station 31-35 , becomes the on-board unit 110 alternatively communicated that no response pulses have arrived within the specified, limited period of time. The case of a response pulse not arriving within a limited time occurs when the vehicle-mounted antenna 176 outside the reception range of the antenna array of the base station 31-35 and / or the antenna array 310 of the base station 31-35 outside the reception area of the vehicle-side antenna element 176 lies.

Nach Eintreffen der Informationen aller fahrzeugseitigen Antennen-Ansteuereinheiten 170 schätzt die fahrzeugseitige On-Bord Unit 110 aus den übermittelten Pulslaufzeiten zunächst die Entfernung zwischen den fahrzeugseitigen Antennen-Elementen 176 und den Antennen-Arrays 310 der Feststationen im Empfangsbereich bevor unter Berücksichtigung der bekannten Standorte der Antennen-Arrays 310 im Rahmen einer Plausibilisierung identifiziert wird, welche Entfernungswerte aus Mehrfachreflektionen resultieren. Nach Eliminierung dieser aus Mehrfachreflektionen resultierenden Entfernungswerte erfolgt im Anschluss daran auf Basis der übrig bleibenden Entfernungswerte aus Messungen über direkten Sichtkontakt die Berechnung der fahrzeugseitigen Antennenpositionen mittels Trilateration bzw. Multilateration. Anschließend wird aus den errechneten Antennenpositionen am Fahrzeug 10 die Fahrzeugposition und/oder -orientierung berechnet.After receiving the information from all antenna control units on the vehicle 170 appreciates the on-board unit on the vehicle 110 From the transmitted pulse transit times, first the distance between the antenna elements on the vehicle 176 and the antenna arrays 310 of the fixed stations in the reception area before, taking into account the known locations of the antenna arrays 310, as part of a plausibility check, which distance values result from multiple reflections is identified. After eliminating these distance values resulting from multiple reflections, the calculation of the vehicle-side antenna positions by means of trilateration or multilateration takes place on the basis of the remaining distance values from measurements via direct visual contact. The calculated antenna positions on the vehicle are then used 10 the vehicle position and / or orientation is calculated.

Die 8 zeigt eine Ebene eines Parkhauses mit vielen Parkplätzen. Ausgefüllt sind einige gesperrte Flächen dargestellt, die durch Mauern, Säulen oder andere bauliche Gegebenheiten belegt sind. Auf der Parkebene verteilt sind einige 5G-Feststationen 31 - 35 mit ihren 5G-Antennen-Arrays. Durch die baulichen Gegebenheiten aber auch durch andere parkende Fahrzeuge können sich Abschattungen ergeben, so dass die UWB-Messsignale, die von den Antennenelementen 176 am Fahrzeug 10 abgestrahlt werden, keine direkte Sichtverbindung zu den Antennen-Arrays der Feststationen 31 - 35 haben. Dies ist durch gestrichelte Linien in 8 angedeutet. So haben bei einem entsprechend 8 positionierten Fahrzeug 10 das fahrzeugseitige Frontscheiben- und das rechtseitige Seitenscheibenantennenelement 176 Sichtkontakt zu dem Antennen-Array 310 der Feststation 31, hingegen hat das linksseitige Seitenscheibenantennenelement 176 keine Sichtverbindung zu dem Antennen-Array 310 der Feststationen 31. Auch besteht für alle Fahrzeug-Antennenelemente 176 keine direkte Sichtverbindung zu den 5G-Feststationen 32, 33, 34. Auch zu der Feststation 35 besteht keine Sichtverbindung. das wäre aber selbst dann der Fall, wenn keine gesperrte Fläche im Weg wäre, denn die Feststation 35 ist nicht mehr in Reichweite des abgestrahlten Impulses. Nur die Antennenelemente 176 an Frontscheibe und linker und rechter Seitenscheibe werden daher Pulslaufzeiten melden, während das Heckscheibenantennenelement keine zurückreflektierten Antwortimpulse empfangen kann.The 8th shows one level of a multi-storey car park with many parking spaces. Some blocked areas that are occupied by walls, columns or other structural features are shown filled. A few 5G fixed stations are distributed on the parking level 31-35 with their 5G antenna arrays. Due to the structural conditions, but also due to other parked vehicles, there may be shadowing, so that the UWB measurement signals received from the antenna elements 176 at the vehicle 10 radiated, no direct line of sight to the antenna arrays of the base stations 31-35 to have. This is indicated by dashed lines in 8th indicated. So have with one accordingly 8th positioned vehicle 10 the vehicle-side windshield antenna element and the right-side side window antenna element 176 Visual contact to the antenna array 310 of the base station 31 , on the other hand, has the left side window antenna element 176 no line of sight to the antenna array 310 of the base stations 31 . Also exists for all vehicle antenna elements 176 no direct line of sight to the 5G base stations 32 , 33 , 34 . Also to the base station 35 there is no line of sight. But that would even be the case if there were no blocked areas in the way, because the base station 35 is no longer within range of the emitted pulse. Just the antenna elements 176 Pulse transit times are therefore reported on the windscreen and the left and right side windows, while the rear window antenna element cannot receive any response pulses that are reflected back.

Das Antennenelement an der linken Seitenscheibe wird u. U. eine Pulslaufzeit melden, da sie zwar keine direkten, wohl aber einen indirekten Sichtkontakt hat. Das ist in der 8 durch die gestrichelte Linie angedeutet, die zunächst vom Fahrzeug 10 zur benachbarten gesperrten Fläche führt und von dort in Richtung des Antennen-Arrays der Feststation 31. Schon aus der 8 ist ersichtlich, dass die von dem Antennenelement 176 an linker Seitenscheibe gemeldete Laufzeitmessung einen zu hohen Wert liefern wird, weil der Signalpfad deutlich länger als bei den beiden anderen Antennenelementen 176 ist. Deshalb findet in der Koordinierungseinheit 172 der On-Bord Unit 110 eine Plausibilitätsprüfung statt. Die Plausibilitätsprüfung kann in einer Variante in Form eines Vergleichs der von linker und rechter Seitenscheibenantenne gemeldeten Pulslaufzeiten durchgeführt werden. Es wird dabei gegen einen Toleranzwert verglichen. Wenn ein Messwert um mehr als den festgelegten Toleranzwert von dem Messwert des Antennenelementes 176 der anderen Seitenscheibe abweicht, wird die Messung als fehlerbehaftet identifiziert und verworfen.The antenna element on the left-hand side window may report a pulse transit time because it has no direct, but indirect visual contact. That is in the 8th indicated by the dashed line, initially from the vehicle 10 leads to the neighboring blocked area and from there in the direction of the antenna array of the base station 31 . Already from the 8th it can be seen that the antenna element 176 The transit time measurement reported on the left side window will deliver a value that is too high because the signal path is significantly longer than that of the other two antenna elements 176 is. Therefore takes place in the coordination unit 172 the on-board unit 110 a plausibility check takes place. The plausibility check can be carried out in a variant in the form of a comparison of the pulse transit times reported by the left and right side window antennas. It is compared against a tolerance value. If a measured value exceeds the specified tolerance value from the measured value of the antenna element 176 the other side window deviates, the measurement is identified as faulty and discarded.

Mit den verbleibenden beiden Antennenelementen wird dann nach einer zweiten Messmethode die Position und/oder Orientierung des Objektes bestimmt.Bei Anwendung der zweiten Messmethode wird das Antennenelement 176, für das kein direkter Sichtkontakt identifiziert wurde, weggelassen. Damit ist dann aber die mindestens erforderliche Anzahl von drei Antennenelementen 176 für die Trilateration unterschritten. Um Abhilfe zu schaffen, wird für diesen Fall die zweite Messmethode eingesetzt. Die Messung wird dann nach der zweiten Methode neu durchgeführt. Dabei wird das Antennen-Array 310 der Feststation anders eingesetzt. Von dem Antennen-Array 310 werden drei Antennenelemente ausgesucht, die einen möglichst großen Abstand voneinander haben. In 5 sind die Positionen der ausgewählten Antennenelemente markiert. Sie sind mit den Bezugszeichen 31A, 31B, 31C bezeichnet. Mit diesen drei Antennenelementen 31A, 31B, 31C werden nacheinander drei Laufzeitmessungen durchgeführt. Da sich die Positionen dieser drei Antennenelemente 31A, 31B, 31C unterscheiden, werden sich auch die Laufzeiten unterscheiden. Mit den Ergebnissen kann dann eine Trilaterationsrechnung durchgeführt werden, um die Positionen der Fahrzeug-Antennenelemente 176 zu berechnen. Daraus kann dann wieder die Position und/oder Orientierung des Fahrzeuges 10 bestimmt werden. Für die Durchführung der zweiten Messmethode ist es erforderlich diesen Betriebsmodus einzuleiten. Dafür wird wieder eine Ankündigungsnachricht zu der Feststation gesendet, in der der zweite Betriebsmode angekündigt wird. Um bei der Positionsschätzung dieser beiden fahrzeugseitigen Antennen eine Verfälschung der Pulslaufzeiten zu vermeiden, ist es erforderlich, nach dem Aussenden des Impulses durch eine der beiden fahrzeugseitigen Antennen zunächst dessen Reflektion abzuwarten bevor das Aussenden des nächsten Impulses durch die andere der beiden Antennen erfolgt.With the remaining two antenna elements, the position and / or orientation of the object is then determined using a second measuring method. When the second measuring method is used, the antenna element is determined 176 , for which no direct visual contact was identified, is omitted. However, this is then the minimum number of three antenna elements required 176 for trilateration fell below. To remedy this, the second measurement method is used in this case. The measurement is then carried out again using the second method. The antenna array 310 of the base station is used differently. From the antenna array 310, three antenna elements are selected that are as far apart as possible. In 5 the positions of the selected antenna elements are marked. They are with the reference numerals 31A , 31B , 31C designated. With these three antenna elements 31A , 31B , 31C three runtime measurements are carried out one after the other. As the positions of these three antenna elements 31A , 31B , 31C differ, the transit times will also differ. A trilateration calculation can then be carried out with the results to determine the positions of the vehicle antenna elements 176 to calculate. The position and / or orientation of the vehicle can then again be derived from this 10 to be determined. To carry out the second measurement method, it is necessary to initiate this operating mode. For this purpose, an announcement message is sent to the base station in which the second operating mode is announced. In order to avoid falsification of the pulse transit times when estimating the position of these two vehicle antennas, it is necessary, after the pulse has been transmitted by one of the two vehicle antennas, to wait for its reflection before the next pulse is transmitted by the other of the two antennas.

Die 9 zeigt die Sichtlinienverhältnisse für eine andere Position des Fahrzeuges 10 auf der dargestellten Parkebene. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen dieselben Komponenten wie in 8. Bei der in 9 dargestellten Position des Fahrzeuges 10 haben Frontscheiben- und linke Seitenscheibenantenne Sichtkontakt sowohl zum Antennen-Array der Feststation 31 als auch der Feststation 32. Darüber hinaus hat das Antennen-Array 310 der Feststation 35 sowohl seitlichen Sichtkontakt zum Heckscheibenantennenelement 176 als auch nahezu frontalen Sichtkontakt zum Antennenelement 176 der rechten Seitenscheibe. Somit besteht in diesem Fall Sichtverbindung zu drei verschiedenen Feststationen 31, 32, 35. Jeweils zwei Antennenelemente 176 des Fahrzeuges haben Sichtkontakt zu den Feststationen. Für jedes Antennenelement 176 kann dann die Position durch zwei verschiedene Trilaterationsrechnungen ermittelt werden. Zwischen diesen kann dann gemittelt werden. Durch die Mittelung ergibt sich eine Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung. Aus den Einzelpositionen der Antennenelemente 176 am Fahrzeug 10 wird dann wieder die Position und/oder Orientierung des Fahrzeuges 10 bestimmt.The 9 shows the line of sight conditions for another position of the vehicle 10 on the depicted parking level. The same reference numerals denote the same components as in FIG 8th . At the in 9 shown position of the vehicle 10 The front and left side window antennas have visual contact with both the antenna array of the base station 31 as well as the base station 32 . In addition, the antenna array 310 has the base station 35 both side visual contact to the rear window antenna element 176 as well as almost frontal visual contact with the antenna element 176 the right side window. In this case there is a line of sight to three different base stations 31 , 32 , 35 . Two antenna elements each 176 of the vehicle have visual contact with the base stations. For each antenna element 176 the position can then be determined by two different trilateration calculations. It is then possible to average between these. The averaging results in an improvement in the accuracy of the position determination. From the individual positions of the antenna elements 176 at the vehicle 10 then again the position and / or orientation of the vehicle 10 certainly.

Für die Ermittlung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung bestehen zusammenfassend zwei Möglichkeiten:

  • • Indirekte Schätzung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung aus den vorher mittels Trilateration berechneten und ggfs. gemittelten fahrzeugseitigen Antennenelementpositionen auf Basis der Laufzeitmessungen zu je drei Einzelantennenelementen 31A, 31B, 31C eines einzigen Antennen-Arrays.
  • • Direkte Schätzung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung mittels Trilateration auf Basis der reflektierten Pulslaufzeiten je eines ausgewählten Antennenelementes 31E aus drei unterschiedlichen im Raum verteilten Antennen-Arrays.
In summary, there are two options for determining the vehicle position and / or orientation:
  • • Indirect estimation of the vehicle position and / or orientation from the vehicle-side antenna element positions calculated beforehand using trilateration and possibly averaged on the basis of the transit time measurements for three individual antenna elements each 31A , 31B , 31C a single antenna array.
  • • Direct estimation of the vehicle position and / or orientation by means of trilateration on the basis of the reflected pulse transit times of a selected antenna element 31E from three different antenna arrays distributed in the room.

Bei Durchführung der beiden o.g. Verfahren und Mittelung der Ergebnisse kann sichergestellt werden, dass für alle Fahrzeugpositionen und/oder -orientierungen eine hohe Schätzgenauigkeit erzielt wird. Eine weitere Genauigkeitssteigerung kann durch Wichtung der Ergebnisse aus den o.g. Verfahren erzielt werden. Dabei können die Wichtungsfaktoren z.B. aus einer Plausibilitätsprüfung in Form eines Vergleichs der ermittelten fahrzeugseitigen Antennenpositionen (z.B. rechte/linke Seitenscheibe) und/oder aus einer Berücksichtigung der Einfallswinkel von reflektierten Pulsen der ortsfesten Antennenarrays resultieren.When performing the two above-mentioned methods and averaging the results, it can be ensured that a high degree of estimation accuracy is achieved for all vehicle positions and / or orientations. A further increase in accuracy can be achieved by weighting the results from the above methods. The weighting factors can result, for example, from a plausibility check in the form of a comparison of the determined vehicle-side antenna positions (e.g. right / left side window) and / or from taking into account the angle of incidence of reflected pulses from the stationary antenna arrays.

Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein, oder ein Teil der über das Betriebssystem ausgeführt wird.It should be understood that the proposed method and associated devices can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, special purpose processors, or a combination thereof. Specialty processors can include application specific integrated circuits (ASICs), reduced instruction set computers (RISC), and / or field programmable gate arrays (FPGAs). The proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software. The software is preferably installed as an application program on a program storage device. It is typically a machine based on a computer platform that has hardware, such as one or more central processing units (CPU), a random access memory (RAM) and one or more input / output (I / O) interfaces. An operating system is also typically installed on the computer platform. The various processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed by the operating system.

Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.The disclosure is not restricted to the exemplary embodiments described here. There is room for various adaptations and modifications which those skilled in the art, based on their expert knowledge as well as belonging to the disclosure, would consider.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Fahrzeugvehicle
30 - 3530-35
FeststationBase station
31A - 31E31A-31E
Antennenelement 5G AntenneAntenna element 5G antenna
4040
Evolved Packet Core EPCEvolved Packet Core EPC
5050
Serverserver
100100
Blockdiagramm Fahrzeug-ElektronikVehicle electronics block diagram
102102
High Speed CAN-BusHigh speed CAN bus
105105
Kameracamera
104104
CAN-BusCAN bus
110110
On-Board UnitOn-board unit
120120
Navigationssystemnavigation system
140140
GatewayGateway
151151
Motor-SteuergerätEngine control unit
152152
ESP-SteuergerätESP control unit
153153
Getriebe-SteuergerätTransmission control unit
161161
Sensor 1Sensor 1
162162
Sensor 2Sensor 2
163163
Sensor 3Sensor 3
170170
Front-EndFront end
172172
KoordinierungseinheitCoordination unit
176176
Fahrzeug-AntennenelementVehicle antenna element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2004/0193372 A1 [0008]US 2004/0193372 A1 [0008]
  • US 2015/0269845 A1 [0009]US 2015/0269845 A1 [0009]
  • DE 102015122145 A1 [0010]DE 102015122145 A1 [0010]
  • US 2019066504 A1 [0011]US 2019066504 A1 [0011]
  • WO 2019143437 A1 [0012]WO 2019143437 A1 [0012]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • ISO 11898 [0060]ISO 11898 [0060]

Claims (15)

Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist, wobei von dem Objekt (10) breitbandige Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgesendet werden, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen (31 - 35) in einer unmittelbaren Rücksendung eines Antwortimpulses beantwortet werden, wobei in dem Objekt (10) eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Impulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussendung des Impulses durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes (10) angebrachten Antennenelementen (176) erfolgt und die Zeit jeweils bis zum Eintreffen des Antwortimpulses bei den einzelnen Antennenelementen (176) gemessen wird, wobei die Bestimmung der Position der Antennenelemente (176) des zu ortenden Objektes (10) jeweils basierend auf mindestens einer Schnittpunktberechnung mit den sich ergebenden Laufzeiten und den bekannten Positionen der Antennen der Feststationen (31 - 35) erfolgt.Method for the highly accurate determination of the position and / or orientation of an object (10) to be located, which is designed for communication in a wireless communication network, with broadband pulses of short duration being transmitted from the object (10) to the surrounding fixed stations (31-35) which are answered upon receipt by the surrounding fixed stations (31 - 35) in an immediate return of a response pulse, whereby in the object (10) a measurement of the transit time of the emitted pulse until the arrival of the pulse of the return from one of the surrounding fixed stations ( 31-35), characterized in that the pulse is transmitted by a number of antenna elements (176) attached to different positions on the object (10) and the time until the response pulse arrives at the individual antenna elements (176) is measured the determination of the position of the antenna elements (176) of the to be located The object (10) is based on at least one point of intersection calculation with the resulting transit times and the known positions of the antennas of the fixed stations (31-35). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen der Feststationen (31 - 35) in Form von Antennen-Arrays (310) ausgelegt werden, die aus einer Anzahl von Antennenelementen (31A, 31B, 31C, 31E) bestehen, wobei für die Laufzeitmessung eine Anzahl von Antennenelementen (31A, 31B, 31C, 31E) den Messimpuls parallel abstrahlen oder ein einzelnes Antennenelement (31E) eingesetzt wird, um den Messimpuls abzustrahlen.Procedure according to Claim 1 , the antennas of the fixed stations (31-35) being designed in the form of antenna arrays (310) consisting of a number of antenna elements (31A, 31B, 31C, 31E), a number of antenna elements (31A , 31B, 31C, 31E) emit the measurement pulse in parallel or a single antenna element (31E) is used to emit the measurement pulse. Verfahren nach Anspruch 2, wobei drei verschiedene Laufzeitmessungen mit drei verschiedenen einzelnen Antennenelementen (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) nacheinander durchgeführt werden, wobei die einzelnen Antennenelemente (31A, 31B, 31C) so ausgewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander haben.Procedure according to Claim 2 , three different transit time measurements with three different individual antenna elements (31A, 31B, 31C) of the antenna array (310) being carried out one after the other, the individual antenna elements (31A, 31B, 31C) being selected so that they are as far apart as possible to have. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position des fahrzeugseitigen Antennenelementes (176) durch Trilaterationsrechnung basierend auf den Laufzeitmessungen zu den drei Antennenelementen (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) der Feststation (31) errechnet wird.Procedure according to Claim 3 , the position of the vehicle-side antenna element (176) being calculated by trilateration calculation based on the transit time measurements to the three antenna elements (31A, 31B, 31C) of the antenna array (310) of the base station (31). Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Eintreffen der Antwortimpulse von zwei oder mehr verschiedenen umliegenden Feststationen (31 - 35) zu einem Antennenelement (176) des Objektes (10) eine Mittelung der Positionsbestimmungen des Antennenelementes (176) des zu ortenden Objektes (10) durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 , with the arrival of the response pulses from two or more different surrounding fixed stations (31-35) to an antenna element (176) of the object (10) an averaging of the position determinations of the antenna element (176) of the object (10) to be located. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laufzeitmessungen seitens der verschiedenen Antennenelemente (176) des Objektes (10) für den von einer Feststation (31 - 35) zurückgesendeten Impuls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, wobei eine Laufzeit, die bei der Plausibilitätsprüfung als fehlerhaft verworfen wurde, für die Schnittpunktberechnung nicht verwendet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 The transit time measurements by the various antenna elements (176) of the object (10) for the pulse sent back by a fixed station (31-35) are subjected to a plausibility check, with a transit time that was rejected as faulty in the plausibility check not for the intersection calculation is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plausibilitätsprüfung auf einem Vergleich der gemessenen Laufzeiten unter Berücksichtigung der örtlichen Nähe der an dem Objekt (10) angebrachten Antennenelemente (176) beruht und diejenigen Laufzeiten als fehlerhaft verworfen werden, deren Laufzeit nicht mit der örtlichen Nähe der Antennenelemente (176) korreliert.Method according to one of the preceding claims, wherein the plausibility check is based on a comparison of the measured transit times taking into account the local proximity of the antenna elements (176) attached to the object (10) and those transit times are discarded as faulty whose transit times do not match the local proximity of the Antenna elements (176) correlated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position und/oder Orientierung des Objektes (10) aus den ermittelten Antennenelementpositionen an dem Objekt (10) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the position and / or orientation of the object (10) is determined from the determined antenna element positions on the object (10). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Schnittpunktberechnung eine Trilaterationsrechnung oder Multilaterationsrechnung auf Basis der Laufzeitmessungen eines an dem Objekt (10) angebrachten Antennenelementes (176) für die von drei oder mehr verschiedenen Feststationen (31 - 35) zurückgesendeten Antwortimpulse durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , a trilateration calculation or multilateration calculation based on the transit time measurements of an antenna element (176) attached to the object (10) for the response pulses sent back from three or more different base stations (31-35) being carried out as the intersection calculation. Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), mit einem Kommunikationsmodul (110) zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk mit umliegenden Feststationen (31 - 35), gekennzeichnet durch eine Anzahl von an dem Objekt (10) an verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelementen (176), mit jeweils einem Transceiver (170) pro angebrachtem Antennenelement (176), das in der Nähe zu der Position des Antennenelementes lokalisiert ist, wobei der Transceiver (170) zur Erzeugung eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgelegt ist, und zum Empfang eines von den umliegenden Feststationen (31 - 35) durch unmittelbare Rücksendung ausgesendeten Antwortimpulses, wobei der jeweilige Transceiver (170) zur Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgelegt ist, wobei die Aussendung des Impulses durch die Anzahl von Antennenelementen (176) nacheinander erfolgt und die Laufzeit jeweils von und zu den einzelnen Antennenelementen (176) am Objekt (10) separat gemessen wird.Device for determining the position and / or orientation of an object (10) to be located, with a communication module (110) for communication in a wireless communication network with surrounding fixed stations (31 - 35), characterized by a number of on the object (10) antenna elements (176) mounted at different positions, each with a transceiver (170) per mounted antenna element (176), which is located in the vicinity of the position of the antenna element, the transceiver (170) for generating a broadband pulse of short duration the surrounding fixed stations (31-35) is designed, and for receiving a response pulse sent by the surrounding fixed stations (31-35) by direct return, the respective transceiver (170) measuring the transit time of the emitted pulse until the response pulse from one of the surrounding fixed stations (31-35) is designed, whereby the emission of the pulse s takes place in succession through the number of antenna elements (176) and the transit time from and to the individual antenna elements (176) on the object (10) is measured separately. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Kommunikationsmodul (110) mit den Transceivern (170) der an den verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelemente (176) verbunden ist und das Kommunikationsmodul (110) dafür ausgelegt ist die verschiedenen Transceiver (170) nacheinander zum Aussenden des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer aufzufordern oder ihnen jeweilige geplante Zeiten zuzuweisen für eine nacheinander erfolgende Aussendung der breitbandigen Impulse.Device according to Claim 10 wherein the communication module (110) is connected to the transceivers (170) of the antenna elements (176) mounted at the various positions, and the communication module (110) is designed to prompt the various transceivers (170) one after the other to transmit the broadband pulse of short duration or to assign them respective planned times for successive transmission of the broadband pulses. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Kommunikationsmodul (110) ebenfalls für die Kommunikation in einem Mobilfunknetz ausgelegt ist und eingerichtet ist eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase an die umliegenden Feststationen (31 - 35) zu senden, mit der das Eintreffen des breitbandigen Impulses angekündigt wird und die Feststationen (31 - 35) aufgefordert werden den eintreffenden Impuls durch sofortige Rücksendung des Antwortimpulses zu beantworten.Device according to Claim 10 or 11 The communication module (110) is also designed for communication in a cellular network and is set up to send an announcement message for the position and / or orientation measurement phase to the surrounding fixed stations (31-35), with which the arrival of the broadband pulse is announced and the base stations (31-35) are requested to answer the incoming pulse by sending the response pulse back immediately. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Feststationen (31 - 35) mit der Ankündigungsnachricht aufgefordert werden im Anschluss an die Aussendung des Antwortimpulses ihre Kennung an das Objekt (10) in einem weiteren Impuls oder einerweiteren Impulsfolge oder in einem logischen Kanal des Drahtloskommunikationsnetzwerkes zu senden.Device according to Claim 12 , the base stations (31-35) being requested with the announcement message to send their identification to the object (10) in a further pulse or a further pulse train or in a logical channel of the wireless communication network following the transmission of the response pulse. Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem mit einem Antennen-Array (310), mit einer Sende- und Empfangseinheit (320), dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit (320) ausgelegt ist eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase eines zu ortenden Objektes (10) zu empfangen und in Reaktion auf den Empfang der Ankündigungsnachricht in einen Betriebsmodus zu wechseln, in dem auf das Eintreffen eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer gewartet wird und bei Empfang des Impulses einen Antwortimpuls unmittelbar zurückzusenden.Fixed station for a mobile radio communication system with an antenna array (310), with a transmitting and receiving unit (320), characterized in that the transmitting and receiving unit (320) is designed to provide an announcement message for the position and / or orientation measurement phase of a Object (10) to receive and, in response to the receipt of the announcement message, to switch to an operating mode in which the arrival of a broadband pulse of short duration is waited for and a response pulse is sent back immediately upon receipt of the pulse. Feststation nach Anspruch 14, wobei die Sende- und Empfangseinheit (320) ausgelegt ist eine andere Ankündigungsnachricht zu empfangen mit der die Feststation (31 - 35) in einen anderen Betriebsmodus versetzt wird in dem sie drei Antennenelemente (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) bestimmt, die für separate Laufzeitmessungen jeweils einen Antwortimpuls bei Eintreffen des breitbandigen Impulses an das Objekt (10) zurücksenden.Base station after Claim 14 , wherein the transmitting and receiving unit (320) is designed to receive another announcement message with which the base station (31-35) is put into a different operating mode in which it has three antenna elements (31A, 31B, 31C) of the antenna array (310 ), which each send a response pulse back to the object (10) for separate transit time measurements when the broadband pulse arrives.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107847A1 (en) 2022-04-01 2023-10-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method, system and computer program product for determining the position of a moving object relative to another object

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040193372A1 (en) 2003-03-25 2004-09-30 Macneille Perry Robinson Relative positioning for vehicles using gps enhanced with bluetooth range finding
US20130163448A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 QUALCOMM ATHEROS Incorporate System and method for probablistic wlan positioning
US20150269845A1 (en) 2014-03-21 2015-09-24 Thales Driving vehicles in convoy
DE102015122145A1 (en) 2015-12-17 2017-06-22 Deutsche Telekom Ag Method for improved position determination of a mobile station within a mobile radio network
US20170251449A1 (en) * 2016-02-28 2017-08-31 Qualcomm Incorporated Unicast and broadcast protocol for wireless local area network ranging and direction finding
US20190066504A1 (en) 2017-06-18 2019-02-28 George Zaloom System for automatically determining the position and velocity of objects
WO2019143437A1 (en) 2018-01-21 2019-07-25 Qualcomm Incorporated Systems and methods for locating a user equipment using generic position methods for a 5g network
US20190361109A1 (en) * 2015-06-15 2019-11-28 Humatics Corporation High precision time of flight measurement system for industrial automation

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI103248B (en) * 1996-10-29 1999-05-14 Nokia Telecommunications Oy Determination of the position of a terminal equipment in a radio system
US6707424B1 (en) * 1999-10-12 2004-03-16 David M. Snyder Integrated positioning system and method
DE102006010380A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Navigation system e.g. global satellite navigation system, for e.g. mobile telephone, has evaluating logic and motion detecting device to detect reflected signal changes relative to duration and change of Doppler shift as channel response
DE102008051822A1 (en) * 2008-10-15 2010-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Method for pulse-based ultra-wideband communication between at least one transmitting node and at least one receiving node
JP2014059284A (en) * 2012-05-09 2014-04-03 Rcs:Kk Safe driving support device added with mutual distance measurement function
US10634764B2 (en) * 2015-04-09 2020-04-28 Corvus Technologies Corp Beacon and associated components for a ranging system
AU2016279889A1 (en) * 2015-06-15 2018-01-18 Humatics Corporation High-precision time of flight measurement system
CN205451514U (en) * 2016-01-27 2016-08-10 王德龙 Car real -time road conditions over --horizon radar of navigation and network alarm system
CN106900056A (en) * 2016-12-30 2017-06-27 安徽酷哇机器人有限公司 Omni-directional radio frequency alignment system and method based on multiple antennas
CN109212471B (en) * 2018-07-04 2023-12-15 北京全迹科技有限公司 Positioning base station, system and method
CN109597027B (en) * 2018-12-06 2021-08-17 清华大学 Positioning system and method based on single base station

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040193372A1 (en) 2003-03-25 2004-09-30 Macneille Perry Robinson Relative positioning for vehicles using gps enhanced with bluetooth range finding
US20130163448A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 QUALCOMM ATHEROS Incorporate System and method for probablistic wlan positioning
US20150269845A1 (en) 2014-03-21 2015-09-24 Thales Driving vehicles in convoy
US20190361109A1 (en) * 2015-06-15 2019-11-28 Humatics Corporation High precision time of flight measurement system for industrial automation
DE102015122145A1 (en) 2015-12-17 2017-06-22 Deutsche Telekom Ag Method for improved position determination of a mobile station within a mobile radio network
US20170251449A1 (en) * 2016-02-28 2017-08-31 Qualcomm Incorporated Unicast and broadcast protocol for wireless local area network ranging and direction finding
US20190066504A1 (en) 2017-06-18 2019-02-28 George Zaloom System for automatically determining the position and velocity of objects
WO2019143437A1 (en) 2018-01-21 2019-07-25 Qualcomm Incorporated Systems and methods for locating a user equipment using generic position methods for a 5g network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISO 11898

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107847A1 (en) 2022-04-01 2023-10-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method, system and computer program product for determining the position of a moving object relative to another object

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